JP7121238B2

JP7121238B2 - レーダーシステムにおける欠陥検出

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Publication number: JP7121238B2
Application number: JP2019506350A
Authority: JP
Inventors: サブライカーティック; シンハナヤールジャスビール; ラマスブラマニアンカーティク
Original assignee: テキサスインスツルメンツインコーポレイテッド
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2022-08-18
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Description

本願は、概してレーダーシステムに関し、更に特定して言えば、レーダーシステムにおける欠陥検出に関連する。

人間によるオペレーションエラーを低減するために、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）と称される新たな部類の安全システムが、車両に導入されてきている。これらのシステムは、主としてミリ波オートモーティブレーダーに基づくスマートセンサにより作動可能となる。このような支援システムは、後方カメラ、電子的安定性制御、及びビジョンベースの歩行者検出システムなどの機能を提供し得、このような支援システムの普及は、マイクロコントローラ及びセンサ技術における改善により部分的に可能となってきている。高度な埋め込みレーダーベースの解決策が、ＡＤＡＳ設計者に相補型安全特性を可能としている。

オートモーティブレーダーシステムにおいて、車両の周りの障害物、及び検出されたオブジェクトの車両に対する速度を検出するために、１つ又は複数のレーダーセンサが用いられ得る。レーダーセンサにより生成される信号に基づいて、衝突を避けるため又は付随するダメージを低減するためなど、必要とされる適切なアクションを、レーダーシステムにおける処理ユニットが判定し得る。現在のオートモーティブレーダーシステムは、車両の周りのオブジェクト及び障害物、任意の検出されたオブジェクト及び障害物の車両に対する位置、及び任意の検出されたオブジェクト及び障害物の車両に対する速度を検出することが可能である。例えば、処理ユニットを介して、レーダーシステムは、潜在的な危険について車両運転者に通知し得、危険な状況において車両を制御することにより衝突を防止し得、車両の部分的制御を引き継ぎ得、又は車両を駐車する際に運転者を支援し得る。

自動車用レーダーシステムは、道路車両機能安全性（Road Vehicles-functional Safety）と題された国際規格（ＩＳＯ）２６２６２の機能安全性の仕様を満たすために必要とされる。ＩＳＯ２６２６２は、機能安全性を、電気／電子システムの機能不良挙動によって引き起こされる不適切なリスクがないことと定義している。自動車用レーダーにおける機能安全性は、レーダーの構成要素の欠陥に起因する人間に対する被害の予防である。自動車用レーダーの場合、レーダーは、約１００ミリ秒（ｍｓ）のフォールトトレラント時間インタバル内で適切に機能することが既知であるべきである。そのため、車両が動作している間、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の劣化を引き起こし得る、レーダーの如何なる部分における欠陥も検出されるべきであり、約１００ｍｓ内に適切な応答が成されるべきである。

記載される例において、レーダーシステムが、複素ベースバンドと、複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルから第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルを、及び直交（Ｑ）チャネルから複素ベースバンドの対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルを受信するように受信チャネルに結合されるプロセッサとを含む。プロセッサは、第１の複数のデジタルＩＦサンプル及び第２の複数のデジタルＩＦサンプルに基づいて少なくとも一つの欠陥メトリック（metric）を演算するため命令を実行するように構成される。

少なくとも一つの例において、レーダーシステムにおける欠陥検出のための方法が、レーダーシステムの受信チャネルの複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルから第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルを、及び複素ベースバンド直交（Ｑ）チャネルから対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルを受信すること、第１の複数のデジタルＩＦサンプル及び第２の複数のデジタルＩＦサンプルに基づいて少なくとも一つの欠陥メトリックを算出すること、及び少なくとも一つの欠陥メトリックに基づいて欠陥が生じたか否かを判定することを含む。

受信チャネルにおいて複素ベースバンドを備える例示の周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステムのブロック図である。

ＦＭＣＷレーダーシステムの複素ベースバンドにおける欠陥検出のための方法のフローチャートである。

例示の周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステムのブロック図である。

図３のＦＭＣＷレーダーにおけるレーダーシステムオンチップ（ＳＯＣ）の一実施例のブロック図である。

図面において、一貫性を保つため同様の要素は同様の参照数字で示す。

例示の実施例は、例えば、動作する車両において、レーダーシステムが用いられるようなレーダーシステムの受信チャネルにおける機能的安全性モニタリングを提供する。より具体的には、種々の実施例において、レーダーシステムにおける各複素ベースバンドにおける構成要素の性能は、各複素ベースバンドのＩ（帯域内）チャネル及びＱ（直交）チャネルにおいて生成される信号に基づいて一つ又は複数の欠陥メトリックを算出することによって監視される。欠陥メトリックは、一次レーダー機能を中断することなく、レーダーシステムの通常オペレーションの間演算される。欠陥メトリックは、複素ベースバンドのＩチャネル及びＱチャネルにおける受信信号のエネルギーの比、複素ベースバンドのＩチャネル及びＱチャネルにおける受信信号間の相互相関、及び画像帯域におけるスペクトルコンテンツ、の一つ又は複数であり得る。

