ES2894200A1 - Device and procedure for communication Vehicle-infrastructure and vehicle-vehicle (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA COMUNICACIÓN VEHÍCULO-DEVICE AND PROCEDURE FOR COMMUNICATION VEHICLE-
INFRAESTRUCTURA Y VEHÍCULO-VEHÍCULOINFRASTRUCTURE AND VEHICLE-VEHICLE
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
Son objeto de la presente invención un dispositivo y un procedimiento que, a partir de un radar de automóvil basado en FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave, onda continua modulada en frecuencia), permiten el intercambio de información entre un vehículo y señales de tráfico y otras infraestructuras, o entre vehículos. Este tipo de radares ya se encuentran instalados en los vehículos para los sistemas de asistencia avanzada de conductor (ADAS, Advanced Driver Assistance System), logrando así evitar tener que instalar sistemas de comunicación adicionales en el vehículo, así como el despliegue de una compleja red de comunicaciones (tipo WLAN, 5G).The object of the present invention is a device and a procedure that, based on an automobile radar based on FMCW ( Frequency Modulated Continuous Wave ), allow the exchange of information between a vehicle and traffic signals and other infrastructures, or between vehicles. This type of radar is already installed in vehicles for advanced driver assistance systems (ADAS, Advanced Driver Assistance System), thus avoiding having to install additional communication systems in the vehicle, as well as the deployment of a complex network of communications (type WLAN, 5G).
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
A día de hoy, la implantación de sistemas integrados en vehículos está en pleno auge, bien como sistemas empotrados, o a través de aplicaciones externas disponibles en los smartphones. Esta implantación busca una integración hombre-máquina orientada hacia la comodidad del conductor y los ocupantes, pero también hacia una integración con los sistemas propios del vehículo de forma que se establezca una asistencia a la conducción poco intrusiva, aumentando así la seguridad vial con un objetivo global de reducción de accidentes. Esta integración se ha impulsado principalmente en sistemas de comunicaciones y protocolos orientados a la interacción vehículo-conductor y vehículo-vehículo.Today, the implementation of integrated systems in vehicles is booming, either as embedded systems, or through external applications available on smartphones. This implementation seeks a man-machine integration oriented towards the comfort of the driver and occupants, but also towards an integration with the vehicle's own systems in such a way that a little intrusive driving assistance is established, thus increasing road safety with the objective overall accident reduction. This integration has been promoted mainly in communications systems and protocols oriented to vehicle-driver and vehicle-vehicle interaction.
Además, actualmente se están desarrollando una serie de nuevas tecnologías, como V2G, V2V o V2I (comunicación de vehículo a red; a vehículo; y a infraestructura, respectivamente) que permiten la comunicación del vehículo con elementos externos. Los propios coches eléctricos son capaces de comunicarse con la red eléctrica para indicarle sus características y necesidades de carga. Lo hacen mediante protocolos como V2G (Vehicle to Grid). Algunas de estas tecnologías son inalámbricas, como V2V o V2I, y otras son guiadas como V2G o en algunas situaciones V2I. In addition, a series of new technologies are currently being developed, such as V2G, V2V or V2I (vehicle-to-network, vehicle-to-infrastructure communication, respectively) that allow the vehicle to communicate with external elements. Electric cars themselves are capable of communicating with the electrical network to indicate their characteristics and charging needs. They do it through protocols such as V2G ( Vehicle to Grid). Some of these technologies are wireless, like V2V or V2I, and others are guided like V2G or in some situations V2I.
La introducción en el entorno automovilístico de las comunicaciones de radiofrecuencia abre un amplio abanico de posibilidades a la industria de la automoción. En la actualidad, muchos vehículos incorporan sistemas conectados a Internet, que ofrecen funciones de seguridad y monitorización del estado técnico y parámetros de funcionamiento. Entre las funciones de seguridad, figuran algunas como la detección de accidentes, conexión con un centro de alarma para la llamada automática a un centro de emergencias, localización en caso de robo, desconexión remota del vehículo si fuera necesario, etc.The introduction of radiofrequency communications in the automotive environment opens up a wide range of possibilities for the automotive industry. Currently, many vehicles incorporate systems connected to the Internet, which offer security functions and monitoring of technical status and operating parameters. Among the security functions, there are some such as accident detection, connection with an alarm center for automatic call to an emergency center, location in case of theft, remote disconnection of the vehicle if necessary, etc.
Se trata, por tanto, de proporcionar una visibilidad de 360°, que permite a los vehículos transmitir automáticamente mensajes sobre lo que hay alrededor de los mismos para mejora de la seguridad, conocer las posibles intersecciones, condiciones ambientales de ruta, optimizar el tráfico rodado al evitar acelerones y frenazos bruscos, o la reducción del flujo de tráfico.It is, therefore, about providing 360° visibility, which allows vehicles to automatically transmit messages about what is around them to improve safety, know possible intersections, route environmental conditions, optimize road traffic by avoiding sudden acceleration and braking, or reducing the flow of traffic.
Todo lo anterior busca, en primer lugar, logra una disminución de accidentes, puesto que esta difusión de información entre vehículos, unido a que los mismos utilizarán ordenadores de a bordo, servirá para procesar las comunicaciones propagadas por el resto de vehículos. De tal manera que se podrá determinar la posibilidad de choque, para advertir al resto de conductores con la anticipación adecuada, con la consiguiente reducción del número de colisiones.All of the above seeks, first of all, to achieve a reduction in accidents, since this dissemination of information between vehicles, together with the fact that they will use on-board computers, will serve to process the communications propagated by the rest of the vehicles. In such a way that the possibility of a crash can be determined, to warn the rest of the drivers with adequate anticipation, with the consequent reduction in the number of collisions.
Asimismo, los vehículos al establecer comunicación entre ellos, conocerán, por ejemplo, la existencia de un frenazo brusco, si un coche está estacionado en doble fila en la siguiente calle o incluso, reducir la velocidad de manera instantánea, en el supuesto caso de estimar que la colisión es inevitable.Likewise, the vehicles, when establishing communication between them, will know, for example, the existence of a sudden braking, if a car is parked in double row in the next street or even reduce speed instantly, in the supposed case of estimating that the collision is unavoidable.
Dentro de esta nueva visión para conducción autónoma y sin accidentes, los sensores de radar junto con otros sensores como Lidar, cámaras y ultrasonidos se están convirtiendo en una tecnología clave para los sistemas avanzados de asistencia a la conducción (ADAS) actuales y futuros. Los sensores de radar ya se están introduciendo en los vehículos actuales con objeto de evitar situaciones críticas y reducir el número global de accidentes.Within this new vision for accident-free and autonomous driving, radar sensors along with other sensors such as Lidar, cameras and ultrasound are becoming a key technology for current and future Advanced Driving Assistance Systems (ADAS). Radar sensors are already being introduced in today's vehicles in order to avoid critical situations and reduce the overall number of accidents.
