CN112313525B - 雷达传感器系统 - Google Patents

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Abstract

雷达传感器系统(100)，所述雷达传感器系统具有：至少两个雷达传感器(10，20)，每个雷达传感器分别具有至少一个发送器和至少一个接收器，其中，所述两个雷达传感器(10，20)的探测区域至少部分重叠，其中，所述两个雷达传感器(10，20)限定地间隔开，其中，所述两个雷达传感器(10，20)的发送信号能够如此同步，使得借助分析处理装置(30)能够分析处理由分别另外的雷达传感器(10，20)发射的、由对象(200)反射的雷达传感器(10，20)的辐射。

Description

雷达传感器系统
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制造雷达传感器系统的方法。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
在具有高级别的驾驶员辅助功能或自动化的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，通过高数量的雷达传感器力求实现自动化的驾驶功能的或半自动化的驾驶功能的更高的性能能力。该领域中的先前的解决方案由如下的雷达传感器组成：该雷达传感器在传感器内部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级别或地点级别上的数据，用于通过车辆进一步的分析处理。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性能和更大的存储器。
然而，尤其泊车功能受到波传播的特性影响，其中，例如墙壁进行强烈地反射，由此遮掩较弱反射的对象，例如立柱。
已知与超声有关的双基地分析处理。在此分析处理声学信号和电信号的传播时间差异。
DE 10 2014 212 280 A1公开一种用于确定雷达目标的相对速度的方法，在该方法中，借助发送信号实施FMCW雷达测量，该发送信号的调制模式包括在时间上相互交错的序列(JSFMCW调制方法)。
DE 10 2014 212 284 A1公开一种用于定位雷达目标的MIMO-FMCW雷达传感器和MIMO时分复用方法，在该方法中，借助发送信号实施FMCW雷达测量，该发送信号的用于不同的发送切换状态(这些发送切换状态在用于发送的天线元件的选择上有所不同)的调制模式包括时间上交错的序列的斜坡。
发明内容
本发明所基于的任务可以视为提出一种改善的雷达传感器系统，该雷达传感器系统支持改善对象分类。
该任务借助独立权利要求的相应主题解决。本发明的有利的构型是从属权利要求的主题。
根据第一方面，该任务借助一种雷达传感器系统来实现，该雷达传感器系统具有：
至少两个雷达传感器，所述雷达传感器分别具有至少一个发送器和至少一个接收器，其中，两个雷达传感器的探测区域至少部分重叠，其中，两个雷达传感器限定地间隔开，其中，两个雷达传感器的发送信号能够如此同步，使得借助分析处理装置能够分析处理一个雷达传感器的如下辐射：所述辐射由分别另外的雷达传感器发射并被对象反射。
以这种方式，可以借助所提出的雷达传感器系统改善地对对象进行分类。所提出的雷达传感器系统对于近距离的应用特别有用，例如用于机动车辆的泊车应用。在此充分利用以下事实：由第一方向照射对象，其中，由另外的方向接收信号，对所述信号进行分析处理和分类。
根据第二方面，该任务借助一种用于制造雷达传感器系统的方法来实现，该方法具有以下步骤：
提供至少两个雷达传感器，其中，两个雷达传感器的探测区域至少部分重叠，其中，限定地间隔开地布置两个雷达传感器，其中，两个雷达传感器的发送信号能够如此同步，使得借助分析处理装置能够分析处理一个雷达传感器的如下辐射：所述辐射由分别另外的雷达传感器发射并被对象反射。
