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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarmodul für ein Radarsystem, ein Radarsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Radarmoduls für ein Radarsystem.
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Stand der Technik
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Um Sicherheits- und Komfortfunktionen bereitzustellen, werden Radarsysteme in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Abstände, Relativgeschwindigkeiten und Winkel von Objekten, d. h. etwa Fahrzeugen und Hindernissen zu messen. Um verschiedene Sichtbereiche um das Fahrzeug - im ultimativen Fall eine Rundumsicht - zu ermöglichen, werden aktuell mehrere Radarsensoren in einem Fahrzeug eingebaut. Diese Sensoren können sowohl überlappende als auch nicht überlappende Sichtbereiche haben. Da ein Radar ein aktiver Sensor ist, d.h. für die Umfelderfassung aktiv Signale emittiert und deren Reflexionen auswertet, soll für den erstgenannten Fall sichergestellt werden, dass die Signale von unterschiedlichen Radarsystemen keine gegenseitigen Störungen verursachen. Dafür müssen die Signale in mindestens einer der Radarmessdimensionen trennbar sein.
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Die Signale können im Frequenzbereich durch Frequenzmultiplexverfahren (englisch: frequency-division multiplexing, FDM) getrennt werden, wobei verschiedene Sendeantennen zum gleichen Zeitpunkt verschiedene Frequenzbereiche belegen. Pro Sendekanal reduziert sich dadurch jedoch die verfügbare Bandbreite. Da die Abstands-Trennfähigkeit eines Radarsystems direkt proportional zu seiner Bandbreite ist, sinkt dadurch die Abstands-Trennfähigkeit.
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Die Signale können auch im Zeitbereich getrennt werden, wobei die Antennen nacheinander im Zeitmultiplexverfahren (englisch: time-division multiplexing, TDM) senden. Durch die sequenzielle Messung erhöht sich jedoch die Messzeit. Weiter können sich Objekte während der erhöhten Messzeit signifikant bewegt haben, was die Genauigkeit der Messungen reduziert. Außerdem wird der zeitliche Abstand zwischen zwei sequenzielle Messungen jeweiliger Sendeantennen vergrößert, was zu einer Verringerung des maximal eindeutig messbaren Geschwindigkeitsbereichs führen kann.
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Während für die Radarsensoren an einem Fahrzeug gegenseitige Störungen sich durch koordinierte Steuerung prinzipiell vermeiden lassen, führen die Radarsignale anderer Fahrzeuge für die Radarsensoren des Fahrzeugs zu Interferenzen. Es sind Ansätze bekannt, die im Radarsignal die Interferenzanteile anderer Radarsensoren erkennen und diese durch entsprechende Signalverarbeitung unterdrücken. Solche Ansätze können eine Verbesserung des Signal-zu-Interferenzverhältnis erzielen, wobei ihre Wirksamkeit stark vom Interferenzsignal abhängt. Seit kurzem sind auch Ansätze bekannt, die anstatt der Unterdrückung der bereits erfolgten Interferenz durch ein kognitives Verhalten die Interferenzen gezielt und adaptiv vermeiden. Solche Radarkonzepte, eng. Interference Aware Cognitive Radar (IACR) genannt, erfassen kontinuierlich das gesamte Spektrum, das zur Operation des Radars prinzipiell zur Verfügung steht, detektieren die vorhandenen Signale (potenzielle Interferenzen), schätzen ihre Parameter, und wählen basierend darauf eine Strategie für die Anpassung des Radarsignals, sodass in nächsten Zyklen die Interferenz vermieden werden kann. Der maßgebliche Vorteil dabei ist, dass die Interferenz - unabhängig von deren Form - effektiv vermieden werden kann, ohne die Notwendigkeit der Kooperation zwischen zwei Radarsystemen.
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Die obigen Ausführungen sind unabhängig von dem verwendeten Radarmodulationsverfahren. Typische Sendefrequenzen liegen bei 24 GHz oder 77 GHz, wobei die maximal belegbaren Bandbreiten bis zu 5 GHz betragen, typischerweise aber deutlich darunter liegen. Typische Bandbreiten sind etwa 0,5 GHz.
