JP6910564B2 - レーダセンサシステムおよびレーダセンサシステムを動作させる方法 - Google Patents

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を動作させる方法に関する。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、大きな変革期にある。近年は主に安価なセンサに焦点が当てられてきたが、現在では、センサへの要求が極めて高い高度な自律運転に向かう傾向がみられる。高度な運転者支援機能または自動運転機能を有する車両では、その機能を制御および規制するためにますます多くのセンサが搭載されている。車両に組み込まれるセンサは、例えば、レーダセンサまたはＬＩＤＡＲセンサであってもよく、できるだけ高い精度を有している必要がある。精密なセンサを使用することによって、自律的または半自律的な運転機能の機能的安全性および信頼性を保証することができる。

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、下記からなるレーダセンサシステムににより解決される。
・少なくとも１つの送信器。ここで、全ての送信器が全体で少なくとも２つの送信チャネルを有する。
・少なくとも１つの受信器。ここで、全ての受信器が全体で少なくとも２つの受信チャネルを有する。
・少なくとも１つの送信器および少なくとも１つの受信器の温度を検出するためのそれぞれ１つの温度センサ。
・少なくとも１つの受信器に対する少なくとも１つの送信器の少なくとも１つの温度依存性をモデル化するためのモデリング装置。
・当該モデル化された温度依存性を補償するための補償器。

このようにして、異なる温度に起因する信号ドリフトの補償を有利に可能にするレーダセンサシステムが提供される。これにより、レーダセンサシステムの改善された動作特性が有利にサポートされる。

第２の態様によれば、この課題は、以下のステップを含む、レーダセンサシステムを動作させる方法によって解決される。
・少なくとも１つの送信器によってレーダ波を送信するステップ。ここで、全ての送信器全体で少なくとも２つの送信チャネルが設けられている。
・ターゲットで反射されたレーダ波を少なくとも１つの受信器によって受信するステップ。ここで、全ての受信器全体で少なくとも２つの受信チャネルが設けられている。
・少なくとも１つの送信器および少なくとも１つの受信器の温度を検出するステップ。
・モデリング装置によって、少なくとも１つの受信器に対する少なくとも１つの送信器の少なくとも１つの温度依存性をモデル化するステップ。
・補償器によって送受信中に温度依存性を補償するステップ。

レーダセンサシステムの有利な構成が従属請求項の主題である。

レーダセンサシステムの有利な構成は、モデリング装置がレーダセンサシステムの内部または外部に配置されていることを特徴とする。これにより、温度補償型レーダセンサシステムのための高度の設計自由度および多様性が有利にサポートされる。

レーダセンサシステムのさらなる有利な構成では、補償器がレーダセンサシステムの内部または外部に配置されている。このようにして、さらにレーダセンサシステムのための高い設計自由度および多様性が有利にサポートされ、内部配置の場合、補償器をハードウェアで構成することが可能である。外部配置の場合、補償の結果をレーダセンサシステムに伝送することができ、このとき、例えば外部の信号処理装置において温度補償（例えば位相回転）が行われる。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、受信器および／または送信器および／またはＨＦ信号生成器からの信号の温度依存性の位相シフトをモデリング装置によりモデル化することができることを特徴とする。これにより、温度に関する位相シフトを実質的に有利に排除することができ、これによりレーダセンサシステムの検出特性が改善される。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、送信器の送信チャネルからの信号および／または受信器の受信チャネルからの信号の線形依存性がモデリング装置によりモデル化可能であることを特徴とする。このようにして、信号に対する依存性が、物理的な現実に広範囲に対応するモデルでシミュレートされる。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、補償器が移相素子として構成されていることを特徴とする。これにより、温度依存性の補償を、ハードウェア内の構成要素に対して直接的に有利に行うことができる。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、温度依存性の粗い補償を移相素子によって行うことができ、微細な補償を信号処理装置によって演算により行うことができることを特徴とする。このようにして、提案された補償方法を一種の２段階方式で実施することができ、これにより、温度依存性の細かい段階的な補償が実現可能である。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、レーダセンサシステムが複数のＨＦ素子を有し、全てのＨＦ素子が同期ネットワークに機能的に接続されており、同期ネットワークを介して、ＨＦ信号生成器からのＨＦ信号が全てのＨＦ素子に供給可能であることを特徴とする。このようにして、温度補償された動作特性を有する多重カスケード方式のレーダセンサシステムが有利に提供される。

