DE102020007603A1

DE102020007603A1 - Kalibrieren von Arrayantennen basierend auf der Signalenergieverteilung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit

Info

Publication number: DE102020007603A1
Application number: DE102020007603.3A
Authority: DE
Inventors: Danny Elad; Dan Corcos; Simon SROT; Marko Mlinar
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Ay Dee Kay LLC
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2021-06-17
Also published as: CN112986974A; US20210181304A1; US11709226B2; US11372083B2; US20230014653A1

Abstract

Radarantennenkalibrierungsverfahren, das einschließt: Bilden einer Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch eine Anordnung von Empfangsantennen als Reaktion auf Chirps erkannt werden, die durch eine Anordnung von Sendeantennen gesendet werden, wobei die Erkennungsmatrix mehrere Zeilen, die den Chirps entsprechen, mehrere Spalten, die einem Signalabtastwert entsprechen, und mehrere Ebenen, die den Empfangsantennen entsprechen, aufweist; Ableiten einer Entfernungsmatrix durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Zeile der Erkennungsmatrix; Extrahieren einer Scheibe der Entfernungsmatrix, wobei unterschiedliche Zeilen der Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Empfangsantennen zugehörig sind; Ableiten einer Geschwindigkeitsmatrix aus der extrahierten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der Geschwindigkeitsmatrix, um eine aktuelle Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der aktuellen Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind.

Description

GEBIET
Diese Anmeldung bezieht sich allgemein auf frequenzmodulierte Dauerstrichradarsysteme (FMCW-Radarsysteme) und insbesondere auf Systeme, die eine Antennenkalibrierung basierend auf einer Zielerkennung einsetzen.
HINTERGRUND
Auf der Suche nach immer sichereren und bequemeren Transportoptionen entwickeln viele Automobilhersteller selbstfahrende Autos, die eine beeindruckende Anzahl und Vielfalt an Sensoren erfordern, oft einschließlich einer Reihe von akustischen und/oder elektromagnetischen Sensoren, um den Abstand zwischen dem Auto und in der Nähe befindlichen Personen, Haustieren, Fahrzeugen oder Hindernissen zu überwachen. Versuche, Sensoren basierend auf einem oder mehreren erkannten Zielen (z. B. Fahrzeugen) zu kalibrieren, waren nicht vollständig zufriedenstellend. Es gibt also noch Raum für Verbesserungen in der Technik.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß mindestens einem Beispiel dieser Offenbarung umfasst ein Radarerkennungsverfahren mit Empfangsantennenkalibrierung: Bilden einer Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch eine Anordnung von Empfangsantennen als Reaktion auf Chirps erkannt werden, die durch eine Anordnung von Sendeantennen gesendet werden, wobei die Erkennungsmatrix mehrere Zeilen, die jeweils einem der Chirps entsprechen, mehrere Spalten, die jeweils einem Abtastwert der Signale entsprechen, und mehrere Ebenen, die jeweils einer der Empfangsantennen entsprechen, aufweist; Ableiten einer Entfernungsmatrix durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Zeile der Erkennungsmatrix; Extrahieren einer Scheibe der Entfernungsmatrix, die nur eine Schicht aufweist, wobei unterschiedliche Zeilen der Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Empfangsantennen zugehörig sind; Ableiten einer Geschwindigkeitsmatrix aus der extrahierten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der Geschwindigkeitsmatrix, um eine aktuelle Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der aktuellen Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind.
Gemäß einem oder mehreren anderen Beispielen dieser Offenbarung umfasst ein Radar-Sender-Empfänger: eine oder mehrere Senderschaltungen, die konfiguriert sind, um eine Sendeantennenanordnung anzusteuern, um ein Signal in Richtung eines oder mehrerer Objekte zu emittieren, wobei das emittierte Signal eine Vielzahl von Chirps umfasst; eine Anordnung von Empfängern, wobei jeder Empfänger konfiguriert ist, um ein Signal von einer Empfangsantenne während einer Erkennungsperiode zu erkennen, wobei jede Empfangsantenne eine zugehörige Phasenverschiebung aufweist, die relativ zu den anderen Empfangsantennen einstellbar ist, und wobei jedes der erkannten Signale dem emittierten Signal entspricht; einen Prozessor, der mit der einen oder den mehreren Senderschaltungen und der Anordnung von Empfängern gekoppelt ist, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ein Verfahren durchzuführen, das umfasst: Bilden einer Erkennungsmatrix aus den erkannten Signalen, wobei die Erkennungsmatrix mehrere Zeilen, die jeweils einem der Chirps entsprechen, mehrere Spalten, die jeweils einem Abtastwert der Signale entsprechen, und mehrere Ebenen, die jeweils einer der Empfangsantennen entsprechen, aufweist; Ableiten einer Entfernungsmatrix durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Zeile der Erkennungsmatrix; Extrahieren einer Scheibe der Entfernungsmatrix, die nur eine Schicht aufweist, wobei unterschiedliche Zeilen der Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Empfangsantennen zugehörig sind; Ableiten einer Geschwindigkeitsmatrix aus der extrahierten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der Geschwindigkeitsmatrix, um eine aktuelle Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der aktuellen Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind.
