JP2021523380A - レーダセンサシステムおよびレーダセンサシステムの製造方法 - Google Patents

Abstract

レーダセンサシステム（１００）は、各々が、レーダ波の送信および／または受信を行うための少なくとも１つのアンテナ（１１ａ，１１ｂ）と前記少なくとも１つのアンテナ（１１ａ，１１ｂ）を動作させるための少なくとも１つのアンテナコントローラとを有するＨＦ素子（１０ａ，１０ｂ）と、前記ＨＦ素子（１０ａ，１０ｂ）を機能的に接続する同期ライン（２０）とを備え、同期ライン（２０）は、検出されたターゲットをベースバンド内でビンペアとして表すことができる長さを有し、ビンペアのビンが、所定量だけ互いにオフセットされている。

Description

本発明は、レーダセンサシステムに関する。さらに本発明は、レーダセンサシステムの製造方法に関する。さらに本発明は、コンピュータプログラム製品に関する。

運転者支援システムの市場は現在変革期にある。近年は主に安価なセンサ技術に焦点が当てられてきたが、現在では、センサ技術に極めて高い要求が課される高度な自律運転に向かう傾向がみられる。多くの場合、要求が高くなると受信チャネルおよび送信チャネルの数も増加する。しかしながら、多数の送信チャネルは、時分割多重化では所定の総測定時間における切換状態毎の測定時間が短くなり、したがってＳ／Ｎ比が低下するという問題が生じる。この問題を解決する公知の可能性は、送信機の周波数分割多重化または符号分割多重化であり、この場合、複数の送信機が同時に動作する。しかしながら、周波数分割多重方式により、ベースバンドチェーンに対する要求が増大し、符号分割多重方式により、制限されたダイナミックレンジもしくはスペクトルの多重占有が生じる。

本発明の課題は、改善された動作特性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、レーダセンサシステムによって解決される。すなわち、このレーダシステムは、
各々が、レーダ波の送信および／または受信を行うための少なくとも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つのアンテナコントローラとを有する少なくとも２つのＨＦ素子と、
前記ＨＦ素子を機能的に接続する同期ラインとを備え、
前記同期ラインは、検出されたターゲットをベースバンド内でビンペアとして表すことができる長さを有し、前記ビンペアのビンは、所定量だけ互いにオフセットされている。

有利には、ビンオフセットは、複数の異なる送信機からの信号を互いに分離するために利用することができる。その結果、角度分解能もしくは解析が向上し、符号分割多重化装置および周波数分割多重化装置にかかる負荷が軽減することによりコストを低くすることができる。

第２の態様によれば、この課題は、レーダセンサシステムの製造方法によって解決される。すなわち、このレーダセンサシステムの製造方法は、
各々が、レーダ波の送信および／または受信を行うための少なくとも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つのアンテナコントローラとを有する少なくとも２つのＨＦ素子を提供するステップと、
前記ＨＦ素子を機能的に接続する同期ラインを提供するステップとを備え、
同期ラインは、検出されたターゲットをベースバンド内でビンペアとして表すことができる長さを有し、ビンペアのビンは、所定量だけ互いにオフセットされている。

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構成は、ビンオフセットが１ビン未満、好ましくは約０．２〜０．５ビンであることを特徴とする。このようにして、レーダセンサシステムの空間分解能および角度分解能に関して良好な妥協点が得られる。

レーダセンサシステムの別の有利な構成では、同期ラインが現実のラインとして形成されている。このようにして、距離ビンオフセットの所望の効果を特に容易に実現することができる。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、ビンオフセットに関する同期ラインの作用が単側波帯変調器によって生成可能であり、単側波帯変調器によって、ＨＦ素子の送信信号が所定の周波数だけ互いにシフト可能であることを特徴とする。このようにして、結果として現実のラインと同じ作用を達成するある種の「人工的なライン」が形成される。周波数オフセットは、現実のラインに相当するものである。

レーダセンサシステムのもう一つの有利な構成は、ＨＦ素子が、ビンオフセットを設定可能な方式で生成するように構成された自己給電装置を有することにより優れている。このようにして、有利には距離ビンの所望のビンオフセットをさらに細かく設定することを可能にするさらなるパラメータが提供される。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、ビンオフセットで分離可能な送信機が角度解析のために使用されることにより優れている。したがって、複数の送信機を分離するためにビンオフセットを使用して角度を推定することができる。

以下に、大き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、より詳細に説明する。

提案したレーダセンサシステムを示す概略図である。 提案し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。 図３ａおよび図３ｂは、提案したレーダセンサシステムの動作モードを示す概略図である。 提案したレーダセンサシステムの製造方法の基本的なフロー図である。

