DE102018106099A1

DE102018106099A1 - Geschwindigkeitsmessung mit asymmetrischem dopplerspektrum

Info

Publication number: DE102018106099A1
Application number: DE102018106099.8A
Authority: DE
Inventors: Igal Bilik; Alexander Pokrass; Shahar Villeval
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2018-09-27
Also published as: CN108627821A; US20180275264A1; US10585182B2

Abstract

Ein Verfahren und System zum Erhalten einer Geschwindigkeitsmessung eines Ziels, das von einem Radarsystem unter Verwendung eines asymmetrischen Dopplerspektrums erfasst wird, beinhaltet einen Empfangsabschnitt des Radarsystems zum Empfangen eines reflektierten Signals von dem Ziel. Ein Mischer mischt das reflektierte Signal mit einem verschobenen Signal, um ein gemischtes Signal zu erhalten. Das verschobene Signal ist eine verschobene Version eines übertragenen Signals, das zu dem reflektierten Signal führt, und das Dopplerspektrum ist durch einen Frequenzverschiebungswert des verschobenen Signals definiert. Ein Prozessor verarbeitet das gemischte Signal, um die Geschwindigkeitsmessung zu erhalten.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Geschwindigkeitsmessung mit einem asymmetrischen Dopplerspektrum.
Radarsysteme werden verwendet, um Ziele für eine breite Palette von Anwendungen zu erkennen und zu verfolgen. Wenn sich das Ziel relativ zu der Plattform bewegt, auf der das Radarsystem betrieben wird, nimmt die Frequenz der empfangenen Reflexion zu oder ab, je nachdem, ob sich das Ziel auf die Plattform zu oder von ihr wegbewegt. Dies wird als Doppler-Effekt bezeichnet und erleichtert die Bestimmung der Geschwindigkeit des Ziels. Der Bereich der Zielgeschwindigkeiten, der erfasst werden kann, ist derzeit symmetrisch. Somit kann das Radarsystem die gleiche maximale Geschwindigkeit eines Ziels erfassen, das sich von der Plattform weg und auf die Plattform zu bewegt. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein asymmetrisches Dopplerspektrum bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform enthält ein System zum Erhalten einer Geschwindigkeitsmessung eines Ziels, das unter Verwendung eines asymmetrischen Dopplerspektrums durch ein Radarsystem erfasst wird, einen Empfangsabschnitt des Radarsystems zum Empfangen eines von dem Ziel reflektierten Signals. Ein Mischer mischt das reflektierte Signal mit einem verschobenen Signal, um ein gemischtes Signal zu erhalten. Das verschobene Signal ist eine verschobene Version eines übertragenen Signals, das zu dem reflektierten Signal führt, und das Dopplerspektrum ist durch einen Frequenzverschiebungswert des verschobenen Signals definiert. Ein Prozessor verarbeitet das gemischte Signal, um die Geschwindigkeitsmessung zu erhalten.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale hat das übertragene Signal eine Trägerfrequenz f_c und das verschobene Signal hat eine Frequenz von f_c + f_Δ und f_Δ ist der Frequenzverschiebungswert.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das Dopplerspektrum von -f_D+ f_Δ zu f_D+ f_Δ und f_D ist eine Pulswiederholungsfrequenz des übertragenen Signals.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ermittelt der Prozessor verschiedene maximal erfassbare Werte der Geschwindigkeitsmessung für das Ziel basierend darauf, ob das Ziel sich dem Radarsystem in Übereinstimmung mit dem Dopplerspektrum nähert oder von diesem entfernt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale basieren die verschiedenen maximal erfassbaren Werte der Geschwindigkeitsmessung auf dem Frequenzverschiebungswert.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das System in einem Fahrzeug untergebracht.
