CN109991604A - 雷达设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及雷达设备和方法。实施例公开一种雷达系统和操作雷达系统的方法，雷达系统包括：第一IC，其被布置成接收参考时钟信号且可被配置成基于参考时钟信号生成共用本地振荡器信号；第二IC，其被布置成从第一IC接收共用本地振荡器信号；和控制器，其适用于检测第一IC的故障，且被配置成当检测到第一IC的故障时将至少一个信号发送到第二以用于将第二IC从从属模式重新配置成主控模式；其中当在从属模式下操作时，第二IC被配置成使用由第一IC生成的共用本地振荡器信号，且当在主控模式下操作时，第二IC被配置成使用内部生成的本地振荡器信号。第二IC可被配置成接收参考时钟信号，其中内部生成的本地振荡器信号是基于参考时钟信号。

Description

雷达设备和方法
技术领域
本发明涉及一种雷达系统和操作雷达系统的方法。具体地说但非排他地，本发明涉及一种雷达系统，在检测到雷达系统的第一IC的故障时所述雷达系统被配置成将雷达系统的第二IC从从属模式重新配置成主控模式，由此维持雷达系统的至少有限功能性。
背景技术
自动驾驶功能性在极可靠系统中要求极高安全水平，且取决于传感器获得关于周围环境的信息。雷达传感器可在所有天气状况下操作且允许在基于视觉式传感器发生故障的状况下检测物体。此能力使得雷达能够变为自动驾驶汽车中的安全骨干。
为了使得雷达传感器能够变为主导传感器类型且为乐构建自动驾驶汽车的安全骨干，需要高角度分辨率、目标分离和对象分类。可通过级联多个雷达收发器和/或雷达芯片组(专用接收器和/或传输器芯片的组合)增加角度分辨率和/或SNR以增加物理接收器和/或传输器信道的数目。
为了使得能够级联(相干和非相干两者)，收发器(和/或雷达芯片组)中的一个被指定为主控装置且其它芯片被指定为从属装置。主控装置提供本地振荡器(LO)信号且就定时而言控制从属芯片。主控芯片的失效致使所有从属芯片完全失效，原因是不再向从属装置提供定时控制信号和/或LO信号。这继而致使雷达传感器完全失常。
发明内容
本发明的方面在所附权利要求书中陈述。来自从属权利要求的特征的组合可按需要与独立权利要求的特征组合，且不仅仅是按照权利要求书中所明确地陈述的那样组合。
根据本发明的第一方面，提供一种雷达系统，其包括：
第一IC，其被布置成接收参考时钟信号且可被配置成基于所述参考时钟信号生成共用本地振荡器信号；
第二IC，其被布置成从第一IC接收共用本地振荡器信号；和
控制器，其适用于检测所述第一IC的故障且被配置成在检测到所述第一IC的故障时将至少一个信号发送到所述第二IC以用于将所述第二IC从从属模式重新配置成主控模式；
其中当在所述从属模式下操作时，所述第二IC被配置成使用由第一IC生成的共用本地振荡器信号，且当在所述主控模式下操作时，所述第二IC被配置成使用内部生成的本地振荡器信号。
因此，本发明可使得雷达系统即使在检测到第一IC的故障时也能够维持至少最低功能水平，所述雷达系统例如级联系统，例如其中第一IC通常充当主控装置且第二IC通常充当多个从属IC中的一个的阵列。这对于实现自动驾驶车辆的安全操作至关重要的雷达传感器特别重要。
第二IC可被配置成接收所述参考时钟信号，其中所述内部生成的本地振荡器信号是基于所述参考时钟信号。
这可以使得第二IC即使在检测到的故障使共用时钟信号到第二IC的分配中断时也能够在主控模式下操作，所述共用时钟信号例如由第一IC生成的共用时钟信号。
参考时钟信号可来源于晶体振荡器。
控制器可被配置成在检测到所述第一IC的故障时停用所述第一IC。
在一些实施例中，雷达系统包括多个另外的IC，所述多个另外的IC各自被布置成从第一IC接收共用本地振荡器信号，其中所述第二IC是所述多个另外的IC中的选定一个。
所述另外的IC中的每一个可被布置成接收所述参考时钟信号。
控制器可被配置成在检测到所述第一IC的故障时停用除所述第二IC外的所述另外的IC中每一个。
控制器可适用于检测所述第二IC的故障，且可被配置成在检测到所述第二IC的故障时将至少一个信号发送到所述多个另外的IC中的不同选定一个以用于将所述多个另外的IC中的不同选定一个从所述从属模式重新配置成所述主控模式。
