DE102006032487A1 - Radar sensor with several transmit and receive channels - Google Patents
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Abstract
Radarsensor mit mehreren aus einer gemeinsamen HF-Quelle (18) gespeisten Kanälen (1, 2, 3, 4; 10, 12) zum Senden und Empfangen von HF-Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Kanäle (2, 3, 4; 12) senderseitig einen Modulator (22; 52) aufweist, der das von der HF-Quelle (18) gelieferte Signal in einer für den betreffenden Kanal spezifischen Weise moduliert.Radar sensor comprising a plurality of channels (1, 2, 3, 4, 10, 12) fed from a common RF source (18) for transmitting and receiving RF signals, characterized in that at least one of the channels (2, 3, 4 ; 12) transmitter side has a modulator (22; 52) which modulates the signal supplied by the RF source (18) in a specific manner for the channel in question.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Radarsensor mit mehreren aus einer gemeinsamen HF-Quelle gespeisten Kanälen zum Senden und Empfangen von HF-Signalen.The The invention relates to a radar sensor having a plurality of common RF source fed channels for transmitting and receiving RF signals.
Solche Radarsensoren werden beispielsweise in sogenannten ACC-Systemen (Adaptive Cruise Control) für Kraftfahrzeuge eingesetzt und dienen dann dazu, die Abstände und Relativgeschwindigkeiten vorausfahrender Fahrzeuge zu messen, so daß eine adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung ermöglicht wird.Such Radar sensors are used for example in so-called ACC systems (Adaptive Cruise Control) for Used motor vehicles and then serve the distances and To measure relative speeds of preceding vehicles, so that one Adaptive distance and speed control is enabled.
Bei den mehreren Kanälen kann es sich beispielsweise um Richtungskanäle handeln, denen jeweils ein oder mehrere Antennenelemente zugeordnet sind, die sich in ihrer Haupt-Abstrahlrichtung und/oder Haupt-Empfindlichkeitsrichtung von Kanal zu Kanal unterscheiden, so daß eine winkelauflösende Radarortung ermöglicht wird. Dies erlaubt es beispielsweise, zwischen vorausfahrenden Fahrzeugen auf der eigenen Spur und Fahrzeugen auf Nebenspuren zu unterscheiden.at the multiple channels For example, they can be directional channels, each with a or several antenna elements are associated, which are in their Main emission direction and / or main sensitivity direction of Channel to channel differ, so that an angle-resolving Radarortung allows becomes. This allows, for example, between preceding vehicles on to distinguish one's own lane and vehicles on secondary lanes.
Bei den Antennenelementen kann es sich beispielsweise um einzelne Antennen oder Patches handeln, die versetzt in bezug auf die optische Achse einer gemeinsamen Radarlinse angeordnet sind. Die Richtcharakteristik jedes Antennenelements, speziell die Richtung der größten Strahlenintensität bzw. der größten Empfindlichkeit, ist dann durch den Versatz des betreffenden Elements gegenüber der optischen Achse gegeben. Wahlweise kann es sich bei den Antennenelementen jedoch auch um sogenannte Phased Arrays aus mehreren Unterelementen handeln, denen Sendesignale mit einer solchen Phasenbeziehung zugeführt werden, daß sich durch Interferenz die gewünschte Richtcharakteristik ergibt. Zum Senden und zum Empfang der Radarsignale können dieselben Antennenelemente oder wahlweise auch getrennte Antennenelemente benutzt werden.at The antenna elements may be, for example, individual antennas or patches that offset one another with respect to the optical axis common radar lens are arranged. The directional characteristic each antenna element, especially the direction of the greatest radiation intensity or the greatest sensitivity, is then offset by the displacement of the element in question given optical axis. Optionally, it can be at the antenna elements but also so-called phased arrays of several sub-elements act, which transmit signals are supplied with such a phase relationship, that yourself through interference the desired Directivity results. For sending and receiving the radar signals can the same Antenna elements or optionally also separate antenna elements to be used.