In einer anderen exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Erhalten einer Geschwindigkeitsmessung eines Ziels, das unter Verwendung eines asymmetrischen Dopplerspektrums durch ein Radarsystem erfasst wird, das Empfangen eines reflektierten Signals von dem Ziel unter Verwendung eines Empfangsabschnitts des Radarsystems und das Erzeugen eines verschobenen Signals als eine verschobene Version eines übertragenen Signals, das zu dem reflektierten Signal führt. Das Dopplerspektrum wird basierend auf einem Frequenzverschiebungswert des verschobenen Signals definiert, und das reflektierte Signal wird mit dem verschobenen Signal gemischt, um ein gemischtes Signal zu erhalten. Das gemischte Signal wird verarbeitet, um die Geschwindigkeitsmessung zu erhalten, worin eine maximale erfassbare Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit dem Doppler-Spektrum ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale wird das übertragene Signal mit einer Trägerfrequenz f_c gesendet, worin das Erzeugen des verschobenen Signals bei einer Frequenz von f_c + f_Δ erfolgt und f_Δ der Frequenzverschiebungswert ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das Definieren des Dopplerspektrums von -f_D+ f_Δ zu f_D+ f_Δ und f_D ist eine Pulswiederholungsfrequenz des übertragenen Signals.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale wird die maximal erfassbare Geschwindigkeit als unterschiedliche maximal erfassbare Werte der Geschwindigkeitsmessung für das Ziel ermittelt, basierend darauf, ob das Ziel sich dem Radarsystem gemäß dem Dopplerspektrum nähert oder sich von diesem entfernt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale basiert das Bestimmen der verschiedenen maximal erfassbaren Werte der Geschwindigkeitsmessung auf dem Frequenzverschiebungswert.
In einer anderen exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Automobil einen Empfangsabschnitt eines Radarsystems zum Empfangen eines reflektierten Signals von einem Ziel. Ein Mischer mischt das reflektierte Signal mit einem verschobenen Signal, um ein gemischtes Signal zu erhalten. Das verschobene Signal ist eine verschobene Version eines übertragenen Signals, das zu dem reflektierten Signal führt, und ein Dopplerspektrum ist durch einen Frequenzverschiebungswert des verschobenen Signals definiert. Ein Prozessor verarbeitet das gemischte Signal, um die Geschwindigkeitsmessung zu erhalten. Der Prozessor liefert die Geschwindigkeitsmessung an ein anderes System des Automobils. Das andere System beinhaltet ein Bremssystem oder ein autonomes Fahrsystem.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale hat das übertragene Signal eine Trägerfrequenz f_c und das verschobene Signal hat eine Frequenz von f_c+f_Δ und f_Δ ist der Frequenzverschiebungswert.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das Dopplerspektrum von -f_D+ f_Δ zu f_D+ f_Δ und f_D ist eine Pulswiederholungsfrequenz des übertragenen Signals.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ermittelt der Prozessor verschiedene maximal erfassbare Werte der Geschwindigkeitsmessung für das Ziel basierend darauf, ob das Ziel sich dem Radarsystem in Übereinstimmung mit dem Dopplerspektrum nähert oder von diesem entfernt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale basieren die verschiedenen maximal erfassbaren Werte der Geschwindigkeitsmessung auf dem Frequenzverschiebungswert.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne Weiteres hervor.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:

1 veranschaulicht ein Radarsystem, das eine Geschwindigkeitsmessung mit einem asymmetrischen Dopplerspektrum gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen durchführt;
2 ist ein Blockdiagramm des Radarsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
3 ist ein Blockdiagramm, das die Signalverarbeitung eines empfangenen Signals gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Wie zuvor erwähnt, kann ein Radarsystem den Doppler-Effekt verwenden, um die Geschwindigkeit eines Ziels zu bestimmen, das sich relativ zu der Plattform bewegt, auf der das Radarsystem montiert ist. Gegenwärtig wird basierend auf dem Doppler-Effekt ein symmetrischer Bereich von Geschwindigkeiten erfasst. Das heißt, die gleiche maximale Geschwindigkeit kann für ein Ziel erfasst werden, das sich von der Plattform wegbewegt, wie für ein Ziel, das sich auf die Plattform zubewegt. Die Geschwindigkeit ist gegeben durch: $| v_{max} | = \frac{f_{s (D o p p l e r)}}{4 f_{c}} \cdot c$
In GL. 1 ist f_s(Doppler) ist die Pulswiederholfrequenz (PRF), f_c ist die Trägerfrequenz des Radarsystems, und c ist die Lichtgeschwindigkeit. Das übertragene Signal hat die Trägerfrequenz f_c. Wenn es keine relative Bewegung zwischen dem Ziel und dem Radarsystem gibt, werden Reflexionen von dem Ziel an der PRF empfangen, wenn sich das Ziel von dem Radarsystem wegbewegt, werden Reflexionen bei Frequenzen empfangen, die zunehmend niedriger als die PRF sind, und wenn sich das Ziel auf das Radarsystem zubewegt, werden Reflexionen mit Frequenzen empfangen, die zunehmend höher als die PRF sind. Wie Gl. 1 anzeigt, wird der absolute Wert der maximalen Geschwindigkeit, v_max, so ermittelt, dass ein symmetrischer Bereich von Geschwindigkeiten (-v_max zu v_max) gefunden werden kann, wenn in dem Frequenzbereich nach der Durchführung einer schnellen FourierTransformation (FFT) gearbeitet wird. So kann beispielsweise, mit einer PRF (f_s(Doppler)) von 29 Kilohertz (kHz) und einer Trägerfrequenz von 77 Gigahertz (GHz), v_max im Bereich von etwa -100 Stundenkilometern (km/h) bis 100 Stundenkilometern (km/h) erfasst werden, gemäß GL. 1.
