DE112021007885T5

DE112021007885T5 - Radarapparat und interferenzwellenvermeidungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112021007885T5
Application number: DE112021007885.2T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Kamimura; Osamu Wada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2024-04-11
Also published as: WO2022269907A1; JPWO2022269907A1

Abstract

Ein Radarapparat (100) umfasst einen Transceiver und eine Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung (25). Der Transceiver gibt eine frequenzmodulierte Übertragungswelle aus und empfängt eine reflektierte Welle, die sich durch Reflexion der Übertragungswelle an einem Ziel ausbreitet, und gibt ein Empfangssignal aus. Wenn eine Interferenzwelle, bei der es sich um eine andere Funkwelle als eine reflektierte Welle handelt und die in einem Modus frequenzmoduliert ist, der sich von einem Modus der Übertragungswelle unterscheidet, zusammen mit der reflektierten Welle empfangen wird, ändert die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung (25) eine Modulationsfrequenz der Übertragungswelle basierend auf einem Ergebnis der Schätzung einer Frequenz der empfangenen Interferenzwelle.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Radarapparat, der ein Ziel unter Nutzung einer frequenzmodulierten Übertragungswelle erkennt, sowie eine Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung.
Hintergrund
Als in Fahrzeuge eingebaute Sensoren sind frequenzmodulierte Dauerwellenradare (FMCW) und Fast-Chirp-Modulationsradare (FCM) weit verbreitet. Ein solches FMCW-Radar zeichnet sich dadurch aus, dass die Schaltungskonfiguration einfach und die Signalverarbeitung leicht ist, da das Frequenzband eines Empfangssignals relativ niedrig ist. Das FMCW-Radar führt einen Up-Chirp zur Erhöhung der Frequenz einer Übertragungswelle und einen Down-Chirp zur Verringerung der Frequenz der Übertragungswelle durch und erhält Empfangssignale basierend auf dem Up-Chirp und dem Down-Chirp. Das FMCW-Radar berechnet basierend auf einer Differenz der Frequenzen in den Empfangssignalen einen Abstand zu einem Ziel, eine Relativgeschwindigkeit des Ziels, einen Azimutwinkel des Ziels und ähnliches. Andererseits führt ein solches FCM-Radar einen Up-Chirp oder einen Down-Chirp durch, um ein Empfangssignal zu erhalten. Das FCM-Radar berechnet basierend auf der Frequenz- und Phaseninformation des Empfangssignals den Abstand zu einem Ziel, die Relativgeschwindigkeit des Ziels, den Azimutwinkel des Ziels und Ähnliches. Das FCM-Radar kann die Signalverarbeitung niedriger machen als das FMCW-Radar, da das Paar Up-Chirp und Down-Chirp nicht erforderlich ist. In der folgenden Beschreibung werden in dem Fall, in dem das FMCW-Radar und das FCM-Radar nicht unterschieden werden, beide als „Radar“ oder „Radarapparat“ (oder „Radarvorrichtung“) bezeichnet.
Die Patentliteratur 1 offenbart eine Technik, die sich auf eine im FMCW-Radar installierte Frequenzmodulationsschaltung bezieht und die dazu dient, eine hohe Linearität der Frequenzmodulation zu erhalten.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 6351910
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Mit der weitverbreiteten Benutzung solcher Radare ist es bei in Fahrzeugen eingebauten Radaren wahrscheinlicher, dass sie nicht nur eine reflektierte Welle empfangen, die sich durch Reflexion einer Übertragungswelle von einem Ziel ausbreitet, sondern auch eine Interferenzwelle, bei der es sich um eine Funkwelle handelt, die von einem Radar eines anderen Fahrzeugs ausgestrahlt wird.
In einem in der Patentliteratur 1 offenbaren Radarapparat wird die Signalverarbeitung manchmal in einem Zustand durchgeführt, in dem ein von einer Interferenzwelle abgeleitetes Rauschsignal einem von einer reflektierten Welle von einem Ziel abgeleiteten Empfangssignal überlagert wird. Eine Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) des Empfangssignals aufgrund der Überlagerung mit dem Rauschsignal führt zu einer Verschlechterung der Erkennungsleistung des Radarapparates. Bei dem in der Patentliteratur 1 offenbaren Radarapparat ist es schwierig, das Ziel stabil und mit hoher Genauigkeit zu erkennen, da sich seine Leistung aufgrund des Empfangs von Interferenzwellen manchmal verschlechtert. Diese Schwierigkeit ist problematisch.
Die vorliegende Offenbarung wurde vor diesem Hintergrund bereitgestellt, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Radarapparat bereitzustellen, der in der Lage ist, ein Ziel mit hoher Genauigkeit stabil zu erkennen.
Mittel zum Lösen des Problems
Um das oben beschriebene Problem zu lösen und das Objekt zu erreichen, umfasst ein Radarapparat der vorliegenden Offenbarung: einen Transceiver zum Ausgeben einer frequenzmodulierten Sendewelle und zum Empfangen einer reflektierten Welle, die sich durch Reflexion der Sendewelle von einem Ziel ausbreitet, und zum Ausgeben eines Empfangssignals; und eine Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung zum Ändern einer Modulationsfrequenz der Sendewelle basierend auf einem Ergebnis der Schätzung einer Frequenz der empfangenen Interferenzwelle, wenn eine Interferenzwelle zusammen mit der reflektierten Welle empfangen wird, wobei die Interferenzwelle eine andere Funkwelle als die reflektierte Welle ist und in einem Modus frequenzmoduliert wird, der sich von einem Modus der Sendewelle unterscheidet.
