JP2021510202A - 中央制御ユニットに組み込まれたクロック発生器を有するレーダシステム - Google Patents

Abstract

車両用のレーダシステムにおいて、データを送信し、受信したデータを処理するための少なくとも１つの中央制御ユニット、少なくとも１つの中央制御ユニットから離間された少なくとも１つのレーダセンサヘッドであって、レーダ波を生成するための少なくとも１つの送信アンテナとレーダ波を受信するための少なくとも１つの受信アンテナとを有するレーダセンサヘッド、および、少なくとも１つの中央制御ユニットと少なくとも１つのレーダセンサヘッドとの間の少なくとも１つのデータラインを備える車両用レーダシステムにおいて、少なくとも１つの中央制御ユニットが、基準周波数を生成するためのクロック発生器を有し、基準周波数が、少なくとも１つのデータラインを介して少なくとも１つのレーダセンサヘッドに伝送可能である。

Description

本発明は、車両用のレーダシステムにおいて、データを送信し、受信したデータを処理するための中央制御ユニット、中央制御ユニットから離間された少なくとも１つのレーダセンサヘッドであって、レーダ波を生成するための少なくとも１つの送信アンテナとレーダ波を受信するための少なくとも１つの受信アンテナとを有するレーダセンサヘッド、および、中央制御ユニットと少なくとも１つのレーダセンサヘッドとの間の少なくとも１つのデータラインを備える車両用レーダシステムに関する。

高レベルの運転者支援機能または自動運転機能を有する車両では、ますます多くのレーダセンサが設置される。個々のレーダセンサと比較して、より多数のレーダセンサによって、自動化された、または部分的に自動化された車両機能のより高い性能が追求される。この分野におけるこれまでの解決策は、受信したレーダ波のセンサ内における広範なデータ処理を実行するレーダセンサに基づいている。したがって、レーダセンサは、車両によるさらなる評価のために物体または測位レベルでデータを供給することができる。これにより、車両に伝送されるデータ量を低減することができるが、しかしながら、それぞれのレーダセンサは、より高い計算能力およびより大きなメモリを有している必要がある。

この場合、計算能力およびメモリサイズのスケーラビリティが、向上した性能に対して比較的不都合であることが欠点である。これは、特に、所定の性能要件に基づいて、受信したレーダ波に必要な処理ステップのためにマイクロコントローラ技術がもはや十分ではないとことにより生じる。したがって、性能を向上させるためには、必要な計算および解析をセンサ内部でマイクロプロセッサ技術を使用して実行しなければならない。このことは、レーダセンサの価格、サイズ、および電力消費に不利な影響を及ぼす場合がある。

さらに、使用される複数のレーダセンサは、通常、コヒーレンスが不十分であるか、または存在しない。このことは、特に、周波数を設定するためにレーダセンサ内に局所的に設置されたそれぞれ独立した発振器に起因する場合がある。

本発明の基礎をなす課題は、性能に関して安価かつ柔軟にスケーラブルであり、個々のレーダセンサヘッドが互いに同期可能な車両用のレーダシステムを提案することである。

この課題は、独立請求項のそれぞれの対象によって解決される。本発明の有利な実施形態が従属請求項の対象である。

本発明の一態様によれば、車両用のレーダシステムが提供される。このレーダシステムは、データを送信し、受信したデータを処理するための少なくとも１つの中央制御ユニットを備える。さらに、レーダシステムは、中央制御ユニットから離間された少なくとも１つのレーダセンサヘッドであって、レーダ波を生成するための少なくとも１つの送信アンテナとレーダ波を受信するための少なくとも１つの受信アンテナとを有するレーダセンサヘッドを備える。データを伝送するために、レーダシステムは、少なくとも１つの中央制御ユニットと少なくとも１つのレーダセンサヘッドとの間の少なくとも１つのデータラインを備える。本発明によれば、少なくとも１つの中央制御ユニットは、基準周波数を生成するためのクロック発生器を有し、基準周波数は、少なくとも１つのデータラインを介して少なくとも１つのレーダセンサヘッドに伝送可能である。