控制器可适用于通过从所述第一IC接收误差信号检测所述第一IC的故障。
控制器可适用于通过检测使用所述第一IC获得的雷达数据的不规则性检测所述第一IC的故障。
在一些实施例中，所述第一IC和所述第二IC中的每一个是相应收发器。在其它实施例中，所述第一IC和所述第二IC中的每一个包括在收发器芯片组、接收器芯片组或传输器芯片组中的相应一个中。
在一些实施例中，所述第一IC被配置成基于所述参考时钟信号生成共用时钟信号，其中所述第二IC适用于当在所述从属模式下操作时接收由所述第一IC生成的所述共用时钟信号。
在一些实施例中，所述第一IC被配置成基于所述参考时钟信号生成定时控制信号，其中所述第二IC适用于当在所述从属模式下操作时从所述第一IC接收所述定时控制信号。
第一和第二IC的结构和/或功能性可相同。另外的IC的结构和/或功能性可彼此相同。
根据本发明的第二方面，提供一种可重新配置的集成电路，其可选择性地被配置成用作上文所定义的雷达系统中的所述第一IC或所述第二IC。
根据本发明的第三方面，提供一种操作雷达系统的方法，所述雷达系统包括：第一IC，其被布置成接收参考时钟信号且可被配置成基于所述参考时钟信号生成共用本地振荡器信号；第二IC，其被布置成从第一IC接收共用本地振荡器信号，所述第二IC可被选择性地配置成在从属模式下操作以及在主控模式下操作，在所述从属模式下，所述第二IC被配置成使用由第一IC输出的共用本地振荡器信号，在所述主控模式下，所述第二IC被配置成使用内部生成的本地振荡器信号；所述方法包括：
检测所述第一IC的故障，和
在检测到所述第一IC的所述故障时，将至少一个信号发送到所述第二IC以用于将所述第二IC从所述从属模式重新配置成所述主控模式。
根据本发明的第四方面，提供一种用于自动驾驶车辆的控制系统，所述控制系统包括如上文所定义的雷达系统。
控制系统可包括数据处理系统，所述数据处理系统被配置成
基于从雷达系统接收的数据提供电子制辅助系统、盲点检测系统、倒车后方穿行物体警示系统和巡航控制系统中的至少一个。
附图说明
将仅借助于例子参考附图描述本发明的实施例，在附图中类似附图标记是指类似元件，且其中：
图1示出适用于理解本发明的雷达系统的示范配置；
图2示出根据本发明的示范实施例的多芯片雷达系统的初始配置；
图3示出在检测到系统的第一IC的故障之后图2的多芯片雷达系统的“功能性故障”配置；且
图4是示出根据本发明的示范实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出适用于理解本发明的例如阵列传感器的级联多芯片雷达传感器系统100的示范配置。系统100包括：呈主控集成电路(IC)形式的主控收发器110；呈从属IC形式的多个从属收发器120、130、140(其中三个在图1中示出)；呈主要计算单元(MCU)150形式的控制器；以及晶体振荡器160。通常，每个IC 110、120、130、140包括多个操作传输(TX)端口和多个接收器(RX)端口(未示出)。
晶体振荡器160生成主控装置IC 110的参考时钟信号180(XTAL1、XTAL2)。作为例子，参考时钟信号180可为具有60MHz频率的差分信号。
主控IC 110生成共用本地振荡器(LO)信号200，所述共用本地振荡器信号200从主控IC 110的LO输出端口200a输出。共用LO信号200经由功率分配器/分频器200b分配到主控IC 110和从属IC 120、130、140的相应LO输入端口200c，且用于IC 110、120、130、140的传输(TX)放大器和接收器(RX)混合器(图1中未示出)。在实践中，使LO输出端口200a到每个LO输入端口200c的路径长度对齐以避免相位差。共用LO信号200可具有例如38GHz的频率。
主控IC 110还生成共用时钟信号210(MS_CLKn、MS_CLKp)，所述共用时钟信号210用作实现主控和从属IC上的ADC上的采样时刻的同步性的时基。作为例子，共用时钟信号可为具有240MHz频率的差分信号。