以下に、大幅に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詳細に説明する。

提案されたレーダセンサシステムの実施形態を示す概略図である。 提案されたレーダセンサシステムのさらなる実施形態を示す図である。 レーダセンサシステムを動作させるために提案された方法の基本的なフローチャートである。

図面において、同じ構造要素は同じ参照符号を有する。

現在のレーダセンサは、通常、レーダ波を送受信するための複数のＨＦ（高周波）チャネル（送信チャネルおよび受信チャネル）を有する。通常モードでは、全てのＨＦチャネルを同時に動作させることができる。

図１は、提案されたレーダセンサシステム１００の基本的な実施形態を示す。レーダセンサシステム１００は、好ましくは複数の送信チャネル（図示しない）を含む送信器１０ａと、複数の受信チャネル（図示しない）を含む受信器２０ａとを備えたＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）の形態の単一のＨＦ素子１ａからなるものである。送信器１０ａおよび受信器２０ａのためのＨＦ信号（ＬＯ信号）は、ＨＦ信号生成器６０ａによって供給される。送信器１０ａおよび受信器２０ａの温度を検出し、決定された温度値をモデリング装置４０に供給する温度センサ３０ａ、３０ｂを見ることができる。

モデリング装置４０によって送受信器の温度特性がモデル化され、その結果が補償器５０に供給される。例えば移相素子として構成可能な補償器５０によって受信器２０ａの受信チャネルおよび送信器１０ａの送信チャネルの信号の、温度に関連したドリフトが補償される。その結果、送受信器の温度補償された動作特性が有利にサポートされる。例えば、そのモデルは、当該チャネルの線形な温度依存性をモデル化するためのものであるが、数学的により複雑なモデル、例えば、より高次の多項式を有するモデルも可能である。

モデリング装置４０によって提供される数学モデルでは、例えば、関連するモジュールの伝達関数、例えば、電力増幅器（ＰＡ）の位相依存性を温度の関数として記述することができる。このとき、連続動作時に温度が決定され、当該モデルに基づいて効果が補償される。一般的なプロセスは、部品の温度にほぼ線形依存する位相シフトによって記述される。したがって、そのモデルのパラメータとして、その線形な過程の勾配が入力変数としての温度と同様に本質的である。モデルによって、補正されるべき位相ドリフトが決定される。

複数のＭＭＩＣでは、異なる構成要素間に温度依存性のドリフトが生じる可能性がある。全てのＭＭＩＣが同一の挙動を示す場合であっても、構成要素間の温度差により、ＭＭＩＣ内の様々なモジュール（例えば、増幅器、ミキサ）の伝達関数（例えば、振幅および位相）が異なる可能性がある。従来のアプローチは、対応する対称設計によって、それらのドリフトすなわち差を最小化することである。しかしながら、これは、複雑で追加の設計要素（例えば、中心的なＨＦ信号生成モジュール）を必要とするので、追加のコストを必要とする。本発明により、低コストでまたは追加コストなしで、ドリフトを有利に補償することが可能である。

マルチＭＭＩＣシステムでは、これに対応して複数の温度および位相シフトが生じ、補償にはこれに対応してより大きな数学的方程式が必要である。

このモデルは、理想的には、ＭＭＩＣもしくはシステム全体のモジュールに基づいて形成される。個々のグループ、例えば、マスタのＨＦ信号分配のための縦続する電力増幅器、回路基板上のＨＦ信号線、およびスレーブＭＭＩＣのＨＦ信号を受信するための入力回路を組み合わせることが可能である。特性曲線の依存性に応じて、モデルを組み合わせるか、または分離することが有利になることもある。

補償器５０による補償はいくつかの方法で行うことができる。理想的には、補償はモジュール内で直接に実行される。すなわち、例えば、送信信号の送信位相は移相素子を用いて直接に補償され、この移相素子はモデルによってサポートされ、（例えば、温度に応じて）制御される。

