DE112013001102B4

DE112013001102B4 - Radarvorrichtungen und -verfahren zur Verwendung mit Fortbewegungsmitteln

Info

Publication number: DE112013001102B4
Application number: DE112013001102.6T
Authority: DE
Inventors: Jae Seung Lee; Paul Donald SCHMALENBERG
Original assignee: Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc; Toyota Engineering and Manufacturing North America Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: DE112013001102T5; JP2015514970A; CN104067142A; WO2013126166A2; JP6290792B2; CN104067142B; US9116227B2; US20130214961A1; WO2013126166A3

Abstract

Radarvorrichtung, aufweisend:einen Sender, der ein Signal aussendet;einen Phased-Array-Empfänger, der eine Mehrzahl Phased-Array-Elemente aufweist und der ausgebildet ist, einen Empfangsstrahl zu empfangen, wobei der Empfangsstrahl eine Reflexion des Signals ist,wobei jedes Phased-Array-Element ein Antennenelement und einen Phasenschieber (40) aufweist,wobei die Phased-Array-Elemente zu Subarrays gruppiert sind, wobei jedes Subarray mindestens zwei Phased-Array-Elemente aufweist und ein Subarray-Signal ausgibt;eine Mehrzahl von Mischern (42, 44, 46), wobei jeder Mischer (42, 44, 46) das Subarray-Signal von einem zugehörigen Subarray empfängt,jeder Mischer (42, 44, 46) ein lokales Oszillatorsignal empfängt und ein Mischersignal erzeugt;einen digitalen Strahlformer, der Mischersignale von der Mehrzahl an Mischern (42, 44, 46) empfängt;einen Lokaloszillator (60), der das Lokaloszillatorsignal ausgibt; undeine Phased-Array-Antennensteuereinheit, die dazu dient, den Empfangsstrahl, der vom Phased-Array-Empfänger empfangen wird, zu steuern, wobei der Empfangsstrahl eine Winkelbreite aufweist,wobei der digitale Strahlformer einen virtuellen Strahl (20) aus den Mischersignalen erzeugt, wobei der virtuelle Strahl (20) schmäler ist als der Empfangsstrahl und innerhalb der Winkelbreite des realen Strahls angeordnet ist,wobei das Blickfeld in eine Mehrzahl von Sektoren geteilt ist und die Sektoren jeweils einen Bedeutungsparameter haben,wobei der jeweilige Bedeutungsparameter unter Verwendung von Zielverfolgungsdaten bestimmt wird, die von zuvor gesammelten Radardaten erhalten werden, undwobei die Phased-Array-Antennensteuereinheit den Empfangsstrahl abwechselnd auf jeden Sektor von der Mehrzahl von Sektoren in absteigender Ordnung des Bedeutungsparameters steuert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Radarvorrichtungen und -verfahren, insbesondere phasengesteuerte bzw. Phased-Array-Radars zur Verwendung mit Fortbewegungsmitteln.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Radarvorrichtungen werden an Fortbewegungsmitteln bzw. Fahrzeugen verwendet, beispielsweise zur Vermeidung von Kollisionen und zu anderen Zwecken. Bei einem herkömmlichen Radar mit digitaler Strahlformung (digital beam forming, DBF) wird ein breites Blickfeld bestrahlt, und ein digitaler Strahlformer wird verwendet, um einen virtuellen Strahl zu erzeugen, um Ziele im Blickfeld zu orten bzw. zu verfolgen. Eine andere Art von Radar ist das Phased-Array-Radar, das einen realen Strahl bildet, um Ziele zu orten bzw. zu verfolgen.
US 2010 / 0 253 574 A1 offenbart eine Radarvorrichtung mit einem Sender, mit Phased-Array-Empfängern, die in Subarrays gruppiert sind, mit einer Mehrzahl von Mischern, mit einem Lokaloszillator und mit einem digitalen Strahlformer. JP 2009 - 194 475 A beschreibt ebenfalls eine Radarvorrichtung mit Phased-Array-Empfängern, die in Subarrays gruppiert sind, und einem digitalen Strahlformer.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung hat zur Aufgabe, Radarvorrichtungen und Verfahren zum Betreiben eines Radars weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird gelöst mit der Radarvorrichtung nach Anspruch 1 und dem Verfahren nach Anspruch 9, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beispiele der vorliegenden Erfindung beinhalten ein Hybridradar, für das ein Phased-Array-Radar zur Erzeugung eines realen Strahls verwendet wird, sowie eine Digitalstrahlformung (DBF)-Methode zur Ausbildung von schmäleren digitalen Strahlen innerhalb des realen Strahls.