El sensor de radar se considera un pilar esencial de la seguridad vial porque proporciona una imagen detallada del entorno con gran independencia de influencias medioambientales. Los rangos de frecuencias de 77/79 GHz con ancho de banda más alto (hasta 4 GHz) ofrecen mayor resolución de distancia, de unos pocos centímetros. The radar sensor is considered an essential pillar of road safety because it provides a detailed image of the surroundings with great independence from environmental influences. The higher bandwidth 77/79 GHz frequency ranges (up to 4 GHz) offer greater distance resolution of a few centimeters.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención describe un dispositivo y procedimiento que permiten la comunicación vehículo-infraestructura y vehículo-vehículo a partir de un radar de automóvil basado en FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Los radares FMCW ya se encuentran instalados habitualmente en los vehículos, para los sistemas de asistencia avanzada de conductor (ADAS, Advanced Driver Assistance System). The present invention describes a device and procedure that allow vehicle-infrastructure and vehicle-vehicle communication from an automobile radar based on FMCW ( Frequency Modulated Continuous Wave). FMCW radars are already commonly installed in vehicles for Advanced Driver Assistance Systems (ADAS).
El dispositivo y procedimiento ofrecen la principal ventaja frente a otros sistemas de comunicación propuestos en el estado de la técnica de que evitan tener que instalar sistemas de comunicación adicionales en el vehículo, así como el despliegue de una red de comunicaciones compleja (tipo WLAN, 5G). Además, facilitan la detección y localización de señales de tráfico, vehículos u otros elementos de infraestructura eliminando las interferencias procedentes de objetos no modulados.The device and procedure offer the main advantage over other communication systems proposed in the state of the art in that they avoid having to install additional communication systems in the vehicle, as well as the deployment of a complex communication network (type WLAN, 5G ). In addition, they facilitate the detection and location of traffic signals, vehicles or other infrastructure elements by eliminating interference from non-modulated objects.
Concretamente, el dispositivo objeto de invención, se comunica con un radar de tipo FMCW de un vehículo, y está modulado preferentemente en la banda 24GHz ó 76-77GHz así como 60 GHz, 122 GHz, 77-81GHz, 75-85 GHz o cualquier otra banda que pudiera asignarse a un sistema de control de rango y velocidad. El dispositivo se posiciona en elementos estáticos como señales de tráfico, o elementos dinámicos, como la parte posterior de un vehículo, y comprende tres elementos fundamentales: un captador de señal del radar, un modulador, configurado para modular en frecuencia, amplitud o fase la señal captada en el captador con unas características que permitirán comunicar una información, y un elemento radiante, que puede coincidir con captador, y que transmite al radar FMCW la señal modificada en el modulador.Specifically, the device object of the invention communicates with an FMCW type radar of a vehicle, and is preferably modulated in the 24GHz or 76-77GHz band as well as 60 GHz, 122 GHz, 77-81GHz, 75-85 GHz or any another band that could be assigned to a speed and range control system. The device is positioned on static elements such as traffic signs, or dynamic elements, such as the back of a vehicle, and comprises three fundamental elements: a radar signal sensor, a modulator, configured to modulate the frequency, amplitude or phase of the signal captured in the sensor with characteristics that will allow information to be communicated, and a radiating element, which can coincide with the sensor, and which transmits the modified signal in the modulator to the FMCW radar.
En un aspecto de la invención, el captador de señal y el elemento radiante pueden ser unas antenas independientes, una única antena de emisión y recepción o unos reflectores de onda electromagnética. El modulador puede comprender un amplificador y un modulador de alimentación que hace la función de dispositivo generador de una señal de activación de la orden de conmutación a través de la alimentación. En esta realización, al ser el modulador un elemento activo, permite aumentar el alcance de la comunicación. La modulación de alimentación se comporta como una modulación en frecuencia de la señal captada en el captador.In one aspect of the invention, the signal sensor and the radiating element can be independent antennas, a single transmission and reception antenna, or electromagnetic wave reflectors. The modulator may comprise an amplifier and a power supply modulator that acts as a device that generates a signal to activate the switching order through the power supply. In this embodiment, since the modulator is an active element, it allows the communication range to be increased. The power supply modulation behaves like a frequency modulation of the signal captured in the sensor.
En general, existen distintas realizaciones posibles del dispositivo objeto de invención: - Una antena con carga variable, en la que el dispositivo comprende un captador y elemento radiante común y como modulador un diodo varactor, PIN, o transistor cuya alimentación se modifica con un oscilador a la frecuencia de modulación.In general, there are different possible embodiments of the device object of the invention: - An antenna with variable load, in which the device comprises a sensor and common radiating element and as a modulator a varactor diode, PIN, or transistor whose power supply is modified with an oscillator at the modulation frequency.
- Un amplificador en reflexión como modulador conectado a una antena común como captador y elemento radiante, modificando la alimentación del amplificador. El amplificador se puede implementar con un transistor, un diodo túnel o una red con híbridos y un circulador cargada con diodos túnel o amplificadores.- An amplifier in reflection as a modulator connected to a common antenna as a sensor and radiating element, modifying the power supply of the amplifier. The amplifier can be implemented with a transistor, a tunnel diode or a network with hybrids and a circulator loaded with tunnel diodes or amplifiers.
- Un array de Van Atta modulado con diodos PIN o con transistores, que comprende un modulador y en el que el captador y el elemento radiante consisten en una agrupación de antenas que refleja la señal en la misma dirección que se ha recibido.- A Van Atta array modulated with PIN diodes or with transistors, comprising a modulator and in which the sensor and the radiating element consist of a group of antennas that reflect the signal in the same direction as it was received.
- Una FSS (Frequency Selective Surface, superficie de frecuencia selectiva) cargada con diodos, como modulador y una antena común como captador y elemento radiante.- An FSS ( Frequency Selective Surface, selective frequency surface) loaded with diodes, as a modulator and a common antenna as a sensor and radiating element.
- Un reflector tipo córner diedro o triedro cargado con una red FSS con diodos delante como modulador y una antena común como captador y elemento radiante.- A dihedral or trihedral corner reflector loaded with an FSS network with diodes in front as a modulator and a common antenna as a sensor and radiating element.
- Un amplificador conectado entre una antena receptora como receptor y una antena transmisora como elemento radiante que amplifica la señal recibida y al mismo tiempo la modula al variar su alimentación o ganancia con un conmutador.- An amplifier connected between a receiving antenna as a receiver and a transmitting antenna as a radiating element that amplifies the received signal and at the same time modulates it by varying its power or gain with a switch.
- Un reflector córner o rejilla metálica que gira a una velocidad constante, un captador y un modulador.- A corner reflector or metal grid that rotates at a constant speed, a sensor and a modulator.