Gemäß mindestens einem anderen Beispiel dieser Offenbarung umfasst ein System zum Kalibrieren von Antennen ein nichttransitorisches, computerlesbares Medium, das Anweisungen speichert, die durch einen Prozessor ausführbar sind, wobei die Anweisungen Anweisungen zum Durchführen eines Radarerkennungsverfahrens mit Empfangsantennenkalibrierung, wie vorstehend beschrieben, umfassen.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht auf ein veranschaulichendes, mit Sensoren ausgestattetes Fahrzeug.
2 ist ein Blockdiagramm eines Fahrerassistenzsystems gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung.
3 ist eine schematische Darstellung eines rekonfigurierbaren Radarsystems mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung.
4 veranschaulicht ein Radarsystem in Blockdiagrammform gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung.
5 veranschaulicht ein Chirp-Signal-Profil 502 gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung.
6A-B veranschaulichen Strahlungscharakteristika eines Antennenarrays gemäß Beispielen dieser Offenbarung.
7A veranschaulicht ein Radarsystem gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung.
7B veranschaulicht ein Diagramm der Ergebnisse eines Verfahrens zum Verwenden eines Radarsystems gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung.
8A-D veranschaulichen ein Radarerkennungsverfahren gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung.
9A-9D veranschaulichen ein weiteres Radarerkennungsverfahren gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung.
9E veranschaulicht ein Diagramm, das den Spitzenbreiten entspricht, die mit Chirps verbunden sind, die gemäß dem in 9A-D veranschaulichten Verfahren erkannt werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die beigefügten Zeichnungen und die anschließende ausführliche Beschreibung schränken die Offenbarung nicht ein, sondern sie stellen im Gegenteil die Grundlage für ein Verstehen aller Modifikationen, Äquivalente und Alternativen bereit, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen. Spezifische Konfigurationen, Parameterwerte und Betriebsbeispiele werden zu Zwecken der Erläuterung und nicht zum Umschreiben eines Schutzumfangs der Offenbarung bereitgestellt.
1 zeigt ein veranschaulichendes Fahrzeug 102, das mit einer Reihe von Radarantennen ausgestattet ist, einschließlich Antennen 104 für die Nahbereichserfassung (z. B. für die Einparkhilfe), Antennen 106 für die Mittelbereichserfassung (z. B. zum Überwachen von Stop-and-Go-Verkehr und Einsatzereignissen), Antennen 108 für die Fernbereichserfassung (z. B. für die adaptive Geschwindigkeitsregelung und Kollisionswarnung), von denen jede hinter der vorderen Stoßfängerabdeckung angeordnet sein kann. Die Antennen 110 für die Nahbereichserfassung (z. B. für die Rückfahrhilfe) und die Antennen 112 für die Mittelbereichserfassung (z. B. für die Warnung vor Heckkollisionen) können hinter der hinteren Stoßfängerabdeckung angeordnet sein. Die Antennen 114 für die Nahbereichserfassung (z. B. für die Überwachung des toten Winkels und die Erkennung von seitlichen Hindernissen) können hinter den Kotflügeln angeordnet sein. Jede Antenne und jeder Antennensatz kann in einem oder mehreren Arrays gruppiert werden. Jedes Array kann von einem Radararraysteuergerät (205) gesteuert werden. Jeder Antennensatz kann eine Radarerfassung mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO) durchführen. Art, Anzahl und Konfiguration der Sensoren in der Sensoranordnung für Fahrzeuge mit Fahrerassistenz- und Selbstfahrfunktionen variieren. Das Fahrzeug kann die Sensoranordnung zum Erkennen und Messen von Abständen/Richtungen zu Objekten in den verschiedenen Erkennungsbereichen verwenden, um dem Fahrzeug die Navigation unter Umgehung anderer Fahrzeuge und Hindernisse zu ermöglichen.
2 zeigt eine elektronische Steuereinheit (ECU) 202, die mit den verschiedenen Ultraschallsensoren 204 und einem Radararraysteuergerät 205 als Zentrum einer Sterntopologie gekoppelt ist. Andere Topologien, einschließlich serieller, paralleler und hierarchischer Topologien (Baum-Topologien), sind ebenfalls geeignet und werden zur Verwendung gemäß den hierin offenbarten Prinzipien in Betracht gezogen. Das Radararraysteuergerät 205 koppelt an die Sende- und Empfangsantennen in dem Radarantennenarray 106, um elektromagnetische Wellen auszusenden, Reflexionen zu empfangen und eine räumliche Beziehung des Fahrzeugs zu seiner Umgebung zu ermitteln. Das Radararraysteuergerät 205 koppelt an Trägersignalgeneratoren (404). In mindestens einem Beispiel steuert das Radararraysteuergerät 205 den Zeitpunkt und die Reihenfolge der Ansteuerung einer Vielzahl von Trägersignalgeneratoren (404).
Um automatisierte Parkassistenz bereitzustellen, kann die ECU 202 ferner mit einer Gruppe von Aktoren verbunden sein, wie etwa mit einem Fahrtrichtungsanzeigeaktor 208, einem Lenkungsaktor 210, einem Bremsaktor 212 und einem Gaspedalaktor 214. Die ECU 202 kann ferner mit einer benutzerinteraktiven Schnittstelle 216 koppeln, um Benutzereingaben entgegenzunehmen und eine Anzeige der verschiedenen Messungen und des Systemstatus bereitzustellen.