Ein Phased-Array-Radar kann fast vollständig in Hardware implementiert werden, so dass der Aufwand für eine digitale Verarbeitung im Vergleich zu einem DBF-Radar sehr gering ist. Ein herkömmliches Phased-Array-Radar braucht nur einen Mischer, daher können große Arrays ohne weiteres in einen einzelnen Chip passen. Jedoch bieten herkömmliche Phased-Array-Radare nicht die Vorteile von komplexen Optimierungsroutinen, die von einem digitalen Strahlformer verwendet werden. Jedoch hat die Hardware eines herkömmlichen digitalen Strahlformers üblicherweise einen großen Platzbedarf, und Rechenanforderungen begrenzen die Anzahl verfügbarer Kanäle, was die Radarleistung verringert.
In Beispielen der vorliegenden Erfindung werden Aspekte der Phased-Array- und DBF-Radarmethoden kombiniert, um die Schwächen der jeweiligen Techniken durch Ausgleich mit den Stärken der jeweils anderen zu eliminieren. In manchen Beispielen kann Radarschaltung in einem einzigen Silicium-Chip enthalten sein, was die Komplexität verringert.
Ein Beispiel für eine Radarvorrichtung weist einen Sender (bei dem es sich um einen phasengesteuerten bzw. Phased-Array-Sender handeln kann) und einen phasengesteuerten bzw. Phased-Array-Empfänger auf. Jedes Phased-Array-Element des Empfängers weist ein Antennenelement, optionale Verstärkerstufen und einen Phasenschieber auf. Die Phasenschieber, welche die Antennensignale empfangen, können elektronisch gesteuert werden, um den Empfangsstrahl auf einen ausgewählten Sektor des Blickfelds zu lenken. Der Empfangsstrahl kann auch als realer Strahl bezeichnet werden, um ihn von virtuellen Strahlen zu unterscheiden, die durch eine DBF-Verarbeitung künstlich erzeugt werden.
Die Phased-Array-Elemente sind zu Subarrays gruppiert, wobei jedes Subarray bzw. jede Untergruppe mindestens zwei Phased-Array-Elemente aufweist. Die Subarrays geben ein Subarray-Signal an einen zugehörigen Mischer aus, wobei das Subarray-Signal ein kombiniertes Signal von den Phased-Array-Elementen im Subarray ist. Die Vorrichtung weist eine Mehrzahl an Mischern auf, einen Mischer pro Subarray, wobei jeder Mischer das Subarray-Signal von seinem zugehörigen Subarray empfängt. Die Mischer empfangen auch ein Lokaloszillatorsignal von einem Lokaloszillator und erzeugen Mischersignale, die an einen digitalen Strahlformer (DBF) ausgegeben werden. Der DBF erzeugt dann künstlich virtuelle Strahlen im Empfangsstrahl (d.h. er bestimmt diese durch digitale Verarbeitung). Ein Lokaloszillator wird verwendet, um das Lokaloszillatorsignal zu erzeugen, und eine elektrische Zwischenschaltungsanordnung wird verwendet, um das Lokaloszillatorsignal an die einzelnen Mischer zu übermitteln.
Im Radarbetrieb regt eine Antennensteuereinheit den Sender an und lenkt bzw. steuert den Empfangsstrahl (der vom Phased-Array-Empfänger empfangen wird) durch Justieren der Phasenschieber. Die Phasenschieber können elektrisch gesteuerte Komponenten sein, die in einen Silicium-Chip integriert sein können. Der Empfangsstrahl ist ein realer Strahl mit einer Winkelbreite, der durch die Subarray-Gruppierung im Vergleich zu einer herkömmlichen Phased-Array-Antenne verbreitert sein kann. Der digitale Strahlformer bestimmt virtuelle Strahlen aus den Mischersignalen, wobei der virtuelle Strahl schmäler ist als der reale Strahl und innerhalb der Winkelbreite des realen Strahls angeordnet ist. Als nicht-beschränkende Beispiele kann der reale Strahl in N virtuelle Strahlen unterteilt sein, wobei N zwischen 2 und 4096, beispielsweise zwischen 4 und 64 liegen kann. Somit liefert DBF eine Superauflösung innerhalb des realen Strahls, was die Zielerkennung unterstützt.
