JP2021510416A - 少なくとも１つの暗号化可能なデータラインを有するレーダシステム - Google Patents

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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つのデータラインが、測定データまたは制御コマンドを暗号化、解読、および／または署名するための少なくとも１つのセキュリティユニットを備えている。

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、性能の向上に関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、マイクロプロセッサ技術を使用してセンサ内で必要な計算および解析を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、特に高度に自動化された車両では、運転機能に関するセンサシステムの操作安全性および可用性もしくは信頼性に対して所定の要件がある。
本発明の基礎をなす課題は、安価であり、性能において柔軟にスケーラブルであり、第三者による干渉から保護されている車両用のレーダシステムを提案することであるといえる。
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。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つのデータラインが、測定データまたは制御コマンドを暗号化、解読、および／または署名するための少なくとも１つのセキュリティユニットを備えている。
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スケーリングできる。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。
少なくとも１つのレーダセンサヘッドによって決定された測定データは、少なくとも１つのセキュリティユニットによって暗号化し、少なくとも１つのデータラインによって少なくとも１つの制御ユニットに伝送することがきる。少なくとも１つの制御ユニットは、暗号化されたデータを解読または復号し、さらに処理することができる。代替的にまたは追加的に、少なくとも１つのセキュリティユニットによって測定データに署名を付与することができる。これにより、伝送された測定データを、例えば一時的な識別番号によってマークし、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。測定データと並行して、暗号化方法によって第三者によるアクセスに対して制御コマンドを保護することもできる。
これにより、レーダシステム全体をアクセス、操作またはスパイから保護することができる。好ましくは、少なくとも１つのセキュリティユニットは、送信される、または到着する測定データまたは制御コマンドを双方向に暗号化または解読することができる。さらに、このセキュリティは、要求に応じて自律車両に適合されるレーダシステムの信頼性を高めることを保証することができる。
暗号化は、例えば、伝送された測定データを実際に「判読不能」にするために、または電子モジュールにおいてＭＡＣ（メッセージ認証コード）として署名するため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、いわゆる「高速インタフェース」として構成されていることが好ましい。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。
レーダシステムの一実施形態によれば、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されたレーダ波は、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、受信したレーダ波もしくは測定データを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、少なくとも１つのレーダセンサヘッドは、高速フーリエ変換を実行するために、アナログ−デジタル変換器の下流側に接続され、少なくとも１つのデータラインの上流側に接続された解析ユニットを備える。電気工学的製造プロセスの改善が進むにつれて、いわゆる「モノリシックマイクロ波集積回路」（ＭＭＩＣ）などの高周波部品に第１の処理段階を付加的に組み込むことも可能である。これは、好ましくはフーリエ解析を実行するための解析ユニットであってもよい。例えば、解析ユニットは、デジタル化された測定データのレンジＦＦＴを実行することができる。使用される変調方式に応じて、他のフーリエ変換を使用することもできる。この第１の処理段階は、高周波モジュールに必要とされる面積が非常に小さく、所要メモリが小さいので、一般に、レーダセンサヘッドの既存の構成要素に安価に組み込むことができる。したがって、適切な高周波モジュールを製造する場合に、使用されるシリコン面積は一般に同じであってよい。したがって、サンプル値もしくは受信されたレーダ波は、デジタル化の直後に伝送されるのではなく、第１の処理段階を受ける。高速フーリエ変換は、例えば、それぞれの使用目的に適合させることができるレンジＦＦＴであってもよい。例えば、高速フーリエ変換は、アンチエイリアシングフィルタ限界まで実行可能となっていてもよい。
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、測定データまたは制御コマンドを暗号化および／または解読するために、少なくとも１つのセキュリティユニットによって、ブロック暗号化またはブロック解読が実行可能である。レーダセンサヘッドの場合、測定データもブロック毎に提供されているので、ブロック暗号化を伴う暗号化方法を使用することが有利な場合がある。このことは、例えば、データがブロック毎に提供されている場合、レーダシステムの異なる区分、処理ステップ、または方法に有用であり得る。これは、例えば、周波数ランプのデータまたはＯＦＤＭシンボルであってもよい。例えば、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）ブロック暗号化を用いることができる。暗号化によって、特に自動運転または部分自動運転のための重要な安全要件を満たすことができる。
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つのデータラインは、端部に配置された２つのセキュリティユニットを備えている。特に双方向接続の場合、チェックコマンドまたは制御コマンドの伝送は、例えば変調データなどの重要なパラメータを保護するために暗号化することもできる。さらに、セキュリティユニットの双方向配置の場合、伝送されたデータには、例えば、データサイズまたはデータ数などの追加情報を付与することができる。このようにして、データのそれぞれの伝送の終わりに、データが少なくとも１つのデータラインを介して完全に伝送されたかどうか、または不正確な伝送が実行されたかどうかをチェックすることができる。
