JP2022008221A - 自動車内のレーダセンサの動作方法 - Google Patents

自動車内のレーダセンサの動作方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2022008221A
JP2022008221A JP2021103766A JP2021103766A JP2022008221A JP 2022008221 A JP2022008221 A JP 2022008221A JP 2021103766 A JP2021103766 A JP 2021103766A JP 2021103766 A JP2021103766 A JP 2021103766A JP 2022008221 A JP2022008221 A JP 2022008221A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measurement
radar sensor
measurement mode
sar
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021103766A
Other languages
English (en)
Inventor
ダニエル・シンドラー
Schindler Daniel
ゴル・ハコビアン
Hakobyan Gor
ヨハネス・フィンク
fink Johannes
カイ・ペンスケ
Penske Kai
ミヒャエル・ショール
Schoor Michael
アルミン・ヒンメルシュトス
Himmelstoss Armin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of JP2022008221A publication Critical patent/JP2022008221A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/60Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R11/00Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/32Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/583Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/583Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/584Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9017SAR image acquisition techniques with time domain processing of the SAR signals in azimuth
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9021SAR image post-processing techniques
    • G01S13/9029SAR image post-processing techniques specially adapted for moving target detection within a single SAR image or within multiple SAR images taken at the same time
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904SAR modes
    • G01S13/9041Squint mode
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40Means for monitoring or calibrating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R11/00Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for
    • B60R2011/0042Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for characterised by mounting means
    • B60R2011/008Adjustable or movable supports
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S2013/0236Special technical features
    • G01S2013/0272Multifunction radar
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9327Sensor installation details