複数のレーダセンサが１つの車両に使用される局面では、必要な計算能力を少なくとも１つの中央制御ユニットに集中させることが有利である。したがって、それぞれのレーダセンサは、著しい電力損失がない小型で安価なレーダセンサヘッドとして構成してもよい。これにより、全体としてより良好な価格‐性能比を達成することができ、レーダシステムのより高い性能を実現することができる。

本発明によるレーダシステムでは、少なくとも１つのレーダセンサヘッドは、レーダ波を生成および送信するための構成要素と、レーダ波を受信し、受信したレーダ波を処理するための構成要素とを有する。受信したレーダ波の処理は、できるだけ小さい程度に制限されるか、またはできるだけ少ない労力によって行われる。特に、受信したレーダ波の測定データはアナログ‐デジタル変換器によってデジタル化され、次いで、高帯域幅によって少なくとも１つの中央制御ユニットに伝送することができる。次いで、少なくとも１つのレーダセンサヘッドからのデジタル化された測定データを少なくとも１つの中央制御ユニットでさらに処理することができる。

これにより、個々のレーダセンサヘッドで必要とされる計算能力が少なくなるので、それぞれのレーダセンサヘッドのコストを低減することができる。さらに、処理ステップ数がより少ないことにより、それぞれのレーダセンサヘッドにおける電力損失をより少なくすることができる。少なくとも１つの中央制御ユニットにおける計算コストは増加するが、しかしながら、計算能力は、生じるコストと比較して、より容易に、またはより少ない労力で拡張できる。レーダシステム全体を見ると、本発明によるレーダシステムは、従来の解決策と比較して柔軟かつ安価に拡張およびスケーリングすることができる。さらに、少なくとも１つの中央制御ユニットのより高い計算能力に基づいて、より複雑で効率的なアルゴリズムを使用して、受信したレーダ波を処理することができる。

レーダセンサネットワークでは、異なるレーダセンサまたはレーダセンサヘッドのデータが、スペクトルレベルなどの低レベルにマージされる場合、コヒーレンスは決定的な要因である。一般に、それぞれのレーダセンサでは、高周波は周波数シンセサイザとしての局部発振器および位相ロックループによって別個に生成される。これにより、レーダセンサ間のコヒーレンスは非常に低いか、もしくは存在しない。本発明によるレーダシステムでは、わずかなずれを有する個々のクロック発生器である局部発振器を中央クロック発生器によって置き換えることができる。中央クロック発生器は、好ましくは、少なくとも１つの中央制御ユニットに配置されている。中央クロック発生器は、少なくとも１つのレーダセンサヘッドに基準周波数を供給することができ、基準周波数は、少なくとも１つのデータラインを介して伝送することができる。したがって、少なくとも１つのデータラインは、基準周波数を設定することによって、異なるレーダセンサヘッドの発振器を同期するために直接に使用することができる。

少なくとも１つのデータラインは、好ましくは、いわゆる「高速インタフェース」として構成されている。少なくとも１つのデータラインは、クロック回復を伴うシリアルデータ伝送として構成してもよい。これにより、異なるレーダセンサヘッドの局部発振器のコヒーレンスを確保することができる。コヒーレンスは、とりわけ、位相ロックループのループ帯域幅内で保証することができる。この場合、位相雑音はクロック発生器に依存している。ループ帯域幅が大きいほど、コヒーレンスが提供されている周波数範囲が大きくなる。ループ帯域幅の設計は、基準周波数が位相雑音に関してどれだけ良好であるか、およびどの周波数で位相ロックループが動作されるかに依存する。高速インタフェースもしくはデータラインの場合には一般に高周波数が使用され、このことは、ＣＡＮバスと比較して位相ロックループにとって基準周波数として有利な場合がある。