Unter Verwendung der Schnittstelle, der Sensoren und Aktoren kann die ECU 202 automatisiertes Einparken, assistiertes Einparken, Spurwechselassistenz, Hindernis- und Totwinkel-Erkennung, autonomes Fahren und andere wünschenswerte Merkmale bereitstellen. In einem Fahrzeug werden die verschiedenen Sensormessungen von einer oder mehreren ECU 202 erworben und können von der ECU 202 verwendet werden, um den Fahrzeugstatus zu bestimmen. Die ECU 202 kann ferner auf den Status und die eingehenden Informationen reagieren, um verschiedene Signal- und Steuerungswandler zu betätigen, um den Betrieb des Fahrzeugs einzustellen und aufrechtzuerhalten. Zu den Funktionen, die von der ECU 202 bereitgestellt werden können, gehören verschiedene Fahrerassistenzfunktionen wie automatisches Einparken, Spurfolgen, automatisches Bremsen und Selbstfahren.
Um die erforderlichen Messungen zu erheben, kann die ECU 202 ein MIMO-Radarsystem verwenden. Radarsysteme arbeiten durch das Emittieren von elektromagnetischen Wellen, die sich von der Sendeantenne nach außen bewegen, bevor sie zu einer Empfangsantenne reflektiert werden. Bei dem Reflektor kann es sich um jedes mäßig reflektierende Objekt in der Bahn der emittierten elektromagnetischen Wellen handeln. Durch Messen der Laufzeit der elektromagnetischen Wellen von der Sendeantenne zu dem Reflektor und zurück zu der Empfangsantenne kann das Radarsystem den Abstand zu dem Reflektor und dessen Geschwindigkeit relativ zu dem Fahrzeug bestimmen. Werden mehrere Sende- oder Empfangsantennen verwendet oder werden mehrere Messungen an verschiedenen Positionen durchgeführt, kann das Radarsystem die Richtung zu dem Reflektor bestimmen und somit die Position des Reflektors in Bezug auf das Fahrzeug verfolgen. Durch eine ausgefeiltere Verarbeitung können mehrere Reflektoren verfolgt werden. Zumindest einige Radarsysteme verwenden eine Array-Verarbeitung, um einen gerichteten Strahl elektromagnetischer Wellen zu „scannen“ und ein Bild der Umgebung des Fahrzeugs zu erstellen. Es können sowohl gepulste als auch Dauerstrich-Implementierungen von Radarsystemen realisiert werden.
3 zeigt ein veranschaulichendes System mit einer MIMO-Konfiguration, bei dem J Sender zusammen mit M Sendeantennen 301 gekoppelt sind, um Sendesignale 307 zu senden. Die M-möglichen Signale 307 können von einem oder mehreren Zielen, die von mit P-Empfängern gekoppelten N-Empfangsantennen 302 als Empfangssignale 309 empfangen werden sollen, unterschiedlich reflektieren. Jeder Empfänger kann die Amplitude und Phase oder die mit jedem der M-Sendesignale 307 verbundene Verzögerung extrahieren, sodass das System N*M Messungen erhalten kann (obwohl nur J*P der Messungen gleichzeitig erhalten werden können). Die Verarbeitungsanforderungen, die mit jedem Empfänger verbunden sind, der J-Messungen extrahiert, können durch den Einsatz von Zeitmultiplexverfahren und/oder orthogonaler Codierung reduziert werden. Die verfügbaren Antennen werden systematisch mit den verfügbaren Sendern und Empfängern gemultiplext, um den gesamten Messsatz für die Radarbilderfassung zu erfassen.
4 veranschaulicht eine Radar-Sender-Empfänger-Schaltung 402 in Blockdiagrammform gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung. In mindestens einem Beispiel ist die Radar-Sender-Empfänger-Schaltung 402 als integrierte Schaltung in einem gehäusten Chip realisiert. Die Radar-Sender-Empfänger-Schaltung 402 schließt einen Trägersignalgenerator 404, einen Sendefilter 420, einen Verstärker 412 und Sendeantennen 301, die Signale 307 (z. B. Chirps 409) basierend auf dem Ausgang des Trägersignalgenerators 404 senden können, ein. Die Radar-Sender-Empfänger-Schaltung 402 schließt außerdem die Empfangsantennen 302, einen rauscharmen Verstärker 413 und einen Mischer 407 ein. Der Mischer 407 mischt die von den Antennen 302 erkannten Signale (z. B. 411) mit dem Signal des Trägersignalgenerators 404. Der rauscharme Verstärker 413 wird verwendet, um die von den Antennen 302 erkannten Signale 411 zu verstärken. Die Radar-Sender-Empfänger-Schaltung 402 schließt außerdem einen Empfindlichkeitszeitregler und Entzerrer 413, einen Breitbandfilter 415, einen Analog-Digital-Wandler 417 und einen digitalen Signalprozessor 419 ein. Der digitale Signalprozessor 419 und der rauscharme Verstärker 413 können wie gezeigt für eine bidirektionale Kommunikation gekoppelt werden.
In Beispielen dieser Offenbarung ist der Trägersignalgenerator 404 mit dem Radararraysteuergerät 205 gekoppelt. Der Trägersignalgenerator 404 enthält einen Chirp-Generator zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Dauerstrich-Signals (FMCW-Signals). Die Chiprate des Trägersignalgenerators 404 kann durch das Radararraysteuergerät 205 gesteuert werden. In mindestens einem Beispiel kann der Trägersignalgenerator 404 durch das Radararraysteuergerät 205 deaktiviert werden, um ein unmoduliertes Trägersignal zu erzeugen. Der Trägersignalgenerator 404 kann als lokaler Oszillationssignalgenerator (LO-Signalgenerator), als Fraktional-N-Phasenregelschleife (PLL) mit einem ∑Δ-Steuergerät oder als direkt-digitaler Synthesegenerator (DDS-Generator) implementiert werden.
