DE102019135473A1

DE102019135473A1 - Fmcw-radar mit frequenzspringen

Info

Publication number: DE102019135473A1
Application number: DE102019135473.0A
Authority: DE
Inventors: Andre Roger; Markus BICHL; Maximilian Eschbaumer; Farhan Bin Khalid; Paul Meissner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-24
Also published as: CN113009424A; US20210190905A1; US11789114B2

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform weist ein Verfahren zur Verwendung in einem Radarsystem auf: Empfangen eines HF-Radarsignals; Herabmischen („down-converting“) des empfangenen HF-Radarsignals in ein Basisband unter Verwendung eines frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals mit einem Scan-Chirp, der eine Bandbreite aufweist, die größer als eine Bandbreite eines regulären Chirps ist; Erzeugen eines digitalen Basisbandsignals basierend auf dem herabgemischten HF-Radarsignal, wobei das digitale Basisbandsignal eine Sequenz von Samples, die dem Scan-Chirp zugeordnet sind, enthält; Identifizieren von gestörten Samples, die durch Störungen beeinträchtigt sind, in der Sequenz von Samples; und Auswählen eines Sub-Bands, das die reguläre Chirp-Bandbreite aufweist, um Chirps eines zur Messdatenerfassung verwendeten Chirp-Frames zu senden, basierend auf der Position der gestörten Samples innerhalb der Sequenz von Samples.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet von Radarsensoren, insbesondere Radar-Erfassungstechniken, die eine verbesserte Target-Erkennung bei Anwesenheit von Störungen ermöglichen.
HINTERGRUND
Radarsensoren können bei zahlreichen Erfassungsanwendungen, bei denen Abstände und Geschwindigkeiten von Objekten zu messen sind, gefunden werden. Im Automotive-Sektor gibt es einen ansteigenden Bedarf nach Radarsensoren, die in sogenannten modernen Fahrerassistenzsystemen („advanced driver-assistance systems“; ADAS) verwendet werden können. Beispiele für ein modernes Fahrerassistenzsystem sind Abstands-regeltempomat-(„adaptive cruise control“; ACC; und „radar cruise control“)-Systeme. Derartige Systeme können verwendet werden, um die Geschwindigkeit eines Automobils automatisch einzustellen, um einen sicheren Abstand von anderen, vorausfahrenden Automobilen einzuhalten. Andere Beispiele für moderne Fahrerassistenzsysteme sind Totwinkel-überwachungen („blind spot monitors“), die Radarsensoren einsetzen können, um andere Fahrzeuge in einem toten Winkel eines Fahrzeugs zu detektieren. Insbesondere autonome Autos können zahlreiche Sensoren wie beispielsweise Radarsensoren einsetzen, um Objekte in ihrer Umgebung zu detektieren und zu lokalisieren. Informationen über die Position und Geschwindigkeit von Objekten im Bereich eines autonomen Autos werden verwendet, um dabei, sicher zu fahren, zu helfen.
Moderne Radarsysteme verwenden hochintegrierte HF-Schaltungen, die sämtliche Kernfunktionen eines HF-Frontends eines Radarsendeempfängers in einem einzigen Package (Einchip-Sendeempfänger) integrieren können. Derartige HF-Frontends enthalten üblicherweise unter anderem einen HF-Lokaloszillator („local RF oscillator“; LO), Leistungsverstärker („power amplifiers“; PA), rauscharme Verstärker („low-noise amplifiers“; LNA) und Mischer. Frequenzmodulierte Dauerstrich-(„frequency-modulated continuous-wave“; FMCW)-Radarsysteme verwenden Radarsignale, deren Frequenz durch Aufwärts- und Abwärtsrampen der Signalfrequenz moduliert wird. Derartige Radarsignale werden oft als „Chirp-Signale“ oder einfach als „Chirps“ bezeichnet. Im Fall von linearen Chirp-Signalen wird manchmal der Ausdruck „LFM-Signale“ verwendet, wobei LFM für „lineare Frequenzmodulation“ steht. Ein Radarsensor strahlt üblicherweise unter Verwendung von einer oder mehr Antennen Sequenzen von Chirps ab, und das abgestrahlte Signal wird durch ein oder mehr Objekte (als Radar-Targets bezeichnet), die sich im Sichtbereich eines Radarsensors befinden, zurückgestreut. Die zurückgestreuten Signale (Radarechos) werden durch den Radarsensor empfangen und verarbeitet. Die Detektion der Radar-Targets wird üblicherweise durch Verwendung digitaler Signalverarbeitung erreicht.
Da immer mehr Automobile mit Radarsensoren ausgestattet werden, werden Störungen ein Thema. Das heißt, das Radarsignal, das durch einen (in einem Automobil installierten) ersten Radarsensor abgestrahlt wird, kann auf die Empfangsantenne eines (in einem anderen Automobil installierten) zweiten Radarsensors einstreuen und den Betrieb des zweiten Radarsensors stören.
ÜBERBLICK
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Verfahren zur Verwendung in einem Radarsystem auf: Empfangen eines HF-Radarsignals; Herabmischen („down-converting“) des empfangenen HF-Radarsignals in ein Basisband unter Verwendung eines frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals mit einem Scan-Chirp, der eine Bandbreite aufweist, die größer als eine Bandbreite eines regulären Chirps ist; Erzeugen eines digitalen Basisbandsignals basierend auf dem herabgemischten HF-Radarsignal, wobei das digitale Basisbandsignal eine Sequenz von Samples, die dem Scan-Chirp zugeordnet sind, enthält; Identifizieren von gestörten Samples, die durch Störungen beeinträchtigt sind, in der Sequenz von Samples; und Auswählen eines Sub-Bands, das die reguläre Chirp-Bandbreite aufweist, um Chirps eines zur Messdatenerfassung verwendeten Chirp-Frames zu senden, basierend auf der Position der gestörten Samples innerhalb der Sequenz von Samples.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren das Erzeugen des frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals mit einem Frame, der in N Chirp-Positionen partitioniert ist (wobei N eine vorgegebene ganze Zahl ist), auf, wobei der Frame zumindest einen Scan-Chirp an einer oder mehr Chirp-Positionen aufweist, sowie reguläre Chirps an den verbleibenden Chirp-Positionen, wobei die regulären Chirps eine Chirp-Bandbreite und eine Startfrequenz aufweisen und der zumindest eine Scan-Chirp eine Scan-Bandbreite, die höher als die Chirp-Bandbreite ist, aufweist. Das Verfahren weist weiterhin das Senden eines den Frame repräsentierenden HF-Signals auf, wobei die Sendeleistung während des Sendens des zumindest einen Scan-Chirps Null oder unter die Leistung eines regulären Chirps verringert ist; Empfangen eines dem Frame entsprechenden HF-Radarsignals, Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals in das Basisband unter Verwendung des Lokaloszillatorsignals und Erzeugen eines digitalen Signals basierend auf dem herabgemischten Signal; Detektieren von gestörten Samples, die durch Störungen beeinträchtigt sind, in einem Teil des digitalen Signals, der dem Scan-Chirp entspricht, und Aktualisieren der Startfrequenz für die regulären Chirps, die dem Scan-Chirp folgen, basierend auf den detektierten gestörten Samples; und Detektieren von einem oder mehr Radar-Targets basierend auf dem digitalen Signal, wobei der Teil des digitalen Signals, der nicht den regulären Chirps entspricht, durch voreingestellte Samples ersetzt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren das Erzeugen eines frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals mit mehreren Frames von Chirps und einem oder mehr Scan-Chirps zwischen den Frames auf; das Erzeugen eines HF-Signals, wobei eine Sendeleistung des HF-Signals während des Erzeugens des zumindest einen Scan-Chirps verringert oder Null ist; Empfangen eines HF-Radarsignals, Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals in ein Basisband unter Verwendung des Lokaloszillatorsignals, sowie Erzeugen eines digitalen Signals basierend auf dem herabgemischten Signal, wobei das digitale Signal aus mehreren Sequenzen zusammengesetzt ist, wobei jede Sequenz entweder einem Chirp oder einem bestimmten Frame oder einem Scan-Chirp entspricht; wiederholtes Erzeugen, für jede Sequenz, von Metadaten, die anzeigen, ob die betreffende Sequenz durch Störungen gestört ist; und wiederholtes Festlegen einer Startfrequenz für die Chirps der Frames basierend auf den Metadaten.
Darüber hinaus werden hierin entsprechende Radarsysteme und -einrichtungen beschrieben.
Figurenliste
Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und Beschreibungen besser verstehen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; stattdessen wurde der Schwerpunkt darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern entsprechende Teile. Zu den Zeichnungen:

1 ist eine Skizze, die die Arbeitsweise eines FMCW-Radarsystems zur Abstands- und/oder Geschwindigkeitsmessung veranschaulicht.
2 enthält zwei Zeitverlaufsdiagramme, die die Frequenzmodulation des bei FMCW-Radarsystemen verwendeten HF-Signals veranschaulicht.
3 veranschaulicht ein Beispiel dafür, wie Störungen auf den Empfänger eines Radarsensors eingestreut werden.
4 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das einen Frame von Chirps veranschaulicht, die zur Datenerfassung in einem Radarsensor verwendet werden.
5 veranschaulicht in einem Zeitverlaufsdiagramm ein Sendesignal eines Radarsensors und eines Störsignals von einem Störer, wobei sich die Frequenz-über-Zeit-Kurvenverläufe dieser Signale zumindest teilweise überlappen.
6 veranschaulicht einen beispielhaften Kurvenverlauf mit einem Radarsignal (nach der Herabmischung in das Basisband), das ein Radarecho von einem Target und in 5 gezeigte Störungen enthält.
7 ist ein Blockschaltbild, das die Grundstruktur einer FMCW-Radareinrichtung veranschaulicht.
8 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel eines analogen HF-Frontends eines Radarsensors und eines analogen HF-Frontends eines Störers veranschaulicht.
9 zeigt ein Beispiel eines Chirp-Frames mit einem vorangehenden Scan-Chirp.
10 veranschaulicht ein Konzept zum Bestimmen geeigneter Sub-Bänder zum Abstrahlen der Chirps eines Chirp-Frames.
Die 11 und 12 veranschaulichen die Erkennung von gestörten Samples innerhalb eines Chirp-Frames und die Ersetzung von regulären Chirps durch Scan-Chirps in einem Chirp-Frame.
13 veranschaulicht die kontinuierliche Erzeugung von Chirps durch Einfügen einer Sequenz von Scan-Chirps in dem Frame-Zwischenraum.
14 veranschaulicht ein Radarsystem mit einer MMIC und einem separaten Controller-Chip, in dem Radardaten und Metadaten unabhängig verarbeitet werden.