あるいは、信号評価ユニット（図示しない）で演算により補償することもでき、この場合、モデルが決定され、送信チャネルと受信チャネルとの組み合わせに対応する信号がモデルにしたがって補償される。

上記の２つのアプローチの組み合わせも可能であり、例えば、ＭＭＩＣで粗い補償が行われ、コンピュータで微細な補償が行われる。原則として、移相要素は、より粗いステップ、例えば５°または１０°のステップでのみ位相位置を補償することが可能であり、残る推定誤差は信号処理で補償される。

モデルに必要とされる特性曲線は、好ましくは設計によって決定され、あるいは、（例えば、チップ上、装置内、またはセンサ内における）測定によって決定することができる。

レーダセンサシステムの構造は、例えば、既知の安価な基本的な構成要素で構成されていればよい。同じ種類の複数の構成要素を並列化することによって、レーダセンサシステムの性能および精度の改善を実現することが可能である。さらに、同様の複数の構成要素を使用することによって、装置の確実な機能を提供するための冗長性をもたせることができる。このようにして、レーダセンサシステムの緊急モードを技術的に簡単に実現することが可能である。しかしながら、ＨＦ構成要素およびマイクロコントローラに加えて、クロック生成にも冗長性をもたせる必要がある。ＨＦ構成要素は、例えば、ＭＭＩＣの形態で構成されたアンテナ制御部または増幅器であってよい。

全てのＨＦ構成要素が共通のクロック生成器から有用な周波数もしくは基本周波数の供給を受けることによって、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、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素子の冗長的でコヒーレントなクロック供給が可能となる。

好ましくは、レーダセンサシステムで使用されるＨＦ素子のうちの少なくとも一部にクロックもしくは有用な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における全てのＨＦ素子もしくはアンテナ制御部は、少なくとも１つのクロック生成器から同じクロックの供給を受け、これにより、全てのデータは相互にオフセットされ得る。

通常、レーダセンサシステムでは、高周波発生を引き受けるマスタの役割を１つの部品に割り当て、他のＨＦ素子にはこの部品からＨＦ同期信号が供給される。ＨＦ同期信号は、ＨＦ素子１ａ，…，１ｄの高いコヒーレンスを提供するために必要とされ、これによりレーダセンサシステム１００の高い角度分解能が可能となる。この目的のために、従来技術では、特化されたモジュールが高周波を生成してさらなる信号処理を行うために使用されている。

図２は、このような提案された温度補償型レーダセンサシステム１００の概略図を示す。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１ａ，…，１ｄを有する。この場合、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つよりも少数の、または多数のＨＦ素子を有することもできる。さらに、全てのＨＦ素子１ａ，…，１ｄが同期ネットワーク８０に接続されていることも示されており、同期ネットワークは、全てのＨＦ素子１ａ，…，１ｄの動作周波数を同期させるために使用される。全てのＨＦ素子１ａ，…，１ｄの全ての送信器１０ａ，…，１０ｎの集合は、全体で、少なくとも２つの送信チャネルを有し、全てのＨＦ素子１ａ，…，１ｄの全ての受信器２０ａ，…，２０ｎの集合は、全体で、少なくとも２つの受信チャネルを有することが想定されている。

ＨＦ素子１ａのみがＨＦ信号生成器６０ａを使用してＨＦ信号を送受信器１０ａ、２０ａに供給していることが分かる。生成されたＨＦ信号は、同期装置７０ａによって他の全てのＨＦ素子１ｂ、１ｃ、１ｄに供給される。これにより、ＨＦ素子１ｂ、１ｃ、１ｄのＨＦ信号生成器６０ｂ、６０ｃ、６０ｄは機能しない。

このようにして、カスケード型マルチＭＭＩＣシステムのモデルが実現され、ＨＦ素子１ａ，…，１ｄでは、発振器、送信器および受信器、ならびにＨＦ信号分配に必要なモジュールが使用される。このモデルおよびＭＭＩＣの個々の温度を用いて、ドリフトが決定され、補償され得る。これにより、バランスをとるための設計要素を省略することができ、レーダセンサシステム１００をより安価に構成することができる。