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Figure 2022008221000001
【課題】より大きな帯域幅の測定タスクのために、簡単な構造のレーダシステムの利用を可能にする。
【解決手段】合成開口の原理に従うSAR測定モードにおいて、動かないオブジェクトを含むオブジェクト(12)の測位が高い角度分解能で行われる、自動車(10)内のレーダセンサ(14)の動作方法において、同じレーダセンサ(14)が、時間をずらしてまたは同時に、SAR測定モードでおよびドップラー測定モードで動作し、これに関しドップラー測定モードでは、移動するオブジェクトを含むオブジェクトの相対速度が、SAR測定モードでの時間分解能より大きな時間分解能で測定されることを特徴とする動作方法。
【選択図】図1

Description

本発明は、合成開口の原理に従うSAR測定モードにおいて、動かないオブジェクトを含むオブジェクトの測位が高い角度分解能で行われる、自動車内のレーダセンサの動作方法に関する。
オブジェクトの間隔、相対速度、および測位角度を測定するためのレーダシステムは、自動車において様々な支援機能のために用いられ、例えば、自動的な衝突警報または衝突回避などのような安全機能のために、および駐車スペースの自動的な検索などの快適機能のために用いられる。自動車内のSARレーダセンサの動作方法のための一例は、DE19912370A1で説明されている。
合成開口の原理は、合成によって大きなアンテナ開口面が生成されるように、異なる地点の位置でのレーダ測定を相互に組み合わせることにより、レーダセンサが自己移動する際に非常に正確な角度測定を可能にする。合成開口は、車両およびレーダセンサの自己移動に基づき、各々個々のレーダ測定の時点で、送信および受信アンテナが異なる位置にあることによって成立する。したがって受信されたレーダエコーは、あたかも車両の走行軌道に沿って大きなアンテナ開口面が存在しているかのように処理され得る。これにより、取付け上の制約により制限された物理的開口面をもつアンテナアレイの場合に可能であるよりはるかに大きな角度分解能が達成される。
測定されたレーダ信号を合成開口の原理に従って評価するには、レーダセンサの自己移動、つまり車両の走行軌道が分かっていなければならない。この走行軌道は、SAR評価アルゴリズムのための入力パラメータであり、かつSAR画像の計算のための基礎である。評価アルゴリズムに応じて、正確な走行軌道が測定されるかまたは車両の測定された自己速度に基づいて走行軌道が推定され、これに関しては軌道の直線的な進路が仮定される。
一般的に、従来のSAR評価アルゴリズムでは、レーダ周囲は動かないと仮定される。しかしながら、オブジェクトの中程度の移動に対する修正が行われることにより、SAR評価を動くレーダ周囲へと拡張する手法もある。
レーダセンサの送信周波数は、典型的には約24GHzまたは77GHzである。SAR評価は、一般的には周波数変調のためのそれぞれ使用される方法に左右されない。周波数変調のための最大限に占め得る帯域幅は、一般的に4GHz未満であり、たいていは約0.5GHzの大きさである。
自動車用のレーダシステムにしばしば用いられる変調方法は、「高速ランプ」(Fast-Chirp-Modulation)によるFMCW変調(Frequency Modulated Continuous Wave)であり、FMCW変調では、同じスロープをもつ相次ぐ複数の直線的な周波数ランプが走り抜ける。その時々の送信信号と受信信号の混合は、ローパスフィルタリングにより、低周波の(うなり)信号を生じさせ、この信号の周波数は、測位されたオブジェクトの間隔に比例している。このシステムは一般的に、測位されたオブジェクトが通常の相対速度の場合には、うなり周波数のうちドップラー効果によって引き起こされる割合が無視できるほど小さいように設計される。よってパラメータを適切に選択すれば、一義的な間隔情報が得られる。続いて、複数のランプにわたって(複素)間隔信号の位相の経時的進展を観察することにより、ドップラー偏移、したがって相対速度が決定され得る。間隔測定および速度測定は、例えば2次元高速フーリエ変換を使って、互いに独立して行われ得る。
Fast-Chirp-Modulationは、SARレーダセンサでも使用され得る。この場合、間隔測定は、古典的なFMCWレーダの場合と同じやり方で行われ得る。ただし、これらの周波数ランプにわたるドップラー評価がSAR評価に置き換えられ、したがって測定結果としてドップラー測定が得られるのではなく、目標が動かないと仮定し、かつ車両の自己移動が分かっていることで、角度測定が得られる。
SAR評価に関しては文献中で様々なアルゴリズムが知られている。自動車分野での適用に好ましいのは、走行軌道の進路に関してある程度の制限を必要とするが、その代わりに自動車内で利用可能なデータ処理容量内でSAR画像の効率的な計算をリアルタイムで可能にするアルゴリズムである。