Die 15 und 16 enthalten Flussdiagramme, die Beispiele für das Verarbeiten von Metadaten veranschaulichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein vereinfachtes Beispiel eines herkömmlichen frequenzmodulierten Dauerstrich-(FMCW)-Radarsensors 1. Bei dem vorliegenden Beispiel werden getrennte Sende-(TX)- und Empfangs-(RX)-Antennen 5 bzw. 6 verwendet (bi-statische oder pseudomonostatische Radarkonfiguration). Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine einzige Antenne verwendet werden kann, so dass die Empfangsantenne und die Sendeantenne physisch dieselbe sind (monostatische Radarkonfiguration). Die Sendeantenne 5 strahlt (quasi)-kontinuierlich ein HF-Signal _SHF(t) ab, das, zum Beispiel durch ein sägezahnförmiges Signal, frequenzmoduliert wird. Wenn das abgestrahlte Signal _SHF(t) von einem Objekt T, das sich in dem Radarkanal innerhalb des Messbereichs der Radareinrichtung befinden kann, zurückgestreut wird, wird das zurückgestreute Signal y_HF(t) durch die Empfangsantenne 6 empfangen. Das Objekt T wird üblicherweise als „Radar-Target“ bezeichnet. Bei einem allgemeineren Beispiel kann sich im Sichtbereich eines Radarsensors mehr als ein Target befinden, und es kann anstelle von einer einzigen RX-Antenne ein Antennenarray verwendet werden. Ähnlich kann anstelle einer einzigen TX-Antenne ein Antennenarray verwendet werden. Die Verwendung mehrerer RX- und TX-Antennen bei einem Mehrkanalradarsystem ermöglicht die Messung des Einfallswinkels eines Radarechos, das üblicherweise als Einfallsrichtung („direction of arrival“; DoA) bezeichnet wird. Die Messung der DoA ist für viele Anwendungen wichtig, und deshalb verwenden die meisten Radarsensoren Antennenarrays. Um die Zeichnungen einfach zu halten, sind in den Figuren nur eine TX-Antenne und eine RX-Antenne gezeigt. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte ohne weiteres auf Radarsensoren mit Antennenarrays übertragbar sind.
2 veranschaulicht die erwähnte Frequenzmodulation des Signals s_HF(t). Wie in dem oberen Diagramm von 2 gezeigt, ist das Signal _SHF(t) aus einer Reihe von „Chirps“, d. h. pulsförmigen sinusförmigen Kurvenverläufen mit ansteigender (Aufwärts-Chirp) oder abfallender (Abwärts-Chirp) Frequenz. Bei dem vorliegenden Beispiel steigt die Momentanfrequenz f_LO(t) eines Chirps innerhalb einer definierten Zeitspanne TC_HIRP (siehe unteres Diagramm von 2) von einer Startfrequenz f_START zu einer Endfrequenz F_STOP linear an. Ein derartiger Chirp wird auch als lineare Frequenzrampe bezeichnet. Ein linear frequenzmoduliertes (LFM) Signal mit drei identischen linearen Frequenzrampen ist in 2 dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Parameter f_START, F_STOP, T_CHIRP, sowie die Pause zwischen den einzelnen Frequenzrampen abhängig von der tatsächlichen Implementierung der Radareinrichtung 1 abweichen kann und sich auch während des Betriebs der Radareinrichtung ändern kann. In der Praxis kann die Frequenzver-änderung zum Beispiel linear (linearer Chirp, lineare Frequenzrampe), exponentiell (exponentieller Chirp) oder hyperbolisch (hyperbolischer Chirp) sein, wobei meist lineare Chirps verwendet werden.
3 veranschaulicht ein einfaches Beispiel, das zeigt, wie der Betrieb eines Radarsensors durch andere Radarsensoren, die als Störer bezeichnet werden, gestört werden kann. Dementsprechend zeigt 3 eine Straße mit drei Spuren und fünf Fahrzeugen A1, A2, A3, A4 und A5. Bei dem vorliegenden Beispiel wird das Fahrzeug A1 als „eigenes Fahrzeug“ und sein Radarsensor als „eigener Radarsensor“ angesehen. Der eigene Radarsensor sendet ein Signal und erfasst ein von dem Fahrzeug A5, welches das durch den eigenen Radarsensor zu detektierende Radar-Target T darstellt, zurückgestreutes Echosignal E1. Allerdings empfängt der eigene Radarsensor zusätzlich zu dem gewünschten Echosignal E1 störende Signale D2, D3, D4, die von den bordeigenen Radarsensoren (Störern) der Fahrzeuge A2, A3 und A4 gesendet werden. Diese Störsignale interferieren mit dem gewünschten Radarecho E1 und können die Detektion von Radar-Targets aus dem empfangenen Radarsignal (das das Echo E1 ebenso wie die Störsignale D2, D3 und D4 enthält) negativ beeinflussen.
4 veranschaulicht schematisch ein Beispiel für ein Frequenzmodulationsschema, wie es bei FMCW-Radarsensoren gewöhnlich implementiert wird. Bei dem abgebildeten Beispiel wird eine Sequenz von sechzehn Aufwärts-Chirps für eine Datenerfassung gesendet. Eine derartige Sequenz einer definierten Anzahl von Chirps wird als „Chirp-Frame“ bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Chirp-Frame in der Praxis üblicherweise viel mehr Chirps (z. B. 256 Chirps) enthält und das vorliegende Beispiel lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung vereinfacht wurde. Ein Radarsensor sendet ein frequenzmoduliertes HF-Signal, wie in 4 abgebildet, und empfängt ein entsprechendes HF-Radar-Echo-Signal. Ein beispielhaftes Signalverarbeitungsverfahren zum Auswerten der Radarechos wird später unter Bezugnahme auf 12 erörtert. An dieser Stelle sollte angemerkt werden, dass ein Frame für eine Erfassung von Radardaten (digitalisiertes Basisband-Radarsignal) verwendet wird. Insbesondere können die einem Chirp-Frame entsprechenden Daten die vollständigen Eingangsdaten für eine Range-Doppler-FFT bilden, was das Ermitteln von Abstands- und Geschwindigkeitsinformationen aus den einem einzelnen Chirp-Frame entsprechenden Daten ermöglicht.
Abhängig von den Eigenschaften der Störsignale (vgl. 3, Signale D2, D3 und D4) können die gewünschten Radarechos auf verschiedene Arten beeinträchtigt werden. Die 5 und 6 veranschaulichen anhand eines Beispiels, wie ein Störer die empfangenen Radarechos stören kann, wenn die Störsignale Chirps enthalten, die unterschiedliche Parameter, insbesondere einen anderen Frequenzanstieg („frequency slope“) als die Radar-echos, aufweisen. 5 veranschaulicht die Frequenz eines Chirps über der Zeit (Chirp-Dauer 60 µs), der bei dem Beispiel von 3 durch den eigenen Radarsensor abgestrahlt wird. Die Startfrequenz des abgestrahlten Signals _SHF(t) beträgt näherungsweise 76250 MHz, und die Endfrequenz beträgt näherungsweise 76600 MHz. Ein Störsignal (z. B. das Störsignal D3 bei dem Beispiel von 3), das von einem anderen Radarsensor erzeugt wird, enthält einen Aufwärts-Chirp, der bei näherungsweise 76100 MHz beginnt und bei 76580 MHz endet (Chirp-Dauer 30 µs), und einen nachfolgenden Abwärts-Chirp, der bei der Endfrequenz des vorangehenden Aufwärts-Chirps (76580 MHz) beginnt und bei einer Startfrequenz des nächsten Aufwärts-Chirps (76100 MHz) endet, mit einer Chirp-Dauer von 10 µs. Die Bandbreite BW_BB des Basisbandsignals des eigenen Radarsensors ist in 5 durch gestrichelte Linien angedeutet. Es wird angemerkt, dass wenn ein IQ-Mischer (In-Phase/Quadratur-Mischer) verwendet wird, um das empfangene HF-Signal in das Basisband zu wandeln, das resultierende digitale Basisbandsignal als komplexwertiges (analytisches) Signal betrachtet werden kann, das, abhängig davon, wie der IQ-Mischer implementiert ist, entweder nur positive oder nur negative Frequenzbestandteilte (Spektrallinien) enthält.
6 zeigt einen beispielhaften Kurvenverlauf des (vorverarbeiteten) Basisbandsignals, das aus dem empfangenen Radarsignal, das ein gewünschtes Radarecho und eine Störung enthält, resultiert. Man kann sehen, dass die Signalbestandteile in jenen Zeitintervallen, in denen die Frequenz des Störsignals innerhalb der Bandbreite BW_BB des Radarsensors (siehe 5) liegt, aufgrund der Störung ein signifikantes Ausmaß aufweisen. Bei dem vorliegenden Beispiel tritt die Störung während der 60 µs-Chirp-Dauer drei Mal auf, nämlich bei näherungsweise 7 µs, 28 µs und 42 µs. Wie erwähnt, ist die Leistung von Störsignalen üblicherweise höher als die Leistung von Radarechos von echten Targets. Entsprechend steigt die Leistung des empfangenen HF-Signals, wenn es gestört wird, an. Nichtsdestotrotz erscheinen Störungen als vergleichsweise kurze Bursts, deren Dauer davon abhängt, für wie lang sich die Bandbreiten der Signale überlappen. Deshalb sind üblicherweise nicht sämtliche Chirps eines Frames (siehe 4) von Störungen betroffen. Des Weiteren sind Störsignale und das Sendesignal eines bestimmten Radarsensors bei dem vorliegenden Beispiel unkorreliert, weshalb die Störungen als Rauschen angesehen werden können und das Gesamt-Grundrauschen erhöhen. Das in 6 gezeigte Basisbandsignal wird als digitales Signal verarbeitet, das in Frames partitioniert werden kann, die dem Chirp-Frame in dem emittierten HF-Radarsignal entsprechen. Jeder Frame des digitalen Signals enthält mehrere digitale Samples, und ein Frame kann wieder in Segmente partitioniert werden, die den einzelnen Chirps eines Frames in dem emittierten HF-Radarsignal entsprechen. Wie oben erwähnt, ist die Leistung des empfangenen HF-Signals (und damit auch die Leistung des resultierenden Basisbandsignals) höher, wenn es, verglichen mit einer Situation, in der es nur Echosignale von realen Radar-Targets enthält, Störungen enthält. Deshalb können Samples, die durch Störungen gestört sind, unter Verwendung eines digitalen Schwellenwertdetektors leicht detektiert werden. Bevor einige neue Konzepte dafür, wie Störungen abgeschwächt/verhindert werden können, erörtert werden, wird ein Beispiel für einen Radarsensor und insbesondere ein HF-Frontend eines Radarsensors ausführlicher erläutert, was helfen sollte, die nachfolgende Erörterung besser zu verstehen. Die hierin erörterten Beispiele betreffen ein Radarsystem mit einem HF-Frontend, das einen Mischer verwendet, der ein reell-wertiges Basisbandsignal erzeugt. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte ohne weiteres auf Radarsysteme mit HF-Frontends übertragen werden können, die einen IQ-Mischer verwenden, der ein komplexwertiges (d.h. analytisches) Signal erzeugt. Das Herabmischen/die Demodulation unter Verwendung von IQ-Mischern ist eine Technik, die auf dem Gebiet von Radarsensoren als solche bekannt ist und sie wird deshalb hierin nicht separat erläutert.
7 ist ein Blockschaltbild, das eine Beispiel-Struktur eines Radarsensors 1 veranschaulicht. Dementsprechend ist zumindest eine Sendeantenne 5 (TX-Antenne(n)) und zumindest eine Empfangsantenne 6 (RX-Antenne(n)) mit einem HF-Frontend 10, das in einem üblicherweise als monolithischer integrierter Mikrowellenschaltkreis („monolithic microwave integrated circuit“; MMIC) bezeichneten Halbleiterchip integriert sein kann, verbunden. Das HF-Frontend 10 kann sämtliche zur HF-Signalverarbeitung erforderlichen Schaltungskomponenten enthalten. Derartige Schaltungskomponenten können zum Beispiel einen Lokaloszillator (LO), HF-Leistungsverstärker, rauscharme Verstärker (LNAs), Richtkoppler wie beispielsweise Rat-Race-Koppler und Zirkulatoren sowie Mischer für die Herabmischung (Demodulation) von HF-Signalen (z. B. dem Signal y_HF(t), siehe 1) in das Basisband (auch als ZF-Band bezeichnet) enthalten. Wie erwähnt, können Antennenarrays anstelle von Einzelantennen verwendet werden. Das abgebildete Beispiel zeigt ein bi-statisches (oder pseudo-monostatisches) Radarsystem, das getrennte RX- und TX-Antennen besitzt. Im Fall eines monostatischen Radarsystems kann eine einzige Antenne oder ein einziges Antennenarray sowohl zum Empfangen als auch zum Senden elektromagnetischer (Radar)-Signale verwendet werden. In diesem Fall kann ein Richtkoppler (z. B. ein Zirkulator) verwendet werden, um an den Radarkanal zu sendende HF-Signale von von dem Radarkanal empfangenen HF-Signalen zu trennen.
