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Ausführungsformen betreffen Radaranwendungen, insbesondere eine effiziente Weise zum Verarbeiten von Radarsignalen, die durch mindestens einen Radarsensor, z.B. über mindestens eine Antenne, erhalten werden. Die Verarbeitung von Radarsignalen in dieser Hinsicht bezieht sich insbesondere auf Radarsignale, die durch einen Sensor oder eine Antenne empfangen werden.
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DE 698 34 710 T2 betrifft Radarsysteme bei denen die Auswirkung von Streuverlusten der Radarenergie zwischen Transmitter und Empfänger bei einem Dauerstrichradarsystem reduziert werden sollen.
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DE 10 2010 055 993 A1 betrifft eine Radarvorrichtung, die es ermöglicht, eine hohe Winkelauflösung zu erreichen, um die Größe des Radars mit den darin enthaltenen Komponenten zu reduzieren.
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US 6,011,507 A betrifft Millimeterradare zum Verfolgen von Fahrzeugen auf einer Straße.
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US 2013/0201054 A1 beschreibt Radarsysteme, die hybride CFAR-Verfahren und Kenntnisse der Rauschumgebung zur Zielerfassung verwenden.
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In Autos werden mehrere Radarvarianten für verschiedene Anwendungsszenarien verwendet. Zum Beispiel kann Radar zur Totwinkeldetektion (Parkhilfe, Fußgängerschutz, Querverkehr), Kollisionsminderung, Spurwechselhilfe und adaptiven Tempostatregelung verwendet werden. Zahlreiche Benutzungsfallszenarien für Radargeräte können verschiedene Richtungen (z.B. hinten, seitlich, vorne), unterschiedliche Winkel (z.B. Azimutrichtungswinkel) und/oder verschiedene Abstände (kurz, mittel oder lange Entfernung) betreffen. Zum Beispiel kann eine adaptive Tempostatregelung einen Azimutrichtungswinkel mit einem Betrag von ±18 Grad verwenden, und das Radarsignal wird von der Front des Autos aus gesendet, was eine Detektionsreichweite von bis zu mehreren hundert Metern erlaubt.
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Eine Radarquelle emittiert ein Signal und ein Sensor detektiert ein Rücksignal. Eine Frequenzverschiebung zwischen dem emittierten Signal und dem detektierten Signal (z.B. auf der Basis eines sich bewegenden Autos, das das Radarsignal emittiert) kann verwendet werden, um Informationen auf der Basis der Reflexion des emittierten Signals zu erhalten. Frontend-Verarbeitung des durch den Sensor erhaltenen Signals kann eine schnelle Fouriertransformation (FFT) umfassen, die zu einem Signalspektrum führen kann, d.h. einem über die Frequenz verteilten Signal. Die Amplitude des Signals kann eine Menge an Echo angeben, wobei eine Spitze ein Ziel darstellen kann, das detektiert und für weitere Verarbeitung verwendet werden muss, z.B. zur Justierung der Geschwindigkeit des Autos auf der Basis eines davor fahrenden anderen Autos.
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Eine Konstant-Falschalarmzurückweisung (CFAR - Constant False Alarm Rejection), auch bezeichnet als Konstant-Falschalarmrate, ist bekannt als ein Schwellwertverfahren zur FFT-Ergebnisanalyse, die auf einer Signalleistung basieren kann, bekannt. CFAR erlaubt das Anpassen einer Schwelle, um zu entscheiden, ob das FFT-Signal ein potentielles Ziel angibt. CFAR berücksichtigt insbesondere Hintergrundrauschen, Clutter und Störungen. Es sind mehrere CFAR-Algorithmen bekannt. Für Einzelheiten wird auf http://en.wikipedia.org/wiki/Constant_false_alarm_rate verwiesen.
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CFAR-Algorithmen sind oft komplex und erfordern eine signifikante Menge an Zeit und/oder Betriebsmitteln, z.B. kostspielige Rechenleistung. Falls sie mehrere Taktzyklen benötigen, um ein Ergebnis bereitzustellen, wird die nachfolgende Verarbeitung verzögert, was zu einer begrenzten Echtzeit- oder Nahezu-Echtzeit-Fähigkeit des gesamten Systems führt.
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Eine Aufgabe besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine verbesserte oder effizientere Möglichkeit zur Verarbeitung von Radarsignalen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Mindestens eines/eine der folgenden Beispiele und/oder Ausführungsformen können als innovativ betrachtet werden. Sie können mit anderen beschriebenen Aspekten oder Ausführungsformen kombiniert werden. Jede hier beschriebene Ausführungsform oder Ausgestaltung ist nicht unbedingt als gegenüber anderen Ausführungsformen oder Ausgestaltungen bevorzugt oder vorteilhaft aufzufassen.
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Verfahren zum Verarbeiten von Radarsignalen, die digitalisierte Daten umfassen, die von mindestens zwei Radarantennen empfangen werden, wobei das Verfahren umfasst:
- - Bestimmen von CFAR-Ergebnissen für FFT-Ergebnisse auf der Basis von durch eine erste Antenne empfangenen Daten;
- - Anwenden der CFAR-Ergebnisse auf FFT-Ergebnisse, die auf Daten basieren, die von einer zweiten Antenne empfangen wurden.
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Daher können für jede der ersten und zweiten Antenne FFT-Ergebnisse bestimmt werden, wobei CFAR-Ergebnisse für die erste Antenne berechnet werden können und diese CFAR-Ergebnisse zum Filtern von FFT-Ergebnissen eingesetzt werden können, die mittels der zweiten Antenne (und/oder einer beliebigen weiteren Antenne) bestimmt wurden.
