CN111819461A - 雷达传感器系统和用于运行雷达传感器系统的方法 - Google Patents

雷达传感器系统和用于运行雷达传感器系统的方法 Download PDF

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Abstract

雷达传感器系统(100)，具有：至少一个发送装置(10a...10n)，其中，所有发送装置(10...10n)总共具有至少两个发送信道；至少一个接收装置(20a...20n)，其中，所有接收装置(20a...20n)总共具有至少两个接收信道；各一个温度传感器(30a...30n)，用于检测至少一个发送装置(10a...10n)和至少一个接收装置(20a...20n)的温度；建模装置(40)，用于对至少一个发送装置(10a...10n)与至少一个接收装置(20a...20n)的至少一个温度相关性进行建模；补偿装置(50)，用于补偿建模的温度相关性。

Description

雷达传感器系统和用于运行雷达传感器系统的方法
技术领域
本发明涉及一种雷达传感器系统。本发明还涉及一种用于运行雷达传感器系统的方法。本发明还涉及一种计算机程序产品。
背景技术
当前，驾驶员辅助系统的市场处于转变中。尽管在过去几年中，主要是价格有利的传感装置受到重视，但是当前显示出对传感装置具有高得多的要求的高度自主驾驶的趋势。在具有高度驾驶员辅助功能或自动驾驶功能的车辆中，安装越来越多的用于控制和调节功能的传感器。安装在车辆中的传感器可以是例如雷达传感器或激光雷达传感器，并且必须具有尽可能高的精度。通过使用精准的传感器，可以保证自主或部分自主的驾驶功能的功能安全性和可靠性。
发明内容
本发明的任务是提供一种具有经改善的运行特性的雷达传感器系统。
根据第一方面，该任务借助一种雷达传感器系统来解决，该雷达传感器系统具有：
-至少一个发送装置，其中，所有发送装置总共具有至少两个发送信道；
-至少一个接收装置，其中，所有接收装置总共具有至少两个接收信道；
-各一个温度传感器，其用于检测所述至少一个发送装置的和所述至少一个接收装置的温度；
-建模装置，其用于对至少一个发送装置与至少一个接收装置之间的至少一个温度相关性进行建模；
-补偿装置，其用于补偿所建模的温度相关性。
以这种方式提供一种雷达传感器系统，该雷达传感器系统有利地能够补偿由于不同温度而引起的信号漂移。由此有利地支持改善雷达传感器系统的运行特性。
根据第二方面，该任务借助一种用于运行雷达传感器系统的方法来解决，该方法具有以下步骤：
-借助至少一个发送装置发送雷达波，其中，所有发送装置总共具有至少两个发送信道；
-借助至少一个接收装置接收在目标处反射的雷达波，其中，所有接收装置总共具有至少两个接收信道；
-检测至少一个发送装置和至少一个接收装置的温度；
-借助建模装置对至少一个发送装置与至少一个接收装置之间的至少一个温度相关性进行建模；
-在发送和接收期间借助补偿装置来补偿温度相关性。
雷达传感器系统的有利扩展方案是从属权利要求的主题。
雷达传感器系统的有利扩展方案的特征在于，建模装置布置在雷达传感器系统的内部或外部。由此有利地支持经温度补偿的雷达传感器系统的高度的设计自由度和设计多样性。
雷达传感器系统的其他有利扩展方案设置如下：补偿装置布置在雷达传感器系统的内部或外部。以这种方式，也有利地支持雷达传感器系统的高度的设计自由度和设计多样性，其中，在内部布置的情况下，补偿装置能够以硬件构造。在外部布置的情况下，可以将补偿的结果传递给雷达传感器系统，其中，例如在外部的信号处理装置中执行温度补偿(例如相位旋转)。
雷达传感器系统的另一有利扩展方案的特征在于，借助建模装置可以对接收装置的信号的温度相关的相移和/或对发送装置的信号的温度相关的相移和/或对高频信号产生装置的信号的温度相关的相移进行建模。由此可以有利地基本上消除温度限定的相移，由此改善雷达传感器系统的探测质量。
雷达传感器系统的另一有利扩展方案的特征在于，借助建模装置可以对发送装置的发送信道的信号的线性相关性和/或接收装置的接收信道的信号的线性相关性进行建模。以这种方式，在模型中模拟信号的相关性，该模型很大程度上相应于物理现实。
雷达传感器系统的另一有利扩展方案的特征在于，补偿装置构造为移相器元件。由此可以有利地直接在硬件中的模块处执行温度相关性的补偿。
雷达传感器系统的另一有利扩展方案的特征在于，可以借助移相器元件执行温度相关性的粗略补偿(Grobkompensation)，并且可以以计算的方式(rechnerisch)借助信号处理装置执行温度相关性的精细补偿(Feinkompensation)。以这种方式，可以实现所提出的补偿方法的一种两级实现，由此可以实现温度相关性的灵敏的补偿。
雷达传感器系统的另一有利扩展方案的特征在于，雷达传感器系统具有多个高频构件，其中，所有高频构件在功能上连接到同步网络，其中，通过同步网络可以提供高频信号产生装置的高频信号用于所有高频构件。以这种方式，有利地提供一种多级级联的雷达传感器系统，该多级级联的雷达传感器系统以有利的方式具有经温度补偿的运行特性。