Todas las realizaciones anteriores se utilizan en diferentes aplicaciones, como por ejemplo, en etiquetas RFID (Radio Frequency Identification, Identificación por Radiofrecuencia). En el caso del dispositivo de la presente invención se utilizan en una banda de frecuencia diferente (24GHz ó 76-81GHz), frente a las frecuencias normalmente utilizadas en aplicaciones RFID (inferiores a 5.8GHz).All of the above embodiments are used in different applications, for example, in RFID ( Radio Frequency Identification ) tags. In the case of the device of the present invention, they are used in a different frequency band (24GHz or 76-81GHz), compared to the frequencies normally used in RFID applications (less than 5.8GHz).
La señal modulada y transmitida al radar FMCW por el dispositivo permitirá identificar de forma unívoca el dispositivo transmitiendo la información de forma estática, por ejemplo, identificando a una señal de tráfico o alguna señal de información estática, o podrá transmitir información de forma dinámica para una aplicación de comunicación informativa variable. Situado en la parte trasera del vehículo puede informar de la activación de freno, cambio de carril u otras informaciones.The signal modulated and transmitted to the FMCW radar by the device will allow the device to be uniquely identified by transmitting the information in a static way, for example, identifying a traffic signal or some static information signal, or it will be able to transmit information dynamically for a variable informative communication application. Located at the rear of the vehicle, it can report brake activation, lane change or other information.
En consecuencia, se propone utilizar el presente dispositivo en las siguientes aplicaciones novedosas: Consequently, it is proposed to use this device in the following novel applications:
- Señales inteligentes: Consiste en la colocación del dispositivo configurado para indicar el tipo de señal en función de la frecuencia de modulación que puede ser detectada por el radar.- Intelligent signals: It consists of placing the device configured to indicate the type of signal based on the modulation frequency that can be detected by the radar.
- Señales de emergencia: Se trataría de substituir señales de emergencia tipo triángulos, conos o señales luminosas, en las que se posiciona el dispositivo para informar de su presencia al radar. En este caso se pueden utilizar reflectores córner modulados mecánicamente.- Emergency signals: It would be a matter of replacing emergency signals such as triangles, cones or light signals, in which the device is positioned to inform the radar of its presence. In this case mechanically modulated corner reflectors can be used.
- Balizas para indicar presencia de peatones o ciclistas, así como obreros en la vía o para operaciones de corte de carril en la proximidad del radar: Los peatones o ciclistas presentan menor sección recta que otros objetos de mayor tamaño como coches o camiones, por tanto, son más difíciles de detectar y pueden ser enmascarados por otros objetos más reflejantes próximos. Además, su velocidad es baja y en ocasiones es difícil de separar de objetos inmóviles. Se propone colocar el dispositivo para incrementar su sección recta y facilitar su detección gracias a la modulación adicional. - Comunicación Car2Car (vehículo - vehículo): Esta aplicación consistiría en colocar el dispositivo en las partes frontales, laterales y trasera para indicar al radar cambios de dirección, frenado o emergencia. El dispositivo se conectaría a la ECU (ordenador central) de forma que modularía a frecuencias diferentes en función del tipo de mensaje, para que el radar de los vehículos próximos pudiese detectar la maniobra antes que el conductor. Actualmente algunas maniobras pueden ser detectadas una vez iniciadas. Se trataría de hacer visible para el radar el sistema equivalente de luces, pero a frecuencias de radio.- Beacons to indicate the presence of pedestrians or cyclists, as well as workers on the road or for lane cutting operations in the proximity of the radar: Pedestrians or cyclists have a smaller straight section than other larger objects such as cars or trucks, therefore , are more difficult to detect and can be masked by other more reflective objects nearby. In addition, its speed is low and it is sometimes difficult to separate from stationary objects. It is proposed to place the device to increase its cross section and facilitate its detection thanks to the additional modulation. - Car2Car communication (vehicle - vehicle): This application would consist of placing the device in the front, side and rear parts to indicate to the radar changes of direction, braking or emergency. The device would be connected to the ECU (central computer) in such a way that it would modulate at different frequencies depending on the type of message, so that the radar of nearby vehicles could detect the maneuver before the driver. Currently some maneuvers can be detected once started. It would be about making the equivalent system of lights visible to radar, but at radio frequencies.
- Balizas de posicionamiento para mejorar la precisión de sistemas de guiado autónomo y sistemas de posicionamiento global: Consistirá en utilizar el dispositivo para marcar posiciones para corrección de sistemas GPS o Galileo (o similares) para corregir o medir la precisión en la determinación de la posición en una calle o vía con dificultades para recibir las señales de los satélites. Esta disponibilidad selectiva del número de satélites reduce la precisión notablemente en calles estrechas o interiores. Se mejoraría con ello los futuros sistemas de guiado autónomo y ayudas a la conducción. La posición del dispositivo se almacenaría en una base de datos, de forma que al detectarse el dispositivo se pudiese comparar la posición real y la proporcionada o estimada por el sistema de posicionamiento y ser utilizada para mejorar la estimación. La ventaja es que se utilizaría el propio radar del sistema ADAS del vehículo sin necesidad de equipos de comunicaciones adicionales o con servicio en zonas de baja densidad de población donde el despliegue de redes avanzadas no está asegurado. - Positioning beacons to improve the precision of autonomous guidance systems and global positioning systems: It will consist of using the device to mark positions for correction of GPS or Galileo systems (or similar) to correct or measure the precision in determining the position on a street or road with difficulties in receiving satellite signals. This selective availability of the number of satellites reduces the precision remarkably in narrow streets or interiors. This would improve future autonomous guidance systems and driving aids. The position of the device would be stored in a database, so that when the device is detected, the real position and the one provided or estimated by the positioning system could be compared and used to improve the estimate. The advantage is that the vehicle's own ADAS system radar would be used without the need for additional communications equipment or with service in areas of low population density where the deployment of advanced networks is not assured.
Existen otras aplicaciones donde estas balizas de posicionamiento pueden ser interesantes como para posicionamiento de drones autónomos o robots.There are other applications where these positioning beacons can be interesting, such as for the positioning of autonomous drones or robots.
- Elementos para calibración de radar de automoción en producción o talleres de reparación: Se podrían utilizar para sustituir a simuladores de blancos Doppler para calibrar la detección de velocidad y posicionamiento de los radares instalados en los coches, especialmente los laterales y los traseros (aplicaciones blind spot, de punto ciego). A diferencia de los simuladores actualmente empleados, estos dispositivos son más simples y potencialmente más económicos.- Elements for calibration of automotive radar in production or repair workshops: They could be used to replace Doppler target simulators to calibrate speed detection and positioning of radars installed in cars, especially side and rear ones ( blind applications). spot, blind spot). Unlike currently used simulators, these devices are simpler and potentially cheaper.
Por otra parte, es también objeto de la presente invención un procedimiento para la comunicación vehículo-vehículo o infraestructura-vehículo con un radar FMCW y que comprende cuatro etapas principales.On the other hand, another object of the present invention is a method for vehicle-vehicle or infrastructure-vehicle communication with an FMCW radar and which comprises four main stages.