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Radarsysteme moderner Kraftfahrzeuge verwenden typischerweise eine FMCW-Modulation (englisch: Frequency Radarmodulated Continuous Wave). Hierbei werden mehrere lineare Frequenzrampen gleicher oder unterschiedlicher Steigung durchlaufen. Die Mischung des momentanen Sendesignals mit dem Empfangssignal ergibt ein niederfrequentes Signal, dessen Frequenz zum Abstand proportional ist. Zusätzlich ist eine additive bzw. subtraktive Komponente durch eine Dopplerfrequenz enthalten, welche zur Relativgeschwindigkeit proportional ist. Um die Abstands- und Geschwindigkeitsinformation mehrerer Ziele zu trennen, werden die Ergebnisse mit den verschiedenen Rampen mit den Ergebnissen früherer Messzyklen in einem Matching-Verfahren verarbeitet.
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Neuere Systeme setzen auf eine FMCW-Modulation mit schnelleren Rampen, d. h. einer Fast-Chirp-Modulation, wodurch die Dopplerverschiebung innerhalb der Rampe vernachlässigbar wird. Die gewonnene Abstandsinformation ist weitgehend eindeutig, eine Dopplerverschiebung kann anschließend durch die Beobachtung der zeitlichen Entwicklung der Phase des komplexen Abstandsignals bestimmt werden. Abstands- und Geschwindigkeitsbestimmung finden unabhängig voneinander statt, wobei typischerweise zweidimensionale Fouriertransformationen eingesetzt werden.
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Digitale Radarmodulationsverfahren wie OFDM (orthogonal frequency division multiplex) sind bekannt, wobei sequenziell nacheinander gesendete OFDM-Symbole verwendet werden, wodurch die Abstands- und Geschwindigkeits-Auswertung unabhängig voneinander durchgeführt werden kann - ähnlich wie bei Fast-Chirp-Systemen.
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Dafür kann eine zweidimensionale Fouriertransformation eingesetzt werden, wobei die gesendeten Radarmodulationssymbole vorab eliminiert werden müssen (digitale Demodulation). Das Prinzip von IACR ist für alle oben ausgeführte Radarmodulationsarten anwendbar. Eine wesentliche Herausforderung dabei ist die kontinuierliche Erfassung des gesamten Spektrums, das für die Radaroperation zur Verfügung steht, da es in der Regel eine verhältnismäßig große Bandbreite aufweist (im 77 GHz Band, d.h. 76-81 GHz, sind es 5 GHz). Eine konventionelle Erfassung des Spektrums bei Nyquist-Abtastrate würde Analog-zu-Digital-Wandler (ADCs) mit sehr großer Bandbreite benötigen (10 GHz bei realer Abtastung und 5 GHz bei IQ-Abtastung). Solche ADCs sind i.d.R. nicht kommerziell verfügbar bzw. wirken sich maßgeblich in den Kosten des Systems aus.
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Aus der
WO 2017/081180 A1 ist ein FMCW-Radar mit Interferenz-Detektion bekannt. Die Messung wird in Pausen der eigentlichen Messung des Radargeräts durchgeführt. Anhand der detektierten Interferenz wird eine Kompensierung durchgeführt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Radarmodul für ein Radarsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Radarsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und ein Verfahren zum Betreiben eines Radarmoduls für ein Radarsystem mit dem Merkmal des Patentanspruchs 9 bereit.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Radarmodul für ein Radarsystem bereit, wobei das Radarsystem in einem vorgegebenen Frequenzband operiert. Das Radarmodul umfasst eine Empfängereinrichtung und eine Auswerteeinrichtung. Die Empfängereinrichtung empfängt während eines Empfangszeitraums ein Radarstörsignal in dem vorgegebenen Frequenzband. Die Auswerteeinrichtung wertet ein Spektrum des empfangenen Radarstörsignals aus, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, das während des Empfangszeitraums erfasste Radarstörsignal in ein Zeitsignal zu transformieren, wobei ein zeitlicher Verlauf des Zeitsignals einer Frequenzänderung oder Frequenzbereichsänderung des empfangenen Radarstörsignals entspricht. Die Auswerteeinrichtung umfasst weiter ein Optimalfilter (englisch: matched filter) oder eine Mehrzahl von Optimalfiltern mit unterschiedlichen Eigenschaften, wobei das oder die Optimalfilter zum Filtern des Zeitsignals ausgebildet sind. Weiter umfasst die Auswerteeinrichtung einen Energiedetektor, welcher dazu ausgebildet ist, das gefilterte Zeitsignal auszuwerten.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Radarsystem mit einer Sendeeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, Radarstrahlung in einem vorgegebenen Frequenzband auszusenden. Weiter umfasst das Radarsystem ein erfindungsgemäßes Radarmodul.