角度分解能は、開口面の大きさ、したがって1つの測定サイクル内で通過する軌道の長さに依存しており、この長さは走行速度と時間の積に比例しているので、高い角度分解能でのSAR評価では、時間分解能が必然的に制限される。したがってSARレーダセンサは、とりわけ捕捉すべきレーダ周囲が動的にごく低い走行状況にすぎない場合の適用例に用いられる。これに対し、動的に高い走行状況の捕捉には、古典的な測定原理のために設計されており、かつとりわけ高い時間分解能および速度分解能での相対速度の測定を可能にするレーダセンサが用いられる。
本発明の課題は、より大きな帯域幅の測定タスクのために、簡単な構造のレーダシステムの利用を可能にすることである。
この課題は本発明によれば、同じレーダセンサが、時間をずらしてまたは同時に、SAR測定モードでおよびドップラー測定モードで動作することによって解決され、これに関しドップラー測定モードでは、移動するオブジェクトを含むオブジェクトの相対速度が、SAR測定モードでの時間分解能より大きな時間分解能で測定される。
これにより本発明は、1つの同じレーダセンサを、高い角度分解能が求められる測定タスクのために利用することを可能にし、さらに、より動的な状況の捕捉が大事な、したがってより高い時間分解能、つまり時間単位ごとの測定工程の繰返しのより大きな数を必要とする測定タスクのために利用することも可能にする。こうすることで、最小限のハードウェアコストで、とりわけ1つだけのレーダセンサで既に、機能性の向上が達成され得る。別々のレーダセンサを備えたシステムと比較して、レーダ信号間の干渉が回避されるという利点が同時に生じる。
本発明の有利な形態は従属請求項に提示されている。
一実施形態では、レーダセンサを周波数分割多重で動作させることができ、したがって信号評価をSAR測定モードでおよびドップラー測定モードで同時に行うことができ、その際、異なる評価モードに利用される測定信号は、その周波数に基づいて互いから分離されている。別の一実施形態では、レーダセンサは、所与の一時点ではSAR測定モードでかまたはドップラー測定モードで動作しており、かつ両方の測定モード間の切替は、状況に依存して、またはある特定の時分割多重方式に従って行われる。
SARモードでは、車両の走行軌道を横切って存在している、つまり車両のその時々の走行方向に対して90°の大きさの測位角度を有しているオブジェクトのための、最大角度分解能が達成される。これに対し、自動的な間隔調節または衝突警報もしくは衝突回避の範疇の測定タスクのためには、なかでも、自車の前方または後方のオブジェクト、つまり0°または180°の大きさの測位角度を有するオブジェクトの間隔および相対速度の測定が重要である。したがって車両の前側に取り付けられるレーダセンサは、デジタルビームフォーミングにより、またはモノスタティックなもしくはバイスタティックなアンテナアレイの相応の設計により、レーダセンサの測位範囲が車両の前方向も、車両の少なくとも片側での横方向もカバーするように構成されることが好ましい。これに対応して、車両の後ろ側に取り付けられるレーダセンサは、車両の少なくとも後ろ方向および片側をカバーするべきである。その際、アンテナ放射パターンは、測位角度範囲が90°以上であるように、および前方向または後ろ方向により大きな送信出力が提供されるように設計することができ、これにより、前方向または後ろ方向ではより大きな間隔をあけたオブジェクトを測位でき、その一方で車両の横隣りではしばしば、自車に対してより小さな間隔をもつオブジェクトだけが重要である。
測定モード間の切替は、状況に依存して行われ得る。例えば、比較的高速で幹線道路または高速道路を走行する際は、どちらかと言えば古典的なドップラー測定モードを利用し、その一方で都市交通における駐車場検索の際は、駐車スペースを認識および測定するため、自動的にまたは運転者命令によりSARモードに切り替えられる。
時分割多重での動作では、SARモードでの測定サイクルおよびドップラーモードでの測定サイクルが相互に入り組んでいる。これに関し両方の測定モードが用いられる相対頻度は、ここでも状況に依存して変化し得る。例えば、複数車線の車道を走行する際は、多くの測定サイクルで、例えば自動的な間隔調節を行うためにドップラーモードを利用し、その一方でSARモードでの測定サイクルは、横の車線での交通事象もしくは停止している交通を「横目」で見るためにまたは周囲の地図作成をするために、散発的に割り込むだけである。これに対し低速で走行する際は、SARモードでの測定サイクルの割合を大きくすることができる。
SARモードは自車の走行中にのみ使用可能なので、車両が停止すると自動的にドップラーモードに切り替えられ得る。
一実施形態では、測定タスクに応じて、SAR測定モードでおよび/またはドップラー測定モードで、複数の評価アルゴリズム間の切替を行うこともでき、これにより各測定タスクに対し、そのために最適な評価アルゴリズムが選択され得る。
測定モードは一般的に、評価アルゴリズムに関してだけでなく、レーダセンサのハードウェアのためのパラメータに関しても互いに異なっている。例えば、送信周波数、変調方式、デジタルビームフォーミングのためのパラメータ、およびその他の動作パラメータが、それぞれ選択された評価アルゴリズムを考慮して最適化され得る。
時分割多重または周波数分割多重での測定モードの混合動作では、両方の測定モードで得られた測定結果を、融合アルゴリズムに従って、とりわけ両方の測定モードで得られた結果をそれぞれ測定モードで達成可能な精度または信頼度に従って重み付けするアルゴリズムによって、融合することもできる。