レーダシステムの一実施形態によれば、クロック発生器によって生成される基準周波数が可変に設定可能である。例えば、少なくとも１つの中央制御ユニットに配置されたクロック発生器は、電圧制御発振器または数値制御発振器であってもよい。これにより、発振器の生成可能な基準周波数に直接または間接に影響を及ぼすことができる。次に、可変調整可能な基準周波数は、少なくとも１つのデータラインを介して少なくとも１つのレーダセンサヘッドに伝送することができ、レーダセンサヘッドで少なくとも１つの送信アンテナを動作させるために使用することができる。したがって、少なくとも１つのレーダセンサヘッドを異なる測定シナリオに適合させることができる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つのレーダセンサヘッドは、少なくとも１つの送信アンテナのためのアンテナ制御部と、周波数シンセサイザとを有する。周波数シンセサイザは、局部発振器を動作させるための制御ループの形式で構成することができる。これにより、少なくとも１つの送信アンテナのための搬送周波数を技術的に簡単に生成し、変調することができる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、周波数シンセサイザの基準周波数は、少なくとも１つの中央制御ユニットのクロック発生器によって供給可能である。これにより、少なくとも１つの中央制御ユニット内でクロック発生器によって生成される基準周波数は、少なくとも１つのレーダセンサヘッドの局部発振器とは独立して、少なくとも１つのレーダセンサヘッドの少なくとも１つの送信アンテナを動作させるために使用することができる。これにより、複数のレーダセンサヘッドを使用する場合にコヒーレンスを確保することに加えて、それぞれの送信アンテナのための周波数の生成における冗長性を実現することができる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つのレーダセンサヘッドの少なくとも１つの受信アンテナによって受信したレーダ波は、アナログ−デジタル変換器によってデジタル測定データに変換可能であり、少なくとも１つの時間情報によってマーキング可能である。したがって、受信されたレーダ波もしくは測定データはデジタル形式に変換し、これにより容易に処理することができる。有利には、デジタル形式に変換された測定データにはタイムスタンプを付与することができる。例えば、記録されたそれぞれのスペクトルは、固有のタイムスタンプを得ることができる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、デジタル測定データは、少なくとも１つのデータラインを介して中央制御ユニットに伝送可能であり、中央制御ユニット内で少なくとも１つの時間情報によって同期可能である。レーダセンサヘッドにおける受信した測定データの第１の処理によって、生じたデータ量に基づいたバッファリングまたは遅延が行われる。これにより少なくとも１つのレーダセンサヘッドと少なくとも１つの中央制御ユニットとの間に生じるずれは、付与された時間情報に基づいて補正することができる。時間情報は、好ましくは、１つのタイムスタンプまたは複数のタイムスタンプの形態で実現することができる。したがって、タイムスタンプは、少なくとも１つの中央制御ユニットの少なくとも１つのレーダセンサヘッド間の測定データを時間的に同期するために使用することができる。これにより、少なくとも１つの中央制御ユニットに伝送される測定データは、時間的に正確に分類され、さらなる用途または計算に使用することもできる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの時間情報は、少なくとも１つのレーダセンサヘッド内に配置された時間および制御装置によって生成可能である。したがって、少なくとも１つのレーダセンサヘッドは、アナログ‐デジタル変換器に並列に配置された付加的な回路を有することができる。時間および制御装置は、例えば、少なくとも１つのデータラインを介して伝送された制御コマンドを受信し、実行することができ、デジタル化された測定データに正確な時間情報を付与することができる。さらに、時間および制御装置は、少なくとも１つのレーダセンサヘッドを制御するために、および、例えば、監視またはサイクル制御のために使用することができる。レーダシステムにおいて時間同期を行うことができるように、時間および制御装置によって、伝送された測定データに、例えば、伝送されたそれぞれのチャープまたは伝送されたそれぞれのサイクルのためのタイムスタンプを付加する必要があり、これにより、少なくとも１つの中央制御ユニットは、伝送された測定データを有意義に利用することができる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、周波数シンセサイザは、周波数を提供するために少なくとも１つのレーダセンサヘッド内に配置された発振器を有する。これにより、周波数シンセサイザは、基本的に、集積回路の形式の局部発振器を用いて製造されるので、レーダセンサヘッドは、従来の構成要素から構成してもよい。この場合、発振器は、時間および制御装置を使用して中央制御ユニットによって設定可能である。少なくとも１つのレーダセンサヘッドに時間および制御装置を実装することによって、少なくとも１つの中央制御ユニットによって少なくとも１つのレーダセンサヘッドの構成要素に影響を及ぼすことができる。したがって、少なくとも１つのレーダセンサヘッドの発振器を直接または間接に開ループ制御または閉ループ制御することもできる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、発振器によって提供される周波数は、少なくとも１つの中央制御ユニットのクロック発生器によって生成される基準周波数に重畳可能である。したがって、局部発振器の周波数にかかわらず、より高い優先順位を有する中心クロック発生器の基準周波数を、少なくとも１つの送信アンテナによるレーダ波の生成のために使用することができる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも２つのレーダセンサヘッドの周波数シンセサイザは少なくとも１つの中央制御ユニットのクロック発生器によって互いに同期可能である。複数のレーダセンサヘッドは互いに離間して車両内に設置し、データラインを介して１つ以上の中央制御ユニットにデータを伝送するように接続することができる。異なるレーダセンサヘッドに実装された時間および制御装置により、複数のレーダセンサヘッドを使用する場合には、送信アンテナのそれぞれの周波数シンセサイザおよび搬送周波数を互いに同期させることができる。これにより、測定結果の精度を高めることができる。このようにして、車両の運転者支援機能または自動運転機能を最適化することができる。さらに、性能に悪影響を及ぼすことなしに、使用されるレーダセンサヘッドの数を随意に増加させることができる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つのデータラインによって伝送されるデータは、少なくとも１つのレーダセンサヘッドの周波数シンセサイザの基準周波数よりも高いデータ速度により伝送可能である。少なくとも１つのレーダセンサヘッドを開ループ制御または閉ループ制御するための時間および制御装置を最適に動作させることができるように、少なくとも１つのデータラインを介したデータの伝送をレーダ動作よりも高い時間分解能により行う必要がある。これにより、異なる発振器の周波数ずれを監視するための安全機能などのさらなる機能を本発明によるレーダシステムに組み込むことができる。この技術は数ギガヘルツの周波数を可能にするので、データ伝送のためのより高い時間分解能をＭＭＩＣ技術の枠組み内で技術的に簡単に実現することができる。したがって、例えば、１ｎｓの時間分解能を有する１ＧＨｚのタイムスタンプを容易に伝送することができる。内部基準周波数は、例えば、少なくとも１つの送信アンテナのＰＬＬ基準に対して５０ＭＨｚとすることができ、これにより、この例によるデータ速度は５０Ｍｂｉｔ／ｓよりも高くなる。

レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの中央制御ユニットは、受信したデータを処理するための少なくとも１つのプロセッサと、データを少なくとも一時的に記憶するための少なくとも１つのメモリとを有する。これにより、少なくとも１つの中央制御ユニットは、少なくとも１つのデータラインを介して少なくとも１つのレーダセンサヘッドから伝送された測定データを少なくとも一時的に記憶し、それぞれの適用要件にしたがって処理、転送、または出力することができる。少なくとも１つの中央制御ユニットは、必要に応じて、より効率的な制御ユニットに置き換えることができる。この場合には、マイクロプロセッサ技術が既に使用されているので、精巧なアルゴリズムを使用して測定データを処理することができ、したがって、より正確な計算結果を達成することができる。

以下に著しく簡略化した概略図に基づいて本発明の好ましい例示的な実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態によるレーダシステムを示す概略図である。

図１は、本発明の第１の実施形態によるレーダシステム１の概略図を示す。レーダシステム１は、データライン４を介して中央制御ユニット６に結合されたレーダセンサヘッド２からなる。

レーダセンサヘッド２は、アンテナ制御部１０を介して動作可能な少なくとも１つの送信アンテナ８を有している。アンテナ制御部１０は、レーダ波の搬送周波数を生成するための少なくとも１つの周波数シンセサイザ１２に接続されている。

周波数シンセサイザ１２は、この場合、デジタル伝送された制御コマンドＳＴによって中央制御ユニット６からデータライン４を介して基準周波数を取得する。

さらに、レーダセンサヘッド２には、レーダ波を受信するための対応する評価ユニット１６を有する少なくとも１つの受信アンテナ１４が配置されている。受信したレーダ波は、アナログ‐デジタル変換器１８によってデジタル測定データに変換し、次いで、データライン４を介して中央制御ユニット６に送信することができる。

伝送されたデジタル測定データには、レーダセンサヘッド２に配置された時間および制御装置２０によってタイムスタンプＺが割り当てられ、同様に中央制御ユニット６に伝送される。

中央制御ユニット６は、伝送されたデジタル測定データを受信し、処理することができる。測定データと共に伝送されたタイムスタンプによって、これらのタイムスタンプを時間的に正確に分類することができる。

