(57)【要約】  車両用のレーダシステムにおいて、データを送信し、受信したデータを処理するための中央制御ユニット、中央制御ユニットから離間された少なくとも１つのレーダセンサヘッドであって、レーダ波を生成するための少なくとも１つの送信アンテナとレーダ波を受信するための少なくとも１つの受信アンテナとを有するレーダセンサヘッド、および、少なくとも１つの中央制御ユニットと少なくとも１つのレーダセンサヘッドとの間の少なくとも１つのデータラインを備える車両用レーダシステムにおいて、少なくとも１つのレーダセンサヘッドが、アナログ‐デジタル変換器（１６）によって生成されたデジタル測定データを少なくとも部分的に処理するために、アナログ‐デジタル変換器の下流側に接続され、少なくとも１つのデータラインの上流側に接続された解析ユニットを有する。
2021510204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用のレーダシステム（１）であって、
データを送信し、受信したデータを処理するための少なくとも１つの中央制御ユニット（６）、
少なくとも１つの中央制御ユニット（６）から離間された少なくとも１つのレーダセンサヘッド（２）であって、レーダ波を生成するための少なくとも１つの送信アンテナ（８）とレーダ波を受信するための少なくとも１つの受信アンテナ（１２）とを有するレーダセンサヘッド（２）、および
少なくとも１つの中央制御ユニット（６）と少なくとも１つのレーダセンサヘッド（２）との間の少なくとも１つのデータライン（４）を備えるレーダシステム（１）において、
少なくとも１つのレーダセンサヘッド（２）が、アナログ‐デジタル変換器（１６）によって生成されたデジタル測定データを少なくとも部分的に処理するために、アナログ‐デジタル変換器（１６）の下流側に接続され、少なくとも１つのデータライン（４）の上流側に接続された解析ユニット（１８）を有することを特徴とする車両用レーダシステム（１）。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダシステムにおいて、
少なくとも１つの前記データライン（４）の上流側に接続された前記解析ユニット（１８）によって、フーリエ変換および／または直交周波数分割多重化方式および／または少なくとも１つの相関器が実行可能であるレーダシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーダシステムにおいて、
少なくとも１つの前記レーダセンサヘッド（２）の少なくとも１つの前記受信アンテナ（１２）によって受信したレーダ波が、前記アナログ‐デジタル変換器（１６）によってデジタル測定データに変換可能であり、少なくとも１つの時間情報（Ｚ）によってマーキング可能であるレーダシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のレーダシステムにおいて、
前記解析ユニット（１８）が、生成されたデジタル測定データのバッファリングのために使用可能であるレーダシステム。
【請求項５】
請求項３または４に記載のレーダシステムにおいて、
デジタル測定データが、少なくとも１つの前記データライン（４）を介して少なくとも１つの前記中央制御ユニット（６）に伝送可能であり、少なくとも１つの中央制御ユニット（６）内で少なくとも１つの時間情報（Ｚ）によって同期可能であるレーダシステム。
【請求項６】
請求項３から５までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
少なくとも１つの前記時間情報（Ｚ）が、少なくとも１つの前記レーダセンサヘッド（２）内に配置された時間および制御装置（２０）によって生成可能であるレーダシステム。
【請求項７】
請求項３から６までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
少なくとも１つの前記レーダセンサヘッド（２）の少なくとも１つの送信アンテナ（８）が、搬送周波数を生成するための発振器（１１）を備え、該発振器（１１）が、時間および制御装置（２０）を使用して少なくとも１つの中央制御ユニット（６）によって設定可能であるレーダシステム。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
少なくとも２つの前記レーダセンサヘッド（２）の発振器（１１）が、少なくとも１つの中央制御ユニット（６）によって互いに同期可能であるレーダシステム。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