アナログ送信および受信ハードウェアならびにデジタル評価システムを備えたレーダセンサも本発明の対象であり、このレーダセンサでは、デジタル送信および受信ハードウェアならびにデジタル評価システムも、SAR測定モード用にもドップラー測定モード用にも構成されている。
以下に、例示的実施形態を図面に基づいてより詳しく解説する。
SAR測定原理を解説するためのグラフである。 SAR測定原理を解説するためのグラフである。 SAR測定原理を解説するためのグラフである。 本発明による方法のために構成されたレーダセンサのブロック図である。 本発明による一方法に関するタイミング図である。
図1では、軸xおよび軸yをもつデカルト座標系内で、軸xの方向に一定の速度で走る自動車10が、それぞれx軸に沿った別の位置x1、x2、x3に着く3つの異なる時点で示されている。動かないオブジェクト12は、車両10によって走行される軌道の横隣りの座標位置(x0,y0)にある。車両10は右前側に、ここでは概略的にしか図示していないレーダセンサ14を有しており、レーダセンサ14の測位角度範囲16は、車両10の前方の空間も、軸yの方向で車両の横隣りにある空間もカバーしている。(これに対して鏡像的に配置されたもう片方の車両側のセンサは、ここでは示されていない。)
オブジェクト12は、レーダセンサ14により、位置x1、x2、x3の各々で別の測位角度α1、α2、α3で測位される。ここでは、この測位角度α1~α3はそれぞれ、レーダセンサ14からオブジェクト12への視線と、レーダセンサ14の地点を通る車両の前方向、つまり軸xに対する平行線との間の角度として定義されている。
レーダセンサ14は例のごとく、水平に相並んで配置された複数のアンテナ素子を備えたアンテナアレイを有しており、これらのアンテナ素子はある特定の物理的開口面を形成しており、したがって2つのアンテナ素子に到来する信号間の位相関係および振幅関係に基づいて、オブジェクト12の測位角度が、限定的な角度分解能でしかないのではあるが測定され得る。しかしながら合成開口の原理に従えば、車両10がその軌道に沿って位置x1から位置x3へ移動する間に受信されるレーダ信号が記録され、かつx1~x3の間隔に応じてレーダセンサの物理的開口面より何倍も大きい合成開口面が生じるように相互に計算処理される。これにより、少なくともオブジェクト12の測位角度α3の測定サイクルの最後には、はるかに高い角度分解能で測定され得る。それだけでなくレーダセンサ14により、既知のやり方でオブジェクト12のそれぞれの間隔も測定され、これによりオブジェクト12の座標位置(x0,y0)が非常に精密に決定され得る。
この測定原理は、例えば、車両10の比較的近傍の周囲内のオブジェクト、例えば道路端に駐車している他車の輪郭およびこれら他車の間の駐車スペースを、高い精度で地図作成することに適している。同様にこの方法は、走行中の車両のより広い周囲内のオブジェクトを地図作成するために、またはその逆に、オブジェクトの地点がデジタル地図から知られている場合には測定された測位角度に基づいて車両10の自己位置を正確に位置特定するためにも用いられ得る。
1つの可能な評価方法を図2および図3に基づいて解説する。
図2では、オブジェクト12ならびに車両の3つの位置x1~x3の各々に関する測位角度α1、α2、およびα3を示している。さらに、各位置に関し、車両10の速度ベクトルvを示している。この速度ベクトルは、車両がx1からx3へと移動するこの測定サイクル内では一定と仮定されている。図2ではさらに、3つの位置の各々に関し、車両からオブジェクト12への視線上への速度ベクトルvの正射影p1、p2、p3を示している。この射影ベクトルの絶対値は、それぞれオブジェクト12のその時々の相対速度を提示している。オブジェクトが、x軸の方向においてまだ車両から非常に遠く離れている場合、相対速度は車両の自己速度とほぼ同じであり、しかしx軸上のオブジェクト12の地点x0へと車両が次第に接近するにつれて相対速度は低下する。相対速度はx0で値0に達し、その後、負になる(オブジェクトが遠ざかる)。
図3では、相対速度または相応のドップラー偏移Dを、x軸上の車両10の地点の関数として示している。曲線の形状は、オブジェクト12と車両10の軌道とのy軸方向での間隔に依存する。間隔がより大きくなると、図3に破線で描き込んだ曲線で示唆されているように、曲線が、点x0を伸展中心として、x軸に沿うように中心で伸展する。
レーダセンサ14がFast-Chirp-Modulationで働く場合、各変調ランプに対し、変調ランプの期間にわたっての1次元フーリエ変換により、相対速度には実質的に依存しないオブジェクトのその時々の間隔の値が得られる。相次ぐ変調ランプに基づいて得られる信号の2次元高速フーリエ変換は、第2の次元で、相対速度を提示するスペクトルをもたらす。積分時間を、この時間中の相対速度が実質的に一定であるほど短く選択する場合、各時点に対し、したがって走行軌道に沿った車両の各位置xに対しても、射影ベクトルp1~p3によって表しているような相対速度のその時々の値が得られる。その後、図3に示した曲線とのマッチングにより、オブジェクト12の地点x0が確定され得る。これによりその後、x軸上の車両の各位置に対し、オブジェクトの帰属の測位角度が確定され得る。