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Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Radarmoduls für ein Radarsystem bereit, wobei das Radarsystem in einem vorgegebenen Frequenzband operiert. Ein Radarstörsignal in dem vorgegebenen Frequenzband wird während eines Empfangszeitraums empfangen. Das Spektrum des empfangenen Radarstörsignals wird ausgewertet, wobei das während des Empfangszeitraums erfasste Radarstörsignal in ein Zeitsignal transformiert wird, wobei ein zeitlicher Verlauf des Zeitsignals einer Frequenzänderung oder Frequenzbereichsänderung des empfangenen Radarstörsignals entspricht. Das Zeitsignal wird mit mindestens einem Optimalfilter gefiltert, wobei das gefilterte Zeitsignal mit einem Energiedetektor ausgewertet wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorlegende Erfindung stellt ein Radarmodul für Radarsysteme bereit, das ein für die Radaroperation zugelassenes Frequenzband auf eine besonders effiziente Art erfasst, auswertet, und Informationen über die spektrale Belegung für das Radarsystem bereitstellt. Das Radarmodul erfasst somit vorzugsweise das gesamte verfügbare Spektrum und stellt durch eine deterministische und direkte, etwa lineare Abbildung des Spektrums auf das Zeitsignal Informationen über die spektrale Belegung auf eine besonders effiziente und kostengünstige Art bereit.
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Die Abbildung des Spektrums auf das Zeitsignal erfolgt vorzugsweise durch eine bekannte Funktion, und lässt somit zu, aus dem Zeitsignal Rückschlüsse auf die Frequenzbelegung des beobachteten Frequenzbandes zu ziehen. Ferner können im Spektrum vorhandene Signale, die diese Abbildung durchgelaufen sind, zusätzlich analysiert werden, um weitere Informationen über die vorhandenen Signale zu gewinnen.
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Unter einem „Radarstörsignal“ kann im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Radarsignal verstanden werden, welches nicht von dem Radarsystem selbst ausgesendet wird. Beim Einsatz in Kraftfahrzeugen können etwa Radarsysteme anderer Fahrzeuge Radarsignale aussenden, welche Radarstörsignale darstellen.
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Die Verwendung von mindestens einem Optimalfilter ist besonders vorteilhaft, falls der im Radarmodul selbst verursachte DC-Anteil signifikant ist. Es wird somit eine alternative Signalverarbeitung bereitgestellt, welche insbesondere für die Systeme mit breiterem Durchlassbereich im Basisband vorteilhaft ist, und eine kohärente, auf Optimalfiltern basierte Signaldetektion vorsieht. Diese Verarbeitung besteht darin, dass mit dem Wissen vom Sweep-Parameter eines ein Mischsignal bereitstellenden Linearoszillators und des Durchlassbereiches die im Basisband erwarteten Signale gesucht werden und deren Position im Zeitsignal detektiert wird. Das resultierende Signal wird dann mit einem Energiedetektor ausgewertet. Dieser liefert die detektierten Spektralanteile als Auswertung des Spektrums des Radarstörsignals. Die Stelle dieser Detektionen (Peaks) im Zeitbereich entspricht deren Frequenzen, da der lineare Sweep des Lokaloszillators eine lineare Abbildung der Frequenzsignale auf die Zeitachse erzielt. Dieser Prozess kann als eine Entfaltung (Deconvolution) gesehen werden, da damit das durch den Lokaloszillator-Sweep und die Filterung resultierende Zeitsignal in einen einzelnen Peak, d.h. eine Spektralspitze komprimiert wird.
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Die beschriebene Entfaltung anhand eines Optimalfilters kann unter der Annahme von konstanten Frequenzanteilen durchgeführt werden, aber auch für andere Signalformen wie Frequenzrampen ist diese Operation ebenso möglich. Damit wird ermöglicht, vom Zeitsignal nicht nur die Spektralbelegung zu schätzen, sondern auch weitere Parameter der vorhandenen Signale zu ermitteln. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung eine Steigung einer Frequenzrampe ermitteln.