Der digitale Strahlformer kann von einer elektrischen Steuerschaltung bereitgestellt sein, die einen Prozessor aufweist und die Mischersignale empfängt. Die elektrische Steuerschaltung kann dann Ziele innerhalb der Radardaten erkennen, beispielsweise im Hinblick auf Entfernung und Doppler-Verschiebung. Der digitale Strahlformer kann einen Digitalstrahlformungsalgorithmus aufweisen, der vom Prozessor ausgeführt wird. Die elektronische Schaltung kann ferner verwendet werden, um die Phased-Array-Antenne zu steuern, beispielsweise durch Anregen des Senders und Lenken bzw. Steuern des Phased-Array-Empfängers durch elektronische Steuerung der Phasenschieber. In manchen Beispielen kann der Sender ein Phased-Array-Sender sein und auf einen ähnlichen Abschnitt des Blickfelds gelenkt werden, aus dem der Empfangsstrahl stammt.
Ein Beispielsverfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung, insbesondere eines Radars an einem Fahrzeug bzw. Fortbewegungsmittel, beinhaltet das Lenken eines Empfangsstrahls auf einen Sektor des Blickfelds unter Verwendung eines Phased-Array-Empfängers durch Justieren von Phasenschiebern in den Empfangsantennenelementen. Radardaten aus dem Sektor und eine Mehrzahl von virtuellen Strahlen werden innerhalb des Empfangsstrahls unter Verwendung eines Digitalstrahlformungsalgorithmus bestimmt. Die virtuellen Strahlen weisen jeweils eine schmälere Bandbreite auf als der Empfangsstrahl.
In einem Beispielsverfahren ist das Blickfeld in eine Mehrzahl von Sektoren geteilt, und die Sektoren haben einen Bedeutungsparameter. Der Bedeutungsparameter kann verschiedene Zustände der Umgebung des Fortbewegungsmittels reflektieren, beispielsweise das Vorhandensein, die Entfernung, die relative Geschwindigkeit und die Beschaffenheit von Zielen in der Umgebung des Fortbewegungsmittels. Der Bedeutungsparameter wird unter Verwendung von Zielverfolgungsdaten bestimmt, die aus zuvor gesammelten Radardaten erhalten werden.
Der Empfangsstrahl wird abwechselnd in die einzelnen Sektoren gelenkt, und zwar in absteigender Ordnung des Bedeutungsparameters, der gesammelten Daten und des DBF-Algorithmus, der an den Daten durchgeführt wird, um die virtuellen Strahlen zu identifizieren. Der DBF-Algorithmus wird verwendet, um eine Superauflösung über dem Sektor zu liefern, welcher der Empfangsbandbreite entspricht, statt über dem gesamten Blickfeld, was die Rechenanforderungen senkt.
Der Bedeutungsparameter kann auf Basis der gesammelten Daten überprüft werden, und der Prozess wird für die Sektoren wiederholt. Die Phased-Array-Empfangsantenne kann Subarrays aus Phased-Array-Antennenelementen beinhalten, wobei jedes Subarray einen zugehörigen Mischer aufweist, der ein lokales Oszillatorsignal und ein Subarray-Signal empfängt, wobei der Digitalstrahlformungsalgorithmus Ausgangssignale vom Mischer verwendet, um die Mehrzahl virtueller Strahlen zu bestimmen.
Beispiele der vorliegenden Erfindung beinhalten Radars zur Verwendung mit Fortbewegungsmitteln, beispielsweise Landfahrzeugen, die Kraftfahrzeug-Radarvorrichtungen aufweisen.
Figurenliste

1 (Stand der Technik) zeigt ein herkömmliches DBF (Digital-Beam-Forming)-Radar.
2 zeigt das Konzept einer sektoralen DBF-Verarbeitung.
3 zeigt die Erzeugung eines virtuellen Strahls unter Verwendung von DBF-Technik innerhalb des realen Strahls eines Phased-Array-Radars.
4 zeigt ein Beispiel für ein empfangenes Phased-Array, wobei die Phased-Array-Elemente zu Subarrays gruppiert sind, die jeweils ihren eigenen Mischer aufweisen.