附图说明
下面基于高度简化的示意图进一步阐述本发明的优选实施例。在此，附图示出：
图1示出所提出的雷达传感器系统的实施方式的示意图；
图2示出所提出的雷达传感器系统的另一实施方式；
图3示出所提出的用于运行雷达传感器系统的方法的基本流程图。
在附图中，相同的结构元件分别具有相同的附图标记。
具体实施方式
当前的雷达传感器通常具有用于发送雷达波和用于接收雷达波的多个高频信道(发送和接收信道)。在此，在正常运行中，所有高频信道可以同时运行。
图1示出所提出的雷达传感器系统100的基本实施方案。在此，雷达传感器系统100由优选地以MMIC(英：Monolithic Microwave Integrated Circuit，单片微波集成电路)形式的单个高频构件1a组成，该高频构件具有带有多个发送信道(未示出)的发送装置10a和带有多个接收信道(未示出)的接收装置20a。借助高频信号产生装置60a提供用于发送装置10a和用于接收装置20a的高频信号(LO信号)。可以看到温度传感器30a、30b，该温度传感器检测发送装置10a和接收装置20a的温度，并且将所求取的温度值输送给建模装置40。
借助建模装置40对发送和接收装置的温度特性进行建模，并且将结果输送给补偿装置50。借助补偿装置50来补偿接收装置20a的接收信道的和发送装置10a的发送信道的信号的温度限定的漂移，该补偿装置例如可以构造为移相器元件。结果，由此有利地支持发送和接收装置的温度补偿的运行特性。例如，可以借助该模型对信道的线性温度相关性进行建模，然而也可以设想在数学上更复杂的模型，例如具有更高阶多项式的模型。
在由建模装置40提供的数学模型中，例如可以描述相关组件的传递函数，例如功率放大器(PA)取决于温度的相位相关性。然后在持续的运行中确定温度，并且基于该模型补偿该效应。典型的变化过程通过相移来描述，该相移大致线性地取决于模块的温度。因此，所提及的线性变化过程的斜率主要作为模型的参数，以及温度主要作为输入参量。然后，通过模型确定需要校正的相位漂移。
在多个MMIC的情况下，在不同模块之间可能存在温度相关的漂移。即使当所有MMIC都显示出相同的特性时，也可能通过模块之间的温差而出现MMIC内不同组件(例如放大器、混频器)的不同传递函数(例如幅度和相位)。常规的方案是通过相应的对称设计将这些漂移最小化，即将差异最小化。然而，这需要开销大的附加的设计元件(例如中央高频信号产生模块)，并且因此需要附加成本。借助本发明有利地使得能够实现以低的附加成本或在没有附加成本的情况下补偿漂移。
在多MMIC系统(Multi-MMIC-System)的情况下，相应地存在多个温度和相移，从而校正需要相应较大的数学方程组。
理想情况下，该模型基于MMIC中或整个系统中的组件。在此，可以将各个组合并，例如用于主设备(Master)中的高频信号分配的功率放大器的环节、电路板上的高频信号线路以及从设备MMIC(Slave-MMIC)中用于接收高频信号的输入电路。在此，根据特性曲线的相关性，合并或分离模型可能是有利的。
借助补偿装置50的补偿可以以多种类型进行。理想情况下，直接在模块中执行补偿，也就是说，例如借助移相器元件直接校正发送信号的发送相位，其中，由模型支持地(例如根据温度)操控该移相器元件。
替代地，也可以在信号分析处理单元(未示出)中以计算的方式进行补偿，在该信号分析处理单元中确定模型并且相应于该模型补偿用于发送和接收信道的组合的相应信号。
也可以考虑所提及的两个方案的组合，例如在MMIC中执行粗略校正并且在计算机中执行精细校正。通常，借助移相器元件只能以较粗的步长(例如以5°或10°的步长)校正相位，其中，在信号处理中校正所估计的剩余误差。
模型所需的特性曲线优选地通过设计来求取，或者替代地可以通过测量(例如在芯片上、在工厂中或在传感器中)来求取。
雷达传感器系统的结构例如可以由已知的成本有利的基本部件组成。通过相同类型的多个构件的并行化可以实现改善雷达传感器系统的性能和精度。此外，通过使用多个同类的构件，可以实现用于提供装置的可靠功能的冗余。由此可以在技术上以简单的方式实现雷达传感器系统的紧急运行。但是，为此，除了高频部件和微控制器之外，在时钟产生中还必须存在冗余。高频部件可以是例如以MMIC形式构建的天线控制装置或放大器。
通过以下方式，雷达传感器系统具有高度的相干性：所有高频部件都由共同的时钟发生器供给有效频率(Nutzfrequenz)或基本频率。尤其可以以相同的工作频率运行不同的高频构件，由此可以实现多个高频构件的冗余且相干的时钟供给。
优选地，在雷达传感器系统中使用的高频构件的至少一部分可以供给时钟或有效频率。在正常运行中，雷达传感器系统的所有高频构件或天线控制都可以由至少一个时钟发生器供给相同的时钟，并且因此所有数据都可以相互计算(verrechnen)。