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Weiter kann durch die Verwendung des Optimalfilters eine Interferenzvermeidung erreicht werden, indem durch die Auswertung Interferenzen erkannt werden und das Sendeverhalten des Radarsystems derart angepasst wird, sodass Interferenzen vermieden werden. Dadurch ist somit nicht nur eine Korrektur eines bereits gemessenen, interferenzbehafteten Radarsignals möglich, sondern vielmehr eine aktive Interferenzvermeidung.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls wird der ganze für die Radaroperation des Radarsystems verfügbare Frequenzbereich überwacht bzw. ausgewertet. Insbesondere kann ein Frequenzbereich außerhalb der Bandbreite der aktuellen Messung erfasst werden.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls wird eine Vielzahl von Optimalfiltern mit unterschiedlichen Parametern bereitgestellt. Die Optimalfilter können beispielsweise FMCW-Störer mit unterschiedlicher Steigung modellieren. Durch Bestimmen des Optimalfilters, welches am besten auf das Signal passt (etwa anhand des höchsten Peakwertes), können dadurch instantan, d.h. aus einem Sweep, zusätzliche Parameter des Störsignals gemessen werden, etwa eine Steigung einer FMCW Störrampe.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls erfolgt die Detektion der Störsignale und die Schätzung zusätzlicher Interferenzparameter sequenziell. Die zusätzlichen Interferenzparametern können etwa die Steigung einer Interferenzrampe umfassen. Die Detektion des Störsignals erfolgt anhand eines Optimalfilters, der für ein bestimmtes, möglichst generisches Interferenzsignal ausgelegt ist. Beispielsweise kann das Optimalfilter für eine konstante Frequenz ausgelegt sein. Für die detektierten Störungen können dann die zusätzlichen Interferenzparameter zusätzlich geschätzt werden. Dies kann durch ein Korrelationsverfahren erfolgen, welches die bereits detektierte Stelle des Störsignals als bekannt annimmt und die maximale Korrelation für unterschiedliche Steigungen absucht. Auf die Steigung, die den maximalen Korrelationswert liefert, kann über die Steigung der Interferenzrampe rückgeschlossen werden. Damit kann eine Vielzahl von Optimalfiltern mit einer recheneffizienteren Alternative ersetzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls umfasst die Auswerteeinrichtung mindestens ein Anti-Aliasing-Filter. Dessen Bandbreite ist vorzugsweise möglichst so ausgewählt, dass hinreichend Signalanteile für die robuste Stördetektion und Parameterschätzung durchgelassen werden, dabei aber trotzdem effiziente, möglichst niedrige Abtastraten bei einer Abtastung mit einem Analog-zu-Digital-Wandler erreicht werden. Dadurch kann eine hohe Frequenzauflösung durch die Puls-Kompression erzielt werden. Hierbei wird die Energie des durch das Anti-Aliasing-Filter durchgelassenen Signals in einen scharfen Peak komprimiert. Da durch das Anti-Aliasing-Filter mehr Signalanteile und damit mehr Signalenergie durchgelassen wird, erlaubt dieser Ansatz eine hohe Sensitivität. Dadurch ist es möglich, Interferenz mit niedriger Leistung zu detektieren.
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Durch die Verwendung von Anti-Aliasing-Filtern und Optimalfiltern kann eine Fokussierung der Interferenz, welche durch das Anti-Aliasing-Filter durchgelassen wird, sowie eine drastische Verringerung der Abtast- und Datenraten dank des Anti-Aliasing-Filters erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eine instantane Schätzung von Steigungen von Störrampen durchgeführt werden kann. Weiter kommt mehr Energie durch das Anti-Aliasing-Filter, als dies bei schmalen Anti-Aliasing-Filtern der Fall wäre. Schließlich ist der Beitrag von DC-Anteilen weniger kritisch.