Als
Beispiel für
einen winkelauflösenden
Radarsensor beschreibt
Bei einem FMCW-Radar (Frequency Modulated Continuous Wave) ist die Frequenz der den einzelnen Antennenelementen zugeführten Sendesignale rampenförmig moduliert. Das von jedem einzelnen Antennenelement empfangene Signal wird mit dem Sendesignal gemischt, das diesem Antennenelement zugeführt wird. Auf diese Weise erhält man ein Zwischenfrequenzsignal, dessen Frequenz den Frequenzunterschied zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal angibt. Dieser Frequenzunterschied ist aufgrund des Doppler-Effekts von der Relativgeschwindigkeit des georteten Objekts abhängig, ist jedoch aufgrund der Modulation des gesendeten Signals auch von der Signallaufzeit und damit vom Abstand des Objekts abhängig.at An FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar is the frequency the output signals supplied to the individual antenna elements ramp-modulated. The signal received by each individual antenna element is sent to the Mixed transmission signal that is supplied to this antenna element. In this way receives one an intermediate frequency signal whose frequency is the frequency difference between the transmitted signal and the received signal. This frequency difference is due to the Doppler effect of the relative speed of the located object is dependent However, due to the modulation of the transmitted signal from the Signal delay and thus dependent on the distance of the object.
Die Zwischenfrequenzsignale werden digitalisiert und über eine Zeitspanne, die etwa einer einzelnen Frequenzrampe entspricht, aufgezeichnet. Der so erhaltene Signalverlauf wird dann durch Schnelle Fouriertransformation in sein Frequenzspektrum zerlegt. In diesem Spektrum zeichnet sich jedes geortete Objekt durch einen einzelnen Peak ab, dessen Frequenzlage vom Abstand und der Relativgeschwindigkeit des betreffenden Objekts abhängig ist. Wenn die gesendeten Signale abwechselnd mit Frequenzrampen mit unterschiedlichen Rampensteigungen moduliert werden, beispielsweise mit einer steigenden und einer fallenden Rampe, so lassen sich für ein einzelnes Objekt aus der Lage der Peaks in den für die beiden Rampen erhaltenen Spektren der Abstand und die Relativgeschwindigkeit des Objekts eindeutig bestimmen. Wenn mehrere Objekte gleichzeitig geortet werden, so ist für eine eindeutige Zuordnung der Peaks zu den jeweiligen Objekten eine Modulation der gesendeten Signale mit mindestens einer weiteren Frequenzrampe erforderlich.The Intermediate frequency signals are digitized and transmitted via a Time span, which corresponds approximately to a single frequency ramp recorded. Of the The signal curve thus obtained is then transformed by Fast Fourier Transformation decomposed into its frequency spectrum. Everybody excels in this spectrum located object by a single peak whose frequency position the distance and the relative speed of the object in question dependent is. When the transmitted signals alternate with frequency ramps be modulated with different ramp slopes, for example with a rising and a falling ramp, so can be for a single Object from the position of the peaks in the spectra obtained for the two ramps the distance and the relative speed of the object clearly determine. If several objects are located simultaneously, so is for a clear assignment of the peaks to the respective objects Modulation of the transmitted signals with at least one other Frequency ramp required.
Für jeden Kanal erhält man auf jeder Fequenzrampe ein Spektrum, in dem sich die georteten Objekte in der Form eines Peaks abzeichnen. Für die zu einem einzelnen Objekt gehörenden Peaks ist dabei die Amplitude und Phase des Zwischenfrequenzsignals, beispielsweise am Scheitel des Peaks, von Kanal zu Kanal etwas verschieden. Die Unterschiede in der Amplitude und Phase, zusammenfassend auch als komplexe Amplitude bezeichnet, resultieren aus den unterschiedlichen Richtcharakteristiken der Antennenelemente und sind vom Azimutwinkel des betreffenden Objekts abhängig.For each Channel receives on each frequency ramp, a spectrum in which the located objects are located in the form of a peak. For to a single object belonging Peaks is the amplitude and phase of the intermediate frequency signal, for example at the apex of the peak, slightly different from channel to channel. The differences in amplitude and phase, in summary, too referred to as complex amplitude, result from the different Directional characteristics of the antenna elements and are of the azimuth angle of the object in question.