Basierend auf der Anwendung kann jedoch eine höhere maximale Geschwindigkeit in einer Richtung gegenüber der anderen wünschenswert sein. So kann beispielsweise das Radarsystem auf einer Plattform montiert sein, die beispielsweise ein Fahrzeug (z. B. ein Automobil, eine landwirtschaftliche Ausrüstung, eine Bauausrüstung) oder eine automatisierte Fabrikausrüstung ist. Für solche Plattformen ist eine höhere maximale auflösbare Geschwindigkeit für ein sich auf die Plattform hinzubewegendes Ziel wünschenswert, selbst auf Kosten einer verringerten maximalen auflösbaren Geschwindigkeit für ein Ziel, das sich von der Plattform fortbewegt. Das Erfassen einer höheren Maximalgeschwindigkeit eines Ziels, das sich der Plattform nähert, kann zum Beispiel eine Kollisionsvermeidung, einen automatisierten Betrieb und andere Vorgänge in einem Automobil erleichtern. Ausführungsformen der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme betreffen die Durchführung einer Geschwindigkeitsmessung mit einem asymmetrischen Dopplerspektrum. Dementsprechend kann ein asymmetrischer Bereich von Geschwindigkeiten (-v_max(sich _entfernend) zu v_max(sich _nähernd)) für sich entfernende und sich nähernde Ziele gefunden werden.
1 zeigt ein Szenario, in dem ein Radarsystem 120 eine Geschwindigkeitsmessung mit einem asymmetrischen Dopplerspektrum gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen durchführt. Für das Radarsystem 120 ist eine Plattform 110 gezeigt. In dem exemplarischen Fall ist die Plattform 110 ein Automobil 105. Innerhalb des Sichtfelds 125 des Radarsystems 120 befinden sich zwei Ziele 130a, 130b. Das Ziel 130a bewegt sich auf das Automobil 105 zu und das Ziel 130b bewegt sich von dem Automobil 105 fort. Wie 1 deutlich macht, ist ein Fahrzeug (Ziel 130b), das sich schnell von dem Automobil 105 fortbewegt, nicht so interessant wie ein Fahrzeug (Ziel 130a), das sich auf das Automobil 105 zubewegt. Dies liegt daran, dass das Ziel 130a den Kurs ändern und mit dem Automobil kollidieren oder auf andere Weise ein Hindernis für das Automobil 105 schaffen könnte. Somit ist dieses Szenario eines, bei dem das sich nähernde Fahrzeug (Ziel 130a) von größerem Interesse ist als das sich fortbewegende Fahrzeug (Ziel 130b). Das heißt, eine höhere v_max(sich _nähernd) als -v_max _(sich _entfernend) ist von Interesse. Wenn das Automobil 105 ein Polizeifahrzeug ist, das beispielsweise das sich entfernende Fahrzeug (Ziel 130b) verfolgt, dann kann sich die Priorität ändern und eine höhere -v_max(sich _entfernend) könnte von Interesse sein.