少なくとも１つの前記データライン（４）によって伝送されるデータが、少なくとも１つの前記レーダセンサヘッド（２）の少なくとも１つの前記送信アンテナ（８）の基準周波数よりも高いデータ速度により伝送可能であるレーダシステム。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載のレーダシステムにおいて、
少なくとも１つの前記中央制御ユニット（６）が、受信したデータを処理するための少なくとも１つのプロセッサと、データを少なくとも一時的に記憶するための少なくとも１つのメモリとを備えているレーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用のレーダシステムにおいて、データを送信し、受信したデータを処理するための中央制御ユニット、中央制御ユニットから離間された少なくとも１つのレーダセンサヘッドであって、レーダ波を生成するための少なくとも１つの送信アンテナとレーダ波を受信するための少なくとも１つの受信アンテナとを有するレーダセンサヘッド、および、中央制御ユニットと少なくとも１つのレーダセンサヘッドとの間の少なくとも１つのデータラインを備える車両用レーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高レベルの運転者支援機能または自動運転機能を有する車両では、ますます多くのレーダセンサが設置される。個々のレーダセンサと比較して、より多数のレーダセンサによって、自動化された、または部分的に自動化された車両機能のより高い性能が追求される。この分野におけるこれまでの解決策は、受信したレーダ波のセンサ内における広範なデータ処理を実行するレーダセンサに基づいている。したがって、レーダセンサは、車両によるさらなる評価のために物体または測位レベルでデータを供給することができる。これにより、車両に伝送されるデータ量を低減することができるが、しかしながら、それぞれのレーダセンサは、より高い計算能力およびより大きなメモリを有している必要がある。
【０００３】
この場合、計算能力およびメモリサイズのスケーラビリティが、向上した性能に対して比較的不都合であることが欠点である。これは、特に、所定の性能要件に基づいて、受信したレーダ波に必要な処理ステップのためにマイクロコントローラ技術がもはや十分ではないことにより生じる。したがって、性能を向上させるためには、必要な計算および解析をセンサ内部でマイクロプロセッサ技術の範囲内で実行しなければならない。このことは、レーダセンサの価格、サイズ、および電力消費に不利な影響を及ぼす場合がある。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の基礎をなす課題は、使用されるレーダセンサの数および性能に関して安価で柔軟にスケーラブルな車両用のレーダシステムを提案することである。
【０００５】
この課題は、独立請求項のそれぞれの対象によって解決される。本発明の有利な実施形態が従属請求項の対象である。
【０００６】
本発明の一態様によれば、車両用のレーダシステムが提供される。このレーダシステムは、データを送信し、受信したデータを処理するための少なくとも１つの中央制御ユニットを備える。さらに、レーダシステムは、中央制御ユニットから離間された少なくとも１つのレーダセンサヘッドであって、レーダ波を生成するための少なくとも１つの送信アンテナとレーダ波を受信するための少なくとも１つの受信アンテナとを有するレーダセンサヘッドを備える。データを伝送するために、レーダシステムは、少なくとも１つの中央制御ユニットと少なくとも１つのレーダセンサヘッドとの間の少なくとも１つのデータラインを備える。本発明によれば、少なくとも１つのレーダセンサヘッドは、アナログ‐デジタル変換器（１６）によって生成されたデジタル測定データを少なくとも部分的に処理するために、アナログ‐デジタル変換器の下流側に接続され、少なくとも１つのデータラインの上流側に接続された解析ユニットを備える。
【０００７】
今日のレーダセンサは、高速チャープレーダとして設計されることが多い。このことは、多くの高速ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ：周波数変調連続波）ランプが走査領域に送信されることを意味し、これは、いわゆる「チャープシーケンス」または「高速チャープ方式」とも呼ばれる。受信したレーダ信号が混合された後、ベースバンド信号はフィルタリングされ、デジタル化され、一般に２Ｄフーリエ変換部に供給される。後続のドップラーＦＦＴ（高速フーリエ変換）は、全てのランプもしくは周波数のデータもしくは測定信号が処理された場合にようやく行うことができるので、受信したレーダ信号のバッファリングのために大きなメモリが必要不可欠である。さらに、高い待ち時間要件に基づいて高い計算能力が必要とされており、したがって一般にハードウェアアクセラレータが使用される。
