CN111566509A - 具有集成在中央控制单元中的时钟发生器的雷达系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的雷达系统，所述雷达系统具有至少一个中央控制单元、至少一个雷达传感器头和处于所述至少一个中央控制单元与所述至少一个雷达传感器头之间的至少一个数据线路，所述至少一个中央控制单元用于发送数据和处理所接收的数据，所述至少一个雷达传感器头与所述至少一个中央控制单元间隔开，所述至少一个雷达传感器头具有用于产生雷达波的至少一个发送天线和用于接收雷达波的至少一个接收天线，其中，所述至少一个中央控制单元具有用于产生参考频率的时钟发生器，并且所述参考频率能够通过所述至少一个数据线路传输到所述至少一个雷达传感器头。

Description

具有集成在中央控制单元中的时钟发生器的雷达系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的雷达系统，该雷达系统具有：中央控制单元，其用于发送数据并且用于处理所接收的数据；与中央控制单元间隔开的至少一个雷达传感器头，该至少一个雷达传感器头具有用于产生雷达波的至少一个发送天线和用于接收雷达波的至少一个接收天线；至少一个数据线路，其处于中央控制单元与至少一个雷达传感器头之间。

背景技术

在具有高级驾驶员辅助功能或自动化驾驶功能的车辆中安装有越来越多的雷达传感器。相对于单个雷达传感器，通过更高数量的雷达传感器力求实现自动化的或部分自动情况功能的更高的功能有效性。该领域中的目前的解决方案由雷达传感器组成，所述雷达传感器在传感器内对所接收的雷达波执行广泛的数据处理。因此，雷达传感器可以提供对象层级或地点层级上的数据，以用于通过车辆进一步分析处理。由此可以降低传输给车辆的数据量，然而相应的雷达传感器必须具有更高的计算能力和更大的存储器。

在此的缺点是：计算能力和存储器大小在提升功能有效性方面相对不利地被缩放。这尤其是由以下导致的：从对功能有效性的定义的要求出发，微控制器技术不再足以用于所接收的雷达波的必要的处理步骤。因此，为了提高功能有效性，必须在在传感器内在微处理器技术的范畴内执行必要的计算和分析。这会对雷达传感器的价格、尺寸和功率损耗产生不利影响。

此外，所使用的多种雷达传感器间通常不具有充分的相干性，或不存在相干性。这尤其可能由于本地安装在雷达传感器中的用于预给定频率的各个单独的振荡器所导致。

发明内容

本发明所基于的任务可以视为提出一种用于车辆的雷达系统，该雷达系统在其功能有效性方面能够价格有利地、灵活地进行缩放，并且在该雷达系统中，各个雷达传感器头能够彼此同步。

该任务借助独立权利要求的相应主题来解决。本发明的有利构型是从属权利要求的主题。

根据本发明的一方面，提供一种用于车辆的雷达系统。该雷达系统具有至少一个中央控制单元，其用于发送数据和处理所接收的数据。此外，雷达系统具有与中央控制单元间隔开的至少一个雷达传感器头，该至少一个雷达传感器头具有用于产生雷达波的至少一个发送天线和用于接收雷达波的至少一个接收天线。为了传输数据，雷达系统具有处于中央控制单元与至少一个雷达传感器头之间的至少一个数据线路。根据本发明，至少一个中央控制单元具有用于产生参考频率的时钟发生器，其中，参考频率能够通过至少一个数据线路传输到至少一个雷达传感器头。

在车辆中使用多个雷达传感器的方面，有利的是将所需的计算能力集中在至少一个中央控制设备中。因此，可以将相应的雷达传感器构型成紧凑且价格有利的雷达传感器头，而没有明显的功率损耗。由此可以实现总体上更好的性价比，并且实现雷达系统的更高的功能有效性。

在根据本发明的雷达系统中，至少一个雷达传感器头具有用于产生和发送雷达波的部件以及用于接收和处理所接收的雷达波的部件。在此，对所接收的雷达波的处理被限制在尽可能小的规模上，或者以尽可能低的开销进行。尤其可以通过模数转换器将所接收的雷达波的测量数据数字化，并且随后借助高的带宽将该测量数据输送给至少一个中央控制设备。随后，可以在至少一个中央控制设备中对至少一个雷达传感器头的已数字化的测量数据进行进一步处理。