Una primera etapa de emisión desde el radar FMCW de una señal codificada que incide sobre el dispositivo o cualquier otro elemento con capacidad de modular la señal codificada (blanco modulado), como un transpondedor modulado. Esta señal generalmente es una señal tipo chirp.A first stage of emission from the FMCW radar of a coded signal that falls on the device or any other element capable of modulating the coded signal (modulated target), such as a modulated transponder. This signal is usually a chirp type signal.
Una segunda etapa de reflexión de la señal en el blanco modulado, introduciendo una modificación que puede ser detectada por el radar y que le permite distinguir al blanco modulado de objetos estáticos o móviles no modulados, pudiendo ser la modulación en frecuencia, amplitud, fase, o a través de una codificación digital de información.A second stage of reflection of the signal on the modulated target, introducing a modification that can be detected by the radar and that allows it to distinguish the modulated target from non-modulated static or moving objects, which may be modulation in frequency, amplitude, phase, etc. or through a digital encoding of information.
En un aspecto de la invención, la modificación o modulación se consigue variando la carga de una antena (modificando el coeficiente de reflexión de la antena) con diodos o bien conmutando la ganancia de un amplificador (por ejemplo, variando su alimentación) o con un conmutador a la salida de un amplificador conectado a la antena, siendo la antena el elemento radiante y captador y el amplificador y diodos o conmutador el modulador.In one aspect of the invention, the modification or modulation is achieved by varying the loading of an antenna (by modifying the antenna's reflection coefficient) with diodes or by switching the gain of an amplifier (for example, by varying its feed) or with a switch at the output of an amplifier connected to the antenna, the antenna being the radiating and capturing element and the amplifier and diodes or switch being the modulator.
La modulación o modificación de la señal recibida en el blanco modulado se puede hacer de diversas maneras. La más sencilla consiste en modificar la frecuencia de modulación. Utilizando este método, la frecuencia identificaría el blanco modulado, por ejemplo, el tipo de señal o la dirección del intermitente en el caso del coche o la presencia de un peatón o ciclista. Métodos más avanzados pueden incluir la codificación digital de la información enviando señales ASK (modulación por desplazamiento de amplitud, Amplitude Shift-Keying) o FSK (modulación por desplazamiento de frecuancia, Frequency Shift-Keying). The modulation or modification of the signal received at the modulated target can be done in various ways. The simplest is to modify the modulation frequency. Using this method, the frequency would identify the modulated target, for example, the type of signal or the direction of the blinker in the case of the car or the presence of a pedestrian or cyclist. More advanced methods may include digital encoding of information by sending ASK ( Amplitude Shift-Keying) or FSK ( Frequency Shift-Keying) signals.
En el caso ASK, la variación de la amplitud de la señal codificaría los bits. En el caso FSK se utilizarían dos frecuencias moduladoras, en función del valor enviado codificaría un bit u otro. Un aspecto de la invención es utilizando la variación de la amplitud de la RCS (sección recta radar), equivalente a una modulación ASK, con velocidad de modulación en el rango de la onda lenta, produce una señal en banda base equivalente a una modulación en frecuencia después de evaluar la fase entre diferentes chirps del conjunto de chirps.In the ASK case, the variation of the amplitude of the signal would encode the bits. In the FSK case, two modulating frequencies would be used, depending on the value sent, one bit or another would be encoded. One aspect of the invention is using the variation of the amplitude of the RCS (radar straight section), equivalent to an ASK modulation, with a modulation speed in the range of the slow wave, it produces a baseband signal equivalent to a modulation in frequency after evaluating the phase between different chirps of the chirp array.
Una tercera etapa consiste en la digitalización, filtrado y almacenamiento de la señal reflejada. La señal reflejada procedente del blanco modulado y espectralmente es similar al producido por el efecto Doppler debido a la velocidad radial entre el blanco y el radar. Por tanto, se puede interpretar que el blanco modulado introducirá un efecto parecido a un blanco móvil con una velocidad que dependen de la frecuencia moduladora. A diferencia de un blanco móvil, se introducen dos desplazamientos de frecuencia superpuestos al Doppler convencional, cuya diferencia es dos veces la frecuencia moduladora. La presencia de ambas componentes no es posible en un blanco móvil real, y es precisamente el hecho que posibilita la detección del dispositivo. Su detección es compatible con los sistemas radares sin afectar a la función de seguridad.A third stage consists of digitizing, filtering and storing the reflected signal. The reflected signal from the target is modulated and spectrally similar to that produced by the Doppler effect due to the radial velocity between the target and the radar. Therefore, it can be interpreted that the modulated target will introduce an effect similar to a moving target with a speed that depends on the modulating frequency. Unlike a moving target, two frequency shifts are introduced superimposed on conventional Doppler, the difference of which is twice the modulating frequency. The presence of both components is not possible in a real moving target, and it is precisely the fact that enables the detection of the device. Its detection is compatible with radar systems without affecting the security function.
Las componentes frecuenciales de la señal reflejada por el blanco modulado se pueden detectar mediante un análisis Doppler convencional mediante transformada de Fourier (con ventanas) u otros métodos de estimación espectral (técnicas MUSIC, modelos ARMA, etc).The frequency components of the signal reflected by the modulated target can be detected by conventional Doppler analysis using a Fourier transform (with windows) or other spectral estimation methods (MUSIC techniques, ARMA models, etc).
Existe la posibilidad de detectar las componentes frecuenciales introducidas por el blanco modulado, en un análisis range-doppler o mapa distancia-velocidad. En este aparecerían dos blancos ficticios a dos velocidades cuya diferencia sería proporcional a dos veces la frecuencia moduladora. Notar que un blanco real en movimiento no puede presentar en la misma posición dos velocidades. La detección es compatible con técnicas CFAR (Constant False Alarm Rate, tasa constante de falsas alarmas) para estimación dinámica del umbral de detección en función de las celdas contiguas en el mapa, o técnicas MTI (indicador de blancos móviles) para detección de blancos móviles.There is the possibility of detecting the frequency components introduced by the modulated target, in a range-doppler analysis or distance-velocity map. In this two fictitious targets would appear at two speeds whose difference would be proportional to twice the modulating frequency. Note that a real moving target cannot have two velocities in the same position. Detection is compatible with CFAR ( Constant False Alarm Rate ) techniques for dynamic detection threshold estimation based on contiguous cells on the map, or MTI (Moving Target Indicator) techniques for moving target detection .
Tanto el análisis Doppler o rango-Doppler son técnicas implementadas en los radares FMCW utilizados en automoción. Por tanto, no requiere una modificación substancial del software utilizado en los mismos. El indicador del coche detectaría estos blancos como objetivos e indicaría el tipo en función de la aplicación emitiendo una alarma al conductor. Both Doppler analysis and Doppler-range are techniques implemented in FMCW radars used in the automotive industry. Therefore, it does not require a substantial modification of the software used in them. The car's indicator would detect these targets as targets and indicate the type depending on the application, emitting an alarm to the driver.