共用LO信号200和共用时钟信号210两者来源于由主控IC 110从晶体振荡器160接收的参考时钟信号180。
主控IC 110还将定时控制信号(未示出)传输到从属IC 120、130、140例如用于触发从属IC内的定时引擎。
MCU 150通过SPI(串行外围接口)控制线220和数字线230例如使用CSI-2或LVDS格式连接到主控和从属IC 110、120、130、140以用于从主控和从属IC 110、120、130、140接收数据。MCU 150可包括数字信号处理(DSP)功能性且可包括现场可编程门阵列(FPGA)。MCU150还通过RFS(雷达帧起始)控制线240连接到主控和从属IC 110、120、130、140以用于触发数据获取序列的开始。
在雷达系统100中的主控IC 110失效的情况下，整个系统100将发生故障，原因是共用本地振荡器信号200和共用时钟信号210将不会被分配到从属IC 120、130、140。
图2示出根据本发明的实施例的多芯片雷达传感器系统300的示范配置。系统300包括：呈第一收发器形式的第一集成电路(IC)310；以及呈另外的收发器形式的多个另外的IC 320、330、340(其中三个在图2中示出)；呈主要计算单元(MCU)350形式的控制器；以及晶体振荡器360。通常，每个IC 310、320、330、340包括多个操作传输(TX)端口和多个接收器(RX)端口(未示出)。
晶体振荡器360生成参考时钟信号380(XTAL1、XTAL2)，所述参考时钟信号380被分配到第一和另外的IC 310、320、330、340中的每一个。作为例子，参考时钟信号380可为具有60MHz频率的差分信号。
如在先前例子中，MCU 350通过SPI(串行外围接口)控制线420和数字线430例如使用CSI-2或LVDS格式连接到收发器310、320、330、340以用于从收发器310、320、330、340接收数据。MCU 350可包括数字信号处理(DSP)功能性且可包括现场可编程门阵列(FPGA)。MCU350还通过RFS(雷达帧起始)控制线440连接到收发器310、320、330、340以用于触发数据获取序列的开始。
雷达系统300与先前例子的系统100的不同之处在于，MCU 350还通过主/从控制线450连接到收发器310、320、330、340中的每一个。此控制线450用于启用每个收发器中的主控操作模式或从属操作模式。主/从控制线450可连接到相应收发器310、320、330、340的GPIO输入端。
第一收发器310可操作为系统300的主控IC。当操作为主控IC时，第一收发器310被配置成生成共用本地振荡器(LO)信号400和共用时钟信号410(MS_CLKn、MS_CLKp)，所述共用本地振荡器信号400和共用时钟信号410各自来源于由第一收发器310从晶体振荡器360接收的参考时钟信号380。共用LO信号400可从第一收发器310的LO输出端口400a输出且经由功率分配器/分频器400b分配到第一收发器310和另外的收发器320、330、340的相应LO输入端口400c以用于收发器310、320、330、340的传输(TX)放大器和接收器(RX)混合器(图2中未示出)。在实践中，使LO输出端口400a到每个LO输入端口400c的路径长度对齐以避免相位差。共用LO信号400可具有例如38GHz的频率。共用时钟信号410用作实现收发器310、320、330、340上的ADC上的采样时刻的同步性的时基。作为例子，共用时钟信号可为具有240MHz频率的差分信号。当操作为主控IC时，第一收发器310还将定时控制信号(未示出)传输到另外的收发器320、330、340以例如用于触发另外的IC内的定时引擎。
另外的收发器320、330、340可在从属模式下操作为从属IC，从而使得其可与操作为主控IC的第一收发器310级联。当在从属模式下操作时，另外的收发器320、330、340被配置成使用在其相应LO输入端口400c处从第一收发器310接收的共用本地振荡器信号400。当在从属模式下操作时，另外的收发器320、330、340还被配置成使用从第一收发器310接收的共用时钟信号410。