Der Trägersignalgenerator 404 ist durch den Sendefilter 420 und den Verstärker 412 mit einem Sender (TX) 301 verbunden. Der Trägersignalgenerator 404 ist durch den Mischer 407 und den rauscharmen Verstärker 413 mit einem Empfänger (RX) verbunden. Der Trägersignalgenerator 404 erzeugt ein Signal (z. B. ein Chirp-Signal). Der Verstärker 412 empfängt das Signal von dem Trägersignalgenerator 404, und das Signal 307 wird durch die Sendeantennen 301 gesendet.
5 veranschaulicht ein Chirp-Signal-Profil 502 gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung. Der FMCW-Radar (z. B. 402) sendet Chirp-Signale, um Entfernung und Relativgeschwindigkeit eines Ziels 305 zu erkennen. Ein Chirp-Signal ist ein frequenzmoduliertes Hochfrequenzsignal (HF-Signal), dessen Frequenz über einen Zeitraum linear zunimmt oder abnimmt. Ein Chirp-Signal setzt sich aus einer Reihe einzelner Chirps (z. B. 503) zusammen. Ein Chirp 503 ist unter anderem durch seine Trägerfrequenz, Chirp-Bandbreite 504 und Chirp-Dauer 506 gekennzeichnet. Eine Chirp-Sequenz 508 ist ein Abschnitt eines Chirp-Signals und ist durch die Anzahl von Chirps Nc 510 und durch eine Chirp-Periode T_C 512 definiert. 5 zeigt vier Chirps 503 mit der Dauer 506 T. Somit ist der Wert von Nc 4 in 5.
Im Betrieb werden die von unterschiedlichen Objekten (Zielen) 305 reflektierten Signale (z. B. 309) durch den Radar 402 empfangen und mit dem gesendeten Signal gemischt, um ein Zwischenfrequenzsignal (IF-Signal) zu erzeugen, dessen Frequenz von der Entfernung und Relativgeschwindigkeit des Ziels abhängt. Eine IF ist eine Frequenz, auf die eine Trägerwelle als Zwischenstufe beim Senden oder Empfangen verschoben wird. Das IF-Signal wird durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) (z. B. 417) mit einer Abtastfrequenz f_s abgetastet und durch einen Prozessor (z. B. ECU 202, DSP 419) verarbeitet.
7A veranschaulicht einen Radar-Sender-Empfänger 700 (z. B. 402) in Blockdiagrammform gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung. Der Radar-Sender-Empfänger 700 schließt einen Trägersignalgenerator 404, Verstärker 412 und Sendeantennen 301 ein, die Signale (z. B. 307) basierend auf dem Ausgang des Trägersignalgenerators 404 senden können. Der Radar-Sender-Empfänger 700 schließt außerdem die Empfangsantennen 302 und die Mischer 407 ein. Die Mischer 407 mischen die durch die Antennen 302 erkannten Signale (z. B. 309) mit dem Signal von dem Trägersignalgenerator 404. Die erkannten Signale werden durch einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler 417 in digitale Signale umgewandelt. Der Prozessor 419 wendet eine Frequenztransformation (z. B. eine schnelle Fourier-Transformation - FFT1) auf den digitalen Ausgang des/der Analog-Digital-Wandler(s) 417 für jede Empfangsantenne 302 an, wodurch eine dreidimensionale Matrix 707 erzeugt wird, in der jede Spalte reflektierte Signalenergie in Abhängigkeit von der Entfernung zu dem Ziel speichert, jede Zeile reflektierte Signalenergie speichert, die den unterschiedlichen Chirps entspricht, und jede Schicht den transformierten Daten von jeder Empfangsantenne 302 entspricht. Die Anzahl von Schichten für den Sender-Empfänger 700 wäre vier. In Beispielen dieser Offenbarung bildet der Prozessor 419 eine neue einschichtige zweidimensionale Matrix, die durch Schneiden der Matrix 707 über die Schichten erhalten wird; die Zeilen sind hintereinander angeordnet, wobei jede Zeile aus einer nachfolgenden Schicht entnommen wird. In Beispielen dieser Offenbarung werden die Zeilen der neuen Matrix aus aufeinanderfolgenden Schichten genommen, die derselben Chirp-Zahl zugehörig sind; in einem anderen Beispiel dieser Offenbarung werden die Zeilen der neuen Matrix aus aufeinanderfolgenden Schichten genommen, die aufeinanderfolgenden Chirps zugehörig sind. In Beispielen dieser Offenbarung wendet der Prozessor 419 eine zweite Frequenztransformation (FFT2) auf Spalten der neuen Matrix an 709, um eine zweidimensionale Matrix zu erhalten, in der die Spalten reflektierte Signalenergie in Abhängigkeit von FT2-Bins (die als die scheinbare Zielgeschwindigkeit darstellend behandelt werden können) speichern. Die beschriebenen Vorgänge des Sender-Empfängers 700 können z. B. über mehrere Messzyklen an einem gegebenen Ziel 305 wiederholt werden, um die Phase φ jeder der Empfangsantennen 302 adaptiv zu kalibrieren, wie weiter unten erläutert.
