雷达传感器系统和用于运行雷达传感器系统的方法
阅读说明：本技术 雷达传感器系统和用于运行雷达传感器系统的方法 (Radar sensor system and method for operating a radar sensor system ) 是由 M·迈尔 K·鲍尔 M·朔尔 于 2019-01-10 设计创作，主要内容包括：一种雷达传感器系统(100),其具有：限定数量的高频构件(10a...10d),其中,高频构件(10a...10d)中的每个分别具有用于发送和/或接收雷达波的至少一个天线,以及用于运行所述至少一个天线的至少一个天线控制装置；同步网络(20),所有高频构件(10a...10d)功能性地连接到所述同步网络上,通过所述同步网络能够为所有高频构件(10a...10d)提供高频信号；其中,至少两个高频构件(10a...10n)分别具有一个自馈送装置(21a...21d；22a..22d),所述自馈送装置用于对能够馈入所述同步网络(20)的高频信号的功率的限定的部分进行反馈,其中,在限定的时刻,能够由一个限定的高频构件(10a...10d)产生用于所有高频构件(10a...10d)的所述高频信号,其中,所述雷达传感器系统(100)在功能上能够分为至少两个部分传感器系统(100a,100b)。(A radar sensor system (100) having: a defined number of high-frequency components (10a.. 10d), wherein each of the high-frequency components (10a.. 10d) has at least one antenna for transmitting and/or receiving radar waves, respectively, and at least one antenna control device for operating the at least one antenna; a synchronization network (20) to which all high-frequency components (10a.. 10d) are functionally connected, by means of which high-frequency signals can be provided for all high-frequency components (10a.. 10 d); wherein at least two high-frequency components (10a.. 10n) each have a self-feeding device (21a.. 21 d; 22a..22d) for feeding back a defined portion of the power of a high-frequency signal that can be fed into the synchronous network (20), wherein the high-frequency signals for all high-frequency components (10a.. 10d) can be generated at defined times by a defined high-frequency component (10a.. 10d), wherein the radar sensor system (100) can be functionally divided into at least two partial sensor systems (100a, 100 b).)
技术领域
本发明涉及一种雷达传感器系统。本发明还涉及一种用于运行雷达传感器系统的方法。本发明还涉及一种计算机程序产品。
背景技术
当前，驾驶员辅助系统的市场处于转变中。尽管在过去几年中，主要是价格有利的传感装置受到重视，但是当前显示出对传感装置具有高得多的要求的高度自主驾驶的趋势。在具有高程度的驾驶员辅助功能或具有自动驾驶功能的车辆中，安装有越来越多的用于控制和调节功能的传感器。安装在车辆中的传感器例如可以是雷达传感器或激光雷达传感器，并且必须具有尽可能高的精度。通过应用精确的传感器，可以确保自主或半自主的驾驶功能的功能安全性和可靠性。
