RU223121U1 - Радар высокого разрешения для обнаружения препятствий с программно-определяемыми характеристиками зондирования - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области радиолокации. Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение изменения технических характеристик радара в зависимости от требуемых задач и условий применения радара. Радар содержит радиолокационный и вычислительный модули, соединенные между собой интерфейсом информационно-логического взаимодействия и выполненные в едином корпусе. Радиолокационный модуль содержит массив печатных передающих антенн, массив печатных приемных антенн, радиолокационную систему на кристалле, в совокупности, выполняющие формирование, излучение зондирующего сигнала, прием и предварительную аналоговую обработку отраженного сигнала. Вычислительный модуль содержит вычислительный процессор, преобразователь интерфейсов, приемопередатчик Ethernet, выполняющий роль внешнего интерфейса, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), энергонезависимую память. Радар выполнен с возможностью изменения технических характеристик, управления радиотехническими, сетевыми, алгоритмическими параметрами и мониторинга работоспособности посредством использования протоколов HTTP (Hypertext Transfer Protocol) и UDP (User Datagram Protocol) через внешний интерфейс Ethernet. Радиолокационная система на кристалле радара состоит из микропроцессора и радиочастотного тракта, содержащего генератор зондирующего сигнала, коммутатор, фазовращатели, усилители, квадратурные смесители, малошумящие усилители, квадратурные аналого-цифровые преобразователи, причем выход генератора зондирующего сигнала подключен через коммутатор, фазовращатели и усилители - к входам печатных передающих антенн и к первым входам квадратурных смесителей, вторые входы которых подключены через малошумящие усилители к выходам печатных приемных антенн, а выходы квадратурных смесителей подключены к входам квадратурных аналого-цифровых преобразователей.

Description

Полезная модель относится к области радиолокации и предназначена для обнаружения отражающих объектов, определения их пространственных координат и радиальных компонент векторов скоростей при функционировании в составе объектов интеллектуального транспорта и транспортной инфраструктуры.

Из уровня техники известны радары для систем помощи водителю (ADAS). Их разрабатывают ведущие мировые поставщики автокомпонентов, такие как Bosch [1], Continental [2], Denso [3]. В России радары для систем помощи водителю разрабатывают компании Миландр [4] и «ИТЭЛМА» [5].

Технические характеристики данных радаров позволяют реализовывать такие функции как адаптивный круиз-контроль, предупреждение об опасности столкновения, помощь при смене рядности движения.

Однако решение более сложных задач, связанных с автоматическим управлением движением транспортного средства или беспилотной платформой, требует существенно более высоких характеристик, в первую очередь разрешающей способности в азимутальной плоскости, а также возможность адаптации сенсора к текущим условиям применения радара.

Радары высокого разрешения, позволяющие определять контуры препятствий, должны иметь большую разрешающую способность в сравнении с существующими на рынке решениями.

Необходимо также отметить, что в отличие от сенсоров, работающих в оптическом диапазоне, таких как видеокамеры и лидары, радар обеспечивает надежную детекцию препятствий даже в самых неблагоприятных условиях видимости. Данный фактор делает радар критически важным сенсором для обеспечения безопасности транспортных средств, особенно беспилотных.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Программно-определяемый автомобильный радар» (заявка на патент № US 2022/0350020 А1 от 01.03.2022, МПК G01S 13/32; G01S 13/931; G01S 7/02. Правообладатель - UHNDER INC [US]), содержащий передающие и приемные антенны, передатчики, приемники и контроллер.

Недостатком данного программно-определяемого автомобильного радара является отсутствие возможности изменения технических характеристик устройства с целью адаптации к текущим условиям применения радара и особенностям решаемой задачи.

Заявляемое техническое решение применяется для беспилотного транспорта и интеллектуальных транспортных систем и обладает рядом ключевых особенностей, а именно:

- обнаружение и определение контуров препятствий при любом освещении и в любых погодных условиях;

- высокое разрешение в широком поле зрения;

- программно-определяемые характеристики, позволяющие гибко адаптировать данный сенсор к различным областям применения;

- быстрая и простая интеграция с наиболее распространенными в области робототехники и беспилотного транспорта программными платформами.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели обеспечивается тем, что:

- радар содержит радиолокационный и вычислительный модули, соединенные между собой интерфейсом информационно-логического взаимодействия и выполненные в едином корпусе;

- радиолокационный модуль содержит массив печатных передающих антенн, массив печатных приемных антенн, радиолокационную систему на кристалле, в совокупности, выполняющие формирование, излучение зондирующего сигнала, прием и предварительную аналоговую обработку отраженного сигнала;

