JP2021515895A - レーダセンサシステムおよびレーダセンサシステムを動作させる方法 - Google Patents

Abstract

レーダセンサシステム（１００）は、所定数のＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）を備え、各ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）が、レーダ波を送信および／または受信するための少なくとも１つのアンテナと、少なくとも１つのアンテナを動作させるための少なくとも１つのアンテナ制御装置とを有するものであり、全てのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）に接続された同期ネットワーク（２０）を備え、該同期ネットワーク（２０）を介して全てのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）のうちの少なくとも１つのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）の動作周波数を同期させることができる。

Description

本発明は、レーダセンサシステムに関する。本発明は、さらにレーダセンサシステムを動作させる方法にも関する。本発明は、さらにコンピュータプログラム製品にも関する。

ドライバー支援システムの市場は現在変革期にある。近年、主に安価なセンサに焦点が当てられてきたが、現在では、センサ技術に対する要求が極めて高い高度自律運転に向かう傾向が表れている。高度な運転者支援機能または自動運転機能を有する車両では、機能を制御および調整するためにますます多くのセンサが設置されている。車両に組み込まれるセンサは、例えば、レーダセンサまたはＬＩＤＡＲセンサであってもよく、できるだけ高い精度を有している必要がある。精密なセンサを使用することによって自律または半自律運転機能の機能的安全性および信頼性を保証することができる。

本発明の課題は、改善された動作特性、特に向上したレーダ分解能を有するレーダセンサシステムを提供することである。

第１の態様によれば、この課題は、以下のレーダセンサシステムによって解決される。すなわち、
所定数のＨＦ（高周波）素子を備え、
各ＨＦ素子が、レーダ波を送信および／または受信するための少なくとも１つのアンテナと、少なくとも１つのアンテナを動作させるための少なくとも１つのアンテナ制御装置とを有しており、
全てのＨＦ素子に接続された同期ネットワークであって、該同期ネットワークを介して少なくとも１つのＨＦ素子の全てのＨＦ素子の動作周波数を同期させることができる同期ネットワークを備える、
というレーダセンサシステムである。

このようにして、有利には、全てのＨＦ素子の間に高いコヒーレンスもしくは同期性が得られ、いずれか１つのＨＦ素子がマスタとして機能し、全てのＨＦ素子が同期ネットワークを介して互いに接続されている。その結果、距離および角度の分解能が高くなることにより、レーダセンサシステムの動作特性の改善が支援される。有利には、例えば、レーダセンサシステムの緊急動作機能を設けることもできる。

第２の態様によれば、その課題は、以下のレーダセンサシステムを動作させる方法によって解決される。すなわち、
少なくとも１つのアンテナを用いて、所定数のＨＦ素子によってレーダ波を送信および／または受信するステップと、
所定数のＨＦ素子に接続された同期ネットワークによってＨＦ素子の動作周波数を同期するステップとを備え、
所定のＨＦ素子が同期のマスタとして機能する、
という方法である。

レーダセンサシステムの有利な構成が従属請求項の対象である。

レーダセンサシステムの有利なさらなる構成は、同期ネットワークがレーダ分解能に関して短いライン長を有することを特徴とする。このようにして、長いラインによる不利な影響が損失として生じることが低減される。例えば、これにより信号の伝搬時間を短時間に抑えることができ、距離分解能にもわずかな影響しか及ばず、したがって、有利には、わずかに補償すればすむ。