Für jedes einzelne Antennenelement zeigt die komplexe Amplitude eine charakteristische Abhängigkeit vom Azimutwinkel, die sich in einem Antennendiagramm darstellen läßt. Der Abstand und die Relativgeschwindigkeit des Objekts geht in die komplexe Amplitude nur in der Form eines Phasenfaktors ein, der für alle Kanäle gleich ist. Durch Vergleich der komplexen Amplituden in den verschiedenen Kanälen läßt sich daher der Azimutwinkel des betreffenden Objekts bestimmen. Vereinfacht gesagt wird dazu der Azimutwinkel gesucht, bei dem die jeweils am Scheitel des Peaks gemessenen komplexen Amplituden am besten zu den zugehörigen Antennendiagrammen passen.For each individual antenna element, the complex amplitude shows a characteristic dependence on the azimuth angle, which can be represented in an antenna diagram. The distance and the relative velocity of the object enter the complex amplitude only in the form of a phase factor which is the same for all channels. By comparing the complex amplitudes in the different channels, therefore, the azimuth angle of the object in question can be determined. In simple words For this purpose, the azimuth angle is sought, in which the complex amplitudes measured in each case at the apex of the peak best fit the associated antenna diagrams.
Bei dem bekannten Radarsensor wird sämtlichen Antennenelmenten dasselbe frequenzmodulierte Sendesignal zugeführt. Als Beispiel kann angenommen werden, daß zum Senden und für den Empfang dieselben Antennenelemente verwendet werden (monostatisches Antennenkonzept). Jedes Antennenelement empfängt dann ein Radarecho nicht nur von dem von ihm selbst gesendeten Signal, sondern auch von den von den anderen Antennenelementen gesendeten Signalen. All diese Signale haben, sofern sie von demselben Objekt stammen, dieselbe Frequenz und überlagern sich am empfangenden Antennenelement zu einem Summensignal. Dabei kann es bei bestimmten Objektkonstellationen durch Interferenz zu einer weitgehenden Auslöschung des Signals in einem Kanal kommen, so daß die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Radarortung beeinträchtigt wird.at the well-known radar sensor is all Antennenelmenten the same frequency modulated transmit signal supplied. When Example can be assumed that for sending and for receiving the same antenna elements are used (monostatic antenna concept). Each antenna element receives then a radar echo not only from the signal it sent itself, but also from those sent by the other antenna elements Signals. All these signals have, provided they are from the same object come, the same frequency and overlay at the receiving antenna element to a sum signal. there It may be due to interference in certain object constellations a widespread extinction of the signal come in one channel, so that the accuracy and reliability the Radarortung impaired becomes.
Bei anderen bekannten Radarsensoren dienen die verschieden Kanäle dazu, die Ortung für lange, mittlere und kurze Reichweiten optimieren. Beispielsweise kann ein Kanal als langreichweitiger Sensor arbeiten, dessen Antennenelement oder -elemente eine relativ scharf gebündelte Radarkeule erzeugen, während in einem anderen Kanal eine weiter aufgefächerte Radarkeule erzeugt wird, um im näheren Vorfeld des Fahrzeugs einen größeren Ortungswinkelbereich zu erfassen. Die Antennenelemente unterscheiden sich in diesem Fall vornehmlich in ihrer flächigen Ausdehnung und damit in ihrer numerischen Apertur.at other known radar sensors serve the different channels, the location for optimize long, medium and short ranges. For example For example, a channel can function as a long-range sensor whose antenna element or elements produce a relatively sharply focused radar lobe, while in a different channel a fanned radar lobe is generated, in the near Advance of the vehicle a larger range of angle capture. The antenna elements differ in this case primarily in their areal Extension and thus in their numerical aperture.
Auch bei Radarsensoren dieses Typs kann es durch Interferenzeffekte zu einer unerwünschten Signalunterdrückung oder -auslöschung kommen. Besonders problematisch ist hier, daß die Gefahr besteht, daß in einem Kanal mit verhältnismäßig geringer Signalstärke das empfangende Signal von einem Signal eines anderen Kanals überstrahlt wird und deshalb nicht mehr detektierbar ist.Also in radar sensors of this type, it may be due to interference effects an unwanted signal suppression or -auslöschung come. Particularly problematic here is that there is a risk that in one Channel with relatively lower signal strength the received signal is outshone by a signal from another channel and is therefore no longer detectable.