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Bei den CFAR-Ergebnissen handelt es sich um Ergebnisse einer Berechnung basierend auf einem CFAR-Algorithmus.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- - Bestimmen der CFAR-Ergebnisse in einem ersten Berechnungsmodus einer CFAR-Einheit;
- - Anwenden der CFAR-Ergebnisse in einem Filterungsmodus der CFAR-Einheit.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen von CFAR-Ergebnissen ein Bestimmen von FFT-Ergebnissen auf der Basis einer CFAR-Berechnung basierend auf FFT-Ergebnissen, die auf von der ersten Antenne empfangenen digitalisierten Daten basieren.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass
- - das Anwenden der CFAR-Ergebnisse eine Bestimmung von FFT-Ergebnissen, die auf durch die zweite Antenne empfangenen digitalisierten Daten basieren, umfasst,
- - wobei die FFT-Ergebnisse auf der Basis der CFAR-Ergebnisse bestimmt werden, insbesondere auf der Basis von durch die CFAR-Berechnung ausgewählten Frequenzen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden Schritt:
- - Anwenden der CFAR-Ergebnisse auf FFT-Ergebnisse auf der Basis von durch eine zusätzliche Antenne empfangenen Daten.
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So kann der vorgestellte Ansatz auch für mehr als zwei Antennen benutzt werden. Insbesondere können die CFAR-Ergebnisse für alle Antennen, die zum Detektieren von emittierten Radarsignalen von einer Radarvorrichtung verwendet werden, benutzt werden (z.B. zum Filtern von FFT-Ergebnissen).
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden Schritt:
- - Speichern von FFT-Ergebnissen, die den bestimmten CFAR-Ergebnissen entsprechen.
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Die durch CFAR-Berechnung bestimmten FFT-Ergebnisse und/oder die durch CFAR-Filterung bestimmten FFT-Ergebnisse können in einem internen Speicher oder in einem externen Speicher gespeichert werden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- - Komprimieren der FFT-Ergebnisse, die den bestimmten CFAR-Ergebnissen entsprechen, und
- - Speichern der komprimierten FFT-Ergebnisse in einem Speicher.
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Es ist eine Option, die Größe der FFT-Ergebnisse zu verringern, bevor sie im Speicher gespeichert werden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden Schritt:
- - Bestimmen von CFAR-Ergebnissen für FFT-Ergebnisse auf der Basis von Daten, die während eines Messzyklus von der ersten Antenne empfangen werden.
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Bei einer Ausführungsform entspricht der Messzyklus einer Messperiode, die durch eine Rampe emittierter Radarsignale mit unterschiedlichen Frequenzen definiert wird.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden Schritt:
- - Bestimmen von CFAR-Ergebnissen für FFT-Ergebnisse auf der Basis von Daten, die während jedes n-ten Messzyklus von der ersten Antenne empfangen werden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- - Bestimmen von CFAR-Ergebnissen für FFT-Ergebnisse auf der Basis von Daten, die während eines Messzyklus von der ersten Antenne empfangen werden;
- - Warten für eine vordefinierte Dauer, insbesondere für die Dauer mindestens eines Messzyklus;
- - Anwenden der CFAR-Ergebnisse auf FFT-Ergebnisse auf von der zweiten Antenne empfangenen Daten.
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Bei einer Ausführungsform werden die CFAR-Ergebnisse in einer FFT einer ersten Stufe oder einer FFT einer nachfolgenden Stufe bestimmt und angewandt.
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Zum Beispiel kann die hier beschriebene Lösung in einer FFT der zweiten Stufe oder einer FFT einer beliebigen nachfolgenden Stufe benutzt werden. Insbesondere kann FFT- und CFAR-Verarbeitung Teil des Betriebs einer solchen FFT der zweiten Stufe (oder FFT einer beliebigen nachfolgenden Stufe) sein.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden Schritt:
- - Speichern von FFT-Ergebnissen auf der Basis der CFAR-Ergebnisse in einer vorbestimmten Reihenfolge.
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Zum Beispiel können CFAR-Ergebnisse bestimmt werden und FFT-Ergebnisse können (vor)geordnet und gespeichert werden, z.B. in einem nichtsequenziellen Speicher, um einen effizienten Betrieb einer FFT der nächsten (z.B. zweiten) Stufe zu erlauben. Daher können die FFT-Ergebnisse so geordnet werden, dass eine FFT der nachfolgenden Stufe die zuvor gespeicherten Daten effizient (z.B. sequenziell) lesen kann. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit der FFT der zweiten Stufe und erlaubt eine nützliche Verwendung eines breiten Speicherzugriffs.
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Daher ist es eine Möglichkeit, etwas Zeit für ein Vorsortieren der Ergebnisse der FFT der ersten Stufe aufzuwenden, damit diese in einer FFT der zweiten Stufe auf effiziente Weise verfügbar sind, d.h. um die FFT der zweiten Stufe schneller ablaufen kann. Es sei angemerkt, dass anstelle der FFT der zweiten Stufe eine FFT einer beliebigen nachfolgenden Stufe benutzt oder eingesetzt werden kann.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - die CFAR-Ergebnisse werden auf der Basis einer vordefinierten Bedingung bestimmt, wobei die vordefinierte Bedingung mindestens eines der Folgenden umfasst:
- - eine Fahrsituation eines Fahrzeugs;
- - einen Sendemodus für die Radarsignale;
- - einen Empfangsmodus für die Radarsignale;
- - eine Signalleistung.
