CN111902729A - 用于雷达系统的雷达传感器头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于雷达系统的雷达传感器头(100)，该雷达传感器头具有：用于产生雷达波的至少一个发射天线(10)和用于接收雷达波的至少一个接收天线(20)；用于限定地预处理接收数据的预处理单元(50)；用于将所述雷达传感器头(100)接合到数据导线(110)上的接口(80)；和用于至少暂时地标定所述发射天线(10)和/或所述接收天线(20)的标定数据装置(50、70)，其中，借助于所述标定数据装置(50、70)能够存储用于所述发射天线(10)和所述接收天线(20)的标定数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于雷达系统的雷达传感器头。本发明还涉及一种雷达系统。本发明还涉及一种用于制造用于雷达系统的雷达传感器头的方法。
背景技术
在具有高水平的驾驶员辅助功能或自动驾驶功能的车辆中安装有越来越多的雷达传感器。由于更大数量的雷达传感器，相对于单个雷达传感器力求达到自动化或部分自动化的驾驶功能的更高的工作效率。在该领域中迄今的解决方案由执行所接收的雷达波的传感器内部大规模的数据处理的雷达传感器组成。因此，雷达传感器可以提供在对象或位置层级的数据以用于由车辆进一步分析处理。由此可以减小传输给车辆的数据量，但相应的雷达传感器必须具有较高的计算功率和较大的存储器。
在此不利的是，计算功率和存储器尺寸可以在提升的工作效率方面相对不利地扩展。这尤其通过以下方式引起：由针对工作效率的限定要求出发，微处理器技术对于所接收的雷达波的必要的处理步骤而言不再足够。因此，为了提升工作效率，必须在传感器内部在微处理器技术的框架下实施必要的计算和分析。这可以不利地影响雷达传感器的价格、尺寸和损耗功率。
发明内容
本发明基于的任务可以在于，提出一种用于雷达系统的雷达传感器头，该雷达系统可以在所使用的元件的数量方面价格有利地并且灵活地扩展。
该任务借助于独立权利要求的相应主题解决。本发明的有利构型是相应从属权利要求的主题。
根据第一方面，所述任务通过用于雷达系统的雷达传感器头解决，该雷达传感器头具有：
-用于产生雷达波的至少一个发射天线和用于接收雷达波的至少一个接收天线；
-用于限定地预处理接收数据的预处理单元；
-用于将雷达传感器头接合到数据导线上的接口；和
-用于至少暂时地标定发射天线和/或接收天线的标定数据装置，其中，借助于标定数据装置可以存储用于发射天线和接收天线的标定数据。
以该方式，能够有利地通过提供雷达传感器头实现总系统的分区。有利地，可以通过小的耗费将标定数据装置实施到雷达传感器头中，借助于该标定数据装置可以进行雷达传感器头的至少一个部分标定。以该方式例如可能的是，在车间维修(Werkstattaufenthalt)时有效地实施雷达传感器头的更换。
现今的雷达传感器经常设计为快速线性调频雷达。这意味着，将多个快速FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波)斜坡发射到扫描区域中，这也被称为所谓的线性调频序列或快速线性调频方法。在混合所接收的雷达信号之后，对基带信号进行滤波、数字化并且一般将其供应给2D傅里叶变换。因为当所有斜坡或频率的数据或测量信号已经被处理时才可以发生随后的多普勒FFT(Fast-Fourier-Transformation)，所以需要大的存储器来缓存所接收的雷达信号。此外，由于高时延要求，产生对于高计算功率的需要，因此通常使用硬件加速器。
在车辆中使用多个雷达传感器的情况下，有利的是，将所需要的计算功率集中到至少一个中央控制器中。因此，相应的雷达传感器可以构型为紧凑的和价格有利的雷达传感器头，而没有明显的损耗功率。由此可以在整体上实现更好的价格功率比并且实现雷达系统的更高的工作效率。
所提出的雷达传感器头具有用于产生和发射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。在这里，所接收的雷达波的处理局限于尽可能小的尺度或以尽可能小的耗费进行。尤其地，所接收的雷达波的测量数据可以通过模数转换器数字化并且随后以高带宽传输给所述至少一个中央控制器。随后，所述至少一个雷达传感器头的数字化的测量数据的进一步处理可以在至少一个中央控制装置中进行。
由此，可以减小用于相应的雷达传感器头的费用，因为需要在雷达传感器头中的较小的计算功率。此外，由于处理步骤的较小数量可以出现在相应雷达传感器头中的较小的损耗功率。虽然在至少一个中央控制装置中的计算耗费升高，但在这这里计算功率相比于出现的费用可以更容易地并且以较小的耗费缩放。在雷达系统的总体观察中，根据本发明的雷达系统相对于迄今的解决方案可以成本有利地并且灵活地扩展和缩放。此外，可以通过所述至少一个中央控制装置的较高的计算功率使用更复杂的和更有工作效率的算法来处理所接收的雷达波。
