DE10036132A1 - Vehicle mounted radar sensor signal processing method involves determining output signal of radar sensors by calculating differences of signals of filled and thinned out subarrays - Google Patents
Vehicle mounted radar sensor signal processing method involves determining output signal of radar sensors by calculating differences of signals of filled and thinned out subarraysInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Kombinationszielen bei
multiplikativer Verarbeitung der Signale eines Radarsensors, der insbesondere bei der
Erfassung der Verkehrssituation im Umfeld eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird.
Zukünftige Applikationen von Abstandssensoren im Kraftfahrzeug zur Überwachung des
freien Verkehrsraumes stellen Anforderungen, die von herkömmlichen Radarsensoren
nicht erfüllt werden. Diese Anforderungen sind in erster Linie:
Erfassung eines großen azimutalen Detektionsbereiches von bis zu ±60° (mit
heutiger Technologie werden ca. ±7° erfasst).
Hohe azimutale Winkelauflösung von besser als 0,5° im gesamten
Detektionsbereich, so dass Querkoordinaten von Objekten, wie z. B. deren Breite,
mit guter Genauigkeit bestimmt werden können.
Geringe Abmessungen und geeignete Bauformen, die eine Integration in das
Fahrzeug ermöglichen.
Robuste Technik ohne mechanisch bewegte Teile.The invention relates to a method for suppressing combination targets in the case of multiplicative processing of the signals of a radar sensor, which is used in particular for the detection of the traffic situation in the surroundings of a motor vehicle. Future applications of distance sensors in the motor vehicle for monitoring the free traffic space pose requirements that are not met by conventional radar sensors. These are primarily:
Acquisition of a large azimuthal detection range of up to ± 60 ° (with today's technology, approximately ± 7 ° is recorded).
High azimuthal angular resolution of better than 0.5 ° in the entire detection range, so that cross coordinates of objects such as B. their width can be determined with good accuracy.
Small dimensions and suitable designs that enable integration into the vehicle.
Robust technology without mechanically moving parts.
Wegen ihrer flachen Bauform und leichten Herstellbarkeit im Ätzverfahren eignen sich sogenannte Patch-Antennen für diese Anwendung besonders. Bei diesen Antennen handelt es sich um eine flächige Anordnung von strahlenden Resonatoren (Patches), die jeweils mit definierter Amplitude und Phase belegt sind. Die Überlagerung der Strahlungsdiagramme der einzelnen Patches ergibt das resultierende Strahlungsdiagramm der Antenne, wobei die Zeilen für die Charakteristik des Azimuts und die Spalten für die Charakteristik der Elevation verantwortlich sind. Because of their flat design and ease of manufacture in the etching process are suitable so-called patch antennas especially for this application. With these antennas is a flat arrangement of radiating resonators (patches) that each have a defined amplitude and phase. The overlay of the Radiation diagrams of the individual patches result in the result Radiation diagram of the antenna, the lines for the characteristic of the azimuth and the columns are responsible for the characteristic of the elevation.
Im folgenden wird der Stand der Technik, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, anhand der Fig. 1 bis 5 im Detail beschrieben.The state of the art, on which the present invention is based, is described in detail below with reference to FIGS. 1 to 5.
Fig. 1 zeigt das Prinzip eines bistatischen Sensors (getrennte Sende- und Empfangsantennen) nach dem DBF-Verfahren. Antennen haben reziproke Eigenschaften, d. h. ihre Strahlungscharakteristik ist sowohl als Sende- wie Empfangsantenne identisch. Zur Erklärung der Strahlungseigenschaften ist es daher erlaubt, zwischen der Sende- und Empfangsfunktion zu wechseln. Fig. 1 shows the principle of a bistatic sensor (separate transmit and receive antennas) according to the DBF method. Antennas have reciprocal properties, ie their radiation characteristics are identical both as transmitting and receiving antennas. To explain the radiation properties, it is therefore allowed to switch between the send and receive functions.
Das Detektionsfeld des Sensors wird von einer breit strahlenden Sendeantenne mit z. B. nur einer Patchspalte ausgeleuchtet. Die Empfangsantenne wird von n Patchspalten gebildet. Jeder Patchspalte ist eine Empfängerschaltung (Mischer) zugeordnet, an deren Ausgang Amplitude Aei und Phase ϕi (i = 1. . .n) des Empfangssignals der jeweiligen Patchspalte bestimmt werden kann. In den Empfängerschaltungen wird das Spaltensignal digitalisiert und einer Filterbank zugeführt, in der die Phase um den Betrag Φi gedreht und die Amplitude gewichtet wird. Die Ausgangssignale der Filterbank werden summiert und ergeben somit das resultierende Empfangssignal mit der gewünschten Richtcharakteristik der Antenne.The detection field of the sensor is from a wide radiating antenna with z. B. illuminated only a patch column. The receiving antenna is formed by n patch columns. Each patch column is assigned a receiver circuit (mixer), at the output of which amplitude Ae i and phase ϕ i (i = 1.. .N) of the received signal of the respective patch column can be determined. The column signal is digitized in the receiver circuits and fed to a filter bank in which the phase is rotated by the amount Φi and the amplitude is weighted. The output signals of the filter bank are summed up and thus result in the resulting reception signal with the desired directional characteristic of the antenna.