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Ein Sendemodus kann eine Anzahl gesendeter Rampen umfassen; ein Empfangsmodus kann eine Anzahl aktiver Empfangskanäle umfassen.
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Daher kann eine anfängliche CFAR-Filterung oder CFAR-Berechnung durchgeführt werden, um abhängig von verschiedenen Bedingungen, z.B. der Fahrsituation des Autos usw., Bins oder eine Auswahl von Bins zu bestimmen. Dies kann insbesondere nützlich sein, nachdem eine kombinierte FFT/CFAR-Verarbeitung der ersten Stufe gemäß dem vorliegenden Ansatz durchgeführt wurde.
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Wenn zum Beispiel ein Fahrzeug gestoppt wurde, könnte sich das Verarbeiten von Signalen und die Detektion auf eine kurze Distanz vor dem Fahrzeug konzentrieren, was zu einer Berücksichtigung von Bins führen kann, die eine entsprechend kurze Distanz betreffen; andere Bins könnten durch die CFAR-Einheit (z.B. über Filterung) eliminiert werden. Falls sich das Auto bewegt, kann sich der Fokus auf Bins verlagern, die eine längere Distanz vor dem Fahrzeug darstellen, und die Bins bezüglich einer (sehr) kurzen Distanz könnten entsprechend herausgefiltert werden.
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Als eine Möglichkeit kann nach einer FFT der zweiten Stufe die CFAR-Einheit FFT-Ergebnisse auf der Basis des Berechnens einer Signalleistung für jedes Bit filtern.
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Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Radarsignalen vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
- - eine FFT-Engine zum Bestimmen von FFT-Ergebnissen auf der Basis digitalisierter Daten, die von mindestens zwei Antennen empfangen werden;
- - eine CFAR-Einheit, betreibbar
- - in einem Berechnungsmodus zum Bestimmen von CFAR-Ergebnissen auf der Basis von FFT-Ergebnissen einer der Antennen; und
- - in einem Filterungsmodus zum Filtern von FFT-Ergebnissen mindestens einer anderen Antenne auf der Basis der in dem Berechnungsmodus bestimmten CFAR-Ergebnisse.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Speicher zum Speichern von FFT-Ergebnissen.
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Bei einer Ausführungsform ist der Speicher zum Speichern mindestens eines durch die CFAR-Ergebnisse identifizierten FFT-Ergebnisses ausgelegt.
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Bei einer Ausführungsform sind die FFT-Engine, die CFAR-Einheit und der Speicher auf einem einzigen Substrat, insbesondere einem Halbleiter, einem Die oder einem Chip integriert.
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Bei einer Ausführungsform ist die CFAR-Einheit dafür ausgelegt, mit einer vollen Genauigkeit der FFT-Ergebnisse zu operieren, wobei die FFT-Ergebnisse mit einer reduzierten Größe in dem Speicher gespeichert werden.
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Beliebige der Elemente der Vorrichtung können daher eine Datenkompression benutzen, um die Größe (z.B. Auflösung oder Genauigkeit) der FFT-Ergebnisse zu verringern, bevor sie im Speicher gespeichert werden.
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Bei einer Ausführungsform ist die FFT-Engine dafür ausgelegt, mit voller Geschwindigkeit zu arbeiten, wenn die CFAR-Einheit nicht aktiv ist, und mit einer verringerten Geschwindigkeit, wenn die CFAR-Einheit aktiv ist.
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Bei einer Ausführungsform ist die CFAR-Einheit in dem Filterungsmodus betreibbar zum Filtern von FFT-Ergebnissen auf der Basis einer durch eine externe Vorrichtung gelieferten Filterungsinformation.
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Die Filterungsinformation kann verwendet werden, um auch FFT-Ergebnisse beliebiger Antennen zu filtern. Dies erlaubt gleichzeitiges ein Filtern zwischen mehreren Vorrichtungen, insbesondere eine Synchronisation und/oder Steuerung solcher Vorrichtungen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Register, in das die Filterungsinformation durch die externe Vorrichtung geschrieben wird.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die FFT-Engine einen Umordnungspuffer zum Speichern von FFT-Ergebnissen dergestalt, dass durch eine FFT-Verarbeitung einer nachfolgenden Stufe effizient auf sie zugegriffen werden kann.
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Daher können die FFT-Ergebnisse so vorsortiert werden, dass eine schnellere Verarbeitung der FFT der zweiten Stufe möglich ist.
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Insbesondere ist es eine Möglichkeit, dass FFT-Ergebnisse in einen Zwischenspeicher geschrieben werden, der eine kleinere Größe aufweist als der zum Schreiben aller FFT-Ergebnisse einer gegebenen Rampe erforderliche. Die CFAR-Einheit kann z.B. in Echtzeit auf diesen Zwischenspeicher zugreifen und berechnete und/oder gefilterte FFT-Ergebnisse in einen Speicher schreiben, der zum Speichern von FFT-Ergebnissen für mindestens eine Rampe benutzt wird.
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Es wird ein Modul bereitgestellt, das mindestens zwei Vorrichtungen wie hier beschrieben und ferner einen Adressenkomparator umfasst, der mit der FFT-Engine jeder der Vorrichtungen verbunden ist, um den Betrieb der mindestens zwei Vorrichtungen zu synchronisieren.
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Daher können durch Synchronisieren mehrerer der oben erwähnten Vorrichtungen Sicherheit und/oder Redundanz bereitgestellt werden. Es ist auch eine Möglichkeit, die Arbeitslast zwischen mehreren Vorrichtungen des Moduls zu teilen. Dies kann die Sicherheit und/oder die Leistungsfähigkeit erhöhen.