2 ist ein Blockdiagramm des Radarsystems 120 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Radarsystem 120 enthält einen Sendeabschnitt 210 und einen Empfangsabschnitt 220. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform kann das Radarsystem 120 ein Multi-Input-Multi-Output (MIMO) -Radar sein, sodass der Sendeabschnitt 210 und der Empfangsabschnitt 220 jeweils mehrere Antennenelemente beinhalten. Andere exemplarische Radarsysteme beinhalten Single-Input-Multiple-Output (SIMO) mit einem einzelnen Sendeelement in dem Sendeabschnitt 210 und mehrere Empfängerelemente in dem Empfangsabschnitt 220, Multiple-Input Single-Output (MISO) mit mehreren Sendeelementen in dem Sendeabschnitt 210 und einem einzelnen Empfängerelement in dem Empfangsabschnitt 220 sowie Single-Input Single-Output (SISO) mit einem einzelnen Sendeelement in dem Sendeabschnitt 210 und einem einzelnen Empfängerelement in dem Empfangsabschnitt 220. Die Verarbeitung der gesendeten und empfangenen Signale kann durch separate Prozessoren durchgeführt werden, die Teil des Sendeabschnitts 210 und des Empfangsabschnitts 220 sind. Gemäß der in 2 gezeigten exemplarischen Ausführungsform verarbeitet eine Steuerung 230 die gesendeten und empfangenen Signale. Die Steuerung 230 kann auch Informationen zu und von anderen Systemen 240 der Plattform 110 kommunizieren. Wenn zum Beispiel die Plattform 110 ein Automobil 105 ist, kann die Steuerung 230 mit einem anderen System innerhalb des Automobils 105 kommunizieren, wie beispielsweise einem Kollisionsvermeidungssystem, einem autonomen Fahrsystem oder einem Bremssystem. Die anderen Systeme können die Information verwenden, um Entscheidungen zu treffen, die zum Beispiel das Bremsen oder eine automatische Lenksteuerung beinhalten.
Die Steuerung 230 beinhaltet eine Verarbeitungsschaltung und eine Schnittstelle zum Senden und Empfangen von Daten. Die Verarbeitungsschaltung kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher beinhalten, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bieten. Wenn ein empfangenes Signal verarbeitet wird, kann die Steuerung 230 das Dopplerspektrum verschieben, wie es im Einzelnen unter Bezugnahme auf 3 erläutert wird.
3 ist ein Blockdiagramm, das die Signalverarbeitung eines empfangenen Signals 310 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht. Das empfangene Signal 310, das von einem Antennenelement in dem Empfangsabschnitt 220 empfangen wird, wird, wie in 3 gezeigt, vor der Abtastung verarbeitet. Wie zuvor angemerkt, kann die Verarbeitung des empfangenen Signals 310 durch einen oder mehrere Prozessoren erfolgen, die für den Empfangsabschnitt 220 des Radarsystems 120 oder durch die Steuerung 230 spezifisch sind. Das empfangene Signal 310 wird unter Verwendung des Mischers 315 mit einer verschobenen Version des Trägersignals (f_c+f_Δ) gemischt, um das Dopplerspektrum zu verschieben. Das resultierende gemischte Signal 320 wird einem Prozessor 330 bereitgestellt, der zum Beispiel einen Analog-Digital-Wandler (ADC) und zusätzliche Komponenten enthält, um das gemischte Signal 320 für die Erfassung und Verfolgung von Zielen gemäß bekannten Verarbeitungsschritten zu verarbeiten. Die Verschiebung in dem Doppler-Spektrum ist von [-fs(_Doppler) : fs(_Doppler)] bis [-fs(_Doppler)+f_Δ : fs(_Doppler)+f_Δ]. Somit ist der absolute Wert der maximalen erfassbaren Geschwindigkeit eines sich annähernden Ziels, v_max(sich _nähernd), welches ist fs(_Doppler) + f_Δ, ist ein anderer absoluter Wert als die maximale erfassbare Geschwindigkeit eines entfernenden Ziels, v_max(sich _entfernend), welches ist - fs (Doppler₎+f_Δ.