図面において、同じ構成要素にはそれぞれ同じ参照符号が付されている。

現在のレーダセンサは、通常、レーダ波を生成し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モジュールは同時に動作することができる。

有用な周波数または基本周波数をもつ共通のクロックが全てのＨＦ素子に供給されることにより、レーダセンサシステムは高いコヒーレンスを有する。特に、複数の異なるＨＦ素子を同一の動作周波数で動作させることができ、これにより、複数のＨＦ素子への冗長で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複数のＨＦ素子のうちの少なくとも一部にはクロックもしく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コントローラには、少なくとも１つのクロック生成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得る。

レーダセンサシステムの通常モードでは、少なくとも１つのクロック生成器により全てのアンテナコントローラもしくはＨＦ素子に同時にクロックが供給される。１つのソースからクロックが供給されることにより、レーダセンサシステムの全てのＨＦ素子の高いコヒーレンスを実現することができる。例えば、クロック生成器が欠陥を有する場合、ＨＦ信号を生成するために、制御ユニットを介して少なくとも１つのさらなるクロック生成器を動作させ、もしくは接続することができる。

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つの構成要素に割り当てられ、この構成要素から他のＨＦ素子にＨＦ同期信号が供給される。ＨＦ同期信号は、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄの高いコヒーレンスを提供し、レーダセンサシステム１００の高い角度分解能を可能にするために必要とされる。このために、従来技術では、高周波の生成およびさらなる信号処理のために専用のモジュールが使用されている。

しかしながら、ＨＦモジュールの開発コストが次第に増大し、例えば、より小さいノードサイズのためにマスクコストが高くなるにつれて、実際のシリコン面積はより大きくなっているにもかかわらず、同じタイプの複数のモジュールを使用することによりコスト上の利点が得られることは明らかである。

本発明は、Ａ／Ｄ変換器の必要なサンプリングレートを増大させることなしに、レーダセンサシステムの少なくとも２つの送信機を同時に動作させることができることを提案する。

原理的には、このアイデアは、送信機に応じて（場合によっては複数のＨＦモジュールに亘って）、ターゲットが、ベースバンド内の異なる距離ビンにマッピングされることに基づいている。従来のマルチＭＭＩＣシステムでは、ターゲットオブジェクトを全てのＭＭＩＣベースバンド内で同じビンに位置付けすることが常に求められる。

しかしながら、複数のＨＦモジュールの複数の異なる送信信号によって検出されるターゲットの検出時には、ビンオフセットにより、ベースバンド周波数を高めることなしに、複数の送信機を同時に動作させ、複数の信号を互いに分離させることが可能になる。

図１は、このために提案されるレーダセンサシステム１００の概略図である。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４つよりも多いＨＦ素子を有することもできる。さらに、全てのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄと機能的に接続された同期ライン２０も視ることができ、この同期ライン２０は、例えば、全てのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄのＨＦ動作周波数を同期させるために使用される。

さらに、レーダセンサシステム１００は、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄ用の複数のアンテナコントローラを有する。簡略化のために、前記アンテナコントローラと、ＨＦ素子１０ａ〜１０ｄにおけるアンテナ、増幅器および発振器などの、レーダ波の送受信に必要な他の構成要素とは図示されていない。

図２は、図１のレーダセンサシステム１００の一部、すなわち、それぞれアンテナ１１ａ，１１ｂを有する２つのＨＦ素子１０ａ，１０ｂと、所定の物理長Ｉを有する同期ライン２０とを備えた独立したレーダセンサシステム１００を示しており、上記物理長Ｉは、検出されたターゲットオブジェクトについてレンジ（距離）−ビンペア（「二重ピーク」）が得られるようにに寸法決めされており、そのビンペアのビンは、例えば、１つのビンからの所定のオフセットを有する。送信機の周波数偏位が１ＧＨｚの場合、同期ライン２０は３０ｃｍの電気長を有している必要がある。プリント回路基板（図示しない）の誘電率が３の場合、それは約１８ｃｍの物理長になる。４ＧＨｚの帯域幅では、物理長Ｉはわずか４．４ｃｍに相当する。

所望のビンオフセットは、有利には、約０．１ビンから約１ビンまで、特に好ましくは約０．２ビンまでの範囲であり、複数のビンもオフセットとして許容される。

２つの例示的なケースを区別して以下に示す。
（ｉ）第１のケース（図３ａに示すケース）では、ＨＦ素子１０ａが送信し、両方のＨＦ素子１０ａ，１０ｂが受信する。
（ｉｉ）第２のケース（図３ｂに示すケース）では、ＨＦ素子１０ｂが送信し、両方のＨＦ素子１０ａ，１０ｂが受信する。