レーダセンサシステムの別の有利な構成では、供給ラインの長さとビン幅との間に所定の関係が確立される。これにより、所定の方法でＨＦ素子の信号を補償する労力が低く抑えられる。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、供給ラインが、レーダセンサシステムによってビン幅の１０分の１の変化を与える長さになっていることを特徴とする。このようにして、ビン幅と供給ラインとの間の有効な比率が実現される。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、ＨＦ素子が、ＨＦ素子の所定のグループが所定間隔で互いに離間するように相互に配置されており、ＨＦ素子の所定のグループが同期ラインによって接続されていることによって優れたものである。これは、有利には、所定間隔で互いに離間するＨＦ素子が補償を必要としないことによって達成される。このように形成されたグループ間には同期ネットワークの所定のライン長が設けられており、全部で４つのＨＦ素子の場合、ＨＦ素子の第１の対のみをＨＦ素子の第２の対に対して補償すればよい。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、ＨＦ素子が、ＨＦ素子の所定のグループが所定間隔で互いに離間するように相互に配置されており、さらなるＨＦ素子が、ＨＦ素子のグループの供給ラインとは異なる長さの同期ネットワーク（２０）の供給ラインを有し、レーダセンサシステムの動作時に、当該さらなるＨＦ素子の混合時間がＨＦ素子のグループの混合時間に対してオフセットされるようにする。このようにして、１つのグループによって信号の実質的に同一の伝搬時間が提供され、このことは、供給ライン長が異なり、マスタとして機能するＨＦ素子のみを補償すればよいことによって、信号処理を容易にする。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、それぞれのＨＦ素子が同期マスタとして機能することができることを特徴とする。このようにして、マスタの選択における高い自由度が支援されている。

レーダセンサシステムのさらなる有利な構成は、ＨＦ素子が、所定の取付け位置で約４５度だけ互いに回転して配置されていることを特徴とする。これにより、ライン長が最小限に抑えられ、信号の供給が容易になる。

以下では、本発明によるレーダセンサシステムの好ましい実施形態を、著しく簡略化した概略図に基づいて詳細に説明する。

提案されたレーダセンサシステムの第１の実施形態を示す概略図である。 図１で提案されたレーダセンサシステムを幾分詳細に示す概略図である。 提案されたレーダセンサシステムのさらなる実施形態を示す概略図である。 レーダセンサシステムを動作させるための提案された方法を示す基本的なフロー図である。

図面において、同じ構造要素はそれぞれ同じ参照符号を有する。

現在のレーダセンサは、一般に、レーダ波を生成および受信するための多数のＨＦ（高周波）チャネルを有する。この場合、通常モードで全てのＨＦモジュールを同時に動作させることができる。このようなレーダセンサは、対称的な構成であれば複数の部分センサに分割できる。

したがって、部分センサは、それぞれ、対応する割合のＨＦモジュールもしくはＨＦチャネルを有することができる。したがって、例えば、レーダセンサの部分センサは、起こりうる緊急モードにおいて、制限された速度で車両の自律走行を可能にする。これは、他の部分センサの構成要素がもはや機能しない場合にも実現できる。

レーダセンサシステムの構造は、例えば、公知の安価な基本構成要素から構成することができる。同じタイプの複数の構成要素を並列化することによって、レーダセンサシステムの性能および精度を改善することが可能である。さらに、同じタイプの複数の構成要素を使用することによって、装置の信頼できる機能を提供するための冗長性を実現できる。これにより、レーダセンサシステムの緊急モードを技術的に容易に実施することができる。しかしながら、このためにはＨＦ構成要素およびマイクロコントローラに加えて、クロック生成にも冗長性が設けられている必要がある。ＨＦ構成要素は、例えば、ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）の形態で構成されたアンテナ制御部または増幅器であってもよい。

全てのＨＦ構成要素が、共通のクロック発生器によって基本周波数を供給されることにより、レーダセンサシステムは高度のコヒーレンスを有する。特に、異なるＨＦ素子を同一の動作周波数により動作させることができ、これにより、複数のＨＦ素子の冗長性のあるコヒーレントなクロック供給が可能になる。

好ましくは、レーダセンサシステムで使用されるＨＦ素子の少なくとも一部に、クロックまたは基本周波数を供給することができる。通常モードでは、レーダセンサシステムの全てのＨＦ素子もしくはアンテナ制御装置には、少なくとも１つのクロック発生器から同じクロックが供給されるので、全てのデータが互いにオフセットされる。