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Bei einer praktischen Auslegung eines Radarsystems sind im eigenen System verursachte DC-Anteile im Allgemeinen nicht vermeidbar. Derartige DC-Anteile entstehen z.B. durch Mischer, die das LO-Signal durchlassen, durch Tx Schalter, die das Sendesignal nicht perfekt dämpfen, und dergleichen. Lässt das Anti-Aliasing-Filter nur wenige Frequenzanteile des Störsignals durch, die nahe am DC-Wert sind, definiert der DC-Anteil primär die Detektionsschwelle und kann die Sensitivität des Systems stark beeinträchtigen. Mit dem erfindungsgemäßen Ansatz kann der DC-Anteil sogar ausgefiltert werden, und die restlichen Frequenzkomponenten des Störsignals erlauben weiterhin eine robuste Interferenzdetektion.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls deckt ein Sweep den kompletten Frequenzbereich ab, der für die Radaroperation potenziell zur Verfügung steht. Die Grenzfrequenz der Anti-Aliasing Filter ist hinreichend breit, um eine hohe Sensitivität sowie robuste Schätzung der Interferenzparameter zu ermöglichen, zugleich aber so schmal, dass eine hinreichende Reduktion der Abtastraten und Datenmengen, die zu verarbeiten sind, erreicht wird.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls beträgt eine Bandbreite eines Sweeps mehrere GHz, bevorzugt mindestens 4 GHz. Eine Dauer eines Sweeps beträgt mehrere Mikrosekunden, bevorzugt mehrere zehn Mikrosekunden, etwa 50 Mikrosekunden. Eine Bandbreite des Anti-Aliasing-Filters beträgt vorzugsweise mehrere bzw. besonders bevorzugt mehrere zehn MHz, z.B. 20 MHz.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls werden Sweeps mit unterschiedlicher Steigungen gefahren. Besonders vorteilhaft sind abwechselnde Sweeps in Sägezahnform, womit die Notwendigkeit an Sprüngen im Frequenzverlauf des LO-Signals entfällt.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls handelt es sich um ein dediziertes Radarmodul, das heißt ein Radarmodul dessen Hardware sich von der Hardware des eigentlichen Radarsystems unterscheidet. Dadurch ist es möglich, das Spektrum nicht nur in Sendepausen des Radarsystems, sondern kontinuierlich zu messen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Radarmodul jedoch auch mit dem eigentlichen Radarsystem gemeinsame Hardwarekomponenten, insbesondere gemeinsame Sende- und/oder Empfängerantennen aufweisen. In diesem Fall kann das Radarmodul dazu ausgebildet sein, in den Sendepausen zu messen.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls umfasst die Analyse eine Entfaltung (englisch: Deconvolution), die eine schärfere Abbildung der Spektralbelegung ermöglicht. Basierend auf den gewonnenen Informationen, d.h. Spektralbelegung und gegebenfalls Signalparameter, kann das Radarsystem sein Signal adaptiv anpassen, um die Radarperformance zu optimieren, insbesondere hinsichtlich der Interferenzvermeidung.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls entspricht jedem Zeitpunkt des Zeitsignals eine Frequenz oder ein Frequenzbereich des empfangenen Radarstörsignals zu dem Zeitpunkt entspricht, und wobei das Zeitsignal zumindest einen vorgegebenen Teil des vorgegebenen Frequenzbandes vollständig abbildet.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls umfasst die Auswerteeinrichtung einen lokalen Oszillator, welcher ein Mischsignal ausgibt, wobei sich eine Frequenz des Mischsignals gemäß einer vorgegebenen Funktion zeitlich ändert, und wobei das Erzeugen des Zeitsignals durch die Auswerteeinrichtung das Mischen des empfangenen Radarstörsignals mit dem Mischsignal umfasst.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls ist der zeitliche Verlauf der Frequenz des Mischsignals linear rampenförmig.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls weist die Auswerteeinrichtung weiter ein Tiefpassfilter auf, wobei das Erzeugen des Zeitsignals durch die Auswerteeinrichtung weiter das Filtern des mit dem Mischsignal gemischten Radarstörsignals mittels des Tiefpassfilters umfasst. Es kann somit eine deterministische Abbildung des gesamten Spektrums auf das Zeitsignal vorteilhaft erfolgen, indem die im Spektrum vorhandenen Signale mit einer vorzugsweise linearen Rampe gemischt werden, und das resultierende Signal mit einem Tiefpass-Filter gefiltert wird. Bei einem Tiefpassfilter mit hinreichend schmalem Durchlassbereich bleiben im Zeitsignal nach der Filterung die Signalanteile, die zum Zeitpunkt der Mischung mit der Rampe am Empfänger annährend gleiche Frequenz besaßen. Bei einem etwas breiteren Tiefpassfilter bleiben weitere Signalanteile erhalten, die weitere Rückschlüsse über die Signalform ermöglichen, aber zusätzliche Verarbeitungsschritte benötigen.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls ist die Auswerteeinrichtung weiter dazu ausgebildet, Informationen bezüglich eines momentanen Sendefrequenzbandes des Radarsystems zu empfangen, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, das Spektrum des empfangenen Radarstörsignals außerhalb des momentanen Sendefrequenzbandes des Radarsystems auszuwerten. Das Radarmodul kann als ein dedizierter Kanal realisiert werden, der das komplette Spektrum außerhalb des aktuellen Bandes erfasst und analysiert. Basierend darauf findet die Ablaufsteuerung des Radarsystems zur Interferenzvermeidung statt.
