EP3769107A1 - Radarsensorkopf für ein radarsystem - Google Patents

Radarsensorkopf für ein radarsystem

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Publication number
EP3769107A1
EP3769107A1 EP19701189.3A EP19701189A EP3769107A1 EP 3769107 A1 EP3769107 A1 EP 3769107A1 EP 19701189 A EP19701189 A EP 19701189A EP 3769107 A1 EP3769107 A1 EP 3769107A1
Authority
EP
European Patent Office
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data
radar
sensor head
calibration
radar sensor
Prior art date
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Pending
Application number
EP19701189.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcel Mayer
Michael Schoor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3769107A1 publication Critical patent/EP3769107A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G01S7/4008—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system of transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
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    • G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G01S7/4021—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system of receivers

Definitions

  • Radar sensor head for a radar system
  • the invention relates to a radar sensor head for a radar system.
  • the invention further relates to a radar system.
  • the invention further relates to a method for producing a radar sensor head for a radar system.
  • radar sensors For vehicles with a high level of driver assistance functions or automated driving function, more and more radar sensors are installed. Higher numbers of radar sensors are designed to increase the efficiency of automated or semi-automated case functions over single radar sensors. Previous solutions in this area consist of radar sensors, which perform sensor-extensive data processing of the received radar waves. Thus, the radar sensors can provide data at object or locating level for further evaluation by the vehicle. As a result, the amount of data transmitted to the vehicle can be reduced, but the respective radar sensors must have a higher computing power and a larger memory.
  • the disadvantage here is that the computing power and the memory size are comparatively unfavorable scalable in terms of increased performance. This results in particular from the fact that, based on a defined requirement on the performance, the microcontroller technology is no longer sufficient for the necessary processing steps of the received radar waves. Therefore, to increase performance, the necessary calculations and analyzes must be performed within the sensor within the framework of microprocessor technologies. This can be detrimental to the price, size and power loss of a radar sensor. Disclosure of the invention
  • the problem underlying the invention can be seen in proposing a radar sensor head for a radar system which is inexpensive and flexible with regard to the number of elements used.
  • a radar sensor head for a radar system comprising:
  • At least one transmitting antenna for generating and at least one receiving antenna for receiving radar waves
  • a calibration data device for at least partial calibration of the transmitting antenna and / or the receiving antenna, calibration data for the transmitting antenna and the receiving antenna being able to be stored by means of the calibration data device.
  • a calibration data device can be implemented in the radar sensor head with little effort, by means of which at least one partial calibration of the
  • Radar sensor head can be made. In this way it is e.g. possible to carry out an exchange of Radarsensorkopfs during a workshop stay efficiently.
  • Today's radar sensors are often designed as a fast-chirp radar. This means that many fast FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) ramps are sent to a scan area, which is also referred to as a so-called chirp sequence or a rapid chirp method.
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • the baseband signals are filtered, digitized and generally fed to a 2D Fourier transform. Since a subsequent Doppler FFT (fast Fourier transform) can take place only when the data or measurement signals of all ramps or frequencies have been processed, a large memory for buffering the received radar signals is necessary.
  • Doppler FFT fast Fourier transform
  • radar sensors are used in a vehicle, it is advantageous to concentrate the required computing power in at least one central control unit.
  • the respective radar sensors can thus be used as compact and inexpensive radar sensor heads without significant
  • a proposed radar sensor head includes components for generating and transmitting radar waves, and components for receiving and processing received radar waves. The processing of received
  • Radar waves is limited to the smallest possible extent or takes place with the least possible effort.
  • Measurement data of the received radar waves are digitized by the analog-to-digital converter and then transmitted with a high bandwidth to the at least one central control unit.
  • the further processing of the digitized measured data from the at least one radar sensor head can then take place in at least one central control device.
  • the costs for the respective radar sensor heads can be reduced because less computing power is required in the radar sensor heads.
  • the radar system according to the invention can be extended inexpensively and flexibly compared to previous solutions and scaled. Furthermore, the higher computing power of the at least one central control device makes it possible to use more complex and powerful algorithms for processing the received radar waves.
  • a first processing stage into a high-frequency module such as, for example, a so-called Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC).
  • MMIC Monolithic Microwave Integrated Circuit
  • the analysis unit can perform a range FFT of the digitized measurement data.
  • other Fourier transforms may also be used.
  • this first processing stage can be integrated inexpensively into the existing components of a radar sensor head since the required area in the high-frequency component is very small and there is a small storage requirement.
  • the silicon area used can usually remain the same.
  • a preferred embodiment of the radar sensor head is characterized in that a full calibration can be carried out by means of the calibration data device. Thus, it is advantageously possible to complete the calibration of
  • Radarsensorkopf perform without using a central control unit.
  • a calibration matrix is applicable.
  • the application of the calibration matrix corresponds to a matrix-vector multiplication, wherein a vector this case a defined number of
  • Another preferred embodiment of the radar sensor head is characterized in that a frequency correction can be carried out during the calibration process. In this way, a specific type of calibration can be performed, which makes sense, for example, when filter characteristics have to be corrected.
  • a further preferred embodiment of the radar sensor head is characterized in that the calibration data are at least one of the following: typical noise level, antenna properties, amplitude / phase deviations, position of the antenna elements, temperature characteristics, temperature responses. In this way, advantageously different properties of the antennas can be compensated during operation of the radar sensor head or
  • a further preferred embodiment of the radar sensor head provides that a Fourier transformation can be carried out by means of the preprocessing unit.