Wirkungen der Erfindung
Der Radarapparat gemäß der vorliegenden Offenbarung hat eine Wirkung, die in der Lage ist, das Ziel mit hoher Genauigkeit stabil zu erkennen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Radarapparates gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonfiguration einer Hardwarekonfiguration einer Mikroregelungseinheit (MCU) darstellt, die in dem Radarapparat gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist.
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Lokalsignal darstellt, das von einer Lokaleinheit des Radarapparats gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Zeit-/Frequenzcharakteristik einer Übertragungswelle, einer empfangenen gewünschten Welle und einer empfangenen Interferenzwelle in der ersten Ausführungsform darstellt.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Frequenzmodulationscharakteristik des Lokalsignals und der empfangenen Interferenzwelle in der ersten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Frequenzänderungen des Lokalsignals und der empfangenen Interferenzwelle in der ersten Ausführungsform darstellt.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Zeit-/Frequenzcharakteristik eines Rauschsignals darstellt, das von der empfangenen Interferenzwelle in der ersten Ausführungsform abgeleitet ist.
8 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur des Betriebs des Radarapparats gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Regelung der Frequenz des Lokalsignals darstellt, die von dem Radarapparat gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden ein Radarapparat und eine Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Radarapparates 100 gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. Der Radarapparat 100 ist in ein Fahrzeug eingebaut. Der Radarapparat 100 umfasst eine Empfangsantenne 1 und eine Sendeantenne 2, die eine Antenneneinheit bilden, eine Hochfrequenzschaltung 17, eine Basisbandschaltung 18 und eine Mikroregelungseinheit (MCU) 19, die ein Referenzsignal REF (REFeferenzsignal) erzeugt. Die Referenzsignalquelle 14, die Hochfrequenzschaltung 17 und die Basisbandschaltung 18 bilden einen Transceiver des Radarapparates 100. Die MCU 19 stellt eine Signalverarbeitungseinheit des Radarapparates 100 dar.
Der in 1 dargestellte Radarapparat 100 ist ein Radar mit einem Empfangskanal und einem Übertragungskanal. Der Kanal bezeichnet eine Gruppe von Verarbeitungseinheiten, die Komponenten des Transceivers und der Signalverarbeitungseinheit umfassen, die von einer Empfangsantenne 1 oder einer Übertragungsantenne 2 verarbeitet werden. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Empfangskanäle und die Anzahl der Übertragungskanäle im Radarapparat 100 jeweils eine beliebige Anzahl sein kann.
Die Hochfrequenzschaltung 17 gibt über die Übertragungsantenne 2 eine Übertragungswelle aus, die frequenzmoduliert ist. Zusätzlich empfängt die Hochfrequenzschaltung 17 über die Empfangsantenne 1 eine reflektierte Welle, die sich durch Reflexion der Übertragungswelle an einem Ziel ausbreitet, und gibt ein Empfangssignal aus.
Die Hochfrequenzschaltung 17 umfasst einen spannungsgeregelten Oszillator (VCO) 10, einen Chirpsignalgenerator 11, der ein Chirpsignal erzeugt, einen Phasenregelkreis (PLL) 12 und einen Schleifenfilter (LF) 13. Der VCO 10, der Chirpsignalgenerator 11, die PLL 12 und der LF 13 bilden eine Lokaleinheit 24. Die Lokaleinheit 24 erzeugt ein moduliertes Signal, das ein frequenzmoduliertes Signal ist. In der folgenden Beschreibung wird das von der Lokaleinheit 24 erzeugte modulierte Signal auch als lokales Signal bezeichnet.
Das Referenzsignal REF und das Chirpsignal werden in die PLL 12 eingegeben. Die PLL 12 moduliert die Frequenz des Referenzsignals REF mit einem Modulationsmuster basierend auf dem Chirpsignal. Das von der PLL 12 frequenzmodulierte Signal wird durch den LF 13 bandbegrenzt und in den VCO 10 eingegeben. Der VCO 10 gibt ein hochfrequentes Signal aus, das das modulierte Signal in Zusammenarbeit mit der PLL 12 ist.
Zusätzlich umfasst die Hochfrequenzschaltung 17 einen rauscharmen Verstärker (LNA) 3, MIXer (MIXs) 4₁ und 4₂, Zwischenfrequenzverstärker (IFAs) 5₁ und 5₂, einen Leistungsverstärker (PA) 15 und einen Phasenschieber 16. Der PA 15 verstärkt die hochfrequente Signalausgabe des VCO 10 auf eine gewünschte Ebene. Die Übertragungsantenne 2 konvertiert die hochfrequente Signalausgabe des PA 15 in eine Übertragungswelle, die eine Funkwelle ist, und strahlt die Übertragungswelle in den Raum aus. Der Radarapparat 100 überträgt eine Übertragungswelle unter Nutzung eines FMCW-Chirpsignals oder eines FCM-Chirpsignals.