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Gemäß einer Weiterbildung des Radarmoduls ist die Auswerteeinrichtung weiter dazu ausgebildet, durch Auswerten des Spektrums des empfangenen Radarstörsignals dem empfangenen Radarstörsignal Radarparameter zuzuordnen. Das Radarmodul ermöglicht somit eine Schätzung der Signalparameter über mehrere Messzyklen bzw. Sweeps des Lokaloszillators hinweg. Beispielsweise kann eine Frequenzrampe eines FMCW Radars detektiert werden, die in unterschiedlichen Lokaloszillator-Sweeps an unterschiedlichen Frequenzstellen zu Detektionen führt, die einen linearen und periodischen Verlauf über den Sweep des Lokaloszillators hinweg aufweisen. Aus so einem Signal kann die Auswerteeinrichtung vollständig die Radarparameter eines potentiellen Störers detektieren. Die Radarparameter können insbesondere mindestens eines von einer Bandbreite, einer Wiederholrate und einer Steigung umfassen. Die Auswerteeinrichtung kann weitere Informationen über die Szene und über die potenziellen Störer gewinnen. Die Radarparameter können weiter insbesondere mindestens eines von einem Abstand, einem Winkel, einer Sendeleistung und dergleichen eines Störers umfassen. Anhand dieser Information kann ggf. auch der Gerätetyp des Störers, etwa Hersteller und Modell des Geräts identifiziert werden. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass die Auswerteeinrichtung die detektierten Parameter mit bekannten Radartypen in einer abgelegten Datenbank vergleicht.
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Mit diesem Wissen kann der weitere spektrale Verlauf der potenziellen Störer vorhergesagt werden, um durch Adaptation des Sendesignals Interferenz zu vermeiden. Die Erfindung kann im Automotive Radar Frequenzband von 76 bis 81 GHz, aber bei geeigneter Auslegung auch in weiteren für den Radarbetrieb zugelassenen Frequenzbändern eingesetzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Radarmodul eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein Ansteuersignal an das Radarsystem auszugeben, um einen Betriebsmodus des Radarsystems in Abhängigkeit von dem ausgewerteten Spektrum des empfangenen Radarstörsignals anzupassen. Anhand der Auswertung des Spektrums des empfangenen Radarstörsignals kann das Radarsystem somit die Radarsignale in Zeit und Frequenz als auch die verwendete Wellenform an sich adaptiv anpassen, um Interferenzen mit anderen Radarsensoren zu vermeiden. Dies gilt unabhängig von der Radarmodulation für alle Radarsysteme, die gemäß dem IACR Ansatz operieren können. Das Ansteuersignal kann in Abhängigkeit von Radarparametern angepasst werden, welche dem empfangenen Radarstörsignal zugeordnet worden sind.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Radarsystems mit einem Radarmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Empfangspfades eines Radarmoduls eines Radarsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung von Zeitverläufen von Frequenzrampen;
- 4 Zeitverläufe von Frequenzrampen für verschiedene Optimalfilter;
- 5 Peaks für verschiedene Optimalfilter; und
- 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Radarmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Radarsystems 4 mit einem Radarmodul 1a. Während im Folgenden das Radarmodul 1a als ein Hardware-Modul beschrieben wird, kann gemäß weiteren Ausführungsformen das Radarmodul 1a auch in Software implementiert sein. Beispielweise kann ein Software-Modul in Sendepausen eines Radarsystems ausgeführt werden. Die Erfindung ist somit nicht auf ein Hardware-Modul beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf Software-Module oder gemischte Hardware-/Software-Module.
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Das Radarsystem 4 weist eine Sendeeinrichtung 5 auf, welche Radarstrahlung in einem vorgegebenen Frequenzband aussendet. Das Radarmodul 1a weist weiter eine Empfängereinrichtung 2 auf, welche während eines Empfangszeitraums Radarsignale, d. h. insbesondere Radarstörsignale in dem vorgegebenen Frequenzband empfängt.
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Weiter umfasst das Radarmodul 1a eine Auswerteeinrichtung 3a, welche ein Spektrum des empfangenen Radarstörsignals auswertet. Die Auswerteeinrichtung 3a transformiert das während des Empfangszeitraums erfasste Radarstörsignal in ein Zeitsignal. Ein zeitlicher Verlauf des Zeitsignals entspricht einer Frequenzänderung oder Frequenzbereichsänderung des empfangenen Radarstörsignals.