Mittels der Phasendrehung in der Filterbank wird ein Schwenken der Empfangskeule über den Azimutwinkel erreicht. Fig. 2 verdeutlicht die Scanfunktion für n = 9 Patchspalten. Werden alle Patchspalten mit der gleichen Phase Φ5 gespeist, so wird eine Wellenfront rechtwinklig zur Patchlinie abgestrahlt. Werden nun die Patchspalten ausgehend von Φ5 mit einem linear veränderlichen Versatz von ΔΦ gespeist, so ergibt sich eine Drehung der abgestrahlten Wellenfront abhängig vom Wert ΔΦ. Das Verrechnen der Patchspalten-Signale mit der Phase Φi ist mit einem mechanischen Verdrehen der Patchspaltenebene in etwa vergleichbar.The phase shift in the filter bank causes the receiving lobe to pivot over the azimuth angle. Fig. 2 illustrates the scan function for n = 9 patch columns. If all patch columns are fed with the same phase Φ 5 , a wavefront is emitted perpendicular to the patch line. If the patch columns are fed from Φ 5 with a linearly variable offset of ΔΦ, the result is a rotation of the emitted wavefront depending on the value ΔΦ. Computing the patch column signals with phase Φ i is roughly comparable to mechanically rotating the patch column level.
Das hier aufgezeigte klassische Prinzip der additiven Überlagerung ist bekannter Stand der Technik.The classic principle of additive superposition shown here is known of the technique.
Um eine große Auflösung des Azimutwinkels zu erlangen, ist eine möglichst schmale Antennenkeule, definiert als Winkel zwischen den 3 dB Punkten, erforderlich. Kleine Halbwertswinkel bedeuten eine große Antennenapertur, so dass der Halbwertswinkel durch die zur Verfügung stehenden Einbauabmessungen begrenzt wird. Der maximale Abstand der Patchspalten wird zu λ/2 bestimmt, um periodische Hauptkeulen (Grating- Lobes) zu vermeiden. Neben dem Halbwertswinkel stellt der Abstand der Nebenkeulen zur Hauptkeule ein Gütekriterium der Antenne dar. Ein hoher Nebenkeulenabstand verhindert die Erfassung von Objekten unter einem falschen Azimutwinkel.In order to obtain a large resolution of the azimuth angle, one is as narrow as possible Antenna beam, defined as the angle between the 3 dB points, required. little one Half-value angles mean a large antenna aperture, so the half-value angle is limited by the available installation dimensions. The maximum The spacing of the patch columns is determined to be λ / 2 in order to avoid periodic main lobes ( To avoid praise). In addition to the half-value angle, the distance between the side lobes to the main lobe represents a quality criterion of the antenna. A high side lobe distance prevents detection of objects at an incorrect azimuth angle.
Zur Abstandsmessung im automobilen Bereich ist international das Frequenzband von 76 bis 77 GHz vorgesehen. Die Mittenfrequenz 76,5 GHz hat eine Freiraumwellenlänge von λ = 3,92 mm.The international frequency band of is used for distance measurement in the automotive sector 76 to 77 GHz provided. The center frequency 76.5 GHz has a free space wavelength of λ = 3.92 mm.
Berücksichtigt man, dass zu jeder Patchspalte eine Empfängerschaltung gehört, so wird deutlich, dass die Anzahl der Spalten bei großen Aperaturabmessungen einen Aufwand erfordert, der eine kommerzielle Realisierung nicht rechtfertigt.If one takes into account that a receiver circuit belongs to each patch column, then clearly that the number of columns with large aperature dimensions is an effort that does not justify commercial implementation.
Radare mit hoher azimutaler Auflösung erfordern große Aperturabmessungen. Werden diese Antennen mit Patcharrays in geringem Patchabstand aufgebaut, so ergeben sich zwar gute Daten für Bündelung, Nebenkeulenniveau und das Fehlen von Grating-Lobes, jedoch mit einem nicht tragbaren Aufwand. Einen Ausweg stellen sog. ausgedünnte Arrays dar, bei denen die Aperturabmessung erhalten bleibt, jedoch einzelne Spalten entfallen. Periodisches Ausdünnen generiert unzulässige Grating-Lobes. Aperiodisches und stochastisches Ausdünnen wird als Alternative in der Literatur angegeben. Nachteil dieser Ausdünnungstechniken ist, dass der Nutzen erst bei einer sehr großen Anzahl von Elementen zum Tragen kommt.Radars with high azimuthal resolution require large aperture dimensions. Become these antennas are built with patch arrays with a small patch spacing good data for bundling, side club level and the lack of grating praise, however with an unacceptable effort. So-called thinned out provide a way out Arrays in which the aperture dimension is retained, but individual columns omitted. Periodic thinning generates inadmissible grating praise. aperiodic and stochastic thinning is given as an alternative in the literature. disadvantage of these thinning techniques is that the benefits come in at a very large number of Elements comes into play.