  • a preprocessing of the received data is carried out, as a result of which a data rate to a downstream central control device is advantageously reduced significantly.
  • a further preferred embodiment of the radar sensor head is characterized in that the radar waves received by the at least one receiving antenna can be converted into digital measurement data by an analog-to-digital converter and can be marked with at least one time information. In this way, receive sequences can be assigned exactly in time, which supports accurate processing of the measurement data.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a proposed radar sensor head
  • Fig. 2 is a schematic representation of a radar system with a
  • Fig. 3 is a schematic representation of a method for producing a Radarsensorkopfs.
  • the same constructive elements each have the same reference numerals.
  • the radar sensor head 100 has at least one transmitting antenna 10, which can be operated via an associated antenna controller 11.
  • the radar sensor head 100 has at least one transmitting antenna 10, which can be operated via an associated antenna controller 11.
  • Antenna controller 1 1 is coupled inter alia with at least one oscillator or synthesizer 30 for generating a carrier frequency of the radar waves.
  • the antenna controller 21 is functionally connected to an evaluation unit 40, wherein received radar waves by means of an arranged in the evaluation unit 40 A / D converter into digital
  • Measurement data are converted and then in a first
  • Processing step by means of a preprocessing unit 50 are transformed.
  • the radar waves received by the receiving antenna 20 of the radar sensor head 100 can be converted by the analog-to-digital converter into digital measured data and can be marked with at least one time information.
  • the received radar waves or measurement data can be converted into a digital format and thus processed more easily.
  • the measured data converted into a digital format can be combined with a
  • Timestamp be provided. For example, each recorded spectrum may be given its own timestamp.
  • the fast Fourier transform is preferably a range FFT, which may be adapted to the particular application, wherein the range FFT represents a first dimension of the FFT, in which the Doppler effect plays a minor role and resulting frequency bins almost exclusively are distance-dependent. Since this transformation requires relatively little memory, the Analysis unit 50, for example, manufactured in RFCMOS technology and integrated into an MMIC, such as a high-frequency module of the Radarsensorkopfes 100. Since not all range bins are required due to the anti-aliasing filter, for example 90% or 45% of the bins, the resulting amount of data can be reduced and the FFT simultaneously used as a buffer to reduce peak data rates of the radar sensor head 100.
  • a calibration data unit 70 in which calibration data are kept available, can be identified in the radar sensor head 100.
  • the calibration data can be at least one of the following: typical noise level of the antennas, antenna properties, amplitudes / phase deviations of the antennas, position of antenna elements, temperature characteristics or characteristics of the antennas.
  • the calibration data e.g. Antenna properties that are due to a technological manufacturing process, be adapted or compensated. This makes it possible to perform at least a partial calibration of the transmitting and / or receiving antenna of the Radarsensorkopfs 100, wherein alternatively, a full calibration of said antennas is possible.
  • the calibration may be good enough for processing steps to detection, but not for angle estimation.
  • the amount of data is advantageously already reduced by the detection.
  • the determination of the calibration data takes place once in the production, whereby the application of the calibration data takes place during the operational operation of the radar sensor head 100.
  • a processing of signals or a suitable control of the antennas can be carried out, whereby a full calibration does not have to be performed by the downstream central control device (not shown).
  • Deviations of the antenna pattern from an ideal antenna pattern can be described by so-called “global calibration matrices” which describe deviations caused by phase and amplitude errors as well as by feedback between the channels (see also FIG.
  • a radar sensor head 100 is realized, whose main function is the radar front end with digitization of the received signal. After the analog-to-digital conversion, the processing can take place with as little effort as possible, wherein the data is transmitted to the central control device 120 with high bandwidth and processed there.
  • the radar sensor head 100 also has a connection 80 to a broadband data line (not shown) via which data is transmitted to the central control device (not shown).
  • FIG. 2 shows a basic block diagram of a radar system 200 for a vehicle realized with the proposed radar sensor head 100.
  • the transformed digital measurement data is transmitted to a central control device 120 via a broadband data line 110.
  • the transmitted digital measured data is assigned a time stamp by means of the first control unit 60 arranged in the radar sensor head 100 and likewise transmitted to the central control device 120. If the signal processing takes place in the central control device 120, then the calibration data must be present there.
  • the calibration data are used by the central control device 120 in the signal processing, for example, by a detection unit 150 arranged there. However, the calibration of the antennas 10, 20 can also take place at least partially in the sensor head 100.
  • the central controller 120 may receive and further process the transmitted digital measurement data, e.g. by means of a memory 130, a transformation unit 140 for performing a Doppler FFT and a second control unit 160, which interacts functionally with the first control unit 60 of the radar sensor head 100.
  • the timestamps transmitted with the measurement data allow them to be precisely timed.
  • the radar system 200 may, for example, be configured as a chirp sequence radar, but may also be operated with other types of modulation.
  • Alternative radar methods may be, for example, slow FMCW radars without a post-Doppler FFT, PN radars (pseudo-noise) with an analyzer as a correlator bank, or an OFDM radar with an analyzer to perform spectral division.
  • the computational effort in the at least one central control device 120 can be reduced.
  • a data volume to be transmitted via the data line 110 can thereby be reduced.
  • the at least one time information can be generated by a first control unit 60 arranged in the radar sensor head 100.