随着越来越高的大规模集成附加地可能的是，将第一处理阶段集成到高频模块、例如所谓的单片微波集成电路(MMIC)中。这优选可以是用于执行傅里叶分析的分析单元。分析单元例如可以执行数字化的测量数据的距离FFT。根据所使用的调制方法也可以使用另外的傅里叶变换。该第一处理阶段通常可以成本有利地集成到雷达传感器头的存在的部件中，因为在高频模块中所需要的面积是非常小的并且存在小的存储器需求。因此，在制造相应的高频模块时所使用的硅面通常可以保持相同。
雷达传感器头的优选实施方案的特征在于，借助于标定数据装置可以执行完全标定。由此有利地可能的是，所述标定能够在不使用中央控制器的情况下完全由雷达传感器头执行。
雷达传感器头的另外的优选实施方案的特征在于，在发射天线和/或接收天线的限定通道的标定过程中，可以使用标定矩阵。在此，标定矩阵的使用相应于矩阵矢量乘法，其中，在这种情况中的矢量代表限定数量的接收通道。
雷达传感器头的另外的优选实施方式的特征在于，在标定过程中可以执行频率修正。以该方式，可以执行特定类型的标定，例如当必须修正滤波器特性时，该标定是有意义的。
雷达传感器头的另外的优选实施方式的特征在于，标定数据是下列数据中的至少一个：典型的噪声水平、天线特性、幅度/相位偏差、天线元件的位置、温度特性、温度变化曲线。以该方式，可以在雷达传感器头的运行中有利地补偿或适配天线的不同特性。
雷达传感器头的另外的优选实施方式设置为，可以借助于预处理单元实施傅里叶变换。在此，进行接收数据的预处理，由此有利地明显降低到后置的中央控制装置上的数据速率。
雷达传感器头的另外的优选实施方式的特征在于，由所述至少一个接收天线接收的雷达波可以通过模数转换器转化成数字测量数据并且可以标记有至少一个时间信息。以该方式，可以在时间方面精确地配属接收序列，这支持测量数据的精确处理。
附图说明
下面参照强烈简化的示意性示图详细阐释本发明的优选实施例。
在此示出：
图1所提出的雷达传感器头的示意性示图；
图2具有所提出的雷达传感器头的实施方式的雷达系统的示意性示图；和
图3用于制造雷达传感器头的方法的示意性示图。
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
图1示出所提出的雷达传感器头100的示意性示图。雷达传感器头100具有至少一个发射天线10，所述发射天线可以通过配属的天线控制装置11运行。天线控制装置11还与用于产生雷达波的载波频率的至少一个振荡器或合成器30耦合。
此外，至少一个接收天线20与配属的天线控制装置21连接。天线控制装置21与分析处理单元40功能性地连接，其中，所接收的雷达波借助于布置在分析处理单元40中的模数转换器转化成数字测量数据并且随后在第一处理步骤中借助于预处理单元50变换。
由雷达传感器头100的接收天线20接收的雷达波可以通过模数转换器转化成数字测量数据并且可以标记有至少一个时间信息。由此可以将接收的雷达波或测量数据转化成数字格式并且因此更简单地进一步处理。有利地，转化成数字格式的测量数据可以设有时间戳。每个记录的频谱例如可以得到自己的时间戳。
借助于预处理单元50可以实施傅里叶变换和/或标定。因此，扫描值或接收的雷达波在数字化之后不直接被传输，而是经历第一处理过程。快速傅里叶变换优选是距离FFT，该距离FFT可以适配于相应的使用目的，其中，距离FFT代表FFT的第一维，在该第一维中多普勒效应起从属作用并且合成的频率筐(Frenquez-Bins)几乎仅与距离相关。因为该变换需要相对较小的存储器，分析单元50例如可以通过RFCMOS技术制造并且集成到MMIC、如雷达传感器头100的高频模块中。因为由于抗混叠滤波不需要所有的距离筐、例如筐的90％或45％，在这里可以减小合成的数据量并且FFT同时作为缓冲器用于减小雷达传感器头100的峰值数据率。
在雷达传感器头100中还看出标定数据单元70，在该标定数据单元中保持有标定数据。在此，标定数据可以是下列中的至少一个：天线的典型的噪声水平，天线特性，天线的幅度/相位偏差，天线元件的位置，天线的温度特性或温度变化曲线。
通过标定数据例如可以适配或补偿通过技术方面的制造过程决定的天线特性。由此能够执行雷达传感器头100的发射和/或接收天线的至少一个部分标定，其中，也能够替代地实现所提到的天线的完全标定。所述标定例如对于直至探测的处理步骤可以是足够好的，但对于角度估算不是足够好的。在这里，通过探测的数据量已经有利地减小。
标定数据的获取在制造时一次地实现，其中，标定数据的使用在雷达传感器头100的可操作的运行中实现。借助于标定数据可以执行信号的处理或天线的合适的操控，其中，由此不必再由后置的中央控制装置(未示出)进行完全的标定。