7B veranschaulicht ein Diagramm 711 der Ergebnisse der zweiten Frequenztransformation in Bezug auf das Ziel 305. Wenn das Ziel 305 anfänglich durch die Empfangsantennen erkannt wird, können die transformierten Daten reflektierte Signalenergie zeigen, die etwas über mehrere FT2-Bins verteilt ist (wie durch das Rechteck 704 angegeben). Wenn die Amplituden und Phasen jedes Empfängers abgestimmt werden, konzentriert sich die reflektierte Signalenergie auf eine geringere Anzahl von Geschwindigkeits-Bins (wie durch das Rechteck 714 angegeben). Die Energieverteilung 704 weist einen Spitzenwert bei einem lokalen Maximalwert auf. Die Spitzenbreite der Verteilung kann als die Differenz zwischen den FT2-Bins (scheinbare Geschwindigkeiten oder, wie weiter unten erörtert, zwischen scheinbaren Winkeln) definiert werden, bei denen die Energieverteilung die Hälfte des lokalen Maximalwerts beträgt. Die Energieverteilung 714 ist konzentrierter, was durch ihre geringere Spitzenbreite und/oder ihren höheren lokalen Maximalwert bestimmt werden kann. Mindestens ein technischer Vorteil des Sender-Empfängers 700 besteht darin, dass die Empfangsantennen 302 schnell „on the fly“ kalibriert werden können, wodurch die Notwendigkeit dedizierter Kalibrierungsintervalle minimiert wird.
6A-B veranschaulichen Strahlungscharakteristika eines Antennenarrays gemäß Beispielen dieser Offenbarung. 6A veranschaulicht eine gemeinsame Strahlungscharakteristik 602 eines Antennenarrays, das einer Sendeschaltung oder einer Empfangsschaltung zugehörig ist, die nicht gut kalibriert ist. Einzelne Signalamplituden sind ungleich, und/oder relative Phasen sind ungleich. 6B veranschaulicht eine gemeinsame Strahlungscharakteristik 612 eines Antennenarrays, das einer Sendeschaltung oder einer Empfangsschaltung zugehörig ist, die entweder ideal oder gut kalibriert ist. Insbesondere weist die Strahlungscharakteristik 602 von 6A eine Strahlbreite 604 auf, die breiter ist als die Strahlbreite 614 der Charakteristik 612 in 6B. Die Strahlbreite 604 wird zwischen den Punkten gemessen, an denen die Verstärkung die Hälfte des lokalen Maximums 606 beträgt, und in ähnlicher Weise wird die Strahlbreite 614 zwischen den Punkten gemessen, an denen die Verstärkung die Hälfte des Maximums 616 beträgt. Wenn die Energieverteilung in 7B als Reaktion auf Einstellungen relativer Amplituden und Phasen konzentrierter wird, kann sicher angenommen werden, dass der Kalibrierungsprozess die gemeinsame Strahlungscharakteristik des Antennenarrays verbessert, indem seine effektive Strahlbreite verringert wird.
8A-D veranschaulichen ein Radarerkennungsverfahren 500 mit einer Empfangsantennenkalibrierung basierend auf einer Signalenergieverteilung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit. Wie in 8A veranschaulicht, schließt das Verfahren 500 ein Bilden einer Erkennungsmatrix 505 aus Signalen ein, die durch eine Anordnung von Empfangsantennen als Reaktion auf eine Sequenz von Chirps erkannt werden, die durch eine Anordnung von Sendeantennen 301 gesendet werden. Die Erkennungsmatrix 505 weist N Zeilen 507 auf, wobei jede Zeile 507 einem der Chirps entspricht. Die Erkennungsmatrix 505 weist M Spalten 509 auf, wobei jede Spalte 509 einem Abtastwert innerhalb jedes Chirps entspricht. Die Erkennungsmatrix 505 weist K Ebenen 511 auf. Jede Ebene 511 entspricht einer Empfangsantenne 302. Wie in 8B veranschaulicht, schließt das Verfahren 500 ferner ein Ableiten einer dreidimensionalen Entfernungsmatrix 513 durch Durchführen einer Frequenztransformation (FT1) an einigen oder allen von jeder Zeile 507 der Erkennungsmatrix 505 ein und schließt ferner ein Extrahieren 515 einer zweidimensionalen Scheibe 517 der Entfernungsmatrix 513 ein, wobei unterschiedliche Zeilen 507 der Scheibe 517 unterschiedlichen Empfangsantennen 302 und optional unterschiedlichen Chirps zugehörig sind. Optional werden in dieser Stufe ein oder mehrere Ziele mit hoher Signalamplitude identifiziert.
Wie in 8C veranschaulicht, schließt das Verfahren 500 ferner ein Ableiten 519 einer Geschwindigkeitsmatrix 521 aus der extrahierten Scheibe 517 durch Durchführen einer Frequenztransformation (z. B. FT2) an einigen oder allen von jeder Spalte 509 der extrahierten Scheibe 517 ein. (Die Spalten, die keine reflektierte Signalenergie von den identifizierten Zielen aufweisen, können ausgeschlossen werden, um Verarbeitungsanforderungen zu reduzieren.) Die Geschwindigkeitsmatrix 521 wird analysiert, um eine Spitzenbreite 523 zu bestimmen, und die Phasenverschiebungen der Empfangsantennen 302 werden angepasst, um die Spitzenbreite zu verringern.