发明内容
本发明的任务在于提供一种具有改善的运行特性的雷达传感器系统。
根据第一方面，该任务通过一种雷达传感器系统来实现，其具有：
-限定数量的高频(HF)构件，其中，高频构件中的每个分别具有用于发送和/或用于接收雷达波的至少一个天线以及用于运行至少一个天线的至少一个天线控制装置；
-同步网络，所有高频构件功能性地连接到该同步网络上，通过该同步网络能够为所有高频构件提供高频信号；其中，
-至少两个高频构件分别具有一个自馈送装置(Selbstspeisungseinrichtung)，该自馈送装置用于对能够馈送到同步网络中的高频信号的功率的限定的部分进行反馈，其中，在限定的时刻能够由一个限定的高频构件产生用于所有高频构件的高频信号；其中，
-雷达传感器系统可以在功能上分成至少两个部分传感器系统。
以这种方式提供一种雷达传感器系统，该雷达传感器系统具有同步网络，至少两个“主设备功能的
参照雷达传感器系统的高频构件的天线，以这种方式有利地实现对称的关系。有利地由此实现，主设备关于雷达技术的主要功能性实现发送和接收，如同充当从设备(Slave)的那样。
根据本发明的第二方面，该任务通过用于运行雷达传感器系统的方法解决，所述方法具有以下步骤：
-借助限定数量的高频构件，分别借助至少一个天线来发送和接收雷达波；
-借助与高频构件连接的同步网络对高频构件的高频工作频率进行同步，其中，在限定的时刻仅一个唯一的高频构件将高频信号馈送到同步网络中，其中，馈送高频信号的高频构件借助自馈送装置将高频信号的功率的限定部分引导回(zurückführen)自身。
雷达传感器的有利扩展方案是从属权利要求的主题。
雷达传感器系统的一种有利的扩展方案的特征在于，借助同步网络还能够为所有高频构件提供以下中的至少一个：触发信号，时钟信号。以这种方式支持所有参与雷达传感器系统的高频构件的高相干性或同步性。
雷达传感器系统的另一有利的扩展方案设置，自馈送装置构造成耦合装置。以这种方式提供一种“混合耦合器(Hybridkoppler)”，借助该混合耦合器能够以简单的方式确定由主设备高频构件反馈的功率的大小。
雷达传感器系统的另一有利的扩展方案的特征在于，自馈送装置构造成分频器装置(Teilereinrichtung)。以这种方式有利地提供替代的反馈装置，该替代的反馈装置在某些情况下比混合耦合器更容易制造。
雷达传感器系统的另一有利的扩展方案的特征在于，分频器装置构造成波导网络(Hohlleiternetzwerk)。以这种方式提供分频器装置的具体的构型方式。
雷达传感器系统的另一有利的扩展方案的特征在于，可以如此构造自馈送装置，使得能够借助高频信号为所有高频构件提供限定的功率。以这种方式能够提供高频构件的高度的相干性或同步性。
雷达传感器系统的另一有利的扩展方案的特征在于，能够将高频构件的端口配置成高频发送端口或高频接收端口。以这种方式支持雷达传感器系统的高设计自由度，其中，发送端口和接收端口可以匹配具体的需求。
附图说明
以下根据极其简化的示意图详细阐述本发明的优选实施例。在此示出：
图1示出所提出的雷达传感器系统的示意图；
图2示出图1的雷达传感器系统的更详细的示意图；
图3示出具有衰减值的同步网络的示意图；
图4示出所提出的雷达传感器系统的另一实施方式的示意图；
图5示出所提出的雷达传感器系统的另一实施方式的示意图；
图6示出所提出的用于运行雷达传感器系统的方法的原理流程图。
在附图中，相同的结构性元件分别具有相同的附图标记。
具体实施方式
当前的雷达传感器通常具有用于产生和接收雷达波的多个高频信道。在此，在正常运行中所有高频模块可以同时运行。在对称的构型中，这样的雷达传感器可以划分为多个部分传感器。因此，每个部分传感器可以具有相应部分的雷达传感器的高频模块或高频信道。因此，例如雷达传感器的部分传感器可以在可能的紧急运行中实现有限的速度下的车辆自主行驶。当其他部分传感器的部件不再是有功能能力的时，仍然可以实现这一点。
雷达传感器系统的结构例如可以由已知的成本有利的基本部件组成。通过多个相同类型的构件的并行化，能够实现改善雷达传感器系统的性能和精度。此外，通过同时使用多个相同类型的构件能够实现用于提供装置的可靠功能的冗余。由此可以技术上简单地实现雷达传感器系统的紧急运行。为此，除了高频部件和微控制器之外，在时钟发生器中还必须存在冗余。高频部件可以是例如以MMIC(英：monolithic microwave integratedCircuit，单片微波集成电路)形式构造的天线控制装置或放大器。