5 ist eine weitere Skizze einer Radarvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Ablaufschema, das die Erkennung des wichtigsten Sektors im Radarbetrieb darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Beispiel für eine Radarvorrichtung beinhaltet einen Phased-Array-Empfänger mit einem lenkbaren realen Empfangsstrahl. Die Phased-Array-Empfängerelemente sind zu Subarrays gruppiert, wobei jedes Subarray ein kombiniertes Subarray-Signal an einen zugehörigen Mischer ausgibt. Die Mischersignale werden dann von einem DBF-Algorithmus verwendet, um schmale virtuelle Strahlen innerhalb des Empfangsstrahls zu bestimmen.
Der Empfangsstrahl wird verwendet, um Radardaten von Sektoren des Blickfelds zu erhalten, und die Sektoren können ungefähr so breit sein wie der Empfangsstrahl. Ein DBF-Algorithmus wird verwendet, um hochauflösende virtuelle Strahlen im gewählten Sektor zu bestimmen. Die Reihenfolge, in der Sektoren untersucht werden, kann durch die Bedeutung des Sektors in Bezug auf das Vorhandensein, die Beschaffenheit und das Verhalten von zuvor georteten Zielen bestimmt werden. Der Empfangsstrahl wird vom Phased-Array-Empfänger auf den gewünschten Sektor gelenkt, und der digitale Strahlformer (der z.B. vom digitalen Signalprozessor bereitgestellt wird) bestimmt relativ schmale virtuelle Strahlen innerhalb des Empfangsstrahls.
1 zeigt die Funktionsweise eines herkömmlichen DBF-Radars. Ein Fahrzeug 10 ist mit dem DBF-Radar ausgestattet, der ein breites Gesichtsfeld ausleuchtet, einschließlich naher Fahrzeuge 14 und 12. Das Dreieck 16 ist eine vereinfachte Darstellung des Blickfelds eines Radars. Ein herkömmliches Radar mit digitaler Strahlformung liest alle Daten aus dem Blickfeld des Radars ein und berechnet alle Winkel gleichzeitig. Jedoch können durch Beleuchten des gesamten Blickfelds Rauschen und multiple Streueffekte verstärkt werden, wodurch die Rauschzahl des Radars verschlechtert wird.
2 zeigt das sektorale DBF-Verarbeitungskonzept. Das Fahrzeug 10 weist einen Phased-Array-Radar auf, der einen realen Strahl 18 erzeugt. In diesem Beispiel beinhaltet das Blickfeld des realen Strahls nur das Fortbewegungsmittel 14.
Die Hardware-Phasenschieber der Empfangsantenne bilden einen realen Strahl auf solche Weise, dass nur ein Bruchteil des gesamten Blickfelds des Radars abgedeckt ist. Der Strahl kann eine größere Halbwerts-Strahlbreite aufweisen als ein herkömmlicher Phased-Array-Radarstrahl. Jedoch ist die Strahlbreite bzw. der Öffnungswinkel deutlich schmäler als das Blickfeld des in 1 dargestellten herkömmlichen DBF-Radars in dessen gesamter Breite.
Der reale Strahl kann unter Verwendung herkömmlicher Phased-Array-Verfahren auf einen vorgegebenen Sektor innerhalb des gesamten Blickfelds gelenkt werden. In diesem Beispiel sind die Sektoren jeweils Schnitte des gesamten Blickfelds des Radars. Dann wird eine Technik zur Optimierung der digitalen Strahlformung (DBF) verwendet, um schmale virtuelle Strahlen innerhalb des Sektors zu bilden. Optimierungstechniken können solche sein, die bereits mit herkömmlichen DBF-Radaren verwendet werden, beispielsweise Strahlformungsalgorithmen wie MUSIC (Mehrfach-Signalklassifizierung) und ESPRIT (Bestimmung von Signalparametern durch eine rotationsinvariante Technik). Jedoch können auch andere Algorithmen, beispielsweise solche, die sich eine semidefinite Relaxation und Kombinatorik zunutze machen, verwendet werden.
3 zeigt eine Radarvorrichtung am Fahrzeug 10, die einen realen Strahl 18 produziert, der dem in 2 ähnelt, wobei der Strahlformungsalgorithmus einen schmäleren virtuellen Strahl 20 innerhalb der Breite des realen Strahls 18 bildet. Der DBF-Algorithmus kann über dem Blickfeld des realen Strahls mehrere virtuelle Strahlen gleichzeitig auflösen. Der virtuelle Strahl kann deutlich schmäler sein als der reale Strahl. Daten können von virtuellen Strahlen, die über dem gesamten Winkelbereich des realen Strahls erzeugt werden, gleichzeitig erhalten werden.