Eine mögliche Lösung dieses Problems besteht darin, daß die verschiedenen Kanäle im Zeitmultiplex betrieben werden, so daß zu jedem Zeitpunkt nur ein einziger Kanal sendet und empfängt. Bei Radarsensoren für Kraftfahrzeuge hat dies jedoch den Nachteil, daß das Verkehrsgeschehen nur mit entsprechend geringerer zeitlicher Auflösung verfolgt werden kann.A possible solution This problem is that the different channels are time multiplexed be operated, so that too only one channel transmits and receives at any one time. at Radar sensors for However, motor vehicles this has the disadvantage that the traffic only with correspondingly lower temporal resolution can be tracked.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Radarsensor mit mehreren gleichzeitig aktiven Kanälen zu schaffen, bei dem unerwünschte Interferenzeffekte zwischen den verschiedenen Kanälen vermieden werden.task The invention is therefore a radar sensor with several simultaneously active channels to create, at the unwanted Avoiding interference effects between the different channels become.
Diese Aufgabe wird bei einem Radarsensor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens einer der Kanäle senderseitig einen Modulator aufweist, der das von der HF-Quelle gelieferte Signal in einer für den betreffenden Kanal spezifischen Weise moduliert.These Task is in a radar sensor of the type mentioned by solved, that at least one of the channels Transmitter side has a modulator, that of the RF source delivered signal in a for modulates the respective channel specific way.
Dadurch, daß das gesendete Signal in jeden Kanal in einer spezifischen Weise moduliert wird, durch Frequenzmodulation, Amplitudenmodulation und/oder Phasenmodulation, sind die Signale empfangsseitig anhand ihrer kanalspezifischen Modulation voneinander unterscheidbar, so daß die unerwünschten Interferenz- und Überstrahlungseffekte unterdrückt werden.Thereby, that this transmitted signal is modulated in each channel in a specific way is, by frequency modulation, amplitude modulation and / or phase modulation, the signals are at the receiving end based on their channel-specific modulation distinguishable from each other, so that the undesired interference and blooming effects are suppressed.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments and further developments are specified in the subclaims.
Um bei einem Radarsensor mit drei oder mehr Kanälen eine vollständige Kanaltrennung zu erreichen, sollten alle Kanäle bis auf einen eine kanalspezifische Modulation aufweisen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die empfangenen Signale durch die Modulation in ein Frequenzband verschoben werden, das mit den entsprechenden Frequenzbändern für die anderen Kanäle nicht oder möglichst wenig überlappt. Bei der Auswertung der empfangenen Signals bzw. der daraus abgeleiteten Zwischenfrequenzsignale wird dann jeweils nur das für den betreffenden Kanal relevante Frequenzband betrachtet, und das Auswertungssystem ist dann für die Signale aus anderen Kanälen gleichsam blind, weil diese Signale in anderen Frequenzbändern liegen.Around in a radar sensor with three or more channels a complete channel separation To reach all channels should be have a channel-specific modulation except for one. there it is useful if the received signals by the modulation in a frequency band be moved with the appropriate frequency bands for the others channels not or as possible little overlapped. In the evaluation of the received signal or derived therefrom Intermediate frequency signals will then only for the respective Considered channel relevant frequency band, and the evaluation system is then for the signals from other channels blind, because these signals are in other frequency bands.
Bei einem FMCW-Radar kommt die kanalspezifische Modulation zu der rampenförmigen Modulation hinzu, die bereits in der HF-Quelle erfolgen kann und somit für alle Kanäle dieselbe ist.at FMCW radar, the channel-specific modulation comes to the ramp-shaped modulation which can already be done in the RF source and thus for all channels the same is.
Wenn
die Signale durch die kanalspezifische Modulation zu höheren Frequenzen
verschoben werden, so läßt sich
wahlweise noch der folgende vorteilhafte Nebeneffekt ausnutzen:
Die
Lage des von einem Radarobjekt erzeugten Signals im Frequenzspektrum
ist, wie oben erläutert wurde,
von der Relativgeschwindigkeit des Objekts abhängig und kann daher bei bestimmten
Relativgeschwindigkeiten auch in den sogenannten DC-Bereich des
Spektrums, d. h., in den Frequenzbereich in der Umgebung der Frequenz
null, verschoben sein oder gar in den Bereich negativer Frequenzen.