  • the first control unit 60 can, for example, receive and convert 10 transmitted control commands via the data line 110 and provide the digitized measured data with precise time information.
  • the first control unit 60 can be used for controlling the at least one radar sensor head 100 and, for example, for monitoring control or cycle control.
  • the transmitted measurement data from the first control unit 60 must, for example, be timestamped for each Chirp or cycle are added so that the central control device 120 can make good use of the transmitted data from the Radarsensorkopf 100 measurement data.
  • the transmission antenna 10 of the radar sensor head 100 has an oscillator 30 for generating a carrier frequency, wherein the oscillator 30 is adjustable by the second control unit 160 of the central control device 120.
  • the first control unit 60 in the radar sensor head 100 which interacts functionally with the second control unit 160, control of the components of the radar sensor head 100 by the central control device 120 can advantageously be realized.
  • the oscillator or oscillators of the Radarsensorkopfes 100 can be controlled or regulated directly or indirectly.
  • Oscillators of a radar system 200 with at least two radar sensor heads 100 can be synchronized with one another by the central control device 120.
  • a plurality of mutually objected radar sensor heads 100 can be installed and connected in a data-conducting manner to one or more central control devices 120 via data connections.
  • control units 60 in the different radar sensor heads 100, when multiple radar sensor heads 100 are used, the respective oscillators of the transmit antennas 10 can be synchronized with each other. In this way, the accuracy of the measurement results can be advantageously increased. As a result, the driver assistance functions or the automated driving functions of the vehicle can be optimized.
  • Influences of performance can be increased as desired.
  • the central control device 120 has at least one processor for processing received data and at least one memory 130 for at least temporary storage of data. As a result, the central control device 120 can at least temporarily store the measured data transmitted by the data line 110 from the radar sensor head 100 and in accordance with FIG.
  • the central controller 120 may be swapped as needed by a more powerful controller. Since microprocessor technology is preferably used, sophisticated algorithms can be used to process the Measurement data used and thus more accurate calculation results can be achieved.
  • radar sensor heads 100 are connected via corresponding data lines 110 to a central control device 120 (not shown).
  • the central control device 120 outputs control commands via the data lines 110 to the control units 60 of the respective radar sensor heads 100, whereby the different
  • Radar sensor heads 100 and in particular the respective oscillators 30 are optimally matched and synchronized.
  • FIG. 3 shows a basic sequence of a method for producing a radar sensor head.
  • a step 300 provision is made of at least one transmitting antenna 10 for generating and at least one receiving antenna 20 for receiving radar waves.
  • step 310 provision is made of a preprocessing unit 50 for defined preprocessing of received data.
  • step 320 an interface 80 for connecting the radar sensor head 100 to a data line 110 is provided.
  • a provision of a calibration data device 50, 70 for at least partial calibration of the transmitting antenna 10 and / or the receiving antenna 20 is carried out, wherein calibration data for the transmitting antenna 10 and the receiving antenna 20 can be stored by means of the calibration data device 50, 70.

Landscapes

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Abstract

Radarsensorkopf (100) für ein Radarsystem, aufweisend: mindestens eine Sendeantenne (10) zum Erzeugen und mindestens eine Empfangsantenne (20) zum Empfangen von Radarwellen; eine Vorverarbeitungseinheit (50) zum definierten Vorverarbeiten von Empfangsdaten; eine Schnittstelle (80) zum Anschließen des Radarsensorkopfs (100) an eine Datenleitung (110); und eine Kalibrierdateneinrichtung (50, 70) zur zumindest teilweisen Kalibrierung der Sendeantenne (10) und/oder der Empfangsantenne (20), wobei mittels der Kalibrierdateneinrichtung (50, 70) Kalibrierdaten für die Sendeantenne (10) und die Empfangsantenne (20) hinterlegbar sind.

Description

Beschreibung
Titel
Radarsensorkopf für ein Radarsvstem
Die Erfindung betrifft einen Radarsensorkopf für ein Radarsystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Radarsystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Radarsensorkopfs für ein Radarsystem.
Stand der Technik
Bei Fahrzeuge mit einem hohem Level an Fahrerassistenzfunktionen oder automatisierten Fahrfunktion werden immer mehr Radarsensoren verbaut. Durch eine höhere Anzahl an Radarsensoren wird eine höhere Leistungsfähigkeit der automatisierten oder teilautomatisierten Fall Funktionen gegenüber einzelnen Radarsensoren angestrebt. Bisherige Lösungen in diesem Bereich bestehen aus Radarsensoren, welche sensorintern umfangreiche Datenverarbeitung der empfangenen Radarwellen durchführen. Somit können die Radarsensoren Daten auf Objekt- oder Ortungsebene für eine weitere Auswertung durch das Fahrzeug liefern. Hierdurch kann die an das Fahrzeug übertragene Datenmenge reduziert werden, jedoch müssen die jeweiligen Radarsensoren eine höhere Rechen- leistung und einen größeren Speicher aufweisen.