第2の次元でのフーリエ変換の際により長い積分時間を選択する場合、この測定サイクル全体にわたっての相対速度の経時的変化を表すスペクトルが直接的に得られる。このスペクトルに基づいて、オブジェクトの地点座標y0、したがって各時点に対する測位角度が、非常に高い精度で決定され得る。
図4では、レーダセンサ14の主要なコンポーネントをブロック図で示している。レーダセンサは例のごとく、典型的には、複数のアンテナパッチと、周波数変調された送信信号を生成するための局部発振器と、受信信号とその時々の送信信号を混合するためのミキサとが配置された高周波向け基板の形態での、アナログ送信および受信ハードウェア18を有している。異なる受信チャネル(アンテナパッチ)内で受信され、うなり周波数帯域内へと混合された受信信号が、アナログ/デジタル変換器を介し、時間信号としてデジタル計算ユニット20へ送られる。
デジタル化された時間信号は、第1のデジタル切替マトリクス22により、レーダセンサの動作モードに応じて古典的なドップラー評価ユニット24へかまたはSAR評価ユニット26へ送られる。ドップラー評価ユニット24では、複数の相次ぐ周波数ランプ(Chirp)を含んでいる1つの測定サイクルの期間にわたって、受信信号のデジタル化された複素振幅が記録される。2次元フーリエ変換により、一方の次元では測位されたオブジェクトの間隔、もう一方の次元では相対速度を提示する2次元スペクトルが形成される。各オブジェクトはこのスペクトル内で、ある特定の間隔およびある特定の相対速度での1つのピークによってはっきり表示される。各々個々のアンテナパッチの信号は、別々の受信チャネル内で評価され、相応のスペクトルに変換される。その後、同じオブジェクト(同じピーク)に関する異なるスペクトルにおいて得られた複素振幅の比較により、角度推定によってオブジェクトの測位角度がある程度の精度で決定される。こうして得られた測位データはその後、第2のデジタル切替マトリクス28を介し、様々な後続の支援機能へと引き渡され、例えば、緊急ブレーキ機能、追従型速度調節、およびそれに類することなどのような安全機能30へ、ならびに/または地図作成、駐車スペース検索、およびそれに類することのような1つもしくは複数の快適機能32へと引き渡される。
SAR評価ユニット26でも、デジタル化された受信信号がある特定の測定サイクルにわたって記録され、かつ2次元高速フーリエ変換を施される。こうして得られたスペクトルも一方の次元では、各々の測位されたオブジェクトに関し、帰属のオブジェクト間隔をもたらす。しかしながらこのスペクトルはもう一方の次元では、相対速度に関して評価されるのではなく、測位されたオブジェクトが動いていない(これはオブジェクト間隔の特徴的な変化に基づいて立証され得る)と仮定して、および車両10がこの測定サイクルの期間中は一定かつ既知の速度で直線的な軌道上を移動すると仮定して、図3に図解した相対速度の測位角度への依存性に関して評価される。この評価は、利用可能な計算容量に応じて、複数の受信チャネルに対して並列的に、または1つの受信チャネルに対してのみ行われ得る。SAR評価ユニット26での評価の結果としては、ここでもオブジェクトの間隔データおよび高分解角度データが、または同等のものとして各オブジェクトの地点座標(x,y)が得られるが、しかしながら一般的に相対速度データは得られず、または少なくとも高い時間分解能での相対速度データは得られない。このデータもデジタル切替マトリクス28を介し、安全機能30および/または快適機能32へと引き渡される。
示した例では、計算ユニット20が融合段階34をさらに内包しており、融合段階34では選択的に、評価ユニット24および26によって得られた測位データが、それぞれ、異なる評価方法によって得られたデータの品質に従って重み付けされて、相互に融合される。融合された結果も、第2のデジタル切替マトリクスを介し、安全機能30および快適機能32へ転送される。
評価ユニット24および26はそのうえ、送信および受信ハードウェア18のために、それぞれの評価アルゴリズムに最適な動作パラメータを規定し、かつ相応の制御信号36をこのハードウェアに供給し、これにより、動作パラメータがそれぞれの測定モードに適合される。
レーダセンサ10はモード選択段階38をさらに有しており、モード選択段階38は計算ユニット20に組み込まれ得るが、ここでは分かり易くする理由から別個のブロックとして示している。このモード選択段階38は、安全機能30および快適機能32からリクエスト信号を受け取り、これらのリクエスト信号に、交通状況(または運転者命令)に応じて、より高いまたはより低い優先度を与え、かつこの優先度に基づいて、レーダセンサのその時々の動作モードを決定する。例えば、安全機能30の1つが、衝突が迫っている危機的な交通状況を認識する場合、緊急ブレーキ機能によって必要とされるデータ、つまりとりわけ高分解間隔データおよび高分解速度データが最高優先度を得ることになり、計算ユニットは、主としてまたは専らドップラー評価ユニット24がアクティブなモードで働く。