Im Fall eines FMCW-Radarsensors können die durch die TX-Antenne 5 abgestrahlten HF-Signale in einem Bereich zwischen näherungsweise 20 GHz (z. B. 24 GHz) und 81 GHz (z. B. etwa 77 GHz bei Automotive-Anwendungen) liegen. Wie erwähnt, enthält das durch die RX-Antenne 6 empfangene HF-Signal die Radarechos, d. h. die Signale, die von dem/den Radar-Target(s) zurückgestreut werden, und gegebenenfalls durch andere Radarsensoren (Störer) emittierte Störsignale. Das empfangene HF-Signal y_HF(t) wird in das Basisband herabgemischt und in dem Basisband unter Verwendung von analoger Signalverarbeitung (siehe 8, Basisbandsignalverarbeitungskette 20), die im Wesentlichen Filterung und Verstärkung des Basisbandsignals beinhaltet und damit die Bandbreite des empfangenen Signals (vgl. 5, Bandbreite B) bestimmt, weiterverarbeitet. Das Basisbandsignal wird schließlich unter Verwendung von einem oder mehr Analog-Digital-Wandlern 30 digitalisiert und in der digitalen Domäne (siehe 3, Digitalsignalverarbeitungskette, die z. B. in dem digitalen Signalprozessor 40 implementiert ist) weiterverarbeitet. Das Gesamtsystem wird durch einen Systemcontroller 50 gesteuert, der zumindest teilweise unter Verwendung eines Prozessors, der eine geeignete Firmware ausführt, implementiert ist. Der Prozessor kann z. B. in einem Mikrocontroller, einem digitalen Signalprozessor oder dergleichen enthalten sein. Der digitale Signalprozessor 40 (DSP) kann Teil des Systemcontrollers 50 oder von diesem getrennt sein. Der Signalprozessor und der Systemcontroller können in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) integriert sein. Das HF-Frontend 10 und die analoge Basisbandsignalverarbeitungskette 20 (und optional der ADC 30) können in einer einzigen MMIC integriert sein. Allerdings können die in 7 gezeigten Komponenten auf zwei oder mehr integrierte Schaltkreise verteilt sein. Insbesondere können einige Teile der digitalen Signalverarbeitung in der MMIC erfolgen.
8 zeigt eine beispielhafte Implementierung des HF-Frontends 10, das in dem in 7 gezeigten Radarsensor enthalten sein kann. Es wird angemerkt, dass 8 ein vereinfachtes Schaltbild darstellt, das die Grundstruktur eines HF-Frontends veranschaulicht. Tatsächliche Implementierungen, die stark von der Anwendung abhängen können, können natürlich komplexer sein. Insbesondere enthalten viele praktische Implementierungen mehrere Empfangs- und Sendekanäle, wobei bei dem abgebildeten Beispiel nur ein Empfangskanal (u.a. gebildet aus dem LNA103, dem Mischer 104 und der Basisband-Verarbeitungskette 20) und ein Sendekanal (u.a. gebildet aus dem Leistungsverstärker 102) gezeigt sind, um die Darstellung einfach zu halten. Das HF-Frontend 10 enthält einen Lokaloszillator (LO) 101, der ein HF-Signal s_LO(t) erzeugt, das, wie oben unter Bezugnahme auf die 2 und 4 erläutert, frequenzmoduliert sein kann. Das Signal s_LO(t) wird auch als LO-Signal bezeichnet. Bei Radaranwendungen liegt das LO-Signal üblicherweise im SHF-(super hohe Frequenz; „super high frequency“)- oder dem EHF-(extrem hohe Frequenz; „extremely high frequency“)-Band, z. B. bei Automotive-Anwendungen zwischen 76 GHz und 81 GHz.
Das LO-Signal s_LO(t) wird im Sendesignalpfad (Sendekanal) sowie im Empfangssignalpfad (Empfangskanal) verarbeitet. Das Sendesignal s_HF(t), das durch die TX-Antenne 5 abgestrahlt wird, wird durch Verstärken des (frequenzmodulierten) LO-Signals s_LO(t), z. B. unter Verwendung eines HF-Leistungsverstärkers 102, erzeugt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 102 wird, z. B. über Streifenleitungen (strip lines), einem Koppler, einem Anpassungsnetzwerk etc. (in 9 nicht gezeigt) mit der TX-Antenne 5 gekoppelt. Das Sendesignal s_HF(T) wird auch als ausgehendes Radarsignal bezeichnet. Das empfangene HF-Signal y_HF,T(t), das durch die RX-Antenne 6 geliefert wird, wird einem Mischer 104 zugeführt. Bei dem vorliegenden Beispiel wird das empfangene HF-Signal y_HF(t) (d. h. das Antennensignal) durch einen HF-Verstärker 103 (z. B. einen rauscharmen Verstärker, LNA, mit Verstärkung g) vorverstärkt, so dass der Mischer an seinem HF-Eingang das verstärkte Signal g·y_HF(t) empfängt. Der Mischer 104 empfängt weiterhin an seinem Referenzeingang das frequenzmodulierte LO-Signal s_LO(t) und ist dazu ausgebildet, das verstärkte HF-Signal g·y_HF(t) in das Basisband herabzumischen (zu demodulieren). Das resultierende Basisbandsignal am Mischerausgang ist mit y_BB(t) bezeichnet. Das Basisbandsignal y_BB(t) wird durch die analoge Basisbandsignalverarbeitungskette 20 (siehe auch 8), die im Wesentlichen ein oder mehr Filter (z. B. ein Bandpassfilter oder Hochpass- und Tiefpassfilter), um unerwünschte Seitenbänder und Bildfrequenzen zu entfernen, sowie einen oder mehr Verstärker enthält, weiterverarbeitet. Das analoge Ausgangssignal der Basisbandsignalverarbeitungskette 20 ist mit y(t) bezeichnet und kann einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 30 (siehe auch 8) zugeführt werden. Das durch den ADC 30 ausgegebene digital Signal y[n] wird als digitales Radarsignal bezeichnet, das die digitalen Radardaten enthält.
Es versteht sich, dass das digitale Radarsignal in Frames partitioniert wird, die den Chirp-Frames des LO-Signals s_LO(t) entsprechen, und dass jeder Frame des digitalen Radarsignals in mehrere Segmente unterteilt werden kann, die den mehreren Chirps in dem entsprechenden Chirp-Frame entsprechen. Eine Erfassung (d.h. ein Messprozess) erfordert die Erfassung eines Frames von digitalen Radardaten, wobei die Datenerfassung mit einer definierten (Frame)-Wiederholrate wiederholt wird. Das digitale Radarsignal (z.B. Frame für Frame) kann einem Prozessor wie beispielsweise einem digitalen Signalprozessor 40 zugeführt werden, der dazu programmiert ist, das digitale Radarsignal weiterzuverarbeiten, z.B. durch Anwenden von Algorithmen, die als Range-/Doppler-Verarbeitung zusammengefasst werden. Die Implementierung der in 8 gezeigten Schaltungskomponenten ist im Kontext eines Radarsensors als solche bekannt und wird daher nicht ausführlicher erläutert.
8 zeigt auch, wie ein gewünschtes Radarecho und ein durch einen anderen Radarsensor gesendetes Radarsignal interferieren. 8 zeigt weiterhin das Radar-Frontend 10' eines weiteren Radarsensors, wobei nur der Lokaloszillator 101' und der Sendekanal (mit dem Verstärker 102') und die Sendeantenne 5' gezeigt sind, um die Darstellung einfach zu halten. Der weitere Radarsensor strahlt ein Signal s_HF'(t) ab. Das resultierende HF-Signal, das an der Empfangsantenne 6 des ersten Radarsensors ankommt, ist als HF-Störsignal y_HF,I(t) bezeichnet. Die Empfangsantenne 6 des ersten Radarsensors empfängt das HF-Störsignal y_HF,I(t) zusammen mit dem gewünschten HF-Echo-Signal y_HF,T(t), das durch das Radar-Target T, von dem das Signal _SHF(t) des ersten Radarsensors zurückgestreut wird, verursacht wird.
Sowohl das Radar-Echo y_HF,T(t) als auch das Störsignal y_HF,I(t) werden durch die Antenne 6 empfangen und überlagern sich an dem HF-Eingang des Mischers 104 (y_HF(t)= y_HF,T(t)+y_HF,I(t)). Aus 8 ist zu sehen, dass die Störsignalkomponente y_HF,I(t) des empfangenen Signals y_HF(t) auf dieselbe Weise wie die in dem empfangenen Signal y_HF(t) enthaltenen Radar-Echos y_HF,T(t) in das Basisband herabgemischt werden. Entsprechend ist die Störung, wenn die Frequenzdifferenz zwischen der Momentan-Frequenz f_LO des Sendesignals _SHF(t) und der Momentan-Frequenz des empfangenen Störsignals y_HF,I(t) innerhalb der Bandbreite BW_BB der Basisbandsignalverarbeitungskette 20 liegt, auch in dem digitalen Radarsignal y[n] vorhanden.
Es existieren einige Konzepte zum Abschwächen von Störungen bei Radarsensoren. Einige dieser Konzepte können kombiniert werden. Gemäß einigen Ansätzen werden Frames oder einzelne Segmente (entsprechend den spezifischen Chirps), die durch Störungen gestört sind, einfach detektiert und verworfen. Andere Ansätze zielen auf das Auslöschen der Signalkomponenten aufgrund von Störungen und das Wiederherstellen des originalen, nicht-gestörten Signals in der digitalen Domäne ab. Das unten beschriebene Konzept zielt auf das Vermeiden von Störungen durch Modifizieren von Chirp-Parametern (insbesondere der Startfrequenz eines Chirp-Parameters) vor, zu Beginn oder innerhalb eines Chirps-Frames ab.
Für die folgende Erörterung wird angenommen, dass der Lokaloszillator eines Radarsensors über ein relativ großes Frequenzband hinweg abgestimmt werden kann. Zum Beispiel ermöglicht der Lokaloszillator, die LO-Frequenz f_LO des LO-Signals s_LO(t) von 76 GHz bis 81 GHz abzustimmen. Das heißt, bei dem vorliegenden Beispiel beträgt die maximale Bandbreite BW_MAX des Radarsensors 5 GHz. Allerdings kann während des normalen Betriebs die für eine Radardatenerfassung verwendete Bandbreite BW der Chirps signifikant geringer sein, zum Beispiel 1-3 GHz. Dies bedeutet, dass die „Position“ der Chirp-Bandbreite BW innerhalb der maximalen Bandbreite BW_MAX verschoben sein kann, ohne in der nachfolgenden, zur Target-Erkennung verwendeten Signalverarbeitung irgendetwas zu ändern.
Es wird angemerkt, dass die Linearität der Frequenzmodulation für die Qualität der Radarmessung wichtig ist. Auch wenn gewöhnliche Implementierungen von Lokaloszillatoren (üblicherweise ein in einer Phasenregelschleife gekoppelter, spannungsgesteuerter Oszillator) über eine relativ große Bandbreite von 5 GHz abgestimmt werden kann, wäre die erzielbare Linearität einer 5 GHz-Frequenzrampe (als Breitband-Chirp bezeichnet) für normale Radarmessungen unzureichend. Indem der Lokaloszillator nur durch die relative kleine Chirp-Bandbreite von z.B. 1 GHz abgestimmt wird, kann eine signifikant bessere Linearität erreicht werden.