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Außerdem wird ein System zum Verarbeiten von Radarsignalen vorgeschlagen, umfassend:
- - Mittel zum Bereitstellen von ersten FFT-Ergebnissen auf der Basis von durch eine erste Antenne empfangenen Daten und zum Bereitstellen von zweiten FFT-Ergebnissen auf der Basis von durch eine zweite Antenne empfangenen Daten;
- - Mittel zum Bestimmen von CFAR-Ergebnissen für die ersten FFT-Ergebnisse und zum Anwenden der CFAR-Ergebnisse auf die zweiten FFT-Ergebnisse.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das System Mittel zum Speichern der ersten FFT-Ergebnisse und/oder der zweiten FFT-Ergebnisse.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das System Mittel zum Verringern der Größe der FFT-Ergebnisse, bevor sie gespeichert werden.
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Es werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gezeigt und dargestellt. Die Zeichnungen dienen zur Veranschaulichung des Grundprinzips, so dass nur für das Verständnis des Grundprinzips notwendige Aspekte dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche Merkmale.
- 1 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm mit Schritten, wie Daten in einer Radaranwendung verarbeitet werden können;
- 2 zeigt eine beispielhafte schematische Architektur, die eine Kombination einer FFT-Engine und einer CFAR-Engine benutzt;
- 3 zeigt eine schematische Architektur, die eine Kombination der FFT-Engine und der CFAR-Engine benutzt, als Variante des Beispiels von 1;
- 4 zeigt eine kombinierte Architektur gemäß 2 und 3;
- 5 zeigt eine schematische Architektur, die zwei Module kombiniert, wobei jedes der Module die in 4 gezeigte Architektur umfasst;
- 6 zeigt ein Diagramm, das ein beispielhaftes Pipeline-Schema visualisiert;
- 7 zeigt ein alternatives Pipeline-Schema;
- 8 zeigt ein beispielhaftes CFAR-Benutzungsfallszenario, das eine einzige Rampe für CFAR-Berechnungszwecke benutzt;
- 9 zeigt ein anderes beispielhaftes CFAR-Benutzungsfallszenario, das alle Rampen einer Antenne für CFAR-Berechnungszwecke benutzt;
- 10 zeigt ein weiteres beispielhaftes CFAR-Benutzungsfallszenario, das jede n-te Rampe einer Antenne für CFAR-Berechnungszwecke benutzt;
- 11 zeigt ein weiteres beispielhaftes CFAR-Benutzungsfallszenario, das eine erste Rampe einer Antenne für CFAR-Berechnungszwecke benutzt und wartet, bis CFAR-Berechnung erzielt ist;
- 12 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Abtaststufe, die digitale Daten an eine FFT-Engine liefert, die über einen Puffer mit einer CFAR-Engine verbunden ist;
- 13 zeigt ein schematisches Blockdiagramm auf der Basis von 12, wobei zusätzlich zu 12 ein Register vorgesehen ist, das gegebenenfalls externe Eingangsdaten erhalten kann.
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1 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm mit Schritten, wie Daten in einer Radaranwendung verarbeitet werden können. In einem Schritt 101 werden durch einen Sensor empfangene Abtastwerte gespeichert. In einem Schritt 102 wird FFT der ersten Stufe durchgeführt, und in einem Schritt 103 werden die Ergebnisse gespeichert. In einem Schritt 104 wird ein CFAR-Algorithmus an den im Schritt 103 gespeicherten Daten ausgeführt. In einem nachfolgenden Schritt 105 kann ein FFT der zweiten Stufe an ausgewählten Bins durchgeführt werden, und im Schritt 106 kann eine FFT der dritten Stufe an ausgewählten Bins durchgeführt werden.
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Ein Bin bezieht sich in dieser Hinsicht insbesondere auf eine Frequenz oder einen Frequenzbereich, die bzw. der mit einem potentiellen Ziel (d.h. mindestens einem potentiellen Ziel) assoziiert werden könnte. Das Bin umfasst mindestens ein FFT-Ergebnis (das durch den CFAR-Algorithmus identifiziert werden kann), insbesondere kann es sich auf mindestens ein FFT-Ergebnis beziehen.
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2 zeigt eine beispielhafte schematische Architektur, die eine Kombination einer FFT-Engine 201 und einer CFAR-Engine 202 (auch bezeichnet als CFAR-Einheit) benutzt. Mit der FFT-Engine 201 und der CFAR-Engine 202 ist ein Automat 203 verbunden. FFT-Ergebnisse aus der FFT-Engine 201 können zu einem Ausgangs-FIFO 205 (FIFO: First-In-First-Out, wobei das Ausgangs-FIFO 205 mindestens ein FIFO-Register umfassen kann) zu einer Verzögerungseinheit 204 und zu der CFAR-Engine 202 übermittelt. Durch die CFAR-Engine 202 berechnete Ergebnisse 208 werden verwendet, um das Schreiben der in der Verzögerungseinheit 204 gespeicherten FFT-Ergebnisse in das Ausgangs-FIFO 205 zu ermöglichen. Die CFAR-Engine 202 führt einem Register 207 ein SET/CLEAR-Signal zu, wobei das Register 207 Adressierung von interessierenden Bins gemäß dem Wert des Registers 207 erlaubt. Der Registerwert des Registers 207 und die Ausgabe des Ausgangs-FIFO 205 werden zu einer DMA-Einheit 206 (DMA: Direktspeicherzugriff) übermittelt, die zum Schreiben von Ergebnissen in eine Speichervorrichtung verwendet werden.
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Die CFAR-Engine 202 kann einen internen Adressenzähler umfassen, der jedes Mal aktualisiert werden kann, wenn ein neues interessierendes Bin geprüft wird.
