DE102019201843A1 - Suppression of reflections in phase modulated radars - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (200), die einen Prozessor (201) umfasst, der dazu ausgelegt ist, einen Phasencode mit einem gemäß Abtastzeitpunkten (A1, A2, A3, A4) abgetasteten Empfangsradarsignal (S) zu korrelieren und eine Verschiebung (δ) von Abtastzeitpunkten (A1, A2, A3, A4) derart zu bestimmen, dass eine Korrelationsleistung (|f(Δt)|) in einem vorbestimmten Entfernungsbereich ([Δt,Δt]) minimiert wird.Device (200) comprising a processor (201) designed to correlate a phase code with a received radar signal (S) sampled according to sampling times (A1, A2, A3, A4) and a shift (δ) of sampling times (A1 , A2, A3, A4) in such a way that a correlation power (| f (Δt) |) is minimized in a predetermined distance range ([Δt, Δt]).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und ein Radarsystem zur Unterdrückung von Reflexionen in phasenmodulierten Radaren.The present disclosure relates to a method and a radar system for suppressing reflections in phase modulated radars.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Die Radar-Technologie („Radio Detection and Ranging“) bezieht sich auf Vorrichtungen, Verfahren und Systeme zur Ortung und Erkennung von Objekten auf Basis von elektromagnetischen Wellen im Radiofrequenzbereich. Das Radar sendet ein elektromagnetisches Signal und empfängt Echos von Objekten. Mittels der Radar-Technologie kann beispielsweise über die Auswertung von Laufzeiten eine Position und unter Berücksichtigung von Frequenzsignaländerungen (Doppler-Effekt) die relative Geschwindigkeit eines Objekts ermittelt werden.Radar technology (“Radio Detection and Ranging”) refers to devices, methods and systems for locating and recognizing objects on the basis of electromagnetic waves in the radio frequency range. The radar sends an electromagnetic signal and receives echoes from objects. Radar technology can be used, for example, to determine a position by evaluating transit times and, taking into account frequency signal changes (Doppler effect), the relative speed of an object.
Die Radar-Technologie wird beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt. Fahrzeuge ermitteln mittels Radarsignalen die Position und Geschwindigkeit von Objekten, wie etwa anderen Verkehrsteilnehmern oder Hindernissen.The radar technology is used in a vehicle, for example. Vehicles use radar signals to determine the position and speed of objects such as other road users or obstacles.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Radarsystem bzw. ein entsprechendes Antennenmodul bereitzustellen, bei dem das Verhalten des Radarsystems optimiert wird.Proceeding from this, the invention is based on the object of providing a radar system or a corresponding antenna module in which the behavior of the radar system is optimized.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.This object is achieved by the device according to
Die Ausführungsbeispiele zeigen eine Vorrichtung, die einen Prozessor umfasst, der dazu ausgelegt ist, einen Phasencode mit einem gemäß Abtastzeitpunkten abgetasteten Empfangsradarsignal zu korrelieren und eine Verschiebung von Abtastzeitpunkten derart zu bestimmen, dass eine Korrelationsleistung in einem vorbestimmten Entfernungsbereich minimiert wird.The exemplary embodiments show a device which comprises a processor which is designed to correlate a phase code with a received radar signal sampled according to sampling times and to determine a shift of sampling times in such a way that a correlation power is minimized in a predetermined distance range.
Der Prozessor kann beispielsweise eine Recheneinheit wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) sein, die Programminstruktionen ausführt.The processor can, for example, be a computing unit such as a central processing unit (CPU) that executes program instructions.
