DE102017128507A1

DE102017128507A1 - Erzeugung einer Radarwellenform mit mehreren Modulationselementen

Info

Publication number: DE102017128507A1
Application number: DE102017128507.5A
Authority: DE
Inventors: Shahar Villeval; Igal Bilik
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2018-06-07
Also published as: CN108152797A; US10401475B2; US20180156892A1; CN108152797B

Abstract

Radarsystem und Verfahren zur Konfiguration eines Radarsystems, das zwei oder mehrere Antennen zum Übertragen einer entsprechenden Sendewellenform beinhaltet. Zwei oder mehrere Wellenformerzeugungsvorrichtungen beinhalten entsprechende Modulationselemente. Jede der zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen weist eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz mit einer der zwei oder mehreren Antennen auf, und jede der zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen erzeugt die jeweilige Sendewellenform für eine erste Zeitdauer und erzeugt eine beliebige Antwort für eine zweite Zeitdauer.

Description

EINLEITUNG
Der Gegenstand Erfindung bezieht sich auf mehrere Modulationselemente zur Erzeugung von Radarwellenformen.
Radarsysteme werden häufig zur Zielerfassung und -überwachung eingesetzt. In einer exemplarischen Automobilanwendung kann beispielsweise ein Radarsystem zusammen mit anderen Sensoren eingesetzt werden, um Hindernisse zu erkennen und zu umgehen. Die Radarleistung trägt zusätzlich zu den anderen Zielen zur Kollisionsvermeidung und automatisierten Steuerung bei. Ein Multi-Input-Multi-Output-Radarsystem (MIMO) sendet Energie von mehreren Sendeantennenelementen und empfängt die resultierenden Reflexionen an mehreren Empfängerantennenelementen. Um die Reflexionen, die sich aus den verschiedenen Senderelementen ergeben, leicht auflösen zu können, kann jedes Senderelement eine andere Wellenform senden und zusätzlich oder abwechselnd zu einem anderen Zeitpunkt nach einem Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffsschema (TDMA) senden. Die Wellenform kann über eine modulierte Spannungsquelle gesteuert werden, jedoch sind zwischen den Übertragungen Spannungsrelaxationszeiten erforderlich, um die Übertragung einer unbeabsichtigten willkürlichen Wellenform zu vermeiden. Die maximal erfasste Geschwindigkeit des Radarsystems steigt mit zunehmender Übertragungsrate. Wenn somit die Relaxationsperioden nachfolgende Übertragungen verzögern, verringert die reduzierte Übertragungsrate die maximal erfasste Geschwindigkeit. Daher ist es wünschenswert, ein Radarsystem vorzusehen, das bei Verwendung einer modulierten Spannungsquelle keine reduzierte Übertragungsrate benötigt, um Spannungsrelaxationszeiten zu berücksichtigen.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ein Radarsystem zwei oder mehrere Antennen zum Übertragen einer entsprechenden Sendewellenform und zwei oder mehrere Wellenformerzeugungsvorrichtungen einschließlich entsprechender Modulationselemente. Jede der zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen weist eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz mit einer der zwei oder mehreren Antennen auf, und jede der zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen erzeugt die jeweilige Sendewellenform für eine erste Zeitdauer und erzeugt eine beliebige Antwort für eine zweite Zeitdauer.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Konfiguration eines Radarsystems die Anordnung von zwei oder mehreren Antennen zum Übertragen einer entsprechenden Sendewellenform; und das Koppeln von zwei oder mehr Wellenformerzeugungsvorrichtungen einschließlich entsprechender Modulationselemente an die zwei oder mehreren Antennen, worin jede der zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz mit einer der beiden oder mehreren Antennen aufweist und jede der beiden oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen konfiguriert ist, um die jeweilige Sendewellenform für eine erste Zeitperiode zu erzeugen und eine beliebige Antwort für eine zweite Zeitperiode zu erzeugen.
Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile, sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, leicht ersichtlich.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die folgenden Zeichnungen bezieht und in denen Folgendes gilt:

1 ist ein Blockdiagramm von Komponenten eines Übertragungsabschnitts eines Radarsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 stellt ein Blockdiagramm der relevanten Komponenten einer Wellenformerzeugungsvorrichtung und daraus resultierende Spannungs- und Frequenzsignale für ein Radarsystem gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen dar;
3 stellt exemplarische Spannungsausgänge von Modulationselementen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform dar;
4 stellt eine Anzeige dar, welche Antenne für die in 3 angegebene Zeitdauer eingeschaltet ist; und
5 ist ein Blockdiagramm einer exemplarischen Plattform, die den Sendeabschnitt gemäß den Ausführungsformen beinhaltet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen.
Radarsysteme, die für Automobil- und andere Anwendungen eingesetzt werden, können mehrere Empfängerelemente in einer MIMO-Konfiguration oder mehrere Senderelemente und ein Empfängerelement aufweisen. In beiden Fällen verzögert das Senden mit jedem der Senderelemente wiederum die Zeit, in der jedes Senderelement erneut senden kann. Wie bereits erwähnt, erhöht sich die maximal auflösbare Sollgeschwindigkeit durch ein Radarsystem mit zunehmender Wiederholrate der Übertragungen. Eine höhere Anzahl von Senderelementen verringert somit die maximal auflösbare Sollgeschwindigkeit des Systems. Andererseits erhöht eine höhere Anzahl von Senderelementen die Winkelauflösung der Sollposition. Dementsprechend wird die Anzahl der Senderelemente so gewählt, dass die gewünschte maximale Sollgeschwindigkeit und die gewünschte Winkelauflösung ausgeglichen werden. Für eine gegebene Anzahl von Senderelementen ist eine Spannungsrelaxationsperiode erforderlich, wenn eine modulierte Spannungsquelle verwendet wird, um die übertragene Wellenform zu formen. Bei früheren Systemen wird für jedes Senderelement das gleiche Modulationselement verwendet. Die Spannungsrelaxationszeit ist demzufolge eine zusätzliche Verzögerung zwischen den Übertragungen durch jedes Senderelement. Diese zusätzliche Verzögerung erhöht die Zeit zwischen den Übertragungen um dasselbe Senderelement (d. h. die Verzögerung verringert die Übertragungsrate) und reduziert dadurch die maximal auflösbare Geschwindigkeit. Die Reduzierung der Übertragungsrate durch die Spannungsrelaxationszeit wird nach den hierin beschriebenen Verfahren und Systemen eliminiert, indem jedes Senderelement auf ein anderes Modulationselement eingestellt wird.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist 1 ein Blockdiagramm der Komponenten eines Sendeabschnitts 100 eines Radarsystems 101. Der exemplarische Sender 100 beinhaltet drei Sendeantennen 110a, 110b, 110c (im Allgemeinen 110), aber es können beliebig viele Antennen 110 hinzugefügt werden. Entsprechend einer Ausführungsform können die gleichen Antennen 110 sowohl für Sende- als auch für Empfangsfunktionen in einer Sende-Empfangskonfiguration verwendet werden. Jede Antenne 110a, 110b, 110c wird mit einer Sendewellenform von einer entsprechenden Wellenformerzeugungsvorrichtung 120a, 120b, 120c (im Allgemeinen 120c) versorgt, die ein Modulationselement 201 beinhaltet (2). Jedes Modulationselement 201 kann beispielsweise ein Phasenregelkreis (PLL) oder sein digitales Gegenstück, ein direkter digitaler Synthesizer (DDS) sein. Diese Vorrichtungen sind als Frequenzstabilisierungsvorrichtungen bekannt und werden daher nur unter Bezugnahme auf 2 hinsichtlich der relevanten Funktionalität erläutert. Die Wellenformerzeugungsvorrichtung 120 wird mit einem Taktsignal 130 versorgt.
Jede Antenne 110a, 110b, 110c ist mit einem entsprechenden Schalter 105a, 105b, 105c (im Allgemeinen 105) verbunden, der die Antenne 110 ein- oder ausschaltet. Eine Steuerleitung 140 führt ein Steuersignal zum Steuern der Schalter 105. Gemäß den hierin ausgeführten Ausführungsformen wird jede Antenne 110 während der gesteuerten Spannungsperiode eingeschaltet und während der Relaxationsperiode und während der Übertragung durch andere Antennen 110 ausgeschaltet. Da jede Antenne 110 ein separates Modulationselement 120 aufweist, kann eine Antenne 110 während der Relaxationszeit einer anderen Antenne 110 senden. Damit stellt die Relaxationsperiode keine separate und zusätzliche Verzögerung zwischen wiederholten Übertragungen durch eine bestimmte Antenne 110 dar.
2 stellt ein Blockdiagramm der relevanten Komponenten einer Wellenformerzeugungsvorrichtung 120 und daraus resultierende Spannungs- und Frequenzsignale für ein Radarsystem 101 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen dar. Jede Wellenformerzeugungsvorrichtung 120 beinhaltet ein Modulationselement 201 (z. B. PLL, DDS), das als Frequenzstabilisierungselement fungiert, und einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 202. Andere bekannte Komponenten der Wellenformerzeugungsvorrichtung 120 sind nicht dargestellt oder ausführlich beschrieben. Das Modulationselement 201 stabilisiert und moduliert ein Frequenzsignal, das dem VCO 202 zugeführt wird. Das VCO 202 wandelt ein zeitabhängiges Spannungssignal 205 in ein zeitabhängiges Frequenzsignal 125 um. Die Zeit wird auf der Achse 210 in Mikrosekunden (µs) angezeigt, die Spannung nimmt entlang der Achse 215 zu und die Frequenz steigt entlang der Achse 220. Wie 2 anzeigt, beinhaltet das zeitvariable Spannungssignal 205 eine gewünschte Antwortperiode A und eine beliebige Antwortperiode B. Die Instabilität während der willkürlichen Reaktionszeit B im zeitvariablen Spannungssignal 205 wird, wie dargestellt, direkt in das zeitvariable Frequenzsignal 125 übersetzt.
