JP2008510153A - レーダーセンサ - Google Patents

Abstract

本発明によれば、送受信装置（１０、１２）と、受信信号（Ａ）をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換器（１４）と、記録期間のデジタルデータを時間の関数として表す有効データ群（Ｄ１）として記憶する記憶装置（１８）と、有効データ群のスペクトル（Ｓ）を計算する変換装置（１６）と、スペクトルを評価する評価装置（２４）と、を備える、レーダーセンサであって、スペクトル（Ｓ）をデジタルの比較データ群（Ｄ２）に逆変換する逆変換装置（２２）と、有効データ群（Ｄ１）と比較データ群（Ｄ２）との間の適合を評価し、適合している場合にはスペクトル（Ｓ）を評価装置（２４）に伝達し、適合していない場合にはエラー処理を行うように構成される、比較装置（２０）と、を備えるレーダーセンサが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、送受信装置と、受信信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換器と、記録期間のデジタルデータを時間の関数として表す有効データ群として、デジタルデータを記憶する記憶装置と、有効データ群のスペクトルを計算する変換装置と、スペクトルを評価する評価装置と、を備えるレーダーセンサに関する。

より詳細には、本発明は、車両内において、例えば、レーダー支援による自動間隔制御用のＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）システム等の運転者支援システムのコンポーネントを構成する、レーダーセンサに関する。

上述した種類のレーダーセンサの典型的な例は、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダーであって、それにおいては送信されるレーダー信号の周波数が所定の傾斜勾配（Rampensteigung）で周期的に変調される。よって、レーダー目標で反射され、所定の時点に再びレーダーアンテナによって受信される信号の周波数は、一方では、信号伝播遅延とそれに伴うレーダー目標との間隔とに、他方では、ドップラー偏移とそれに伴うレーダー目標との相対速度とに依存する量によって、その時点に送信される信号の周波数と区別される。レーダーセンサにおいては、ミキサー内で受信信号がこの時点に送信される信号と混合されるので、うなりによって低周波信号が得られ、その周波数は送信信号と受信信号との周波数偏差に相当する。そして、この低周波信号が、アナログ／デジタル変換器によって適当な時間間隔でデジタル化される。デジタル化されたデータは、所定の記録期間で記録され、その記録期間は、例えば、送信信号を変調する傾斜（Rampe）の長さに相当する。そして、このようにして得られたデータ群から、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）として知られるアルゴリズムによって、スペクトルが得られる。このスペクトルにおいて、各々に検出されたレーダー目標は、多少ともノイズレベルから際だったピークによって表される。この処理を異なる傾斜勾配で繰返すことによって、伝搬遅延に起因する周波数偏移とドップラー偏移との間のあいまいさ（Mehrdeutigkeit）を除去することが可能となるので、レーダー目標との間隔および相対速度が算出される。

車両においては、角度可変のレーダーセンサが大抵の場合に使用され、それは互いに僅かに角度変位された複数のレーダーローブ（Radarkeulen）を発生させ、その場合に個々のレーダーローブの各々について別々に、望ましくは並列チャネル内で、上述した信号の処理および評価が行われる。

位置測定されたレーダー目標を高い時間精度で追跡するためには、デジタルデータ処理は、可能な限り高いビット速度で行われる必要がある。この場合には、折に触れて発生するエラーの全てを完全に除去することはできない。この種のエラーは、受信されたレーダー信号がノイズに晒されることによってのみならず、例えば、電磁的な干渉信号が評価装置に紛れ込み、またはデータの伝達および処理に際して、個々のデータビットが歪曲されること（bit aliasing）によっても生じる。他のエラー原因は、ソフトウェアエラーまたはハードウェアエラーであり、それらは、場合によっては散発的に、不都合な状況でのみ認められるので、品質管理に際して見落とされる。

交通安全上の観点によれば、レーダーセンサは、他の車両および他の障害物の位置測定を、可能な限り高い信頼性を伴って行う必要がある。さらに、長期目標として完全自動化された車両制御が実現されるまで、運転者支援システムの機能性を拡張する努力がなされる。運転者支援システムにますます複雑で新たな課題が課されるのと同様に、レーダーセンサの信頼性に対する要求も向上する。