由此，可以降低相应的雷达传感器头的成本，因为在各个雷达传感器头中需要较低的计算能力。此外，由于较少数量的处理步骤，所以在相应雷达传感器头中会产生较低的功率损耗。虽然在至少一个中央控制单元中的计算开销增加，然而在此相比于所产生的成本，可以更简单或以更低的开销来扩展计算能力。相比于之前的解决方案，在整体考虑雷达系统的情况下，能够价格有利且灵活地扩展和缩放(skalieren)根据本发明的雷达系统。此外，由于至少一个中央控制单元的更高的计算能力，可以使用更复杂和性能更强的算法来处理所接收的雷达波。

在雷达传感器集合中，如果要将不同雷达传感器的或雷达传感器头的数据合融合到较低的层级(例如频谱层级)上，则相干性是决定性因素。通常，在每个雷达传感器中单独地借助本地振荡器和锁相环作为频率合成器来产生高频率。通过本地的石英振荡器来产生锁相环的参考。由此，雷达传感器之间的相干性非常低或不存在。通过根据本发明的雷达系统，可以将(作为具有细微偏差的单独时钟发生器的)本地振荡器替换为中央时钟发生器。中央时钟发生器优选布置在至少一个中央控制单元中。中央时钟发生器可以给至少一个雷达传感器头提供参考频率，该参考频率可以通过至少一个数据线路传输。因此，通过预给定参考频率，可以将至少一个数据线路直接用于不同雷达传感器头的振荡器的同步。

至少一个数据线路优选实施为所谓的高速接口。至少一个数据线路可以实施为具有时钟增益(Taktgewinnung)的串行数据传输。由此确保不同的雷达传感器头的本地振荡器的相干性。首先可以在锁相环的环路带宽(Schleifenbandbreite)内确保相干性。相位噪声在此取决于时钟发生器。在此，环路带宽越大，则存在相干性的频率范围就越大。环路带宽的设计还取决于：相对于参考频率的相位噪声有多好，以及锁相环在哪个频率下运行。在高速接口或数据线路中通常使用高频率，与CAN总线相比，这种高频率用作锁相环的参考频率会是有利的。

根据雷达系统的一个实施例，由时钟发生器产生的参考频率能够可变地调节。布置在至少一个中央控制单元中的时钟发生器例如可以是电压控制的振荡器或数控振荡器。由此，可以直接或间接地影响振荡器的能够产生的参考频率。随后，可以通过至少一个数据线路将能够可变地调节的参考频率传递给至少一个雷达传感器头，并在那里将所述参考频率用于运行至少一个发送天线。因此，可以将至少一个雷达传感器头匹配于不同的测量场景。

根据雷达系统的另一实施例，至少一个雷达传感器头具有至少一个发送天线的天线控制装置以及频率合成器。频率合成器可以设计成用于运行本地振荡器的控制回路的形式。由此，可以在技术上简单地产生和调制用于至少一个发送天线的载波频率。

根据雷达系统的另一实施例，频率合成器的参考频率能够由至少一个中央控制单元的时钟发生器提供。由此，能够独立于至少一个雷达传感器头的本地振荡器，将在至少一个中央控制单元中通过时钟发生器产生的参考频率用于运行至少一个雷达传感器头的至少一个发送天线。除了在使用多个雷达传感器头时确保相干性之外，由此还可以实现(用于相应的发送天线的)频率产生情况下的冗余。

根据雷达系统的另一实施例，由至少一个雷达传感器头的至少一个接收天线接收的雷达波能够通过模数转换器转换成数字测量数据，并且所述雷达波能够借助至少一个时间信息进行标记。由此，所接收的雷达波或测量数据可以转换为数字格式，并且因此可以更简单地对其进行再处理。有利地，转换为数字格式的测量数据可以设有时间戳。例如，每个所记录的频谱可以具有其自身的时间戳。

根据雷达系统的另一实施例，数字测量数据能够通过至少一个数据线路传输到中央控制单元中，并且所述数字测量数据能够在中央控制单元中通过至少一个时间信息同步。通过在雷达传感器头中对所接收的测量数据的第一处理，还可能由于产生的数据量而导致出现缓冲或延迟。可以基于所分配的时间信息来补偿至少一个雷达传感器头与至少一个中央控制单元之间的由此导致的偏差。时间信息优选能够以一个时间戳或多个时间戳的形式实现。因此，可以将时间戳用于至少一个中央控制单元与至少一个雷达传感器头之间的测量数据的时间同步。由此，也能够在时间上对延迟地传输到至少一个中央控制单元的测量数据进行正确的归类，并且可以将该测量数据用于其他应用或计算。