3 stellt exemplarische Frequenzausgänge 125a, 125b, 125c der Wellenformerzeugungsvorrichtungen 120a, 120b, 120c dar, die den Antennen 110a, 110b, 110c zugeordnet sind. Die exemplarisch übertragene Wellenform ist ein linear frequenzmoduliertes Signal. Die gewünschte Modulation für eine Übertragung über die Antenne 110a wird als A angezeigt. Die anschließende willkürliche Reaktionszeit oder Spannungsrelaxationszeit wird als B angezeigt. Wie 3 zeigt, kann die gewünschte Modulationszeit (A) beim Einschalten der Antenne 110a kürzer sein als die willkürliche Reaktionszeit (B) beim Ausschalten der Antenne 110a.
4 zeigt an, welche Antenne 110 für die gleiche Zeitdauer wie die in 3 dargestellte eingeschaltet ist. So wird beispielsweise für die gewünschte Modulationszeit, die durch A angezeigt wird (d. h. 0 bis 5 µs), die Antenne 110a eingeschaltet. Für die in B angezeigte willkürliche Reaktionszeit, bei der die Antenne 110a ausgeschaltet ist, werden die Antennen 110b und 110c nacheinander eingeschaltet. Das heißt, von 5 bis 10 µs wird die Antenne 110b eingeschaltet und von 10 bis 15 µs, die Teil der willkürlichen Reaktionszeit des Modulationselements 120b ist, wird die Antenne 110c eingeschaltet. Sobald die willkürliche Reaktionszeit (B) für das Modulationselement 120a (bei 15 µs) abgeschlossen ist, wird die Antenne 110a wieder eingeschaltet.
Wie 4 zeigt, sendet jede Antenne 110 für 5 µs und beginnt alle 15 µs mit der erneuten Übertragung. Wie 3 zeigt, beträgt die Spannungsrelaxationsperiode, die jeder Antenne 110 zugeordnet ist, 10 µs. Zusammen geben die 3 und 4 an, dass jede Antenne 110 eingeschaltet wird, sobald die zugeordnete Spannungsrelaxationsperiode abgelaufen ist. Noch wichtiger ist, dass es keine Periode gibt, in der keine der Antennen 110 eingeschaltet ist. In alternativen Ausführungsformen kann sich die Spannungsrelaxationsperiode (z. B. B) während der Sendezeit mit anderen Antennen 110 nicht vollständig zur Periode ausrichten. Das heißt, auch nach der Übertragung von den Antennen 110b und 110c kann es sein, dass die Spannungsrelaxationsperiode der Wellenformerzeugungsvorrichtung 120a, die der Antenne 110a zugeordnet ist, nicht abgeschlossen ist. Daher kann die Antenne 110a nicht unmittelbar nach dem Senden der Antenne 110c eingeschaltet werden, wie in 4 exemplarisch dargestellt.
Auch in diesem Fall wird die Dauer der Nichtübertragung minimiert. Dies liegt daran, dass, wenn die Antennen 110 dieselbe Wellenformerzeugungsvorrichtung 120 (mit dem gleichen Modulationselement 201) teilen, keine der Antennen 110 während der gesamten Spannungsentspannungsperiode (d. h. der willkürlichen Reaktionszeit B des Modulationselements 120) anstelle eines Teils der Spannungsentspannungsperiode senden konnte. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Spannungsrelaxationsperiode kürzer sein als die Periode, in der andere Antennen 110 senden. In diesem Fall, wie in dem Fall, in dem die Spannungsrelaxationsperiode gleich der Periode ist, in der andere Antennen 110 senden, verlängert die Spannungsrelaxationsperiode die Zeit zwischen den Übertragungen für eine bestimmte Antenne 110 nicht. Insgesamt wird, da jede Antenne 110 einem separaten Modulationselement 201 zugeordnet ist, die Reduzierung der Übertragungsrate in Verbindung mit der Konfiguration, bei der die Antennen 110 ein einzelnes Modulationselement 201 in einer Signalwellenformerzeugungsvorrichtung 120 teilen, verringert oder eliminiert.
5 ist ein Blockdiagramm einer exemplarischen Plattform 500, die den mit Bezug auf die 1-4 erläuterten Übertragungsabschnitt 100 beinhaltet. Die in 5 dargestellte Plattform 500 ist ein Automobil 501. In alternativen Ausführungsformen kann die Plattform 500 ein anderer Fahrzeugtyp oder eine ortsfeste Struktur sein. Der Sendeabschnitt 100 und ein Empfangsabschnitt 510 des Radarsystems 101 sind im Automobil 501 integriert. Der Sendeabschnitt 100 beinhaltet ein separates Modulationselement 201 in einer separaten Wellenformerzeugungsvorrichtung 120, die jeder Antenne 110 zugeordnet ist. Wie bereits erwähnt, können für den Empfangsabschnitt 510 separate Antennen 110 verwendet werden.
Eine Steuerung 520 verarbeitet die empfangenen Signale und kann zusätzliche Funktionen, wie zum Beispiel die Kollisionsvermeidung selbst oder in Verbindung mit anderen Prozessoren und Steuerungen, durchführen. Die Steuerung 520 stellt das Steuersignal über das Steuersignal 140 zum Beispiel zum Steuern der Schalter 105 zur Verfügung und kann zusätzlich das Taktsignal 130 bereitstellen. Die Steuerung 520 beinhaltet eine bekannte Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Hardware-Computerprozessor (gemeinsam genutzte oder dedizierte oder Gruppe) und einen Speicher beinhalten kann, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Andere Sensoren 530 können mit der Steuerung 520 gekoppelt werden, um die vom Radarsystem 101 bereitgestellten Informationen zu ergänzen.
Während die Erfindung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen, und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt wird, sondern dass sie außerdem alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.