9A-9D zeigen ein veranschaulichendes Radarerkennungsverfahren 900 mit Kalibrierung des Sende- und/oder Empfangsantennenarrays basierend auf der Energieverteilung des reflektierten Signals in Abhängigkeit von dem Winkel anstatt der Geschwindigkeit. Wie in 9A veranschaulicht, umfasst das Verfahren 900 ein Bilden einer dreidimensionalen Erkennungsmatrix 909 (unter Verwendung z. B. von Prozessor 202, 419) aus den Signalen 309, die durch eine Anordnung von Empfangsantennen (302) als Reaktion auf Chirps (503) erkannt werden, die durch eine Anordnung von Sendeantennen (301) gesendet werden. Die Erkennungsmatrix 909 weist mehrere Zeilen Nc auf. Jede Zeile 911 entspricht einem Chirp (503). Die durch den Prozessor gebildete Erkennungsmatrix 909 weist mehrere Spalten 913 auf, von denen jede einem jeweiligen Abtastwert innerhalb jedes Chirp-Signals entspricht. Die durch den Prozessor gebildete Erkennungsmatrix 909 weist ebenfalls mehrere Ebenen 915 auf, die jeweils einer Empfangsantenne (302) entsprechen, die die Chirp-Signale erkannt hat. Wie in 9B veranschaulicht, schließt das Verfahren 900 ferner ein Ableiten einer Entfernungsmatrix durch Durchführen einer Frequenztransformation (z. B. FFT1) an einem Abschnitt jeder Zeile 911 der Erkennungsmatrix 909 ein. Optional werden in dieser Stufe ein oder mehrere Ziele mit hoher Signalamplitude identifiziert. Wie in 9C veranschaulicht, schließt das Verfahren 900 ferner ein Ableiten einer Geschwindigkeitsmatrix 919 durch Durchführen einer Frequenztransformation (z. B. FFT2) an einem Abschnitt jeder Spalte 913 (oder nur der Spalten, die Signalenergie von den identifizierten Zielen aufweisen) der Entfernungsmatrix 917 ein. Optional werden in dieser Stufe ein oder mehrere Ziele mit hoher Signalamplitude identifiziert. Wie in 9D veranschaulicht, schließt das Verfahren 900 ferner ein Ableiten einer Ankunftsrichtungsmatrix 921 durch Durchführen einer Frequenztransformation (z. B. FT3) an einem Abschnitt einer oder mehrerer Schichten 915 der Geschwindigkeitsmatrix 919 ein. Gemäß dem Verfahren 900 wird die Ankunftsrichtungsmatrix 921 unter Verwendung des Prozessors analysiert, um die Breite einer oder mehrerer Spitzen in der Energieverteilung des reflektierten Signals in Abhängigkeit von dem Winkel zu bestimmen. In einem Beispiel des Verfahrens 900 werden die Phasenverschiebungen φ einer oder mehrerer Empfangsantennen (302) basierend auf der aktuellen Spitzenbreite eingestellt. In einem anderen Beispiel des Verfahrens 900 werden die Phasenverschiebungen φ einer oder mehrerer Sendeantennen (301) basierend auf der aktuellen Spitzenbreite eingestellt.
9E veranschaulicht ein Diagramm 922, das der Energieverteilung des reflektierten Signals von einem Ziel entspricht, das durch die Empfangsantennen (302) erkannt wird. Durch Einstellen der Phasenverschiebungen φ der Antennen (301 und/oder 302) kann die Spitzenbreite der FFT3-Daten von einem ersten Wert 604 auf einen zweiten Wert 614 verringert werden. Gemäß mindestens einem Beispiel dieser Offenbarung können die Informationen des Diagramms 922 durch eine Anzeigevorrichtung angezeigt werden.
Wenngleich die hierin gezeigten und beschriebenen Vorgänge zu Erklärungszwecken nacheinander dargestellt werden können, kann das Verfahren in der Praxis über mehrere gleichzeitig arbeitende Komponenten ausgeführt werden, und vielleicht sogar spekulativ, um Reparaturvorgänge bei Defekten zu ermöglichen. Die sequenzielle Erörterung soll nicht einschränkend sein. Darüber hinaus lag der Schwerpunkt der vorstehenden Erläuterungen auf Radarsensoren, die Prinzipien sind jedoch auf alle Impuls-Echo- oder Dauerstrich-Laufzeitmesssysteme anwendbar. Diese und zahlreiche weitere Modifikationen, Äquivalente und Alternativen werden für den Fachmann ersichtlich, nachdem die vorstehende Offenbarung völlig verstanden ist. Die folgenden Ansprüche sollen so interpretiert werden, dass sie gegebenenfalls alle derartigen Modifikationen, Äquivalente und Alternativen einbeziehen.
Zusammenfassend wurde ein veranschaulichendes Radarerkennungsverfahren mit Antennenkalibrierung offenbart, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch eine Anordnung von Empfangsantennen als Reaktion auf Chirps erkannt werden, die durch eine Anordnung von Sendeantennen gesendet werden, wobei die Erkennungsmatrix mehrere Zeilen, die jeweils einem der Chirps entsprechen, mehrere Spalten, die jeweils einem Abtastwert der Signale entsprechen, und mehrere Ebenen, die jeweils einer der Empfangsantennen entsprechen, aufweist; Ableiten einer Entfernungsmatrix durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Zeile der Erkennungsmatrix; Extrahieren einer Scheibe der Entfernungsmatrix, die nur eine Schicht aufweist, wobei unterschiedliche Zeilen der Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Empfangsantennen zugehörig sind; Ableiten einer Geschwindigkeitsmatrix aus der extrahierten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der Geschwindigkeitsmatrix, um eine aktuelle Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der aktuellen Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind.