Behoben werden kann dieser Nachteil durch sog. multiplikatives Ausdünnen. Das Prinzip dieser Technik ist in Fig. 3 skizziert. 2 Subarrays, eins mit kleiner Apertur, dicht besetzt, so dass keine Grating-Lobes entstehen, und eines ausgedünnt mit der Aperturabmessung, die durch die geforderte enge Keulenbreite bestimmt wird, jedoch mit periodischen Grating-Lobes, sind konzentrisch in einander verschachtelt. Beide Arrays haben vorzugsweise die gleiche Anzahl von Patchspalten, deren Ausgangssignale entsprechend Fig. 1 bewertet und summiert werden. Die Ausgänge der Summierer werden anschließend miteinander multipliziert und bilden das Ausgangssignal des resultierenden Antennensystems. Das Wirkungsprinzip des multiplikativen Antennensystems veranschaulicht beispielhaft Fig. 4. Fig. 4a zeigt die normierten, dimensionslosen Übertragungsfunktionen (Gruppenfaktor) der Einzelarrays und Fig. 4b die des Gesamtarrays jeweils über dem Azimutwinkel Θ. Die Dimensionierung der Einzelarrays ist so zu gestalten, dass die Nullstellen des gefüllten Arrays mit den Grating- Lobes des ausgedünnten Arrays zusammenfallen. Die multiplikative Verknüpfung stellt bei Koinzidenz sicher, dass Grating-Lobes unterdrückt werden.This disadvantage can be remedied by so-called multiplicative thinning. The principle of this technique is outlined in Fig. 3. 2 subarrays, one with a small aperture, densely populated so that no grating praise occurs, and one thinned out with the aperture dimension, which is determined by the required narrow lobe width, but with periodic grating praise, are nested concentrically in one another. Both arrays preferably have the same number of patch columns, the output signals of which are evaluated and summed in accordance with FIG. 1. The outputs of the summers are then multiplied together and form the output signal of the resulting antenna system. The principle of operation of the multiplicative antenna system is illustrated by way of example in FIG. 4. FIG. 4a shows the normalized, dimensionless transfer functions (group factor) of the individual arrays and FIG. 4b that of the overall array in each case over the azimuth angle Θ. The dimensions of the individual arrays are to be designed so that the zeros of the filled array coincide with the grating praise of the thinned array. In the case of coincidence, the multiplicative link ensures that grating praise is suppressed.
Eine wesentliche Einschränkung erfährt dieses Verfahren durch einen zu geringen Nebenkeulenabstand. Als Ausweg wird das sog. Tapern der Aperturbelegungen beider Arrays angegeben. Beim Tapern werden die Aperturelemente mit zum Rande hin abnehmenden Erregungen belegt.This method is significantly restricted by a too small one Side lobe distance. The way out is the so-called taping of the aperture assignments of both Arrays specified. When tapping, the aperture elements move towards the edge decreasing excitations.
Die Taperfunktionen sind jedoch so zu wählen, dass die Koinzidenz von Grating-Lobes und Nullstellen nicht verloren geht. Dazu wird zum Tapern eine Dreiecksfunktion für das gefüllte Array und eine Chebyshev-Funktion für das ausgedünnte Array angegeben. Das Verfahren lässt sich auch wie folgt erklären: Das ausgedünnte Array tastet in großem Abstand die das Antennensystem treffende Wellenfront ab und das gefüllte Array interpoliert linear zwischen den Stützstellen des ausgedünnten Arrays.However, the taper functions should be selected so that the coincidence of grating praise and zeroing is not lost. For this purpose, a triangular function for the filled array and a Chebyshev function for the thinned array. The The procedure can also be explained as follows: The thinned array probes in large Distance the wavefront hitting the antenna system and the filled array interpolates linearly between the nodes of the thinned array.
Der symmetrische Aufbau der konzentrischen Sub-Arrays ist redundant, was im Prinzip überzählige Elemente bedeutet. Verwendet man nur eine Hälfte des ausgedünnten Arrays mit einer veränderten Aperturbelegung und versetzt das gefüllte Array wieder mittig, so lässt sich zeigen, dass die gleiche räumliche Übertragungsfunktion wie zuvor erreicht wird. Der Ausdünnungsfaktor des Offset-Systems ist somit erhöht. Bezogen auf eine konstante Aperturlänge reduziert sich der Öffnungswinkel wieder auf den Wert des konventionell gefüllten Arrays bei gleichem Ausdünnungsfaktor, siehe Tabellen im Anhang.The symmetrical structure of the concentric sub-arrays is redundant, which in principle surplus elements means. Only use half of the thinned out Arrays with a changed aperture assignment and move the filled array again middle, it can be shown that the same spatial transfer function as before is achieved. The thinning factor of the offset system is thus increased. Relating to a constant aperture length reduces the opening angle back to the value of the conventionally filled arrays with the same thinning factor, see tables in Attachment.