由于所有高频构件由公共的时钟发生器供给有效频率(Nutzfrequenz)或基本频率，雷达传感器具有高的相干性。不同的高频构件尤其可以以相同的工作频率运行，由此能够实现多个高频构件的冗余的且相干的时钟供给。
优选地，可以为在雷达传感器系统中使用的高频构件中的至少一部分供给时钟或有效频率。在正常运行中，由至少一个时钟发生器给所有高频构件或天线控制装置供给相同的时钟，因此所有数据相互计算(verrechnen)。
在雷达传感器的正常运行中，通过至少一个时钟发生器为所有天线控制装置或高频构件实现同时的时钟供给。通过来自一个源的时钟供给，可以实现雷达传感器系统的所有高频构件的高相干性。例如，如果一个时钟发生器具有缺陷，则可以通过控制单元激活或接通用于产生高频信号的至少一个另外的时钟发生器。
通常，在雷达传感器系统中，将接管高频产生的主设备的角色分配给一个构件，由该构件向其他高频构件供给高频同步信号。为了给高频构件10a...10d提供高相干性，以便实现雷达传感器系统100的高角度分辨率，需要高频同步信号。为此，在现有技术中使用专业的模块用于产生高频以及用于其他的信号处理。
然而，随着高频模块开发的成本不断提高，例如对于较小的节点尺寸掩模成本更高，尽管实际的硅面积较大，使用相同类型的多个模块也可以带来成本优势。借助本发明得到实现成本有利且冗余的雷达传感器系统的有利的可能性。
在此提出，对于雷达传感器系统100，不仅实现冗余设计，而且实现自馈送设计。在此，高频构件之一提供自馈送，其中，一个部分传感器的故障可以通过其他部分传感器来补偿，反之亦然。
在此，相应的部分传感器中的哪个高频构件提供自馈送并不重要。唯一重要的是，部分传感器中的高频构件分别具有自馈送。在该示例中，自馈送至少涉及高频线路(LO线路)。然而，例如也可以可选地为同步网络20设置时钟线路和/或触发线路。
图1示出这种所提出的雷达传感器系统100的示意图。雷达传感器系统100具有构造成MMIC的四个高频构件10a...10d。在此，数字四仅仅是示例性的，所提出的雷达传感器系统100也可以具有少于或多于四个的高频构件。此外可以看到同步网络20，所有高频构件10a...10d功能地连接到该同步网络并且该同步网络用于同步所有高频构件10a...10d的高频工作频率。
可以看出，能够馈送高频信号的(“主设备功能的”)两个高频构件10a、10d与同步网络20的两个线路连接，这意味着实现到进行馈送的高频构件的限定的功率耦合。以这种方式，在雷达传感器系统100中存在两个主设备功能的高频构件10a、10d，其中，在正常运行的限定的时刻，但却仅有单个构件充当主设备高频构件，而剩余三个其他的高频构件充当从设备高频构件。
由于雷达传感器系统100能够被分成两个可自主运行的部分传感器100a、100b的特性，此外支持如下：例如在故障情况下，以这种方式仍然在一定程度上保留整个雷达传感器系统100的降低的功能性。结合所有高频构件大幅增加整个雷达传感器系统100的功能性。以这种方式有利地提高整个雷达传感器系统100的故障安全性，其中，如由从设备高频构件的那样，也由主设备高频构件执行雷达技术上的基本功能性“发送”和“接收”。
此外，雷达传感器系统100具有高频构件10a...10d的天线控制装置。为了简单起见，在附图中未示出用于发送和接收雷达波所需的高频构件10a...10d的其他部件，例如天线、放大器、振荡器等。
在图2中以更高的详细程度示出图1的雷达传感器系统的可能的实现方式。在此由高频构件10a、10d(仅作为示例，也可以是高频构件10b、10c)能够反馈信号功率的一小部分(例如-10dB)，因为所提及的高频构件的高频输入端(LO输入端)需要的输入功率例如比输出端提供的小14dB。
图2的布置的一个缺点可以是从设备高频构件(即那些不提供高频信号的高频构件)的高频供给。如果在主设备和从设备的情况下分别有相同的高频构件用作高频输入端，则在主设备的情况下高频功率比TX功率值低10dB，但是在从设备的情况下则低18db，如由以下的图3中可推导出的那样，从而性能通常情况下是不够的。
然而，如在当前的高频构件的情况下能够实现的那样，两个端口既可以是高频发送器又可以是高频接收器，于是高频输入端口从主设备情况改变至从设备情况，比发送功率低8dB的输入功率足以供给所有端口，其中，在所有情况下仍考虑线路损耗。但是总的来说，在所提出的方案中，输出功率与高频输入功率的比例相符。