Es wurde auch ein veranschaulichender Radar-Sender-Empfänger offenbart, der umfasst: eine oder mehrere Senderschaltungen, die konfiguriert sind, um eine Sendeantennenanordnung anzusteuern, um ein Signal in Richtung eines oder mehrerer Objekte zu emittieren, wobei das emittierte Signal eine Vielzahl von Chirps umfasst; eine Anordnung von Empfängern, wobei jeder Empfänger konfiguriert ist, um ein Signal von einer Empfangsantenne während einer Erkennungsperiode zu erkennen, wobei jede Empfangsantenne eine zugehörige Phasenverschiebung aufweist, die relativ zu den anderen Empfangsantennen einstellbar ist, und wobei jedes der erkannten Signale dem emittierten Signal entspricht; einen Prozessor, der mit der einen oder den mehreren Senderschaltungen und der Anordnung von Empfängern gekoppelt ist, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ein Verfahren durchzuführen, das umfasst: Bilden einer Erkennungsmatrix aus den erkannten Signalen, wobei die Erkennungsmatrix mehrere Zeilen, die jeweils einem der Chirps entsprechen, mehrere Spalten, die jeweils einem Abtastwert der Signale entsprechen, und mehrere Ebenen, die jeweils einer der Empfangsantennen entsprechen, aufweist; Ableiten einer Entfernungsmatrix durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Zeile der Erkennungsmatrix; Extrahieren einer Scheibe der Entfernungsmatrix, die nur eine Schicht aufweist, wobei unterschiedliche Zeilen der Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Empfangsantennen zugehörig sind; Ableiten einer Geschwindigkeitsmatrix aus der extrahierten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der Geschwindigkeitsmatrix, um eine aktuelle Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der aktuellen Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind.
Es wurde ferner ein veranschaulichendes System zum Kalibrieren von Antennen offenbart, wobei das System ein nichttransitorisches, computerlesbares Medium umfasst, das Software speichert, die durch einen Prozessor ausführbar ist, wobei die Software Anweisungen umfasst zum: Bilden einer Erkennungsmatrix aus Signalen, die von einer Anordnung von Antennen als Reaktion auf einen oder mehrere Chirps empfangen werden, wobei die Erkennungsmatrix mehrere Zeilen, die jeweils einem der Chirps entsprechen, mehrere Spalten, die jeweils einem Abtastwert der Signale entsprechen, und mehrere Ebenen, die jeweils einer der Antennen entsprechen, aufweist; Ableiten einer Entfernungsmatrix durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Zeile der Erkennungsmatrix; Extrahieren einer Scheibe der Entfernungsmatrix, die nur eine Schicht aufweist, wobei unterschiedliche Zeilen der Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Antennen zugehörig sind; Ableiten einer Geschwindigkeitsmatrix aus der extrahierten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der Geschwindigkeitsmatrix, um eine aktuelle Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der aktuellen Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Antennen zugehörig sind.
Die vorstehenden Ausführungsformen können separat oder gemeinsam eingesetzt werden und können zusammen mit jeder geeigneten Kombination der folgenden Merkmale verwendet werden: 1. Das Einstellen der Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind, umfasst ein Wiederholen der Vorgänge des Bildens, Ableitens einer Entfernungsmatrix, Extrahierens, Ableitens einer Geschwindigkeitsmatrix und Analysierens, um iterativ die aktuelle Spitzenbreite zu minimieren. 2. Das Einstellen der Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind, umfasst ein Steuern eines oder mehrerer Phasenschieber, die Signale von den Empfangsantennen in der Anordnung übertragen. 3. Das Bilden der Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch die Empfangsanordnung erkannt werden, umfasst ein Verarbeiten der Signale, um jeweilige Phasenverschiebungen hinzuzufügen, wie durch den Einstellvorgang bestimmt. 4. Das Bilden der Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch die Anordnung von Empfangsantennen als Reaktion auf Chirps, die durch die Anordnung von einer oder mehreren Sendeantennen gesendet werden, erkannt werden, umfasst ein Bilden der Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch die Anordnung von Empfangsantennen als Reaktion auf Chirps, die durch genau eine Sendeantenne gesendet werden, erkannt werden. 5. Das Extrahieren der Scheibe der Entfernungsmatrix umfasst ein Extrahieren einer Zeile aus jeder Ebene. 6. Das Extrahieren einer Zeile aus jeder Ebene umfasst ein Extrahieren von Zeilen, die jeweils einem unterschiedlichen Chirp entsprechen. 7. Extrahieren einer zweiten Scheibe der Entfernungsmatrix, wobei die zweite Scheibe eine Schicht aufweist, die einer einzelnen Empfangsantenne entspricht, wobei unterschiedliche Zeilen der zweiten Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Sendeantennen zugehörig sind; Ableiten einer zweiten Geschwindigkeitsmatrix aus der zweiten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der zweiten Geschwindigkeitsmatrix, um eine zweite Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der zweiten Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Sendeantennen zugehörig sind.