根据第三方面，该任务借助一种用于运行雷达传感器系统的方法来实现，该方法具有以下步骤：
同时发送至少两个雷达传感器的雷达信号，其中，两个雷达传感器的探测区域至少部分重叠，其中，两个雷达传感器限定地间隔开，
其中，如此同步两个雷达传感器的发送信号，使得借助分析处理装置能够分析处理一个雷达传感器的如下辐射：所述辐射由分别另外的雷达传感器发射并被对象反射。
雷达传感器系统的优选实施方式的特征在于，至少两个雷达传感器基本上在相同的时刻发送，基本上以相同频率发送并且具有基本上相同的调制参数。以这种方式支持发送信号的良好同步，由此能够进行精确的双基地分析处理。
雷达传感器系统的另一优选的实施方式的特征在于，能够借助具有基本相同的调制参数的至少两个雷达传感器来发送FMCW斜坡。以这种方式支持雷达传感器的发送信号的良好同步。
雷达传感器系统的另一优选的实施例的特征在于，能够通过如下方式确定和补偿两个雷达传感器之间的频率偏移：雷达传感器的发送器交替地进行发送，其中，未进行发送的雷达传感器的接收器同时进行接收。有利地，以这种方式可以由此校正两个雷达传感器之间的频率偏移：雷达传感器分别交替地充当发送器和接收器。
雷达传感器系统的另一优选的实施方式的特征在于，能够通过如下方式确定和补偿两个雷达传感器之间的频率偏移：在一个目标对象的情况下，对于两个未知量(Unbekannte)测量两个基带频率，而在N个目标对象的情况下，对于N+1个未知量测量2N个基带频率。有利地，以这种方式，目标的数量越多，可以以更准确地确定雷达传感器之间的频率偏移。
雷达传感器系统的另一优选的实施方式的特征在于，为了同步FMCW斜坡，能够确定和补偿两个雷达传感器之间的频率偏移。由此支持进一步优化雷达传感器的发送信号的同步。
雷达传感器系统的另一优选的实施方式的特征在于，借助两个雷达传感器能够发送时间上相互交错的FMCW斜坡。由此对于JSFMCW调制方法为方法的应用提供良好的应用情况。
雷达传感器系统的另一优选的实施方式的特征在于，借助分析处理装置能够求取对象的双基地雷达横截面和单基地雷达横截面。以这种方式，可以根据入射角和出射角进行良好的对象识别和分类。
雷达传感器系统的另一优选的实施方式的特征在于，能够限定地考虑发送信号的信号功率，用于雷达传感器的发送信号的同步。有利地，以这种方式可以优化雷达传感器的发送信号的同步。
附图说明
以下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。
图1示出所提出的雷达传感器系统的示意图；
图2示出用于制造雷达传感器系统的方法的示意图。
具体实施方式
在下文中，“双基地分析处理”应理解为，分析处理由发送器和接收器组成的系统的信号，其中，发送器和接收器不布置在相同的位置，而是彼此间隔开地布置。
图1示出所提出的雷达传感器系统100的示意图。可以看到第一雷达传感器10和第二雷达传感器20，该第二雷达传感器与第一雷达传感器10间隔开并且与分析处理装置30在功能上连接。提出以此方式连接雷达传感器10、20，其中，雷达传感器10、20可以分析处理由分别另外的雷达传感器10、20发射并被对象200反射的雷达波。图1表明，由第二雷达传感器20发射的发送信号在对象200处被反射，其中，由第一雷达传感器10接收所反射的信号。雷达传感器10、20的数量二仅是示例性的，雷达传感器系统100也可以包括多于两个雷达传感器10、20。
通过对由另外的雷达传感器发射的辐射进行分析处理，能够求取对象200的单基地的和双基地的反向散射截面(英：Radar Cross Section，RCS，雷达散射截面)，该反向散射截面是对象200的反射率的度量并且因此能够改善对象的识别/探测和分类，尤其是对于机动车辆中的泊车应用。在此，由于接近对象200，实现与雷达传感器10、20的大的角度差。
这通过进行双基地的分析处理来实现，借助所提出的方案能够有利地实现这一点，而无需显著更多的开销。