Claims

Radarsystem, umfassend: zwei oder mehrere Antennen, die zum Übertragen einer entsprechenden Sendewellenform konfiguriert sind; und zwei oder mehrere Wellenformerzeugungsvorrichtungen mit entsprechenden Modulationselementen, worin jede der beiden oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz mit einer der beiden oder mehreren Antennen aufweist, und jede der beiden oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen erzeugt die jeweilige Sendewellenform für einen ersten Zeitraum und erzeugt eine beliebige Antwort für einen zweiten Zeitraum.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend zwei oder mehrere Schalter, worin jeder der beiden oder mehreren Schalter mit einer der beiden oder mehreren Antennen übereinstimmt und die eine der beiden oder mehreren Antennen ein- oder ausschaltet.
System nach Anspruch 2, worin jeder der zwei oder mehreren Schalter die entsprechende der beiden oder mehreren Antennen während der ersten Zeitdauer einschaltet und während der zweiten Zeitdauer abschaltet.
System nach Anspruch 1, worin eine der zwei oder mehreren Antennen gleichzeitig sendet und eine Zeitdauer, für die anderen der zwei oder mehreren Antennen senden, ist eine dritte Zeitdauer.
System nach Anspruch 4, worin die zweite Zeitdauer geringer ist als die dritte Zeitdauer.
System nach Anspruch 4, worin die zweite Zeitdauer höher ist als die dritte Zeitdauer.
Verfahren zum Konfigurieren eines Radarsystems, das Verfahren umfassend: das Anordnen von zwei oder mehreren Antennen zum Übertragen einer entsprechenden Sendewellenform; und das Koppeln von zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen mit entsprechenden Modulationselementen an zwei oder mehrere Antennen, worin jede der zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz mit einer der zwei oder mehreren Antennen aufweist, und jede der zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen so konfiguriert ist, dass sie die jeweilige Sendewellenform für eine erste Zeitdauer erzeugt und eine beliebige Reaktion für eine zweite Zeitdauer erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Anordnen von zwei oder mehr Schaltern, worin jede der zwei oder mehreren Antennen jeweils mit jeder der zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen über einen der zwei oder mehreren Schalter gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Bereitstellen einer Steuerleitung zu den zwei oder mehreren Schaltern, wobei die Steuerleitung so konfiguriert ist, dass sie ein Steuersignal trägt, um die zwei oder mehreren Schalter zu steuern, um die entsprechenden der zwei oder mehreren Antennen während der ersten Zeitdauer ein- und während der zweiten Zeitdauer auszuschalten.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Bereitstellen einer Taktsignalleitung zu den zwei oder mehreren Wellenformerzeugungsvorrichtungen.