Nachteilig ist hierbei, dass die Rechenleistung und die Speichergröße verhältnis- mäßig ungünstig in Bezug auf gesteigerte Leistungsfähigkeit skalierbar sind. Dies resultiert insbesondere daraus, dass ausgehend von einer definierten Anforder- ung an die Leistungsfähigkeit die Mikrocontroller-Technologie für die notwend- igen Verarbeitungsschritte der empfangenen Radarwellen nicht mehr ausreicht. Daher müssen zum Steigern der Leistungsfähigkeit die notwendigen Berech- nungen und Analysen sensorintern im Rahmen von Mikroprozessor-technologien durchgeführt werden. Dies kann sich nachteilig auf einen Preis, eine Größe und auf Verlustleistungen eines Radarsensors auswirken. Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, einen Radarsensorkopf für ein Radarsystem vorzuschlagen, welches preiswert und flexibel im Hinblick auf die Anzahl der verwendeten Elemente skalierbar ist.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Radarsensorkopf für ein Radarsystem, aufweisend:
mindestens eine Sendeantenne zum Erzeugen und mindestens eine Empfangsantenne zum Empfangen von Radarwellen;
eine Vorverarbeitungseinheit zum definierten Vorverarbeiten von
Empfangsdaten;
eine Schnittstelle zum Anschließen des Radarsensorkopfs an eine Datenleitung; und
eine Kalibrierdateneinrichtung zur zumindest teilweisen Kalibrierung der Sendeantenne und/oder der Empfangsantenne, wobei mittels der Kalibrierdateneinrichtung Kalibrierdaten für die Sendeantenne und die Empfangsantenne hinterlegbar sind.
Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Partitionierung des Gesamtsystems durch Bereitstellung eines Radarsensorkopfs ermöglicht. Vorteilhaft kann in den Radarsensorkopf mit geringem Aufwand eine Kalibrierdateneinrichtung implementiert werden, mittels der mindestens eine Teilkalibrierung des
Radarsensorkopfs vorgenommen werden kann. Auf diese Weise ist es z.B. möglich, einen Austausch des Radarsensorkopfs bei einem Werkstattaufenthalt effizient durchzuführen.
Heutige Radarsensoren werden häufig als Fast-Chirp-Radar ausgelegt. Das bedeutet, dass viele schnelle FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave)- Rampen in einen Abtastbereich gesendet werden, was auch als eine sogenannte Chirp Sequenz oder als ein Rapid Chirp Verfahren bezeichnet wird. Nach der Mischung der empfangenen Radarsignale werden die Basisbandsignale gefiltert, digitalisiert und allgemein einer 2D-Fouriertransformation zugeführt. Da eine anschließende Doppler-FFT (Fast-Fourier-Transformation) erst stattfinden kann, wenn die Daten bzw. Messsignale aller Rampen bzw. Frequenzen verarbeitet wurden, ist ein großer Speicher zum Puffern der empfangenen Radarsignale notwendig. Darüber hinaus besteht aufgrund der hohen Latenzanforderung ein Bedarf an einer hohen Rechenleistung, weswegen üblicherweise Hardware- beschleuniger eingesetzt werden.
Unter dem Aspekt, dass mehrere Radarsensoren in einem Fahrzeug eingesetzt werden ist es vorteilhaft die benötigte Rechenleistung in mindestens einem zentralen Steuergerät zu konzentrieren. Die jeweiligen Radarsensoren können somit als kompakte und preiswerte Radarsensorköpfe ohne signifikante
Verlustleistungen gestaltet sein. Dadurch kann insgesamt ein besseres Preis- Leistungs-Verhältnis erzielt und eine höhere Leistungsfähigkeit des Radar- systems realisiert werden.
Ein vorgeschlagener Radarsensorkopf weist Komponenten zum Erzeugen und Senden von Radarwellen sowie Komponenten zum Empfangen und Verarbeiten von empfangenen Radarwellen auf. Die Verarbeitung der empfangenen
Radarwellen beschränkt sich hierbei auf ein möglichst geringes Maß bzw. findet mit einem möglichst geringen Aufwand statt. Insbesondere können die
Messdaten der empfangenen Radarwellen durch den Analog-Digital-Wandler digitalisiert und anschließend mit einer hohen Bandbreite an das mindestens eine zentrale Steuergerät übertragen werden. Die Weiterverarbeitung der digitali- sierten Messdaten von dem mindestens einen Radarsensorkopf kann anschlie- ßend in wenigstens einer zentralen Steuervorrichtung erfolgen.
Hierdurch können die Kosten für die jeweiligen Radarsensorköpfe reduziert werden, da weniger Rechenleistung in den Radarsensorköpfen notwendig ist. Darüber hinaus kann eine geringere Verlustleistung in den jeweiligen
Radarsensorköpfen aufgrund der geringeren Anzahl an Verarbeitungsschritten anfallen. Zwar steigt der Rechenaufwand in der mindestens einen zentralen Steuervorrichtung, jedoch kann hierbei die Rechenleistung im Vergleich zu den anfallenden Kosten leichter bzw. mit einem geringeren Aufwands skaliert werden. Bei einer Gesamtbetrachtung des Radarsystems kann das erfindungsgemäße Radarsystem preiswert und flexibel gegenüber bisherigen Lösungen erweitert und skaliert werden. Des Weiteren können durch die höhere Rechenleistung der mindestens einen zentralen Steuervorrichtung komplexere und leistungsfähigere Algorithmen zum Verarbeiten der empfangenen Radarwellen eingesetzt werden.