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Wenn die CFAR-Engine 202 nicht freigegeben und nicht aktiv ist, wird der Automat 203 so gesetzt, dass die FFT-Ergebnisse aus der FFT-Engine 201 über einen Bypasspfad (vorzugweise mit voller Geschwindigkeit) aus der FFT-Engine 201 zum Ausgangs-FIFO 205 übermittelt werden.
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Wenn die CFAR-Engine 202 freigegeben ist, wird der Automat 203 so gesetzt, dass FFT-Ergebnisse aus der FFT-Engine 201 zur Berechnung zu der CFAR-Engine 202 übermittelt werden, z.B. können FFT-Ergebnisse mit einer langsameren Rate, als die FFT-Engine 201 erzielen könnte, zu der CFAR-Engine 202 geleitet werden.
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Wenn die CFAR-Engine 202 freigegeben und aktiv ist und wenn sich die CFAR-Engine in einem Berechnungsmodus befindet, können die folgenden Schritte gelten:
- - Die Ergebnisse 208 aus der CFAR-Engine 202 ermöglichen das Schreiben (oder Nichtschreiben) von durch die Verzögerungseinheit 204 verzögertem FFT-Ergebnis in das Ausgangs-FIFO 205.
- - Das jeweilige Bit für das Bin, das mit dem in das Ausgangs-FIFO 205 zu schreibenden FFT-Ergebnis assoziiert ist, wird im Register 207 gesetzt.
- - Die FFT-Berechnung kann angehalten werden, bis die CFAR-Engine 202 ihre Berechnung abgeschlossen hat, was mit einer Rate von 0,5 Bin pro Taktzyklus der Fall sein kann.
- - Die CFAR-Berechnung kann nur für eine erste Rampe oder für eine Rampe alle 16 Rampen freigegeben werden (Einzelheiten über die Rampe(n) und CFAR-Berechnungen auf der Basis einer oder mehrerer Rampen werden nachfolgend erläutert).
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Daher bestimmt die CFAR-Berechnung Bins, d.h. Frequenzen oder Frequenzbereiche in dem durch die FFT bereitgestellten Spektrum, die vielversprechende Kandidaten für Ziele, z.B. Fahrzeuge, die vor einem Auto fahren, die ein emittiertes Radarsignal reflektieren, sind. Diese Bins können (als Ergebnis der CFAR-Filterung, siehe auch die nachfolgende 3) adressiert werden, indem man Bit in dem Register 207 setzt, wobei die mit diesen Bins assoziierten FFT-Ergebnisse in dem Ausgangs-FIFO 205 gespeichert und weiterer Verarbeitung unterzogen werden.
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Wenn die CFAR-Engine 202 freigegeben und aktiv ist und wenn sich die CFAR-Engine 202 in einem Filterungsmodus befindet, können die folgenden Schritte gelten:
- - Für jedes Bin schreibt die CFAR-Engine 202 ein entsprechendes Bit in das Register 207, um dadurch die Bins anzugeben, die von Interesse sind, um zu definieren, ob die Ausgabe gefiltert werden soll oder nicht.
- - Die CFAR-Engine 202 kann mit einer Geschwindigkeit von 1 Bin pro Taktzyklus laufen.
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Der dargestellte Ansatz erlaubt insbesondere das Kombinieren von FFT und CFAR auf effiziente Weise. Daher kann der FFT-Durchsatz verringert werden, um Verarbeitung der CFAR „im Fluge“ zu ermöglichen, d.h. im Wesentlichen zur selben Zeit. Daher können FFT-Bins auf der Basis der Ergebnisse der CFAR-Berechnungen gefiltert werden, und es kann somit unnötig sein, alle FFT-Ergebnisse im Speicher zu speichern.
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Es ist auch ein Beispiel, CFAR in einem Zweifachmodus zu benutzen:
- (1) In einem ersten Modus werden auf der Basis des ausgewählten CFAR-Algorithmus und/oder einer vorbestimmten Empfindlichkeit die FFT-Ergebnisse analysiert und Bins gefiltert. Filterergebnisse können aktualisiert werden, um anzugeben, welche Bins gefiltert wurden. Die Bins können alle in den Speicher geschrieben werden.
- (2) In einem zweiten Modus werden auf der Basis des ausgewählten CFAR-Algorithmus und/oder einer vorbestimmten Empfindlichkeit die FFT-Ergebnisse analysiert und Bins gefiltert. Filterergebnisse können aktualisiert werden, um anzugeben, welche Bins gefiltert wurden. Die Bins können gemäß den Filterergebnissen in den Speicher geschrieben werden (d.h. nicht alle Bins müssen in den Speicher geschrieben werden).
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3 zeigt eine schematische Architektur, die eine Kombination der FFT-Engine 201 und der CFAR-Engine 202 benutzt, als Variante des Beispiels von 1. Im Gegensatz zur 1 umfasst 2 nicht die Verzögerungseinheit 205 und das Register 207. Stattdessen werden die FFT-Ergebnisse zu dem Ausgangs-FIFO 205 übermittelt, freigegeben durch die Ergebnisse 208 der CFAR-Engine 202 ohne jegliche Verzögerungseinheit. Außerdem empfängt ein Referenzregister 301 einen Registerwert, z.B. von einer externen Einheit. Das Referenzregister 301 gibt interessierende Bins an, und sein Ausgang ist mit der CFAR-Engine 202 verbunden. Der Speicher, mit dem die DMA-Einheit 206 verbunden ist, kann mit der externen Einheit, die auch Werte für das Referenzregister 301 liefert, geteilt werden.