【０００８】
複数のレーダセンサが１つの車両に使用される局面では、必要な計算能力を少なくとも１つの中央制御ユニットに集中させることが有利である。したがって、それぞれのレーダセンサは、著しい電力損失がない小型で安価なレーダセンサヘッドとして構成してもよい。これにより、全体としてより良好な価格‐性能比を達成することができ、レーダシステムのより高い性能を実現することができる。
【０００９】
本発明によるレーダシステムでは、少なくとも１つのレーダセンサヘッドは、レーダ波を生成および送信するための構成要素と、レーダ波を受信し、受信したレーダ波を処理するための構成要素とを有する。受信したレーダ波の処理は、できるだけ小さい程度に制限されるか、またはできるだけ少ない労力によって行われる。特に、受信したレーダ波の測定データはアナログ‐デジタル変換器によってデジタル化され、次いで、高帯域幅によって少なくとも１つの中央制御ユニットに伝送することができる。次いで、少なくとも１つのレーダセンサヘッドからのデジタル化された測定データを少なくとも１つの中央制御ユニットでさらに処理することができる。
【００１０】
これにより、レーダセンサヘッドで必要とされる計算能力が少なくなるので、それぞれのレーダセンサヘッドのコストを低減することができる。さらに、処理ステップ数がより少ないことにより、それぞれのレーダセンサヘッドにおける電力損失をより少なくすることができる。少なくとも１つの中央制御ユニットにおける計算コストは増加するが、しかしながら、計算能力は、生じるコストと比較して、より容易に、またはより少ない労力で拡張できる。レーダシステム全体を見ると、本発明によるレーダシステムは、従来の解決策と比較して柔軟かつ安価に拡張およびスケーリングできる。さらに、少なくとも１つの中央制御ユニットのより高い計算能力に基づいて、より複雑で効率的なアルゴリズムを使用して、受信したレーダ波を処理することができる。
【００１１】
高集積化に伴い、いわゆる「モノリシックマイクロ波集積回路」（ＭＭＩＣ）などの高周波部品に第１の処理段階を集積化することも可能である。これは、好ましくはフーリエ解析を実行するための解析ユニットであってもよい。例えば、解析ユニットは、デジタル化された測定データのレンジＦＦＴを実行することができる。使用される変調方式に応じて、他のフーリエ変換を使用することもできる。この第１の処理段階は、高周波モジュールに必要とされる面積が非常に小さく、所要メモリが小さいので、一般に、レーダセンサヘッドの既存の構成要素に安価に組み込むことができる。したがって、適切な高周波モジュールを製造する場合に、使用されるシリコン面積は一般に同じであってよい。
【００１２】
本発明によるレーダシステムは、チャープシーケンスレーダを参照して例示的に説明するが、他のタイプのレーダもしくは変調方式にも適用可能である。代替的なレーダ方式は、例えば、追加のドップラーＦＦＴなしの低速ＦＭＣＷレーダ、相関器バンクとして解析ユニットを有するＰＮレーダ、またはスペクトル分割を実行するための解析ユニットを有するＯＦＤＭレーダであってもよい。
【００１３】
レーダシステムの１つの例示的な実施形態によれば、フーリエ変換および／または直交周波数分割多重化方式および／または少なくとも１つの相関器は、少なくとも１つのデータラインの上流側に接続された解析ユニットによって実行することができる。したがって、サンプル値もしくは受信されたレーダ波は、デジタル化の直後に伝送されるのではなく、第１の処理段階を受ける。高速フーリエ変換は、例えば、それぞれの使用目的に適合させることができるレンジＦＦＴであってもよい。例えば、高速フーリエ変換は、アンチエイリアシングフィルタ限界まで実行可能となっていてもよい。
【００１４】
第１の処理段階によって、少なくとも１つの中央制御ユニットにおける計算コストを低減することができる。さらに、少なくとも１つのデータラインを介して伝送されるデータ量を低減することができる。
【００１５】
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つのレーダセンサヘッドの少なくとも１つの受信アンテナによって受信したレーダ波は、アナログ−デジタル変換器によってデジタル測定データに変換可能であり、少なくとも１つの時間情報によってマーキング可能である。したがって、受信されたレーダ波もしくは測定データはデジタル形式に変換し、これにより容易に処理することができる。有利には、デジタル形式に変換された測定データにはタイムスタンプを付与することができる。例えば、記録されたそれぞれのスペクトルは、固有のタイムスタンプを得ることができる。
【００１６】