然而，另外的收发器320、330、340还可被配置成在主控模式下操作。另外的收发器320、330、340被配置成当在主控模式下操作时使用来源于直接从晶体振荡器360接收的参考时钟信号380的内部生成的LO信号，而非使用在其相应LO输入端口400c处接收的共用LO信号400。另外的收发器320、330、340还被配置成当在主控模式下操作时使用内部来源于参考时钟信号380的本地时钟信号，而非使用从第一收发器310接收的共用时钟信号410。
第一收发器310和另外的收发器320、330、340可为结构和功能性彼此相同的IC，其中每个收发器310、320、330、340可被选择性地配置成在主控模式或从属模式下操作。每个收发器310、320、330、340的初始配置在系统300的初始化期间可预设或可由MCU 350经由主/从控制线450编程。在其它实施例中，第一收发器310可例如通过将GPIO输入端连接到地址球被永久性地配置在主控模式下。重要的是，另外的收发器320、330、340可在从属模式下的初始配置之后由MCU 350经由主/从控制线450配置成在主控模式下操作。
图2示出在初始配置下的雷达系统300，其中第一收发器310被配置成操作为主控IC，且另外的收发器320、330、340各自被配置成在从属模式下操作且由此操作为从属IC。这种配置可用于雷达系统300的正常操作。从属IC 320、330、340被配置成使用从主控IC 310接收的共用LO信号400和共用时钟信号410。
MCU 350包括用于检测第一收发器310或另外的收发器320、330、340的故障的故障检测功能性，所述故障例如收发器中的一个的内锁相回路(PLL)的故障。MCU 350可被配置成在检测内部故障时通过接收从相应收发器转发的误差信号检测收发器310、320、330、340中的任一个的故障。举例来说，每个收发器310、320、330、340可被配置成执行自测试(例如，以检查PLL是否被锁定和/或传输频率是否正确)和在自测试导致故障时将误差信号或中断信号转发到MCU 350。可替换的是或另外，MCU 350可被编程以直接检测一些误差，例如，MCU350可被配置成检测使用特定收发器获得的雷达数据的不规则性，例如雷达数据的FFT的不规则性，以及将这种不规则性解译为故障指示。
在由MCU 350检测到雷达系统300的第一收发器310的故障或失效时，在上文参考图2所描述的初始配置下的操作期间，MCU 350经由主/从控制线450将一个或多个信号发送到第二收发器320，所述第二收发器320是上文所描述的用于将第二收发器320从从属模式重新配置成主控模式的另外的收发器320、330、340中的一个。在重新配置成在主控模式下操作之后，第二收发器320使用本地内部生成的LO和本地时钟信号，所述本地内部生成的LO和本地时钟信号各自来源于直接从晶体振荡器360接收的参考时钟信号380。然而，由第二收发器320生成的本地LO信号未被输出，原因是在本实施例中并没有规定将LO信号从第二收发器320分配到其它收发器330、340。
第二收发器320的重新配置可由MCU 350数控，其中所述第二收发器320在经由主/从控制线450从MCU 350接收到指示从从属模式重新配置到主控模式的控制信号时自动实施重新配置过程。可替换的是，MCU 350可将多个命令发送到第二收发器320以实施重新配置过程的相应多个步骤。举例来说，重新配置过程可要求以下步骤，例如：接通第二收发器320的内部PLL以用于生成本地LO信号，将LO信号源从第二收发器320的LO输入400c切换到本地内部生成的LO信号，以及将时钟信号源从共用时钟信号410切换到内部生成的本地时钟信号。第二收发器320的重新配置可通过改变第二收发器320的各种内部开关装置的状态来执行。
在检测到第一收发器的故障之后，MCU 350还停用第一收发器310、用于分配共用LO信号400的电路以及除第二收发器320外的另外的收发器330、340。因此，雷达系统300被重新配置成图3中所示出的配置。在图3中，系统的未激活部分以灰色示出。