Die Empfangsantenne 1 empfängt eine reflektierte Welle, die sich durch Reflexion der Übertragungswelle an einem Ziel ausbreitet, und konvertiert die reflektierte Welle in ein Empfangssignal. Der LNA 3 verstärkt das Empfangssignal auf eine gewünschte Ebene der Leistung. Die MIXs 4₁ und 4₂ konvertieren das Empfangssignal jeweils durch Frequenzkonvertierung unter Nutzung des Lokalsignals herunter. Die MIXs 4₁ und 4₂ reduzieren jeweils eine Frequenz des Empfangssignals durch die Frequenzkonvertierung auf eine Frequenz eines Zwischenfrequenzbandes (ZF). Die MIXs 4₁ und 4₂ geben Empfangstaktsignale aus, die aus dem herunterkonvertierten Empfangssignal abgeleitet sind. Die IFAs 5₁ und 5₂ verstärken die Empfangstaktsignale auf die gewünschte Signalstärke. Der Phasenschieber 16 ändert die Phase des Empfangstaktsignals, das vom MIX 4₂ ausgegeben wird, um 90 Grad. Auf diese Weise gibt die Hochfrequenzschaltung 17 von den IFAs 5₁ und 5₂ ein erstes Empfangstaktsignal und ein zweites Empfangstaktsignal aus, bei denen es sich um zwei Empfangstaktsignale handelt, deren Phasen um 90 Grad voneinander verschieden sind. In der folgenden Beschreibung werden das erste Empfangstaktsignal und das zweite Empfangstaktsignal auch als Quadraturempfangstaktsignale bezeichnet.
Die Basisbandschaltung 18 konvertiert die Quadraturempfangstaktsignale, die von der Hochfrequenzschaltung 17 ausgegeben werden, in Basisbandsignale mit digitalen Werten. Die Basisbandschaltung 18 umfasst Basisbandverstärker (BBAs) 6₁ und 6₂, Bandpassfilter (BPFs) 7₁ und 7₂, Analog-Digital-Wandler (ADCs) 8₁ und 8₂ und FIR-Filter (Finite Impulse Response) 9₁ und 9₂.
Die BBAs 6₁ und 6₂ verstärken die Quadraturempfangstaktsignale, die von der Hochfrequenzschaltung 17 ausgegeben werden, auf die gewünschte Spannungsstärke. Die BPFs 7₁ und 7₂ begrenzen die Bänder der von den BBAs 6₁ und 6₂ verstärkten Signale. Die ADCs 8₁ und 8₂ konvertieren die von den BPFs 7₁ und 7₂ ausgegebenen analogen Signale in digitale Signale. Die FIR-Filter 9₁ und 9₂ begrenzen die Bänder der von den ADCs 8₁ und 8₂ ausgegebenen Signale. Die Basisbandschaltung 18 gibt die Quadraturempfangstaktsignale aus, nachdem sie von den BBAs 6₁ und 6₂, den BPFs 7₁ und 7₂, den ADCs 8₁ und 8₂ und den FIR-Filtern 9₁ und 9₂ verarbeitet wurden.
Die MCU 19 umfasst eine Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 und eine Fast Fouriertransformation (FFT)-Verarbeitungseinheit 26. Wenn eine Interferenzwelle, die eine andere Funkwelle als die reflektierte Welle ist, zusammen mit der reflektierten Welle empfangen wird, ändert die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 eine Modulationsfrequenz der Übertragungswelle basierend auf einem Ergebnis der Schätzung einer Frequenz der Interferenzwelle, wodurch eine Überlagerung eines von der Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals mit dem Empfangssignal vermieden wird. Die Interferenzwelle ist eine Funkwelle, die in einem Modus frequenzmoduliert ist, der sich von dem der vom Radarapparat 100 ausgestrahlten Übertragungswelle unterscheidet, wobei die Funkwelle von einem Radar eines anderen Fahrzeugs ausgestrahlt wird.
Die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 umfasst einen Momentanphasendetektor 20, einen Momentanfrequenzdetektor 21, einen Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer 22 und einen Lokalfrequenzregelung 23. Der Momentanphasendetektor 20 erkennt, basierend auf den Quadraturempfangstaktsignalen, eine Momentanphase des Rauschsignals, das von der empfangenen Interferenzwelle abgeleitet ist. Der Momentanfrequenzdetektor 21 erkennt, basierend auf der Momentanphase, eine Momentanfrequenz des Rauschsignals, das von der empfangenen Interferenzwelle abgeleitet ist. Der Momentanphasendetektor 20 und der Momentanfrequenzdetektor 21 fungieren jeweils als Konvertierer, der das erste Empfangstaktsignal und das zweite Empfangstaktsignal in Daten konvertiert, die eine Zeit-/Frequenzcharakteristik des Rauschsignals repräsentieren. In der folgenden Beschreibung wird die Zeit-/Frequenzcharakteristik als Zeit-/Frequenzcharakteristik bezeichnet. Der Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer 22 schätzt die Frequenz der von der Empfangsantenne 1 empfangenen Rauschwelle basierend auf den Daten, die die Zeit-/Frequenzcharakteristik des Rauschsignals repräsentieren.
Die Lokalfrequenzregelung 23 regelt basierend auf einem Ergebnis der Schätzung der Frequenz der empfangenen Interferenzwelle die Frequenz des Lokalsignals so, dass ein Modulationsfrequenzband des Lokalsignals außerhalb eines Frequenzbandes der empfangenen Interferenzwelle liegt. Die Lokalfrequenzregelung 23 erzeugt basierend auf dem Schätzungsergebnis des Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzers 22 ein Regelungssignal zur Anpassung der Frequenz des Lokalsignals. Der Chirpsignalgenerator 11 passt die Frequenz des Chirpsignals in Übereinstimmung mit dem Regelungssignal der Lokalfrequenzregelung 23 an. Als Ergebnis erzeugt die Lokaleinheit 24 ein Lokalsignal, dessen Frequenz in Übereinstimmung mit dem Regelungssignal der Lokalfrequenzregelung 23 geregelt wurde. Auf diese Weise regelt die Lokalfrequenzregelung 23 die Frequenz des Lokalsignals basierend auf dem Ergebnis der Schätzung der Frequenz durch den Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer 22.