実施例は本願において、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーを参照して記載されている。ＦＭＣＷレーダーは、一つ又は複数の送信アンテナを介して、チャープと称される無線周波数（ＲＦ）周波数ランプを送信する。また、複数のチャープが、フレームと称されるユニットで送信され得る。送信されたチャープは、レーダーの視野（ＦＯＶ）における任意のオブジェクトから反射され、一つ又は複数の受信アンテナにより受信される。各受信アンテナに対する受信信号が、中間周波数（ＩＦ）信号にダウンコンバートされ、その後デジタル化される。全フレームに対するデジタル化されたデータが受信された後、ＦＯＶにおける任意のオブジェクトを検出し、検出されたオブジェクトのレンジ、速度及び到来角を識別するために、データが処理される。

図１は、受信チャネルにおいて複素ベースバンドを備える例示の周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステムのブロック図である。この例では、ＦＭＣＷレーダーシステムは、局部発振器生成器（ＬＯＧｅｎ）１００、送信チャネル１０２、受信チャネル１０４、及びデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１０６を含む。ＬＯ生成器１００は、送信チャネル１０２を介する送信のため周波数変調無線周波数（ＲＦ）信号を生成するように構成される。送信チャネルは、ＲＦ信号を受信及び増幅するようにＬＯ生成器１００に結合されるパワー増幅器（ＰＡ）１０８、及び送信のため増幅された信号を受信するようにＰＡに結合される送信アンテナ１１０を含む。

受信チャネル１０４は、反射された送信されたＲＦ信号を受信するための受信アンテナ１１２、ＲＦ信号を受信し、受信されたＲＦ信号を増幅するように受信アンテナ１１２に結合される低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）１１４、及び増幅された受信したＲＦ信号を受信するようにＬＮＡ１１４に結合される複素ベースバンドを含む。複素ベースバンドは、Ｉチャネル及びＱチャネルを含む。各チャネルは、信号を受信するようにＬＮＡ１１４に結合されるミキサ１１６、１１８を含む。また、各ミキサ１１６、１１８は、オリジナルのＲＦ信号を受信するようにＬＯ生成器１００に結合される。特に、Ｉチャネルにおけるミキサ１１６は信号同相を受信し、Ｑチャネルにおけるミキサ１１８は、９０度位相がずれた信号を受信する。ミキサ１１６、１８８は、入力信号を混合してそれぞれのＩ及びＱＩＦ信号を生成する。各ミキサ１１６、１８８は、ＬＮＡ１１４及びＬＯ生成器１００から受信した入力の周波数間の差に等しい周波数を有する出力信号を生成するダウンコンバータとして機能する。

各チャネルにおいて、中間周波数（ＩＦ）増幅器１２０、１２２が、それぞれのＩＦ信号を受信するようにそれぞれのミキサ１１６、１１８に結合される。例えば、各ＩＦ増幅器１２０、１２２は、ＩＦ信号をフィルタリングするためのベースバンドバンドパスフィルタ、及び、フィルタされたＩＦ信号を増幅するための可変利得増幅器（ＶＧＡ）を含み得る。アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２４、１２６が、それぞれのアナログＩ及びＱＩＦ信号を受信し、デジタル信号に変換するように、各ＩＦ増幅器１２０、１２２に結合される。また、各ＡＤＣ１２４、１２６は、ＦＭＣＷレーダー信号処理のため、デジタル信号をＤＳＰ１０６に提供するためデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１０６に結合される。また、ＤＳＰ１０６は、図２の欠陥検出方法の一実施例を実装する命令を実行するようにプログラムされ得る。図３を参照してより詳細に記載されるように、ＤＳＰは、複素ベースバンドから受信したサンプルを用いて一つ又は複数の欠陥メトリックを演算するために用いられ得る。一つ又は複数の欠陥メトリックはその後、存在する場合、複素ベースバンドにおける構成要素の欠陥を検出するために用いられ得る。

図２は、ＦＭＣＷレーダーシステムの複素ベースバンドを用いる欠陥検出のための方法のフローチャートである。この方法は、単一受信チャネルにおける単一の複素ベースバンドを仮定して記載されている。各々が複素ベースバンドを有する複数の受信器を備えるレーダーシステムでは、この方法は、各複素ベースバンドに対して実施され得る。初期的に、チャープのフレームに対してデジタルＩ及びＱＩＦサンプルが、複素ベースバンドのＩ及びＱチャネルから受信される２００。Ｉチャネルからの信号のＤＣ（直流）オフセット、及びＱチャネルからの信号がその後演算される２０２。それぞれのＤＣオフセットは、それぞれのチャネルからのサンプルの平均として演算され得る。

エネルギー比欠陥メトリックＭ_１がその後演算される２０４。エネルギー比欠陥メトリックは、Ｉチャネル及びＱチャネルにおける受信信号のエネルギーの比である。この欠陥メトリックが１に近くなるべきであることが予測される。この欠陥メトリックが１とは著しく異なるか否かをチェックすることにより、何らかの欠陥が検出され得る。欠陥メトリックは下記により演算され得る。
Ｍ_１＝Ｅ｛｜Ｉ｜^２｝／Ｅ｛｜Ｑ｜^２｝
ここで、Ｅ｛．｝は、予測、即ち、それぞれのＩ又はＱチャネルからのサンプルの平均平方エネルギーを示す。例えば、Ｅ｛｜Ｉ｜^２｝は、下記により演算され得る。