通常，在雷达传感器系统中，将接管高频产生的主设备角色分配给一个构件，而其他高频构件则由该构件供给高频同步信号。需要高频同步信号，以提供高频构件1a...1d的高度相干性，以便实现雷达传感器系统100的高的角度分辨率。为此，在现有技术中使用专门的模块用于产生高频并且进行进一步的信号处理。
图2示出这种类型的所提出的经温度补偿的雷达传感器系统100的示意图。该雷达传感器系统100具有构造为MMIC的四个高频构件1a...1d。在此，数量四仅是示例性的，所提出的雷达传感器系统100也可以具有小于或大于四个高频构件。还可看到同步网络80，所有高频构件1a...1d在功能上连接到该同步网络处，并且该同步网络用于同步所有高频构件1a...1d的高频工作频率。设置如下：所有高频构件1a...1d的所有发送装置10a...10n的整体总共具有至少两个发送信道，并且所有高频构件1a...1d的所有接收装置20b...20d的整体总共具有至少两个接收信道。
可以看到，仅高频构件1a使用其高频信号产生装置60a，以便将高频信号输送给发送和接收方向10a、20a。借助同步装置70a将所产生的高频信号输送给所有其他的高频构件1b、1c、1d。由此高频构件1b、1c、1d的高频信号产生装置60b、60c、60d不起作用。
以这种方式，实现级联的多MMIC系统的模型，在该多MMIC系统中在高频构件1a...1d中使用振荡器、发送器和接收器以及用于高频信号分配的必要组件。借助该模型和MMIC的单独的温度可以确定并补偿漂移。由此可以省去用于对称的设计元件，并且可以更加成本有利地构型雷达传感器系统100。
在此，高频构件1a在雷达传感器系统100的复合体中接管主功能。以这种方式，高频构件1a在雷达传感器系统100中充当主设备，其中，其他三个高频构件1b、1c、1d充当从设备高频构件。
此外，雷达传感器系统100具有高频构件1a...1d的天线控制装置。为了简单起见，在图中未示出高频构件1a...1d的发射和接收雷达波所需的其他部件，例如天线、放大器、振荡器等。
还可以看到参考时钟装置90，该参考时钟装置给整个雷达传感器系统100供给例如50MHz的参考时钟(例如，用于供给模/数转换器、序列器等)。
在雷达传感器系统100的正常运行中，充当主设备的高频构件1a接管以下任务中的多个：
-借助PLL(例如77GHz)产生频率，并且可能产生时钟(例如50MHz)；
-高频同步信号的输出和放大；
-部分提供发送信号；
-混频到基带中；
-可能进行模/数转换和数字信号的输出。
最先提到的两个任务通常仅由主设备高频构件1a接管，其中，最后提到的三个任务由雷达传感器系统100的所有参与的高频构件1a...1d接管。
因此，在图2的雷达传感器系统100中，高频构件1a形成主设备，而其他高频构件1b、1c、1d代表从设备。高频构件1a...1d中的每个都具有温度传感器30a...30d，该温度传感器相应地被读取。由建模装置40(未示出)提供的数学模型现在可以例如通过使用主设备和从设备的同步装置70a…70d的相关性对从主设备到从设备的段进行建模，并且因此例如对主设备接收装置20a与从设备发送装置10b...10d之间的信号偏差进行建模，并且因此对该偏差进行校正。
有利地，所提出的方法不仅可以用在雷达传感器系统中，而且可以用在具有多个高频构件的任何产品中。优选地，将所提出的雷达传感器系统用在汽车领域中。
图3示出用于运行雷达传感器系统100的方法的基本流程图。
在步骤200中，借助至少一个发送装置10a...10n来发送雷达波，其中，所有发送装置总共具有至少两个发送信道。
在步骤210中，借助至少一个接收装置20a...20n来接收在目标处反射的雷达波，其中，所有接收装置具有至少两个接收信道。
在步骤220中，检测至少一个发送装置10a...10n和至少一个接收装置20a...20n的温度。
在步骤230中，借助建模装置40对至少一个发送装置10a...10n与至少一个接收装置20b...20d之间的至少一个温度相关性进行建模。
在步骤240中，在发送和接收期间借助补偿装置50来补偿温度相关性。
显然，上述步骤的顺序也可以以适当的方式彼此交换。例如，也可以在发送和接收雷达波之前就已经创建温度相关性的模型。
有利地，所提出的方法可以实现为在雷达传感器系统100的控制设备(未示出)中运行的软件。以这种方式，有利地支持该方法的简单的可变性。
总而言之，借助本发明提出一种雷达传感器系统和一种用于运行雷达传感器系统的方法，借助该方法可以补偿雷达传感器系统的部件的温度漂移。借助对所提及的温度漂移的建模和接下来的对该温度漂移的补偿，可以将用于消除温度漂移的开销有利地保持得低。结果，由此支持整个雷达传感器系统是经校准的或经温度补偿的，其中，为此目的如有必要还可以设置，不单独补偿各个块/元件/部件。
因此，本领域技术人员可以在不偏离本发明的核心的情况下实现前面还未描述或仅部分地描述的实施方式。