为了实现双基地分析处理，必要的是具有发送器和接收器的两个或多个雷达传感器10、20，其中，视野或探测区域必须至少部分重叠。此外，雷达传感器系统100的雷达传感器10、20必须在一定程度内同步，以便接收器可以有意义地分析处理另外的“陌生发送器(Fremdsender)”的波。
同步基本上基于雷达传感器10、20的(未示出的)参考振荡器的同步。每个雷达传感器10、20具有石英振荡器，其中，通过通信接口(例如未示出的以太网)定期地通过时间戳确定与参考频率的偏差。在此，以太网具有以下优点：借助PTP(英：Precision TimeProtocol，精确时间协议)给定相应的标准，该标准结合硬件支持能够实现10ns范围内的时间同步。
以这种方式能够使一个雷达传感器10、20的接收在时间上与另外的雷达传感器10、20的发送同步，使得也接收另外的雷达传感器10、20的发送信号。例如，在使用FMCW斜坡作为发送信号时，在斜率为5MHz/μs的情况下存在50kHZ的频率偏移，这良好地位于通常约为5MHz的基带内。该频率偏移是导致距离误差的频率误差，因此力求使频率误差保持尽可能低。
通过两个雷达传感器10、20的发送信号的同步，能够使中心频率和各个局部产生的振荡器频率的斜率同步。如果实现1ppm的准确度，则意味着结果为约76kHz的频率偏移。总的来说，频率偏移仍然良好地位于基本带宽内，因此满足对同步的主要要求，因此误差足够小，因此双基地信号不会超出分析处理范围。力求使同步误差保持尽可能低，以便借此优化距离估计。
为此目的，必须补偿所出现的频率偏移，因为这可能使距离估计失真。对于基带频率fbb适用的是：
fbb＝fTX(t-τ-TTX-RX)-fRX(t) (1)
其中：
τ信号运行时间
TTX-RX发送器和接收器之间的时间偏移(当发送器在接收器之前启动时为正)
dTX,RX从发送器至接收器的总路程
c传播速度
fTX(t)＝fs,TX+s·t
fRX(t)＝fs,RX+s·t (3)
sFMCW斜坡的斜坡斜率
fs起始频率
t时间
代入上式得到：
Δf频率偏移
fs,TX-fs,RX起始频率的差异
所接收的基带频率还取决于振荡器频率的偏移以及时间误差。
因此，等式(1)至(4)详细说明基带频率fbb取决于斜坡信号和传播时间，并且还需要考虑频率偏移Δf。
校正以频率偏移Δf形式的误差，其方式是：更换(durchwechseln)发送器和接收器，也就是说，将发送器交替地分配给第一雷达传感器10和第二雷达传感器20，由此这两个雷达传感器10、20交替地充当发送器。发送器和接收器的这种更换能够与以上提及的已知的JSFMCW调制方法很好地结合，在该JSFMCW调制方法的情况下，在以时分复用的交错(Verschachtelung)中，不仅自己的雷达传感器的发送器而且陌生雷达传感器(Fremd-Radarsensor)的发送器占用(belegen)斜坡。
在具有两个雷达传感器10、20的雷达传感器系统100的场景中，需要以以下方式修改上述通用的公式(4)：
fbb,12基带频率：传感器1发送，传感器2接收
fbb2,1基带频率：传感器2发送，传感器1接收
fs,1传感器1的起始频率
fs,2传感器2的起始频率
T1-2传感器1和传感器2之间的时间偏移，其中，传感器1发送
其中，由于对称性适用的是：
(fs,1-fs,2)＝-(fs,2-fs,1)
T1-2＝-T2-1 (6)
T2-1传感器2和传感器1之间的时间偏移，其中，传感器2发送。
因此，在双基地分析处理中，所有基带频率都移位一个偏移量，该偏移量的符号在波传播相反时——即当发射器和接收器互换时——相反。
因此，在一个目标对象200的情况下，对于两个未知量测量两个基带频率，而在N个目标的情况下，对于N+1个未知量测量2N个基带频率。这意味着，一次测量真实频率，一次测量频率偏移或频率误差。在多个目标对象的情况下基带频率的数量相应地增加，其中，然而未知量的数量有利地不会以相同的规模增加。
原则上能够解决该数学问题，其中，由于移位，为了求解优选一种相关性方法或最小二乘法。