Antennensysteme mit multiplikativer Ausdünnung fordern jedoch auch ihren Tribut. Zum einen ist es die erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Amplituden- und Phasenfehlern und zum anderen ist es die Bildung von Kombinationszielen in der Hauptkeule, wie im Folgenden gezeigt.However, antenna systems with multiplicative thinning also take their toll. To the one is the increased sensitivity to amplitude and phase errors and on the other hand it is the formation of combination targets in the main club, as in the Shown below.
Fig. 5 zeigt das Richtdiagramm f1 eines ausgedünnten Subarrays und f2 eines gefüllten Subarrays. Beide Arrays empfangen die Reflexionen zweier Ziele unter den Winkeln Θ1,2, wobei Ziel 1 ein starkes Signal der Amplitude A1 im gefüllten und Ziel 2 ein Signal der Amplitude A2 in einer Grating-Lobe des ausgedünnten Arrays liefert. Die Multiplikation beider Signale entsprechend folgender Gleichung ergibt 4 Terme. Die ersten beiden Terme ergeben die richtigen Ziele, während die beiden anderen Terme Kombinationsziele darstellen, die in der Hauptstrahlrichtung des Antennensystems platziert werden. Fig. 5 shows the directional pattern f 1 of a thinned subarrays and f 2 of a filled subarrays. Both arrays receive the reflections of two targets at the angles Θ 1,2, target 1 delivering a strong signal of amplitude A 1 in the filled array and target 2 a signal of amplitude A 2 in a grating praise of the thinned array. Multiplying both signals according to the following equation gives 4 terms. The first two terms result in the correct targets, while the other two terms represent combination targets that are placed in the main beam direction of the antenna system.
Geisterziele bei einer multiplikativen Verarbeitung entstehen in erster Linie durch die gegenseitige multiplikative Verknüpfung zweier oder mehrerer realer Echos aus Richtungen abseits der Hauptstrahlrichtung, wie im vorhergehenden Abschnitt gezeigt. Diese Kreuzprodukte zwischen unterschiedlichen Zielechos stellen sich als größter Nachteil einer Array-Ausdünnung mit Hilfe multiplikativer Verarbeitung dar, weil sie nicht wie bei einem klassischen gefüllten Array auf Nebenkeulenniveau gedrückt werden.Ghost goals in multiplicative processing arise primarily through the mutual multiplicative linking of two or more real echoes Directions away from the main beam direction as shown in the previous section. These cross products between different target echoes are the largest Disadvantage of array thinning using multiplicative processing is because it is not as with a classic filled array at sidelobe level.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren so auszugestalten und weiterzubilden, daß die entstehenden Kombinationsziele weitgehend unterdrückt werden.The invention is therefore based on the technical problem arising from the prior art Technology known methods to design and develop that the resulting combination targets are largely suppressed.
Das zuvor aufgezeigte technische Problem ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur
Unterdrückung von Kombinationszielen bei multiplikativer Verarbeitung der Signale eines
Radarsensors nach Anspruch 1 gelöst, wobei der Radarsensor ein Array von
Patchantennen in Form einer Kombination eines gefüllten Subarrays von Patchantennen
und eines ausgedünnten Subarrays von Patchantennen aufweist, bei dem das
Ausgangssignal des gefüllten Subarrays nach Amplitude Af und Phase ϕf mit Afejϕf
erfaßt wird, bei dem das Ausgangssignal des ausgedünnten Subarrays nach Amplitude
At und Phase ϕt mit Atejϕt erfaßt wird, bei dem das Ausgangssignal des Radarsensors
Aa als Differenz aus dem Produkt und dem Betrag der Differenzen der Signale der
Subarrays berechnet werden nach
The technical problem indicated above is solved according to the invention by a method for suppressing combination targets with multiplicative processing of the signals of a radar sensor according to claim 1, the radar sensor having an array of patch antennas in the form of a combination of a filled subarray of patch antennas and a thinned subarray of patch antennas, in which the output signal of the filled subarray is detected according to amplitude A f and phase ϕ f with A f e jϕf , in which the output signal of the thinned subarray is detected according to amplitude A t and phase ϕ t with A t e jϕt , in which the output signal of the radar sensor A a are calculated as the difference between the product and the amount of the differences in the signals of the subarrays
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die Entstehung von Kombinationszielen aus Kreuzprodukten stark von der Verteilung realer Echos über dem Winkel abhängig ist. Diese Erkenntnis führt zu der Einsicht, daß die Beurteilung des Wahrheitsgehalt eines Echos durch die Auswertung der Zielkonstellation abseits der Hauptstrahlrichtung erfolgen muß. Dazu muß für jeden Hauptstrahlwinkel eine Aussage getroffen werden, inwieweit Zielechos aus anderen Richtungen das Radarsignal beeinträchtigen. Dieses läßt sich erfindungsgemäß in einem multiplikativ ausgedünnten Antennensystem mit relativ einfachen Mitteln erfüllen, indem die Differenzcharakteristik der beiden beteiligten Antennengruppen ausgenutzt wird.According to the invention, it has been recognized that the emergence of combination targets Cross products is strongly dependent on the distribution of real echoes over the angle. This realization leads to the insight that the assessment of the truthfulness of a Echoes by evaluating the target constellation away from the main beam direction must be done. For this, a statement must be made for each main beam angle, the extent to which target echoes from other directions affect the radar signal. This can according to the invention in a multiplicatively thinned antenna system meet relatively simple means by taking the difference characteristic of the two involved Antenna groups is used.