Claims (9)

1.一种雷达传感器系统(100)，所述雷达传感器系统具有：
至少一个发送装置(10a...10n)，其中，所有发送装置(10...10n)总共具有至少两个发送信道；
至少一个接收装置(20a...20n)，其中，所有接收装置(20a...20n)总共具有至少两个接收信道；
各一个温度传感器(30a...30n)，所述温度传感器用于检测所述至少一个发送装置(10a...10n)的和所述至少一个接收装置(20a...20n)的温度；
建模装置(40)，所述建模装置用于对所述至少一个发送装置(10a...10n)与所述至少一个接收装置(20a...20n)之间的至少一个温度相关性进行建模；
补偿装置(50)，所述补偿装置用于补偿所建模的温度相关性。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，所述建模装置(40)布置在所述雷达传感器系统(100)的内部或外部。
3.根据权利要求1或2所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，所述补偿装置(50)布置在所述雷达传感器系统(100)的内部或外部。
4.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，借助所述建模装置(40)能够对所述接收装置(20a...20n)的信号的温度相关的相移和/或对所述发送装置(10a...10n)的信号的温度相关的相移和/或对高频信号产生装置(60a...60n)的信号的温度相关的相移进行建模。
5.根据权利要求4所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，借助所述建模装置(40)能够对所述发送装置(10a…10n)的发送信道的信号的线性相关性和/或对所述接收装置(20b...20d)的接收信道的信号的线性相关性进行建模。
6.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，所述补偿装置(50)构造为移相器元件。
7.根据权利要求6所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，借助所述移相器元件能够执行所述温度相关性的粗略补偿，并且以计算的方式借助信号处理装置能够执行所述温度相关性的精细补偿。
8.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，所述雷达传感器系统(100)具有多个高频构件(1a...1n)，其中，所有高频构件(1a...1d)在功能上连接到同步网络(80)，其中，高频信号产生装置(60a...60n)的高频信号能够通过所述同步网络(80)提供用于所有高频构件(1a...1d)。
9.一种用于运行雷达传感器系统(100)的方法，所述方法具有以下步骤：
借助至少一个发送装置(10a...10n)发送雷达波，其中，所有发送装置(10a...10n)总共具有至少两个发送信道；
借助至少一个接收装置(20a...20n)接收在目标处反射的所述雷达波，其中，所有接收装置总共具有至少两个接收信道；
检测所述至少一个发送装置(10a...10n)的和所述至少一个接收装置(20a...20n)的温度；
借助建模装置(40)对所述至少一个发送装置(10a…10n)与所述至少一个接收装置(20a...20n)之间的至少一个温度相关性进行建模；
在所述发送和所述接收期间借助补偿装置(50)补偿所述温度相关性。
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