レーダセンサシステム１００のネットワーク内のＨＦ素子１ａは、マスタ機能を引き受ける。このようにして、レーダセンサシステム１００においてＨＦ素子１ａがマスタとして機能し、他の３つのＨＦ素子１ｂ、１ｃ、１ｄはスレーブＨＦ素子として機能する。

さらにレーダセンサシステム１００は、ＨＦ素子１ａ，…，１ｄのアンテナ制御部を有する。アンテナ、増幅器、発振器などの、レーダ波を送受信するために必要とされるＨＦ素子１ａ〜１ｄのさらなる構成要素は、簡略化のために図示されていない。

さらにレーダセンサシステム１００全体に、例えば５０ＭＨｚの基準クロックを供給する（例えば、Ａ／Ｄ変換器、シーケンサなどに供給する）基準クロック装置９０が示されている。

マスタとして機能するＨＦ素子１ａは、レーダセンサシステム１００の通常モード時に、以下に挙げるタスクのうち複数のタスクを引き受ける。
・ＰＬＬによる周波数生成（例えば、７７ＧＨｚ）、および必要に応じたクロック生成（例えば、５０ＭＨｚ）、
・ＨＦ同期信号の出力および増幅、
・送信信号の一部供給、
・ベースバンドへの混合、
・必要に応じてＡＤ変換およびデジタル信号の出力。

最初に挙げた２つのタスクは、一般に、マスタＨＦ素子１ａのみによって引き受けられ、最後の３つのタスクは、レーダセンサシステム１００の関係する全てのＨＦ素子１ａ，…，１ｄによって引き受けられる。

したがって、図２のレーダセンサシステム１００では、ＨＦ素子１ａがマスタを形成し、他のＨＦ素子１ｂ、１ｃ、１ｄがスレーブを表す。ＨＦ素子１ａ，…，１ｄは、それぞれ、適宜に読み出される温度センサ３０ａ，…，３０ｄを有する。モデリング装置４０（図示しない）によって提供される数学的モデルでは、ここでは、例えば、マスタおよびスレーブの同期装置７０ａ，…，７０ｄの依存性を利用して、マスタからスレーブへの経路をモデル化することができ、例えば、マスタ受信器２０ａとスレーブ送信器１０ｂ，…，１０ｄとの間の信号のずれをモデル化して補正することができる。

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素子を有するどの製品にも有利に使用することができる。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３は、レーダセンサシステムを動作させる方法の基本的なフローチャートである。

ステップ２００において、少なくとも１つの送信器１０ａ，…，１０ｎによってレーダ波が送信される。ここで、全ての送信器は全体で少なくとも２つの送信チャネルを有する。

ステップ２１０において、ターゲットで反射されたレーダ波が少なくとも１つの受信器２０ａ，…，２０ｎによって受信される。ここで、全ての受信器は少なくとも２つの受信チャネルを有する。

ステップ２２０において、少なくとも１つの送信器１０ａ，…，１０ｎおよび少なくとも１つの受信器２０ａ，…，２０ｎの温度が検出される。

ステップ２３０において、モデリング装置４０によって、少なくとも１つの受信器２０ａ，…，２０ｎに対する少なくとも１つの送信器１０ａ，…，１０ｎの温度依存性が少なくとも１つモデル化される。

ステップ２４０において、補償器５０によって送受信中に温度依存性が補償される。

上述のステップの順序を適切に入れ替えることもできることは言うまでもない。例えば、レーダ波を送受信する前に温度依存性のモデルを作成することも可能である。

提案された方法は、レーダセンサシステム１００の制御装置（図示しない）内で動作するソフトウェアとして有利に実施することができる。このようにして、当該方法を簡単に変更できることが有利にサポートされる。

要約すると、本発明は、レーダセンサシステムおよびレーダセンサシステムの構成要素の温度ドリフトを補償することができるレーダセンサシステムを動作させる方法を提案するものである。上述した温度ドリフトをモデル化し、続いてこれらの温度ドリフトを補償することによって、温度ドリフトを除去する労力を有利に少なく抑制することができる。その結果、レーダセンサシステム全体が較正もしくは温度補償されるようサポートされており、この目的のために、必要に応じて個々のブロック／素子／構成要素を個別に補償しないようにすることもできる。