In bevorzugter Weise wird der Betrag der Differenzen der Signale der Subarrays mit dem
Faktor w, w = 0. . .1, gewichtet vom Produkt der Signale der Subarrays abgezogen nach
The magnitude of the differences in the signals of the subarrays is preferably with the factor w, w = 0.. .1, weighted from the product of the signals of the subarrays subtracted from
wobei der Wichtungsfaktor w an die Zielsituation angepaßt wird. Der Wichtungsfaktor berücksichtigt, ob und in welchem Maße die Echos zu Kreuzprodukten führen. Da dieses w stark von den Umgebungsbedingungen abhängt, werden weiterhin für die Anpassung des Wichtungsfaktors w statistische und/oder stochastische Verfahren aus der Radarsignaltechnik, vorzugsweise CFAR-Algorithmen, angewendet.where the weighting factor w to the Target situation is adjusted. The weighting factor takes into account whether and in which Dimensions that lead to cross products. Because this w is very different from that Ambient conditions continue to be used for customizing the Weighting factor w statistical and / or stochastic methods from the Radar signal technology, preferably CFAR algorithms, applied.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigenThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment, reference being made to the accompanying drawing. Show in the drawing
Fig. 1 das Funktionsprinzip des Digital Beam Forming (DBF) (Stand der Tecnik), Fig. 1 shows the operating principle of the Digital Beam Forming (DBF) (prior Tecnik)
Fig. 2 die Scanfunktion für n = 9 Patchspalten mittels Phasendrehung in der Filterbank (Stand der Tecnik), Fig. 2, the scan function for n = 9 Patch column by means of phase rotation in the filter bank (prior Tecnik)
Fig. 3 das Prinzip des multiplikativen Arrays (Stand der Technik), Fig. 3 shows the principle of the multiplicative array (prior art),
Fig. 4a die Übertragungsfunktion der einzelnen Subarays (gefüllt und ausgedünnt) (Stand der Technik), Fig. 4a, the transfer function of the individual Subarays (filled and thinned) (prior art)
Fig. 4b die Übertragungsfunktion des resultierenden Gesamtarrays (Stand der Technik), FIG. 4b, the transfer function of the resulting overall array (prior art),
Fig. 5 Strahlungsdiagramm f1 des ausgedünnten Subarrays und Strahlungsdiagramm f2 des gefüllten Subarrays (Stand der Technik), Fig. 5 radiation pattern f 1 of the thinned subarray radiation pattern and f 2 of the filled subarray (prior art),
Fig. 6 Strahlungsdiagramme gemäß Fig. 5 der Subarrays, die in Fig. 7 angewendet worden sind, FIG. 6 radiation diagrams according to FIG. 5 of the subarrays which have been used in FIG. 7, FIG.
Fig. 7 Produktdiagramm (punktierte Linie) und Differenzdiagramm (durchgehende Linie) der Subarrays nach Fig. 6, Fig. 7 product diagram (dotted line) and difference pattern (solid line) of the sub-arrays according to Fig. 6,
Fig. 8a Strahlungsdiagramme ohne Differenzverarbeitung für ein 16 × 29-Offset- System (durchgehende Linie) und für ein 25 × 19-Konzentrisches-System (punktierte Linie), FIG. 8a radiation patterns without differential processing for a 16 × 29-offset system (solid line) and for a 25 × 19-Concentric system (dotted line),
Fig. 8b Strahlungsdiagramme wie Fig. 8a, jedoch mit Differenzverarbeitung und Wichtung mit Faktor w = 0,25, FIG. 8b radiation patterns as shown in Fig. 8a, but with the difference processing and scaling with a factor f = 0.25,
Fig. 8c Strahlungsdiagramme wie Fig. 8a, jedoch mit Differenzverarbeitung und Wichtung mit Faktor w = 0,5, FIG. 8c radiation patterns as shown in Fig. 8a, but with the difference processing and scaling with a factor f = 0.5,
Fig. 9 ein erfindungsgemäßer Sensor in einer Vorderansicht und Fig. 9 shows a sensor according to the invention in a front view and
Fig. 10 der in Fig. 9 dargestellte Sensor im seitlichen Querschnitt. Fig. 10 of the sensor shown in Fig. 9 in lateral cross section.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen den für die vorliegende Erfindung maßgebenden Stand der Technik und sind in der allgemeinen Beschreibung bereits ausführlich diskutiert worden. Darauf baut die weitere Beschreibung der Erfindung auf. Figs. 1 to 5 show the decisive for the present invention prior art and have already been discussed in detail in the general description. The further description of the invention is based on this.