在如图3中所示出的重新配置的雷达系统300中，第二收发器320充当独立式收发器，由此使得雷达系统300即使在第一收发器310发生故障的情况下也能够提供最低功能水平。因此，图3中所示出的系统300的这种配置可被称为“功能性故障”配置。
在其它实施例中，剩余的另外的收发器330、340还可被重新配置成以与第二收发器320相同的方式在主控模式下操作，以提供替代的功能性故障配置。然而，在没有任何共享共用LO信号的规定的情况下，所述剩余的另外的收发器330、340各自使用其来源于来自晶体振荡器360的参考时钟信号380的相应内部生成的LO信号以独立方式操作。
如果MCU 350在呈图2中所示出的初始配置的雷达系统300的正常操作期间检测到另外的收发器320、330、340中的一个的故障，那么MCU 350停用有故障的收发器但不会重新配置其它收发器310、320、330、340中的任一个。然而，在呈图3中所示出的功能性故障配置的系统300的操作期间检测到第二收发器320的故障时，MCU 350将信号发送到第三收发器330以用于将第三收发器330从从属模式重新配置成主控模式，且停用有故障的第二收发器320，所述第三收发器330是除第二收发器320外的另外的收发器330、340中的一个。以此方式，系统300可继续以另外的功能性故障配置操作。
图2和3中所示出的雷达系统300包括三个另外的收发器320、330、340，所述三个另外的收发器320、330、340各自被配置成从晶体振荡器360接收参考时钟信号380且各自被配置成用于经由主/从控制线450控制，使得MCU 350可在从属模式与主控模式之间重新配置另外的收发器320、330、340中的任一个。因此，MCU 350可选择另外的收发器320、330、340中的任一个作为第二收发器以用于在检测到第一收发器310的故障之后独立操作。在本发明的其它实施例中，雷达系统可包括任何数目的此类另外的收发器320、330、340，所述数目等于或大于一。所提供的数目可取决于所需冗余度。在本发明的某些实施方案中，雷达系统还可包括多个从属收发器，所述多个从属收发器未被配置成用于独立操作，例如，未被配置成接收参考时钟信号380。在其它实施例中，雷达系统的所有从属收发器可被配置成用于在从属模式与主控模式之间重新配置。
上文所描述的雷达系统300包括呈集成收发器310、320、330、340形式的IC。然而，在本发明的其它实施例中，雷达系统的IC可由芯片组提供。芯片组可为收发器、传输器或接收器芯片组。
图4示出一种操作图2和3中所示出的雷达系统300的方法。
在第一步骤500中，MCU 350经由主/控制线450发送信号以通过将第一收发器310配置在主控模式下且将另外的收发器320、330、340配置在从属模式下来初始化系统300以实现正常操作。如果预设了收发器的初始配置，那么此步骤可以是可选的。
在下一步骤510中，雷达系统300通常以初始配置操作。雷达系统300充当级联系统，其中第一收发器310作为主控装置且另外的收发器320、330、340作为从属装置。另外的收发器320、330、340使用从第一收发器310接收的共用LO信号400和共用时钟信号410。
在下一步骤520中，MCU 350监测第一收发器310的故障。如果未检测到故障，那么方法返回到步骤510。如果检测到故障，例如通过从第一收发器310接收到误差信号，那么方法进行到步骤530。
在步骤530处，MCU 350停用第一收发器310。举例来说，如果第一收发器310在检测到内部故障时自动停用，那么此步骤可以是可选的。
在下一步骤540中，MCU 350将信号发送到第二收发器320，所述信号指示将第二收发器320从从属模式重新配置成主控模式。在接收到此信号时，第二收发器320自动重新配置，使得它使用来源于直接从晶体振荡器360接收的参考时钟信号380的内部生成的本地LO信号。
在下一步骤550中，MCU 350停用其它另外的收发器330、340(不包括第二收发器320)。此步骤是可选的。
在下一步骤560中，雷达系统300以功能性故障配置操作。第二收发器320使用来源于参考时钟信号380的内部生成的本地LO信号。