Der reale Strahl kann zu anderen Sektoren innerhalb des Blickfelds des Radars gesteuert bzw. gelenkt werden, und für jeden Sektor werden entsprechende virtuelle Strahlen innerhalb des gelenkten Strahls ausgebildet. Auf diese Weise kann ein hochauflösender Radarbereich der Fahrzeug- bzw. Fortbewegungsmittelumgebung erreicht werden.
4 zeigt eine Gestaltung von Phasenschiebern und Mischern innerhalb eines Beispiels für eine Radarvorrichtung. 4 zeigt ein erstes Subarray, das einen Phasenschieber 40 enthält, der ein Subarray-Ausgangssignal an einen Mischer 42 ausgibt. Die Ausgabe eines zweiten Subarray wird in einen Mischer 44 eingespeist, und die Ausgabe eines beliebigen N-ten Subarray wird in einen Mischer 46 eingespeist. Es wird eine Mehrzahl von Mischerausgangssignalen erhalten, und diese werden in den Eingang eines Digitalstrahlformungsalgorithmus eingespeist.
In einem herkömmlichen Phased-Array werden die Ausgangssignale sämtlicher Phasenschieber in einer Gruppe zusammengefasst und in einen einzigen Mischer eingespeist. Jedoch sind in der Gestaltung von 4 Phasenschieber in Subarrays gruppiert, und das Ausgangssignal jedes Subarray wird an einen eigenen Mischer gesendet. Die Phasenschieber jedes Subarray sind zu einer Gruppe zusammengefasst, aber die Ausgangssignale der einzelnen Subarray werden nicht zu einer Gruppe zusammengefasst. In manchen Beispielen können beliebig viele zwischen 2 und 128 Phasenschieber in jedem Subarray vorhanden sein, beispielsweise zwischen 2 und 32.
Jedes Subarray weist einen zugehörigen Mischer auf, der das Subarray-Ausgangssignal empfängt, und in jeden Mischer wird ein gemeinsames, verteiltes Lokaloszillator (LO)-Signal eingegeben. Das verteilte LO-Signal wird in Bezug auf Phase und Amplitude an jedem Mischereingang abgestimmt, so dass LO-Signalphase und -amplitude für jeden Mischer gleich sind. Bei einer Methode kann dies unter Verwendung verzweigter elektrischer Anschlüsse erreicht werden, um ähnliche Wegstrecken zwischen dem LO-Generator und den einzelnen Eingangsmischern zu erhalten. Jeder Mischerausgang wird an einen Analog-zu-Digital-Wandler geschickt, so dass der Strahlformungsalgorithmus eine optimierte Strahlformung durchführen kann.
In manchen Beispielen kann die komplette Vorrichtung in einem einzelnen Chip implementiert sein, beispielsweise in einem einzelnen Silicium-Chip, der alle Hardware-Phasenschieber für Sende- und Empfangs-Phased-Array-Antennen, Mischer und LO-Verteilung beinhaltet. Es können auch andere Radarfunktionen auf demselben Chip enthalten sein.
Die Hardware-Phasenschieber bilden einen realen Strahl der einen Sektor des Radarblickfelds beleuchtet, oder empfangen Signale von dort. Das Blickfeld des Radars kann auf Basis vorangehender Messungen dynamisch in Sektoren aufgeteilt werden. Jeder Sektor kann die Breite der Halbwerts-Strahlbreite des realen Radars real aufweisen.
5 ist ein weiteres Schema, das eine Beispielsvorrichtung aufweist. Die Vorrichtung weist ein Sende-Phased-Array auf, das Phased-Array-Elemente wie Phasenschieber 50 aufweist, die mit einem strahlenden Antennenelement 52 in elektrischer Verbindung stehen. Die Radarvorrichtung weist auch ein Empfangs-Phased-Array auf, das Phasenschieber aufweist, wie Phasenschieber 54, und ein Antennenempfangselement, wie 56. Es kann mehr als ein Verstärkerelement (nicht dargestellt) zwischen jedem Phasenschieber und dem zugehörigen strahlenden oder Empfangsantennenelement vorhanden sein.