Finalmente, el procedimiento comprendería una última etapa de generación de una lista de blancos modulados detectados.Finally, the procedure would comprise a final stage of generating a list of detected modulated targets.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of its practical embodiment, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, by way of illustration and not limitation, the following has been represented:
Figura 1.- Muestra un diagrama de bloques del radar FMCW iluminando el dispositivo en una realización de la invención.Figure 1.- Shows a block diagram of the FMCW radar illuminating the device in an embodiment of the invention.
Figura 2.- Muestra un diagrama de bloques del procedimiento en una realización de la invención.Figure 2.- Shows a block diagram of the procedure in an embodiment of the invention.
Figura 3.- Muestra la computación de la matriz rango-velocidad de la matriz de la señal reflejada.Figure 3.- Shows the computation of the range-velocity matrix of the reflected signal matrix.
Figura 4.- Muestra la matriz rango-velocidad para distintos tipos de blancos: (a) blanco no modulado, (b) blanco modulado sin solape, (c) blanco modulado con velocidad positivo y solape, (d) blanco modulado con velocidad negativa y solape.Figure 4.- Shows the range-velocity matrix for different types of targets: (a) non-modulated target, (b) modulated target without overlap, (c) modulated target with positive velocity and overlap, (d) modulated target with negative velocity and overlap.
Figura 5.- Muestra la respuesta Rango-Doppler del dispositivo a 1.5 m sin modulación (superior) y con modulación (inferior) para / m=1000 Hz.Figure 5.- Shows the Rank-Doppler response of the device at 1.5 m without modulation (upper) and with modulation (lower) for / m=1000 Hz.
Figura 6.- Muestra una vista superior de un escenario típico analizado.Figure 6.- Shows a top view of a typical analyzed scenario.
Figura 7.- Muestra las trayectorias de los blancos detectados para 20 capturas del radar con un ciclista que dispone de un transpondedor modulado, estando en las 10 primeras capturas el transpondedor desactivado y en las 10 últimas capturas el transpondedor activado.Figure 7.- Shows the trajectories of the targets detected for 20 radar captures with a cyclist who has a modulated transponder, with the transponder deactivated in the first 10 captures and the transponder activated in the last 10 captures.
Figura 8.- Muestra las trayectorias de los blancos detectados para 20 capturas del radar con un peatón que dispone de un transpondedor modulado, estando en las 10 primeras capturas el transpondedor desactivado y en las 10 últimas capturas el transpondedor activado.Figure 8.- Shows the trajectories of the targets detected for 20 radar captures with a pedestrian who has a modulated transponder, with the transponder deactivated in the first 10 captures and the transponder activated in the last 10 captures.
Figura 9.- Muestra un diagrama del dispositivo para comunicaciones vehículo-vehículo. Figure 9.- Shows a diagram of the device for vehicle-vehicle communications.
Figura 10.- Muestra una posible realización del dispositivo objeto de invención.Figure 10.- Shows a possible embodiment of the device object of the invention.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Se describen a continuación, con ayuda de las figuras 1 a 10, el dispositivo y procedimiento para comunicación vehículo-vehículo y vehículo infraestructura con el radar de un vehículo, objetos de la presente invención.The device and method for vehicle-vehicle and vehicle-infrastructure communication with the radar of a vehicle, objects of the present invention, are described below, with the help of figures 1 to 10.
En primer lugar, el dispositivo objeto de invención, está destinado asociarse a un radar (1) de tipo FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave, onda continúa modulada en frecuencia) de un vehículo (5), y está modulado preferentemente en la banda 24GHz ó 76-81GHz. El dispositivo se posiciona en elementos estáticos objetivo, o blancos (6) como señales de tráfico, o elementos dinámicos, como la parte posterior de un vehículo (5), y comprende tres elementos fundamentales: un captador (2) de señal del radar (1), un modulador (3), que modula en frecuencia, amplitud o fase la señal captada en el captador (2) con unas características que permitirán comunicar una información, y un elemento radiante (4), que puede coincidir con el captador (2), y que transmite al radar (1) FMCW la señal modificada en el modulador (3).In the first place, the device object of the invention is intended to be associated with an FMCW ( Frequency Modulated Continuous Wave ) type radar (1) of a vehicle (5), and is preferably modulated in the 24GHz band or 76-81GHz. The device is positioned on target static elements, or targets (6) such as traffic signs, or dynamic elements, such as the back of a vehicle (5), and comprises three fundamental elements: a radar signal sensor (2) ( 1), a modulator (3), which modulates in frequency, amplitude or phase the signal captured in the sensor (2) with characteristics that will allow information to be communicated, and a radiating element (4), which can coincide with the sensor ( 2), and which transmits the modified signal in the modulator (3) to the FMCW radar (1).
El radar (1) FMCW comprende un transmisor-receptor que emite y recibe unas señales de radar. A rasgos generales, el funcionamiento del dispositivo es tal que el radar (1) interroga una escena con una señal portadora modulada, que es típicamente un tren de señales de tipo chirp con una longitud T. Durante la emisión de la señal portadora se modifica su frecuencia entre una frecuencia mínima (fm in) y una frecuencia máxima (fmax) siendo el ancho de banda del radar (1) B = fm ax - fm in. The FMCW radar (1) comprises a transmitter-receiver that emits and receives radar signals. In general terms, the operation of the device is such that the radar (1) interrogates a scene with a modulated carrier signal, which is typically a chirp-type signal train with a length T. During the emission of the carrier signal, its frequency between a minimum frequency ( fm in) and a maximum frequency ( fmax) being the bandwidth of the radar (1) B = fm ax - fm in.
El radar (1) detecta una onda reflejada proveniente de un blanco (6) que comprende el dispositivo objeto de invención. La onda reflejada se retrasa por el retardo de tiempo de ida y vuelta entre el radar (1) y el blanco (6) un tiempo t = 2d/c, siendo c la velocidad de propagación de la onda. La velocidad de los blancos (6) en movimiento puede determinarse midiendo la variación de fase de la onda electromagnética debida al desplazamiento relativo.The radar (1) detects a reflected wave coming from a target (6) that comprises the device object of the invention. The reflected wave is delayed by the round-trip time delay between the radar (1) and the target (6) by a time t = 2 d/c, where c is the propagation speed of the wave. The speed of moving targets 6 can be determined by measuring the phase variation of the electromagnetic wave due to relative displacement.
En resumen, el dispositivo objeto de invención convierte las señales recibidas desde el radar (1) en información sobre la presencia, identificación, posición y velocidad vehículo o infraestructura blanco (6) en el que se ubica. In summary, the device object of the invention converts the signals received from the radar (1) into information on the presence, identification, position and speed of the target vehicle or infrastructure (6) in which it is located.