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は、少なくとも１つのデータストリームまたはデータパケットを保護するための少なくとも１つのセキュリティユニットを備えている。このようにして、少なくとも１つのレーダセンサヘッド内の処理ステップを保護することができる。例えば、確認された測定データは、アナログ／デジタル変換器から解析ユニットに暗号化して伝送することもできる。したがって、レーダシステムの構成に応じて、少なくとも１つのレーダセンサヘッドが操作されていないことを保証することができる。
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、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、生じるデータ量のバッファリングまたは遅延を行うこともできる。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式で実施することができる。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の時間的同期す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して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送信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、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少なくとも１つ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、周波数シンセサイザの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周波数シンセサイザ１２に結合されている。
さらに、レーダ波を受信するための対応する評価ユニット１６を備える少なくとも１つの受信アンテナ１４がレーダセンサヘッド２に配置されている。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、レーダセンサヘッド２内の解析ユニット２０によって第１の処理ステップにおいて変換することができる。
第１の処理ステップの後、測定データは、第１のセキュリティユニット２２によって暗号化され、次いで、データライン４を介して中央制御ユニット６に伝送される。データライン４の端部には、別のセキュリティユニット２４が配置されている。したがって、伝送された測定データは、伝送後に第２のセキュリティユニット２４によって復号もしくは解読することができる。逆の順序で制御コマンドＳＴを中央制御ユニット６からレーダセンサヘッド２の時間および制御装置２１に送信することができ、第２のセキュリティユニット２４は、制御コマンドＳＴもしくはデータを暗号化し、第１のセキュリティユニット２２は、伝送された制御コマンドＳＴまたはデータを解読することができる。
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２１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。このステップは、第１のセキュリティユニット２２による暗号化の前に行われる。
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Ｚによって、これらの測定データ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２６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２８とを有する。

Claims (10)

  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（１２）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つのデータラインが、測定データまたは制御コマンド（ＳＴ）を暗号化、解読、および／または署名するための少なくとも１つのセキュリティユニット（２２，２４）を備えてい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、
    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（８）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。
  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つのレーダセンサヘッド（２）が、高速フーリエ変換を実行するために、アナログ−デジタル変換器（１８）の下流側に接続され、少なくとも１つのデータライン（４）の上流側に接続された解析ユニット（２０）を備えるレーダシステム。
  4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
    前記測定データまたは制御コマンド（ＳＴ）を暗号化および／または解読するために、少なくとも１つのセキュリティユニット（２２、２４）によって、ブロック暗号化またはブロック解読が実行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つのデータライン（４）が、端部に配置された２つのセキュリティユニット（２２、２４）を備えているレーダシステム。
  6. 請求項１から５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）が、少なくとも１つのデータストリームまたはデータパケットを保護するための少なくとも１つのセキュリティユニットを備えているレーダシステム。
  7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
    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つの時間情報（Ｚ）によって同期可能であるレーダシステム。
  8. 請求項２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、
    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。
  9. 請求項１から８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。
  10. 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（２６）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（２８）とを備えているレーダシステム。
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