ここで、ｎはＩサンプルの数である。Ｅ｛｜Ｑ｜^２｝が同様に演算される。具体的には示さないが、この欠陥メトリックが演算される前に、それぞれのＤＣオフセットが各サンプルから減じられる。

また、相互相関欠陥メトリックＭ_２が演算される２０６。相互相関欠陥メトリックは、Ｉ及びＱチャネルにおいて受信された信号間の相互相関を測定する。この欠陥メトリックがゼロに近くなるべきであることが予測される。この欠陥メトリックがゼロとは著しく異なるか否かをチェックすることにより、何らかの欠陥が検出され得る。欠陥メトリックは下記により演算され得る。
Ｍ_２＝Ｅ｛ＩＱ｝／ｓｑｒｔ（Ｅ｛｜Ｉ｜^２｝×Ｅ｛｜Ｑ｜^２｝）
ここで、Ｅ｛｜Ｉ｜^２｝及びＥ｛｜Ｑ｜^２｝は上述したように演算され、Ｅ｛ＩＱ｝は下記により演算される。

ここで、nはＩサンプル及びＱサンプルの数である。具体的には示さないが、この欠陥メトリックが演算される前に、それぞれのＤＣオフセットが各サンプルから減じられる。

また、画像帯域スペクトルコンテンツ欠陥メトリックＭ_３が演算される２０８。「画像帯域」という用語は、実際のビート周波数（帯域内）スペクトルのミラー周波数スペクトルを指す。機能的ＦＭＣＷレーダーにおいて、検出されたオブジェクトに対応するピークは、スペクトルの一つの側のみに存在するはずである。画像帯域における過剰なコンテンツについてチェックすることにより何らかの欠陥が検出され得る。より具体的には、構成要素欠陥がない場合、画像帯域スペクトルは熱雑音のみを含むはずである。そのため、画像帯域における過剰な又は予測されない（スプリアス）信号コンテンツ、即ち、熱雑音を表さない信号コンテンツについてチェックすることにより何らかの欠陥が検出され得る。この欠陥メトリックの値は、スプリアスコンテンツが画像帯域において存在するか否かを示すように設定される。

例えば、欠陥メトリックは、画像帯域におけるエネルギーの、受信チャネルの熱的又は全体的なノイズレベルに対する比として演算され得る。この欠陥メトリックを演算するために任意の適切な技法が用いられ得る。例えば、幾つかの実施例において、欠陥メトリックは、Ｉ＋ｊＱサンプルデータの複素高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を算出し、画像帯域ビン、即ち、負のＦＦＴビンを、熱雑音エネルギー閾値と比較することによって演算され得る。画像帯域ビンの任意のものが閾値を超え、Ｍ_３の値がそれに従って設定される場合、画像帯域におけるスプリアスコンテンツが示される。幾つかの実施例において、欠陥メトリックは、画像帯域コンテンツのみを抽出するために複素Ｉ＋ｊＱデータをフィルタを介して通過させることにより演算され得、フィルタされたサンプル（画像帯域信号を含む）のエネルギーはメトリックとして用いられる。後者の場合において、フィルタされたサンプルは、画像帯域における過剰な又は予測されない信号コンテンツを検出するために熱雑音エネルギー閾値と比較される。

例えば、熱雑音エネルギー閾値の値は、経験的に決定され得、又は、いかなる欠陥もない場合に、ランダム熱雑音を含むサンプルが閾値を超える可能性が非常に小さくなるように、確率分析計算を用いて決定され得る。受信チャネルの予測された熱雑音レベルは、製造テストなどに基づいて、機能オペレーションの間のＡＤＣ出力サンプルを観察することにより、又は、送信チャネル（ＴＸ）がオフにされた状態で受信チャネルが動作されるか、又は受信チャネル（ＲＸ）が内部ＴＸ－ＲＸループバックテストモードで動作されるオペレーションの特殊な較正モードを用いることにより判定され得る。

幾つかの実施例において、スペクトルコンテンツ欠陥メトリックは、画像帯域内のサブバンドにおいて演算され得、そのため、画像帯域におけるいかなるスプリアスコンテンツ（スパイク）もより正確に検出され得る。従って、各サブバンドにおける熱雑音はより小さくなり、そのためスプリアスコンテンツが、一層容易に検出され得る。そのような実施例において、各サブバンドにおける熱雑音の量が変化し得るので異なる熱雑音閾値が各サブバンドに必要とされ得る。全画像帯域に対して上述したように各サブバンドにおける予測された熱雑音レベルが判定され得る。