レーダセンサシステムの通常モードでは、少なくとも１つのクロック発生器が、全てのアンテナ制御装置もしくはＨＦ素子に同時にクロックを供給する。１つのソースからのクロック供給により高度のコヒーレンスを達成することができる。代替的または付加的に、クロック供給部は、並行して動作する複数のクロック発生器から構成することもできる。例えば、１つのクロック発生器に欠陥がある場合、制御ユニットによって、周波数を発生するための少なくとも１つの別のクロック発生器を起動または接続することができる。

図１は、提案されたレーダセンサシステム１００の第１の実施形態の概略図を示す。レーダセンサシステム１００は、ＭＭＩＣとして構成された４つのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄを有する。４という個数は単なる例であり、提案されるレーダセンサシステム１００は、４つよりも少ないか、または多いＨＦ素子を有することもできる。全てのＨＦ素子１０ａ〜１０ｄが機能的に接続されており（例えば、電気伝導性、電気的非伝導性）、全てのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄの動作周波数もしくはＬＯ周波数を同期させるために使用され、同期プロセスでは１つのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄが同期マスタ素子として機能し、他のＨＦ素子はスレーブＨＦ素子として機能する。

さらにレーダセンサシステム１００は、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄのためのアンテナ制御部を有する。簡略化のために、アンテナ、増幅器、発振器等などの、レーダ波を送受信するために必要とされるＨＦ素子１０ａ〜１０ｄのさらなる構成要素は図示されていない。

２つのＨＦ素子間における各同期ネットワーク２０のラインの幾何学的長さは、有利には、レーダセンサシステム１００のレーダ分解能に対して短く、これにより、同期ネットワーク２０内の信号の伝搬時間は、レーダセンサシステム１００のレーダ分解能に適合するようにされる。

これにより、ＨＦ素子１０ａ〜１０ｃおよび１０ｂ〜１０ｄという２つのグループがそれぞれ生じるが、これらのグループは、「グループ内で」短いラインにより接続されているので、互いに補償する必要はない。その結果、近接して配置されたＨＦ素子のグループを互いに補償する必要のみが生じ、これは、図１の構成の場合には、関与する全てのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）の５０％分の補償に対応する。

有利には、提案された概念は、他の個数のＨＦ素子１０ａ，…，１０ｎにも適用することができる。例えば、提案された原理にしたがって、近接して離間する２×３個または３×２個のＨＦ素子からなる全部で６つのＨＦ素子を配置することができる（図示しない）。

同期ＨＦマスタ素子が、レーダセンサシステム１００の動作時間中に同期信号（「マスタ」）のソースとして機能し、全てのＨＦ素子が同期ネットワーク２０を介して互いに機能的に接続されていることが提案される。

通常、レーダセンサシステムでは、高周波生成を引き受けるマスタの役割が１つのＨＦ素子に割り当てられ、他のＨＦ素子はこのＨＦ素子からＨＦ同期信号を供給される。ＨＦ同期信号は、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄの高いコヒーレンスを提供するために必要とされ、これにより、レーダセンサシステム１００の高い角度分解能を実現することができる。このために、それ自体既に知られている特定のモジュールが、高周波を生成するために、およびさらなる信号処理のために使用される。

しかしながら、ＨＦモジュール開発のためのコストがますます増大するにつれて、例えば、より小さいノードサイズのためのマスクコストが高くなるにつれて、実際のシリコン面積が大きくなっても、同じタイプの複数のモジュールを使用することでコスト上の利点が得られることが明らかである。このようにして、本発明は、安価で冗長なレーダセンサシステムを実現する有利な可能性を提供する。

本発明により、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄが、残りのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄを同期させる上述のタスクを引き受け、同期マスタが、同期ネットワーク２０を介して全てのＨＦ素子に接続されていることが提案される。

図２は、図１のレーダセンサシステム１００の配置をより詳細に示しており、このように同期ネットワーク２０の電気ラインのより短い長さを可能にするために、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄが所定の取付け位置で互いに所定の角度、例えば４５度で配置されており、これにより、レーダセンサシステム１００の検出精度を最適化することができることが分かる。

このようにＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄの回転された配置により、有利には、できるだけ短い同期ライン２１が実現される。その結果、同期ライン２１における信号の短い伝搬時間が可能になるが、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄのために、送受信チャネルの信号を供給するための十分なスペースが依然として設けられている。

この文脈において、「短い」とは、ビン幅と比較して小さいことを意味し、ビン幅は、原則としてレーダセンサシステム１００の距離分解能を表し、１ＧＨｚのレンジに対して１５ｃｍの値に相当する。例えば、１／１０のビン幅が許容可能であるとみなされる場合、同期ライン２１の電気的長さは３ｃｍを超えてはならない。この場合、レーダの２つの経路（往復経路）からファクタ２が得られる。

電力を分配するためには、同期ライン２１に加えてＴ型分配器２２が使用される。なぜならば、Ｔ型分配器２２の給電線からＴ型分配器２２のアームへ（およびその逆へ）の伝送値が良好であるからである。図２において、給電ラインは中央の水平方向部分として理解されるべきであり、アームは給電ラインに対して垂直に配置されている。

ＨＦ素子１０ａ、１０ｃのある左側から、ＨＦ素子１０ｂ、１０ｄのある右側へ向かって、ライン２１の長さＩにわたって、例えば１ｄＢ／ｃｍとみなすことができるほどに信号が減衰する。したがって、この経路では、Ｔ型分配器２２を介して不必要に高い減衰が生ずることはない。

これに対して、ＨＦ素子１０ａ、１０ｃもしくはＨＦ素子１０ｂ、１０ｄの端子間の長さは極めて短いので、この経路では、より高い結合損失が許容可能である。したがって、全体として、典型的なＴ型分配器２２を使用することができる。なぜならば、これにより出力電力と必要な入力電力との間の比率が達成されるからである。この場合、代表的な減衰値は、
アームから給電ラインへ：−３．５ｄＢ、
アームからアームへ：−７ｄＢ、
である。

この文脈において、アームとは、出力部から出力部へのＴ型分配器２２の接続部として理解されるべきである。

図１および図２の好ましい実施形態に加えて、図３に示すようなレーダセンサシステム１００のさらなる実施形態を本発明によって実現することができる。しかしながら、この場合、同一の混合時間を有する２つの対のＨＦ素子１０ａ、１０ｃおよび１０ｂ、１０ｄは得られず、所定の個々のＨＦ素子（例えば、ＨＦ素子１０ａ）は、レーダセンサシステム１００の動作時に、当該レーダセンサシステム１００の他のＨＦ素子（例えば、ＨＦ素子１０ｂ，…，１０ｄ）に対してオフセットされた混合時間を有する。

この場合、レーダ波はラインにおける距離を進むために所定の時間を必要とするので、混合器が異なる時間で混合するために同じＬＯ周波数を使用することが考慮される。この伝搬時間の差は距離推定値の差に表れる。なぜならば、距離推定は、実質的に、送信機からターゲットまで伝搬して戻るまでの推定伝搬時間を、レーダ波の伝搬速度により距離へ変換することを実施するものであるからである。

したがって、上述の混合時間の「重心」は、ＨＦ素子１０ａよりもＨＦ素子１０ｂ，…，１０ｄに近く、好ましくはデジタル式に補償される。これは、３つのＨＦ素子（例えば、ＨＦ素子１０ｂ，…，１０ｄ）が同期ネットワーク２０の実質的に同じ長さの供給ラインを有し、第４のＨＦ素子（例えば、ＨＦ素子１０ａ）が同期ネットワーク２０のこれとは異なる長さの供給ラインを有することによって達成される。

図３に示すＨＦ素子１０ａ、１０ｃ間のゲートを考慮すると、同期ネットワーク２０内のほぼ最適な電力分配が２つのＴ型分配器２２を使用して得られる。

上記で説明した図１、図２もしくは図３のアプローチの両方に共通することは、局部発振器周波数を生成するためのマスタとして異なるＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄを使用する可能性があること、したがって、緊急動作機能を有するレーダセンサシステム１００で使用される可能性があることである。