Una posible realización del dispositivo se muestra en la figura 10. Como se muestra en la figura, el dispositivo comprende una primera antena que actúa como captador (2), un amplificador que actúa como modulador (3) y una segunda antena que actúa como elemento radiante (4). Cuando el dispositivo es iluminado por el radar (1) la primera antena recibe una onda electromagnética que es amplificada por el amplificador y retransmitida por la segunda antena.A possible embodiment of the device is shown in figure 10. As shown in the figure, the device comprises a first antenna that acts as a sensor (2), an amplifier that acts as a modulator (3) and a second antenna that acts as an element radiant (4). When the device is illuminated by the radar (1), the first antenna receives an electromagnetic wave that is amplified by the amplifier and retransmitted by the second antenna.
La modulación en el dispositivo se realiza, como se muestra en la figura 10, conmutando una fuente de alimentación (8) conectada al amplificador. Esto se puede llevar a cabo directamente por la forma de onda de control o usando un controlador (9) o un interruptor de potencia (10) para habilitar/deshabilitar la fuente de alimentación (8) del amplificador dada por la forma de onda de control. El resultado es una variación en el campo retrodispersado en función de la modulación de la forma de onda aplicada al amplificador.Modulation in the device is performed, as shown in Figure 10, by switching a power supply (8) connected to the amplifier. This can be done directly by the control waveform or by using a controller (9) or power switch (10) to enable/disable the amplifier power supply (8) given by the control waveform. . The result is a variation in the backscattered field as a function of the waveform modulation applied to the amplifier.
Este procedimiento de modulación introduce algunas ventajas como un consumo de potencia continua menor, mejorando la eficiencia energética, coste menor en comparación con la introducción de interruptores de microondas o atenuadores variables y otros dispositivos interruptores y evita la reducción de la ganancia debido a que las pérdidas de estos elementos pueden ser relevantes a frecuencias de onda milimétricas empleadas en los radares.This modulation procedure introduces some advantages such as lower continuous power consumption, improving energy efficiency, lower cost compared to the introduction of microwave switches or variable attenuators and other switching devices, and avoids gain reduction due to losses. Some of these elements may be relevant to millimeter wave frequencies used in radar.
La forma de onda de modulación más simple es una onda cuadrada digital. La forma de onda de modulación que controla la alimentación del amplificador es generada por un oscilador de baja frecuencia, microprocesador o microcontrolador, FPGA, convertidor digital-analógico o cualquier otro dispositivo digital.The simplest modulation waveform is a digital square wave. The modulation waveform that controls the power to the amplifier is generated by a low-frequency oscillator, microprocessor or microcontroller, FPGA, digital-to-analog converter, or any other digital device.
La combinación de la ganancia de las dos antenas y la ganancia del amplificador permite una gran sección recta diferencial, que es proporcional a la diferencia del campo de retrodispersión en los estados de encendido y apagado del amplificador.The combination of the gain of the two antennas and the gain of the amplifier allows for a large differential cross-section, which is proportional to the difference in the backscatter field in the amplifier's on and off states.
El espectro del campo retro dispersado está compuesto por una serie de componentes espectrales alrededor de la frecuencia de interrogación a las frecuencias harmónicas de la frecuencia de modulación fm o frecuencia con que la alimentación (8) es conmutada. Este hecho proporciona a cada dispositivo una característica distintiva frente al radar (1), que se utiliza para su identificación y clasificación para compartir información con el radar (1). The backscattered field spectrum is made up of a series of spectral components around the interrogation frequency at harmonic frequencies of the modulation frequency fm or the frequency with which the power supply (8) is switched. This fact provides each device with a distinctive characteristic against the radar (1), which is used for its identification and classification to share information with the radar (1).
Es asimismo objeto de invención un procedimiento para comunicación vehículo-vehículo y vehículo-infraestructura, que es compatible tanto con el dispositivo descrito anteriormente como con cualquier otro transpondedor modulado propuesto en el estado de la técnica, o en general, cualquier elemento con capacidad de modular la señal proveniente del radar (1) y que denominaremos blanco (6) modulado.Another object of the invention is a procedure for vehicle-vehicle and vehicle-infrastructure communication, which is compatible both with the device described above and with any other modulated transponder proposed in the state of the art, or in general, any element capable of modulating the signal from the radar (1) and which we will call the modulated target (6).
En una realización, el transpondedor comprende unas agrupaciones de antenas Van Atta modulados, superficies selectivas en frecuencia (FSS) cargadas con dispositivos conmutadores como diodos PIN, o dispositivos basados en BST, o dispositivos semiconductores controlados ópticamente. La modulación puede lograrse también modificando mecánicamente la sección recta del radar (1) para los blancos (6), por ejemplo, rotando dispositivos dieléctricos o conductores.In one embodiment, the transponder comprises modulated Van Atta antenna arrays, frequency selective surfaces (FSS) loaded with switching devices such as PIN diodes, or BST based devices, or optically controlled semiconductor devices. Modulation can also be achieved by mechanically modifying the radar cross-section 1 for targets 6, for example by rotating dielectric or conductive devices.
A continuación se explicarán las distintas etapas del procedimiento más detalladamente, pero en resumen, el procedimiento comprende unas etapas básicas de emisión desde el radar (1) FMCW de una señal codificada que incide sobre el blanco (6) modulado, reflexión de la señal en el blanco (6) modulado, introduciendo una modificación que puede ser detectada por el radar (1), y que le permite distinguir al blanco (6) modulado de objetos estáticos o móviles no modulados, una etapa de digitalización, filtrado y almacenamiento de la señal reflejada y una etapa final de generación de una lista de posibles blancos (6) modulados.The different stages of the procedure will be explained in greater detail below, but in summary, the procedure comprises some basic stages of emission from the FMCW radar (1) of a coded signal that falls on the modulated target (6), reflection of the signal in the modulated target (6), introducing a modification that can be detected by the radar (1), and that allows it to distinguish the modulated target (6) from non-modulated static or moving objects, a digitization, filtering and storage stage of the reflected signal and a final stage of generating a list of possible modulated targets (6).
Para detectar las señales reflejadas en el blanco (6), el radar (1) comprende un detector (7), que se muestra representado esquemáticamente en la figura 1, y puede ser un ordenador embebido, un microcontrolador, una FPGA, o un circuito integrado de aplicación específica (ASIC).To detect the signals reflected on the target (6), the radar (1) comprises a detector (7), which is shown schematically represented in figure 1, and can be an embedded computer, a microcontroller, an FPGA, or a circuit. application specific integrated (ASIC).
El blanco (6) modulado trabaja a la banda del radar (1) con una frecuencia de modulación es fm. Por lo tanto, la sección recta del radar (1) es modulada con una señal periódica de frecuencia fm. La información se puede codificar en la frecuencia de modulación utilizada o con otros esquemas de modulación como OOK, ASK, FSK o PSK.The modulated target (6) works at the radar band (1) with a modulation frequency f m. Therefore, the straight section of the radar (1) is modulated with a periodic signal of frequency f m. The information can be encoded in the modulation frequency used or with other modulation schemes such as OOK, ASK, FSK or PSK.