（発明の利点）
請求項１に記載された特徴を有する本発明は、改良された信頼性を伴うレーダーセンサを提供する。

これは、本発明によれば、例えば高速フーリエ変換によってスペクトルを計算する変換装置の他に、逆変換装置が設けられ、それが計算されたスペクトルを再び時間依存性の関数に逆変換することによって実現される。変換および逆変換がエラーを伴わずに実行された場合には、逆変換によって得られるデジタルデータ群（比較データ群と称する。）は、スペクトルの計算に用いられた、元の有効データ群に適合するはずである。よって、本発明によれば、比較装置において、有効データ群が比較データ群と比較され、２つのデータ群が十分に適合している場合にのみ、変換装置によって計算されたスペクトルが有効なスペクトルとして評価装置にさらに伝達される。そうでない場合には、エラーの発生が推定され、そのエラーに適したエラー処理ルーチンが実行される。

よって、本発明に基づくレーダーセンサには、ある種の自己診断機能が実装されており、それを用いてアナログ／デジタル変換器と評価装置との間の処理系統の全体でエラーが発生していないことを監視することができる。すなわち、レーダーセンサの作動中において、この処理系統で発生するエラーを即座に認識することができ、運転者支援システムの誤作動を回避するために、適切な措置を行うことができる。

本発明の望ましい実施形態が、従属請求項に記載されている。

アナログ／デジタル変換器から供給されるデータを処理するためには、通常、デジタルデータ処理装置、例えばマイクロ計算機が設けられ、その中には、変換装置がソフトウェアモジュール、例えば高速フーリエ変換用のアルゴリズムとして実装される。逆変換も、ソフトウェアモジュールとして実装されることができ、それは元のフーリエ変換と同一のハードウェアで実行される。しかし、望ましくは、逆変換用に、変換装置のハードウェアから独立した別個のハードウェアが使用される。例えば、高速フーリエ変換用の変換装置として、デジタルプロセッサ（ＤＳＰ）が使用され、逆変換用には、他のプロセッサ、例えばマイクロコントローラが使用され、そのマイクロコントローラは、その他にさらにレーダーセンサ内部の他の機能、例えば制御機能も実行できる。このようにして得られるハードウェアの独立性によって、変換装置のハードウェアエラーも確実に認識されうることが、保証される。

数学的には、逆変換、例えば逆フーリエ変換は、元のフーリエ変換と極めて類似する。というのは、時間依存性の関数ｆ（ｔ）に対するフーリエ変換演算子Ｆの作用について、次の関係が当てはまるからである：
ｋが適当な標準化係数（Normierungsfaktor）であるとして、
Ｆ（Ｆ（ｆ（ｔ）））＝ｋ・ｆ（−ｔ）

よって、原理的には、逆変換用に、元のフーリエ変換に適用された、同一のアルゴリズムを使用することができる。しかし、望ましくは、逆変換用に、元のフーリエ変換用のアルゴリズムから独立した、特殊なアルゴリズムが使用される。これにより、ソフトウェアエラーも認識されうることが、保証される。

比較データ群が有効データ群に適合しない場合に行われるエラー処理は、最も簡単な場合においては、該当するスペクトルが破棄されることである。レーダー位置測定は、例えば１ｍｓという短い時間間隔で周期的に繰返されるので、個々の測定サイクルの結果が欠落していることは、エラーを伴う結果がレーダー目標の追跡のために使用されないことが確保されている限りにおいては、通常、許容される。

しかし、望ましい実施形態において、比較装置は、スペクトルが無効であるとして破棄された事象を計数するように構成される。例えば予め定められた時間間隔内に所定の閾値を越える頻度で、この種の事象が頻繁に発生する場合には、それは、システムエラーを示唆しており、その場合には、エラー処理において、エラー報告が運転者に出力され、および／またはシステムの初期化および再起動が実行され、あるいは、再起動が必要でない場合でも、システムが完全に停止される。

（実施例の説明）
本発明の実施例は、図面に示され、以下で詳細に説明される。

図１にブロック図として示されるレーダーセンサは、送受信装置として、付属のミキサー１２を伴うアンテナ１０を備えており、そのミキサーは測定信号として低周波のアナログ信号Ａを供給する。アナログ／デジタル変換器１４では、アナログ信号Ａがデジタル化される。このようにして得られたデジタルデータが、レーダーセンサの各測定サイクル内で予め定められた記録期間にわたって記録されるので、記録期間の測定信号の時間的推移を表す、デジタルの有効データ群Ｄ１が得られる。

変換装置１６では、有効データ群Ｄ１が高速フーリエ変換される。これに並行して、有効データ群Ｄ１が記憶装置１８に一時的に記憶される。

変換装置１６は、例えばデジタルの信号プロセッサによって構成され、その中には高速フーリエ変換用のアルゴリズムが実装される。フーリエ変換の結果がスペクトルＳであって、それが比較装置２０にさらに伝達される。