可以看出，在图2的雷达传感器系统100的配置中，使用耦合结构用于功率的反馈，其中，这些功率在给定的时刻通过耦合装置21a或21d反馈到相应的高频构件10a、10d。以这种方式实现由高频信号向连接到同步网络20的所有高频构件输送限定程度的功率。以这种方式支持对称的功率划分，由此支持雷达传感器系统100的高性能运行。
图3示出根据以dB为单位的衰减值的同步网络20的状况(Gegebenheit)，该衰减值与所馈送的高频信号的信号功率有关。可以看到耦合装置21a、21d，借助这些耦合装置能够将-10dB的输出功率耦合反馈给高频构件10a、10d。此外可以看出，同步网络20的每个分支出现-3.5dB的损耗。结果由此实现：从充当主设备的高频构件10a、10d到其他高频构件10b、10c实现约-8dB的衰减。可以看出示例性的-1dB的线路损耗，其中，损耗尤其取决于材料和线路的长度。
图4示出所提出的雷达传感器系统100的另一实施方式。在这种情况下，同步网络20具有由T分频器元件构成的分频器装置22a、22d，用于反馈高频信号的功率。在使用合适的传输系数用于T分频器元件的情况下，以这种方式可以为所有高频构件提供均匀的高频分布。在该配置中还可以看出，能够馈送高频信号的两个高频构件分别具有两个馈送线路，其中，由分频器装置22a、22d实现两个馈送线路。在正常的运行情况下，在此高频构件10a、10d中的仅一个充当主设备高频构件。在图4的配置中，雷达传感器系统100还可以在功能上划分成两个可自主运行的部分传感器100a、100b。
要使用图2或图4的所提及的反馈装置中的哪个用于信号功率的反馈，取决于雷达传感器系统100的结构状况，尤其取决于同步网络20的制造技术上的可能性。例如可以设想，图4的分频器装置22a、22d(例如以波导网络形式的波导)比图2的耦合装置21a、21d更容易制造。有利地，在波导网络中能够实现分频器装置和耦合装置。
在先前的考虑中，始终在对角线上使用雷达传感器系统100中自馈送的高频构件。其原因尤其在于：如果使用“正常的”高频发送信道用于高频馈出和馈入，则由此实现高频构件的发送器的平衡的布置。以这种方式，自馈送的高频构件不仅“丢失”一个发送器，而是丢失两个(高频构件10a、10d)。
如图5所示，如果雷达传感器系统100的自馈送的高频构件10a、10d布置在对角线上，则可以在雷达传感器系统100的每侧上实现总共三个发送信道(高频构件10a：一个发送信道，高频构件10c：两个发送信道，高频构件10b：两个发送信道，高频构件10d：一个发送信道)。
自然可以理解，图5的配置涉及高频构件的具体构型，尤其是涉及发送信道的数量，因此仅是示例性的。
在雷达传感器系统100的正常运行中，充当主设备的高频构件承担以下所提及的任务中的多个：
-借助PLL的频率产生(例如77GHz)，和可能的时钟产生(例如50MHz)；
-高频同步信号的输出和放大；
-部分提供发送信号；
-混合到基带中；
-可能的模/数转换和数字信号的输出。
两个所提及的任务通常仅由主设备高频构件接管，其中，后三个任务由雷达传感器系统100的所有参与的高频构件10a...10d接管。
有利地，所提出的方法不仅可以用在雷达传感器系统中，而且还可以用在具有多个高频构件的任何产品中。所提出的雷达传感器系统优选用在汽车领域中。
图6示出一种用于运行雷达传感器系统100的方法的原理流程图。
在步骤200中，借助限定数量的高频构件10a...10n分别借助至少一个天线执行雷达波的发送和接收。
在步骤210中，借助与高频构件10a...10d连接的同步网络20执行高频构件10a...10n的高频工作频率的同步，其中，在限定的时刻仅一个唯一的高频构件10a...10d将高频信号馈送到同步网络20中，其中，馈送高频信号的高频构件10a...10d借助自馈送装置21a、21d；22a、22d将高频信号的功率的限定部分引导回自身。
所提出的方法可以有利地实现为在雷达传感器系统100的控制设备(未示出)中运行的软件。以这种方式有利地支持方法的简单的可变性。
因此，在不背离本发明的实质的情况下，本领域技术人员还可以实现上述未描述的或部分描述的实施方式。
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