Ein Lokaloszillator 60 gibt ein Lokaloszillatorsignal aus, das in jeden Mischer eingespeist wird, beispielsweise den Mischer 58. Das elektrische Anschlussmuster ist in dieser Figur nicht dargestellt, aber das Lokaloszillator-Verteilungsnetz ist in der Regel so konfiguriert, dass das LO-Signal, das an den einzelnen Mischereingängen ankommt, jeweils die gleiche Phase und Amplitude aufweist. Alternativ dazu wird eine Software-Anpassung in der digitalen Verarbeitung für Phasenverschiebungen zwischen den LO-Signalen in jeden Mischer eingegeben.
Eine elektronische Steuerschaltung 62 empfängt Mischersignale und weist einen Prozessor auf, der den DBF-Algorithmus ausführt. Die elektronische Steuerschaltung gibt auch elektronische Phasenverschiebungssignale an die Phasenschieber aus (elektrische Anschlüsse sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt), was das Senden und Empfangen von Strahlen, die gelenkt werden sollen, ermöglicht.
Wie bereits erörtert wurde, sind die Phased-Array-Elemente in Subarrays gruppiert, und jede Subarray-Ausgabe wird in einen zugehörigen Mischer eingespeist. Es gibt genau einen Mischer pro Subarray, so dass die Anzahl der Mischer der Anzahl der Subarrays entspricht. Infolgedessen wird eine Mehrzahl von Mischerausgaben für einen einzelnen Empfangsstrahl erhalten. Die Mischerausgaben werden dann von einer digitalen Verarbeitungsschaltung empfangen, beispielsweise einer elektronischen Schaltung, die eine CPU oder einen anderen Prozessor aufweist, und von einem Digitalstrahlformungsalgorithmus verwendet, der vom Prozessor ausgeführt wird, um virtuelle Strahlen zu bestimmen.
Nachdem das Blickfeld in Sektoren geteilt worden ist, können die Sektoren dann auf Basis von vorangegangenen Messungen nach ihrer Bedeutung in eine Rangfolge gebracht werden, üblicherweise wie von einem Tracking-Filter berechnet. Der Strahl wird zuerst unter Verwendung der Phasenschieber gelenkt, um den realen Strahl so anzupassen, dass der Sektor mit dem höchsten Rang abgedeckt wird, und dann werden andere Sektoren in absteigender Rangfolge abgedeckt. In manchen Beispielen können manche Sektoren übergangen werden, wenn sie von geringer Bedeutung sind, bevor die Abdeckung des Blickfelds wiederholt wird. Tracking-Filter können verwendet werden, um die Bewegung von Zielen über dem Blickfeld vorauszusagen, was einen höheren Bedeutungsrang der Sektoren auf Basis von zuvor gesammelten Daten ermöglicht.
Beginnend mit dem Sektor, der als der bedeutendste erkannt worden ist, werden für jeden Sektor Radarsignale empfangen, und ein virtueller Strahl wird unter Verwendung eines Digitalstrahlformungsalgorithmus gebildet, welcher von einem Prozessor, beispielsweise der zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) eines computerisierten Steuersystems, ausgeführt wird. Wichtige Signale, die vom Sektor zurückkommen, werden im Hinblick auf die Position und Geschwindigkeit unter Verwendung des Optimierungsalgorithmus aufgelöst, und die Ergebnisse werden verwendet, um die Tracking-Filter zu aktualisieren.
Der reale Strahl wird dann in den Sektor mit dem zweithöchsten Rang bewegt und der Prozess wird wiederholt. Ein Vorteil der beschriebenen Methode ist, dass der Strahl vor der Optimierung positioniert wird, und dies verkleinert den Bereich für die DBF-Optimierung und die Vearbeitungsanforderungen für das digitale Signal. Der verkleinerte betrachtete Winkelbereich spart Rechenleistung.
Die Rauschzahl ist gegenüber einem herkömmlichen DBF-Radar, in dem Signale vom gesamten Radarblickfeld empfangen werden, verbessert, da Rauschquellen verringert sind. Die zulässige Aktualisierungsrate des Radars ist ebenfalls erhöht.