図１、図２に示した有利な実施形態では、ＨＦ素子１０ａとＨＦ素子１０ｃの両方を、互いの間隔が小さいことに基づき、例えばデジタル式の補償においてさらなる調整を行うことなしに、マスタとして使用することができる。

図３に示す第２のアプローチは、ＨＦ素子１０ａ、１０ｂのＨＦチャネルがＨＦ素子１０ｃ、１０ｄの対から遠く離れている場合に好ましく、ＨＦ供給ラインによって大きすぎる損失が生じることなしに、大きいアパーチャを実現することができる。

提案された方法は、レーダセンサシステムだけでなく、複数のＨＦ素子を有する任意の製品にも有利に使用することができる。提案されたレーダセンサシステムは、好ましくは、自動車分野で使用される。

図４は、レーダセンサシステム１００を動作させる方法の基本的なフロー図を示す。

ステップ２００において、少なくとも１つのアンテナを用いて、所定数のＨＦ素子１０ａ，…，１０ｎによってそれぞれレーダ波は送信および／または受信される。

ステップ２１０において、所定数のＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄに接続された同期ネットワーク２０によって、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｎの動作周波数の同期が行われ、このとき、所定のＨＦ素子１０ａ，…，１０ｎが同期のマスタとして機能する。

提案された方法は、有利には、レーダセンサシステム１００の制御装置（図示しない）内で動作するソフトウェアとして実現することができる。このようにして、方法の簡単な変更可能性が有利に支援されている。

したがって、当業者は、本発明の核心から逸脱することなしに、上記で説明していないか、または部分的にのみ説明した実施形態を実施することもできる。

Claims (9)

1. 所定数のＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）を備えたレーダセンサシステム（１００）であって、
   前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）の各々が、レーダ波を送信および／または受信するための少なくとも１つのアンテナと、前記少なくとも１つのアンテナを動作させるための少なくとも１つのアンテナ制御装置とを有し、
   全てのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）に接続された同期ネットワーク（２０）を備え、該同期ネットワーク（２０）を介して全てのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）のうちの少なくとも１つのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）の動作周波数を同期させることができる、レーダセンサシステム（１００）。
2. 請求項１に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記同期ネットワーク（２０）がレーダ分解能に対して短いライン長を有する、レーダセンサシステム（１００）。
3. 請求項２に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記同期ネットワーク（２０）の供給ラインの長さと、前記レーダセンサシステム（１００）のビン幅との間の所定の関係が用いられる、レーダセンサシステム（１００）。
4. 請求項３に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記供給ラインが、前記レーダセンサシステム（１００）によって前記ビン幅の１０分の１の変化を与えるようなものである、レーダセンサシステム（１００）。
5. 請求項１に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、
   前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）は、前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）の所定のグループが所定間隔で互いに離間するように相互に配置されており、
   前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）の所定のグループが同期ライン（２１）を介して接続されている、レーダセンサシステム（１００）。
6. 請求項１から４のいずれかに記載のレーダセンサシステム（１００）であって、
   前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）は、前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）の所定のグループが所定間隔で互いに離間するように相互に配置されており、
   さらなるＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）が、前記ＨＦ素子のグループの供給ラインとは異なる長さの同期ネットワーク（２０）の供給ラインを有し、前記レーダセンサシステム（１００）の動作時に、前記さらなるＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）の混合時間が前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）のグループの混合時間に対してオフセットされるようにする、レーダセンサシステム（１００）。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、それぞれのＨＦ素子（１０ａ〜１０ｎ）が同期マスタとして機能することができる、レーダセンサシステム（１００）。
8. 請求項２から７までのいずれか１項に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）が、所定の取付け位置で約４５度だけ互いに回転して配置されている、レーダセンサシステム（１００）。
9. レーダセンサシステム（１００）を動作させる方法であって、
   少なくとも１つのアンテナを用いて、所定数のＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）によってそれぞれレーダ波を送信および／または受信するステップと、
   所定数のＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）に接続された同期ネットワーク（２０）によって前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）の動作周波数を同期するステップとを備え、
   所定のＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｎ）が同期マスタとして機能する、方法。

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