En la figura 2, se describe el procedimiento desde una etapa inicial en la que se proporcionan unas muestras de fase y cuadratura a la salida del radar (1), hasta una etapa de detección del blanco (6) modulado, en una realización específica de la invención. El blanco (6) modulado se puede detectar con un análisis de distancia-Doppler (también denominado distanciavelocidad) de un radar (1) convencional FMCW. Este análisis permite medir el blanco (6) y la velocidad radial relativa de los blancos (6) respecto al radar (1). Por lo tanto, no es necesario realizar una modificación del radar (1) FMCW instalado en el vehículo (5) o la infraestructura de interés.In figure 2, the procedure is described from an initial stage in which phase and quadrature samples are provided at the output of the radar (1), to a stage of detection of the modulated target (6), in a specific embodiment of the invention. The modulated target (6) can be detected with Doppler-range (also called range-velocity) analysis of a conventional FMCW radar (1). This analysis allows to measure the blank (6) and the Relative radial velocity of the targets (6) with respect to the radar (1). Therefore, it is not necessary to modify the FMCW radar (1) installed on the vehicle (5) or the infrastructure of interest.
El procedimiento hace uso de mapas distancia-velocidad para detectar el blanco (6) modulado. El principio de trabajo consiste en digitalizar a una frecuencia de muestreo f s una señal en banda base recibida en el radar (1), que ha sido modificada en el blanco (6) modulado, en un convertidor analógico digital (ADC) del radar (1), tal y como se muestra en la figura 1. A continuación, se almacenan las muestras en una matriz x(k,l), k=1...N, /=1..LThe procedure makes use of distance-velocity maps to detect the modulated target (6). The working principle consists of digitizing a baseband signal received at the radar (1) at a sampling frequency fs , which has been modified in the modulated target (6), in an analog digital converter (ADC) of the radar (1). ), as shown in figure 1. Next, the samples are stored in an array x ( k,l), k=1...N, /=1..L
Así, se genera un mapa distancia-frecuencia (RD(m,n)) a partir de la Transformada Rápida de Fourier (FFT) de una captura x(k,l) que comprende L chirps y N muestras por chirp. La Figura 3 muestra el procedimiento de muestro y la FFT bidimensional.Thus, a distance-frequency map (RD(m,n)) is generated from the Fast Fourier Transform (FFT) of a capture x(k,l) comprising L chirps and N samples per chirp. Figure 3 shows the sampling procedure and the two-dimensional FFT.
Para reducir el nivel de las interferencias de los lóbulos laterales de las ventanas al realizar la transformadas de Fourier y mejorar la resolución, se utilizan las técnicas de enventanado (“windowing”) y “zero padding”. En otro aspecto de la invención, se pueden emplear técnicas basadas en MUSIC y técnicas avanzadas de estimación de espectro para determinación del espectro. En cualquier caso, estas técnicas son más costosas computacionalmente y pueden ser un factor limitante para aplicaciones a tiempo real.To reduce the level of interference from the side lobes of the windows when performing Fourier transforms and improve resolution, windowing and zero padding techniques are used. In another aspect of the invention, MUSIC-based techniques and advanced spectrum estimation techniques may be employed for spectrum determination. In any case, these techniques are more computationally expensive and can be a limiting factor for real-time applications.
Además de la señal modificada recibida desde el blanco (6) modulado, la señal recibida comprende reflexiones de los objetos indeseados (“clutter”) y ruido indeseado. Para filtrar las contribuciones indeseadas y el ruido, se filtran los valores obtenidos en el mapa de distanciavelocidad por debajo de un cierto valor umbral.7In addition to the modified signal received from the modulated target (6), the received signal comprises reflections from unwanted objects ("clutter") and unwanted noise. To filter out unwanted contributions and noise, the values obtained in the distance-velocity map below a certain threshold value are filtered.7
En una realización de la invención, la determinación del valor umbral se puede realizar con técnicas basadas en métodos de Tasa Constante de Falsas Alarmas (CFAR). La detección se basa en la estimación de un umbral a partir de un conjunto de celdas de entrenamiento. Para medir la distancia y velocidad radial del blanco (6) simultáneamente a partir de la matriz distancia-Doppler en entornos típicos con multiobjetivos, la técnica de Tasa Constante de Falsas Alarmas unidimensional se ha extendido a un caso bidimensional.In an embodiment of the invention, the determination of the threshold value can be performed with techniques based on Constant False Alarm Rate (CFAR) methods. The detection is based on the estimation of a threshold from a set of training cells. To measure the distance and radial velocity of the target (6) simultaneously from the distance-Doppler matrix in typical multi-target environments, the one-dimensional Constant False Alarm Rate technique has been extended to a two-dimensional case.
Una vez que las señales indeseadas del mapa distancia-velocidad se han eliminado, se genera una lista de blancos (6) modulados. Para mejorar la precisión en su determinación, se puede aplicar una estimación de centroide. De acuerdo a la presente invención, si un blanco (6) modulado está presentes en la escena, se pueden detectar al menos dos picos adicionales en el mapa distancia-velocidad, asociados al blanco (6) modulado.Once the unwanted distance-velocity map signals have been removed, a list of modulated targets (6) is generated. To improve the accuracy in your determination, a centroid estimate can be applied. According to the present invention, if a target (6) modulated is present in the scene, at least two additional peaks can be detected in the distance-velocity map, associated with the target (6) modulated.
El blanco (6) modulado es detectado si dos blancos (6) tienen en la misma celda de rango y la misma celda angular una diferencia en frecuencia de Doppler de 2fm. En la figura 4 se muestra esquemáticamente esta situación.The modulated target 6 is detected if two targets 6 in the same range cell and the same angular cell have a Doppler frequency difference of 2 fm. Figure 4 schematically shows this situation.
Concretamente, la figura 4a muestra un blanco (6) modulado y un blanco (6) normal. La amplitud es proporcional al modo estructural. La figura 4b muestra la representación de un blanco (6) modulado con una frecuencia de modulación pequeña comparada a la frecuencia de muestreo en velocidad y por tanto sin solape (“aliasing”) en la transformada. El blanco (6) produce tres picos identificables. El punto central está asociado con el modo estructural mapeado en el punto (v, R). Pero se aprecian dos puntos separados en el eje de velocidad una cantidad 2Av = 2fm ■ c /(2 fc ) alrededor del pico central y con amplitud proporcional al RCS diferencial. Donde, f c es la frecuencia portadora central del radar (1) y c es la velocidad de propagación la luz.Specifically, figure 4a shows a modulated target (6) and a normal target (6). The amplitude is proportional to the structural mode. Figure 4b shows the representation of a target (6) modulated with a small modulation frequency compared to the speed sampling frequency and therefore without aliasing in the transform. Blank (6) produces three identifiable peaks. The central point is associated with the structural mode mapped to the point (v, R). But there are two separate points on the velocity axis an amount 2 Av = 2fm ■ c / ( 2 fc ) around the central peak and with amplitude proportional to the RCS differential. Where, fc is the central carrier frequency of the radar (1) and c is the speed of light propagation.