図5は、図4に従うレーダセンサ10の動作方法をタイミング図の形態で図解しており、この動作方法では、ドップラー評価ユニット24およびSAR評価ユニット26が時分割多重で働いている。1つの時分割多重周期は、ある程度の数Nの相次ぐ測定サイクルを含んでおり、これらの測定サイクルは、図5では0~Nによって通し番号を振られている。測定サイクル0~N-1はそれぞれ、期間Tcdでのドップラー測定サイクルであり、期間Tcdの内部に受信信号が記録される。個々のドップラー測定サイクルはそれぞれ、処理時間Tpdによって分離されており、処理時間Tpdの内部でその前の測定サイクル中に記録されたデータがドップラー評価ユニット24内で評価される。
最後のドップラー測定サイクルN-1には、ここでもまた長さTpdの処理時間の後に、サイクルNが続き、このサイクルNはSAR測定サイクルであり、示した例ではドップラー測定サイクルより大きな期間Tcsを有している。SAR測定サイクルNにはその後、測定データがSAR評価ユニット26によって評価される処理時間Tpsの後に、次の分割多重周期の最初のドップラー測定サイクル「0」が続いている。
モード選択段階38が、例えば車両10の運転者が駐車場検索しているので、快適機能がより高い優先度を必要とすることを突き止めると、分割多重周期ごとのドップラー測定サイクルの数を減らすことで分割多重方式が変更され、したがってSAR測定サイクルの相対的数が増える。極端な場合には、駐車場検索の期間中はドップラー測定サイクルが完全に中断され得る。

Claims (9)

  1. 合成開口の原理に従うSAR測定モードにおいて、動かないオブジェクトを含むオブジェクト(12)の測位が高い角度分解能で行われる、自動車(10)内のレーダセンサ(14)の動作方法において、同じレーダセンサ(14)が、時間をずらしてまたは同時に、前記SAR測定モードでおよびドップラー測定モードで動作し、これに関し前記ドップラー測定モードでは、移動するオブジェクトを含むオブジェクトの相対速度が、前記SAR測定モードでの時間分解能より大きな時間分解能で測定されることを特徴とする動作方法。
  2. 交通状況に応じて、前記SAR測定モードと前記ドップラー測定モードの間で切り替えられる、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ドップラー測定モードでの測定サイクル(0~N-1)の工程および前記SAR測定サイクルでの測定サイクル(N)の工程が、分割多重方式に従って互いに入り組んでいる、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記ドップラー測定モードでの前記測定サイクルおよび前記SAR測定モードでの前記測定サイクルの相対頻度が、交通状況に応じて変化する、請求項3に記載の方法。
  5. 前記レーダセンサ(14)のアナログ送信および受信ハードウェア(18)の動作パラメータが、それぞれ適用すべき前記測定モードに動的に適合される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 異なる前記測定モードで得られた測定結果が相互に融合され、その際、異なる前記測定モードで得られた同じ測定量に関する前記結果が、それぞれの前記測定モードで達成可能な前記測定結果の品質に応じて重み付けされる、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. アナログ送信および受信ハードウェア(18)ならびにデジタル計算ユニット(18)を備えた、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法を実施するためのレーダセンサにおいて、前記送信および受信ハードウェア(18)ならびに前記計算ユニット(20)が、前記レーダセンサ(14)を、時間をずらしてまたは同時に、前記SAR測定モードでおよび前記SAR測定モードで動作させるために構成されていることを特徴とするレーダセンサ。
  8. 少なくとも90°にわたって広がる測位角度範囲(16)を有する、請求項7に記載のレーダセンサ。
  9. 請求項8に記載のレーダセンサ(14)を備えた自動車であって、前記レーダセンサ(14)が、前記レーダセンサ(14)の測位角度範囲(16)が少なくとも前記車両の前方向および前記車両の少なくとも片側での前記車両の横隣りの範囲をカバーするように、前記車両(10)内に取り付けられている自動車。
JP2021103766A 2020-06-25 2021-06-23 自動車内のレーダセンサの動作方法 Pending JP2022008221A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020207879.3 2020-06-25
DE102020207879.3A DE102020207879A1 (de) 2020-06-25 2020-06-25 Verfahren zum Betrieb eines Radarsensors in einem Kraftfahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022008221A true JP2022008221A (ja) 2022-01-13