9 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung eines Konzepts, das (auch wenn dieser Ausdruck auf dem Gebiet der drahtlosen Kommunikation eine etwas andere Bedeutung besitzt) als Frequenzspringen beschrieben werden kann. 9 enthält ein Frequenz-gegenüber-Zeit-Diagramm, das die Momentan-Frequenz f_LO(t) des LO-Signals s_LO(t), das bei dem Beispiel von 8 zum Beispiel durch den Lokaloszillator 101 erzeugt werden kann, veranschaulicht. Entsprechend enthält das LO-Signal s_LO(t) mehrere Chirp-Frames, von denen jeder aus N Chirps zusammengesetzt ist (wobei N eine positive ganze Zahl größer als eins ist, z.B. N=256), wobei die Bandbreite BW der N Chirps eines Chirps-Frames geringer als die maximale Bandbreite BW_MAX ist. Die Startfrequenz eines jeden Chirps ist mit f_START bezeichnet, und die Stoppfrequenz F_STOP ist daher für einen Aufwärts-Chirp f_START+BW. Während des Betriebs wird eine verstärkte Version des Chirp-Frames als HF-Radarsignal _SHF(t) abgestrahlt. Vor dem Erzeugen des ersten Chirps eines Chirp-Frames wird ein Breitband-Chirp erzeugt, der eine höhere Bandbreite als die regulären Chirps eines Chirp-Frames besitzt. Bei dem abgebildeten Beispiel besitzt der Breitband-Chirp eine Bandbreite, die gleich der maximalen Bandbreite BW_MAX ist. Der Breitband-Chirp ist ein „passiver“ Chirp, was bedeutet, dass die Sender-Leistung signifikant verringert oder sogar null ist, während der Lokaloszillator den Breitband-Chirp erzeugt. Zum Beispiel kann der Leistungsverstärker 102 (siehe 8) während eines Breitband-Chirps deaktiviert werden.
Ein passiver Breitband-Chirp ermöglicht es, die volle Bandbreite f_MAX-f_MIN = BW_MAX nach potentiellen Störern abzuscannen. Daher wird ein passiver Breitband-Chirp auch als „Scan-Chirp“ bezeichnet. Da ein Scan-Chirp passiv ist, sind in dem empfangen HF-Signal y_HF(t) keine Radar-Echos enthalten; wenn in der Nähe des Radarsensors ein Störer vorhanden ist, wird das empfangene HF-Signal nichtdestotrotz das durch den Störer hervorgerufene Störsignal y_HF,I(t) enthalten (siehe auch 8). In dem Empfangskanal des Radarsensors wird das Störsignal y_HF,I(t) unter Verwendung des Breitband-Chirps demoduliert und - wenn ein Störer vorhanden ist - werden die durch einen oder mehr Störer verursachten Störungen in dem resultierenden (digitalen) Basisbandsignal y[n], zum Beispiel wie in 6 gezeigt, offenbar. Da der Scan-Chirp ein Breitband-Chirp ist, wird eine relativ große Bandbreite (oder die volle Bandbreite BW_MAX des Radarsensors) nach potentiellen Störern „abgescannt“. Das Signal-Segment des digitalen Radarsignals y[n], das dem Scan-Chirp entspricht, kann analysiert werden, um ein geeignetes Frequenzband mit der Chirp-Bandbreite BW innerhalb des vollen Frequenzbereichs von f_MIN bis f_MAX zu detektieren. In diesem Kontext bedeutet geeignetes Frequenzband ein Frequenzband mit der Bandbreite BW, das keine oder nur wenig Störer enthält. Die Startfrequenz f_START der (aktiven) Chirps eines Chirp-Frames, der für eine Radardatenerfassung verwendet wird, kann dann verändert werden, so dass der Frequenzbereich von f_START bis F_STOP = f_START+BW keine Störer oder so wenig Störer wie möglich enthält. Ein effizienter Ansatz zum Detektieren geeigneter Sub-Bänder zum Senden eines Chirp-Frames wird unten beschrieben. Bei Radarsystemen mit mehreren Eingangs-(Empfangs)-Kanälen und mehreren Ausgangs-(Sende)-Kanälen - sogenannten MIMO-Systemen - kann während des Erzeugens eines Scan-Chirps nur ein einziger Eingangs-/Empfangskanal aktiv sein, um den Leistungsverbrauch des Radarsystems zu verringern. Da Scan-Chirps nur verwendet werden, um Störer (und keine realen Radar-Targets) zu detektieren, ist ein einziger aktiver Eingangskanal ausreichend. Die anderen Eingangs-/Empfangskanäle werden nur in Zeitintervallen verwendet, in denen die regulären Chirps eines Chirp-Frames abgestrahlt werden.
10 zeigt in dem oberen Diagramm einen Scan-Chirp, der die volle Bandbreite BW_MAX abdeckt, sowie das entsprechende Signalsegment des digitalen Radarsignals y[n]. Wie in dem mittleren Diagramm von 10 zu sehen ist, enthält das digitale Radarsignal y[n] Störungen, die durch einen oder mehr Störer verursacht werden. Es versteht sich, dass das digitale Radarsignal y[n] ein zeitdiskretes Signal ist, das aus mehreren digitalen Samples, die zu diskreten Zeitpunkten gehören, zusammengesetzt ist. Das untere Diagramm von 10 zeigt ein Signal P[n], das die Momentan-Leistung des digitalen Radarsignals repräsentiert. Bei einem Beispiel kann das Signal P[n] einfach die Einhüllende des digitalen Radarsignals P[n] repräsentieren. Für das hierin beschriebene Konzept ist es nicht wichtig, wie das Signal P[n] tatsächlich definiert und berechnet wird. Der Zweck von 10 besteht darin, zu zeigen, dass die Samples des digitalen Radarsignals y[n], die durch Störungen gestört sind, einfach unter Verwendung einer Schwellenwertdetektionstechnik detektiert werden können. Das heißt, jedes Sample, dessen Leistung einen definierten Schwellenwert übersteigt, wird als durch Störungen gestört detektiert. Es versteht sich, dass dies äquivalent zum Detektieren von Samples, deren Betrag einen entsprechenden Schwellenwert TH übersteigt, ist. Wie oben angegeben, können die hierin beschriebenen Konzepte leicht auf Radarsysteme übertragen werden, die IQ-Mischer für die Herabmischung des empfangenen HF-Radarsignals in das Basisband verwenden. In diesem Fall kann das digitale Radarsignal als komplexwertiges Signal betrachtet werden, für das der Betrag als die Quadratwurzel der Summe der Quadrate von Real- und Imaginärteil berechnet werden kann. Um das Erfordernis, die Quadratwurzel zu berechnen, zu vermeiden, kann der quadrierte Betrag (der eine Signalleistung repräsentiert) mit einem entsprechenden Schwellenwert verglichen werden.
Bei dem Beispiel von 10, oberes Diagramm, ist zu sehen, dass jeder Zeitpunkt t₁, t₂, t₃, etc. einer entsprechenden Frequenz f₁, f₂, f₃, etc. zugeordnet ist. Da der Scan-Chirp eine lineare Frequenzrampe ist, ist jedes Sample des digitalen Radarsignals einer entsprechenden (diskreten) Frequenz zugeordnet; und in dem Fall, in dem ein bestimmtes Sample als durch Störungen gestört detektiert wird, kann die entsprechende, diskrete Frequenz als „durch Störungen gesperrt“ betrachtet werden. Umgekehrt entsprechen alle anderen Samples, die nicht als durch Störungen gestört detektiert werden, entsprechenden, diskreten Frequenzen, die „frei“ sind, d.h. nicht durch Störungen gesperrt sind.
Wie aus 10 zu sehen ist, kann das Ergebnis dieser Detektion, obwohl ungestörte Samples in der Zeit-Domäne detektiert werden (z.B. durch Vergleichen des Betrags eines jeden Samples mit einem Schwellenwert TH Sample für Sample), direkt freien und gesperrten Frequenzen zugeordnet werden. Bei dem Beispiel von 10 kann das Zeitintervall von t₁ bis t₂, das keine als gestört detektierten Samples enthält, direkt dem Frequenzintervall von fi bis f₂ zugeordnet werden. Die sample-weise Erkennung von ungestörten Samples in der Zeit-Domäne ergibt direkt freie Frequenzintervalle. Bei dem vorliegenden Beispiel kann die Start-Frequenz f_START auf eine Frequenz gleich fi oder geringfügig darüber eingestellt werden, um die Chirps des nachfolgend gesendeten Chirp-Frames in ein freies Sub-Band zu verschieben. An dieser Stelle wird angemerkt, dass keine Berechnungen erforderlich sind, um die freien Sub-Bänder zu bestimmen. Die Sample-Rate und daher das Sample-Intervall Δt des ADCs 30 (siehe 8) ist ein bekannter Systemparameter, und aufgrund der Verwendung von linearen Frequenzrampen ist das Zeitintervall Δt ist proportional zu einem Frequenz-Inkrement Δf, das damit ebenfalls ein bekannter Systemparameter ist und von der Steilheit der Frequenzrampe abhängt. In einem Segment eines digitalen Radarsignals, das einem Scan-Chirp entspricht, kann das erste Sample der Start-Frequenz zugeordnet werden, das zweite Sample der Frequenz f_START+Δf, das dritte Sample der Frequenz f_START+2Δf, und so weiter.
Gemäß einigen hierin beschriebenen Ausführungsformen kann die Start-Frequenz f_START eines Chirps (und damit das Sub-Band, in dem der Chirp erzeugt wird) innerhalb eines Chirp-Frames geändert werden. Zu diesem Zweck wird ein regulärer Chirp eines Chirp-Frames durch einen Scan-Chirp ersetzt. Die Ersetzung von regulären Chirps durch einen Scan-Chirp innerhalb eines Chirp-Frames kann allgemein an einer beliebigen Position eines Chirps innerhalb des Chirp-Frames stattfinden. Zum Beispiel können der 10^te reguläre Chirp, der 86^te reguläre Chirp oder der 156^te reguläre Chirp ersetzt werden. Des Weiteren können nicht nur ein regulärer Chirp sondern mehr als ein regulärer Chirp innerhalb des Chirp-Frames ersetzt werden. Die Entscheidung, ob ein regulärer Chirp durch einen Scan-Chirp ersetzt wird und welcher Chirp ersetzt wird, kann von der detektierten Störung abhängen. 11 veranschaulicht eine Situation, in der der Betrieb eines Radarsensors durch zwei Störer gestört wird. Das Diagramm von 11 veranschaulicht einen Teil eines Chirp-Frames, der während einer Radardatenerfassung abgestrahlt wird. Die durchgezogene Linie repräsentiert die Frequenz des LO-Signals s_LO(t) des Radarsensors. Die gestrichelte Linie und die gestrichpunktete Linie repräsentieren die Frequenzen der in den Empfangskanal des Radarsensors eingestreuten Störsignale. Die schattierten Bereiche markieren die Gebiete (d.h. die Zeitintervalle), in denen die Momentan-Frequenzen der Störer innerhalb eines bestimmten Korridors um die Frequenz f_LO des LO-Signals s_LO(t) des Radarsensors liegen und somit Störungen auftreten können. Die Breite des erwähnten Korridors hängt von der Bandbreite BW_BB des Basisbandsignals ab (siehe auch 5 oder 10).