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Die Auswerteeinrichtung 3a kann mit der Sendeeinrichtung 5 gekoppelt sein, um Informationen zu enthalten, in welchem momentanen Sendefrequenzband oder bei welcher momentanen Sendefrequenz die Sendeeinrichtung 5 Radarstrahlung aussendet. Die Auswerteeinrichtung 3a wertet das Spektrum des empfangenen Radarstörsignals außerhalb des momentanen Sendefrequenzbandes bzw. außerhalb der momentanen Sendefrequenz der Sendeeinrichtung 5 aus.
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Die Auswerteeinrichtung 3a umfasst mindestens ein Optimalfilter, welches das Zeitsignal filtert. Die Auswerteeinrichtung 3a umfasst weiter einen Energiedetektor, um das gefilterte Zeitsignal auszuwerten.
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2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Radarmoduls 1b eines Radarsystems. Das Radarmodul weist eine Empfängereinrichtung bzw. Empfängerantenne 2 auf, die für den Empfang des gesamten operativen Spektrums des Radarsystems ausgelegt ist. Ein Rampengenerator 32 erzeugt ein Signal, welches einem Lokaloszillator (LO) 33 als Eingang dient. Das Ausgangssignal (d.h. Mischsignal) des Lokaloszillators 33 wird in einem Mischer 31 mit dem empfangenen hochfrequenten Signal gemischt, woraus das niederfrequente Signal im Basisband resultiert. Das Lokaloszillatorsignal ändert sich linear in der Frequenz über die Zeit, stellt also eine Frequenzrampe oder einen Frequenzsweep dar, in der Regel über den gesamten operativen Frequenzbereich hinweg.
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Die Mischung mit dem Empfangssignal führt dann zu einem Basisbandsignal, das über die Zeit von einem sich kontinuierlich verändernden HF-Frequenzband resultiert. Das Mischsignal im Basisband wird optional mit einem Tiefpassfilter 34 gefiltert, der ein verhältnismäßig schmales Frequenzband durchlässt. Das gefilterte Signal wird dann durch einen Analog-zu-Digital Wandler 35 abgetastet und einem digitalen Signalprozessor 36 zur digitalen Verarbeitung bereitgestellt. Darüber hinaus können noch weitere Funktionsblöcke wie Verstärker, Filter und dedizierte Signalverarbeitungsblöcke zum Empfangspfad gehören. Die Komponenten 31 bis 36 bilden eine Auswerteeinrichtung 3b.
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Das Radarmodul 1a, 1b gemäß einer der obigen Ausführungsformen kann als eigenständiger integrierter Schaltkreis (IC) ausgeführt sein. Das Radarmodul 1a, 1b kann auch in einen integrierten Schaltkreis eines Radarsystems integriert sein. Bei der Integration in einen integrierten Schaltkreis eines Radarsystems sind sowohl die Verwendung einer eigenen Empfangsantenne als auch das Auskoppeln und gegebenenfalls Verstärken des Signals aus einem bestehenden Empfangspfad möglich.
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Das Radarmodul 1a, 1b ermöglicht das Empfangen einer beliebigen Frequenz unabhängig vom gesendeten Signal, da hierfür ein Lokaloszillator-Signal bzw. Mischsignal verwendet werden kann, welches ungleich einem Lokaloszillator-Signal des eigentlichen Radarsystems 4 ist. In Abhängigkeit von den Genauigkeitsanforderungen kann das dazu genutzte Lokaloszillator-Signal durch Regelung oder Steuerung eines Oszillators erzeugt werden. Alternativ kann das für die Erfindung verwendete Lokaloszillator-Signal auch mit Mischern, Oszillatoren, Digital-Analog-Wandlern, digitalen Synthesizern (DDS), Phasenregelschleifen (PLL) oder anderen Komponenten vom für die eigentliche Radarmessung verwendeten Lokaloszillator-Signal abgeleitet werden. Die Lokaloszillator-Signalerzeugung dieses Empfangskanals kann unabhängig von den Anforderungen der eigentlichen Radarkanäle ausgelegt und damit speziell auf den Einsatzzweck optimiert werden. Die Zwischenfrequenz-Bandbreite ergibt sich aus der gewünschten Systemauslegung, wobei prinzipiell schmalbandige Empfänger möglich sind.