根据雷达系统的另一实施例，至少一个时间信息能够由布置在至少一个雷达传感器头中的时间和控制设备产生。因此，至少一个雷达传感器头可以具有与模数转换器并联布置的附加电路。时间和控制设备例如可以通过至少一个数据线路来接收和实现所传输的控制指令，并且可以为已数字化的测量数据设置精确的时间信息。此外，可以将时间和控制设备用于至少一个雷达传感器头的控制，以及例如用于监测控制或周期控制。为了能够在雷达系统中进行时间同步，必需由时间和控制设备为所传输的测量数据添加例如(针对每个所传输的线性调频或每个所传输的周期的)时间戳，借此，至少一个中央控制单元可以有意义地使用所传输的测量数据。

根据雷达系统的另一实施例，频率合成器具有用于提供频率的振荡器，该振荡器布置在至少一个雷达传感器头中。由此，雷达传感器头可以由常见的部件构造，因为频率合成器基本上以集成电路形式的本地振荡器制造。在此，振荡器能够由中央控制单元通过时间和控制设备来调节。通过在至少一个雷达传感器头中实现时间和控制设备，可以通过至少一个中央控制单元实现对至少一个雷达传感器头的部件的影响。因此，也可以直接或间接地控制或调节至少一个雷达传感器头的一个或多个振荡器。

根据雷达系统的另一实施例，由振荡器提供的频率能够与由至少一个中央控制单元的时钟发生器产生的参考频率叠加。因此，独立于本地振荡器的频率地，可以将中央时钟发生器的参考频率以较高优先级用于通过至少一个发送天线产生雷达波。

根据雷达系统的另一实施例，通过至少一个中央控制单元的时钟发生器，至少两个雷达传感器头的频率合成器能够彼此同步。彼此间隔开的多个雷达传感器头可以安装在车辆中，并且可以通过数据线路与一个或多个中央控制单元数据传导地连接。通过在不同雷达传感器头中实现的时间和控制设备，在使用多个雷达传感器头时，可以将相应的频率合成器以及发送天线的载波频率彼此同步。因此可以提升测量结果的准确性。由此可以优化车辆的驾驶员辅助功能或自动化驾驶功能。此外，在不对功能有效性造成的负面影响的情况下，可以任意增加所使用的雷达传感器头的数量。

根据雷达系统的另一实施例，相比于至少一个雷达传感器头的频率合成器的参考频率，通过至少一个数据线路传输的数据能够以更高的数据速率传输。为了使用于控制和调节至少一个雷达传感器头的时间和控制设备能够最佳地运行，必须通过至少一个数据线路以比雷达运行更高的时间分辨率来进行数据传输。由此，能够将其他功能(例如用于监测不同振荡器的频率偏差的安全功能)集成到根据本发明的雷达系统中。在MMIC技术的范畴内，可以在技术上简单地实现用于数据传输的更高时间分辨率，因为该技术能够实现几千兆赫的频率。因此，能够无误地传输具有1GHz和1ns时间分辨率的时间戳。对于至少一个发送天线的PLL(锁相环)参考，内部参考频率例如可以是50MHz，由此，根据该示例，数据速率必须高于50Mbit/s

根据雷达系统的另一实施例，至少一个中央控制单元具有用于处理所接收的数据的至少一个处理器和用于至少临时存储数据的至少一个存储器。由此，至少一个中央控制单元能够至少临时地存储通过至少一个数据线路从至少一个雷达传感器头传输的测量数据，并且根据相应的应用的要求来对其进行处理、转发或输出。在必要时，至少一个中央控制单元能够由性能更强大的控制单元所替换。因为在此已经使用微处理器技术，所以可以使用要求很高的算法来处理测量数据，并且因此可以获得更准确的计算结果。

附图说明

下面根据大幅简化的示意图更详细地阐述本发明的优选实施例。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一实施方式的雷达系统1的示意图。在此，雷达系统1由雷达传感器头2组成，雷达传感器头通过数据线路4与中央控制单元6耦合。