Signalanteile im DC-Bereich können
mit herkömmlichen FMCW-Radarsensoren
nicht detektiert bzw. nicht ausgewertet werden. Positive und negative
Frequenzen unterscheiden sich in dem komplexen Zwischenfrequenzsignal
Z = |A|eift durch das Vorzeichen der Frequenz
f. Da jedoch beim herkömmlichen
FMCW-Verfahren letztlich nur der Absolutbetrag des Realteils des
Zwischenfrequenzsignals ausgewertet wird, kann zwischen positiven
und negativen Frequenzen nicht unterschieden werden, so daß es zu einer
Verfälschung
des Meßergebnisses
kommen kann, wenn nennenswerte Signalanteile im negativen Spektralbereich
liegen. Durch die erfindungsgemäße Modulation
und Frequenzverschiebung läßt sich
nun erreichen, daß das
gesamte Signal oder zumindest ein größerer Anteil desselben in dem
auswertbaren positiven Frequenzbereich liegt.If the signals are shifted to higher frequencies by the channel-specific modulation, then the following advantageous side effect can optionally be exploited:
The position of the signal generated by a radar object in the frequency spectrum is, as explained above, dependent on the relative speed of the object and therefore at certain relative speeds in the so-called DC region of the spectrum, ie in the frequency range in the vicinity of the frequency zero , be shifted or even in the range of negative frequencies. Signal components in the DC range can not be detected or evaluated with conventional FMCW radar sensors. Positive and negative frequencies differ in the complex intermediate frequency signal Z = | A | e ift by the sign of the frequency f. However, since in the conventional FMCW method ultimately only the absolute value of the real part of the intermediate frequency signal is evaluated, no distinction can be made between positive and negative frequencies, so that falsification of the measurement result can occur if significant signal components lie in the negative spectral range. The inventive modulation and frequency shift can now be achieved that the entire signal or at least a greater proportion of the same is in the evaluable positive frequency range.
Anderseits ist es auch möglich, die empfangenen Signale wieder kanalspezifisch zu demodulieren und sie so in das ursprüngliche Fequenzband zurückzutransformieren. Die Auswertung kann dann in allen Kanälen in demselben Frequenzband erfolgen. Die Kanaltrennung bleibt dabei erhalten, weil nur für den eigenen Kanal die Demodulation invers zu der senderseitigen Modulation ist. Kanalfremde Signale werden daher durch die Demodulation in andere Frequenzbänder verschoben.On the other hand, it is also possible again to demodulate the received signals channel specific and so in the original Transform back the frequency band. The evaluation can then be done in all channels in the same frequency band respectively. The channel separation is retained, because only for its own Channel is the demodulation inverse to the transmitter-side modulation. Non-channel signals therefore become demodulated by others frequency bands postponed.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.
Es zeigen:It demonstrate:
In
Der
Sendeantenne
Der
Kanal
Im
gezeigten Beispiel ist außerdem
im Kanal
Die
Funktionsweise des oben beschriebenen Radarsensors soll nun anhand
der
In
Die
Sendeantenne
Die
in
In
Die
Empfangsantenne
Entsprechende
Störeffekte
wurden selbstverständlich
auch im Kanal
Durch
die Modulation des im Kanal
In
In
Die
gestrichelt eingezeichnete Kurve
Die
in
Tatsächlich wird
im Kanal
Es versteht sich, daß das oben erläuterte Prinzip analog auch bei Radarsensoren mit drei oder mehr Kanälen anwendbar, mit denen drei oder mehr Radarkeulen erzeugt werden, die an einen Bereich großer Abstände, einen Bereich mittlerer Abstände bzw. einen Bereich kleiner Abstände angepaßt sind.It understands that the above explained principle applicable analogously to radar sensors with three or more channels, with which three or more radar beams are generated, which are connected to one Area big Distances, a range of mean distances or a range of small distances customized are.
In
den Kanälen
In
der Leitung vom Zirkulator
Die
Hilfsoszillatoren
Die
durch die Diode
Claims (8)
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- 2006-07-13 DE DE102006032487A patent/DE102006032487A1/en not_active Withdrawn
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2007
- 2007-06-12 WO PCT/EP2007/055772 patent/WO2008006654A1/en active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009153629A1 (en) * | 2008-06-19 | 2009-12-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Calibration method with sequential boresight adjustment of multiple automotive radar devices |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2008006654A1 (en) | 2008-01-17 |
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