为了优化计算开销以解决数学问题，可以设想将发送信号的信号功率计算在内，并且例如仅使用具有高功率或相似功率的信号，以便至少粗略地确定偏移量。
借助以上提及的同步措施可以使得接收器能够接收另外的发送器的信号，由此实现双基地分析处理。
有利地，以时间上短的间隔进行雷达传感器的交替运行，因为由此补偿以可能变化的频率偏移的形式的同步误差。这例如能够通过如下方式实现：一个雷达传感器与另外的雷达传感器略微不同地发热，和/或雷达传感器具有不同的漂移。此外，以这种方式实现考虑进行变化的行驶状况，由此支持：在双基地分析处理中雷达传感器的测量彼此具有关联性(Relevanz)。
借助所提出的双基地分析处理能够识别如下对象：在不借助所提出的方法的情况下不能够识别所述对象。此外，借助所提出的双基地分析处理可以改善所识别的对象的分类。
所提出的方案受到如下相位噪声的限制：该相位噪声在两个传感器具有两个独立的振荡器的情况下是不相关的并且因此可能导致高噪声水平。因此，对于双基地分析处理，只要没有可用的具有低相位噪声的技术，就可以尤其在近距离范围设置实际的应用(例如泊车应用)。
如果附加地还通过通信接口(或由于EMV屏蔽而单独通过车辆总线)传输参考频率，则产生改善，使得本地振荡器及其PLL使用相干的参照，从而PLL环路带宽内的相位噪声是至少略微相关的，由此在双基地分析处理中，对于限定的频率范围至少可以略微抑制相位噪声。
雷达传感器系统200例如可以构造成FMCW雷达，例如FMCW线性调频序列雷达，然而也可以以其他调制类型来运行。
有利地，所提出的雷达传感器系统100不仅可以借助完整的雷达传感器(Radar-Vollsensoren)来执行，而且可以借助雷达传感器头来执行，其中，设置有用于处理雷达传感器头的信号的中央控制设备。
例如可以设想以下设计：在车辆上具有五个雷达传感器，其中，这些雷达传感器布置在车辆的左前、右前、中前以及后左和后右。在此，前方的三个雷达传感器具有部分重叠的视野。必要时可以通过其他卫星传感器对以上提及的雷达传感器进行补充，以便优化所提出的方法。
所提出的用于运行雷达传感器系统100的方法可以有利地构造成在雷达传感器系统100上运行的软件。以这种方式有利地支持该方法的易适应性。
图2示出用于制造雷达传感器系统100的方法的原理流程。
在步骤300中，提供至少两个雷达传感器10、20，其中，两个雷达传感器10、20的探测区域至少部分重叠，其中，限定地间隔开地布置两个雷达传感器10、20，其中，两个雷达传感器10、20的发送信号能够如此同步，使得借助分析处理装置30能够分析处理一个雷达传感器10、20的如下辐射：所述辐射由分别另外的雷达传感器10、20发射并被对象200反射。
总而言之，所提出的雷达传感器系统能够在用于传感器中的振荡器的同步的仅很少的开销的情况下进行双基地分析处理。因此，能够成本有利地执行双基地分析处理。例如能够应用特定地激活雷达传感器系统的所提出的双基地分析处理运行。

Claims (10)

1.一种雷达传感器系统(100)，所述雷达传感器系统具有：
至少两个雷达传感器(10，20)，所述至少两个雷达传感器分别具有至少一个发送器和至少一个接收器，其中，所述两个雷达传感器(10，20)的探测区域至少部分地重叠，其中，所述两个雷达传感器(10，20)限定地间隔开，其中，所述两个雷达传感器(10，20)的发送信号能够如此同步，使得借助分析处理装置(30)能够分析处理一个雷达传感器(10，20)的如下辐射：所述辐射由分别另外的雷达传感器(10，20)发射并被对象(200)反射，
其特征在于，能够通过如下方式确定和补偿所述两个雷达传感器(10，20)之间的频率偏移(Δf)：所述雷达传感器(10，20)的发送器交替地进行发送，其中，未进行发送的雷达传感器(10，20)的接收器同时进行接收，