Family

ID=78826750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021103766A Pending JP2022008221A (ja) 2020-06-25 2021-06-23 自動車内のレーダセンサの動作方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11726201B2 (ja)
JP (1) JP2022008221A (ja)
KR (1) KR20220000363A (ja)
CN (1) CN113848553A (ja)
DE (1) DE102020207879A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220144287A1 (en) * 2020-11-11 2022-05-12 Hyundai Mobis Co., Ltd. Radar system for vehicles and method for operating the same
US11719810B2 (en) * 2021-03-22 2023-08-08 GM Global Technology Operations LLC Automotive synthetic aperture radar with radon transform
DE102022204776B3 (de) 2022-05-16 2023-06-29 Continental Autonomous Mobility Germany GmbH Verfahren zum Lokalisieren eines Fahrzeuges innerhalb eines SAR-Bildes

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4321601A (en) * 1971-04-23 1982-03-23 United Technologies Corporation Three dimensional, azimuth-correcting mapping radar
US5818383A (en) * 1981-11-27 1998-10-06 Northrop Grumman Corporation Interferometric moving vehicle imaging apparatus and method
US5160932A (en) * 1990-07-13 1992-11-03 The Boeing Company Over-the-horizon synthetic aperture radar
EP0634669B1 (de) * 1993-07-15 1997-09-24 Daimler-Benz Aerospace Aktiengesellschaft Verfahren zur Klassifikation eines Gegenstandes und Verwendung des Verfahrens
DE19735848A1 (de) * 1997-04-09 1998-10-15 Daimler Benz Aerospace Ag Verfahren zur Überwachung der Erdoberfläche
US6204800B1 (en) * 1997-04-09 2001-03-20 Daimler-Benz Aerospace Ag Method for monitoring the earth surface
DE19912370A1 (de) 1998-05-02 1999-12-16 Daimlerchrysler Aerospace Ag Verfahren zur Radarsignalverarbeitung und Radaranordnung insbesondere in einem Kraftfahrzeug
SE9804417L (sv) * 1998-12-18 1999-12-20 Foersvarets Forskningsanstalt Ett SAR-radarsystem
US6400306B1 (en) * 1999-12-17 2002-06-04 Sicom Systems, Ltd Multi-channel moving target radar detection and imaging apparatus and method
US7474332B2 (en) * 2003-08-28 2009-01-06 Raytheon Company Synthetic aperture ladar system and method using real-time holography
ITRM20040503A1 (it) * 2004-10-14 2005-01-14 Uni Degli Studi Di Roma Tor Vergata Trasponditore del radar secondario di sorveglianza (ssr) agile in frequenza.