Mit zunehmender Hochintegration ist es zusätzlich möglich, in einen Hoch- frequenzbaustein wie beispielsweise einen so genannten Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) eine erste Verarbeitungsstufe zu integrieren. Dies kann vorzugsweise eine Analyseeinheit zum Durchführen einer Fourier-Analyse sein. Beispielsweise kann die Analyseeinheit eine Range FFT der digitalisierten Mess- daten durchführen. Abhängig von den verwendeten Modulationsverfahren können auch andere Fourier-Transformationen verwendet werden. Diese erste Verarbeitungsstufe ist in der Regel preiswert in die bestehenden Komponenten eines Radarsensorkopfes integrierbar, da die benötigte Fläche im Hochfrequenz- baustein sehr gering ist und ein geringer Speicherbedarf besteht. Somit kann bei der Herstellung des entsprechenden Hochfrequenzbausteins die verwendete Siliziumfläche üblicherweise gleich bleiben.
Eine bevorzugte Ausführung vom des Radarsensorkopfs zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der Kalibrierdateneinrichtung eine Vollkalibrierung durchführbar ist. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, die Kalibrierung vollständig vom
Radarsensorkopf ohne Verwendung eines Zentralsteuergeräts durchführen zu lassen.
Eine weitere bevorzugte Ausführung des Radarsensorkopfs ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Kalibriervorgang auf definierte Kanäle der
Sendeantenne und/oder der Empfangsantenne eine Kalibriermatrix anwendbar ist. Die Anwendung der Kalibriermatrix entspricht dabei einer Matrix-Vektor- Multiplikation, wobei ein Vektor diesem Fall eine definierte Anzahl von
Empfangskanälen repräsentiert.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorkopfs zeichnet sich dadurch aus, dass beim Kalibriervorgang eine Frequenzkorrektur durchführbar ist. Auf diese Weise kann eine spezifische Art der Kalibrierung durchgeführt werden, die z.B. sinnvoll ist, wenn Filtercharakteristiken korrigiert werden müssen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorkopfs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierdaten wenigstens eines aus Folgendem sind: typisches Rauschniveau, Antenneneigenschaften, Amplituden/Phasen- abweichungen, Position der Antennenelemente, Temperatureigenschaften, Temperaturgänge. Auf diese Weise können im Betrieb des Radarsensorkopfs vorteilhaft unterschiedliche Eigenschaften der Antennen kompensiert bzw.
angepasst werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorkopfs sieht vor, dass mittels der Vorverarbeitungseinheit eine Fourier-Transformation ausführbar ist. Dabei wird eine Vorverarbeitung der Empfangsdaten vorgenommen, wodurch eine Datenrate an eine nachgeschaltete zentrale Steuervorrichtung vorteilhaft bedeutsam verringert ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorkopfs ist dadurch gekennzeichnet, dass die von der mindestens einen Empfangsantenne empfan- genen Radarwellen durch einen Analog-Digital-Wandler in digitale Messdaten wandelbar und mit mindestens einer Zeitinformation markierbar sind. Auf diese Weise können Empfangssequenzen zeitlich genau zugeordnet werden, was eine genaue Verarbeitung der Messdaten unterstützt.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstel- lungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Radarsensor- kopfs;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Radarsystems mit einer
Ausführungsform eines vorgeschlagenen Radarsensorkopfs; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines Radarsensorkopfs. In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Radarsensor- kopfs 100. Der Radarsensorkopf 100 weist wenigstens eine Sendeantenne 10 auf, die über eine zugeordnete Antennensteuerung 11 betreibbar ist. Die
Antennensteuerung 1 1 ist unter anderem mit mindestens einem Oszillator bzw. Synthesizer 30 zum Erzeugen einer Trägerfrequenz der Radarwellen gekoppelt.
Ferner ist mindestens eine Empfangsantenne 20 mit einer zugeordneten
Antennensteuerung 21 verbunden. Die Antennensteuerung 21 ist funktional mit einer Auswerteeinheit 40 verbunden, wobei empfangene Radarwellen mittels eines in der Auswerteeinheit 40 angeordneten A/D-Wandlers in digitale
Messdaten umgewandelt werden und anschließend in einem ersten
Verarbeitungsschritt mittels einer Vorverarbeitungseinheit 50 transformiert werden.
Die von der Empfangsantenne 20 des Radarsensorkopfes 100 empfangenen Radarwellen sind durch den Analog-Digital-Wandler in digitale Messdaten wandelbar und mit mindestens einer Zeitinformation markierbar. Hierdurch können die empfangenen Radarwellen bzw. Messdaten in ein digitales Format umgewandelt und somit einfacher weiterverarbeitet werden. Vorteilhafterweise können die in ein digitales Format umgewandelten Messdaten mit einem
Zeitstempel versehen werden. Es kann beispielsweise jedes aufgezeichnete Spektrum einen eigenen Zeitstempel erhalten.
Mittels der Vorverarbeitungseinheit 50 sind eine Fourier-Transformation und/oder eine Kalibrierung ausführbar. Somit werden die Abtastwerte bzw. empfangenen Radarwellen nach dem Digitalisieren nicht direkt übertragen, sondern einem ersten Verarbeitungsprozess unterzogen. Die schnelle Fourier-Transformation ist vorzugsweise eine Range-FFT, welche an den jeweiligen Verwendungszweck angepasst sein kann, wobei die Range-FFT eine erste Dimension der FFT repräsentiert, bei der der Doppler-Effekt eine untergeordnete Rolle spielt und resultierende Frequenz-Bins fast ausschließlich entfernungsabhängig sind. Da diese Transformation verhältnismäßig wenig Speicher benötigt, kann die Analyseeinheit 50 beispielsweise in RFCMOS-Technologie hergestellt und in einen MMIC, wie einen Hochfrequenzbaustein des Radarsensorkopfes 100 integriert werden. Da aufgrund des Anti-Aliasing-Filters nicht alle Range-Bins benötigt werden, beispielsweise 90% oder 45% der Bins, kann hierbei die resultierende Datenmenge reduziert werden und die FFT gleichzeitig als Puffer zur Reduktion von Spitzendatenraten des Radarsensorkopfes 100 genutzt werden.