能够通过如下方式确定和补偿所述两个雷达传感器(10，20)之间的频率偏移(Δf)：在一个目标对象(200)的情况下，对于两个未知量测量两个基带频率，而在N个目标对象的情况下，对于N+1个未知量测量2N个基带频率。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，所述至少两个雷达传感器(10，20)基本上在相同的时间进行发送，基本上以相同的频率进行发送，并且基本上具有相同的调制参数。
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，借助所述至少两个雷达传感器(10，20)能够发送如下的FMCW斜坡：所述FMCW斜坡具有基本上相同的调制参数。
4.根据权利要求3所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，为了同步所述FMCW斜坡，能够确定并能够补偿所述两个雷达传感器(10，20)之间的频率偏移(Δf)。
5.根据权利要求3所述的雷达传感器系统(100)，其特征在于，借助所述两个雷达传感器(10，20)能够发送时间上相互交错的FMCW斜坡。
6.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，借助所述分析处理装置(30)能够求取所述对象(200)的双基地雷达横截面和单基地雷达横截面。
7.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，为了同步所述雷达传感器(10，20)的发送信号，能够限定地考虑所述发送信号的信号功率。
8.一种用于制造雷达传感器系统(100)的方法，所述方法具有以下步骤：
提供至少两个雷达传感器(10，20)，其中，所述两个雷达传感器(10，20)的探测区域至少部分地重叠，其中，限定地间隔开地布置所述两个雷达传感器(10，20)，其中，所述两个雷达传感器(10，20)的发送信号能够如此同步，使得借助分析处理装置(30)能够分析处理一个雷达传感器(10，20)的如下辐射：所述辐射由分别另外的雷达传感器(10，20)发射并被对象(200)反射，
其特征在于，能够通过如下方式确定和补偿所述两个雷达传感器(10，20)之间的频率偏移(Δf)：所述雷达传感器(10，20)的发送器交替地进行发送，其中，未进行发送的雷达传感器(10，20)的接收器同时进行接收，
能够通过如下方式确定和补偿所述两个雷达传感器(10，20)之间的频率偏移(Δf)：在一个目标对象(200)的情况下，对于两个未知量测量两个基带频率，而在N个目标对象的情况下，对于N+1个未知量测量2N个基带频率。
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：
同时发送至少两个雷达传感器(10，20)的雷达信号，其中，所述两个雷达传感器(10，20)的探测区域至少部分地重叠，其中，所述两个雷达传感器(10，20)限定地间隔开，其中
如此同步所述两个雷达传感器(10，20)的发送信号，使得借助分析处理装置(30)能够分析处理一个雷达传感器(10，20)的如下辐射：所述辐射由分别另外的雷达传感器(10，20)发射并被对象(200)反射，
其特征在于，能够通过如下方式确定和补偿所述两个雷达传感器(10，20)之间的频率偏移(Δf)：所述雷达传感器(10，20)的发送器交替地进行发送，其中，未进行发送的雷达传感器(10，20)的接收器同时进行接收，
能够通过如下方式确定和补偿所述两个雷达传感器(10，20)之间的频率偏移(Δf)：在一个目标对象(200)的情况下，对于两个未知量测量两个基带频率，而在N个目标对象的情况下，对于N+1个未知量测量2N个基带频率。
10.一种计算机可读取的存储介质，其上存储有计算机程序产品，所述计算机程序产品具有程序代码单元，用于当所述计算机程序产品在雷达传感器系统(100)上运行或在所述计算机可读取的存储介质上存储时实施根据权利要求9所述的方法。
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