Die Fig. 6 zeigt die Richtcharakteristiken einer Antennengruppe mit gefülltem Subarray (gestrichelt) und ausgedünntem Subarray (gepunktet). Die entscheidende Gemeinsamkeit dieser beiden Richtcharakteristiken ist die Hauptkeule bei gleichem Winkel (Hauptstrahlrichtung). Abseits der Hauptstrahlrichtung sind die Charakteristiken gegensätzlich, z. B. fallen die Nullstellen des gefüllten Subarrays mit den Maxima höherer Ordnung des ausgedünnten Subarray zusammen. Durch eine Differenzbildung werden die Gemeinsamkeiten ausgeblendet und die gegensätzlichen Eigenschaften betont. FIG. 6 shows the directional characteristics of an antenna group with a filled subarray (dashed line) and a thinned subarray (dotted line). The decisive commonality of these two directional characteristics is the main lobe at the same angle (main beam direction). Apart from the main beam direction, the characteristics are opposite, e.g. B. the zeros of the filled subarray coincide with the higher order maxima of the thinned subarray. By forming a difference, the similarities are hidden and the opposing properties are emphasized.
Fig. 7 zeigt den Betrag der so entstehenden Differenz-Charakteristik zusammen mit der Produkt-Charakteristik (gepunktet). Fig. 7 shows the amount of the resulting difference characteristic together with the product characteristic (dotted).
In einer realen Radarmessung mit einem multiplikativ ausgedünnten System werden
Produkt und Differenzbetrag der beiden Subarray-Signale gebildet. Der Differenzbetrag
kann als ein Maß für die Störungen angesehen werden, die durch die Echos aus
Richtungen abseits der Hauptstrahlrichtung entstehen und in das Produkt in Form von
Kreuzprodukt-Termen einfließen. Zur Verringerung dieser Störungen soll der gewichtete
Differenzbetrag von dem Produkt abgezogen werden. Die Geisterziele werden so
gedämpft. Darüber hinaus sinkt auch das Niveau des Hintergrundsignals, das sich durch
die Interferenz der Nebenkeulen aufbaut. Die Verarbeitung der Antennensignale folgt der
Vorschrift:
In a real radar measurement using a multiplicative thinned system, the product and difference between the two subarray signals are formed. The difference can be seen as a measure of the interference caused by the echoes from directions away from the main beam direction and which flow into the product in the form of cross product terms. To reduce these disturbances, the weighted difference should be subtracted from the product. The ghost targets are so dampened. In addition, the level of the background signal, which is built up by the interference of the side lobes, also drops. The processing of the antenna signals follows the regulation:
mit
Aa Amplituden des Ausgangssignals
Af,ϕf Signal des gefüllten Subarrays nach Amplitude und Phase
At,ϕt Signal des ausgedünnten Subarrays nach Amplitude und Phase
w Wichtungsfaktor für die Differenz [0. . .1]With
A a amplitudes of the output signal
A f, ϕf signal of the filled subarray according to amplitude and phase
A t, ϕt Signal of the thinned subarray according to amplitude and phase
w Weighting factor for the difference [0. , .1]
Der Differenzbetrag macht zwar eine Aussage über die integrale Echointensität durch Ziele abseits der Hauptrichtung, jedoch nicht darüber, ob und in welchem Maße diese Echos zu Kreuzprodukten führen. Aus diesem Grunde darf der Wichtungsfaktor w bei der Verarbeitung nach der obigen Formel nicht zu hoch angesetzt werden. Bei großen w besteht die Möglichkeit, daß auch schwache reale Ziele in einer echoreichen Umgebung unterdrückt werden. Weiterhin wäre ein Radarsystem mit einem konstanten Wichtungsfaktor sehr träge in Bezug auf dynamische Zielszenarien und Umgebungsbedingungen. Hier ist eine adaptive Wichtung des Differenzbetrages vorzusehen, d. h. der Wichtungsfaktor wird aufgrund von Vergleichsmessungen ständig an die Zielsituation angepaßt. Bei dieser adaptiven Wichtung kommen statistische/stochastische Verfahren aus der Radarsignaltheorie zum Einsatz z. B. CFAR- Algorithmen (Gonstant False Alarm Rate).The difference makes a statement about the integral echo intensity Goals beyond the main direction, but not whether and to what extent Echoes lead to cross products. For this reason, the weighting factor w may processing according to the above formula should not be set too high. With large w there is a possibility that even weak real targets in an echo-rich environment be suppressed. Furthermore, a radar system with a constant would be Weighting factor very sluggish in relation to dynamic target scenarios and Environmental conditions. Here is an adaptive weighting of the difference to provide, d. H. the weighting factor becomes constant due to comparative measurements adapted to the target situation. Come with this adaptive weighting statistical / stochastic methods from radar signal theory for use e.g. B. CFAR- Algorithms (Gonstant False Alarm Rate).