雷达传感器头2具有至少一个发送天线8，该至少一个发送天线能够通过天线控制装置10运行。天线控制装置10与用于产生雷达波的载波频率的频率合成器12连接。

在此，频率合成器12通过数据线路4从中央控制单元6经由数字传输的控制指令ST获得参考频率。

此外，用于接收雷达波的至少一个接收天线14布置在雷达传感器头2中，该至少一个接收天线具有相应的分析处理单元16。可以由模数转换器18将所接收的雷达波转换成数字测量数据，随后通过数据线路4将数字测量数据发送给中央控制单元6。

通过布置在雷达传感器头2中的时间和控制设备20将时间戳Z分配给所传输的数字测量数据，并且同样将所传输的数字测量数据发送给中央控制单元6。

中央控制单元6可以接收和再处理所传输的数字测量数据。通过随着测量数据传输的时间戳Z，可以在时间上准确地对这些测量数据进行分类。

中央控制单元6具有至少一个处理器22和至少一个存储器24，该至少一个处理器用于处理所接收的数据，该至少一个存储器用于至少临时存储所接收的数字测量数据。此外，中央控制单元6具有时钟发生器26。中央控制单元6可以通过时钟发生器26生成用于使雷达传感器头2同步的参考频率。随后，可以通过数据线路4从频率合成器12获得参考频率。

Claims (12)

1.用于车辆的雷达系统(1)，所述雷达系统具有至少一个中央控制单元(6)、至少一个雷达传感器头(2)和至少一个数据线路(4)，所述至少一个中央控制单元用于发送数据并且用于处理所接收的数据，所述至少一个雷达传感器头与所述至少一个中央控制单元(6)间隔开，并且所述至少一个雷达传感器头具有用于产生雷达波的至少一个发送天线(8)和用于接收雷达波的至少一个接收天线(14)，所述至少一个数据线路处于所述至少一个中央控制单元(6)与所述至少一个雷达传感器头(2)之间，其特征在于，所述至少一个中央控制单元(6)具有用于产生参考频率的时钟发生器(26)，并且所述参考频率能够通过所述至少一个数据线路(4)传输到所述至少一个雷达传感器头(2)。

2.根据权利要求1所述的雷达系统，其中，由所述时钟发生器(26)产生的参考频率能够可变地调节。

3.根据权利要求1或2所述的雷达系统，其中，所述至少一个雷达传感器头(2)具有带有频率合成器(12)的所述至少一个发送天线(8)的天线控制装置(10)。

4.根据权利要求3所述的雷达系统，其中，所述频率合成器(12)的参考频率能够由所述至少一个中央控制单元(6)的时钟发生器(26)提供。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的雷达系统，其中，由所述至少一个雷达传感器头(2)的至少一个接收天线(14)接收的雷达波能够通过模数转换器(18)转换成数字测量数据并且能够借助至少一个时间信息(Z)来进行标记。

6.根据权利要求5所述的雷达系统，其中，所述数字测量数据能够通过至少一个数据线路(4)传输到所述至少一个中央控制单元(6)，并且所述数字测量数据能够在所述至少一个中央控制单元(6)中通过所述至少一个时间信息(Z)同步。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的雷达系统，其中，所述至少一个时间信息(Z)能够通过布置在所述至少一个雷达传感器头(2)中的时间和控制设备(20)产生。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的雷达系统，其中，所述频率合成器(12)具有布置在所述至少一个雷达传感器头(2)中的振荡器，所述振荡器用于提供频率。

9.根据权利要求8所述的雷达系统，其中，由所述振荡器提供的频率能够与通过所述至少一个中央控制单元(6)的时钟发生器(26)产生的参考频率叠加。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的雷达系统，其中，至少两个雷达传感器头(2)的频率合成器(12)能够通过所述至少一个中央控制单元(6)的时钟发生器(26)彼此同步。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的雷达系统，其中，相比于所述至少一个雷达传感器头(2)的频率合成器(12)的参考频率，通过所述至少一个数据线路(4)传输的数据能够以更高的数据速率传输。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的雷达系统，其中，所述至少一个中央控制单元(6)具有至少一个处理器(22)和至少一个存储器(24)，所述至少一个处理器用于处理所接收的数据，所述至少一个存储器用于至少临时存储数据。

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