これにより生じる２つのＨＦ素子１０ａ，１０ｂのベースバンドが、簡略化された形態で図３ａおよび図３ｂに示されている。ここで、Ａは振幅を示し、ｂは距離（レンジ）ビンの数を示す。

ＨＦ素子１０ａが送信する場合（ケース（ｉ））、ミキサ（図示しない）に供給される信号は、いかなる追加の時間遅延も受けないので、検出されたターゲット受信信号のピーク値は、予想されるビン２（または予想される他の各ビン）に正確に位置する。これに対して、ＨＦ素子１０ｂの同期ライン２０は、ＨＦ素子１０ｂの信号にオフセットを与える。したがって、送信信号にはオフセットが「観測されない」が、受信ミキサ（図示しない）は、（同期ライン２０の長さに起因して）後の時刻でようやくＨＦ信号を「観測する」ので、レーダセンサシステム１００によって検出されるターゲットは、実際に予想されるよりも１ビンだけ近くに観測される。図３ａでは、これは、距離ビン１、一般的に表せば、予想される距離ビンから１を引いたものに相当する。したがって、距離ビンのオフセットは１である。

送信機がＨＦ素子１０ａからＨＦ素子１０ｂに切り換えられた場合（ケース（ｉｉ））、図３ｂに示すように、ベースバンド図が変化する。この場合、ＨＦ素子１０ｂのベースバンドのピーク値は、予想されるビン２に位置することが分かる。しかしながら、このケースでは、ＨＦ素子１０ａはマスタのままであるので、同期ライン２０によって生ずる信号遅延により、図３ｂに見られるように、予想されるビンに１を加えたところでＨＦ素子１０ａは、ベースバンドのピーク、すなわちビン３を有することになる。この場合、距離ビンオフセットも１である。

ここで、上記した２つのケースを合わせて考えると、ＨＦ素子１０ｂは、ターゲットビンおよびターゲットビンから１を引いたところでピーク値を有し、ＨＦ素子１０ａは、ターゲットビンおよびターゲットビンに１を加えたところでピークを有する。これにより、２つのＨＦ素子１０ａ，１０ｂの送信アンテナ１１ａ，１１ｂをそれぞれ同時に動作させることができ、両方のアンテナ１１ａ，１１ｂの信号を互いに別々に解析することができる。

これは、２つのアンテナのＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）動作では重要である。両方のＭＩＭＯ送信アンテナは、このようにして同時に送信することができるが、ベースバンドにおけるこれらの送信アンテナの位相は別々に解析できる。

この種の解析は、レーダセンサシステムの空間分解能の劣化に不利につながることがある。しかしながら、このことは、検出されたターゲットに対して、ビンペアの形（ビン＋１／ビン−１）で常にペアでビンが生じなければならないので、誤りを起こすことがないという利点がある。

上述の例は、正確に１つのビンの整数オフセットの形でビンオフセットを説明するものである。しかしながら、これは必ずしもそうである必要はなく、例えば、ビンオフセットが所望のビンに対して０．２ビンであることも考えられる。このようにして、互いに異なる周波数偏位を有する複数のＨＦランプ信号を、ＨＦ素子１０ａ，１０ｂのアンテナ１１ａ，１１ｂの送信信号に使用することができる。ビンペアのビンが互いに離れるほど、レーダセンサシステム１００の空間分解能が劣化するので、約０．２ビンから約０．５ビンの間隔でビンペアのビンを構成することが求められる。

例えば、０．５ビン相当に対しては、１つのシーケンスから次のシーケンスへの動作が著しく変更されるべきである場合、固定された電気長の遅延もしくは同期ライン２０は不適切である。

周波数ランプで作動するレーダセンサシステムにおいて、ある送信機から別の送信機への時間遅延を生成する代替的な方法は、単側波帯（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）変調器を使用することにより、物理的に存在する「実際の」同期ライン２０の作用に相当する「人工的な」同期ライン２０を生成するというものである。

単側波帯変調器によっていずれか１つの送信機の信号が特定の周波数だけシフトされ、この周波数オフセットは、同期ライン２０の所定の長さによる作用に相当する。この変形例の利点は、このことを１つのＨＦ素子で実装できること、１つのＨＦ素子で２つの送信機を並列に動作させることができることである。