変換装置１６は、スペクトルＳを逆変換装置２２にも出力し、その逆変換装置は、別個のプロセッサ、例えばレーダーセンサのマイクロコントローラによって構成される。このマイクロコントローラには、逆フーリエ変換用のアルゴリズムが実装されており、そのアルゴリズムは、変換装置１６で使用されるアルゴリズムから独立している。

逆変換の結果がデジタルの比較データ群Ｄ２であって、それも記録期間の測定信号の時間的推移を表しており、全ての変換が正しく実行された場合には、有効データ群Ｄ１に適合するはずである。比較装置２０は、比較データ群Ｄ２と、記憶装置１８に一時的に記憶されている有効データ群Ｄ１とを比較する。２つのデータ群が適合している場合には、比較装置２０は、スペクトルＳを有効なスペクトルとして評価装置２４、例えば車両内の自動間隔制御用のＡＣＣ制御器に、さらに伝達する。

変換装置１６および逆変換装置２２における変換の結果は、各々に数学的に正しい結果の近似のみを表すので、実際的には、全ての計算が正しく実行された場合でも、有効データ群Ｄ１と比較データ群Ｄ２とは、必ずしも完全には適合しない。これらのデータ群相互の十分な適合を示す判断基準として、比較装置２０では、例えば、データ群相互の二乗偏差の合計が所定の閾値以内であるか、または各時点の偏差が所定の帯域幅内にあるか、を検査することができる。

この判断基準に従って、有効データ群Ｄ１と比較データ群Ｄ２との間に十分な適合が得られていない場合には、スペクトルＳが評価装置２４に伝達されずに破棄され、同時にエラー信号Ｆがエラー処理装置２６に出力される。

エラー処理装置２６は、エラー頻度の移動平均値を継続的に計算し、エラー頻度が所定の閾値を越える場合には、レーダーセンサの評価装置全体の初期化と再起動をもたらす。同時に、運転者に警告信号を出力することができ、その警告信号は、現在ＡＣＣシステムが機能していないことを運転者に警告する。再起動も反復的な再起動の試みも必要とされない場合には、エラー処理装置２６がＡＣＣシステムの完全な停止をもたらし、運転者は、修理工場を訪れるようにとの指示をディスプレイ上で受ける。

比較装置２０およびエラー処理装置２６の機能は、例えば、マイクロコントローラによって実行することができ、そのマイクロコントローラは、逆変換装置２２の機能も実行する。

本発明に基づくレーダーセンサのブロック図を示す。

符号の説明

１０ アンテナ
１２ ミキサー
１４ アナログ／デジタル変換器
１６ 変換装置
１８ 記憶装置
２０ 比較装置
２２ 逆変換装置
２４ 評価装置
２６ エラー処理装置

Claims (6)

1. 送受信装置（１０、１２）と、受信信号（Ａ）をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換器（１４）と、記録期間の前記デジタルデータを時間の関数として表す有効データ群（Ｄ１）として記憶する記憶装置（１８）と、前記有効データ群のスペクトル（Ｓ）を計算する変換装置（１６）と、前記スペクトルを評価する評価装置（２４）と、を備える、レーダーセンサであって、
   前記スペクトル（Ｓ）をデジタルの比較データ群（Ｄ２）に逆変換する逆変換装置（２２）と、
   前記有効データ群（Ｄ１）と前記比較データ群（Ｄ２）との間の適合を評価し、適合している場合には前記スペクトル（Ｓ）を前記評価装置（２４）に伝達し、適合していない場合にはエラー処理を行うように構成される、比較装置（２０）と、
   を備えることを特徴とするレーダーセンサ。
2. 前記変換装置（１６）と前記逆変換装置（２２）とが、別個のハードウェアコンポーネントによって構成されることを特徴とする、請求項１に記載のレーダーセンサ。
3. 前記変換装置（１６）と前記逆変換装置（２２）とには、互いに独立した変換アルゴリズムが実装されることを特徴とする、請求項１または２に記載のレーダーセンサ。
4. 前記比較装置（２０）は、前記有効データ群（Ｄ１）が前記比較データ群（Ｄ２）に適合しない場合には、前記スペクトル（Ｓ）を破棄するように構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダーセンサ。
5. 前記比較装置（２０）は、前記有効データ群（Ｄ１）が前記比較データ群（Ｄ２）に適合しない場合には、エラー信号（Ｆ）を前記エラー処理装置（２６）に出力するように構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーダーセンサ。
6. 前記エラー処理装置（２６）は、エラー頻度が所定の閾値を越える場合には、前記レーダーセンサを停止もしくは新たに始動させ、および／または警告報告を出力するように構成されることを特徴とする、請求項５に記載のレーダーセンサ。

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