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Das Radarmodul 1a, 1b kann in die Ablaufsteuerung des Radarsystems 4 integriert werden, wodurch die Interferenzmessungen mit der eigenen Radarmessung zeitlich synchronisiert werden können. Somit ist es möglich, zur Steigerung der Effizienz des Systems nur außerhalb des Sendefrequenzbandes zu messen. Es sind verschiedene Betriebsmodi möglich. Zum einen kann von dem Empfangspfad durchgängig das gesamte zugelassene Band überwacht werden. Alternativ können auch nur ein Teil des Frequenzbandes (etwa ober- oder unterhalb des derzeit genutzten Bandes), oder nur eines oder mehrere Ausweichfrequenzbänder überwacht werden. Da sich die Lokaloszillator-Frequenz dieses Empfangspfades von der Lokaloszillator-Frequenz der zur Radarmessung verwendeten Kanäle unterscheidet, ist die Überwachung des Frequenzbandes auch während der Durchführung von Messungen möglich, was die Reaktionsgeschwindigkeit auf störende Signale erhöht.
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Alternativ ist die Verwendung der vorhandenen Empfängerpfade außerhalb der Radarmesszeit durch das Radarmodul 1a, 1b möglich. Dadurch wird kein zusätzlicher, dedizierter Empfangskanal mit eigener LO-Erzeugung benötigt. Die Messung durch das Radarmodul erfolgt in Pausenzeiten der konventionellen Radarmessung.
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Der digitale Signalprozessor 36 umfasst ein Optimalfilter und vorzugsweise eine Vielzahl von Optimalfiltern. Die digitale Signalverarbeitung durch den digitalen Signalprozessor 36 besteht darin, die durchgelassenen Signalanteile mit einem Energiedetektor zu detektieren. Die Stelle im Zeitsignal, an der diese Signalanteile auftreten, entspricht der Frequenz der im Spektrum vorhandenen Signale. Somit lässt das Zeitsignal zu, die Spektralbelegung zu bestimmen, ohne dass dabei weitere Signalverarbeitungsschritte, z.B. eine Fouriertransformation, notwendig wären. Damit lässt sich das Radarmodul 1a, 1b sehr kosteneffizient realisieren und ist zugleich in der Lage, die Spektralbelegung in dem gesamten, für die Radaroperation verfügbaren Spektralbereich zu analysieren.
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3 zeigt eine schematische Darstellung von Zeitverläufen von Frequenzrampen. Hierbei entspricht Adern Zeitverlauf des Lokaloszillator-Signals und B dem Zeitverlauf des empfangenen Signals. Ein Filter filtert alle Frequenzen außerhalb von Cutoff-Frequenzen A1 und A2 heraus. Es bleibt ein Bereich in einem Zeitintervall T erhalten.
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4 zeigt Zeitverläufe von Frequenzrampen und Peaks für verschiedene Optimalfilter. Jedes Optimalfilter weist einen entsprechenden Zeitverlauf B1 bis Bn auf, wobei n die Anzahl der Optimalfilter ist.
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In 5 ist jeweils ein Peak P1 bis Pn dargestellt, welcher mittels des entsprechenden Optimalfilters ermittelt wird. Das Optimalfilter mit dem höchsten Peak kann ausgewählt werden. Da dem Optimalfilter Störsignale mit bestimmten Eigenschaften entsprechen, etwa einer FMCW-Rampe mit bestimmter Steigung, können diese Eigenschaften anhand der Auswahl des Optimalfilters ermittelt werden.
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6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Radarmoduls 1a, 1b gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Radarsystem umfasst eine Sendeeinrichtung 5, welche in einem vorgegebenen Frequenzband operiert, d. h. Radarstrahlung aussendet.
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In einem ersten Schritt S 1 wird ein Radarstörsignal in einem vorgegebenen Frequenzband während eines Empfangszeitraums empfangen.
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Einem zweiten Schritt S2 wird ein Spektrum des empfangenen Radarstörsignals ausgewertet, wobei das während des Empfangszeitraums erfasste Radarstörsignal in ein Zeitsignal transformiert wird. Ein zeitlicher Verlauf des Zeitsignals entspricht einer Frequenzänderung oder Frequenzbereichsänderung des empfangenen Radarstörsignals. Mindestens ein Optimalfilter wird verwendet, um das Zeitsignal zu filtern. Mit einem Energiedetektor wird das gefilterte Zeitsignal ausgewertet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016221947 A1 [0009]
- WO 2017/081180 A1 [0012]