Die Fig. 8a bis 8c verdeutlichen die Wirkungsweise des Algorithmus in den simulierten Strahlungsdiagrammen für zwei Antennensysteme, wobei das durchgezogene Diagramm für ein 16 × 29-Offsetsystem (Patchspalten des ausgedünnten Arrays * Patchspalten des gefüllten Arrays) und das gepunktete Diagramm für ein 25 × 19-Konzentrisches-System gilt. Am Beispiel einer Mehrzielsituation mit 5 Zielen in verschiedenen Richtungen zeigt Fig. 8a die Antennendiagramme ohne Differenzverarbeitung und Fig. 8b mit Differenzverarbeitung und Wichtung 0,25, während in Fig. 8c die Wichtung auf 0,5 gesteigert wurde. Figs. 8a to 8c illustrate the operation of the algorithm in the simulated radiation patterns for two antenna systems wherein the solid diagram for a 16 × 29 offset system (patch columns of the thinned array * patch columns of the filled arrays) and the dotted diagram for a 25 × 19 -Concentric system applies. Using the example of a multi-target situation with 5 targets in different directions, FIG. 8a shows the antenna diagrams without difference processing and FIG. 8b with difference processing and weighting 0.25, while in FIG. 8c the weighting was increased to 0.5.
Da jede Patchspalte mit einem eigenen Empfängerteil ausgestattet sein muß, ist ein extrem kleiner Aufbau dieser Schaltung erforderlich. Der Einsatz eines GaAs-MMICs zur Abmischung des Empfangssignals in das Basisband, die Aufbereitung des Lokaloszillatorsignals und eventuell eine Vorverstärkerstufe ist erforderlich. Auf einem Si- Chip ist ein AD-Wandler, ein DSP zur Amplitudenwichtung und Phasenrechnung und eventuell eine Schaltung zur Offsetkompensation des Mischers integriert. Der Chip hat einen digitalen Busausgang. Schaltungen dieser Art sind als Codec in der Telekommunikationstechnik bekannt.Since each patch column must be equipped with its own receiver part, is a extremely small structure of this circuit required. The use of a GaAs MMIC for Mixing the received signal into the baseband, processing the Local oscillator signal and possibly a preamplifier stage is required. On a si Chip is an AD converter, a DSP for amplitude weighting and phase calculation and possibly integrated a circuit for offset compensation of the mixer. The chip has a digital bus output. Circuits of this type are used as codecs in the Telecommunications technology known.
Fig. 9 zeigt einen möglichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Radarsensors 2, wobei Fig. 10 den Querschnitt darstellt. Mit den beispielhaften Abmessungen von 750.70.10 mm3 (Länge.Höhe.Dicke) und eingebettet in eine elastische Ummantelung 4, die nach vorn mm-Wellen durchlässt, kann der Radarsensor 2 als eine Art Zierleiste in der Fahrzeugfront z. B. zwischen den Scheinwerfern platziert werden. FIG. 9 shows a possible construction of a radar sensor 2 according to the invention, FIG. 10 showing the cross section. With the exemplary dimensions of 750.70.10 mm 3 (length.height.thickness) and embedded in an elastic sheathing 4 which allows mm waves to pass through, the radar sensor 2 can be used as a kind of decorative strip in the front of the vehicle, e.g. B. placed between the headlights.
Auf einem zweiseitig kupferbeschichtetem Trägerelement 6, das auch als Isolierschicht bezeichnet werden kann, werden frontseitig im Photoätzverfahren die Patches 8 aufgebracht, wobei ein gefülltes Subarray 10 und ein ausgedünntes Subarray 12 ausgebildet sind, die sich teilweise überlagern. Auf der Rückseite sind über einer weiteren Isolierschicht 14 die Versorgungsleitungen 16 für die Empfängerschaltungen. Zwischen beiden Isolierschichten ist eine elektrisch abschirmende Schicht 24 vorgesehen, die die Patchantennen 10 und 12 gegenüber den Schaltkreisen 20 und 22 abschirmt. Zur Montage der ICs wird typischerweise ein Keramiksubstrat verwendet, welches auf der Rückseite aufgeklebt ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass bei einem geeigneten Multilayer-Trägermaterial die ICs direkt auf diesem montiert werden. Die elektrischen Verbindungen können sowohl durch Bonddrähte 18 wie auch durch Flip- Chip-Montage hergestellt werden. Die Patches werden günstiger Weise durch Feldkopplung mit dem GaAs-MMIC verbunden.The patches 8 are applied to the front on a double-sided copper-coated carrier element 6 , which can also be referred to as an insulating layer, in the photoetching process, a filled subarray 10 and a thinned subarray 12 being formed, which partially overlap. On the back are the supply lines 16 for the receiver circuits over a further insulating layer 14 . An electrically shielding layer 24 is provided between the two insulating layers and shields the patch antennas 10 and 12 from the circuits 20 and 22 . A ceramic substrate, which is glued to the back, is typically used to mount the ICs. However, it is also conceivable for the ICs to be mounted directly on this with a suitable multilayer carrier material. The electrical connections can be made both by bonding wires 18 and by flip-chip assembly. The patches are advantageously connected to the GaAs MMIC by field coupling.