Innerhalb eines Chirp-Frames, der N Chirp-Positionen aufweist (d.h. N Zeitschlitze, in denen ein Chirp erzeugt werden kann, können gestörte Samples wiederholt detektiert werden (z.B. Sample für Sample), wobei jedes gestörte Sample einer entsprechenden „gesperrten“ Frequenz zugeordnet werden kann, während die verbleibenden Frequenzen als „frei“ (ohne Störungen) angesehen werden können. In 12 sind die erwähnten Chirp-Positionen mit „Chirp 1“, „Chirp 2“, „Chirp 3“, etc. bezeichnet. Die Chirp-Positionen definieren die zeitlichen Positionen (d.h. Zeitschlitze) des Chirps eines Chirp-Frames. Die Zeitschlitze eines Frames besitzen eine definierte Länge (Chirp-Länge T_CHIRP) und sind über einen Chirp-Frame hinweg gleich. Innerhalb eines Chirp-Frames kann ein Controller (vgl. 7) basierend auf den als gestört detektierten Samples entscheiden, dass in den gegenwärtigen Chirp-Frame ein Scan-Chirp einzufügen ist. Dementsprechend wird ein Scan-Chirp an einer oder mehr Chirp-Positionen, wie bei dem Beispiel von 12 gezeigt, erzeugt. Das heißt, die für diese Chirp-Positionen geplanten, regulären Chirps werden durch den Scan-Chirp ersetzt. Wie oben erwähnt, wird die Sendeleistung (verglichen mit der regulären Sendeleistung) verringert oder null, während der Scan-Chirp erzeugt wird. Weiterhin ist es wichtig, das Timing der Chirp-Positionen/Zeitschlitze beizubehalten. Das heißt, zumindest ein Scan-Chirp wird an einer oder mehr aufeinanderfolgenden Chirp-Positionen emittiert, wobei ein Scan-Chirp eine Modulationspause enthalten kann, während der das LO-Signal nicht moduliert wird (siehe 12, Pause bei Chirp-Position „Chirp 7“). Die Modulationspause kann für die Berechnungen und die Signalverarbeitung, die zum Bestimmen eines freien Sub-Bands erforderlich sind, verwendet werden.
Basierend auf den Samples (während des Scan-Chirps und während der vorangehenden regulären Chirps), die als gestört detektiert werden, und den entsprechenden Frequenzen kann ein freies Sub-Band (oder ein Sub-Band mit nur wenigen Störungen) ausgewählt werden, und die Start-Frequenz f_START kann für die nachfolgenden Chirps des Chirp-Frames, wie in 12 dargestellt, eingestellt werden. Die digitalen Radardaten (d.h. die Samples des digitalen Radarsignals), die den Chirp-Positionen „Chirp 6“ und „Chirp 7“, die durch den Scan-Chirp belegt werden, entsprechen, können durch voreingestellte Werte, z.B. durch null (Null-Padding) ersetzt werden. Ein Null-Padding jener Segmente eines Frames des digitalen Radarsignals, die den durch den Scan-Chirp (und gegebenenfalls der Modulationspause) belegten Chirp-Positionen entsprechen, kann die Qualität der Target-Erkennung geringfügig verringern. Allerdings wird die Auswirkung von Null-Padding relativ gering (oder sogar vernachlässigbar), wenn in einem Frame, der üblicherweise eine relativ hohe Anzahl (z.B. N=256 oder N=512) von Chirp-Positionen enthält, nur einer oder wenige reguläre Chirps durch Scan-Chirps ersetzt werden. Der resultierende Frame kann immer noch unter Verwendung von Range-Doppler-Signalverarbeitungstechniken zur Target-Erkennung verarbeitet werden.
Bei den soweit erörterten Beispielen wurde nur ein Chirp-Frame betrachtet. Es versteht sich jedoch, dass ein Radarsensor während des normalen Betriebs eine Vielzahl aufeinanderfolgender Chirp-Frames über mehrere Sendekanäle (bei Mehrkanalsystemen) abstrahlt. Bei dem Beispiel von 13 wird ein Framezwischenraum verwendet, um passive Scan-Chirps zu erzeugen, um Störungen regelmäßig und kontinuierlich zu überwachen und die Informationen betreffend Störungen zu verwenden, um regelmäßig die Start-Frequenz f_START der (aktiven) regulären Chirps einzustellen. Bei dem Beispiel von 13 sind die Scan-Chirps passive Chirps (Senderleistung niedrig oder null), aber sie müssen keine Bandbreite besitzen, die höher als die reguläre Chirp-Bandbreite BW ist. Es kann nichtsdestotrotz nützlich sein, Breitband-Chirps als Scan-Chirps zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Framezwischenraum auch in Chirp-Positionen/Zeitschlitze partitioniert werden, die dieselbe Länge T_CHIRP wie die Chirp-Positionen/Zeitschlitze der für die Radardatenerfassung verwendeten Chirp-Positionen/Zeitschlitze aufweisen (siehe 12). Die Informationen darüber, welche Samples als durch Störungen gestört detektiert werden, werden im Weiteren als Metadaten bezeichnet (weil sie Daten über digitale Radardaten repräsentieren). Bei einem Beispiel enthalten die Metadaten ein Bit (gestört/nicht gestört) je Sample der durch den ADC 30 (siehe 8) bereitgestellten, digitalen Radardaten. Es wird angemerkt, dass in diesem Fall jedes Bit der Metadaten, wie unter Bezugnahme auf 10 erörtert, direkt einer diskreten Frequenz zugeordnet werden kann. Die Metadaten können kontinuierlich (wiederholt für jeden Chirp, jedes Sample oder jede Gruppe von Samples) erzeugt und analysiert werden. Basierend auf den Metadaten kann die Start-Frequenz f_START der regulären Chirps des Chirp-Frames aktualisiert werden. Eine Aktualisierung der Start-Frequenz kann vorgenommen werden, bevor eine neue Datenerfassung beginnt und ein neuer Chirp-Frame beginnt, oder auch innerhalb eines Chirp-Frames. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen und Konzepte miteinander kombiniert werden können.
14 zeigt ein Blockschaltbild eines Radarsystems, bei dem Teile des Systemcontrollers 50 und der Signalverarbeitung 40 (vgl. 7) in einem separaten Chip integriert sind. Wie erwähnt, werden der Controller 50 und die Digitalsignalverarbeitung 40 als funktionale Einheiten betrachtet, die mehrere Unter-Einheiten aufweisen können, die auf zwei oder mehr Chips verteilt sein können. Die MMIC 1 enthält einen oder mehr Empfangskanäle RX0, RX1 und einen oder mehr Sendekanäle TX0, TX1, die ähnlich zu dem Beispiel von 8 aufgebaut sein können. Der Lokaloszillator 101 erzeugt das (frequenzmodulierte) LO-Signal s_LO(t), das verstärkt und als HF-Radarsignale über die Sendekanäle abgestrahlt werden kann. Weiterhin wird das LO-Signal s_LO(t) verwendet, um die empfangenen HF-Signale, wie unter Bezugnahme auf 8 erörtert, zu demodulieren. Die resultierenden Basisbandsignale werden unter Verwendung von einem oder mehr Analog-Digital-Wandlern (siehe 14, ADC 30) digitalisiert.
Die durch den Lokaloszillator LO 101 bereitgestellte Frequenzmodulation wird durch einen Rampengenerator 111 gesteuert, der im Wesentlichen eine Schaltung darstellt, die die Chirp-Parameter wie beispielsweise Start-Frequenz f_START, Stopp-Frequenz F_STOP, Chirp-Dauer T_CHIRP, Modulationspause, etc. steuert (siehe auch 2). Der/die mit „füge Metadaten ein“ bezeichnete Funktionsblock/verarbeitete Einheit/Steuerschaltkreis ist dazu ausgebildet, die Metadaten zu erzeugen, die, wie oben erörtert (z.B. unter Verwendung eines Schwellenwerts TH, vgl. 10) anzeigen, welches der einzelnen Samples des digitalen Radarsignals durch Störungen gestört ist, und die Metadaten und die digitalen Radardaten zu mischen, um einen Datenstrom zu erzeugen, der über eine serielle Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindung (siehe 14, serielle Schnittstellen 31 und 51) an den Controller-Chip 2 gesendet wird. Es wird angemerkt, dass der Steuerschaltkreis, der die Metadaten in den durch den ADC 30 bereitgestellten Radardatenstrom einfügt, auf eine Weise ausgebildet sein kann, dass der über die Kommunikationsverbindung übertragene Datenstrom nur Metadaten in den Zeitintervallen zwischen Chirp-Frame (Framezwischenraum) enthält, wenn nur (passive) Scan-Chirps erzeugt werden. Dies vermeidet ein Überlasten des Speichers (siehe 14, Speicher 53) der in 14 gezeigten MCU 2.
In dem Controller-Chip 2 wird der über die serielle Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindung empfangene Datenstrom in die digitalen Radardaten und die Metadaten separiert. Die Metadaten können in einem Speicher 54 gepuffert werden. Die digitalen Radardaten können auf eine beliebige bekannte Weise (siehe 13, Block 52 und Speicher 53) verarbeitet werden, um Radar-Targets zu detektieren, z.B. unter Verwendung von Range-Doppler-Verarbeitung CFAR-Algorithmen, etc. (CFAR = Constant False Alarm Rate; konstante Fehlalarmrate). Die in dem Speicher 54 gespeicherten Metadaten können kontinuierlich verarbeitet werden (siehe 15, DSP 55), um ein geeignetes freies oder optimales Sub-Band (zum Beispiel definiert durch eine Start-Frequenz f_START und eine Chirp-Bandbreite BW) für die während der Chirp-Frame abgestrahlten regulären Chirps zu bestimmen. Die Systemstruktur von 14 ermöglicht eine Verarbeitung der Metadaten unabhängig und gleichzeitig mit Range-/Doppler-Verarbeitung, und die Verarbeitung der Metadaten belastet den Range-/Doppler-Prozessor (siehe 14, Prozessoreinheit 52) nicht. Weil die Metadaten, bevor sie in dem Speicher 54 gespeichert/gepuffert werden, von den digitalen Radardaten (d.h. dem durch den ADC 30 bereitgestellten, digitalen Radarsignal y[n]) separiert werden, kann das Verhalten des Range-/Doppler-Prozessors 52 durch die während des Zeitintervalls zwischen dem Chirp-Frame (Framezwischenraum) erzeugten Metadaten nicht beeinflusst werden; ein derartiges Konzept ermöglicht es, eine zugeordnete verarbeitende Einheit 55, die vollständig unabhängig von dem Range-/Doppler-Prozessor 52 arbeiten kann, zu verwenden, um die Metadaten zu analysieren.
Die in 14 gezeigte Systemstruktur ermöglicht eine Rückmeldung von dem Prozessor 55, der regelmäßig eine aktualisierte Start-Frequenz f_START bestimmt, an den Rampengenerator 111 in der MMIC 1. Diese Rückmeldung der aktualisierten Start-Frequenz und gegebenenfalls anderer Rampen-Parameter ist in 14 durch die gestrichelten Linien angezeigt. Diese Informationen können über einen zugeordneten Kommunikationskanal wie beispielsweise eine serielle Peripherieschnittstelle („Serial Peripheral Interface“; SPI), direkte Leitungsverbindungen, die an schnelle Eingangs-/Ausgangs-Pins angeschlossen sind, oder eine gemeinsame serielle Schnittstelle zwischen der MMIC und der MCU, der zur Steuerung, Diagnose, sowie Aktualisierung der durch den Rampen-Generator 111 verwendeten Start-Frequenz f_START (und anderer Chirp-Parameter) verwendet wird, ausgetauscht werden.