また、画像帯域スペクトルコンテンツ欠陥メトリックを用いるとき、例えば、対向車のレーダーなどの別のレーダーからの干渉が、欠陥検出を起こし得る。これは、応用例に応じて、所望とされる場合もあり、所望とされない場合もある。干渉の存在が欠陥の検出として扱われるべき場合、改変なしに画像帯域スペクトルコンテンツ欠陥メトリックを用いることができる。しかし、受信チェーン回路要素における恒久的な欠陥のみが欠陥の検出として扱われるべきである場合、画像帯域スペクトルコンテンツメトリックは、別のレーダーからの干渉の存在が疑われるときはいつも条件付きで無視されるべきである。このような別のレーダーからの干渉は、典型的に一時的な現象であり、チャープにおける数個のサンプルにのみ影響を与える。例えば、干渉の存在は、受信した時間ドメインＩ及びＱサンプルにおける一時的スパイクとして検出され得る。また、例えば、時間ドメインにおけるサンプルにおける一時的スパイクが、Ｉ又はＱ時間ドメインサンプルの二乗平均平方根（平方平均と称されることもある）の関数として判定され得る。干渉が検出される場合、画像帯域スペクトルコンテンツ欠陥メトリックは無視され得る。例えば、欠陥メトリックＭ_３は、たとえメトリックの演算がスプリアスコンテンツを示したとしても、スプリアスコンテンツを示さないように設定され得る。

別のレーダーからの干渉は、同様にＩチャネル及びＱチャネル両方に影響を与えるはずである。幾つかの実施例において、時間ドメインサンプルにおいて干渉が検出される場合、Ｉチャネル及びＱチャネルの各々における一時的スパイクに対応する時間ドメインサンプルは、スパイク検出閾値と比較され得る。一つのチャネルがスパイクを示し、他のチャネルが示さない場合、複素ベースバンドの欠陥が示され得、例えば、欠陥メトリックＭ_３は、干渉が検出されたという事実にもかかわらずスプリアスコンテンツを示すように設定され得る。例えば、スパイク検出閾値の値は、経験的に決定され得、又は、いかなる欠陥もない場合に、サンプルが閾値を超える可能性が非常に小さくなるように、確率分析計算を用いて決定され得る。

図２を参照すると、欠陥メトリックが演算された後、欠陥メトリックは、複素ベースバンドにおいて欠陥が生じたか否かを判定するために用いられる２１０。例えば、エネルギー比欠陥メトリックＭ_１は、メトリックが充分に１に近いかを判定するために閾値と比較され得る。同様に、相互相関欠陥メトリックＭ_２は、メトリックが充分にゼロに近いかを判定するために閾値と比較され得る。例えば、各閾値は、経験的に決定され得、又は、いかなる欠陥もない場合に、対応するメトリックが閾値を超える可能性が非常に小さくなるように、確率分析計算を用いて決定され得る。更に、スプリアスコンテンツが画像帯域において検出されたかを調べるために、画像帯域スペクトルコンテンツ欠陥メトリックＭ_３の値がチェックされ得る。これらの欠陥メトリックの任意の一つが欠陥を示す場合、レーダーシステムの欠陥が生じている。

上述した方法は、レーダーシステムの通常オペレーションの間、実施される。レーダーシステムの複素ベースバンドが正しく動作すると仮定すると、欠陥メトリックは、欠陥（検出するように設計される欠陥メトリックのタイプ）がないことを確認する。更に、欠陥メトリックは、種々の通常動作条件に対してロバストである。例えば、レーダーシステムのＦＯＶにオブジェクトがない場合、受信信号は熱雑音であり得、これは、レーダーシステムを正しく動作させるために（任意のＩＱミスマッチを補償した後）、

及び

を満たし得、Ｍ_３は、スプリアススペクトルコンテンツを示さない。別の例において、レーダーシステムのＦＯＶにおいて一つ又は複数のオブジェクトがある場合、受信信号は、複素ベースバンドのスペクトルの一つの側にあるべきである一つ又は複数のオブジェクトに対応するビート周波数トーンを含み得る。正しく動作するレーダーシステム（任意のＩＱミスマッチを補償した後）は、

及び

を満たし得、Ｍ_３は、スプリアススペクトルコンテンツを示さない。

表１～表４は、４つの例示のシナリオにおける４つの例示の欠陥ケースにおける欠陥メトリックを用いたシミュレーションされた結果を図示する。表１は、Ｍ_１に対して２ｄＢの閾値を用いて、Ｉチャネルにおいて３ｄＢの利得低下（欠陥）が生じるときの各欠陥メトリックに対するシミュレーションされた欠陥検出結果を図示する。表２は、Ｑチャネルにおいて１０度の位相変化（欠陥）が生じるときの各欠陥メトリックに対するシミュレーションされた欠陥検出結果を図示する。表３は、ノイズのみが熱雑音レベルに類似するレベルでチャネルから出るように、Ｑチャネルが失敗したしたときの各欠陥メトリックに対するシミュレーションされた欠陥検出結果を図示する。表４は、Ｉチャネル全パワー（信号＋ノイズ）類似するレベルでノイズのみチャネルがから出るように、Ｑチャネルが失敗したときのシミュレーションされた欠陥検出結果を図示する。

図３は、車両における通常オペレーションの間、レーダーシステムの受信チャネルの複素ベースバンドを用いて欠陥検出を実施するように構成される、例示の周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステム３００のブロック図である。例示のＦＭＣＷレーダーシステム３００は、レーダーシステムオンチップ（ＳＯＣ）３０２、処理ユニット３０４、及びネットワークインタフェース３０６を含む。レーダーＳＯＣ３０２の例示のアーキテクチャが、図４を参照して説明される。