So würde beispielsweise, wenn das anfängliche Doppler-Spektrum [-8e3:8e3] war, eine Verschiebung f_Δ von 6,5 Kilohertz das Dopplerspektrum auf [-8e3+6.5e3:8e3+6.5e3] oder [-1.5e3: 14.5e3] Hertz verschieben. Dann, gemäß GL. 1, unter Verwendung einer Abtastfrequenz von 16 kHz, mit fs_(Doppler) = -1.5e3, -v_max(sich _entfernend) ist -10 km/h und mit fs_(Doppler) = 14.5e3, v_max(sich _nähernd) ist 100 km / h.
Während die obige Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Beschreibung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die in den Umfang der Anmeldung fallen.

Claims

System zum Erhalten einer Geschwindigkeitsmessung eines Ziels, das von einem Radarsystem unter Verwendung eines asymmetrischen Dopplerspektrums erfasst wird, das System umfassend: einen Empfangsabschnitt des Radarsystems, der dazu konfiguriert ist, ein reflektiertes Signal von dem Ziel zu empfangen; einen Mischer, der dazu konfiguriert ist, das reflektierte Signal mit einem verschobenen Signal zu mischen, um ein gemischtes Signal zu erhalten, worin das verschobene Signal eine verschobene Version eines übertragenen Signals ist, das zu dem reflektierten Signal führt, und das Dopplerspektrum durch einen Frequenzverschiebungswert des verschobenen Signals definiert ist; und einen Prozessor, der dazu konfiguriert ist, das gemischte Signal zu verarbeiten, um die Geschwindigkeitsmessung zu erhalten.
System nach Anspruch 1, worin das übertragene Signal eine Trägerfrequenz f_c aufweist, das verschobene Signal eine Frequenz von f_c+f_Δ hat und f_Δ der Frequenzverschiebungswert ist, und das Dopplerspektrum von -f_D+f_Δ zu f_D+f_Δ liegt und f_D eine Pulswiederholungsfrequenz des übertragenen Signals ist.
System nach Anspruch 1, worin der Prozessor verschiedene maximal erfassbare Werte der Geschwindigkeitsmessung für das Ziel ermittelt, basierend darauf, ob das Ziel sich dem Radarsystem gemäß dem Dopplerspektrum nähert oder sich von diesem entfernt.
System nach Anspruch 3, worin die verschiedenen maximal erfassbaren Werte der Geschwindigkeitsmessung auf dem Frequenzverschiebungswert basieren.
System nach Anspruch 1, worin das System in einem Fahrzeug untergebracht ist.
Verfahren zum Erhalten einer Geschwindigkeitsmessung eines Ziels, das von einem Radarsystem unter Verwendung eines asymmetrischen Dopplerspektrums erfasst wird, das Verfahren umfassend: das Empfangen eines reflektierten Signals von dem Ziel unter Verwendung eines Empfangsabschnitts des Radarsystems; das Erzeugen eines verschobenen Signals als eine verschobene Version eines übertragenen Signals, das zu dem reflektierten Signal führt; das Definieren des Dopplerspektrums basierend auf einem Frequenzverschiebungswert des verschobenen Signals; das Mischen des reflektierten Signals mit dem verschobenen Signal unter Verwendung eines Mischers, um ein gemischtes Signal zu erhalten; und das Verarbeiten des gemischten Signals, um die Geschwindigkeitsmessung zu erhalten, worin eine maximale erfassbare Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit dem Dopplerspektrum ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Übertragen des übertragenen Signals mit einer Trägerfrequenz f_c, worin das Erzeugen des verschobenen Signals bei einer Frequenz von f_c+f_Δ liegt und f_Δ der Frequenzverschiebungswert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, worin das Definieren des Dopplerspektrums von - f_D+f_Δ zu f_D +f_Δ ist und f_D ist eine Pulswiederholungsfrequenz des übertragenen Signals.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Ermitteln der maximalen erfassbaren Geschwindigkeit als unterschiedliche maximal erfassbare Werte der Geschwindigkeitsmessung für das Ziel basierend darauf, ob das Ziel sich dem Radarsystem in Übereinstimmung mit dem Doppler-Spektrum nähert oder von diesem entfernt.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das Ermitteln der verschiedenen maximal erfassbaren Werte der Geschwindigkeitsmessung auf dem Frequenzverschiebungswert basiert.