Man erkennt im Radarsensorkopf 100 ferner eine Kalibrierdateneinheit 70, in der Kalibrierdaten vorgehalten werden. Die Kalibrierdaten können dabei wenigstens eines aus Folgendem sein: typisches Rauschniveau der Antennen, Antennen- eigenschaften, Amplituden/Phasenabweichungen der Antennen, Position von Antennenelementen, Temperatureigenschaften bzw. -gänge der Antennen.
Durch die Kalibrierdaten können z.B. Antenneneigenschaften, die durch einen technologischen Herstellungsprozess bedingt sind, angepasst bzw. kompensiert werden. Dadurch ist es möglich, wenigstens eine Teilkalibrierung der Sende- und/oder Empfangsantenne des Radarsensorkopfs 100 durchzuführen, wobei alternativ auch eine Vollkalibrierung der genannten Antennen möglich ist.
Beispielsweise kann die Kalibrierung gut genug für Verarbeitungsschritte bis zur Detektion sein, jedoch nicht für eine Winkelschätzung. Hier ist die Datenmenge durch die Detektion allerdings vorteilhaft schon reduziert.
Die Ermittlung der Kalibrierdaten erfolgt einmalig bei der Herstellung, wobei die Anwendung der Kalibrierdaten während des operativen Betriebs des Radar- sensorkopfs 100 erfolgt. Mittels der Kalibrierdaten kann eine Verarbeitung von Signalen bzw. eine geeignete Ansteuerung der Antennen durchgeführt werden, wobei dadurch von der nachgeschalteten zentralen Steuervorrichtung (nicht dargestellt) nicht mehr eine volle Kalibrierung vorgenommen werden muss.
Abweichungen des Antennendiagramms von einem idealen Antennendiagramm können durch sogenannte„globale Kalibrierungsmatrizen“ beschrieben werden, die Abweichungen beschreiben, die durch Phasen- und Amplitudenfehler, sowie durch Rückkopplungen zwischen den Kanälen entstehen (siehe auch
Dissertation M. Schoor,„Hochauflösende Winkelschätzung für automobile Radarsysteme“, 2010). Diese Kalibrierungsmatrizen beschreiben die Abweichungen, die durch Phasen- und Amplitudenfehler entstehen, sowie durch Kopplungen zwischen einzelnen Kanälen der Antennen. Diese Art der Kalibrierung kann direkt im Sensorkopf 100 durchgeführt werden, wodurch es, soweit die Fehler dies zulassen, in der zentralen Steuervorrichtung 120 keine Berücksichtigung der Hardwareeigen- schaften mehr bedarf. Idealerweise können auf diese Art und Weise sämtliche relevanten Hardwareeigenschaften durch den Sensorkopf 100 bereitgestellt werden.
Im Ergebnis wird dadurch ein Radarsensorkopf 100 realisiert, dessen Haupt- funktion das Radar-Frontend mit Digitalisierung des Empfangssignals darstellt. Nach der Analog-Digital-Wandlung kann die Verarbeitung mit möglichst geringem Aufwand stattfinden, wobei die Daten mit hoher Bandbreite an die zentrale Steuervorrichtung 120 übertragen und dort verarbeitet werden.
Dies reduziert vorteilhaft die Kosten im Radarsensorkopf 100, da dort weniger Rechenleistung benötigt wird und auch weniger Verlustleistung an einer ungün- stigen Stelle (z.B. aufgrund des Verbauorts im Fahrzeug) anfällt, wobei die Rechenleistung vorteilhaft an die zentrale Steuervorrichtung 120 ausgelagert wird. Dort skaliert die Rechenleistung deutlich besser im Vergleich zu den Kosten, sodass insgesamt eine vorteilhafte Auslagerung von Rechenleistung in die zentrale Steuervorrichtung 120 erreicht wird. Dies ermöglicht dort die Aus- führung von Berechnungsalgorithmen, die deutlich mehr Rechenleistung benö- tigen, als in einem Einzelsensor verfügbar sein könnte.
Der Radarsensorkopf 100 weist ferner einen Anschluss 80 an eine breitbandige Datenleitung (nicht dargestellt) auf, über die Daten an die zentrale Steuervor- richtung (nicht dargestellt) übertragen werden.
Fig. 2 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild eines mit dem vorgeschlagenen Radarsensorkopf 100 realisierten Radarsystems 200 für ein Fahrzeug.
Vorgesehen ist, dass die transformierten digitalen Messdaten über eine breitbandige Datenleitung 110 an eine zentrale Steuervorrichtung 120 übertragen werden. Den übertragenen digitalen Messdaten wird mittels der im Radarsensor- kopf 100 angeordneten ersten Steuerungseinheit 60 ein Zeitstempel zugeordnet und ebenfalls an die zentrale Steuervorrichtung 120 übertragen. Findet die Signalverarbeitung in der zentralen Steuervorrichtung 120 statt, so müssen die Kalibrierdaten dort vorliegen. Die Kalibrierdaten werden von der zentralen Steuervorrichtung 120 bei der Signalverarbeitung verwendet, z.B. von einer dort angeordneten Detektionseinheit 150. Die Kalibrierung der Antennen 10, 20 kann jedoch zumindest teilweise auch im Sensorkopf 100 erfolgen.