したがって、当業者は、本発明の本質から逸脱することなしに、上記で説明されていないか、または部分的にのみ説明されている実施形態を実現することもできる。

Claims (9)

1. レーダセンサシステム（１００）であって、
   全ての送信器（１０ａ，…，１０ｎ）全体で少なくとも２つの送信チャネルを有する少なくとも１つの送信器（１０ａ，…，１０ｎ）と、
   全ての受信器（２０ａ，…，２０ｎ）全体で少なくとも２つの受信チャネルを有する少なくとも１つの受信器（２０ａ，…，２０ｎ）とを備えるとともに、
   前記少なくとも１つの送信器（１０ａ，…，１０ｎ）および前記少なくとも１つの受信器（２０ａ，…，２０ｎ）の温度を検出するためのそれぞれ１つの温度センサ（３０ａ，…，３０ｎ）と、
   前記少なくとも１つの受信器（２０ａ，…，２０ｎ）に対する前記少なくとも１つの送信器（１０ａ，…，１０ｎ）の温度依存性を少なくとも１つモデル化するためのモデリング装置（４０）と、
   当該モデル化された温度依存性を補償するための補償器（５０）と
   を備え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、前記モデリング装置（４０）は、前記レーダセンサシステム（１００）の内部または外部に配置されていることを特徴とす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、前記補償器（５０）は、前記レーダセンサシステム（１００）の内部または外部に配置されていることを特徴とするレーダセンサシステム（１００）。
4. 請求項１から３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、前記受信器（２０ａ，…，２０ｎ）および／または前記送信器（１０ａ，…，１０ｎ）および／またはＨＦ信号生成器（６０ａ，…，６０ｎ）の信号の温度依存性の位相シフトが前記モデリング装置（４０）によりモデル化可能であることを特徴とするレーダセンサシステム（１００）。
5. 請求項４に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記送信器（１０ａ，…，１０ｎ）の送信チャネルの信号および／または前記受信器（２０ａ，…，２０ｎ）の受信チャネルの信号の線形依存性が前記モデリング装置（４０）によりモデル化可能であることを特徴とするレーダセンサシステム（１００）。
6. 請求項１から請求項５に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記補償器（５０）が移相素子として構成されていることを特徴とするレーダセンサシステム（１００）。
7. 請求項６に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記温度依存性の粗い補償が前記移相素子により実行可能であり、前記温度依存性の微細な補償が信号処理装置により演算で実行可能であることを特徴とするレーダセンサシステム（１００）。
8. 請求項１から７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、
   前記レーダセンサシステム（１００）は、複数のＨＦ素子（１ａ，…，１ｎ）を備え、
   全てのＨＦ素子（１ａ，…，１ｄ）が同期ネットワーク（８０）に機能的に接続され、前記同期ネットワーク（８０）を介してＨＦ信号生成器（６０ａ，…，６０ｎ）からのＨＦ信号が全てのＨＦ素子（１ａ，…，１ｄ）に供給可能である
   ことを特徴とするレーダセンサシステム（１００）。
9. レーダセンサシステム（１００）を動作させる方法であって、
   全ての送信器（１０ａ，…，１０ｎ）全体で少なくとも２つの送信チャネルを有する少なくとも１つの送信器（１０ａ，…，１０ｎ）によってレーダ波を送信するステップと、
   全ての受信器（２０ａ，…，２０ｎ）全体で少なくとも２つの受信チャネルを有する少なくとも１つの受信器（２０ａ，…，２０ｎ）によって、ターゲットで反射されたレーダ波を受信するステップと、
   前記少なくとも１つの送信器（１０ａ，…，１０ｎ）および前記少なくとも１つの受信器（２０ａ，…，２０ｎ）の温度を検出するステップと、
   モデリング装置（４０）によって、前記少なくとも１つの受信器（２０ａ，…，２０ｎ）に対する前記少なくとも１つの送信器（１０ａ，…，１０ｎ）の温度依存性を少なくとも１つモデル化するステップと、
   補償器（５０）によって送受信中に温度依存性を補償するステップと
   を備える方法。

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