レーダーＳＯＣ３０２は、高速シリアルインタフェースを介して処理ユニット３０４に結合される。別の実施例において、処理ユニット３０４はレーダーＳＯＣ３０２内部に統合され得る。図４を参照してより詳細に記載されるように、レーダーＳＯＣ３０２は、複数の受信チャネルを含み、各受信チャネルが、高速シリアルインタフェースを介して処理ユニット３０４に提供される、一対のデジタルＩ及びＱＩＦ信号（代替として、デチャープされた信号、ビート信号、又は生レーダー信号と称される）を生成する複素ベースバンドを有する。

処理ユニット３０４は、任意の検出されたオブジェクトの距離、速度、及び角度を判定するために受信したレーダー信号を処理するなどの、レーダー信号処理を実施する機能を含む。また、処理ユニット３０４は、オブジェクトをトラッキングし、動きのレート及び方向を判定するなど、検出されたオブジェクトについての情報の後処理を実施する機能を含み得る。更に、処理ユニット３０４は、デジタルＩ及びＱＩＦ信号の各対を用いて欠陥検出を実施する機能を含む。より具体的には、処理ユニット３０４は、複素ベースバンドにおいて生成されたデジタルＩ及びＱＩＦ信号に基づいてレーダーＳＯＣ３０２における各複素ベースバンドのための図２の方法の一実施例に従って、上述したメトリックの一つ又は複数を演算する機能を含む。更に、処理ユニット３０４は、レーダー欠陥が、演算されたメトリックに基づいてネットワークインタフェース１０６を介して車両のオペレータに示され得るようにする機能を含む。

処理ユニット３０４は、レーダーデータを用いる応用例の処理スループットに必要とされるように、任意の適切なプロセッサ又はプロセッサの組み合わせを含み得る。例えば、処理ユニット３０４は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）、ＤＳＰ及びＭＣＵ処理両方を組み合わせるＳＯＣ、又は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及びＤＳＰを含み得る。

処理ユニット３０４は、必要に応じて、ネットワークインタフェース３０６を介して車両における一つ又は複数の電子的制御ユニットに制御情報を提供し得る。電子的制御ユニット（ＥＣＵ）は、車両内の一つ又は複数の電気的システム又はサブシステムを制御する、車両内の任意の埋め込みシステムに対する一般的な用語である。ＥＣＵの例示のタイプには、電子的／エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）、送信制御モジュール（ＴＣＭ）、ブレーキ制御モジュール（ＢＣＭ又はＥＢＣＭ）、中央制御モジュール（ＣＣＭ）、中央タイミングモジュール（ＣＴＭ）、汎用電子的モジュール（ＧＥＭ）、ボディ制御モジュール（ＢＣＭ）、及びサスペンション制御モジュール（ＳＣＭ）が含まれる。

ネットワークインタフェース３０６は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）プロトコル、ＦｌｅｘＲａｙプロトコル、又はＥｔｈｅｒｎｅｔプロトコルなど、任意の適切なプロトコルを実装し得る。

図４は、例示のレーダーＳＯＣ３０２のブロック図である。レーダーＳＯＣ３０２は、ＦＭＣＷ信号を送信するための複数の送信チャネル４０４、及び反射された送信された信号を受信するための複数の受信チャネル４０２を含み得る。送信チャネル４０４は、同一であり、送信された信号を増幅するための電力増幅器４０５、４０７、及びアンテナを含む。受信チャネルは、適切なレシーバ及びアンテナを含む。また、受信チャネル４０２の各々は、同一であり、複素ベースバンドに結合される受信信号を増幅するための低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）４０６、４０８を含む。

各複素ベースバンドは、アナログＩ及びＱＩＦ信号を生成するため、ＳＯＣ３０２において送信生成回路要素により生成された信号を受信信号と混合するための直交ミキサ４１０、４１２、それぞれのアナログＩ及びＱＩＦ信号をフィルタリングするための一対のベースバンドバンドパスフィルタ４１４、４１６、それぞれのフィルタされたアナログＩ及びＱＩＦ信号を増幅するための一対の可変利得増幅器４１５、４１７、及びそれぞれのアナログＩ及びＱＩＦ信号をデジタルＩ及びＱＩＦ信号に変換するための一対のアナログデジタルコンバータ４１８、４２０を含む。直交ミキサ４１０は、いずれも無線周波数（ＲＦ）信号である、低ノイズ増幅器及び送信生成回路要素から受信した入力の周波数間の差に等しい周波数を有する出力信号を生成するダウンコンバータとして機能する。バンドパスフィルタ、ＶＧＡ、及びＡＤＣは、ベースバンドチェーン又はベースバンドフィルタチェーンと総称され得る。また、バンドパスフィルタ及びＶＧＡは、ＩＦ増幅器と総称され得る。