Die zentrale Steuervorrichtung 120 kann die übertragenen digitalen Messdaten empfangen und weiterverarbeiten, z.B. mittels eines Speichers 130, einer Transformationseinheit 140 zum Durchführen einer Doppler-FFT und einer zweiten Steuerungseinheit 160, die mit der ersten Steuerungseinheit 60 des Radarsensorkopfs 100 funktional interagiert. Durch die mit den Messdaten übertragenen Zeitstempel können diese zeitlich präzise eingeordnet werden.
Das Radarsystem 200 kann beispielsweise als ein Chirp-Sequence-Radar ausgebildet sein, kann jedoch auch mit anderen Modulationsarten betrieben werden. Alternative Radarverfahren können beispielsweise langsame FMCW- Radare ohne eine nachträgliche Doppler-FFT, PN-Radare (Pseudo-Noise) mit einer Analyseeinheit als eine Korrelatorbank oder ein OFDM-Radar mit einer Analyseeinheit zum Durchführen einer spektralen Division sein.
Durch das vorgeschlagene Vorhalten der Kalibrierdaten im Radarsensorkopf 100 kann der Rechenaufwand in der mindestens einen zentralen Steuervorrichtung 120 verringert werden. Darüber hinaus kann dadurch eine über die Datenleitung 1 10 zu übertragende Datenmenge reduziert werden.
Im Radarsystem 200 ist die mindestens eine Zeitinformation durch eine im Radarsensorkopf 100 angeordnete erste Steuerungseinheit 60 erzeugbar. Die erste Steuerungseinheit 60 kann beispielsweise über die Datenleitung 1 10 übertragene Steuerbefehle empfangen und umsetzen und die digitalisierten Messdaten mit präzisen Zeitinformationen versehen. Des Weiteren kann die erste Steuerungseinheit 60 für eine Steuerung des mindestens einen Radar- sensorkopfes 100 sowie beispielsweise zur Überwachungssteuerung oder eine Zyklussteuerung eingesetzt werden. Damit im Radarsystem 200 eine zeitliche Synchronisation stattfinden kann, müssen den übertragenen Messdaten von der ersten Steuerungseinheit 60 beispielsweise Zeitstempel für jeden übertragenen Chirp bzw. Zyklus zugefügt werden, damit die zentrale Steuervorrichtung 120 die vom Radarsensorkopf 100 übertragenen Messdaten sinnvoll nutzen kann.
Die Sendeantenne 10 des Radarsensorkopfes 100 weist einen Oszillator 30 zum Erzeugen einer Trägerfrequenz auf, wobei der Oszillator 30 durch die zweite Steuerungseinheit 160 der zentralen Steuervorrichtung 120 einstellbar ist. Durch die Implementierung der ersten Steuerungseinheit 60 in den Radarsensorkopf 100, die mit der zweiten Steuerungseinheit 160 funktional zusammenwirkt, kann vorteilhaft eine Steuerung der Komponenten des Radarsensorkopfes 100 durch die zentrale Steuervorrichtung 120 realisiert werden. Somit können auch der oder die Oszillatoren des Radarsensorkopfes 100 direkt oder indirekt gesteuert oder geregelt werden.
Oszillatoren eines Radarsystems 200 mit wenigstens zwei Radarsensorköpfen 100 (nicht dargestellt) sind durch die zentrale Steuervorrichtung 120 miteinander synchronisierbar. In einem Fahrzeug können mehrere voneinander beanstandete Radarsensorköpfe 100 verbaut und mit einer oder mehreren zentralen Steuervor- richtungen 120 über Datenverbindungen datenleitend verbunden sein. Durch die implementierten Steuereinheiten 60 in den unterschiedlichen Radarsensorköpfen 100 können bei einer Verwendung von mehreren Radarsensorköpfen 100 die jeweiligen Oszillatoren der Sendeantennen 10 miteinander synchronisiert werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Messergebnisse vorteilhaft gesteigert werden. Hierdurch können die Fahrerassistenzfunktionen oder die automatisierten Fahrfunktionen des Fahrzeugs optimiert werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der verwendeten Radarsensorköpfe 100 ohne negative
Einflüsse der Leistungsfähigkeit beliebig erhöht werden.
Die zentrale Steuervorrichtung 120 weist mindestens einen Prozessor zum Verarbeiten von empfangenen Daten und mindestens einen Speicher 130 zum zumindest zeitweisen Speichern von Daten auf. Hierdurch kann die zentrale Steuervorrichtung 120 die durch die Datenleitung 1 10 übertragenen Messdaten vom Radarsensorkopf 100 zumindest zeitweise speichern und gemäß
Anforderung der jeweiligen Anwendung verarbeiten, weiterleiten oder ausgeben. Die zentrale Steuervorrichtung 120 kann bei Bedarf durch eine leistungsfähigere Steuereinheit getauscht werden. Da vorzugsweise Mikroprozessortechnologie verwendet wird, können anspruchsvolle Algorithmen zum Verarbeiten der Messdaten eingesetzt und somit genauere Berechnungsergebnisse erzielt werden.