Die FFT-Verarbeitungseinheit 26 führt eine schnelle Fouriertransformation an den Quadraturempfangstaktsignalen durch, die von der Basisbandschaltung 18 ausgegeben werden. Die FFT-Verarbeitungseinheit 26 führt eine Radar-Signalverarbeitung in Übereinstimmung mit der schnellen Fouriertransformation durch, um einen Abstand zum Ziel, einen relativen Abstand des Ziels, einen Azimutwinkel des Ziels und dergleichen zu berechnen. Der Abstand zum Ziel ist der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Ziel. Die Relativgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Ziels vom Fahrzeug aus gesehen. Der Azimutwinkel ist der Winkel, der den Azimut des Ziels in Bezug auf das Fahrzeug repräsentiert.
Es wird nun eine Hardwarekonfiguration der MCU 19 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Hardwarekonfiguration der MCU 19 darstellt, die in dem Radarapparat 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ist. Die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 und die FFT-Verarbeitungseinheit 26 der MCU 19 werden unter Benutzung von Verarbeitungsschaltungen 50 implementiert. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung 50 umfasst einen Prozessor 52 und einen Speicher 53.
Der Prozessor 52 ist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU). Der Prozessor 52 kann eine arithmetische Einheit, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer oder ein digitaler Signalprozessor (DSP) sein. Der Speicher 53 ist z.B. ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein lösch- und programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), ein elektrisch lösch- und programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM; eingetragenes Warenzeichen) oder ähnliches.
Der Speicher 53 speichert ein Programm für den Betrieb als Signalverarbeitungseinheit, die die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 und die FFT-Verarbeitungseinheit 26 umfasst. Die Funktion der Signalverarbeitungseinheit kann durch den Prozessor 52 implementiert werden, der das Programm liest und ausführt.
Eine Eingabeeinheit 51 ist eine Schaltung, die ein Eingabesignal an die MCU 19 von der Außenseite der MCU 19 empfängt. Die Quadraturempfangstaktsignale, die von der Basisbandschaltung 18 ausgegeben werden, und das Referenzsignal REF, das von der Referenzsignalquelle 14 ausgegeben wird, werden in die Eingabeeinheit 51 eingegeben. Eine Ausgabeeinheit 54 ist eine Schaltung, die ein von der MCU 19 erzeugtes Signal an die Außenseite der MCU 19 ausgibt. Die Ausgabeeinheit 54 gibt die Ergebnisse der Berechnung des Abstands zum Ziel, des relativen Abstands in Bezug auf das Ziel, des Azimutwinkels des Ziels und dergleichen in der FFT-Verarbeitungseinheit 26 aus. Zusätzlich gibt die Ausgabeeinheit 54 das Regelungssignal zum Regeln der Frequenz des Lokalsignals aus.
Obwohl die in 2 dargestellte Konfiguration ein Beispiel für die Hardware in einem Fall ist, in dem die Signalverarbeitungseinheit des Radarapparats 100 durch den Mehrzweckprozessor 52 und den Speicher 53 implementiert ist, kann die Signalverarbeitungseinheit des Radarapparats 100 durch eine dedizierte Verarbeitungsschaltung anstelle des Prozessors 52 und des Speichers 53 implementiert werden. Die dedizierte Verarbeitungsschaltung ist eine einzelne Schaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder eine Schaltung, die durch Kombination dieser Schaltungen erhalten wird. Es ist zu beachten, dass ein Teil der Signalverarbeitungseinheit durch den Prozessor 52 und den Speicher 53 implementiert werden kann, und der verbleibende Teil durch die dedizierte Verarbeitungsschaltung implementiert werden kann.
Das von dem Radarapparat 100 erzeugte Lokalsignal wird nun beschrieben. 3 ist ein erklärendes Diagramm, das das Lokalsignal darstellt, das von der Lokaleinheit 24 des Radarapparates 100 gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird. 3 stellt in einem Diagramm eine Zeit-/Frequenzcharakteristik des Lokalsignals dar. In dem Diagramm repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit, und eine vertikale Achse repräsentiert eine Frequenz.
3 stellt ein Beispiel für eine Wellenform des Lokalsignals dar, das ein Up-Chirp-Signal ist. Das Up-Chirp-Signal ist ein Signal, dessen Frequenz mit einer konstanten Neigung in Bezug auf die Zeit ansteigt. Das von der Lokaleinheit 24 erzeugte Lokalsignal ist ein FCM-Signal, das durch eine Sägezahnwelle repräsentiert wird. Die Anzahl der Dreieckswellenformen, die die Sägezahnwelle umfasst, beträgt insgesamt NCHIRP. Die Anzahl der Dreiecksformen, die die Sägezahnwelle umfasst, kann beliebig groß sein. Die Breite jeder der Dreieckswellenformen in Richtung der horizontalen Achse repräsentiert einen Frequenzmodulationszyklus. Die Breite jeder der Dreieckswellenformen in Richtung der vertikalen Achse repräsentiert eine Frequenzmodulationsbandbreite. In der folgenden Beschreibung wird die durch die Dreieckskurve angegebene Neigung der Kurve als Modulationsneigung bezeichnet. Es ist zu beachten, dass das von der Lokaleinheit 24 erzeugte Lokalsignal ein Down-Chirp-Signal sein kann. Das Down-Chirp-Signal ist ein Signal, dessen Frequenz mit einer konstanten Neigung in Bezug auf die Zeit abnimmt.