受信チャネル４０２は、デジタルＩ及びＱＩＦ信号をＤＦＥ４２２に提供するためデジタルフロントエンド（ＤＦＥ）構成要素４２２に結合される。ＤＦＥ４２２は、データ転送レートを低減するため、デジタルＩ及びＱＩＦ信号に対してディシメーションフィルタリングを実施する機能を含み得る。また、ＤＦＥ４２２は、例えば、ＲＸ間利得不均衡非理想性、ＲＸ間位相不均衡非理想性、及び同様のものなどの、受信チャネルにおける非理想性のデジタル補償など、デジタルＩＦ信号に対する他のオペレーションを実施し得る。ＤＦＥ４２２は、ディシメートされたデジタルＩ及びＱＩＦ信号を処理ユニット３０６に搬送するために高速シリアルインタフェース（Ｉ／Ｆ）４２４に結合される。

シリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）４２６は、処理ユニット３０６との通信のためのインタフェースを提供する。例えば、処理ユニット３０６は、制御情報（チャープのタイミング及び周波数、出力パワーレベル、及びモニタリング機能のトリガなど）を制御モジュール４２８に送るためにＳＰＩ４２６を用い得る。

制御モジュール４２８は、レーダーＳＯＣ３０２のオペレーションを制御する機能を含む。例えば、制御モジュール４２８は、ＤＦＥ４２２の出力サンプルをストアするためのバッファ、バッファコンテンツのスペクトル情報を演算するためのＦＦＴ（高速フーリエ変換）エンジン、及びレーダーＳＯＣ３０２のオペレーションを制御するためファームウェアを実行するＭＣＵを含み得る。

プログラマブルタイミングエンジン４３２は、制御モジュール４２８からレーダーフレームにおけるチャープのシーケンスのためのチャープパラメータ値を受信し、パラメータ値に基づいてフレームにおけるチャープの送信及び受信を制御するチャープ制御信号を生成する機能を含む。例えば、チャープパラメータは、レーダーシステムアーキテクチャにより定義され、どのトランスミッタをイネーブルにするか、チャープ周波数開始値、チャープ周波数勾配、チャープ期間、送信チャネルがいつ送信すべきか及び更なるレーダー処理のためＤＦＥ出力デジタルがいつ収集されるべきかのインジケータなどを示すためのトランスミッタイネーブルパラメータを含み得、これらのパラメータの一つ又は複数がプログラム可能であり得る。

無線周波数シンセサイザー（ＳＹＮＴＨ）４３０は、タイミングエンジン４３２からのチャープ制御信号に基づいて送信のためＦＭＣＷ信号を生成する機能を含む。幾つかの実施例において、ＳＹＮＴＨ４３０は、電圧制御された発振器（ＶＣＯ）を備える位相ロックループ（ＰＬＬ）を含む。

クロック乗算器４４０は、送信信号（ＬＯ信号）の周波数をミキサ４１０、４１２のＬＯ周波数まで増大させる。クリーンアップＰＬＬ（位相ロックループ）４３４は、外部低周波数基準クロック（図示せず）の周波数信号をＳＹＮＴＨ４３０の周波数まで増大させ、基準クロック位相ノイズをクロック信号からフィルタして除くように動作する。

クロック乗算器４４０、シンセサイザー４３０、タイミング生成器４３２、及びクリーンアップＰＬＬ４３４は、送信生成回路要素の一例である。送信生成回路要素は、クロック乗算器を介して、無線周波数（ＲＦ）信号を送信チャネルへの入力として及び受信チャネルにおける直交ミキサへの入力として生成する。送信生成回路要素の出力は、ＬＯ（局部発振器）信号又はＦＭＣＷ信号と称され得る。

メトリックがフレームレベルで演算される例示の実施例が本願において説明される。幾つかの実施例において、メトリックは、フレームにおける各チャープに対して又はフレームにおけるチャープのシーケンスに対して演算される。

別の例において、全ての３つのメトリックが演算される実施例が本願において記載されている。幾つかの実施例において、一つのメトリックが演算され、又は任意の２つのメトリックが演算される。

別の例において、メトリックの演算及び欠陥判定の計算がレーダーＳＯＣの外部のプロセッサにおいて実施される実施例が本願において記載されている。幾つかの実施例において、メトリックの演算がレーダーＳＯＣ上のプロセッサによって実施され、その結果が欠陥判定のためＳＯＣの外部のプロセッサに通信され、メトリックの演算及び欠陥判定両方が、ＳＯＣ上のプロセッサによって実施され、欠陥指示がＳＯＣの外部のプロセッサに通信される。

別の例において、複素ベースバンドにおける構成要素の一つ又は複数が、本願において説明されるものとは異なり得る。

別の例において、ＦＭＣＷレーダーを参照して実施例が本願において記載されているが、他のタイプのレーダー変調の実施例が可能である。

別の例において、レーダーシステムが車両における埋め込みレーダーシステムである幾つかの実施例が本願において記載されているが、監視及びセキュリティ応用例、工場や倉庫におけるロボットの操作、及び工業流位感知等、埋め込みレーダーシステムの他の応用例に対する実施形態も可能である。