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Wenn die CFAR-Engine 202 nicht freigegeben und nicht aktiv ist, wird der Automat 203 so gesetzt, dass FFT-Ergebnisse aus der FFT-Engine 201 über den Bypasspfad (vorzugweise mit voller Geschwindigkeit) von der FFT-Engine 201 zu dem Ausgangs-FIFO 205 übermittelt werden.
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Wenn die CFAR-Engine 202 freigegeben und aktiv ist und wenn sich die CFAR-Engine 202 in einem Filterungsmodus befindet, kann die CFAR-Engine 202 FFT-Filterung auf der Basis von durch eine externe Einheit (z.B. einen externen DSP oder eine externe Mikrocontrollereinheit (MCU)) berechneten CFAR-Ergebnissen bereitstellen, wobei die externe Einheit Daten in das Referenzregister 301 schreibt, um dadurch interessierende Bins zu definieren.
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Das Szenario gemäß 3 erlaubt insbesondere das Anlegen derselben CFAR-Informationen an mehrere Antennen.
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Dieser Ansatz kann mit verringerten Speicheranforderungen, z.B. hinsichtlich Größe und/oder Bandbreite des Speichers, betreibbar sein. Die Rechenleistung und Leistungsfähigkeit kann effizient auf mehrere Verarbeitungsstufen verteilt werden.
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4 kombiniert die in 2 und 3 gezeigten Architekturen. Die CFAR-Engine 202 kann Berechnungen an jeder Rampe bereitstellen, wobei Ausgangsfilterung über das Referenzregister 301, das durch die externe Einheit initialisiert wird, erfolgen kann. Dies erlaubt es einer externen Einheit, die berechneten CFAR-Bins-Filter für eine gegebene Rampe und Antenne mit einem Referenz-CFAR-Bin-Filter zu vergleichen.
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6 zeigt ein Diagramm, das ein beispielhaftes Pipeline-Schema visualisiert. Die zugrundeliegende Implementierung kann vier Antennen aufweisen, wobei „Rampe“ eine Dauer 601 angibt, während der Frequenzen eines durch eine Radarvorrichtung emittierten Signals geändert werden: Die Radarvorrichtung kann somit Radarsignale bei verschiedenen Frequenzen eines vordefinierten Frequenzbereichs emittieren; eine solche Emission von Radarsignalen kann über eine oder über mehrere Antennen erzielt werden. In 6 sind drei Rampen 602 bis 604 visualisiert, wodurch ein sich wiederholendes Muster emittierter Radarsignale angegeben wird.
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Während der ersten Rampe 602 werden Daten über eine ADC-Schnittstelle (ADC: Analog-Digital-Umsetzer) über die vier Antennen gesammelt, d.h. jedes der empfangenen Signale wird analog-digital-umgesetzt, wobei das Digitalsignal der FFT-Engine 201 zugeführt wird. Die FFT-Engine 201 und die CFAR-Engine 202 befinden sich in einem Leerlaufzustand (für die Dauer der Rampe zuerst 602). Dementsprechend werden keine Daten über die DMA-Einheit 206 ausgegeben.
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Während der zweiten Rampe 603 liefert die FFT-Engine 201 FFT-Ergebnisse FFT1 bis FFT4 aus jeder der vier Antennen. Die CFAR-Engine 202 berechnet Ergebnisse CFAR1 bis CFAR4 auf der Basis der FFT-Ergebnisse FFT1 bis FFT4, d.h. CFAR1 auf der Basis von FFT1, CFAR2 auf der Basis von FFT2 usw. Die DMA-Einheit 206 übermittelt somit das FFT-Ergebnis FFT1 aus der ersten Antenne und die CFAR-Ergebnisse CFAR1 bis CFAR3 während der Zeit der zweiten Rampe 603 zum Speicher. Das CFAR-Ergebnis CFAR4 auf der Basis der FFT-Ergebnisse FFT4 aus der vierten Antenne wird durch die DMA-Einheit 206 während des ersten Teils der dritten Rampe 604 in Richtung des Speichers übermittelt.
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Die DMA-Einheit 206 kann zum Schreiben von Daten in den Speicher über einen breiten Zugriff verwendet werden. Ein Mikrocontroller kann die in den Speicher geschriebenen Daten lesen, um z.B. das Grundrauschen an dem Radarsignal zu bestimmen und/oder zu überwachen.
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Daher zeigt das in 6 visualisierte Beispiel, dass das FFT-Ergebnis FFT1 aus der ersten Antenne zusammen mit CFAR-Ergebnissen auf der Basis der ersten bis vierten Antenne verwendet werden kann. Es wird jedoch angemerkt, dass 6 einen schematischen Ansatz zeigt, der auf der Basis bestimmter Benutzungsfallszenarien unterschiedlich sein kann.
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In 7 ist ein alternatives Pipeline-Konzept visualisiert. Diese Lösung kann in Kombination mit einer langsamen Abtastrate verwendet werden, wobei die CFAR-Verarbeitungszeit kürzer als die Dauer einer Rampe ist. Das Beispiel zeigt ein Szenario mit drei Rampen n-1, n und n+1, wobei während jeder Rampe
- - die FFT-Engine 201 FFT-Ergebnisse FFT1 bis FFT4 verarbeitet,
- - die CFAR-Engine 202 CFAR-Ergebnisse CFAR1 bis CFAR4 auf der Basis der FFT-Ergebnisse FFT1 bis FFT4 berechnet,
- - die DMA-Einheit 206 das FFT-Ergebnis FFT1 und die CFAR-Ergebnisse CFAR1 bis CFAR4 zur weiteren Verarbeitung zu dem Speicher übermittelt.