Darüber hinaus ist ein Intervall, das in 3 durch eine Schraffur angegeben ist, ein ADC-Datenerfassungsintervall. Das ADC-Datenerfassungsintervall ist eine Betriebsperiode der ADCs 8₁ und 8₂ in einem Zyklus des Lokalsignals, wobei die Betriebsperiode eine Periode ist, in der digitale Daten durch Konvertierung in den ADCs 8₁ und 8₂ erfasst werden.
Die reflektierte Welle und die Interferenzwelle, die vom Radarapparat 100 empfangen werden, werden im Folgenden beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird eine reflektierte Welle von einem Ziel als Sollwelle bezeichnet. Zusätzlich wird die von der Empfangsantenne 1 empfangene gewünschte Welle als empfangene gewünschte Welle bezeichnet, und die von der Empfangsantenne 1 empfangene Interferenzwelle wird als empfangene Interferenzwelle bezeichnet.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Zeit-/Frequenzcharakteristik jeder Übertragungswelle, der empfangenen gewünschten Welle und der empfangenen Interferenzwelle in der ersten Ausführungsform darstellt. Die Zeit-/Frequenzcharakteristik der Übertragungswelle ist dieselbe wie die Zeit-/Frequenzcharakteristik des Lokalsignals, die in 3 dargestellt ist. Die gewünschte Welle wird mit einer Verzögerung gegenüber der Übertragung der Übertragungswelle empfangen. Die Verzögerungszeit der von der Übertragungswelle empfangenen gewünschten Welle entspricht der Zeit, die man erhält, wenn man die Zeit, in der sich die Übertragungswelle von der Übertragungsantenne 2 zum Ziel ausbreitet, und die Zeit, in der sich die gewünschte Welle vom Ziel zur Empfangsantenne 1 ausbreitet, addiert. Der Modulationszyklus, die Modulationsbandbreite und die Modulationsneigung der empfangenen gewünschten Welle entsprechen dem Modulationszyklus, der Modulationsbandbreite bzw. der Modulationsneigung der Übertragungswelle.
Die empfangene Interferenzwelle ist eine Funkwelle, die von einem anderen Fahrzeug übertragen wird. Der Modulationszyklus, die Modulationsbandbreite und die Modulationsneigung der empfangenen Interferenzwelle sind jeweils verschieden von dem Modulationszyklus, der Modulationsbandbreite und der Modulationsneigung der Übertragungswelle. Es ist zu beachten, dass, obwohl 4 ein Beispiel darstellt, in dem die empfangene Interferenzwelle das FCM-Signal ist, das Up-Chirp ist, ein FCM-Signal, das Down-Chirp ist, oder ein FMCW-Signal auch die empfangene Interferenzwelle sein kann.
Als nächstes werden die Quadraturempfangstaktsignale beschrieben, die in einem Fall erzeugt werden, in dem die gewünschte Welle und die Interferenzwelle gleichzeitig empfangen werden. Wenn die gewünschte Welle und die Interferenzwelle gleichzeitig empfangen werden, erzeugen die Hochfrequenzschaltung 17 und die Basisbandschaltung 18 Quadraturempfangstaktsignale basierend auf der empfangenen gewünschten Welle und der empfangenen Interferenzwelle.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Frequenzmodulationscharakteristik sowohl des Lokalsignals als auch der empfangenen Interferenzwelle in der ersten Ausführungsform darstellt. Eine in 5 dargestellte Startfrequenz ist eine Frequenz zu Beginn des Modulationszyklus. Eine Verzögerungszeit für den Empfang entspricht einem Zeitpunkt zwischen der Übertragung einer Übertragungswelle von der Übertragungsantenne 2 und dem Empfang einer Interferenzwelle an der Empfangsantenne 1. Sowohl das Lokalsignal als auch die empfangene Interferenzwelle, die in 5 dargestellt sind, sind FCM-Signale. Die in 5 dargestellten Merkmale des Lokalsignals sind auch Merkmale der empfangenen gewünschten Welle. In dem in 5 dargestellten Beispiel unterscheiden sich die Startfrequenz, die Modulationsbandbreite und die Neigung der empfangenen Interferenzwelle von denen der empfangenen gewünschten Welle. Die Verzögerungszeit für den Empfang der empfangenen Interferenzwelle ist verschieden von der Verzögerungszeit für den Empfang der empfangenen gewünschten Welle. Es ist zu beachten, dass die empfangene Interferenzwelle sich von der empfangenen gewünschten Welle nur in mindestens einer der folgenden Eigenschaften unterscheiden muss: Startfrequenz, Modulationsbandbreite, Neigung und Verzögerungszeit des Empfangs.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Änderungen der Frequenzen des Lokalsignals und der empfangenen Interferenzwelle in der ersten Ausführungsform darstellt. 6 stellt in einem Diagramm eine Beziehung zwischen den Frequenzen und dem Zeitpunkt des Lokalsignals und der empfangenen Interferenzwelle im Modulationszyklus dar. In dem Diagramm repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit und eine vertikale Achse die Frequenz.