Die funktionale Trennung zwischen dem Verarbeiten der Metadaten (Prozessor 55) und der Target-Erkennung (Range-Doppler-Verarbeitung 52) ermöglicht es, die Verarbeitung der Metadaten unter Verwendung von Firmware, die durch den Chip-Hersteller einmal in den Controller-Chip 2 programmiert wird und die durch den Kunden nicht geändert werden kann, zu implementieren, wohingegen die Software, die die Target-Erkennung implementiert, bei vielen Anwendungen unter der Kontrolle des Kunden steht und daher durch den Kunden geändert werden kann. Während des Betriebs des Radarsystems arbeiten die Verarbeitung der Metadaten (Prozessor 55) und die Target-Erkennung (Range-Doppler-Verarbeitung) gleichzeitig, und jede Änderung/Aktualisierung der Start-Frequenz der regulären Chirps eines Chirp-Frames erfordert keine entsprechenden Änderungen bei der Target-Erkennung.
15 veranschaulicht ein Beispiel für die Verarbeitung von Metadaten durch den Prozessor 55 in dem System von 14. Dementsprechend werden die Metadaten, die von der MMIC 1 über die schnelle serielle Kommunikationsverbindung empfangen werden, analysiert (siehe 15, Schritt S101), um festzustellen, welche Frequenzen eines bestimmten regulären Chirps eines Chirp-Frames durch Störungen gestört sind. Wie oben unter Bezugnahme auf 10 erörtert, kann jedes (zu einem bestimmten konkreten Zeitpunkt gesampelte) Sample direkt einer bestimmten diskreten Frequenz zugeordnet werden. Basierend auf der Analyse der Metadaten können die folgenden Situationen unterschieden werden. Bei dem vorliegenden Beispiel beinhaltet die Analyse der Metadaten die Unterteilung des gegenwärtigen Sub-Bands (Frequenzbereich von f_START bis f_STOP) der regulären Chirps in einen oberen Teil und einen unteren Teil, und festzustellen, ob Störungen in beiden, dem oberen und dem unteren Teil des gegenwärtigen Sub-Bands (siehe 15, Fallunterscheidung S102) auftreten, oder nur in dem unteren Teil (siehe 15, Fallunterscheidung S103), oder nur in dem oberen Teil (siehe 15, Fallunterscheidung S104). Wenn beide Teile des gegenwärtigen Sub-Bands Störungen enthalten, kann geprüft werden, ob ein freies Sub-Band bei höheren oder niedrigeren Frequenzen existiert (d.h. Frequenzbereichen über bzw. unter dem gegenwärtigen Sub-Band, siehe 15, Fallunterscheidung S105). Diese Informationen können von einem vorangehenden Scan der vollen Bandbreite unter Verwendung von Scan-Chirps, wie oben, z.B. unter Bezugnahme auf 13, erörtert, verfügbar sein. Wenn ein freies Sub-Band bei höheren Frequenzen (d.h. Frequenzbereich über dem gegenwärtigen Sub-Band) gefunden wurde, wird die Start-Frequenz f_START (und daher die Position des gegenwärtigen Sub-Bands) zu einer höheren Frequenz verschoben (siehe 15, Schritt 106), so dass ein freies (oder weniger gestörtes) Sub-Band für die nachfolgenden Chirps verwendet wird. Wenn ein freies Sub-Band bei niedrigeren Frequenzen (d.h. Frequenzbereich unter dem gegenwärtigen Sub-Band) gefunden wurde, wird die Start-Frequenz f_START zu einer niedrigeren Frequenz verschoben (siehe 15, Schritt S107)
In einer Situation, in der die Analyse der Metadaten aufzeigt, dass nur der untere Teil des gegenwärtigen Sub-Bands gestörte Frequenzen enthält, kann die Start-Frequenz f_START für nachfolgende Chirps des gegenwärtigen Chirp-Frames zu höheren Frequenzen verschoben werden (siehe 15, Schritt S106). Zum Beispiel kann die neue/aktualisierte Start-Frequenz f_START direkt über der höchsten Frequenz, die als gestört identifiziert wurde, eingestellt werden. Alternativ kann die neue/aktualisierte Start-Frequenz f_START auf eine Frequenz im oberen Teil des gegenwärtigen Sub-Bands eingestellt werden. In einer Situation, in der die Analyse der Metadaten aufzeigt, dass nur der obere Teil des gegenwärtigen Sub-Bands gestörte Frequenzen enthält, kann die Start-Frequenz f_START für nachfolgende Chirps des gegenwärtigen Chirp-Frames zu niedrigeren Frequenzen verschoben werden (siehe 15, Schritt S107). Zum Beispiel kann die neue/aktualisierte Start-Frequenz f_START so eingestellt werden, dass die entsprechende Stopp-Frequenz f_STOP = f_START + BW direkt über der niedrigsten Frequenz liegt, die als gestört identifiziert wurde. Alternativ kann die neue/aktualisierte Start-Frequenz f_START so eingestellt werden, dass die entsprechende Stopp-Frequenz f_STOP im unteren Teil des gegenwärtigen Sub-Bands liegt. Es versteht sich, dass die Entscheidungen, ob und wie die Start-Frequenz f_START für nachfolgende Chirps verschoben wird, auf viele verschiedene Arten implementiert werden kann. Weiterhin wird angemerkt, dass der Zweck von 15 keinen vollständigen Algorithmus zum Aktualisieren von Start-Frequenzen von regulären Chirps eines Chirp-Frames basierend auf einer Metadatenanalyse darstellt. 15 wird vielmehr als Leitlinie verstanden, die es einem Fachmann ermöglicht, verschiedene Lösungen zum Verschieben des gegenwärtigen Sub-Bands von regulären Chirps zu implementieren. Die in dem Flussdiagramm von 15 gezeigten Verfahrensschritte/Aktivitäten können auf verschiedene unterschiedliche Arten, die von der tatsächlichen Anwendung abhängig können, implementiert werden.
16 veranschaulicht mittels eines Flussdiagramms ein weiteres Beispiel für die Verarbeitung von Metadaten durch den Prozessor 55 in dem System von 14. Es wird angemerkt, dass das Beispiel von 16 keine Alternative zu dem vorangehenden Beispiel von 15 darstellt, da beide Beispiele kombiniert werden können. 15 betrifft die Verarbeitung von Metadaten, die sich auf reguläre Chirps eines Chirp-Frames beziehen, wohingegen 16 die Verarbeitung von Metadaten betrifft, die sich auf in dem Frame-zwischenraum erzeugte Scan-Chirps (siehe 13), die eine höhere Bandbreite als reguläre Chirps eines Chirp-Frames aufweisen können, bezieht. Gemäß 16 werden die Metadaten der Scan-Chirps analysiert (siehe 16, Schritt S201). Diese Analyse (siehe 16, Schritt S201) kann das Prüfen, welche Frequenzen gestört sind, wie oben unter Bezugnahme auf 10 erörtert, beinhalten. Wie oben erläutert, entspricht jedes Sample einem bestimmten Zeitpunkt und einer bestimmten diskreten Frequenz. Entsprechend kann jede gestörte Frequenz markiert werden (siehe 16, Schritt S202), und jede kohärente Gruppe von Frequenzen, die nicht als gestört markiert sind, können als freie Sub-Bänder angesehen werden (16, Schritt S203). Dies ermöglicht es, eine geeignete Start-Frequenz f_START innerhalb der freien Sub-Bänder für die bevorstehenden regulären Chirps des nächsten Chirp-Frames auszuwählen.
Nachfolgend werden einige oben beschriebene, beispielhafte Ausführungsformen zusammengefasst. Es wird jedoch betont, dass die folgende Nummerierung, die 20 Punkte enthält, nicht abschließend sondern vielmehr ein Überblick über in der obigen Beschreibung enthaltene, beispielhafte Ausführungsformen ist.

Beispiel 1: Verfahren, das aufweist: Empfangen eines HF-Radarsignals (vgl. 8, Signal y_HF(t)); Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals in ein Basisband unter Verwendung eines frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals (vgl. 8, Signal s_LO(t)) mit einem Scan-Chirp, der eine Bandbreite (vgl. 9, Bandbreite BW), die höher als eine Bandbreite eines regulären Chirps ist, aufweist; Erzeugen eines digitalen Basisbandsignals (vgl. 8, y[n]) basierend auf dem herabgemischten HF-Radarsignal, wobei das digitale Basisbandsignal eine Sequenz von Samples, die zu dem Scan-Chirp gehören, enthält; Identifizieren von gestörten Samples, die durch Störungen (vgl. 10) gestört sind, in der Sequenz von Samples; Auswählen eines Sub-Bands, das die reguläre Chirp-Bandbreite aufweist, basierend auf der Position der gestörten Samples innerhalb der Sequenz von Samples, um Chirps eines Chirp-Frames, der für eine Messdatenerfassung verwendet wird, zu senden (vgl. 9 und 12).
Beispiel 2: Verfahren gemäß Beispiel 1, wobei das Identifizieren beeinträchtigter Samples aufweist: Prüfen der Sequenz von Samples Sample für Sample, um die Samples, die eine HF-Radarsignalleistung über einem Schwellenwert repräsentieren, als gestörte Samples zu identifizieren.
Beispiel 3: Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei die Positionen der gestörten Samples Frequenzwerten innerhalb der Radarbandbreite entsprechen, und wobei das Sub-Band so ausgewählt wird, dass es keine oder so wenig wie möglich Frequenzwerte enthält, die Positionen von gestörten Samples entsprechen.
Beispiel 4: Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 3, wobei keine oder nur eine vernachlässigbar kleine HF-Leistung gesendet wird, während das empfangene HF-Radarsignal unter Verwendung des frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals mit dem Scan-Chirp in ein Basisband herabgemischt wird.
Beispiel 5: Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, das weiterhin aufweist: Frequenzmodulieren des Lokaloszillatorsignals, so dass es eine Sequenz von Chirps in dem gewählten Sub-Band enthält; Senden eines HF-Signals, das basierend auf dem Lokaloszillatorsignal erzeugt wird und die Sequenz von Chirps enthält, in dem gewählten Sub-Band; Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals in das Basisband unter Verwendung des frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals, das die Sequenz von Chirps in dem gewählten Sub-Band enthält, und Erzeugen des digitalen Basisbandsignals; Detektieren von einem oder mehr Radar-Targets basierend auf dem resultierenden digitalen Basisbandsignal.
Beispiel 6: Verfahren, das aufweist: Erzeugen eines frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals (vgl. 8, Signal s_LO(t))mit einem Frame, der in N Chirp-Positionen partitioniert ist, wobei N eine vorgegebene ganze Zahl ist; wobei der Frame an einer oder mehr Chirp-Positionen zumindest einen Scan-Chirp und an den verbleibenden Chirp-Positionen reguläre Chirps enthält, wobei die regulären Chirps eine Chirp-Bandbreite und eine Start-Frequenz aufweisen und der zumindest eine Scan-Chirp eine Scan-Bandbreite, die höher als die Chirp-Bandbreite (vgl. 12) ist, aufweist; Senden eines HF-Signals, das den Frame repräsentiert, wobei die Sendeleistung während des Sendens des zumindest einen Scan-Chirps Null oder auf unter die Leistung eines regulären Chirps verringert ist; Empfangen eines HF-Radarsignals (vgl. 8, Signal y_HF(t)), das dem Frame entspricht, Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals in ein Basisband unter Verwendung des Lokaloszillatorsignals, und Erzeugen eines digitalen Signals (vgl. 8, Signal y[n]) basierend auf dem herabgemischten Signal; Detektieren gestörter Samples, die durch Störungen beeinträchtigt sind, in einem Teil des digitalen Signals, der dem Scan-Chirp entspricht, und Aktualisieren der Start-Frequenz für die regulären Chirps, die dem Scan-Chirp folgen, basierend auf den detektierten gestörten Samples; und Detektieren von einem oder mehr Radar-Targets basierend auf dem digitalen Signal, wobei der Teil des digitalen Signals, der nicht den regulären Chirps entspricht, durch voreingestellte Samples ersetzt wird.
Beispiel 7: Verfahren gemäß Beispiel 6, wobei der Frame an der ersten Chirp-Position einen regulären Chirp enthält.