Das Empfangsradarsignal kann beispielsweise durch eine phasenmodulierte Dauerstrichradartechnologie erzeugt werden. Bei der phasenmodulierten Dauerstrichradartechnologie (Phase-Modulated Continuous Wave) werden Phasencodierungen (häufig +-180°) auf ein hochfrequentes Signal moduliert, übertragen und im Empfänger mit dem genutzten Code korreliert. Die Korrelation hat an den Stellen ein Maximum, bei denen die Verschiebung des Referenzcodes der Signallaufzeit zu einem Ziel und damit der Entfernung entspricht. Bei anderen Verschiebungen könnte das Korrelationsergebnis jedoch nicht Null sein, sondern proportional zur Amplitude des Maximums, siehe z.B. m-Sequenzen („Maximum Length Sequences“), sodass Störungen im gesamten Entfernungsbereich entstehen. Diese Störungen können die Detektionen von Zielen mit geringem Radarrückstreuquerschnitt oder in großer Distanz verhindern. Beim FMCW-Radar besteht ein ähnliches Problem (Unterdrückung von Reflexionen des Stoßfängers), das dabei über ein Hochpass-Filter gelöst wird. Dies ist beim PMCWRadar nicht möglich, da dabei kein Zusammenhang zwischen Basisbandfrequenz und Signallaufzeit besteht.The received radar signal can be generated, for example, by a phase-modulated continuous wave radar technology. With phase-modulated continuous wave radar technology, phase encodings (often + -180 °) are modulated onto a high-frequency signal, transmitted and correlated with the code used in the receiver. The correlation has a maximum at those points where the shift of the reference code corresponds to the signal propagation time to a target and thus to the distance. With other shifts, however, the correlation result could not be zero, but proportional to the amplitude of the maximum, see e.g. m-sequences ("Maximum Length Sequences"), so that interference occurs over the entire distance range. These disturbances can prevent the detection of targets with a small radar backscatter cross section or at a great distance. With the FMCW radar there is a similar problem (suppression of reflections from the bumper), which is solved by a high-pass filter. This is not possible with the PMCWRadar because there is no connection between the baseband frequency and the signal propagation time.
Zur Unterdrückung starker Reflexionen (z.B. Stoßfänger, der immer in derselben Entfernung ist) werden daher die Abtastzeitpunkte so verschoben, dass diese auf die Nulldurchgänge eines Empfangsradarsignals mit einer bestimmten Signallaufzeit fallen. Einzelne Sequenzen können z.B aus aus ca.
Die Verschiebung der Abtastzeitpunkte derart, dass eine Korrelationsleistung in einem vorbestimmten Entfernungsbereich minimiert wird, resultiert in einer optimierten Verschiebung. Diese Optimierung der Abtastzeitpunkte wird vorzugsweise in einer Kalibrierungsphase des Sensors durchgeführt. Nach der Kalibrierung wird die optimierte Verschiebung der Abtastzeitpunkte gespeichert und für nachfolgende Messungen verwendet.Shifting the sampling times in such a way that a correlation power is minimized in a predetermined distance range results in an optimized shift. This optimization of the sampling times is preferably carried out in a calibration phase of the sensor. After the calibration, the optimized shift of the sampling times is saved and used for subsequent measurements.
Ist die Verschiebung der Abtastzeitpunkte derart optimiert, dass eine Korrelationsleistung im vorbestimmten Entfernungsbereich minimiert wird, fallen die Abtastzeitpunkte auf die Nulldurchgänge des digitalisierten Empfangsradarsignals, so dass Störungen eines Empfangsradarsignals unterdrückt werden können.If the shift of the sampling times is optimized in such a way that a correlation power is minimized in the predetermined distance range, the sampling times fall on the zero crossings of the digitized received radar signal, so that interference in a received radar signal can be suppressed.
Vorzugsweise wird der vorbestimmte Entfernungsbereich so gewählt, dass er keine Reflektionen von Objekten () enthält, außer Reflektionen eines Störobjekts. Der Abstandsbereich kann vom Prozessor bestimmt werden oder manuell, unter Kenntnis der Umgebung während des Kalibrierungsvorgangs, vorgegeben werden.The predetermined distance range is preferably selected in such a way that it does not contain any reflections from objects (), except for reflections from an interfering object. The distance range can be determined by the processor or it can be specified manually with knowledge of the surroundings during the calibration process.
Vorzugsweise ist der Prozessor dazu ausgelegt, die Verschiebung von Abtastzeitpunkte innerhalb einer Sendepulsdauer zu minimieren.The processor is preferably designed to minimize the shifting of sampling times within a transmission pulse duration.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung ferner einen Analog-Digital-Wandler, wobei der Analog-Digital-Wandler den Phasencode in ein digitales Signal umwandelt.According to an exemplary embodiment, the device further comprises an analog-to-digital converter, wherein the analog-to-digital converter converts the phase code into a digital signal.