本明細書において、方法のステップが順次提示され説明されるが、図に示され、及び／又は、本明細書に説明されるステップの１つ又は複数が、同時に実施され得、組み合わされ得、及び／又は、異なる順に実施され得る。従って、実施例は、図に示され、及び／又は、本明細書に説明される特定の順に限定されない。

本願において説明される方法の全て又は一部を実装するソフトウェア命令は、初期的に、コンピュータ可読媒体にストアされ得、プロセッサによりロードされ得、実行され得る。幾つかの場合において、ソフトウェア命令は、例えば、着脱可能なコンピュータ読出し可能な媒体を介して、別のデジタルシステム上のコンピュータ読出し可能な媒体から伝送通路などを介して、分配され得る。コンピュータ読み取り可能媒体の例には、読み出し専用メモリデバイスなどの書き込み不能ストレージ媒体、ディスク、フラッシュメモリ、メモリ、又はそれらの組み合わせなどの書き込み可能ストレージ媒体が含まれる。

レーダーシステムにおける構成要素は、異なる名称で参照され得、及び／又は、説明された機能から逸脱することなく、本明細書に示されない方式で組み合わされ得る。本説明において、用語「結合する」及びその派生語は、間接的、直接的、光学的、及び／又はワイヤレス電気的接続を含む。例えば、第１のデバイスが第２のデバイスに結合する場合、そのような接続は、直接的な電気的接続を介して、他のデバイス又は接続を介する間接的な電気的接続を介して、光学的電気的接続を介して、及び／又は、ワイヤレス電気的接続を介してなされ得る。