Beispiel 8: Verfahren gemäß Beispiel 6 oder 7, wobei ein Scan-Chirp eine Frequenzrampe enthält, die sich über zwei oder mehr Chirp-Positionen erstreckt.
Beispiel 9: Verfahren gemäß einem der Beispiele 6 bis 8, wobei ein Scan-Chirp eine Frequenzrampe gefolgt von einer Modulationspause enthält.
Beispiel 10: Verfahren gemäß einem der Beispiele 6 bis 9, wobei der Teil des digitalen Signals, der nicht den regulären Chirps entspricht, durch Null-Padding ersetzt wird.
Beispiel 11: Verfahren gemäß einem der Beispiele 6 bis 9, wobei das digitale Signal N Sub-Sequenzen enthält, die den N Chirp-Positionen des Frames entsprechen, wobei jede Sub-Sequenz M Samples enthält; und wobei das Detektieren des einen oder der mehr Radar-Targets beinhaltet: Berechnen einer N×M-Range-Doppler-Map mit M Range-Fouriertransformationen und N Doppler-Fouriertransformationen; das Detektieren des einen oder der mehr Radar-Targets basierend auf der N×M-Range-Doppler-Map enthält.
Beispiel 12: Verfahren, das aufweist: Erzeugen eines frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals (vgl. 9, Signal s_LO(t))mit einer Vielzahl von Frames von Chirps und einem oder mehr Scan-Chirps zwischen den Frames; Erzeugen eines HF-Signals, wobei eine Sendeleistung des HF-Signals während des Erzeugens des zumindest einen Scan-Chirps verringert oder Null ist; Empfangen eines HF-Radarsignals (vgl. 8, Signal y_HF(t)), Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals in ein Basisband unter Verwendung des Lokaloszillatorsignals, und Erzeugen eines digitalen Signals basierend auf dem herabgemischten Signal (vgl. 8, Signal y[n]), wobei das digitale Signal aus mehreren Sequenzen zusammengesetzt ist, wobei jede Sequenz entweder einem Chirp eines bestimmten Frames oder einem Scan-Chirp entspricht; wiederholtes Erzeugen von Metadaten, die anzeigen, ob die betreffende Sequenz durch Störungen gestört ist, für jede Sequenz; und wiederholtes Bestimmen einer Start-Frequenz für die Chirps der Frames basierend auf den Metadaten (vgl. 13 und 14).
Beispiel 13: Verfahren gemäß Beispiel 12, wobei die Metadaten für jeden Chirp anzeigen, welche(r) Teil(e) eines Frequenz-Bands des betreffenden Chirps durch Störungen gestört ist (sind).
Beispiel 14: Verfahren gemäß Beispiel 12 oder 13, wobei die Metadaten auf Sample-Positionen innerhalb jeder Sequenz von Samples, die durch Störungen gestört sind, schließen lassen.
Beispiel 15: Radarsystem, das aufweist: einen Lokaloszillator, der dazu ausgebildet ist, ein frequenzmoduliertes Lokaloszillatorsignal (vgl. 14, LO 101 und 8, Signal s_LO(t))mit mehreren Frames von Chirps und einem oder mehr Scan-Chirps zu erzeugen; zumindest einen Sendekanal (vgl. 14, Kanäle TX01, TX02), der dazu ausgebildet ist, ein HF-Signal (vgl. 8, Signal s_HF(t)) basierend auf dem Lokaloszillatorsignal zu erzeugen, wobei eine Sendeleistung des HF-Signals während des Erzeugens des zumindest einen Scan-Chirps Null oder unter eine Leistung eines normalen Chirps verringert ist; zumindest einen Empfangskanal (vgl. 14, Kanäle RX01, RX02), der dazu ausgebildet ist, ein HF-Radarsignal zu empfangen, das empfangene HF-Radarsignal unter Verwendung des Lokaloszillatorsignals in ein Basisband herabzumischen und ein digitales Signal basierend auf dem herabgemischten Signal zu erzeugen, wobei das digitale Signal aus mehreren Sequenzen zusammengesetzt ist, wobei jede Sequenz entweder einem Chirp eines bestimmten Frames oder einem Scan-Chirp entspricht; eine erste verarbeitende Einheit (vgl. 14, Funktionsblock „Einsetzen von Metadaten“), die dazu ausgebildet ist, für jede Sequenz wiederholt Metadaten zu erzeugen, die anzeigen, ob die betreffende Sequenz durch Störungen gestört ist; und eine zweite verarbeitende Einheit (vgl. 14, Metadaten-Prozessor 55), die dazu ausgebildet ist, wiederholt eine Start-Frequenz für die Chirps der Frames basierend auf den Metadaten zu bestimmen.
Beispiel 16: Radarsystem gemäß Beispiel 15, das weiterhin aufweist: einen Rampengenerator (vgl. 14, Rampengenerator 111), der mit dem Lokaloszillator gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, den Lokaloszillator entsprechend einem oder mehr Rampenparametern einschließlich der Start-Frequenz zu steuern, um den Lokaloszillator zu veranlassen, das frequenzmodulierte Lokaloszillatorsignal mit den mehreren Frames von Chirps und den einen oder die mehr Scan-Chirps zu erzeugen.
Beispiel 17: Radarsystem gemäß Beispiel 16, wobei die zweite verarbeitende Einheit mit dem Rampengenerator gekoppelt (vgl. 14, durch gestrichelte Linie angezeigte Verbindung) und dazu ausgebildet ist, die durch den Rampengenerator verwendete Start-Frequenz zu aktualisieren.
Beispiel 18: Radarsystem gemäß einem der Beispiele 15 bis 17, wobei der Lokaloszillator, der Rampengenerator, der zumindest einen Empfangskanal (RX01, RX02) und die erste verarbeitende Einheit in einer MMIC integriert sind, wobei die zweite verarbeitende Einheit in einer weiteren integrierten Schaltung (vgl. 14, MCU 2) integriert ist, und wobei die MMIC und die weitere integrierte Schaltung durch eine Kommunikationsverbindung zum Senden des digitalen Signals und der entsprechenden Metadaten von der MMIC an die weitere integrierte Schaltung verbunden sind (vgl. 14, schnelle serielle Schnittstellen 31 und 51).
Beispiel 19: Radarsystem gemäß Beispiel 18, das weiterhin aufweist: eine weitere Verbindung zwischen der MMIC und der weiteren integrierten Schaltung (siehe 14, durch gestrichelte Linie angezeigte Verbindung), wobei die zweite verarbeitende Einheit dazu ausgebildet ist, die durch den Rampengenerator verwendete Start-Frequenz über die weitere Verbindung zu aktualisieren.
Beispiel 20: Radarsystem gemäß einem der Beispiele 15 bis 19, das weiterhin aufweist: eine dritte verarbeitende Einheit (vgl. 14, Range/Doppler-Verarbeitung), die dazu ausgebildet ist, ein oder mehr Radar-Targets basierend auf dem digitalen Signal, zu detektieren, wobei die dritte verarbeitende Einheit unabhängig von der zweiten verarbeitenden Einheit arbeitet, wobei die zweite verarbeitende Einheit dazu ausgebildet ist, unabhängig von und gleichzeitig mit der dritten verarbeitenden Einheit zu arbeiten.
Beispiel 21: Radarsystem, das einen Lokaloszillator aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein frequenzmoduliertes Lokaloszillatorsignal mit einem Scan-Chirp, der eine höhere Bandbreite als eine Bandbreite eines regulären Chirps aufweist, zu erzeugen und das weiterhin zumindest einen Empfangskanal aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein HF-Radarsignal zu empfangen, das empfange HF-Radarsignal unter Verwendung des frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals mit dem Scan-Chirp in ein Basisband herabzumischen, und ein digitales Basisbandsignal basierend auf dem herabgemischten HF-Radarsignal zu erzeugen, wobei das digitale Basisbandsignal eine Sequenz von zu dem Scan-Chirp gehörenden Samples enthält. Das Radarsystem weist weiterhin eine verarbeitende Einheit auf, die dazu ausgebildet ist, die zu dem Scan-Chirp gehörende Sequenz von Samples zu empfangen und in der Sequenz von Samples gestörte Samples, die durch Störungen beeinträchtigt sind, zu identifizieren und zum Senden von Chirps eines Chirp-Frames, der für eine Messdatenerfassung verwendet wird, basierend auf der Position der gestörten Samples innerhalb der Sequenz von Samples ein Sub-Band auszuwählen, das eine Bandbreite eines regulären Chirps aufweist.
Beispiel 22: Radarsystem, das einen Lokaloszillator aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein frequenzmoduliertes Lokaloszillatorsignal mit einem Frame, der in N Chirp-Positionen (wobei N eine vorgegebene ganze Zahl ist) partitioniert ist, zu erzeugen, wobei der frame an einer oder mehr Chirp-Positionen zumindest einen Scan-Chirp und an den verbleibenden Chirp-Positionen reguläre Chirps aufweist, wobei die regulären Chirps eine Chirp-Bandbreite und eine Startfrequenz aufweisen und der zumindest eine Scan-Chirp eine Scan-Bandbreite, die höher als die Chirp-Bandbreite ist, aufweist. Das Radarsystem weist weiterhin zumindest einen Sendekanal auf, der dazu ausgebildet ist, ein den Frame repräsentierendes HF-Signal zu senden, wobei eine Senderleistung während des Sendens des zumindest einen Scan-Chirps null oder unter eine Leistung eines regulären Chirps verringert ist. Weiterhin weist das Radarsystem zumindest einen Empfangskanal auf, der dazu ausgebildet ist, ein dem Frame entsprechendes HF-Radarsignal zu empfangen, das empfangene HF-Radarsignal unter Verwendung des Lokaloszillatorsignals in das Basisband herabzumischen und ein digitales Signal basierend auf dem herabgemischten Signal zu erzeugen. Eine verarbeitende Einheit ist dazu ausgebildet, in einem Teil des digitalen Signals, der dem Scan-Chirp entspricht, durch Störungen beeinträchtigte, gestörte Samples zu detektieren, und die Startfrequenz für die dem Scan-Chirp folgenden regulären Chirps basierend auf den detektierten gestörten Chirps zu aktualisieren. Die verarbeitende Einheit ist weiterhin dazu ausgebildet, ein oder mehr Radar-Targets basierend auf dem digitalen Signal zu detektieren, wobei der den regulären Chirps nicht entsprechende Teil des digitalen Signals durch voreingestellte Samples ersetzt wird.

Es versteht sich, das eine (Signal)-Verarbeitende Einheit eine beliebige Einheit (einschließlich Hardware oder Software oder einer Kombination aus Hard- und Software) sein kann, die dazu in der Lage und ausgebildet ist, die hierin beschriebenen, gewünschten Verfahren und Funktionen auszuführen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine verarbeitende Einheit unter Verwendung elektronischer Schaltungen implementiert werden, die dazu ausgebildet sind, digitale und/oder analoge Signale zu verarbeiten, um die Funktionen, die erforderlich sind, um die hierin beschriebenen Verfahren zu implementieren, bereitzustellen. Die elektronischen Schaltungen können zum Beispiel digitale Prozessoren und Speicher zum Speichern von Anweisungen, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, die elektronische Schaltung dazu veranlassen, die gewünschten Funktionen auszuführen, enthalten. Die elektronischen Schaltungen einer verarbeitenden Einheit können weiterhin Peripherieschaltungen enthalten, die es dem Prozessor ermöglichen, mit anderen Schaltungen zu kommunizieren und interagieren. Zusätzlich oder als Alternative zu einem Software ausführenden Prozessor können die elektronischen Schaltungen fest verdrahtete Logikschaltungen, die nicht von Software abhängen, enthalten. Der Ausdruck Software beinhaltet auch Firmware, die üblicherweise einmal in eine integrierte Schaltung programmiert wird. Andere Arten von Software können anwendungsspezifisch und durch einen Anwender modifizierbar sein. Verarbeitende Einheiten werden manchmal auch als Controller, Controllerschaltungen oder Controllereinheiten bezeichnet, oder Controller, Controllerschaltungen oder Controllereinheiten können eine oder mehr verarbeitende Schaltungen enthalten.