Ferner umfasst die Vorrichtung einen Analog-Digital-Wandler, wobei der Analog-Digital-Wandler dazu ausgelegt ist, das Empfangsradarsignal mit der Verschiebung von Abtastzeitpunkten abzutasten.Furthermore, the device comprises an analog-digital converter, the analog-digital converter being designed to sample the received radar signal with the shift in sampling times.
Vorzugsweise ist der Prozessor dazu ausgelegt, die Korrelationsleistung auf Grundlage einer Korrelation zwischen dem digitalisierten Empfangsradarsignal und dem digitalisierten Phasencode zu bestimmen.The processor is preferably designed to determine the correlation performance on the basis of a correlation between the digitized received radar signal and the digitized phase code.
Statt die Abtastzeitpunkte zwischen sukzessiven Messungen zu verschieben, kann dies unter höherem Rechenaufwand auch in einer einzelnen Messung durchgeführt werden. Wird das Signal unter Einhaltung des Abtasttheorems abgetastet (in der Regel gegeben), kann dies für den gesamten Zeitbereich dargestellt werden. Damit kann, nach Berechnung zusätzlicher Zeitpunkte, das günstigste Abtastraster gewählt werden.Instead of shifting the sampling times between successive measurements, this can also be carried out in a single measurement with greater computational effort. If the signal is sampled (usually given) in compliance with the sampling theorem, this can be represented for the entire time range. In this way, after calculating additional points in time, the most favorable sampling grid can be selected.
Vorzugsweise wird das Empfangsradarsignal mittels phasenmodulierter Dauerstrichradartechnologie erzeugt.The received radar signal is preferably generated by means of phase-modulated continuous wave radar technology.
Die Ausführungsbeispiele offenbaren ferner auch ein Fahrzeug, das eine Vorrichtung umfasst, wobei die Vorrichtung einen Prozessor umfasst, der dazu ausgelegt ist, einen Phasencode mit einem abgetasteten Empfangsradarsignal gemäß Abtastzeitpunkten zu korrelieren und eine Verschiebung von Abtastzeitpunkten derart zu bestimmen, dass eine Korrelationsleistung in einem vorbestimmten Entfernungsbereich minimiert wird. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um einen PKW, einen LKW, ein Elektrofahrzeug, oder dergleichen handeln. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Assistenzsystem eines solchen Fahrzeugs zum Einsatz kommen. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein autonomes oder teilautonomes Fahrzeug handeln.The exemplary embodiments also disclose a vehicle that comprises a device, the device comprising a processor which is designed to correlate a phase code with a sampled received radar signal according to sampling times and to determine a shift of sampling times in such a way that a correlation power in a predetermined Distance range is minimized. The vehicle can be, for example, a car, a truck, an electric vehicle, or the like. In particular, the device according to the invention can be used in an assistance system of such a vehicle. The vehicle can in particular be an autonomous or partially autonomous vehicle.
Die Ausführungsbeispiele offenbaren ferner auch ein Verfahren, bei dem ein Phasencode mit einem abgetasteten Empfangsradarsignal gemäß Abtastzeitpunkten korreliert wird und eine Verschiebung von Abtastzeitpunkten bestimmt wird, so dass eine Korrelationsleistung in einem vorbestimmten Entfernungsbereich minimiert wird.The exemplary embodiments also disclose a method in which a phase code is correlated with a sampled received radar signal according to sampling times and a shift in sampling times is determined so that a correlation performance is minimized in a predetermined distance range.
Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 eine Hüllkurve einer phasenkodierten Wellenform eines PMCW-Radars in einem Zeitbereich zeigt; -
2 ein Blockdiagramm zeigt, das eine beispielhafte Konfiguration eines erfindungsgemäßen Radarsystems darstellt; -
3 ein exemplarisches Blockdiagramm des vom PN-Generator erzeugten Phasencodes zeigt; -
4 exemplarische Abtastzeitpunkte des Analog-Digital-Wandlers208 zeigt, der ein demoduliertes Empfangsradarsignal digital-wandelt; -
5 ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Bestimmen der optimalen Verschiebung der Abtastzeitpunkte zeigt; -
6 zeigt, wie der Entfernungsbereichs für die Kalibrierung ausgewählt wird; und -
7 ein Blockdiagramm zeigt, das schematisch die Konfiguration eines Fahrzeugs mit einem Radarsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
1 Figure 9 shows an envelope of a phase encoded waveform of a PMCW radar in a time domain; -
2 Fig. 3 is a block diagram showing an exemplary configuration of a radar system according to the present invention; -
3 Figure 11 shows an exemplary block diagram of the phase code generated by the PN generator; -
4th exemplary sampling times of the analog-digital converter 208 shows that digital-converts a demodulated received radar signal; -
5 Figure 3 shows a flow chart of a process for determining the optimal shift in sampling times; -
6 shows how to select the distance range for calibration; and -
7th FIG. 13 is a block diagram schematically showing the configuration of a vehicle having a radar system according to an embodiment of the present invention.
Der PN-Generator
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Antennen beschränkt. Vorzugsweise wird eine Antennenanordnung mit Antennenarrays mit mehreren Sende- und Empfangsantennen verwendet.The present embodiment is not limited to a specific number of antennas. An antenna arrangement with antenna arrays with a plurality of transmitting and receiving antennas is preferably used.
Die Abtastzeitpunkte
In Schritt
Statt die Abtastzeitpunkte zwischen sukzessiven Messungen zu verschieben, kann dies durch höheren Rechenaufwand auch in einer einzelnen Messung mit hohe Abtastrate durchgeführt werden. Dabei wird die Abtastrate höher gewählt, als die Pulsfrequenz des Phasencodes. Wird beispielsweise die Abtastrate so gewählt, dass sie dem zehnfachen der Pulsfrequenz des Phasencodes entspricht, so können damit Korrelationsleistungen für zehn verschiedene Verschiebungsparameter δ mit einer Messung ermittelt werden. Wird das Signal unter Einhaltung des Abtasttheorems abgetastet was üblicheweise der Fall ist, kann dies für den gesamten Zeitbereich dargestellt werden. Damit kann, nach Berechnung zusätzlicher Zeitpunkte, das günstigste Abtastraster gewählt werden.Instead of shifting the sampling times between successive measurements, this can also be carried out in a single measurement with a high sampling rate due to a higher computational effort. The sampling rate is chosen to be higher than the pulse frequency of the phase code. If, for example, the sampling rate is chosen so that it corresponds to ten times the pulse frequency of the phase code, then correlation powers for ten different displacement parameters δ can be determined with one measurement. If the signal is sampled in compliance with the sampling theorem, which is usually the case, this can be represented for the entire time range. In this way, after calculating additional points in time, the most favorable sampling grid can be selected.
In einem nichtoptimierten Fall (f(δ)) unterdrückt die Leistung des Störobjekts, die sich im gesamten Entfernungsbereich bemerkbar macht, das Signal-Rausch-Verhältnis einer Reflexion eines Zielobjekts (SNR1). In einem optimierten Fall (f(δopt)) wird die Leistung des störenden Objekts unterdrückt und somit wird das Signal-Rausch-Verhältnis einer Reflexion eines Zielobjekts (SNR2) erhöht. Daher ist das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR2) bei einem optimierten Fall (f(δopt)) größer als das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR1) bei einem nicht optimierten Fall (f(δ)). Deshalb kann eine Reflexion eines Zielobjekts mit einer kleinen Amplitude zuverlässiger detektiert werden.In a non-optimized case (f (δ) ), the power of the interfering object, which is noticeable in the entire distance range, suppresses the signal-to-noise ratio of a reflection from a target object (SNR1). In an optimized case (f (δopt) ) the power of the interfering object is suppressed and thus the signal-to-noise ratio of a reflection of a target object (SNR2) is increased. The signal-to-noise ratio (SNR2) in an optimized case (f (δopt) ) is therefore greater than the signal-to-noise ratio (SNR1) in a non-optimized case (f (δ) ). Therefore, reflection of a target object with a small amplitude can be more reliably detected.