本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。

Claims

レーダーシステムであって、
複素ベースバンドを含む受信チャネルと、
前記複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルからの第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルと前記複素ベースバンドの直交（Ｑ）チャネルからの対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルとを受信するように前記受信チャネルに結合されるプロセッサであって、前記レーダーシステムにおける機能的安全性欠陥を検出するために、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとに基づいて少なくとも１つの欠陥メトリック（ｍｅｔｒｉｃ）を計算するように命令を実行するように構成される、前記プロセッサと、
を含み、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとの間の相互相関の測定として計算される、又は、熱雑音を上回る画像帯域における信号コンテンツについてチェックすることにより計算される、レーダーシステム。
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のＩＦサンプルとが、チャープのフレームと或るフレームにおける単一チャープと或るフレームにおけるチャープのシーケンスとから成るグループから選択される１つに対応する、レーダーシステム。
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記レーダーシステムが周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステムである、レーダーシステム。
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記欠陥メトリックが機能的安全性欠陥メトリックである、レーダーシステム。
請求項４に記載のレーダーシステムであって、
前記欠陥メトリックが、低下した信号対雑音（ＳＮＲ）を引き起こし得る前記レーダーシステムのいかなる部分における欠陥を識別するために用いられる、レーダーシステム。
請求項４に記載のレーダーシステムであって、
前記欠陥メトリックが、誤検出、又は障害物の存在又は位置を識別するために用いられる、レーダーシステム。
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記欠陥メトリックが前記レーダーシステムにおける部品欠陥を識別するために用いられる、レーダーシステム。
請求項７に記載のレーダーシステムであって、
前記部品欠陥が前記複素ベースバンド内にある、レーダーシステム。
レーダーシステムであって、
複素ベースバンドを含む受信チャネルと、
前記複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルからの第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルと前記複素ベースバンドの直交（Ｑ）チャネルからの対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルとを受信するように前記受信チャネルに結合されるプロセッサであって、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとに基づいて少なくとも１つの欠陥メトリックを計算するように命令を実行するように構成される、前記プロセッサと、
を含み、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとの間の相互相関の測定として計算される、又は、熱雑音を上回る画像帯域における信号コンテンツについてチェックすることにより計算される、レーダーシステム。
レーダーシステムであって、
複素ベースバンドを含む受信チャネルと、
前記複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルからの第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルと前記複素ベースバンドの直交チャネルからの対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルとを受信するように前記受信チャネルに結合されるプロセッサであって、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとに基づいて少なくとも１つの欠陥メトリックを計算するように命令を実行するように構成される、前記プロセッサと、
を含み、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとの間の相互相関の測定として計算される、レーダーシステム。
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
複素ベースバンドを含む受信チャネルと、
前記複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルからの第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルと前記複素ベースバンドの直交チャネルからの対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルとを受信するように前記受信チャネルに結合されるプロセッサであって、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとに基づいて少なくとも１つの欠陥メトリックを計算するように命令を実行するように構成される、前記プロセッサと、
を含み、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックが、熱雑音を上回る画像帯域における信号コンテンツについてチェックすることにより計算される、レーダーシステム。
請求項１１に記載のレーダーシステムであって、
熱雑音を上回る前記画像帯域における信号コンテンツが、Ｉ＋ｊＱサンプルデータの複素高速フーリエ変換の負のビンを比較することにより検出される、レーダーシステム。
請求項１１に記載のレーダーシステムであって、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックが、熱雑音を上回る信号コンテンツについて前記画像帯域のサブバンドをチェックすることにより計算される、レーダーシステム。
請求項１１に記載のレーダーシステムであって、
別のレーダーからの干渉が検出される場合に、前記少なくとも１つの欠陥メトリックが用いられない、レーダーシステム。
請求項１１に記載のレーダーシステムであって、
別のレーダーからの干渉が検出される場合に、前記少なくとも１つの欠陥メトリックが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルにおいて検出された干渉と前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルにおいて検出された干渉との比較として再計算される、レーダーシステム。
レーダーシステムにおける欠陥検出のための方法であって、
前記レーダーシステムの受信チャネルの複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルからの第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルと前記複素ベースバンドの直交（Ｑ）チャネルからの対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルとを受信することと、
前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとに基づいて少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することと、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックに基づいて欠陥が生じたか否かを判定することと、
を含み、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとの間の相互相関の測定を計算すること、又は、熱雑音を上回る画像帯域における信号コンテンツについてチェックすることを含む、方法。
請求項１６に記載の方法であって、
少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとにおける平均平方エネルギーの比を計算することを含む、方法。
請求項１６に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとの間の相互相関の測定を計算すること含む、方法。
請求項１６に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することが、熱雑音を上回る画像帯域における信号コンテンツについてチェックすることを含む、方法。
請求項１９に記載の方法であって、
熱雑音を上回る前記画像帯域における信号コンテンツが、Ｉ＋ｊＱサンプルデータの複素高速フーリエ変換の負のビンを比較することにより検出される、方法。
請求項１９に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することが、熱雑音を上回る信号コンテンツについて前記画像帯域のサブバンドをチェックすることを更に含む、方法。
請求項１９に記載の方法であって、
別のレーダーからの干渉が検出されるときに、前記欠陥が生じたか否かを判定することが前記少なくとも１つの欠陥メトリックを無視することを含む、方法。
請求項１９に記載の方法であって、
別のレーダーからの干渉が検出される場合に、前記少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルにおいて検出される干渉と前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルにおいて検出される干渉の比較として前記少なくとも１つの欠陥メトリックを再計算することを更に含む、方法。
請求項１６に記載の方法であって、
前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のＩＦサンプルとが、チャープのフレームと或るフレームにおける単一チャープと或るフレームにおけるチャープのシーケンスとから成るグループから選択される１つに対応する、方法。
請求項１６に記載の方法であって、
前記レーダーシステムが周波数変調連続（ＦＭＣＷ）レーダーシステムである、方法。
レーダーシステムにおける欠陥検出のための方法であって、
前記レーダーシステムの受信チャネルの複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルからの第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルと前記複素ベースバンドの直交（Ｑ）チャネルからの対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルとを受信することと、
前記レーダーシステムにおける機能的安全性欠陥を検出るために前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとに基づいて少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することと、
を含み、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとの間の相互相関の測定を計算すること、又は、熱雑音を上回る画像帯域における信号コンテンツについてチェックすることを含む、方法。
請求項２６に記載の方法であって、
前記欠陥メトリックが機能的安全性欠陥メトリックである、方法。
請求項２７に記載の方法であって、
前記欠陥メトリックが、低下した信号対雑音（ＳＮＲ）を引き起こし得る前記レーダーシステムのどの部分における欠陥を識別するために用いられる、方法。
請求項２７に記載の方法であって、
前記欠陥メトリックが、誤検出、又は障害物の存在又は位置を識別るために用いられる、方法。
請求項２６に記載の方法であって、
前記欠陥メトリックが前記レーダーシステムにおける部品欠陥を識別するために用いられる、方法。
請求項３０に記載の方法であって、
前記部品欠陥が前記複素ベースバンド内にある、方法。
レーダーシステムにおける欠陥検出のための方法であって、
前記レーダーシステムの受信チャネルの複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルからの第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルと前記複素ベースバンドの直交（Ｑ）チャネルからの対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルとを受信することと、
前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとに基づいて少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することであって、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとの間の相互相関の測定を計算することを含む、前記計算することと、
を含む、方法。
レーダーシステムにおける欠陥検出のための方法であって、
前記レーダーシステムの受信チャネルの複素ベースバンドの帯域内（Ｉ）チャネルからの第１の複数のデジタル中間周波数（ＩＦ）サンプルと前記複素ベースバンドの直交（Ｑ）チャネルからの対応する第２の複数のデジタルＩＦサンプルとを受信することと、
前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルと前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルとに基づいて少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することであって、熱雑音を上回る画像帯域における信号コンテンツをチェックすることを含む、前記計算することと、
を含む、方法。
請求項３３に記載の方法であって、
前記熱雑音を上回る画像帯域における信号コンテンツが、Ｉ＋ｊＱサンプルデータの複素高速フーリエ変換の負のビンを比較することにより検出される、方法。
請求項３３に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することが、熱雑音を上回る信号コンテンツに対して前記画像帯域のサブバンドをチェックすることを含む、方法。
請求項３３に記載の方法であって、
他のレーダーからの干渉が検出される場合に、前記少なくとも１つの欠陥メトリックを計算することが、前記第１の複数のデジタルＩＦサンプルにおいて検出される干渉と前記第２の複数のデジタルＩＦサンプルにおいて検出される干渉との比較のとして前記少なくとも１つの欠陥メトリックを再計算することを含む、方法。