Auch wenn verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine oder mehr konkrete Implementierungen beschrieben wurden, können an den dargestellten Beispielen Abwandlungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Umfang der angehängten Ansprüche abzuweichen. In besonderer Hinsicht auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Einheiten, Baugruppen, Einrichtungen, Schaltungen, Systeme etc.) ausgeführt werden, sollen die Ausdrücke (einschließlich einer Bezugnahme auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um derartige Komponenten zu beschreiben, - sofern nicht anders angegeben - jeder Komponente oder Struktur, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente (z.B. die funktionell äquivalent ist) ausführt, entsprechen, selbst wenn sie zu der offenbarten Struktur, die die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Erfindung ausführt, strukturell nicht äquivalent ist.

Claims

Verfahren, das aufweist: Empfangen eines HF-Radarsignals (y_HF(t)); Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals (y_HF(t)) in ein Basisband unter Verwendung eines frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals (s_LO(t)) mit einem Scan-Chirp, der eine Bandbreite, die höher als eine Bandbreite eines regulären Chirps ist, aufweist, Erzeugen eines digitalen Basisbandsignals (y[n]) basierend auf dem herabgemischten HF-Radarsignal (y_HF(t)), wobei das digitale Basisbandsignal (y[n]) eine Sequenz von Samples, die zu dem Scan-Chirp gehören, enthält; Identifizieren von gestörten Samples, die durch Störungen gestört sind, in der Sequenz von Samples; Auswählen eines Sub-Bands, das die reguläre Chirp-Bandbreite aufweist, basierend auf der Position der gestörten Samples innerhalb der Sequenz von Samples, um Chirps eines Chirp-Frames, der für eine Messdatenerfassung verwendet wird, zu senden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Identifizieren beeinträchtigter Samples aufweist: Prüfen der Sequenz von Samples Sample für Sample, um die Samples, die eine HF-Radarsignalleistung über einem Schwellenwert repräsentieren, als gestörte Samples zu identifizieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Positionen der gestörten Samples Frequenzwerten innerhalb der Radarbandbreite entsprechen, und wobei das Sub-Band so ausgewählt wird, dass es keine oder so wenig wie möglich Frequenzwerte enthält, die Positionen von gestörten Samples entsprechen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei keine oder nur eine vernachlässigbar kleine HF-Leistung gesendet wird, während das empfangene HF-Radarsignal (y_HF(t)) unter Verwendung des frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals (s_LO(t)) mit dem Scan-Chirp in ein Basisband herabgemischt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das weiterhin aufweist: Frequenzmodulieren des Lokaloszillatorsignals (s_LO(t)), so dass es eine Sequenz von Chirps in dem gewählten Sub-Band enthält; Senden eines HF-Signals, das basierend auf dem Lokaloszillatorsignal (s_LO(t)) erzeugt wird und die Sequenz von Chirps enthält, in dem gewählten Sub-Band; Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals (y_HF(t)) in das Basisband unter Verwendung des frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals (s_LO(t)), das die Sequenz von Chirps in dem gewählten Sub-Band enthält, und Erzeugen des digitalen Basisbandsignals (y[n]); Detektieren von einem oder mehr Radar-Targets basierend auf dem resultierenden digitalen Basisbandsignal (y[n]).
Verfahren, das aufweist: Erzeugen eines frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals (s_LO(t)) mit einem Frame, der in N Chirp-Positionen partitioniert ist, wobei N eine vorgegebene ganze Zahl ist; wobei der Frame an einer oder mehr Chirp-Positionen zumindest einen Scan-Chirp und an den verbleibenden Chirp-Positionen reguläre Chirps enthält, wobei die regulären Chirps eine Chirp-Bandbreite und eine Start-Frequenz (f_START) aufweisen und der zumindest eine Scan-Chirp eine Scan-Bandbreite, die höher als die Chirp-Bandbreite ist, aufweist; Senden eines HF-Signals, das den Frame repräsentiert, wobei die Sendeleistung während des Sendens des zumindest einen Scan-Chirps Null oder auf unter die Leistung eines regulären Chirps verringert ist; Empfangen eines HF-Radarsignals (y_HF(t)), das dem Frame entspricht, Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals (y_HF(t)) in ein Basisband unter Verwendung des Lokaloszillatorsignals (s_LO(t)), und Erzeugen eines digitalen Signals (y[n]) basierend auf dem herabgemischten Signal (y(t)); Detektieren erster Samples, die durch Störungen beeinträchtigt sind, in einem Teil des digitalen Signals (y[n]), der dem Scan-Chirp entspricht, und Aktualisieren der Start-Frequenz (f_START) für die regulären Chirps, die dem Scan-Chirp folgen, basierend auf den detektierten ersten Samples; und Detektieren von einem oder mehr Radar-Targets basierend auf dem digitalen Signal (y[n]), wobei der Teil des digitalen Signals (y[n]), der nicht den regulären Chirps entspricht, durch voreingestellte Samples ersetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Frame an der ersten Chirp-Position einen regulären Chirp enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei ein Scan-Chirp eine Frequenzrampe enthält, die sich über zwei oder mehr Chirp-Positionen erstreckt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ein Scan-Chirp eine Frequenzrampe gefolgt von einer Modulationspause enthält.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Teil des digitalen Signals (y[n]), der nicht den regulären Chirps entspricht, durch Null-Padding ersetzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das digitale Signal (y[n]) N Sub-Sequenzen enthält, die den N Chirp-Positionen des Frames entsprechen, wobei jede Sub-Sequenz M Samples enthält; und wobei das Detektieren des einen oder der mehr Radar-Targets beinhaltet: Berechnen einer N×M-Range-Doppler-Map mit M Range-Fouriertransformationen und N Doppler-Fouriertransformationen; das Detektieren des einen oder der mehr Radar-Targets basierend auf der N×M-Range-Doppler-Map enthält.
Verfahren, das aufweist: Erzeugen eines frequenzmodulierten Lokaloszillatorsignals (s_LO(t)) mit einer Vielzahl von Frames von Chirps und einem oder mehr Scan-Chirps zwischen den Frames, die zu Messdatenerfassungen verwendet werden; Erzeugen eines HF-Signals, wobei eine Sendeleistung des HF-Signals während des Erzeugens des zumindest einen Scan-Chirps verringert oder Null ist; Empfangen eines HF-Radarsignals (y_HF(t)), Herabmischen des empfangenen HF-Radarsignals (y_HF(t)) in ein Basisband unter Verwendung des Lokaloszillatorsignals (s_LO(t)), und Erzeugen eines digitalen Signals (y[n]) basierend auf dem herabgemischten Signal (y(t)), wobei das digitale Signal (y[n]) aus mehreren Sequenzen zusammengesetzt ist, wobei jede Sequenz entweder einem Chirp eines bestimmten Frames oder einem Scan-Chirp entspricht; wiederholtes Erzeugen von Metadaten, die anzeigen, ob die betreffende Sequenz durch Störungen gestört ist, für jede Sequenz; wiederholtes Bestimmen einer Start-Frequenz (f_START) für die Chirps der Frames basierend auf den Metadaten.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Metadaten für jeden Chirp anzeigen, welche(r) Teil(e) eines Frequenz-Bands des betreffenden Chirps durch Störungen gestört ist (sind).
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Metadaten auf Sample-Positionen innerhalb jeder Sequenz von Samples, die durch Störungen gestört sind, schließen lassen.
Radarsystem, das aufweist: einen Lokaloszillator, der dazu ausgebildet ist, ein frequenzmoduliertes Lokaloszillatorsignal (s_LO(t)) mit mehreren Frames von Chirps und einem oder mehr Scan-Chirps zu erzeugen; zumindest einen Sendekanal (TX01, TX02), der dazu ausgebildet ist, ein HF-Signal (s_HF(t)) basierend auf dem Lokaloszillatorsignal (s_LO(t)) zu erzeugen, wobei eine Sendeleistung des HF-Signals während des Erzeugens des zumindest einen Scan-Chirps Null oder unter eine Leistung eines normalen Chirps verringert ist; zumindest einen Empfangskanal (RX01, RX02), der dazu ausgebildet ist, ein HF-Radarsignal (y_HF(t)) zu empfangen, das empfangene HF-Radarsignal (y_HF(t)) unter Verwendung des Lokaloszillatorsignals (s_LO(t)) in ein Basisband herabzumischen und ein digitales Signal (y[n]) basierend auf dem herabgemischten Signal (y(t)) zu erzeugen, wobei das digitale Signal (y[n]) aus mehreren Sequenzen zusammengesetzt ist, wobei jede Sequenz entweder einem Chirp eines bestimmten Frames oder einem Scan-Chirp entspricht; eine erste verarbeitende Einheit, die dazu ausgebildet ist, für jede Sequenz wiederholt Metadaten zu erzeugen, die anzeigen, ob die betreffende Sequenz durch Störungen gestört ist; und eine zweite verarbeitende Einheit (55), die dazu ausgebildet ist, wiederholt eine Start-Frequenz (f_START) für die Chirps der Frames basierend auf den Metadaten zu bestimmen.
Radarsystem gemäß Anspruch 15, das weiterhin aufweist: einen Rampengenerator (111), der mit dem Lokaloszillator (101) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, den Lokaloszillator (101) entsprechend einem oder mehr Rampenparametern einschließlich der Start-Frequenz (f_START) zu steuern, um den Lokaloszillator (101) zu veranlassen, das frequenzmodulierte Lokaloszillatorsignal (s_LO(t)) mit den mehreren Frames von Chirps und den einen oder die mehr Scan-Chirps zu erzeugen.
Radarsystem gemäß Anspruch 16, wobei die zweite verarbeitende Einheit (55) mit dem Rampengenerator (111) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, die durch den Rampengenerator (111) verwendete Start-Frequenz (f_START) zu aktualisieren.
Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Lokaloszillator (101), der Rampengenerator (111), der zumindest einen Empfangskanal (RX01, RX02) und die erste verarbeitende Einheit in einer monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung (MMIC) (1) integriert sind, wobei die zweite verarbeitende Einheit (55) in einer weiteren integrierten Schaltung (2) integriert ist, und wobei die MMIC (1) und die weitere integrierte Schaltung (2) durch eine Kommunikationsverbindung zum Senden des digitalen Signals (y[n]) und der entsprechenden Metadaten von der MMIC (1) an die weitere integrierte Schaltung (2) verbunden sind.
Radarsystem gemäß Anspruch 18, das weiterhin aufweist: eine weitere Verbindung zwischen der MMIC (1) und der weiteren integrierten Schaltung (2), wobei die zweite verarbeitende Einheit (55) dazu ausgebildet ist, die durch den Rampengenerator (111) verwendete Start-Frequenz (f_START) über die weitere Verbindung zu aktualisieren.
Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, das weiterhin aufweist: eine dritte verarbeitende Einheit (52), die dazu ausgebildet ist, ein oder mehr Radar-Targets basierend auf dem digitalen Signal (y[n]), zu detektieren, wobei die dritte verarbeitende Einheit (52) unabhängig von der zweiten verarbeitenden Einheit (55) arbeitet, wobei die zweite verarbeitende Einheit (55) dazu ausgebildet ist, unabhängig von und gleichzeitig mit der dritten verarbeitenden Einheit (52) zu arbeiten.