- вычислительный модуль содержит вычислительный процессор, преобразователь интерфейсов, приемопередатчик Ethernet, выполняющий роль внешнего интерфейса, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), энергонезависимую память, в совокупности выполняющие обработку оцифрованного радиолокационного сигнала и обеспечивающие передачу во внешний интерфейс информации об обнаруженных в зоне работы устройства препятствиях и прием сигналов для управления параметрами радара;

- радар выполнен с возможностью изменения технических характеристик, управления радиотехническими, сетевыми, алгоритмическими параметрами и мониторинга работоспособности посредством использования протоколов HTTP (Hypertext Transfer Protocol) и UDP (User Datagram Protocol) через внешний интерфейс Ethernet;

- радиолокационная система на кристалле радара состоит из микропроцессора и радиочастотного тракта, содержащего генератор зондирующего сигнала, коммутатор, фазовращатели, усилители, квадратурные смесители, малошумящие усилители, квадратурные аналого-цифровые преобразователи, причем выход генератора зондирующего сигнала подключен через коммутатор, фазовращатели и усилители к входам печатных передающих антенн и к первым входам квадратурных смесителей, вторые входы которых подключены через малошумящие усилители к выходам печатных приемных антенн, а выходы квадратурных смесителей подключены к входам квадратурных аналого-цифровых преобразователей.

Сущность полезной модели поясняется описанием и изображениями:

- на фиг.1 приведена структурная схема радара;

- на фиг.2 приведена структурная схема радиолокационной системы на кристалле;

- на фиг.3 приведена структурная схема процесса конфигурации радара через протоколы HTTP и UDP.

Конструктивно аппаратная часть устройства выполнена в едином корпусе, включающем два электронных модуля на отдельных печатных платах: радиолокационный модуль (РЛМ) 100 и вычислительный модуль (ВМ) 200 (см. фиг.1).

В состав РЛМ 100 входит массив печатных передающих антенн 110, массив печатных приемных антенн 120, радиолокационная система на кристалле 130 и межплатный соединитель 140. В состав ВМ 200 входит межплатный соединитель 210, преобразователь интерфейсов 220, вычислительный процессор 230, приемопередатчик Ethernet 240, ОЗУ 250, энергонезависимая память 260.

Радиолокационная система на кристалле 130 включает в свой состав микропроцессор 131 и радиочастотный тракт 132 (см. фиг.2).

Радиочастотный тракт 132 содержит генератор зондирующего сигнала 133, выход которого подключен через коммутатор 134, фазовращатели 135 и усилители 136 к входам печатных передающих антенн 110. Также выход генератора зондирующего сигнала 133 подключен к первым входам квадратурных смесителей 137, вторые входы которых подключены через малошумящие усилители (МШУ) 138 к выходам печатных приемных антенн 120, а выходы квадратурных смесителей 137 подключены к входам квадратурных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 139.

Заявляемое техническое решение работает следующим образом.

Радар использует для зондирования линейно-частотно-модулированный сигнал, который генерируется с помощью генератора 133. Сигнал с выхода генератора 133 через коммутатор 134, фазовращатели 135, реализующие сдвиг фазы опорного сигнала, подается на входы усилителей 136, после чего передается для излучения печатными передающими антеннами 110. Отраженный сигнал принимается печатными приемными антеннами 120 и поступает на МШУ 138, выход которых подключен к квадратурным смесителям 137. Одновременно на квадратурные смесители 137 поступает сигнал с генератора зондирующего сигнала 133. На выходе квадратурных смесителей 137 с помощью фильтра выделяется сигнал разностной частоты, который далее поступает на квадратурные АЦП 139. Оцифрованные отсчеты сигнала разностной частоты от квадратурных АЦП 139 поступают в буфер оперативной памяти микропроцессора 131, откуда под управлением микропроцессора 131 передаются по интерфейсу передачи данных (data) на преобразователь интерфейсов 220.

Ключевой особенностью радиочастотного тракта 132 является возможность управления его параметрами с помощью микропроцессора 131. Для задания параметров в микропроцессоре 131 предусмотрен внешний интерфейс управления (ctrl). Так микропроцессор 131 позволяет:

- определять несущую частоту и полосу зондирующего сигнала;

- устанавливать фазовый сдвиг, вносимый фазовращателями 135;

- устанавливать коэффициент усиления усилителей 136;

- устанавливать период повторения зондирующих сигналов и количество сигналов в пачке;

- настраивать режимы коммутации передающих каналов (т.е. сконфигурировать печатную передающую антенную решетку);

- выбирать, какие приемные каналы будут активны (т.е. сконфигурировать печатную приемную антенную решетку);

- устанавливать коэффициент усиления МШУ;

- определять частоту дискретизации АЦП и количество захватываемых отсчетов;

- определять параметры фильтра в канале промежуточной частоты.