さらに代替的には、同期ライン２０の所定の遅延効果は、自己給電概念を有するレーダセンサシステムにも使用することができ、少なくとも１つＨＦ素子に対して自己給電もしくはフィードバックネットワークを実現する。

ＨＦ信号を供給することができる（「マスタ能力のある」）ＨＦ素子１０ａ，１０ｄは、同期ライン２０に２重に接続されており、これは、給電されるＨＦ素子１０ａ，１０ｂへ電力の所定のフィードバックが行われることを意味する。このようにして、マスタ能力のあるＨＦ素子１０ａ，１０ｄがレーダセンサシステム１００に提供される。

上述した自己給電装置によって、検出されたターゲットオブジェクトの所望のビンオフセットをさらに細かく設計するためのさらなる自由度が得られる。ビンオフセットで分離可能な複数の送信機は、レーダセンサシステムの角度解析のために有利に使用できる。

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の製造方法の基本的なフロー図を示す。

ステップ２００では、少なくとも２つのＨＦ素子１０ａ，１０ｂが提供され、それぞれレーダ波の送信および／または受信を行うための少なくとも１つのアンテナ１１ａ，１１ｂと、それぞれ少なくとも１つのアンテナ１１ａ，１１ｂを動作させるための少なくとも１つのアンテナコントローラとを備える。

ステップ２１０において、ＨＦ素子１０ａ，１０ｂを機能的に接続する同期ライン２０が提供され、同期ライン２０の長さは、検出されたターゲットをベースバンド内でビンペアとして表すことができるように構成され、ビンペアのビンは、所定量だけ互いにオフセットされる。

要約すると、本発明によって、少なくとも２つの送信機を備え、同期ラインのライン長が距離ビン間のオフセットを生成するように構成されているレーダセンサシステムが提案される。このオフセットは、送信機の信号を互いに機能的に分離することができ、これによりレーダセンサシステムの改善された作動特性（例えば、改善された角度解析の形態）を達成するために求められ、使用される。

当業者は、本発明の本質から逸脱することなしに、上記に記載されていないか、または部分的にのみ記載されている実施形態を実施することができる。

Claims (7)

1. レーダセンサシステム（１００）であって、
   各々が、レーダ波の送信および／または受信を行うための少なくとも１つのアンテナ（１１ａ，１１ｂ）と前記少なくとも１つのアンテナ（１１ａ，１１ｂ）を動作させるための少なくとも１つのアンテナコントローラとを有する少なくとも２つのＨＦ素子（１０ａ，１０ｂ）と、
   前記ＨＦ素子（１０ａ，１０ｂ）を機能的に接続する同期ライン（２０）と
   を備え、
   前記同期ライン（２０）は、検出されたターゲットをベースバンド内でビンペアとして表すことができる長さを有し、前記ビンペアのビンは、所定量だけ互いにオフセットされている、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、前記ビンオフセットが１ビン未満、好ましくは約０．２〜０．５ビンである、レーダセンサシステム（１００）。
3. 請求項１または２に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記同期ライン（２０）が現実のラインとして形成されている、レーダセンサシステム（１００）。
4. 請求項１または２に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記ビンオフセットに関する前記同期ライン（２０）の作用は単側波帯変調器によって生成され得、前記単側波帯変調器によって、前記ＨＦ素子（１０ａ，１０ｂ）の送信信号が所定の周波数だけ互いにシフト可能である、レーダセンサシステム（１００）。
5. 請求項１から４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，１０ｂ）は、前記ビンオフセットを設定可能な方式で生成するように構成された自己給電装置を有する、レーダセンサシステム（１００）。
6. 請求項１から５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、前記ビンオフセットで分離可能な送信機が角度解析のために使用される、レーダセンサシステム（１００）。
7. レーダセンサシステム（１００）の製造方法であって、
   各々が、レーダ波の送信および／または受信を行うための少なくとも１つのアンテナ（１１ａ，１１ｂ）と前記少なくとも１つのアンテナ（１１ａ，１１ｂ）を動作させるための少なくとも１つのアンテナコントローラ（１１ａ，１１ｂ）とを有する少なくとも２つのＨＦ素子（１０ａ，１０ｂ）を提供するステップと、
   前記ＨＦ素子（１０ａ，１０ｂ）を機能的に接続する同期ライン（２０）を提供するステップとを備え、
   前記同期ライン（２０）は、検出されたターゲットをベースバンド内でビンペアとして表すことができる長さを有し、前記ビンペアのビンは、所定量だけ互いにオフセットされている、製造方法。

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