天线图与理想的天线图的偏差可以通过所谓的“总标定矩阵”描述，该总标定矩阵描述由于相位和幅度误差以及由于通道之间的反馈产生的偏差(也参见M.Schoor在2010年的论文“
für automobile Radarsysteme”)。
该标定矩阵描述由于相位和幅度误差、以及由于天线的各个通道之间的耦合产生的偏差。这种类型的标定可以直接在传感器头100中执行，由此，只要误差允许，在中央控制装置120中不再需要考虑硬件特性。理想地，以该类型和方式可以通过传感器头100提供所有相关的硬件特性。
结果是，由此实现一种雷达传感器头100，该雷达传感器头的主要功能是具有接收信号的数字化的雷达前端。在模数转换之后，可以通过尽可能小的耗费进行处理，其中，将具有高带宽的数据传递到中央控制装置120上并且在那里处理所述数据。
这有利地减小了在雷达传感器头100中的费用，因为在那里需要较小的计算功率并且在不利的部位上(例如由于在车辆中的安装位置)也出现较小的损耗功率，其中，计算功率有利地转移(Auslagern)到中央控制装置120上。在那里，计算功率相比于费用明显更好地扩展，使得整体上实现计算功率到中央控制装置120中的有利的转移。这能够实现计算算法的实施，该计算算法需要明显大于在单个传感器中可供使用的计算功率。
雷达传感器头100还具有连接到宽带的数据导线(未示出)上的接头80，通过该数据导线将数据传输给中央控制装置(未示出)。
图2示出用于车辆的、实现有所提出的雷达传感器头100的雷达系统200的原理性框图。设置为，将变换的数字测量数据通过宽带的数据导线110传输给中央控制装置120。所传输的数字测量数据借助于布置在雷达传感器头100中的第一控制单元60配属有时间戳并且同样传输给中央控制装置120。
如果在中央控制装置120中发生信号处理，那么在那里必须存在标定数据。标定数据由中央控制装置120在信号处理时使用，例如由布置在那里的探测单元150使用。但是天线10、20的标定也可以至少暂时地在传感器头100中进行。
中央控制装置120可以接收并且进一步处理所传输的数字测量数据，例如借助于存储器130、用于执行多普勒FFT的变换单元140和第二控制单元160，该第二控制单元与雷达传感器头100的第一控制单元60在功能上集成。通过随着测量数据传输的时间戳可以使这些测量数据在时间上精确地分类。
雷达系统200例如可以构造为线形调频序列雷达，但也可以通过另外的调制类型运行。替代的雷达方法例如可以是没有之后的多普勒FFT的慢速的FMCW雷达、具有作为相关系数库(Korrelatorbank)的分析单元的PN雷达(伪噪声)或具有用于执行频谱相除的分析单元的OFDM雷达。
通过标定数据在雷达传感器头100中的所提出的保持，可以降低在所述至少一个中央控制装置120中的计算耗费。此外，由此可以减小通过数据导线110要传输的数据量。
在雷达系统200中，所述至少一个时间信息可以通过布置在雷达传感器头100中的第一控制单元60产生。第一控制单元60例如可以接收并且实施通过数据导线110传输的控制指令并且使数字化的测量数据设有精确的时间信息。此外，第一控制单元60可以用于控制所述至少一个雷达传感器头100以及例如用于监测控制或循环控制。为了可以在雷达系统200中发生时间同步，必须由第一控制单元60例如将用于每个传输的线性调频或循环的时间戳供应给所传输的测量数据，由此中央控制装置120可以有意义地利用由雷达传感器头100传输的测量数据。
雷达传感器头100的发射天线10具有用于产生载波频率的振荡器30，其中，振荡器30可以通过中央控制装置120的第二控制单元160调节。通过与第二控制单元160在功能上共同作用的第一控制单元60在雷达传感器头100中的实施，可以有利地通过中央控制装置120实现雷达传感器头100的部件的控制。因此，也可以直接地或间接地控制或调节雷达传感器头100的振荡器。
具有至少两个雷达传感器头100(未示出)的雷达系统200的振荡器可以通过中央控制装置120相互同步。多个彼此间隔开的雷达传感器头100可以安装在车辆中并且与一个或多个中央中央控制装置120通过数据导线传导数据地连接。通过在不同雷达传感器头100中实施的控制单元60，可以在使用多个雷达传感器头100时使发射天线10的相应的振荡器相互同步。以该方式可以有利地提高测量结果的精度。由此可以优化车辆的驾驶员辅助功能或自动驾驶功能。此外，可以在没有工作效率的不利影响的情况下任意地提高所使用的雷达传感器头100的数量。
中央控制装置120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暂时地存储数据的至少一个存储器130。由此，中央控制装置120可以至少暂时地存储雷达传感器头100的通过数据导线110传输的测量数据并且根据相应应用的要求处理、传递或输出所述测量数据。中央控制装置120可以在需要时通过更有效率的控制单元更换。因为优选使用微处理器技术，所以可以使用要求高的算法来处理测量数据并且因此实现更精确的计算结果。