在下一步骤570中，MCU 350监测第二收发器320的故障。如果未检测到故障，那么方法返回到步骤560。如果检测到故障，例如通过从第二收发器320接收到误差信号，那么方法进行到步骤580。
在步骤580处，MCU 350停用第二收发器320。举例来说，如果第二收发器320在检测到内部故障时自动停用，那么此步骤可以是可选的。
在下一步骤590中，MCU 350将信号发送到第三收发器330，所述信号指示将第三收发器330从从属模式重新配置成主控模式和/或启用第三收发器330。在接收到此信号时，第三收发器330自动重新配置，使得它使用来源于直接从晶体振荡器360接收的参考时钟信号380的内部生成的本地LO信号。
在下一步骤600中，雷达系统300以另外的功能性故障配置操作。第三收发器330使用来源于参考时钟信号380的内部生成的LO信号。
尽管上文已经描述本发明的特定实施例，但应了解，可在所附权利要求书的范围内进行包括添加和/或替代的许多修改。

Claims (10)

1.一种雷达系统，其特征在于，包括：
第一IC，其被布置成接收参考时钟信号且能够配置成基于所述参考时钟信号生成共用本地振荡器信号；
第二IC，其被布置成从所述第一IC接收所述共用本地振荡器信号；和
控制器，其适用于检测所述第一IC的故障且被配置成在检测到所述第一IC的故障时将至少一个信号发送到所述第二IC以用于将所述第二IC从从属模式重新配置成主控模式；
其中当在所述从属模式下操作时，所述第二IC被配置成使用由所述第一IC生成的所述共用本地振荡器信号，且当在所述主控模式下操作时，所述第二IC被配置成使用内部生成的本地振荡器信号。
2.根据权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述第二IC被配置成接收所述参考时钟信号，其中所述内部生成的本地振荡器信号是基于所述参考时钟信号。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的雷达系统，其特征在于，所述参考时钟信号来源于晶体振荡器。
4.根据在前的任一项权利要求所述的雷达系统，其特征在于，所述控制器被配置成在检测到所述第一IC的故障时停用所述第一IC。
5.根据在前的任一项权利要求所述的雷达系统，其特征在于，包括多个另外的IC，所述多个另外的IC各自被布置成从所述第一IC接收所述共用本地振荡器信号，其中所述第二IC是所述多个另外的IC中的选定一个。
6.根据权利要求5所述的雷达系统，其特征在于，每个所述另外的IC被布置成接收所述参考时钟信号。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的雷达系统，其特征在于，所述控制器被配置成在检测到所述第一IC的故障时停用除所述第二IC外的所述另外的IC中的每一个。
8.一种可重新配置的集成电路，其特征在于，能够被选择性地配置成用作根据在前的任一项权利要求所述的雷达系统中的所述第一IC或所述第二IC。
9.一种操作雷达系统的方法，其特征在于，所述雷达系统包括：第一IC，其被布置成接收参考时钟信号且能够配置成基于所述参考时钟信号生成共用本地振荡器信号；第二IC，其被布置成从所述第一IC接收所述共用本地振荡器信号，所述第二IC能够被选择性地配置成在从属模式下操作以及在主控模式下操作，在所述从属模式下，所述第二IC被配置成使用由所述第一IC输出的所述共用本地振荡器信号，在所述主控模式下，所述第二IC被配置成使用内部生成的本地振荡器信号；所述方法包括：
检测所述第一IC的故障，和
在检测到所述第一IC的所述故障时，将至少一个信号发送到所述第二IC以用于将所述第二IC从所述从属模式重新配置成所述主控模式。
10.一种用于自动驾驶车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括根据权利要求1到7中任一项所述的雷达系统。
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