6 ist ein Ablaufschema, das die Methode der Sektorrangfolge darstellt. Das Kästchen 80 entspricht der Aufteilung des Blickfelds in N Sektoren. Als nicht-beschränkende Beispiele kann N im Bereich von 2 bis 64 liegen, beispielsweise im Bereich von 4 bis 32 einschließlich. Das Kästchen 82 entspricht einer Bedeutungsrangfolge der Sektoren von 1 bis N. In der Regel wird dies unter Verwendung eines Tracking-Filters erreicht oder auf andere Weise unter Verwendung von zuvor gesammelten Daten erreicht. Zum Beispiel kann der bedeutendste Sektor die höchste Anzahl von Radarzielen, das nächstgelegene Ziel oder ein als Kollisionsgefahr erkanntes Ziel enthalten. Wenn keine früheren Daten vorhanden sind, können die Sektoren auf beliebige Weise oder auf andere Weise in eine Rangfolge gebracht werden. Das Kästchen 84 entspricht dem Lenken des realen Strahls, der vom Phased-Array-Radar erzeugt wird, zum bedeutendsten Sektor. Das Kästchen 86 entspricht dem Einlesen von Sektorradardaten und dem Durchführen einer Strahlformungsoptimierung. Das Kästchen 88 entspricht dem Aktualisieren von Tracking-Filtern auf Basis gesammelter Daten. Das Kästchen 90 entspricht der Entscheidung, ob dies der N-te Sektor ist. Der Prozess wird für jeden von den N Sektoren wiederholt, und nachdem der Prozess für alle Sektoren abgeschlossen worden ist, kehrt der Prozess zu Kästchen 80 zurück. Wenn jedoch nicht alle Sektoren überprüft worden sind, wird dann der nächst-bedeutendste Sektor bei Kästchen 84 gewählt, und der Prozess von Kästchen 86 und 88 wird wiederholt.
In manchen Beispielen kann ein Hybrid-Array in einen einzelnen Chip integriert sein. Das Mischer-Layout und das Lokaloszillator-Verteilungsnetz sind so gestaltet, dass Kanalsignale übereinstimmende Phasen und Amplituden aufweisen. Innerhalb des Chips können Isolierzäune (einschließlich leitender Elemente) verwendet werden, um das starke Sendesignal vom relativ schwachen Empfangssignal zu trennen. Der Chip kann anhand vieler verschiedener Techniken auf Siliciumbasis verwirklicht werden, unter anderem SiGe, BiCMOS, Si-RF und dergleichen. In manchen Beispielen können der Spannungssteuerungsoszillator selbst sowie Phasenregelschleifen-Erfassungsschaltung auf einem separaten Chip verwendet werden, um eine Interferenz zu verringern.
In manchen Beispielen kann die Empfangsantenne dynamisch umkonfiguriert werden, um bis zu N separate Empfangsstrahlen bereitzustellen, wobei N die Anzahl der Mischer ist. Wenn die Anzahl der realen Strahlen kleiner ist als N, dann kann eine DBF-Analyse an einige oder alle von den realen Strahlen angelegt werden.
Beispiele der vorliegenden Erfindung beinhalten auch verbesserte Verfahren und Vorrichtungen für die Vermeidung einer Kollision während des Betriebs eines Fortbewegungsmittels. Zum Beispiel können die schmalen virtuellen Strahlen, die vom DBF gebildet werden, verwendet werden, um Zielerkennung und -beschreibung zu verbessern und die Zieleigenschaften, beispielsweise Entfernung und relative Geschwindigkeit, können verwendet werden, um Eingaben in das Fortbewegungsmittel zur Vermeidung einer Kollision, beispielsweise Lenk- oder Bremseingaben, auszulösen.
In manchen Beispielen kann die Anzahl der Sektoren dynamisch umkonfiguriert werden. Wenn zum Beispiel mehr Ziele erfasst werden, kann die Anzahl der Sektoren erhöht werden.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen erläuternden Beispiele beschränkt. Die beschriebenen Beispiele sollen den Bereich der Erfindung nicht beschränken. Änderungen daran, andere Elementekombinationen und andere Anwendungen liegen für einen Fachmann nahe.