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Abhängig von der Abtastrate kann bei jeder neuen Rampe ein freier (leerer) Schlitz für die DMA-Einheit 206 erhalten werden: die ersten bestimmten FFT-Ergebnisse basieren auf dem Frequenzbereich der vollen Rampe; daher ist FFT1 verfügbar, nachdem die vorherige Rampe analysiert wurde. In dem in 7 gezeigten Beispiel basiert das FFT-Ergebnis FFT1 auf der vorherigen Rampe.
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Vorteilhafterweise ist auf der Basis des FFT/CFAR-Pipelinekonzepts ein Zeitschlitz zum Schreiben von unverarbeiteten Daten (d.h. FFT-Ergebnissen) in den Speicher über die DMA-Einheit 206 verfügbar. Z.B. können diese unverarbeiteten Daten auf den FFT-Ergebnissen der ersten Antenne basieren.
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Dies erlaubt das Auswählen, z.B. über Software, jede n-te Rampe unverarbeitete Daten (FFT-Ergebnisse) zu schreiben. Die unverarbeiteten Daten können zusammen mit den CFAR-Ergebnissen zur weiteren Verarbeitung verwendet werden, wobei die unverarbeiteten Daten z.B. zum Detektieren von Rauschänderungen in dem Gesamtfrequenzbereich verwendet werden könnten, da die unverarbeiteten Daten nicht auf bestimmte Bins (Frequenzbereiche) beschränkt sind, zu denen die CFAR-Ergebnisse gerichtet werden.
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Es ist eine Möglichkeit, dass die durch die DMA-Einheit 206 im Speicher gespeicherten Daten eine kleinere Genauigkeit als die durch die FFT-Engine 201 bereitgestellten Daten aufweisen. Insbesondere kann Datenreduktion benutzt werden, um Speicherplatz zu sparen. In dieser Hinsicht können aus der FFT-Engine 201 an die CFAR-Engine 202 übermittelte FFT-Ergebnisse volle Auflösung aufweisen, aber die letztendlich im Speicher gespeicherten Daten weisen eine verringerte Auflösung auf.
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8 zeigt einen beispielhaften CFAR-Benutzungsfall mit zwei Antennen 801 und 802, wobei CFAR-Ergebnisse an der Rampe 803 der Antenne 801 berechnet werden, um dadurch interessierende Bins zur weiteren Verarbeitung zu bestimmen. Danach werden dieselben CFAR-Bedingungen an der Rampe 804 der Antenne 802 angewandt. Daher kann die Berechnung der CFAR-Ergebnisse für die Rampe 803 zum Filtern der entsprechenden Bins in den FFT-Ergebnissen der zweiten Antenne 802 verwendet werden.
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9 zeigt einen anderen beispielhaften CFAR-Benutzungsfall mit zwei Antennen 901 und 902, wobei CFAR-Ergebnisse an den Rampen 903 bis 910 der Antenne 801 berechnet werden, um dadurch interessierende Bins für weitere Verarbeitung zu bestimmen. Es werden dieselben CFAR-Bedingungen an den Rampen 911 bis 918 der Antenne 802 angewandt, d.h. die CFAR-Bedingung von Rampe 903 wird auf Rampe 911 angewandt, die CFAR-Bedingung 904 wird auf Rampe 912 angewandt usw.
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10 zeigt einen weiteren beispielhaften CFAR-Benutzungsfall mit zwei Antennen 1001 und 1002, wobei CFAR-Ergebnisse an der Rampe 1003 der Antenne 1001 berechnet werden, um dadurch interessierende Bins zur weiteren Verarbeitung zu bestimmen. Danach werden dieselben CFAR-Bedingungen an der Rampe 1005 der Antenne 1002 angewandt. Wenn die n-te nachfolgende Rampe 1004 erreicht ist, wird CFAR für diese Rampe 1004 der Antenne 1001 berechnet und die bestimmten CFAR-Bedingungen werden an der Rampe 1006 der Antenne 1002 verwendet.
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11 zeigt einen weiteren beispielhaften CFAR-Benutzungsfall mit zwei Antennen 1101 und 1102, wobei CFAR-Berechnung durch einen Mikrocontroller für diese Rampe 1103 der Antenne 1101 durchgeführt wird, um dadurch interessierende Bins für weitere Verarbeitung zu bestimmen. Es können einige Rampenzyklen 1104 vergehen, bis die Ergebnisse der CFAR-Berechnung verfügbar sind. Wenn sie verfügbar sind, können die CFAR-Ergebnisse in den Speicher geschrieben werden, und die CFAR-Ergebnisse können für andere Rampen anderer Antennen, z.B. Rampen der Antenne 1102 gemäß 11, verwendet werden.
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5 zeigt eine schematische Architektur, die zwei Module 501 bis 502 kombiniert, wobei jedes Modul 501, 502 die in 4 gezeigte Architektur umfasst.
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Eingangsdaten 504 werden zu der FFT-Engine 201 des Moduls 501 und zu dem Modul 502 übermittelt. Die FFT-Engine 201 des Moduls 501 und die FFT-Engine 201 des Moduls 502 stellen jeweils eine Anforderung zum Lesen von Daten aus den Eingangsdaten 504 bereit. Eine solche Anforderung kann mindestens eine Adresse und ein Steuersignal umfassen. Um die Sicherheit zu verbessern, können zwei FFT-Engines synchron betrieben werden. Durch Vergleichen der zu dem Eingang 504 gesendeten Signale kann daher eine Anomalie in irgendeinem der Module 501, 502 detektiert werden. Im aktiven Fall kann ein durch einen Komparator angezeigter Fehler ein Ereignis für eine MCU erzeugen (z.B. ein Interrupt, ein Flag im Statusregister oder dergleichen). Es wird angemerkt, dass zwei FFT-Engines 501 und 502, die synchron aktiv sind, an denselben Daten oder an verschiedenen Daten operieren können.