Denkbar ist auch, dass mehrere (z.B. drei) Radarsensorköpfe 100 über entsprechende Datenleitungen 110 mit einer zentralen Steuervorrichtung 120 verbunden sind (nicht dargestellt). Die zentrale Steuervorrichtung 120 gibt hierbei über die Datenleitungen 110 Steuerbefehle an die Steuereinheiten 60 der jeweiligen Radarsensorköpfe 100 aus, wodurch die unterschiedlichen
Radarsensorköpfe 100 und insbesondere die jeweiligen Oszillatoren 30 optimal aufeinander abgestimmt und synchronisiert werden.
Fig. 3 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines Radarsensorkopfs.
In einem Schritt 300 wird ein Bereitstellen mindestens einer Sendeantenne 10 zum Erzeugen und mindestens eine Empfangsantenne 20 zum Empfangen von Radarwellen durchgeführt.
In einem Schritt 310 wird ein Bereitstellen einer Vorverarbeitungseinheit 50 zum definierten Vorverarbeiten von Empfangsdaten durchgeführt.
In einem Schritt 320 wird ein Bereitstellen einer Schnittstelle 80 zum Anschließen des Radarsensorkopfs 100 an eine Datenleitung 1 10 durchgeführt.
In einem Schritt 330 wird ein Bereitstellen einer Kalibrierdateneinrichtung 50, 70 zur zumindest teilweisen Kalibrierung der Sendeantenne 10 und/oder der Empfangsantenne 20 durchgeführt, wobei mittels der Kalibrierdateneinrichtung 50, 70 Kalibrierdaten für die Sendeantenne 10 und die Empfangsantenne 20 hinterlegbar sind.

Claims

Ansprüche
1. Radarsensorkopf (100) für ein Radarsystem, aufweisend:
mindestens eine Sendeantenne (10) zum Erzeugen und mindestens eine Empfangsantenne (20) zum Empfangen von Radarwellen;
eine Vorverarbeitungseinheit (50) zum definierten Vorverarbeiten von Empfangsdaten;
eine Schnittstelle (80) zum Anschließen des Radarsensorkopfs (100) an eine Datenleitung (1 10); und
eine Kalibrierdateneinrichtung (50, 70) zur zumindest teilweisen Kalib- rierung der Sendeantenne (10) und/oder der Empfangsantenne (20), wobei mittels der Kalibrierdateneinrichtung (50, 70) Kalibrierdaten für die Sendeantenne (10) und die Empfangsantenne (20) hinterlegbar sind.
2. Radarsensorkopf (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kalibrierdateneinrichtung (50, 70) eine Vollkalibrierung durchführ- bar ist.
3. Radarsensorkopf (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kalibriervorgang auf definierte Kanäle der Sendeantenne (10) und/oder der Empfangsantenne (20) eine Kalibriermatrix anwendbar ist.
4. Radarsensorkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kalibriervorgang eine Frequenzkorrektur durchführbar ist.
5. Radarsensorkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierdaten wenigstens eines aus Folgendem sind: typisches Rauschniveau, Antenneneigenschaften, Amplituden/Phasen- abweichungen, Position der Antennenelemente, Temperatureigenschaften, Temperaturgänge.
6. Radarsensorkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Vorverarbeitungseinheit (50) eine Fourier- Transformation ausführbar ist.
7. Radarsensorkopf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der mindestens einen Empfangsantenne (20) empfangenen Radarwellen durch einen Analog-Digital-Wandler (40) in digitale Messdaten wandelbar und mit mindestens einer Zeitinformation (Z) markierbar sind.
8. Radarsystem (200) aufweisend:
wenigstens einen Radarsensorkopf (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; wenigstens eine zentrale Steuervorrichtung (120) zum Senden von Daten und zum Verarbeiten von empfangenen Daten; und
eine Datenleitung (1 10) zwischen der wenigstens einen zentralen
Steuervorrichtung (120) und dem wenigstens einen Radarsensorkopf (100).
9. Radarsystem (200) nach Anspruch 8, wobei die wenigstens eine zentrale
Steuervorrichtung (120) wenigstens eine Transformationseinheit (140) zum Verarbeiten von empfangenen Daten und wenigstens einen Speicher (130) zum zumindest zeitweisen Speichern von Daten aufweist.
10. Radarsystem (200) nach Anspruch 8 oder 9, wobei digitale Messdaten vom
Radarsensorkopf (100) über die mindestens eine Datenleitung (110) an die mindestens eine zentrale Steuervorrichtung (120) übertragbar sind und in der mindestens einen zentralen Steuervorrichtung (120) durch mindestens eine Zeitinformation (Z) synchronisierbar sind.
1 1. Verfahren zum Herstellen eines Radarsensorkopfs (100), aufweisend die
Schritte:
Bereitstellen mindestens einer Sendeantenne (10) zum Erzeugen und mindestens eine Empfangsantenne (20) zum Empfangen von
Radarwellen;
Bereitstellen einer Vorverarbeitungseinheit (50) zum definierten
Vorverarbeiten von Empfangsdaten; Bereitstellen einer Schnittstelle (80) zum Anschließen des
Radarsensorkopfs (100) an eine Datenleitung (110); und
Bereitstellen einer Kalibrierdateneinrichtung (50, 70) zur zumindest teilweisen Kalibrierung der Sendeantenne (10) und/oder der
Empfangsantenne (20), wobei mittels der Kalibrierdateneinrichtung (50,
70) Kalibrierdaten für die Sendeantenne (10) und die Empfangsantenne (20) hinterlegbar sind.
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