Claims

Radarerkennungsverfahren mit Antennenkalibrierung, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch eine Anordnung von Empfangsantennen als Reaktion auf Chirps erkannt werden, die durch eine Anordnung von Sendeantennen gesendet werden, wobei die Erkennungsmatrix mehrere Zeilen, die jeweils einem der Chirps entsprechen, mehrere Spalten, die jeweils einem Abtastwert der Signale entsprechen, und mehrere Ebenen, die jeweils einer der Empfangsantennen entsprechen, aufweist; Ableiten einer Entfernungsmatrix durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Zeile der Erkennungsmatrix; Extrahieren einer Scheibe der Entfernungsmatrix, die nur eine Schicht aufweist, wobei unterschiedliche Zeilen der Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Empfangsantennen zugehörig sind; Ableiten einer Geschwindigkeitsmatrix aus der extrahierten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der Geschwindigkeitsmatrix, um eine aktuelle Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der aktuellen Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind.
Radarerkennungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind, ein Wiederholen der Vorgänge des Bildens, Ableitens einer Entfernungsmatrix, Extrahierens, Ableitens einer Geschwindigkeitsmatrix und Analysierens, um iterativ die aktuelle Spitzenbreite zu minimieren, umfasst.
Radarerkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Einstellen der Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind, ein Steuern eines oder mehrerer Phasenschieber, die Signale von den Empfangsantennen in der Anordnung übertragen, umfasst.
Radarerkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Bilden der Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch die Empfangsanordnung erkannt werden, ein Verarbeiten der Signale, um jeweilige Phasenverschiebungen hinzuzufügen, wie durch den Einstellvorgang bestimmt, umfasst.
Radarerkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bilden der Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch die Anordnung von Empfangsantennen als Reaktion auf Chirps, die durch die Anordnung von einer oder mehreren Sendeantennen gesendet werden, erkannt werden, ein Bilden der Erkennungsmatrix aus Signalen, die durch die Anordnung von Empfangsantennen als Reaktion auf Chirps, die durch genau eine Sendeantenne gesendet werden, erkannt werden, umfasst.
Radarerkennungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Extrahieren der Scheibe der Entfernungsmatrix ein Extrahieren einer Zeile aus jeder Ebene umfasst, wobei jede der extrahierten Zeilen einem unterschiedlichen Chirp entspricht.
Radarerkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: Extrahieren einer zweiten Scheibe der Entfernungsmatrix, wobei die zweite Scheibe eine Schicht aufweist, die einer einzelnen Empfangsantenne entspricht, wobei unterschiedliche Zeilen der zweiten Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Sendeantennen zugehörig sind; Ableiten einer zweiten Geschwindigkeitsmatrix aus der zweiten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der zweiten Geschwindigkeitsmatrix, um eine zweite Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der zweiten Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Sendeantennen zugehörig sind.
Radar-Sender-Empfänger, der umfasst: eine oder mehrere Senderschaltungen, die konfiguriert sind, um eine Sendeantennenanordnung anzusteuern, um ein Signal in Richtung eines oder mehrerer Objekte zu emittieren, wobei das emittierte Signal eine Vielzahl von Chirps umfasst; eine Anordnung von Empfängern, wobei jeder Empfänger konfiguriert ist, um ein Signal von einer Empfangsantenne während einer Erkennungsperiode zu erkennen, wobei jede Empfangsantenne eine zugehörige Phasenverschiebung aufweist, die relativ zu den anderen Empfangsantennen einstellbar ist, und wobei jedes der erkannten Signale dem emittierten Signal entspricht; einen Prozessor, der mit der einen oder den mehreren Senderschaltungen und der Anordnung von Empfängern gekoppelt ist, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ein Verfahren durchzuführen, das umfasst: Bilden einer Erkennungsmatrix aus den erkannten Signalen, wobei die Erkennungsmatrix mehrere Zeilen, die jeweils einem der Chirps entsprechen, mehrere Spalten, die jeweils einem Abtastwert der Signale entsprechen, und mehrere Ebenen, die jeweils einer der Empfangsantennen entsprechen, aufweist; Ableiten einer Entfernungsmatrix durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Zeile der Erkennungsmatrix; Extrahieren einer Scheibe der Entfernungsmatrix, die nur eine Schicht aufweist, wobei unterschiedliche Zeilen der Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Empfangsantennen zugehörig sind; Ableiten einer Geschwindigkeitsmatrix aus der extrahierten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der Geschwindigkeitsmatrix, um eine aktuelle Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der aktuellen Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Empfangsantennen zugehörig sind.
Radar-Sender-Empfänger nach Anspruch 8, wobei das Extrahieren der Scheibe der Entfernungsmatrix ein Extrahieren einer Zeile aus jeder Ebene umfasst, wobei jede der extrahierten Zeilen einem unterschiedlichen Chirp entspricht.
Radar-Sender-Empfänger nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei das Verfahren, das durch den Prozessor durchgeführt wird, ferner umfasst: Extrahieren einer zweiten Scheibe der Entfernungsmatrix, wobei die zweite Scheibe eine Schicht aufweist, die einer einzelnen Empfangsantenne entspricht, wobei unterschiedliche Zeilen der zweiten Scheibe unterschiedlichen Chirps und unterschiedlichen Sendeantennen zugehörig sind; Ableiten einer zweiten Geschwindigkeitsmatrix aus der zweiten Scheibe durch Durchführen einer Frequenztransformation an einem Abschnitt jeder Spalte der extrahierten Scheibe; Analysieren der zweiten Geschwindigkeitsmatrix, um eine zweite Spitzenbreite zu bestimmen; und Einstellen, basierend auf der zweiten Spitzenbreite, von Phasenverschiebungen, die einer oder mehreren der Sendeantennen zugehörig sind.