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Das Beispiel gemäß 5 umfasst zwei Module 501, 502, die parallel verwendet werden können, wobei jedes Modul 501, 502 einen Teil, z.B. die Hälfte, der FFT-Ergebnisse berechnen kann.
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Eine solche Anordnung von Modulen 501, 502 kann verwendet werden, um die Sicherheit bei verringerten Kosten zu verbessern. Beispielsweise können die FFT-Engines 201 der Module 501, 502 in einem synchronisierten Modus laufen. Eine solche Synchronisation lässt sich über den Adressenkomparator 503 erzielen: Für jeden Speicherzugriff kann eine Adresse zu Eingangsdaten verglichen werden. Es ist auch eine Möglichkeit, an interne Ausgangspuffer der Module 501, 502 gerichtete interne Adressen zu vergleichen.
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12 zeigt ein schematisches Blockdiagramm mit einer Abtaststufe 1201, die digitale Daten an eine FFT-Engine 1202 liefert, die über einen Puffer 1203 mit einer CFAR-Engine 1204 verbunden ist. Der Puffer 1203 kann ein kleiner Puffer sein - er kann insbesondere dafür dimensioniert sein, ein FFT-Ergebnis (oder eine vordefinierte Anzahl von FFT-Ergebnissen) zu speichern. Die CFAR-Engine 1204 kann in einem Speicher 1205 zu speichernde CFAR-Ergebnisse bereitstellen. Zusätzlich (in 12 nicht gezeigt) kann die FFT-Engine 1202 Ergebnisse bereitstellen, die direkt im Speicher 1205 gespeichert werden.
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13 zeigt ein schematisches Blockdiagramm auf der Basis von 12, wobei zusätzlich zu 12 ein Register 1301 vorgesehen ist, dem gegebenenfalls externe Eingangsdaten 1302 zugeführt werden können. Das Register 1301 kann speichern, welches Bin bzw. welche Bins von Interesse ist/sind. Filterung von Bins kann über dieses Register 1301 erzielt werden. Filterung kann intern getriggert werden, oder auf der Basis der externen Eingangsdaten 1302.
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Der Speicher 1205 kann ein Array für gefilterte Ergebnisse oder ein Array für ungefilterte Ergebnisse umfassen.
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Vorteilhafterweise können die FFT-Engines 1202, der Puffer 1203, die CFAR-Engine 1204 und gegebenenfalls das Register 1301 in einer einzigen Vorrichtung, insbesondere auf einem einzigen Chip (z.B. Die, Siliziumstück oder dergleichen) angeordnet werden.
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Die Lösung erlaubt insbesondere das Berechnen von FFT-Ergebnissen im Fluge und das Speichern eines der FFT-Ergebnisse in dem Puffer 1203. Die CFAR-Engine kann an Zwischen-FFT-Ergebnissen operieren. Vorteilhafterweise müssen nur interessierende Bins im Speicher gespeichert werden.
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Der Ansatz kann effizient mit einer FFT der nachfolgenden Stufe auf der Basis von CFAR-Ergebnissen kombiniert werden.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen
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Die dargestellte Lösung kann vorteilhafterweise im Vergleich mit vorbekannten Lösungen nur eine verringerte Menge an Speicher erfordern. Eine andere nützliche Möglichkeit ist, dass nur solche FFT-Ergebnisse gespeichert werden müssen, die für weitere Verarbeitung von Interesse sind. Daher kann der verwendete Speicher geringere Bandbreitenanforderungen aufweisen, und Nachverarbeitungseinheiten können geringere Leistungsfähigkeit aufweisen, um dieselben Ergebnisse zu erzielen.
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Zusätzlich ist die Lösung sehr leistungseffizient (z.B. im Hinblick auf Watt pro MIPS - Millionen Anweisungen pro Sekunde), was zu einer Verringerung der Taktfrequenz der Haupt-CPU und/oder des Signalprozessors führen kann.
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Die Lösung weist außerdem hohe Flexibilität auf und kann verschiedene Modi unterstützen, z.B. CFAR, nicht-CFAR, CFAR pro Rampe, CFAR pro n Rampen, CFAR aus externer Einheit usw.
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Ferner erlaubt der Ansatz die Kaskadierung von Radarvorrichtungen mit FFT- und CFAR-Merkmalen.
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Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen offenbart wurden, ist für Fachleute erkennbar, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die bestimmte der Vorteile erzielen, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Für Durchschnittsfachleute ist offensichtlich, dass andere Komponenten, die dieselben Funktionen ausführen, geeignet substituiert werden können. Es sollte erwähnt werden, dass mit Bezug auf eine spezifische Figur erwähnte Merkmale mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, selbst in den Fällen, in denen dies nicht ausdrücklich erwähnt wurde. Ferner können die Verfahren der Ausführungsformen entweder in durchweg aus Software bestehenden Implementierungen unter Verwendung der entsprechenden Prozessoranweisungen erzielt werden, oder in hybriden Implementierungen, die eine Kombination von Hardwarelogik und Softwarelogik benutzen, um dieselben Ergebnisse zu erzielen. Solche Modifikationen des erfindungsgemäßen Konzepts sollen durch die angefügten Ansprüche abgedeckt werden.