Die Frequenz des Lokalsignals und die Frequenz der empfangenen Interferenzwelle sind bei etwa 20 ps identisch. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Frequenz des Lokalsignals und die Frequenz der empfangenen Interferenzwelle gleich sind, beträgt die Frequenz des von der empfangenen Interferenzwelle abgeleiteten Empfangstaktsignals 0 Hz. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Frequenz des Lokalsignals und die Frequenz der empfangenen Interferenzwelle gleich sind, liegt die Differenz zwischen der Frequenz des Lokalsignals und der Frequenz der empfangenen Interferenzwelle nahe bei der Frequenz des ZF-Bandes im Radarapparat 100. Als Ergebnis wird das von der empfangenen Interferenzwelle abgeleitete Empfangstaktsignal mit dem von der empfangenen gewünschten Welle abgeleiteten Empfangstaktsignal überlagert, was zu einer Verringerung des SNR des von der empfangenen gewünschten Welle abgeleiteten Empfangstaktsignals führt.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Zeit-/Frequenzcharakteristik des Rauschsignals darstellt, das von der empfangenen Interferenzwelle in der ersten Ausführungsform abgeleitet ist. Die Frequenz des von der empfangenen Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals entspricht einer Differenz zwischen der Frequenz des Lokalsignals und der Frequenz der empfangenen Interferenzwelle. In einem Zeitraum von 0 ps bis 20 us ist die Frequenz des von der empfangenen Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals positiv. In einem Zeitraum von 20 ps bis 60 us ist die Frequenz des von der empfangenen Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals negativ.
Im Folgenden wird der Betrieb des Radarapparates 100 beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur des Betriebs des Radarapparats 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. In der folgenden Beschreibung ist ein Frame ein Zyklus des Erkennens des Ziels. 8 stellt eine Prozedur des Betriebs des Radarapparats 100 in einem bestimmten Frame dar.
In Schritt S1 beginnt der Radarapparat 100 mit der Ausgabe einer Übertragungswelle. Der Radarapparat 100 empfängt eine reflektierte Welle, die sich durch Reflexion der Übertragungswelle ausbreitet. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Radarapparat 100 eine Sollwelle und eine Interferenzwelle empfängt. Die empfangene Wunschwelle und die empfangene Interferenzwelle werden von der Hochfrequenzschaltung 17 und der Basisbandschaltung 18 in Empfangstaktsignale konvertiert. In Schritt S2 gibt die Basisbandschaltung 18 die Empfangstaktsignale aus.
In Schritt S3 berechnet die FFT-Verarbeitungseinheit 26 basierend auf den Quadraturempfangstaktsignalen einen Abstand zu einem Ziel, eine Relativgeschwindigkeit des Ziels und einen Azimutwinkel des Ziels. Andererseits verarbeitet die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 in den Schritten S4 bis S6 das von der empfangenen Interferenzwelle abgeleitete Rauschsignal, basierend auf den Quadraturempfangstaktsignalen. Es ist zu beachten, dass der Schritt S3 und die Schritte S4 bis S6 in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können. Außerdem können die Verarbeitung von Schritt S3 und die Verarbeitung der Schritte S4 bis S6 gleichzeitig durchgeführt werden.
In Schritt S4 erkennt die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 eine Momentanfrequenz des Rauschsignals, das von der Interferenzwelle abgeleitet ist. Der Momentanphasendetektor 20 erkennt eine Momentanphase des von der empfangenen Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals basierend auf den Quadraturempfangstaktsignalen. Der Momentanfrequenzdetektor 21 erkennt basierend auf der empfangenen Momentanphase eine Momentanfrequenz des Rauschsignals, das von der empfangenen Interferenzwelle abgeleitet ist. In Schritt S5 schätzt der Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer 22 die Frequenz der Interferenzwelle basierend auf der in Schritt S4 erkannten Momentanfrequenz. Der Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer 22 erkennt die Frequenz des von der empfangenen Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals, indem er die Differenz zwischen der Frequenz des Lokalsignals und der Frequenz der empfangenen Interferenzwelle erhält.
Es wird nun ein Beispiel für ein Verfahren zur Schätzung einer Frequenz im Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer 22 beschrieben. Der Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer 22 erhält den Zeitpunkt, zu dem das von der empfangenen Interferenzwelle abgeleitete Rauschsignal 0 Hz beträgt, basierend auf den Daten, die die Zeit-/Frequenzcharakteristik repräsentieren, die durch Wobbeln der Frequenz des von der empfangenen Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals von der positiven Frequenz zur negativen Frequenz erhalten wird, wie in 7 dargestellt.
Andererseits ist die Zeit-/Frequenzcharakteristik des von der Lokaleinheit 24 erzeugten Lokalsignals eine in der MCU 19 bekannte Information, da die MCU 19 die Hochfrequenzschaltung 17 regelt. Der Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer 22 erhält basierend auf den Daten, die die Zeit-/Frequenzcharakteristik des Lokalsignals repräsentieren, die Frequenz des Lokalsignals zu dem Zeitpunkt, an dem das von der empfangenen Interferenzwelle abgeleitete Rauschsignal 0 Hz beträgt, d.h. zu dem Zeitpunkt, an dem die Frequenz des Lokalsignals und die Frequenz der empfangenen Interferenzwelle gleich sind. Als Ergebnis erhält der Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer 22 einen Schätzwert für die Frequenz der empfangenen Interferenzwelle.