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、解析ユニットは、生成されたデジタル測定データをバッファリングのために使用可能である。解析ユニットは、好ましくは、レーダセンサヘッドにおいてレンジＦＦＴを実行するために設けることができる。この変換は比較的少ないメモリしか必要としないので、解析ユニットは、例えばＲＦＣＭＯＳ技術で製造し、レーダセンサヘッドの高周波部品などのＭＭＩＣに組み込むことができる。アンチエイリアシングフィルタに基づいて、全てのレンジビンが必要とされるわけではなく、例えばビンの９０％または４５％が必要とされるので、結果として生じるデータ量を低減することができ、ＦＦＴを同時にレーダセンサヘッドのピークデータレートを低減するためのバッファとして使用することもできる。
【００１７】
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、デジタル測定データは、少なくとも１つのデータラインを介して中央制御ユニットに伝送可能であり、少なくとも１つの時間情報によって中央制御ユニット内で同期可能である。レーダセンサヘッドにおける受信した測定データの第１の処理によって、生じるデータ量の所定のバッファリングが行われる。少なくとも１つのレーダセンサヘッドと少なくとも１つの中央制御ユニットとの間に生じるずれは、付与された時間情報に基づいて補正することができる。時間情報は、好ましくは、１つのタイムスタンプまたは複数のタイムスタンプの形態で実現することができる。したがって、タイムスタンプは、少なくとも１つの中央制御ユニットの少なくとも１つのレーダセンサヘッド間の測定データを時間的に同期するために使用することができる。これにより、少なくとも１つの中央制御ユニットに伝送される測定データは、時間的に正確に分類され、さらなる用途または計算に使用することもできる。
【００１８】
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの時間情報は、少なくとも１つのレーダセンサヘッド内に配置された時間および制御装置によって生成可能である。したがって、少なくとも１つのレーダセンサヘッドは、解析ユニットに並列に配置された付加的な回路を有することができる。時間および制御装置は、例えば、少なくとも１つのデータ接続を介して送信された制御コマンドを受信し、実行することができ、デジタル化された測定データに正確な時間情報を付与することができる。さらに、時間および制御装置は、少なくとも１つのレーダセンサヘッドを制御するために、および、例えば、監視またはサイクル制御のために使用することができる。レーダシステムにおいて時間的な同期を行うことができるように、時間および制御装置によって、伝送された測定データに、例えば、伝送されたそれぞれのチャープまたはサイクルのためのタイムスタンプを付加する必要があり、これにより、少なくとも１つの中央制御ユニットは、伝送された測定データを有意義に利用することができる。
【００１９】
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つのレーダセンサヘッドの少なくとも１つの送信アンテナは、搬送周波数を生成するための発振器を備える。この場合、発振器は、時間および制御装置を使用して中央制御ユニットによって設定可能である。少なくとも１つのレーダセンサヘッドに時間および制御装置を実装することによって、少なくとも１つの中央制御ユニットによって少なくとも１つのレーダセンサヘッドの構成要素に影響を及ぼすことができる。したがって、少なくとも１つのレーダセンサヘッドの発振器を直接または間接に開ループ制御または閉ループ制御することもできる。
【００２０】
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも２つのレーダセンサヘッドの発振器は中央制御ユニットによって互いに同期可能である。複数のレーダセンサヘッドを互いに離間して車両内に設置し、データ接続を介して１つまたは複数の中央制御ユニットに、データを伝送するように接続することができる。異なるレーダセンサヘッドに実装された時間および制御装置により、複数のレーダセンサヘッドを使用する場合には、送信アンテナのそれぞれの発振器を互いに同期させることができる。これにより、測定結果の精度を高めることができる。このようにして、車両の運転者支援機能または自動運転機能を最適化することができる。さらに、性能に悪影響を及ぼすことなしに、使用されるレーダセンサヘッドの数を随意に増加させることができる。
【００２１】