In der Kalibrierungsphase wird der Entfernungsbereich [Δt1, Δt2] vorzugsweise so gewählt, dass im Entfernungsbereich [Δt1, Δt2] keine Objekte oder Objekte mit geringer Reflexion enthalten sind, außer dem Reflexionssignal des Störobjekts (Objekt nicht von Interesse), dessen Abstand vorgegeben ist (z.B. Stoßfänger, der immer in derselben Entfernung ist). Dies wird z. B. durch eine Detektion verfahren, z. B. durch CFAR (Constant False Alarm Rate), gewährleistet.In the calibration phase, the distance range [Δt 1 , Δt 2 ] is preferably selected so that no objects or objects with low reflection are contained in the distance range [Δt 1 , Δt 2 ], apart from the reflection signal of the interfering object (object of no interest) Distance is given (e.g. bumper that is always at the same distance). This is z. B. proceed by a detection, z. B. by CFAR (Constant False Alarm Rate) guaranteed.
Das Fahrzeug
Das Fahrzeug
In dem in
Das Fahrzeug
Das Fahrzeug
Die in dieser Beschreibung beschriebene Funktionalität kann als integrierte Schaltungslogik, z.B. auf einem Chip, implementiert werden. Die beschriebene Funktionalität kann, wenn nicht anders angegeben, auch durch Software implementiert werden. Soweit die oben beschriebenen Ausführungsformen zumindest teilweise mit Hilfe von Software-gesteuerten Prozessoren implementiert werden, wird auch ein Computerprogramm zur Bereitstellung einer solchen Softwaresteuerung und eines entsprechenden Speichermediums als Aspekte der vorliegenden Offenlegung angesehen.The functionality described in this description can be implemented as integrated circuit logic, e.g. on a chip. Unless otherwise specified, the functionality described can also be implemented using software. Insofar as the embodiments described above are implemented at least partially with the aid of software-controlled processors, a computer program for providing such a software control and a corresponding storage medium are also regarded as aspects of the present disclosure.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 200200
- RadarsystemRadar system
- 201201
- RadarsteuerungseinheitRadar control unit
- 202202
- PN-GeneratorPN generator
- 203203
- Modulatormodulator
- 204204
- SendeantenneTransmitting antenna
- 205205
- Analog-Digital-WandlerAnalog-to-digital converter
- 206206
- Generatorgenerator
- 207207
- KorrelatorCorrelator
- 208208
- Analog-Digital-WandlerAnalog-to-digital converter
- 209209
- Verstärkeramplifier
- 210210
- DemodulatorDemodulator
- 211211
- EmpfangsantenneReceiving antenna
- 212212
- VerzögerungsgliedDelay element
- 600600
- Fahrzeugvehicle
- 601601
- Lenksystem (ECU 1)Steering system (ECU 1)
- 602602
- Bremssystem (ECU2)Braking system (ECU2)
- 606606
- SensorenSensors
- 607607
- GPS/ Lagesensor-EinheitGPS / position sensor unit
- 610610
- ZentralsteuerungseinheitCentral control unit
- 613613
- FahrzeugkommunikationsnetzwerkVehicle communication network
- A1, A2, A3, A4A1, A2, A3, A4
- AbtastzeitpunkteSampling times
- S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7
- Pulse des PhasencodesPulses of the phase code
- [Δt1, Δt2][Δt 1 , Δt 2 ]
- EntfernungsbereichDistance range
- TT
- SendepulsdauerTransmission pulse duration
- SS.
- RadarempfangssignalRadar reception signal
- δδ
- Verschiebung der AbtastzeitpunkteShifting the sampling times
- δopt δ opt
- optimale Verschiebung der Abtastzeitpunkteoptimal shifting of the sampling times
- ΔtΔt
- Laufzeit (bzw. Entfernung)Running time (or distance)
- ff
- KorrelationsfunktionCorrelation function
- KorrelationsleistungCorrelation performance
Claims (10)
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---|---|---|---|
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GUERMANDI, Davide [et al.]: A 79GHz binary phase-modulated continuous-wave radar transceiver with TX-to-RX spillover cancellation in 28nm CMOS. In: 2015 IEEE International Solid-State Circuits Conference, Digest of Technical Papers, 22-26 Feb. 2015, S. 354-355. - ISBN 978-1-4799-6223-5 * |
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