Si la frecuencia de modulación es muy alta se incumple el criterio de Nyquist y puede aparecer un cierto solapamiento (“aliasing”) en la transformadas debido al comportamiento periódico de las transformadas de señales muestreadas. Estos picos aparecen representados en las figuras 4c y 4d, dependiendo del signo de la velocidad del blanco (6). Esta situación ocurre cuando la coordenada de la velocidad del punto excede ±vmax = ±c/(4 fcT). El valor de vmax es función del radar (1).If the modulation frequency is very high, the Nyquist criterion is not met and some aliasing may appear in the transforms due to the periodic behavior of the sampled signal transforms. These peaks appear represented in figures 4c and 4d, depending on the sign of the speed of the target (6). This situation occurs when the velocity coordinate of the point exceeds ±vmax = ±c/ ( 4 fcT). The value of vmax is a function of the radar (1).
Estos blancos (6) fantasma (o ficticios) se pueden clasificar en función de la diferencia conocida en el eje de velocidad. La amplitud de estos blancos (6) adyacentes asociados al blanco (6) modulado es proporcional a la sección recta radar diferencial del dispositivo o transpondedor (2) y el factor de modulación que se utiliza en la modulación de la señal enviada por el radar (1) al dispositivo o transpondedor. No se requiere en el vehículo (5) ningún hardware adicional para el radar (1) en esta comunicación.These phantom (or dummy) targets (6) can be classified based on the known difference in the velocity axis. The amplitude of these adjacent targets (6) associated with the modulated target (6) is proportional to the differential radar cross-section of the device or transponder (2) and the modulation factor used in the modulation of the signal sent by the radar ( 1) to the device or transponder. No additional hardware is required on the vehicle (5) for the radar (1) in this communication.
Es importante destacar que el blanco (6) modulado es detectado en el mapa distanciavelocidad incluso cuando se acopla a objetos grandes con una sección recta elevada. Este hecho permite mejorar la detección de objetos con una sección recta pequeña que pueden estar enmascarados por objetos grandes reflectantes, tal y como ocurre con peatones, ciclistas o señales de tráfico. It is important to note that the modulated target (6) is detected on the distance-velocity map even when attached to large objects with a raised cross section. This fact allows to improve the detection of objects with a small straight section that can be masked by large reflective objects, such as pedestrians, cyclists or traffic signs.
La figura 5 muestra el mapa distancia-velocidad obtenido con un radar (1) FMCW. El blanco (6) modulado está localizado cerca de un reflector trihédrico ("trihedral corner reflector”) con una sección recta de 20dB superior a la del transpondedor. Cuando la modulación del blanco (6) modulado está desactivada, el radar (1) detecta una reflexión fuerte, pero no puede distinguir el blanco (6) modulado del reflector. En la parte inferior de la figura 5 se ha activado la modulación del t blanco (6) modulado y el pico adyacente es claramente visible. La situación es típica en entornos automovilísticos, en los que peatones y ciclistas, debido a su sección recta inferior comparadas con la de otros objetos como coches, árboles o edificios, son difíciles de detectar por los radares de los automóviles.Figure 5 shows the distance-speed map obtained with a (1) FMCW radar. The modulated target (6) is located near a trihedral corner reflector with a straight section 20dB higher than that of the transponder. When the modulation of the modulated target (6) is deactivated, the radar (1) detects a strong reflection, but cannot distinguish the modulated white (6) from the reflector. At the bottom of figure 5 the modulation of the modulated white (6) t has been activated and the adjacent peak is clearly visible. The situation is typical in automotive environments, in which pedestrians and cyclists, due to their lower straight section compared to other objects such as cars, trees or buildings, are difficult to detect by car radars.
Esta situación se muestra en el ejemplo descrito en la figura 6. Las figuras 7 y 8 muestran las trayectorias de los blancos (6) detectadas para veinte capturas del radar (1) con un ciclista (figura 7) y un peatón (figura 8) con un blanco (6) modulado. En las diez primeras capturas, el blanco (6) modulado estaba desactivado y en el resto el blanco (6) modulado estaba activado. Se puede apreciar que debido a la baja velocidad y pequeña sección recta comparada con las reflexiones elevadas indeseadas, el ciclista y el peatón son difíciles de clasificar por el radar (1) cuando no hace uso del procedimiento y dispositivo descritos en la invención. En cualquier caso, la combinación del dispositivo con el procedimiento de identificación propuestos permite la detección de este tipo de blancos (6) en entornos tan exigentes como el de la automoción.This situation is shown in the example described in figure 6. Figures 7 and 8 show the trajectories of the targets (6) detected for twenty radar captures (1) with a cyclist (figure 7) and a pedestrian (figure 8) with a modulated target (6). In the first ten captures, the modulated target (6) was deactivated and in the rest the modulated target (6) was activated. It can be seen that due to the low speed and small straight section compared to the unwanted high reflections, the cyclist and the pedestrian are difficult to classify by the radar (1) when the procedure and device described in the invention are not used. In any case, the combination of the device with the proposed identification procedure allows the detection of this type of targets (6) in environments as demanding as the automotive one.
El procedimiento descrito en la presente invención puede ser utilizado en comunicaciones vehículo-vehículo y vehículo infraestructura. En el esquema más simple, la detección de un transpondedor modulado un dispositivo como el objeto de invención, o un blanco (6) modulado en general, con el procedimiento descrito puede ser empleado para identificar y clasificar señales de tráfico. Cada señal de tráfico equipada con el blanco (6) modulado puede utilizar una forma de onda conocida con una modulación de frecuencia específica. El procedimiento descrito se puede aplicar para la detección del blanco (6) modulado con una forma de onda específica y una modulación de frecuencia instalado asimismo en un vehículo. Cuando el vehículo activa los frenos, los intermitentes o las luces de aviso, el blanco (6) modulado alerta de la acción al radar de otros vehículos. The method described in the present invention can be used in vehicle-vehicle and infrastructure vehicle communications. In the simplest scheme, the detection of a modulated transponder, a device such as the object of the invention, or a modulated target (6) in general, with the described procedure can be used to identify and classify traffic signals. Each traffic signal equipped with the modulated target (6) can use a known waveform with a specific frequency modulation. The described procedure can be applied for the detection of the target (6) modulated with a specific waveform and a frequency modulation also installed in a vehicle. When the vehicle activates the brakes, turn signals or warning lights, the modulated target (6) alerts the radar of other vehicles of the action.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2894200 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20220211 |
|
| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20220531 |