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つのデータラインによって伝送されるデータは、少なくとも１つのレーダセンサヘッドの少なくとも１つの送信アンテナの基準周波数よりも高いデータ速度により伝送可能である。少なくとも１つのレーダセンサヘッドを開ループ制御または閉ループ制御するための時間および制御装置を最適に動作させることができるように、少なくとも１つのデータラインを介したデータの伝送をレーダ動作よりも高い時間分解能により行う必要がある。これにより、異なる発振器の周波数ずれを監視するための安全機能などのさらなる機能を本発明によるレーダシステムに組み込むことができる。この技術は数ギガヘルツの周波数を可能にするので、データ伝送のためのより高い時間分解能をＭＭＩＣ技術の枠組み内で技術的に簡単に実現することができる。したがって、例えば、１ｎｓの時間分解能を有する１ＧＨｚのタイムスタンプを容易に伝送することができる。内部基準周波数は、例えば、少なくとも１つの送信アンテナのＰＬＬ基準に対して５０ＭＨｚとすることができ、これにより、この例によるデータ速度は５０Ｍｂｉｔ／ｓよりも高くなる。
【００２２】
レーダシステムのさらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの中央制御ユニットは、受信したデータを処理するための少なくとも１つのプロセッサと、データを少なくとも一時的に記憶するための少なくとも１つのメモリとを有する。これにより、少なくとも１つの中央制御ユニットは、少なくとも１つのデータラインを介して少なくとも１つのレーダセンサヘッドから伝送された測定データを少なくとも一時的に記憶し、それぞれの適用要件にしたがって処理、転送、または出力することができる。少なくとも１つの中央制御ユニットは、必要に応じて、より効率的な制御ユニットに置き換えることができる。この場合には、マイクロプロセッサ技術が既に使用されているので、精巧なアルゴリズムを使用して測定データを処理することができ、したがって、より正確な計算結果を達成することができる。
【００２３】
以下に著しく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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態によるレーダシステムを示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態によるレーダシステムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面において同じ構成要素にはそれぞれ同じ符号を付している。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態によるレーダシステム１の概略図を示す。レーダシステム１は、データライン４を介して中央制御ユニット６に結合されたレーダセンサヘッド２からなる。
【００２７】
レーダセンサヘッド２は、アンテナ制御部１０を介して動作可能な少なくとも１つの送信アンテナ８を有している。アンテナ制御部１０は、とりわけ、レーダ波の搬送周波数を生成するための少なくとも１つの発振器１１に結合されている。
【００２８】
さらに、レーダセンサヘッド２には、レーダ波を受信するための対応する評価ユニット１４を備えた少なくとも１つの受信アンテナ１２が配置されている。受信したレーダ波は、アナログ‐デジタル変換器１６によってデジタル測定データに変換し、次いで、レーダセンサヘッド２内の解析ユニット１８によって第１の処理ステップにおいて変換することができる。
【００２９】
次に、変換されたデジタル測定データは広帯域のデータライン４を介して中央制御ユニット６に伝送することができる。伝送されたデジタル測定データには、レーダセンサヘッド２に配置された時間および制御装置２０によってタイムスタンプＺが割り当てられ、同様に中央制御ユニット６に伝送される。
【００３０】
中央制御ユニット６は、伝送されたデジタル測定データを受信し、処理することができる。測定データと共に伝送されたタイムスタンプによって、これらの測定データを時間的に正確に分類することができる。
【００３１】
図２は、本発明の第２の実施形態によるレーダシステム１の概略図を示す。本発明の第１の実施形態によるレーダシステム１とは異なり、この場合には３つのレーダセンサヘッド２が、対応するデータライン４を介して中央制御ユニット６に接続されている。この場合、中央制御ユニット６は、データライン４を介してそれぞれのレーダセンサヘッド２の時間および制御装置２０に制御コマンドＳＴを出す。これにより、異なるレーダセンサヘッド２、特にそれぞれの発振器１１を最適に互いに調整し、同期させることができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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