In Schritt S6 passt die Lokalfrequenzregelung 23 die Frequenz des Lokalsignals basierend auf der in Schritt S5 geschätzten Frequenz an. Der Lokalfrequenzregelung 23 gibt das Regelungssignal zum Regeln der Frequenz des Lokalsignals aus. Der Chirpsignalgenerator 11 passt die Frequenz des Chirpsignals in Übereinstimmung mit dem Regelungssignal der Lokalfrequenzregelung 23 an. Der Radarapparat 100 regelt die Frequenz des Chirpsignals in Übereinstimmung mit dem Regelungssignal, wodurch die Frequenz des Lokalsignals basierend auf dem Ergebnis der Schätzung der Frequenz der empfangenen Interferenzwelle geregelt wird. Dementsprechend beendet der Radarapparat 100 den Betrieb gemäß der in 8 dargestellten Prozedur. Danach geht der Betrieb des Radarapparates 100 zum Betrieb des nächsten Frames über.
9 ist ein erklärendes Diagramm, das die Regelung der Frequenz des Lokalsignals darstellt, die von dem Radarapparat 100 gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. Es wird angenommen, dass in einem bestimmten Frame Ft die gewünschte Welle und die Interferenzwelle gleichzeitig empfangen werden, und daher werden Quadraturempfangstaktsignale basierend auf der empfangenen gewünschten Welle und der empfangenen Interferenzwelle erzeugt. Durch den Betrieb der Schritte S1 bis S6 im Frame Ft regelt die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 die Frequenz des Lokalsignals so, dass die Modulationsbandbreite des Lokalsignals außerhalb des Frequenzbands der empfangenen Interferenzwelle liegt. In einem Frame F(t+1), der auf den Frame Ft folgt, gibt der Radarapparat 100 eine Übertragungswelle unter Nutzung eines Lokalsignals in einem Frequenzband aus, das vom Frequenzband der empfangenen Interferenzwelle abweicht.
Auf diese Weise ändert die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25, wenn die Interferenzwelle zusammen mit der reflektierten Welle empfangen wird, das Frequenzband der Übertragungswelle basierend auf dem Ergebnis der Schätzung der Frequenz der Interferenzwelle, wodurch eine Überlagerung des von der Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals mit dem Empfangssignal vermieden wird. Der Radarapparat 100 kann die Überlagerung des von dem von der Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignal abgeleiteten Empfangstaktsignals mit dem von der empfangenen gewünschten Welle abgeleiteten Empfangstaktsignal verhindern, wodurch eine Verringerung des SNR des von der empfangenen gewünschten Welle abgeleiteten Empfangstaktsignals vermieden wird.
Ein Algorithmus zum Erkennen einer Momentanphase basierend auf den Quadraturempfangstaktsignalen und zum Erkennen der Frequenz des Rauschsignals, das von der Interferenzwelle abgeleitet ist, basierend auf der Momentanphase, ist resistent gegen Systemrauschen. Somit erkennt die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 die Frequenz des von der Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals mit hoher Genauigkeit.
Gemäß der ersten Ausführungsform veranlasst das Radargerät 100 die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 in dem Fall, in dem das von der empfangenen Interferenzwelle abgeleitete Empfangsüberlagerungssignal dem von der empfangenen Nutzwelle abgeleiteten Empfangsüberlagerungssignal überlagert wird, die Frequenz der empfangenen Interferenzwelle zu erkennen und die Frequenz des Lokalsignals so zu regeln, dass die Modulationsbandbreite des Lokalsignals außerhalb des Frequenzbandes der empfangenen Interferenzwelle liegt. Die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 kann die Frequenz der empfangenen Interferenzwelle erkennen, ohne ein unabhängiges Intervall zum Erkennen der Frequenz der empfangenen Interferenzwelle bereitzustellen. Auf diese Weise kann die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 den Zeitpunkt zwischen dem Erkennen der Interferenzwelle und dem Vermeiden der Überlagerung des von der empfangenen Interferenzwelle abgeleiteten Empfangstaktsignals mit dem von der empfangenen Nutzwelle abgeleiteten Empfangstaktsignal verkürzen. Zusätzlich kann die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 ein Intervall erweitern, in dem das von der Interferenzwelle abgeleitete Rauschsignal überwacht werden kann. Die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Interferenzwelle verbessern, von der erwartet wird, dass sie zu einem zufälligen Zeitpunkt eintrifft. Da die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 die Frequenz der empfangenen Interferenzwelle mit hoher Genauigkeit schätzen kann, kann die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung 25 die Frequenz des Lokalsignals zur Vermeidung der Interferenzwelle mit hoher Genauigkeit und hoher Zuverlässigkeit regeln. Dementsprechend hat der Radarapparat 100 eine Wirkung, die in der Lage ist, das Ziel mit hoher Genauigkeit stabil zu erkennen.