Преобразователь интерфейсов 220 используется для сопряжения с вычислительным процессором 230 и образует интерфейс информационно-логического взаимодействия между РЛМ 100 и ВМ 200, при этом данные на входе вычислительного процессора 230 имеют параллельный формат. В вычислительном процессоре 230 выполняется программа обработки радиолокационного сигнала, описанная в [6], детектируются объекты и определяются их характеристики, такие как дальность, скорость, азимут и угол места. Информация об обнаруженных препятствиях передается по интерфейсу Ethernet с помощью приемопередатчика Ethernet 240.

Одновременно интерфейс Ethernet используется для установки параметров алгоритма обработки, а также задания параметров радиочастотного тракта 132 через протоколы HTTP и UDP. Для этого в ВМ 200 запускаются HTTP и UDP серверы, которые могут принимать и отправлять сообщения через внешний интерфейс Ethernet (см. фиг.3).

Все установленные параметры устройства могут быть сохранены в энергонезависимую память 260 радара и примениться после его перезагрузки.

После перезагрузки радара параметры вычитываются из энергонезависимой памяти 260 и передаются по интерфейсу информационно-логического взаимодействия в радиочастотную систему на кристалле 130 для ее конфигурирования.

Параметры алгоритма обработки радара могут изменяться в режиме реального времени без перезагрузки устройства. Вычислительный процессор 230 радара может принимать команды управления алгоритмом по протоколу UDP.

Предлагаемое техническое решение является новым, промышленно применимым и решает поставленную техническую задачу с заявленным техническим результатом.

Список источников:

1. Фирма Bosch - Radar systems for Off-highway applications https://www.bosch-mobilitY.com/en/solutions/assistance-svstems/radar-systems-ohw/.

2. Фирма Continental - Radars https://www.continental-automotive.com/en-gl/Passenger-Cars/Autonomous-Mobility/Enablers/Radars.

3. Фирма Denso - Safety and Cockpit Systems

https://www.denso.com/global/en/business/products-and-services/mobility/safety-cockpit/.

4. Фирма Миландр https://www.milandr.com/devices/

Новости: Автомобильные радиолокационные системы 77 ГГц и 24 ГГц https://www.milandr.com/about/news/42631/.

5. Фирма "ИТЭЛМА" https://itelma.ru/.

6. Патент №2792971 Российская Федерация, МПК G01S 13/34 (2006.01). Способ обработки цифрового радиолокационного сигнала и радиолокатор обнаружения препятствий высокого разрешения: №2022116370: заявл. 17.06.2022: опубл. 28.03.2023/ Суанов Т.А., Троц Д. О., Фролов И.О., Беляев А.А., Ковач И.Н.; заявитель ООО «Интеграция новых технологий» (RU). 14 с.

Claims (1)

1. Радар высокого разрешения для обнаружения препятствий с программно-определяемыми характеристиками зондирования, выполненный в едином корпусе и состоящий из соединенных между собой интерфейсом информационно-логического взаимодействия радиолокационного модуля, содержащего массив печатных передающих антенн, массив печатных приемных антенн, радиолокационную систему на кристалле, и вычислительного модуля, содержащего вычислительный процессор, преобразователь интерфейсов, приемопередатчик Ethernet, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память, отличающийся тем, что вычислительный процессор выполнен с возможностью изменения текущих параметров радиочастотного тракта посредством приема новых значений параметров, поступающих через приемопередатчик Ethernet по протоколам HTTP (Hypertext Transfer Protocol) и UDP (User Datagram Protocol) через внешний интерфейс Ethernet, при этом радиолокационная система на кристалле состоит из микропроцессора и радиочастотного тракта, содержащего генератор зондирующего сигнала, коммутатор, фазовращатели, усилители, квадратурные смесители, малошумящие усилители, квадратурные аналого-цифровые преобразователи, причем выход генератора зондирующего сигнала подключен через коммутатор, фазовращатели и усилители - к входам печатных передающих антенн и к первым входам квадратурных смесителей, вторые входы которых подключены через малошумящие усилители к выходам печатных приемных антенн, а выходы квадратурных смесителей подключены к входам квадратурных аналого-цифровых преобразователей.