Claims

Radarvorrichtung, aufweisend: einen Sender, der ein Signal aussendet; einen Phased-Array-Empfänger, der eine Mehrzahl Phased-Array-Elemente aufweist und der ausgebildet ist, einen Empfangsstrahl zu empfangen, wobei der Empfangsstrahl eine Reflexion des Signals ist, wobei jedes Phased-Array-Element ein Antennenelement und einen Phasenschieber (40) aufweist, wobei die Phased-Array-Elemente zu Subarrays gruppiert sind, wobei jedes Subarray mindestens zwei Phased-Array-Elemente aufweist und ein Subarray-Signal ausgibt; eine Mehrzahl von Mischern (42, 44, 46), wobei jeder Mischer (42, 44, 46) das Subarray-Signal von einem zugehörigen Subarray empfängt, jeder Mischer (42, 44, 46) ein lokales Oszillatorsignal empfängt und ein Mischersignal erzeugt; einen digitalen Strahlformer, der Mischersignale von der Mehrzahl an Mischern (42, 44, 46) empfängt; einen Lokaloszillator (60), der das Lokaloszillatorsignal ausgibt; und eine Phased-Array-Antennensteuereinheit, die dazu dient, den Empfangsstrahl, der vom Phased-Array-Empfänger empfangen wird, zu steuern, wobei der Empfangsstrahl eine Winkelbreite aufweist, wobei der digitale Strahlformer einen virtuellen Strahl (20) aus den Mischersignalen erzeugt, wobei der virtuelle Strahl (20) schmäler ist als der Empfangsstrahl und innerhalb der Winkelbreite des realen Strahls angeordnet ist, wobei das Blickfeld in eine Mehrzahl von Sektoren geteilt ist und die Sektoren jeweils einen Bedeutungsparameter haben, wobei der jeweilige Bedeutungsparameter unter Verwendung von Zielverfolgungsdaten bestimmt wird, die von zuvor gesammelten Radardaten erhalten werden, und wobei die Phased-Array-Antennensteuereinheit den Empfangsstrahl abwechselnd auf jeden Sektor von der Mehrzahl von Sektoren in absteigender Ordnung des Bedeutungsparameters steuert.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der digitale Strahlformer von einer elektronischen Steuerschaltung (62) bereitgestellt wird, wobei die elektronische Steuerschaltung (62) einen Prozessor aufweist.
Radarvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der digitale Strahlformer von einem Digitalstrahlformungsalgorithmus bereitgestellt wird, der vom Prozessor ausgeführt wird.
Radarvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Digitalstrahlformungsalgorithmus ausgewählt ist aus einer Gruppe von Algorithmen, die aus einem MUSIC (Mehrfach-Signalklassifizierungs)-Algorithmus und einem ESPRIT (Bestimmung von Signalparametern durch eine rotationsinvariante Technik)-Algorithmus besteht.
Radarvorrichtung nach Anspruch2, wobei die elektronische Steuerschaltung (62) ferner eine Phased-Array-Antennensteuereinheit aufweist und dazu dient, den Empfangsstrahl zu steuern.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sender ein Phased-Array-Sender ist.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Mischer (42, 44, 46) der Anzahl der Subarrays gleich ist.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Radarvorrichtung ein Fahrzeugradar ist, der zur Montage an einem Landfahrzeug ausgelegt ist.
Verfahren zum Betreiben eines Radars zur Identifizierung von Radarzielen, wobei der Radar einen Empfangsstrahl, der durch ein reflektierendes Signal des Radars erzeugt wird, und ein Blickfeld aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Steuern des Radarstrahls auf einen Sektor des Blickfelds unter Verwendung eines Phased-Array-Empfängers; Teilen des Blickfelds in eine Mehrzahl von Sektoren, wobei die Sektoren jeweils einen Bedeutungsparameter haben und wobei der jeweilige Bedeutungsparameter unter Verwendung von Zielverfolgungsdaten bestimmt wird, die von zuvor gesammelten Radardaten erhalten werden; abwechselndes Steuern des Empfangsstrahls auf jeden Sektor von der Mehrzahl von Sektoren in absteigender Ordnung des Bedeutungsparameters; Empfangen von Radardaten vom Sektor; und Bestimmen einer Mehrzahl virtueller Strahlen (20) innerhalb des Empfangsstrahls unter Verwendung eines Digitalstrahlformungsalgorithmus, um die Radardaten zu analysieren, wobei die virtuellen Strahlen (20) jeweils eine schmälere Bandbreite aufweisen als der Empfangsstrahl, wobei die virtuellen Strahlen (20) verwendet werden, um die Radarziele zu erkennen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Phased-Array-Empfänger eine Mehrzahl von Phased-Array-Elementen aufweist, die zu Subarrays gruppiert sind , wobei jedes Subarray einen zugehörigen Mischer (42, 44, 46) aufweist, wobei der zugehörige Mischer (42, 44, 46) ein Lokaloszillatorsignal und ein Subarray-Signal vom Subarray empfängt, wobei der Digitalstrahlformungsalgorithmus Ausgangssignale vom Mischer (42, 44, 46) verwendet, um die Mehrzahl virtueller Strahlen (20) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Radar ein Fahrzeugradar ist, wobei das Verfahren ein Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugradars ist.