Der Chip 22 hat einen digitalen Busausgang, der von den Empfängern zu einem zentralen Steuergerät führt, in dem dann Summen, Produkte und Differenzen zur Bildung des resultierenden Strahlungsdiagramms vorgenommen werden. Ferner laufen in dem zentralen Steuergerät die Algorithmen zur Steuerung der Empfangsrichtung sowie die klassischen digitalen Auswerteverfahren der Radartechnik. The chip 22 has a digital bus output, which leads from the receivers to a central control device, in which sums, products and differences are then made to form the resulting radiation diagram. The central control unit also runs the algorithms for controlling the direction of reception as well as the classic digital evaluation methods of radar technology.
Im folgenden werden Beispiele für verschiedene Sensorausgestaltungen mit Aperturlängen L = 600, 750 und 900 mm und Sub-Antennengruppen mit jeweils 2N + 1 Antennenelementen und einem Inter-Element-Abstand von d = λ/2 bei gefülltem Array.The following are examples of different sensor configurations with Aperture lengths L = 600, 750 and 900 mm and sub-antenna groups with 2N + 1 each Antenna elements and an inter-element distance of d = λ / 2 when the array is full.
Erklärung der Parameter
Nt ausgedünntes Sub-Array
Nf gefülltes Sub-Array
L Aperturlänge
Leff effektive Aperturlänge, die ein gefülltes Array zur Erzielung des gleichen
q3dB-Winkels benötigt
q3dB Öffnungswinkel zwischen den 3 dB-Punkten
B1m Strahldurchmesser in 1 m Abstand
Anzahl d. E. Gesamtanzahl der benötigten Elemente
T Ausdünnungsfaktor in Bezug auf das jeweilige gefüllte, konventionelle
Array mit der (ungefähr) gleichen AperturlängeExplanation of the parameters
N t thinned sub-array
N f filled sub-array
L aperture length
L eff effective aperture length that a filled array needs to achieve the same q 3dB angle
q 3dB aperture angle between the 3 dB points
B 1m beam diameter at 1m distance
Number d. E. Total number of items required
T Thinning factor in relation to the filled conventional array with the (approximately) the same aperture length
Wie aus der zweiten Tabelle zu ersehen ist, ergibt sich ein Ausdünnungsfaktor von ca. 85%, d. h. die Anzahl der Elemente wird von 384 auf 55 reduziert. Jedoch zeigt die Tabelle auch, dass sich die Keulenbreite von 0,26° auf 0,48° bei konzentrischem Aufbau vergrößert.As can be seen from the second table, there is a thinning factor of approx. 85%, i.e. H. the number of elements is reduced from 384 to 55. However, the Table also shows that the lobe width from 0.26 ° to 0.48 ° with a concentric structure increased.
Der Nachteil wird durch die Offsetanordnung des Subarrays bei gleichbleibendem Ausdünnungsfaktor aufgehoben.The disadvantage is due to the offset arrangement of the subarray with the same Thinning factor canceled.
Claims (4)
wobei der Radarsensor ein Array von Patchantennen in Form einer Kombination eines gefüllten Subarrays von Patchantennen und eines ausgedünnten Subarrays von Patchantennen aufweist,
bei dem das Ausgangssignal des gefüllten Subarrays nach Amplitude Af und Phase ϕf mit Afeiϕf erfaßt wird,
bei dem das Ausgangssignal des ausgedünnten Subarrays nach Amplitude At und Phase ϕt mit Ateiϕt erfaßt wird,
bei dem das Ausgangssignal des Radarsensors Aa als Differenz aus dem Produkt und dem Betrag der Differenzen der Signale der Subarrays berechnet werden nach
1. Method for suppressing combination targets with multiplicative processing of the signals of a radar sensor,
wherein the radar sensor has an array of patch antennas in the form of a combination of a filled subarray of patch antennas and a thinned subarray of patch antennas,
in which the output signal of the filled subarray is recorded according to amplitude A f and phase ϕ f with A f e iϕf ,
in which the output signal of the thinned subarray is recorded according to amplitude A t and phase ϕ t with A t e iϕt ,
in which the output signal of the radar sensor A a is calculated as the difference between the product and the magnitude of the differences in the signals of the subarrays
2. The method of claim 1, wherein the magnitude of the differences in the signals of the subarrays with the factor w, w = 0.. .1, subtracted from the product of the signals of the subarrays
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