也可以考虑，多个(例如三个)雷达传感器头100通过相应的数据导线110与中央控制装置120连接(未示出)。在这里，中央控制装置120通过数据导线110将控制指令输出给相应雷达传感器头100的控制单元60，由此使不同的雷达传感器头100和尤其相应的振荡器30优化地彼此协调并且同步。
图3示出用于制造雷达传感器头的方法的原理性流程。
在步骤300中，提供用于产生雷达波的至少一个发射天线10和用于接收雷达波的至少一个接收天线20。
在步骤310中，提供用于限定地预处理接收数据的预处理单元50。
在步骤320中，提供用于将雷达传感器头100接合到数据导线110上的接口80。
在步骤330中，提供用于至少暂时地标定发射天线10和/或接收天线20的标定数据装置50、70，其中，可以借助于标定数据装置50、70存储用于发射天线10和接收天线20的标定数据。
Claims (11)
1.用于雷达系统的雷达传感器头(100)，该雷达传感器头具有：
-用于产生雷达波的至少一个发射天线(10)和用于接收雷达波的至少一个接收天线(20)；
-用于限定地预处理接收数据的预处理单元(50)；
-用于将所述雷达传感器头(100)接合到数据导线(110)上的接口(80)；和
-用于至少暂时地标定所述发射天线(10)和/或所述接收天线(20)的标定数据装置(50、70)，其中，借助于所述标定数据装置(50、70)能够存储用于所述发射天线(10)和所述接收天线(20)的标定数据。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器头(100)，其特征在于，借助于所述标定数据装置(50、70)能够执行完全标定。
3.根据权利要求1或2所述的雷达传感器头(100)，其特征在于，在所述发射天线(10)和/或所述接收天线(20)的限定通道的标定过程中能够应用标定矩阵。
4.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器头(100)，其特征在于，在标定过程中能够执行频率修正。
5.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器头(100)，其特征在于，所述标定数据是下列数据中的至少一种：典型的噪声水平、天线特性、幅度/相位偏差、天线元件的位置、温度特性、温度变化曲线。
6.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器头(100)，其特征在于，借助于所述预处理单元(50)能够实施傅里叶变换。
7.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器头(100)，其特征在于，由所述至少一个接收天线(20)接收的雷达波能够通过模数转换器(40)转换成数字测量数据并且能够标记有至少一个时间信息(Z)。
8.雷达系统(200)，具有：
-至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的雷达传感器头(100)；
-用于发送数据并且用于处理所接收的数据的至少一个中央控制装置(120)；和
-在所述至少一个中央控制装置(120)和至少一个雷达传感器头(100)之间的数据导线(110)。
9.根据权利要求8所述的雷达系统(200)，其中，所述至少一个中央控制装置(120)具有用于处理所接收的数据的至少一个变换单元(140)和用于至少暂时地存储数据的至少一个存储器(130)。
10.根据权利要求8或9所述的雷达系统(200)，其中，数字测量数据能够从所述雷达传感器头(100)通过至少一个所述数据导线(110)传输给所述至少一个中央控制装置(120)并且能够在所述至少一个中央控制装置(120)中通过至少一个时间信息(Z)同步。
11.用于制造雷达传感器头(100)的方法，所述方法具有以下步骤：
-提供用于产生雷达波的至少一个发射天线(10)和用于接收雷达波的至少一个接收天线(20)；
-提供用于限定地预处理接收数据的预处理单元(50)；
-提供用于将所述雷达传感器头(100)接合到数据导线(110)上的接口(80)；
-并且提供用于至少暂时地标定所述发射天线(10)和/或所述接收天线(20)的标定数据装置(50、70)，其中，借助于所述标定数据装置(50、70)能够存储用于所述发射天线(10)和所述接收天线(20)的标定数据。
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