中央制御ユニット６は、受信したデータを処理するための少なくとも１つのプロセッサ２２と、受信したデジタル測定データを少なくとも一時的に記憶するための少なくとも１つのメモリ２４とを有する。さらに、中央制御ユニット６はクロック発生器２６を有する。クロック発生器２６によって、中央制御ユニット６はレーダセンサヘッド２を同期させるための基準周波数を生成することができる。基準周波数は、次にデータライン４を介して周波数シンセサイザ１２から取得することができる。

Claims (12)

1. 車両用のレーダシステム（１）であって、
   データを送信し、受信したデータを処理するための少なくとも１つの中央制御ユニット（６）、
   少なくとも１つの中央制御ユニット（６）から離間された少なくとも１つのレーダセンサヘッド（２）であって、レーダ波を生成するための少なくとも１つの送信アンテナ（８）とレーダ波を受信するための少なくとも１つの受信アンテナ（１４）とを有するレーダセンサヘッド（２）、および
   少なくとも１つの中央制御ユニット（６）と少なくとも１つのレーダセンサヘッド（２）との間の少なくとも１つのデータライン（４）を備えるレーダシステム（１）において、
   少なくとも１つの中央制御ユニット（６）が、基準周波数を生成するためのクロック発生器（２６）を有し、基準周波数が、少なくとも１つのデータライン（４）を介して少なくとも１つのレーダセンサヘッド（２）に伝送可能であることを特徴とするレーダシステム（１）。
2. 請求項１に記載のレーダシステムにおいて、
   前記クロック発生器（２６）によって生成される基準周波数が可変に設定可能であるレーダシステム。
3. 請求項１または２に記載のレーダシステムにおいて、
   少なくとも１つの前記レーダセンサヘッド（２）が、周波数シンセサイザ（１２）を有する少なくとも１つの前記送信アンテナ（８）のアンテナ制御部（１０）を備えるレーダシステム。
4. 請求項３に記載のレーダシステムにおいて、
   前記周波数シンセサイザ（１２）の基準周波数が、少なくとも１つの中央制御ユニット（６）のクロック発生器（２６）によって供給可能であるレーダシステム。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
   少なくとも１つの前記レーダセンサヘッド（２）の少なくとも１つの前記受信アンテナ（１４）によって受信したレーダ波が、アナログ‐デジタル変換器（１８）によってデジタル測定データに変換可能であり、少なくとも１つの時間情報（Ｚ）によってマーキング可能であるレーダシステム。
6. 請求項５に記載のレーダシステムにおいて、
   デジタル測定データが、少なくとも１つの前記データライン（４）を介して少なくとも１つの前記中央制御ユニット（６）に伝送可能であり、少なくとも１つの中央制御ユニット（６）内で少なくとも１つの前記時間情報（Ｚ）によって同期可能であるレーダシステム。
7. 請求項５または６に記載のレーダシステムにおいて、
   少なくとも１つの前記時間情報（Ｚ）が、少なくとも１つの前記レーダセンサヘッド（２）内に配置された時間および制御装置（２０）によって生成可能であるレーダシステム。
8. 請求項５から７までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
   周波数シンセサイザ（１２）が、周波数を提供するために少なくとも１つのレーダセンサヘッド（２）内に配置された発振器を有するレーダシステム。
9. 請求項８に記載のレーダシステムにおいて、
   発振器によって提供される周波数が、少なくとも１つの中央制御ユニット（６）のクロック発生器（２６）によって生成される基準周波数に重畳可能である。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
    少なくとも２つの前記レーダセンサヘッド（２）の周波数シンセサイザ（１２）が、少なくとも１つの中央制御ユニット（６）の周波数発振器（２６）によって互いに同期可能であるレーダシステム。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
    少なくとも１つの前記データライン（４）によって伝送されるデータが、少なくとも１つの前記レーダセンサヘッド（２）の周波数シンセサイザ（１２）の基準周波数よりも高いデータ速度により伝送可能であるレーダシステム。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
    少なくとも１つの中央制御ユニット（６）が、受信したデータを処理するための少なくとも１つのプロセッサ（２２）と、データを少なくとも一時的に記憶するための少なくとも１つのメモリ（２４）とを備えるレーダシステム。

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