Die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen sind ein Beispiel für den Inhalt der vorliegenden Offenbarung. Die Konfigurationen der obigen Ausführungsform können mit einer anderen bekannten Technik kombiniert werden. Einige der Konfigurationen der vorliegenden Ausführungsform können ausgelassen oder geändert werden, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Bezugszeichenliste
1 Empfangsantenne; 2 Übertragungsantenne; 3 LNA; 41, 42 MIX; 51, 52 IFA; 61, 62 BBA; 71, 72 BPF; 81, 82 ADC; 91, 92 FIR-Filter; 10 VCO; 11 Chirpsignalgenerator; 12 PLL; 13 LF; 14 Referenzsignalquelle; 15 PA; 16 Phasenschieber; 17 Hochfrequenzschaltung; 18 Basisbandschaltung; 19 MCU; 20 Momentanphasendetektor; 21 Momentanfrequenzdetektor; 22 Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer; 23 Lokalfrequenzregelung; 24 Lokaleinheit; 25 Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung; 26 FFT-Verarbeitungseinheit; 50 Verarbeitungsschaltung; 51 Eingabevorrichtung; 52 Prozessor; 53 Regelung; 54 Ausgabevorrichtung; 100 Radargerät.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6351910 [0004]

Claims

Radarapparat, umfassend: einen Transceiver zum Ausgeben einer Übertragungswelle, die frequenzmoduliert ist, und zum Empfangen einer reflektierten Welle, die sich durch Reflexion der Übertragungswelle von einem Ziel ausbreitet, und zum Ausgeben eines Empfangssignals; und eine Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung, zum Ändern, wenn eine Interferenzwelle zusammen mit der reflektierten Welle empfangen wird, einer Modulationsfrequenz der Übertragungswelle basierend auf einem Ergebnis der Schätzung einer Frequenz der empfangenen Interferenzwelle, wobei die Interferenzwelle eine andere Funkwelle als die reflektierte Welle ist und in einem von einem Modus der Übertragungswelle verschiedenen Modus frequenzmoduliert wird.
Radarapparat nach Anspruch 1, wobei der Transceiver die Übertragungswelle ausgibt, die eine Funkwelle ist, die aus einem Lokalsignal konvertiert wurde, das frequenzmoduliert ist, und die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung eine Lokalfrequenzregelung umfasst zum Regeln, basierend auf dem Ergebnis der Schätzung der Frequenz der empfangenen Interferenzwelle, einer Frequenz des Lokalsignals, so dass ein Modulationsfrequenzband des Lokalsignals außerhalb eines Frequenzbandes der Interferenzwelle fällt.
Radarapparat nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung die Frequenz der Interferenzwelle basierend auf einer Momentanfrequenz schätzt, die auf der Grundlage einer Momentanphase eines Rauschsignals erkannt wird, das von der empfangenen Interferenzwelle abgeleitet ist.
Radarapparat nach Anspruch 3, wobei die Übertragungswelle unter Nutzung eines frequenzmodulierten Dauerwellen-(FMCW) -chirpsignals oder eines schnellen Chirpsignals (FCM) übertragen wird, und die Interferenzwelle sich von der reflektierten Welle in mindestens einer der folgenden Eigenschaften unterscheidet: einer Modulationsbandbreite, einer Startfrequenz, die eine Frequenz zu Beginn eines Modulationszyklus ist, einer Modulationsneigung, die eine Neigung eines Graphen ist, der eine Wellenform repräsentiert, und einer Verzögerungszeit für den Empfang, die einem Zeitpunkt zwischen der Übertragung der Übertragungswelle und dem Empfang der Interferenzwelle entspricht.
Radarapparat nach Anspruch 4, wobei die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung die Momentanphase basierend auf zwei Empfangstaktsignalen erkennt, die jeweils das Empfangssignal nach der Abwärtskonvertierung sind und um 90 Grad verschiedene Phasen aufweisen.
Radarapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung umfasst: eine Konvertierungseinheit zum Konvertieren des Empfangssignals in Daten, die eine Zeit-/Frequenzcharakteristik eines von der empfangenen Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals repräsentieren; und einen Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer zum Schätzen, basierend auf den Daten, die die Zeit-/Frequenzcharakteristik des Rauschsignals repräsentieren, der Frequenz der empfangenen Interferenzwelle.
Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung, die in einen Radarapparat enthalten ist, zum Ausgeben einer Funkwelle, die aus einem frequenzmodulierten Lokalsignal konvertiert ist, und zum Empfangen einer reflektierten Welle, die sich durch Reflexion der Funkwelle von einem Ziel ausbreitet, wobei die Interferenzwellenvermeidungsvorrichtung umfasst: eine Konvertierungseinheit zum Konvertieren eines Empfangssignals in einem Fall, in dem die reflektierte Welle und eine Interferenzwelle gleichzeitig empfangen werden, in Daten, die eine Zeit-/Frequenzcharakteristik eines von der Interferenzwelle abgeleiteten Rauschsignals darstellen, wobei die Interferenzwelle eine andere Funkwelle als die reflektierte Welle ist und in einem Modus frequenzmoduliert ist, der sich von einem Modus der Übertragungswelle unterscheidet; einen Empfangsinterferenzwellenfrequenzschätzer zum Schätzen, basierend auf den Daten, die die Zeit-/Frequenzcharakteristik des Rauschsignals repräsentieren, einer Frequenz der empfangenen Interferenzwelle; und eine Lokalfrequenzregelung zum Regeln, basierend auf einem Ergebnis der Schätzung der Frequenz der empfangenen Interferenzwelle, einer Frequenz des Lokalsignals, so dass ein Modulationsfrequenzband des Lokalsignals außerhalb eines Frequenzbandes der Interferenzwelle liegt.