US7307579B2 (en) * 2004-11-03 2007-12-11 Flight Safety Technologies, Inc. Collision alerting and avoidance system
DE102006009121B4 (de) * 2006-02-24 2012-05-31 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Verarbeitung und Darstellung von mittels Synthetik-Apertur-Radarsystemen (SAR) gewonnen Bodenbildern
US7965226B2 (en) * 2009-03-31 2011-06-21 Raytheon Company Agile beam pulse to pulse interleaved radar modes
US20100321234A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 U.S. Government As Represented By The Secretary Of The Army Computationally efficent radar processing method and sytem for sar and gmti on a slow moving platform
US8207887B2 (en) * 2009-06-19 2012-06-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Computationally efficent radar processing method and sytem for SAR and GMTI on a slow moving platform
US8416123B1 (en) * 2010-01-06 2013-04-09 Mark Resources, Inc. Radar system for continuous tracking of multiple objects
US8427359B1 (en) * 2011-01-06 2013-04-23 Sandia Corporation Tracking moving radar targets with parallel, velocity-tuned filters
ITTO20130108A1 (it) * 2013-02-08 2014-08-09 Thales Alenia Space Italia S P A C On Unico Socio Innovativo metodo per generare immagini sar in modalita' stripmap
US9746554B2 (en) * 2013-04-09 2017-08-29 Valeo Radar Systems, Inc. Radar imaging system and related techniques
DE102014218092A1 (de) * 2014-09-10 2016-03-10 Volkswagen Aktiengesellschaft Erstellen eines Abbilds der Umgebung eines Kraftfahrzeugs und Bestimmen der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und Objekten in der Umgebung
DE102015012812B4 (de) * 2015-10-02 2021-10-21 Audi Ag Verfahren zum Betrieb von Radarsensoren in einem Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
IL259190A (en) * 2018-05-07 2018-06-28 Arbe Robotics Ltd System and method for frequency hopping MIMO FMCW imaging radar
US11802937B2 (en) * 2019-06-13 2023-10-31 Metawave Corporation Reconfigurable radio frequency front end for a radar system
DE102019210506A1 (de) * 2019-07-16 2021-01-21 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen eines Umfeldes
US20210158810A1 (en) * 2019-11-25 2021-05-27 GM Global Technology Operations LLC Voice interface for selection of vehicle operational modes

Also Published As

Publication number Publication date
US11726201B2 (en) 2023-08-15
KR20220000363A (ko) 2022-01-03
DE102020207879A1 (de) 2021-12-30
CN113848553A (zh) 2021-12-28
US20210405184A1 (en) 2021-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2022008221A (ja) 自動車内のレーダセンサの動作方法
US11300677B2 (en) Automated driving systems and control logic for host vehicle velocity estimation using wide aperture radar
US7492310B2 (en) Motor vehicle wheel behaviour and radar system
JP6383364B2 (ja) 距離範囲分類を有するfmcwレーダ
US11789143B2 (en) Radar apparatus, system, and method of generating angle of arrival (AoA) information
US20210055734A1 (en) Methods Circuits Devices Assemblies Systems and Related Machine Executable Code for Providing and Operating an Active Sensor on a Host Vehicle
JP7138970B2 (ja) 物体の少なくとも1つのパラメータを決定する方法および装置
US20190072659A1 (en) Artificial-Intelligence Controlled Adaptive Multi-Purpose Beam Forming Automobile Radar
EP1314998A1 (en) Radar apparatus
JP7257348B2 (ja) 電子機器、電子機器の制御方法、及び電子機器の制御プログラム
JP2023126371A (ja) 電子機器、電子機器の制御方法、及び電子機器の制御プログラム
CN114167420A (zh) 雷达系统和用于运行雷达系统的方法
US20220146667A1 (en) Apparatus, system and method of radar tracking
JP7153784B2 (ja) 電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラム
JP7019059B2 (ja) レーダセンサによる点目標の横速度またはデカルト速度の推定
CN112714877B (zh) 信号传输方法及装置、信号处理方法及装置以及雷达系统
US11493596B2 (en) Estimation of cartesian velocities of extended radar objects using a radar sensor
JP3620459B2 (ja) レーダ装置
WO2020075686A1 (ja) 電子機器、電子機器の制御方法、及び電子機器の制御プログラム
US12000950B2 (en) Estimation of transverse velocities or cartesian velocities of point targets with a radar sensor
US20230341545A1 (en) Near field radar beamforming
EP4290269A1 (en) Fractalet radar waveform generators
EP4155771A1 (en) Electronic device, electronic device control method, and program
WO2023002870A1 (ja) 電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラム
JP2023115300A (ja) 電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラム