JP2022090629A - 同期変調反射デバイスを用いた周波数変調連続波（ｆｍｃｗ）レーダターゲットエミュレーション - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットのエミュレーションされたレーダ１０２反射信号を生成する【解決手段】装置１００は、被試験デバイス（ＤＵＴ）によって放射されたレーダ１０２信号フレームを検出するように構成されるレーダ検出器と、エミュレーションされているターゲットのエミュレーションされたレーダ１０２反射信号を生成するように構成されるエミュレーション送信機１１２と、エミュレーションされているターゲットの少なくとも１つの特性に従ってエミュレーション送信機１１２を制御する制御信号を生成するように構成されるプロセッサとを備える。プロセッサは、ＤＵＴのレーダ１０２信号フレームの複数の可能なレーダ１０２パラメータの中の現在のレーダ１０２パラメータを求め、ＤＵＴのレーダ１０２信号フレームの求められた現在のレーダ１０２パラメータに従ってエミュレーション送信機１１２を制御する制御信号を適合させるように更に構成される。【選択図】図３

Description

現代の自動車は、ますます多くがいわゆる先進運転支援システム（ＡＤＡＳ：Advanced Driver Assistance System）を搭載している。このうち、既に十分確立されているものは、緊急ブレーキアシスト（ＥＢＡ：Emergency Brake Assist）システム及びレーンアシスト（ＬＡ：Lane Assist）システムであり、その目標は完全自律車両である。全てのこれらのシステムは、車両の電子（又はエンジン）制御ユニット（ＥＣＵ：electronic (or engine) control unit）が周囲環境を示す十分な情報を収集することを可能にするセンサを必要とする。一般に使用されている及び／又は提案されているＡＤＡＳセンサの例として、超音波センサ、ビデオカメラ、レーダセンサ及びライダ（又はＬｉＤＡＲ）センサがある。このうち、レーダは、霧及びおそらく他の劣悪な環境条件において明らかな利点を有すると一般に認められている。

ＡＤＡＳ装備車両を開発するときの１つの主な課題は、実際の交通で起こり得る無数の異なるシナリオにおいて適切な動作を検証することである。この検証を現実の世界で行うことは、実現性のある適切な案ではない。第１に、必要とされるカバレッジを達成すること（すなわち、全ての関連シナリオを実際に試験すること）が、過度に多くの時間（数百万時間）を必要とするので困難である。第２に、最も過酷な現実の試験のうちのいくつかは、それらの性質からして危険であるので非倫理的である。これらの試験の障壁に加わるものは、全てのセンサを一斉に検証しなければならないことである。なぜならば、ＥＣＵが全てのセンサから収集しているデータに基づいて正しい決定を行うことを検証することは重要であるからである。

その結果、自動車メーカ及びセンサモジュールベンダ自体も、仮想プラットホーム上で運転状況を電子的にエミュレーションすることを切望している。レーダの場合に、仮想プラットホームの試験システムは、レーダの全てのフェーズの間に同じターゲットを一貫してエミュレーションするために、被試験デバイス（ＤＵＴ：device under test）のレーダと同期されることが望ましい。

本発明の概念の一態様によれば、ターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成する装置が提供される。前記装置は、被試験デバイス（ＤＵＴ）によって放射されたレーダ信号フレームを検出するように構成されるレーダ検出器と、エミュレーションされているターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成するように構成されるエミュレーション送信機と、前記エミュレーションされているターゲットの少なくとも１つの特性に従って前記エミュレーション送信機を制御する制御信号を生成するように構成されるプロセッサとを備える。前記プロセッサは、前記ＤＵＴの前記レーダ信号フレームの複数の可能なレーダパラメータの中の現在のレーダパラメータを求め、前記ＤＵＴの前記レーダ信号フレームの前記求められた現在のレーダパラメータに従って前記エミュレーション送信機を制御する前記制御信号を適合させるように更に構成される。

本発明の概念の別の態様によれば、コントローラ及びターゲットエミュレータを含む車両レーダを試験するシステムが提供される。前記コントローラは、命令を記憶するメモリと、前記命令を実行するプロセッサとを備える。前記コントローラは、前記車両レーダの周囲環境にターゲットを含む運転シナリオを生成するように構成される３次元（３Ｄ）シナリオシミュレーションを実行するように構成される。前記ターゲットエミュレータは、前記３Ｄシナリオシミュレーションによって生成される前記運転シナリオに対応するエミュレーションされたレーダ反射信号を前記車両レーダに送信するように構成される。前記ターゲットエミュレータは、前記車両レーダによって放射されたレーダ信号フレームを検出するように構成されるレーダ検出器と、エミュレーションされているターゲットの前記エミュレーションされたレーダ反射信号を生成するように構成されるエミュレーション送信機とを含む。前記プロセッサは、前記エミュレーションされているターゲットの少なくとも１つの特性に従って前記エミュレーション送信機を制御する制御信号を生成し、前記車両レーダの前記レーダ信号フレームの複数の可能なレーダパラメータの中の現在のレーダパラメータを求め、前記車両レーダの前記レーダ信号フレームの前記求められた現在のレーダパラメータに従って前記エミュレーション送信機を制御する前記制御信号を適合させるように更に構成される。

本発明の概念の更に別の態様によれば、ターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成するプロセッサ実施される方法を、車両レーダを試験するシステムの信号プロセッサに実行させる命令を記憶するコンピュータ可読媒体が提供される。前記プロセッサ実施される方法は、前記車両レーダによって放射されたレーダ信号フレームに対応する信号を受信することと、エミュレーション送信機を駆動して、エミュレーションされているターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成することと、前記エミュレーションされているターゲットの少なくとも１つの特性に従って前記エミュレーション送信機を制御することとを含む。前記プロセッサ実施される方法は、前記車両レーダの前記レーダ信号フレームの複数の可能なレーダパラメータの中の現在のレーダパラメータを求めることと、前記車両レーダの前記レーダ信号フレームの前記求められた現在のレーダパラメータに従って前記エミュレーション送信機を制御する前記制御信号を適合させることとを更に含む。前記複数の可能なレーダパラメータは、瞬時周波数及び瞬時電力のうちの少なくとも一方を含む。

本発明の概念の上記態様及び特徴並びに他の態様及び特徴は、添付図面に関する以下の詳細な説明から容易に明らかになる。

コンチネンタル（Continental）自動車レーダからのチャープの抽出された周波数を示す図である。 商用自動車レーダのレーダフレームの振幅時間プロファイル及び周波数時間プロファイルを示す図である。 本発明の概念の一実施形態による、ターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成する装置を示す回路ブロック図である。 本発明の概念の一実施形態による図３の装置のエミュレーション送信機の一例を示す回路ブロック図である。 本発明の概念の別の実施形態による図３の装置のエミュレーション送信機の一例を示す回路ブロック図である。 本発明の概念の一実施形態による図３の装置のレーダ検出器の一例を示す回路ブロック図である。 本発明の概念の一実施形態による図３の装置のレーダ検出器の別の例を示す回路ブロック図である。 本発明の概念の実施形態による、エミュレーション送信機のアンテナがレーダ検出器によるレーダの検出において使用される回路ブロック図である。 本発明の概念の実施形態による、エミュレーション送信機のアンテナがレーダ検出器によるレーダの検出において使用される回路ブロック図である。 Ｂｏｓｃｈ ＦＲＣＰＣＣＦ自動車レーダの場合における周波数を経時的に示す図である。 本発明の概念の一実施形態による自律運転エミュレーション（ＡＤＥ：autonomous driving emulation）プラットホーム１０００のアーキテクチャを示す高レベルブロック図である。

２０２０年５月６日に出願された「Multi-Target Radar Emulator System」という発明の名称の同一出願人による米国特許出願第１６／８６７，８０４号には、ＦＭＣＷ（周波数変調連続波：frequency-modulated continuous-wave）レーダ等のレーダにおいてターゲットエミュレーションを達成する技法が記載されている。この米国特許出願の全開示内容は、引用することによって本明細書の一部をなすものとする。ＦＭＣＷレーダは、現在の自動車レーダ市場のほぼ１００％を構成している。いくつかの現代のレーダは「高速チャープＦＭＣＷ」を使用する。いくつかの場合には、高速ＦＭＣＷチャープは、時間間隔が均一ではなく、代わりに、それらの開始時間は、自身のレーダを有する場合がある他の接近車両からの分離のような特徴を改善するためにディザリングされる。これらのレーダは、戻り信号のチャープごとの位相変化（スリップ）を測定することによって相対速度を抽出する。

図１は、コンチネンタル自動車レーダからのチャープの抽出された周波数を示し、図２は、商用自動車レーダのレーダフレームの振幅時間プロファイル（左側）及び周波数時間プロファイル（右側）を示している。チャープ開始時間が一致しておらず、代わりに、僅かに（３６μ秒±最大２μ秒）ディザリングされることを見て取ることができる。チャープスロープは、或るバースト（遠距離レーダＬＲＲ）については同じであるが、次のバーストについては（例えば、中距離レーダＭＲＲ等の場合には）異なる。一定の周波数オフセットを使用してターゲットをエミュレーションする場合には、レーダによって測定される相対速度は、ランダム化された開始時間によって示される位相変化によって乱雑化される。周波数オフセットを生成するために使用される信号の位相は、一貫した相対速度を提供するために、各チャープの開始においてチャープごとに所望の速度に対応する値に設定されるべきである。このチャープごとの位相シフトは、ゼロ速度の場合には一定である一方、非ゼロの速度の場合には、速度と整合したチャープごとの位相シフトがもたらされる。これは、一定の周波数オフセットがターゲットをエミュレーションするために使用される場合に、現代の自動車レーダが、レーダに不正確な結果を感知させるＦＭＣＷ信号の変動をどのように有するのかの単なる１つの例にすぎない。各レーダフレームは、レーダが異なる方法で動作する複数のセクションを有することができる。これは、異なるＦＭＣＷチャープスロープ、異なるアンテナ（例えば、遠距離対中距離）等において反映させることができる。本明細書に記載される実施形態は、被試験デバイス（ＤＵＴ）のレーダを追跡し、エミュレーション制御信号をレーダの現在の出力に適合させる。このように、試験システムは、被試験デバイス（ＤＵＴ）のレーダの全てのフェーズの間、同じターゲットを一貫してエミュレーションするためにレーダと同期される。

図３は、本発明の概念によるターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成する装置１００の一実施形態を示している。エミュレーションされたレーダ反射信号は、被試験デバイス（ＤＵＴ）のレーダ１０２（その関連した検出回路／ソフトウェアを含む）の試験において使用されるものとすることができる。レーダ１０２は、車両レーダとすることができ、本開示の利益を有する当業者によって理解されるように、１つの有望な車両レーダは、現在の自動車アプリケーション及び新たに出現する自動車アプリケーションにおける様々なキャパシティにおいて使用される自動車レーダである。本発明の概念の実施形態は、車両のタイプによって限定されるものではない。

図３を参照すると、装置１００は、レーダアンテナ１０８及び変調回路１１０を備える。レーダアンテナ１０８及び変調回路１１０は、エミュレーションされているターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成するように構成されるエミュレーション送信機１１２をともに構成する。本発明の概念のいくつかの実施形態において、単一のターゲットをエミュレーションする単一のエミュレーション送信機１１２が設けられる一方、他の実施形態において、複数のターゲットをエミュレーションする複数のエミュレーション送信機１１２が設けられる。なお、いくつかの実施形態において、各エミュレーション送信機１１２は、小型レーダターゲットシミュレータ（Ｍ－ＲＴＳ：miniature radar target simulator）として説明される。用語「小型」は、「レーダピクセル」をそれぞれ表すＭ－ＲＴＳ１１２のアレイ１３０が設けられる場合に特に適用可能である。レーダターゲットシミュレータは、従来、固定ロケーションに配置されるか又は機械的に移動させることができる少数のアンテナとともに動作する。対照的に、それぞれが相対的に小さなアンテナ１０８を有する相対的に多数のＭ－ＲＴＳ１１２を設けることができる。この構成によって、機械的な移動を必要とすることなくＤＵＴのレーダ１０２の前方において、仮想的に任意のロケーションにおける任意の速度を有する物体の配置及び移動が可能になる。加えて、複数の「レーダピクセル」を組み合わせて物体の空間的拡張をエミュレーションすることができるので、物体は点物体に限定されない。ただし、本明細書に記載される実施形態は、エミュレーション送信機（複数の場合もある）１２２の寸法によって、すなわち、アンテナ１０８及び／又は変調回路１１０の寸法によって限定されるものでないことに留意されたい。

図３の装置１００は、アンテナ１２０及び変換回路１２４を更に備える。アンテナ１０２及び変換回路１２４は、ＤＵＴのレーダ１０２によって放射されたレーダ信号フレームを検出するように構成されたレーダ検出器１２６の一つの例をともに構成する。アンテナ１２０は、ＤＵＴのレーダ１０２からレーダ信号を受信する。変換回路１２４は、アンテナ１２０の対応する出力を処理して、レーダ信号又はレーダ信号の特性（電力等）を示すデジタル化された信号を生成する。このデジタル化された信号は、次に説明するコンピュータ１５０に供給される。ＤＵＴのレーダの１つ以上の特性は、アナログ領域において変換回路１２４によって求めることができ、及び／又は、デジタル領域においてコンピュータ１５０によって求めることができることに留意されたい。

図３を更に参照すると、装置１００は、レーダ検出器１２６及びエミュレーション送信機（複数の場合もある）１１２に動作可能に結合されたコンピュータ１５０を備える。コンピュータ１５０は、装置１００のコントローラとして少なくとも部分的に機能し、プロセッサを備える。このプロセッサは、例えば、マイクロプロセッサ及び／又はフィールドプログラマブルゲートアレイとすることができる。本明細書において後に例として説明するように、プロセッサは、レーダ検出器１２６から受信されるレーダ信号を示すデジタル化された信号に部分的に応答して、エミュレーション送信機（複数の場合もある）１１２を制御する。コントローラは、プロセッサによって実行される命令を記憶するメモリも備えることもできるし、このようなメモリにアクセスすることもできる。これらのプロセッサ及びメモリは、分散させて互いにネットワーク接続することもできるし、コンピュータ１５０と統合することもできる。同様に、レーダ検出器１２６の全て又は一部をコンピュータ１５０の１つ以上の構成要素と統合することができ、エミュレーション送信機（複数の場合もある）１１２の全て又は一部をコンピュータ１５０の１つ以上の構成要素と統合することができる。

１つの動作例では、レーダ１０２からの信号は、ホーンアンテナ１２０を用いて捕捉され、変換回路１２４のＲＦミキサを使用してベースバンドにミックスダウンされ、この信号は、その後、ローパスフィルタリングされ、デジタル化される。デジタル信号は、当該技術において知られているアルゴリズムを用いて処理され、瞬時周波数が求められる。レーダフレームが事前に特徴付けられている場合には、Ｍ－ＲＴＳ１１２の制御は、計算された瞬時周波数に基づいて実行され、所望のターゲット及びターゲット速度を得ることができる。Ｍ－ＲＴＳ１１２の制御回路は、図３に示すように直接デジタル制御システムＤＤＳとすることができる。ＤＤＳはコンピュータ１５０と統合することができることが理解されるであろう。

図４Ａは、本発明の概念の一実施形態による図３の装置１００のエミュレーション送信機１１２ａの一例を示す回路ブロック図である。

図４Ａを参照すると、エミュレーション送信機１１２ａのアンテナ１０８ａは、再照射アンテナ４０１によって実施され、エミュレーション送信機１１２ａの変調回路１１０ａは、サーキュレータ４０２、ミキサ４０３及び可変利得増幅器（ＶＧＡ：variable gain amplifier）４０４を備える。

再照射アンテナ４０１は、ＤＵＴ（図４に図示せず）のレーダから受信される信号の波長用に選択されたホーンアンテナとすることができる。再照射アンテナ４０１は、可変利得を有することができ、送信電磁波の見掛けの到来角（ＡｏＡ：angle of arrival）の自由度を調整するレンズ等のビーム成形素子に結合することができる。再照射アンテナ４０１にホーンアンテナ又は同様のアンテナを使用することは必須ではなく、パッチアンテナ又はパッチアンテナアレイ（以下で説明）等の他のタイプのアンテナも考えられる。

サーキュレータ４０２は、アンテナ４０１からポート１に受信される信号がポート２においてミキサ４０３に印加されるとともに、ＶＧＡ４０４からポート３に受信される信号がポート１においてアンテナ４０１に印加されるように動作する。このように、エミュレーションされた反射信号は、再照射アンテナ４０１によってＤＵＴのレーダに送信される。

図４Ａの図示した例のミキサ４０３は、同相（Ｉ：in-phase）直交（Ｑ：quadrature）ミキサ（ＩＱミキサ）であり、このＩＱミキサは、ＲＦ信号の標準的な９０度位相整合を有する単側波帯ＩＱミキサとすることができ、その結果、上側波帯（ＵＳＢ：upper sideband）又は下側波帯（ＬＳＢ：lower sideband）のいずれかの出力が得られる一方、それぞれＬＳＢ又はＵＳＢは除去される。

ミキサ４０３の出力は、利得制御入力４０５を含むＶＧＡ４０４に与えられる。ＶＧＡ４０４の利得制御入力４０５は、図３の装置１００のコンピュータ１５０に動作可能に接続されている。ＶＧＡ４０４は、コンピュータ１５０の制御下で、アンテナ４０１によって放射される再照射信号の適切なエミュレーションを可能にする。

エミュレーション送信機１１２ａの更なる動作の詳細については、図４と、上述した米国特許出願第１６／８６７，８０４号に掲載された対応する論述とに着目されたい。

図４Ｂは、本発明の概念の一実施形態による図３の装置１００のエミュレーション送信機１１２ｂの別の例を示す回路図である。

図４Ｂの実施形態は、変調回路１１０ｂがミキサ３０３（図４Ａのミキサ４０３と同様）及びＶＧＡ３０４（図４ＡのＶＧＡ４０４と同様）を備える点で図４Ａの実施形態と同様である。また、ＶＧＡ３０４の利得制御３０５は、図４Ａと同じ又は類似の方法で図３のコンピュータ１５０によって制御される。他方、図４Ｂの実施形態は、図４Ａのサーキュレータ４０２が省かれ、アンテナ１０８ｂが分離した受信（Ｒｘ）アンテナ３０１及び送信（Ｔｘ）アンテナ３０２を用いて構成される点で図４Ａの実施形態と異なる。図示するように、受信アンテナ３０１はミキサ３０３にフィードし、ＶＧＡ３０４の出力は、エミュレーションされた反射信号が送信アンテナ４０１によってＤＵＴのレーダに送信されるように、送信アンテナ３０２に印加される。他の点では、図４Ｂの形態は、図４Ａの構成と同様に動作する。

図５Ａは、本発明の概念の一実施形態による図３の装置１００のレーダ検出器１２６ａの一例を示す回路図である。図３のレーダ検出器１２６と同様に、図４Ａのレーダ検出器１２６ａは、アンテナ１２０ａ及び変換回路１２４ａを備える。

図５Ａを参照すると、レーダ検出器１１２ａのアンテナ１２０ａは、ホーンアンテナ等の受信（Ｒｘ）アンテナ５０１とすることができる。受信（Ｒｘ）アンテナ５０１は、ＤＵＴのレーダ１０２によって放射された各レーダフレームを受信する。

変換回路１２４ａは、アンテナ５０１の出力、又はアンテナ５０１の出力の特性を、図３の装置１００のコンピュータ１５０による処理に適したフォーマットに変換するように構成される。図５Ａの例では、変換回路１２４ａは、ミキサ５０２、ローパスフィルタ５０３及びアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ：analog-to-digital converter）５０４を備える。ミキサ５０２には局部発振器ＬＯの信号が供給され、アンテナ５０１の出力が中間周波数ＩＦに周波数ダウンコンバートされる。一つの例として、中間周波数ＩＦは、ほぼ１ＧＨｚ～２ＧＨｚのベースバンド周波数とすることができる。同様に一つの例として、局部発振器ＬＯの周波数は、約７５ＧＨｚとすることができる。この実施形態は、これらの数値的に定められた例に限定されるものではないことが理解されるであろう。

中間周波数ＩＦのダウンコンバートされた信号は、ローパスフィルタ５０３に通され、高周波数成分が除去され、その後、ＡＤＣ５０４によってデジタル化される。ＡＤＣ５０４のデジタル化された出力は、図３のコンピュータ１５０に供給される。

図５Ａの例では、ＤＵＴのレーダ１０２の１つ以上の特性をコンピュータ１５０によってデジタル領域において求めることができる。図５Ｂは、レーダ１０２の１つ以上の特性（この場合は電力）がアナログ領域において求められる変換回路１２４ｂの一例を示す回路図である。

図５Ｂを参照すると、変換回路１２４ｂは、アンテナ１２０（図３）の出力を受信する入力と、容量素子Ｃ１及び抵抗素子Ｒ１の接地された並列回路に結合された出力とを有するダイオードＤ１を備える。これらの構成要素は、Ｒ１の両端の電圧が、ダイオードＤ１の入力に受信されるＲＦ信号の電力に対応するＲＦダイオード検出器を形成する。

ＲＦダイオード検出器の出力電圧（すなわち、ＤＵＴのレーダの電力を示すＲ１の両端の電圧）は、ＡＤＣ６０４によってデジタル化され、ＡＤＣ５０４のデジタル化された出力は、図３のコンピュータ１５０に供給される。

ここで、本発明の概念は、図５Ａ及び図５Ｂに関して上述したレーダ検出器の例によって限定されるものではないことに留意されたい。それどころか、本発明の概念は、ＤＵＴのレーダのパラメータ（又はフレーム特性）を監視するための、当業者によって考えることができる他の回路を包含する。さらに、上述した実施形態において、図３に示すように、ＤＵＴのレーダを検出することを目的として別個のアンテナ１２０が設けられる。しかしながら、本発明の概念はこのように限定されるものではない。例えば、図６Ａ及び図６Ｂは、エミュレーション送信機１１２のアンテナがＤＵＴのレーダを捕捉するのに使用される実施形態を示している。

すなわち、図６Ａの例では、変換回路ＣＯＮＶ（例えば、図５Ａの変換回路１２４ａ）に印加されるＲＦ信号は、エミュレーション送信機（又はＭ－ＲＴＳ）の受信Ｒｘアンテナ４０１の出力から得られる。図６Ｂの例では、変換回路ＣＯＮＶ（例えば、図５Ａの変換回路１２４ａ）に印加されるＲＦ信号は、エミュレーション送信機（又はＭ－ＲＴＳ）の受信Ｒｘアンテナ４０１の出力から得られる。

上述した構成のいずれが採用されるかを問わず、本発明の概念の実施形態は、特に、レーダがモード（周波数スロープ、ＦＭＣＷ対「高速ＦＭＣＷ」、対アップダウンチャープ等）を変更している場合に、ターゲットのパラメータ（速度、レンジ等）をエミュレーションするように一般的なターゲットエミュレーション用のＭ－ＲＴＳを制御することを含む。レーダは、レーダフレームの特徴（フレームタイミング、ＦＭＣＷ周波数スロープ、チャープ開始周波数及び停止周波数等）を特徴付けるために、無線で監視される。Ｍ－ＲＴＳ制御信号は、その後、レーダＲＦフレームの異なる部分の間に一貫したターゲットをエミュレーションするように変更される。

次に、閾値及びパラメータを次第に変化するレーダフレームに適合させることができる一つの例として、Ｂｏｓｃｈ ＦＲＣＰＣＣＦ自動車レーダの場合の周波数を経時的に示す図７に注目する。この図の上部は、２２９ＭＨｚの偏差及び４０９．６μｓの持続時間を有する１０個のランプ（ramp）からなる１つの系列を示す一方、この図の下部は、複数の系列の経過を示している。ＦＭＣＷチャープ周波数が時間とともに変化することを見て取ることができる。このレーダも、コンチネンタル自動車レーダと同様に、チャープの開始をランダム化し、また、フレーム時間にわたってチャープの開始周波数及び停止周波数を変化させる。本発明の概念の実施形態によれば、高速チャープＦＭＣＷ波形の周波数パラメータ（瞬時周波数及び／又は瞬時電力等）を経時的に監視することができ、それに応じて閾値周波数を調整することができる。これに代えて又はこれに加えて、レーダ信号フレームの検出される瞬時電力及び検出される瞬時周波数のうちの少なくとも一方の検出に応答して、各Ｍ－ＲＴＳを再設定してレーダ信号フレームと同期するように制御信号を適合させることができる。経時的なフレーム特性の検出及びＭＲＤの適合によって、一貫したターゲットをレーダに提供するようにパラメータが制御される。

本発明の概念は、コントローラとターゲットエミュレータとを備える車両レーダを試験するシステムを含む。コントローラは、命令を記憶するメモリと、命令を実行するプロセッサとを備える。コントローラは、車両レーダの周囲環境にターゲットを含む運転シナリオを生成するように構成された３次元（３Ｄ）シナリオシミュレーションを実行するように構成される。ターゲットエミュレータは、３Ｄシナリオシミュレーションによって生成された運転シナリオに対応するエミュレーションされたレーダ反射信号を車両レーダに送信するように構成される。ターゲットエミュレータは、車両レーダによって放射されたレーダ信号フレームを検出するように構成されるレーダ検出器と、エミュレーションされているターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成するように構成されるエミュレーション送信機とを備える。プロセッサは、エミュレーションされているターゲットの少なくとも１つの特性に従ってエミュレーション送信機を制御する制御信号を生成し、車両レーダのレーダ信号フレームの複数の可能なレーダパラメータの中の現在のレーダパラメータを求め、車両レーダのレーダ信号フレームの求められた現在のレーダパラメータに従ってエミュレーション送信機を制御する制御信号を適合させるように更に構成される。車両レーダを試験するそのようなシステムの一つの例は、図８に関して次に説明される。

図８は、本発明の概念の一実施形態による自律運転エミュレーション（ＡＤＥ）プラットホーム１０００のアーキテクチャを示す高レベルブロック図である。

図８を参照すると、ＡＤＥプラットホーム１０００は、３Ｄシナリオシミュレータ１１００、シナリオエミュレータ１２００、センサ１３００、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１４００、及びハードウェアインループ（ＨｉＬ：Hardware-In-Loop）テストベンチ１５００を含む。

本明細書における実施形態は、主として、レーダに焦点を当てているが、図８の例のセンサ１３００は、レーダセンサ１３００ｂに加えてカメラセンサ１３００ａ及びライダセンサ１３００ｃを任意選択で含む。各センサ１３００は、ＡＤＡＳ機能を装備した車両の周囲環境を検知するように構成される。

ＥＣＵ１４００は、車両のＡＤＡＳ機能を担当する車両の専用モジュールである。周囲環境を評価するために、ＥＣＵ１４００は、センサ１３００からのセンサデータと、車両慣性測定ユニット（ＩＭＵ：inertial measurement unit）からのデータと、全地球測位システム（ＧＰＳ：global positioning system）データとを融合する。ＥＣＵ１４００は、単一の処理ユニットに集中化することもできるし、複数の処理ユニット間に分散させることもできる。

センサ１３００によって駆動されるＥＣＵ１４００は、図８のＡＤＥプラットホーム１０００の被試験デバイス（ＤＵＴ）を構成する。

図８の例は、ＨｉＬテストベンチ１５００にリンクされたシナリオシミュレーションを中心に構築されている。テストシーケンサ（図示せず）は、並列に動作するシナリオシミュレータ１１００及びＨｉＬテストベンチ１５００の双方を制御することができる。

３Ｄシナリオシミュレータ１１００は、ユーザによって選択及び／又は作成される様々な車両運転シナリオを作成するソフトウェア実施されるシミュレーションデバイスである。一般に、３Ｄシナリオシミュレータ１１００は、データベース（ＤＢ）１１０１を含むか又はＤＢ１１０１にアクセスする。ＤＢ１１０１は、運転シナリオと、運転シナリオに登場する様々な材料及び物体の検知特性（例えば、レーダ散乱又はライダ反射率特性）と、運転シナリオで遭遇する車両及び他の物体（道路を含む）の動態（dynamics）と、任意の所与のシナリオにおける車両及び物体の物理的応答に関する他の情報とを含む。３Ｄシナリオシミュレータ１１００の一つの例は、IPG Automotive GMBHによって商品名Ｃａｒｍａｋｅｒ（商標）の下で提供される。とりわけ、３Ｄシナリオシミュレータ１００は、ＡＤＡＳ及び自律車両の試験に対処する。仮想道路環境、車両動態、交通、センサ、実際の運転手又は仮想的な運転手、ヘッドライト、気象条件及びシナリオスクリプティング（scenario scripting）を構築するツール及びモデルを提供することができる。

３Ｄシナリオシミュレータ１１００の内部では、いくつかの運転シナリオをシミュレーションすることができ、センサターゲットエミュレータ１２００に供給することができる。シナリオにおける全ての物体について、光反射率及びレーダ反射率に関する材料特性も提供することができる。これらの情報に基づいて、センサターゲットエミュレータ１２００は、物体がカメラセンサ１３００ａ、レーダセンサ１３００ｂ及びライダセンサ１３００ｃによって感知される方法に関する情報を抽出する。抽出された情報に基づいて、センサターゲットエミュレータ１２００のハードウェアは、３Ｄシナリオシミュレータ１１００から供給される運転シナリオをエミュレーションする検知信号をセンサ１３００に放射するように駆動される。

例えば、センサターゲットエミュレータ１２００は、パラメータ抽出器１２００ａと、カメラターゲットエミュレータドライバ１２０１ａと、３Ｄシナリオシミュレータ１１００の運転シナリオをエミュレーションするビデオ画像を生成するモニタ１２０２ａとを備えることができる。動作中、パラメータ抽出器１２００ａは、３Ｄシナリオシミュレータ１１００の運転シナリオに対応する画像ピクセルデータ（ｘ、ｙ、Ｒ、Ｂ及びＧ）を抽出することができる。この抽出されたデータは、日陰効果及び直射日光効果を含むことができる。この画像ピクセルデータ（ｘ、ｙ、Ｒ、Ｂ及びＧ）は、カメラターゲットエミュレータドライバ１２０１ａに供給することができ、カメラターゲットエミュレータドライバ１２０１ａは、次に、モニタ１２０２ａを駆動して、画像ピクセルデータ（ｘ、ｙ、Ｒ、Ｂ及びＧ）に対応する画像（ピクチャ）を表示する。モニタ１２０２ａは、カメラセンサ３００ａの前方に配置することができる。このように、モニタ１２０２ａに表示される運転シナリオのエミュレーションされた画像は、画像センサ１３００ａによって視認され、それに応じてＥＣＵ１４００によって処理される。

センサターゲットエミュレータ１２００は、パラメータ抽出器１２００ｂと、レーダターゲットエミュレータドライバ１２０１ｂと、３Ｄシナリオシミュレータ１１００の運転シナリオのレーダ反射をエミュレーションするレーダ信号（「チャープ」）を生成するレーダエミッタ１２０２ｂとを更に備えることができる。動作中、パラメータ抽出器１２００ｂは、３Ｄシナリオシミュレータ１００から運転シナリオのレーダ関連データを抽出することができる。これは、運転シナリオの複数の物体のロケーション（ｘ，ｙ）及び距離（信号遅延）が表されるレイトレーシングを含むことができる。加えて、物体速度（ドップラ）及び物体サイズ／距離（減衰）等の物体のレーダシグネチャを抽出することができる。当然のことながら、レーダ断面は、物体サイズと反射率とを組み合わせたものである。反射率は、個々のピクセルに使用されている減衰にマッピングすることができ、空間次元は、物体を表すのに使用されるピクセルの量にマッピングすることができる。このデータは、レーダターゲットエミュレータドライバ１２０１ｂに供給することができ、レーダターゲットエミュレータドライバ１２０１ｂは、次に、レーダエミッタ１２０２ｂを駆動して、運転シナリオに対応する「反射された」レーダ信号を放射する。レーダエミッタ１２０２ｂは、図３～図７の実施形態に関して前述した装置１００を備えることができ、レーダセンサ３００ｂの前方に配置することができる。このように、レーダエミッタａ２０２ｂによって放射される運転シナリオのエミュレーションされたレーダ反射は、レーダセンサａ３００ｂによって検知され、それに応じてＥＣＵａ４００によって処理される。

センサターゲットエミュレータ１２００は、パラメータ抽出器１２００ｃと、ライダターゲットエミュレータドライバ１２０１ｃと、３Ｄシナリオシミュレータ１１００の運転シナリオの光反射をエミュレーションするライダビームを生成するライダビームエミッタ１２０２ｂとを更に備えることができる。動作中、パラメータ抽出器１２００ｃは、３Ｄシナリオシミュレータ１１００から運転シナリオのライダ関連データを抽出することができる。一般に、このデータは、反射光の遅延によって表されるような運転シナリオ内のロケーション（ｘ，ｙ）における物体の集まりからなる。このデータは、ライダターゲットエミュレータドライバ１２０１ｂに供給することができ、ライダターゲットエミュレータドライバは、次に、ライダビーム源１２０２ｃを駆動して、運転シナリオに対応する所与の遅延を有する「反射」光信号を放射する。ライダビームエミッタ２０２ｃは、ライダセンサ１３００ｃの前方に配置することができる。このように、ライダビームエミッタ１２０２ｃによって放射される運転シナリオのエミュレーションされた光反射は、ライダセンサ１３００ｃによって検知され、それに応じてＥＣＵ１４００によって処理される。

本発明の概念は、車両レーダを試験するシステムの信号プロセッサ（例えば、前述した１５０）に、ターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成するプロセッサ実施される方法を実行させる命令を記憶する有形の非一時的コンピュータ可読媒体も含む。有形の非一時的コンピュータ可読媒体は、米国特許法第１０１条の規定による特許可能な主題を構成する任意の媒体であると定義され、米国特許法第１０１条の規定による特許可能な主題を構成しないあらゆる媒体を除外する。そのような媒体の例は、コンピュータ又はデータ処理システムによって可読なフォーマットで情報を記憶するコンピュータメモリデバイス等の非一時的媒体を含む。非一時的媒体のより具体的な例には、コンピュータディスク及び不揮発性メモリが含まれる。プロセッサ実施される方法は、車両レーダによって放射されたレーダ信号フレームに対応する信号を受信することと、エミュレーション送信機１１２を駆動して、エミュレーションされているターゲットのエミュレーションされたレーダ反射信号を生成することと、エミュレーションされているターゲットの少なくとも１つの特性に従ってエミュレーション送信機１１２を制御することとを含む。プロセッサ実施される方法は、車両レーダのレーダ信号フレームの複数の可能なレーダパラメータの中の現在のレーダパラメータを求めることと、車両レーダのレーダ信号フレームの求められた現在のレーダパラメータに従ってエミュレーション送信機を制御する制御信号を適合させることとを更に含む。複数の可能なレーダパラメータは、瞬時周波数及び瞬時電力のうちの少なくとも一方を含む。

本発明は、図面及び上述の記載で詳細に説明及び記載されているが、かかる説明及び記載は、説明的なもの又は例示的なものであり、限定的なものではないとみなされる。本発明は、開示される実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、請求項に係る発明を実施する際に、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の検討により、開示される実施形態に対する他の変形形態を理解し、それを行うことができる。代表的な実施形態が本明細書で開示されたが、本教示による多くの変形形態が可能であり、また、添付の特許請求の範囲の範囲内に留まることを当業者は認識する。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲を除いて制限されない。

Claims (10)

1. 被試験デバイス（ＤＵＴ）によって放射されたレーダ（１０２）信号フレームを検出するように構成されるレーダ検出器（１１２ａ）と、
   エミュレーションされているターゲットのエミュレーションされたレーダ（１０２）反射信号を生成するように構成されるエミュレーション送信機（１１２）と、
   前記エミュレーションされているターゲットの少なくとも１つの特性に従って前記エミュレーション送信機（１１２）を制御する制御信号を生成するように構成されるプロセッサと
   を備え、
   前記プロセッサは、前記ＤＵＴの前記レーダ（１０２）信号フレームの複数の可能なレーダ（１０２）パラメータの中の現在のレーダ（１０２）パラメータを求め、前記ＤＵＴの前記レーダ（１０２）信号フレームの前記求められた現在のレーダ（１０２）パラメータに従って前記エミュレーション送信機（１１２）を制御する前記制御信号を適合させるように更に構成される、ターゲットのエミュレーションされたレーダ（１０２）反射信号を生成する装置（１００）。
2. 前記複数の可能なレーダ（１０２）パラメータは瞬時周波数及び瞬時電力のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の装置（１００）。
3. 前記現在のレーダ（１０２）パラメータはチャープであり、前記制御信号は前記チャープに従って閾値周波数を調整するように適合される、請求項１に記載の装置（１００）。
4. 前記エミュレーション送信機（１１２）は複数の小型レーダ（１０２）ターゲットシミュレータ（ｍ－ＲＴＳ（１１２））を含む、請求項１に記載の装置（１００）。
5. 前記ターゲットは前記複数のｍ－ＲＴＳ（１１２）にそれぞれ対応する複数のターゲットを含む、請求項４に記載の装置（１００）。
6. 前記ｍ－ＲＴＳ（１１２）のそれぞれは、前記レーダ（１０２）信号フレームを受信する入力を有する周波数ミキサ（３０３）と、該周波数ミキサ（３０３）の出力に結合された入力を有する可変利得増幅器とを備え、前記周波数ミキサ（３０３）及び前記可変利得増幅器は前記プロセッサによって生成される前記制御信号に動作可能に応答する、請求項４に記載の装置（１００）。
7. 前記周波数ミキサ（３０３）は同相直交（ＩＱ）ミキサ（３０３）である、請求項６に記載の装置（１００）。
8. 前記ｍ－ＲＴＳ（１１２）のそれぞれは、アンテナ（１０２）及びサーキュレータ（４０２）を更に備え、前記サーキュレータ（４０２）は、前記アンテナ（１０２）に結合された第１のポートと、前記周波数ミキサ（３０３）の前記入力に結合された第２のポートと、前記可変利得増幅器の出力に結合された第３のポートとを備える、請求項６に記載の装置（１００）。
9. 前記ｍ－ＲＴＳ（１１２）のそれぞれは、前記周波数ミキサ（３０３）の入力に結合された受信アンテナ（３０１）と、前記可変利得増幅器の出力に結合された送信アンテナ（３０２）とを更に備える、請求項６に記載の装置（１００）。
10. 前記レーダ検出器（１１２ａ）は、
    レーダ（１０２）信号フレームをベースバンドにダウンコンバートするように構成されるミキサ（３０３）と、
    前記ミキサ（３０３）の出力に結合されたフィルタと、
    前記フィルタの出力に結合された入力と、前記プロセッサに結合された出力とを有するアナログ／デジタル変換器と
    を備える、請求項１に記載の装置（１００）。

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