特許 7538315 レーダートランシーバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】レーダートランシーバ

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/35 20060101AFI20240814BHJP

   G01S 13/34 20060101ALN20240814BHJP

【ＦＩ】

G01S7/35

G01S13/34

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2023193493

(22)【出願日】2023-11-14

(62)【分割の表示】P 2021526226の分割

【原出願日】2019-11-13

(65)【公開番号】P2024023296

(43)【公開日】2024-02-21

【審査請求日】2023-12-11

(31)【優先権主張番号】62/760,312

(32)【優先日】2018-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/680,647

(32)【優先日】2019-11-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507107291

【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】230129078

【弁護士】

【氏名又は名称】佐藤 仁

(73)【特許権者】

【識別番号】390020248

【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社

(72)【発明者】

【氏名】ヴェンカテシュ スリニヴァサン

(72)【発明者】

【氏名】スリーキラン サマラ

(72)【発明者】

【氏名】ヴィジャヤ レンラタラ

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５１６３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０３１１０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５８２８９５５（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０５１５０１２８（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３２７９３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０８９０７８４２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーダートランシーバであって、
レシーバであって、
入力と出力とを有する低雑音増幅器と、
前記低雑音増幅器の出力に結合される第１の入力と、第２の入力と、出力とを有する第１のミキサと、
前記第１のミキサの出力に結合される入力と、第１の出力とを有する第１のベースバンドフィルタと、
前記第１のベースバンドフィルタの第１の出力に結合される入力と、出力とを有する第１の積分器と、
前記第１の積分器の出力に結合される制御入力と、前記第１のミキサの第２の入力に結合される出力とを有する位相シフタと、
を含む、前記レシーバを含む、レーダートランシーバ。

【請求項2】

請求項１に記載のレーダートランシーバであって、
前記位相シフタが信号入力を更に有し、
前記レーダートランシーバが、
前記位相シフタの信号入力に結合される出力を有する無線周波数シンセサイザーを更に含む、レーダートランシーバ。

【請求項3】

請求項１に記載のレーダートランシーバであって、
前記レシーバが、前記位相シフタの出力に結合される信号入力と、前記第１のミキサの第２の入力に結合される第１の出力と、第２の出力とを有するＩ／Ｑ信号生成器を更に含む、レーダートランシーバ。

【請求項4】

請求項３に記載のレーダートランシーバであって、
前記Ｉ／Ｑ信号生成器が第２の出力を更に有し、
前記レシーバが、
前記Ｉ／Ｑ信号生成器の第２の出力に結合される第１の入力と、出力とを有する第２のミキサと、
前記第２のミキサの出力に結合される入力と、第１の出力とを有する第２のベースバンドフィルタと、
前記第２のベースバンドフィルタの第１の出力に結合される入力を有する第２の積分器と、
を更に含む、レーダートランシーバ。

【請求項5】

請求項１に記載のレーダートランシーバであって、
出力を有するトランスミッタ変調制御回路を含むトランスミッタを更に含み、
前記レシーバが、前記トランスミッタ変調制御回路の出力に結合される第１の入力と、前記第１の積分器の出力に結合される第２の入力と、前記位相シフタの制御入力に結合される出力とを有する加算回路を更に含む、レーダートランシーバ。

【請求項6】

請求項１に記載のレーダートランシーバであって、
前記位相シフタの出力が前記低雑音増幅器の入力に結合される、レーダートランシーバ。

【請求項7】

請求項１に記載のレーダートランシーバであって、
前記第１のベースバンドフィルタが第２の出力を更に有し、
前記レーダートランシーバが、
前記第１のベースバンドフィルタの第２の出力に結合される入力と、出力とを有するアナログ・デジタルコンバータと、
前記アナログ・デジタルコンバータの出力に結合される入力を有する直交位相シフト回路と、
を更に含む、レーダートランシーバ。

【請求項8】

レーダートランシーバであって、
レシーバであって、
出力を有する低雑音増幅器と、
前記低雑音増幅器の出力に結合される第１の入力と、出力とを有する第１のミキサと、
前記第１のミキサの出力に結合される入力と、第１の出力とを有する第１のベースバンドフィルタと、
前記第１のベースバンドフィルタの第１の出力に結合される入力と、出力とを有する第１の積分器と、
前記第１の積分器の出力に結合される制御入力を有する第１の位相シフタと、
を含む、前記レシーバを含む、レーダートランシーバ。

【請求項9】

請求項８に記載のレーダートランシーバであって、
前記第１の位相シフタが、無線周波数シンセサイザーの出力に結合される信号入力を更に有し、
前記レーダートランシーバが、
前記無線周波数シンセサイザーの出力に結合される信号入力と、出力とを有する第２の位相シフタと、
前記第２の位相シフタの出力に結合される入力を有する電力増幅器と、
を含むトランスミッタを更に含む、レーダートランシーバ。

【請求項10】

請求項８に記載のレーダートランシーバであって、
前記第１のミキサが第２の入力を更に有し、
前記レシーバが、前記第１の位相シフタの出力に結合される信号入力と、前記第１のミキサの第２の入力に結合される第１の出力とを有するＩ／Ｑ信号生成器を更に含む、レーダートランシーバ。

【請求項11】

請求項１０に記載のレーダートランシーバであって、
前記Ｉ／Ｑ信号生成器が第２の出力を更に有し、
前記レシーバが、
前記Ｉ／Ｑ信号生成器の第２の出力に結合される入力と、出力とを有する第２のミキサと、
前記第２のミキサの出力に結合される入力と、出力とを有する第２のベースバンドフィルタと、
前記第２のベースバンドフィルタの出力に結合される入力を有する第２の積分器と、
を更に含む、レーダートランシーバ。

【請求項12】

請求項１１に記載のレーダートランシーバであって、
前記第１のミキサが直交チャネルミキサであり、前記第２のミキサが同相チャネルミキサである、レーダートランシーバ。

【請求項13】

請求項８に記載のレーダートランシーバであって、
出力を有するトランスミッタ変調制御回路を含むトランスミッタを更に含み、
前記レシーバが、前記トランスミッタ変調制御回路の出力に結合される第１の入力と、前記第１の積分器の出力に結合される第２の入力と、前記第１の位相シフタの制御入力に結合される出力とを有する加算回路を更に含む、レーダートランシーバ。

【請求項14】

請求項８に記載のレーダートランシーバであって、
前記第１の位相シフタが、前記低雑音増幅器の入力に結合される出力を更に有する、レーダートランシーバ。

【請求項15】

請求項８に記載のレーダートランシーバであって、
前記第１のベースバンドフィルタが第２の出力を更に有し、
前記レーダートランシーバが、
前記第１のベースバンドフィルタの第２の出力に結合される入力と、出力とを有するアナログ・デジタルコンバータと、
前記アナログ・デジタルコンバータの出力に結合される入力を有する直交位相シフト回路と、
を更に含む、レーダートランシーバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

レーダーシステムは種々の用途においてオブジェクトを検出するために用いられる。車両関連の応用例において、レーダーは、レーダー使用可能車両の動作環境において、他の車両などのオブジェクトを検出するために用いられる。レーダーシステムにおいて、アンテナはトランスミッタによって生成された無線信号を放射する。対象から反射された信号は、受信され、反射信号は、局部発振器信号と組み合わされて、反射信号が中間周波数にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号は、対象の位置を判定するために処理される。

【発明の概要】

【0002】

強いリフレクタが存在する状況で信号対雑音比が改善されたレーダートランシーバについて本記載において記載する。一例では、デバイスが、位相シフタ、Ｉ／Ｑ信号生成器、第１のミキサ、第２のミキサ、及びフィードバック経路を含む。位相シフタは、信号入力、制御入力、及び出力を含む。Ｉ／Ｑ信号生成器は、入力、第１出力、及び第２出力を含む。入力は、位相シフタの出力に結合される。第１のミキサは、Ｉ／Ｑ信号生成器の第１の出力に結合される入力を含む。第２のミキサは、Ｉ／Ｑ信号生成器の第２の出力に結合される入力を含む。フィードバック経路は、第２のミキサの出力と位相シフタの制御入力との間で結合される。

【0003】

別の例において、レーダートランシーバがレシーバを含む。レシーバは、低雑音増幅器、ミキサ、ベースバンドフィルタ、積分器、及び位相シフタを含む。ミキサは、低雑音増幅器の出力に結合される入力を含む。ベースバンドフィルタは、ミキサの出力に結合される入力を含む。積分器は、ベースバンドフィルタの出力に結合される入力を含む。位相シフタは、制御入力及び出力を含む。制御入力は積分器の出力に結合される。位相シフタの出力はミキサに結合される。

【0004】

更なる例において、レーダートランシーバがレシーバを含む。レシーバは、低雑音増幅器ミキサ、ベースバンドフィルタ、積分器、及び位相シフタを含む。ミキサは、低雑音増幅器の出力に結合される入力を含む。ベースバンドフィルタは、ミキサの出力に結合される入力を含む。積分器は、ベースバンドフィルタの出力に結合される入力を含む。位相シフタは制御入力を含む。制御入力は積分器の出力に結合される。

【図面の簡単な説明】

【0005】

種々の例の詳細な説明のため、ここで、添付の図面を参照する。

【0006】

【図1】本記載における位相／周波数フィードバックループを有する第１の例示のレーダートランシーバを含むレーダーシステムについてのブロック図を示す。

【0007】

【図2A】本記載における位相／周波数フィードバックループを含むレーダーレシーバにおいて提供される例示の信号を示す。

【図2B】本記載における位相／周波数フィードバックループを含むレーダーレシーバにおいて提供される例示の信号を示す。

【図2C】本記載における位相／周波数フィードバックループを含むレーダーレシーバにおいて提供される例示の信号を示す。

【0008】

【図3】本記載における位相／周波数フィードバックループを有する第２の例示のレーダートランシーバを含むレーダーシステムについてのブロック図を示す。

【0009】

【図4】本記載における位相／周波数フィードバックループを含む例示のレーダーレシーバのためのブロック図を示す。

【0010】

【図5】本記載における位相／周波数フィードバックループを含む例示のレーダーレシーバのためのブロック図を示す。

【0011】

【図6】本記載における位相／周波数フィードバックループを有する第３の例示のレーダートランシーバを含むレーダーシステムのためのブロック図を示す。

【0012】

【図7】本記載において強いリフレクタの振動の相殺のためにループ帯域幅を設定するために用いられる式を示す。

【0013】

【図8】本記載においてフィードバックループを用いて生成される振幅ノイズと無相関位相ノイズの例示のシミュレーションを示す。

【0014】

【図9】本記載における位相／周波数フィードバックループを有するレーダーシステムを含む例示の車両を示す。

【0015】

【図10】本記載において位相／周波数フィードバックループを有するレーダーレシーバを用いて車両を制御するための方法に関するフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

「結合する」という用語は、間接的又は直接的な有線又は無線接続のいずれかを意味する。そのため、第１のデバイスが第２のデバイスに結合する場合、その接続は直接的接続を介するもの、又は他のデバイス及び接続を介した間接的接続を介するものであり得る。また、「～に基づく」という記載は、「少なくとも部分的に～に基づく」ことを意味する。従って、ＸがＹに基づく場合、Ｘは、Ｙ及び任意の数の他の要因の関数であり得る。

【0017】

周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステムでは、トランスミッタとレシーバが同時に動作される。ＦＭＣＷレーダーシステムによって伝送される信号はチャープの線形周波数変調連続波シーケンスであり、チャープは、線形周波数掃引（ランプ又は鋸歯状周波数掃引）である。チャープシーケンスは、電力増幅器によって増幅され、送信アンテナから送信される。受信アンテナは、送信された信号の反射を受信する。受信した信号は、増幅され、送信されたチャープシーケンスと混合されて、デジタル化及び処理されたビート周波数を生成する。

【0018】

レーダーシステムのアンテナ付近に強いリフレクタが配置されると、そのリフレクタによって返された信号が、レーダー性能を実質的に劣化させる恐れがある。例えば、車両レーダーシステムにおいて、送信及び受信アンテナが車両のバンパの裏に配置される場合、レシーバ、トランスミッタ、及び周波数シンセサイザーの無相関位相ノイズ（ＵＰＮ）は、レシーバノイズフロアを激しく劣化させ、オブジェクト検出の信号対雑音比（ＳＮＲ）を制限し、これがレーダーシステムのレンジを減少させる。ＵＰＮによる１２デシベル（ｄＢ）のノイズフロア劣化により、レーダーシステムのレンジが２分の１減少する。

【0019】

アンテナからレンジＲ_ｂｕｍｐの干渉バンパ（例えば、アンテナが裏に取り付けられているバンパ）の場合、受信信号の周波数シフトは、局部発振器信号に対して、Δｆ_ｂｕｍｐ＝（Ｂ／Ｔ_ｒ）τ_ｄである。ここで、τ_ｄ＝（２Ｒ_ｂｕｍｐ）／ｃは、強いリフレクタによる送信から反射までの時間遅延であり、Ｔ_ｒは、送信されたチャープのランプ時間であり、ｃは光速であり、Ｂ／Ｔ_ｒはＦＭＣＷのチャープの勾配である。

【0020】

レーダーレシーバによっては、レシーバにおいて用いられる局部発振器に固定遅延を付加することによって、強いリフレクタによって誘発される周波数や位相シフトを相殺しようとするものもある。固定遅延は、強いリフレクタ（例えば、バンパ）によって引き起こされる受信信号の遅延を相殺し、無線周波数（ＲＦ）シンセサイザーＵＰＮの影響を低減するが、強いリフレクタの動き（例えば、振動）によって引き起こされる遅延の変化は相殺せず、トランスミッタ、レシーバ、又は局部発振器バッファからのＵＰＮを低減しない。他のレーダーレシーバ実装は、レシーバスペクトルをシフトさせるためにデジタル後処理を適用する。デジタル後処理は、例えば、（１）Δｆ_ｂｕｍｐを無効にした後にアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）出力で検出された位相は、振幅ノイズ（ＡＮ）条件を達成するためにＲＦ位相シフトに関連していない可能性がある、（２）位相シフト不正確性は、デジタル化におけるクロック不確実性のサンプリングによって誘発される、（３）位相シフト誤差は、レシーバのフィルタにおける位相シフトによって引き起こされる、及び／又は、（４）デジタル処理が、処理時間制約のためにリフレクタ振動を追跡することができない、などの多くの問題を導入する。

【0021】

本明細書に記載されるレーダートランシーバは、強いリフレクタによって引き起こされる周波数シフト及び位相シフトを相殺するアナログ制御ループを含む。アナログ制御ループは、レシーバの直交（Ｑ）チャネルで動作することがあり、これはレシーバの同相（Ｉ）チャネルをＡＮ条件に置き、強いリフレクタの存在下でレシーバのＳＮＲを増加させる。レーダートランシーバのノイズフロアは、他のレシーバ実装に比べ最大１０ｄＢ或いはそれ以上改善され得る。また、アナログ制御ループは、強いリフレクタの振動によって生じる周波数及び位相シフト変動を追跡し、相殺することができる。

【0022】

図１は、本記載における位相／周波数フィードバックループを有する例示のレーダートランシーバを含むレーダーシステム１００のためのブロック図を示す。レーダーシステム１００は、レーダートランシーバ１０２、アンテナ１０４、１０６、及びＲＦシンセサイザー１０８（無線周波数シンセサイザー１０８）を含む。アンテナ１０４は、反射レーダー信号（アンテナ１０６によって送信されたレーダー信号の反射）の受信のためにレーダートランシーバ１０２に結合される。アンテナ１０６は、レーダー信号の送信のためにレーダートランシーバ１０２に結合される。ＲＦシンセサイザー１０８は、レーダートランシーバ１０２に結合され、局部発振器信号１４６を生成する。局部発振器信号１４６は、レーダートランシーバ１０２によって送信され、受信レーダー反射をダウンコンバートするためにレーダートランシーバ１０２によって用いられる。

【0023】

レーダートランシーバ１０２は、レシーバ１１０及びトランスミッタ１１１を含む。トランスミッタ１１１は、ＲＦシンセサイザー１０８及びアンテナ１０６に結合される電力増幅器１４２を含む。レシーバ１１０は、同相（Ｉ）チャネル及び直交位相（Ｑ）チャネルに結合される低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１２と、Ｉ／Ｑ信号生成器１１８と、位相シフタ１２４とを含む。Ｉ／Ｑ信号生成器１１８は局部発振器信号１４６を受け取り、局部発振器信号１４６の同相及び直交位相バージョンを生成する。Ｉチャネルは、ＬＮＡ１１４、ミキサ１１６（同相チャネルミキサ）、ベースバンドフィルタ１３０、及び積分器１３２を含む。Ｑチャネルは、ＬＮＡ１２６、ミキサ１２８（直交チャネルミキサ）、ベースバンドフィルタ１３４、及び積分器１３６を含む。ミキサ１１６は、ＬＮＡ１１４に結合される入力１１６Ａと、バッファ１２０を介してＩ／Ｑ信号生成器１１８の出力１１８Ｂに結合される入力１１６Ｂと、ベースバンドフィルタ１３０の入力１３０Ａに結合される出力１１６Ｃとを含む。ミキサ１１６は、ＬＮＡ１１２及びＬＮＡ１１４を介して提供される反射レーダー信号と、局部発振器信号１４６の同相バージョンとを乗算して、反射レーダー信号をダウンコンバートし、中間周波数信号を生成する。ベースバンドフィルタ１３０は、積分器１３２の入力１３２Ａに結合される出力１３０Ｂと、ＡＤＣ１３８に結合される出力１３０Ｃとを含む。ＡＤＣ１３８はデルタシグマＡＤＣであってもよい。ベースバンドフィルタ１３０は、ＡＤＣ１３８によるデジタル化のために、ミキサ１１６の出力をフィルタする。積分器１３２は、ベースバンドフィルタ１３０に結合され、Ｉチャネルに設けられて、ベースバンドフィルタ１３０に提示されたインピーダンス及び装荷を、Ｑチャネルのベースバンドフィルタ１３４に提示されたインピーダンス及び装荷に適合させる。

【0024】

Ｑチャネルにおいて、ミキサ１２８は、ＬＮＡ１２６に結合される入力１２８Ａと、バッファ１２２を介してＩ／Ｑ信号生成器１１８の出力１１８Ｃに結合される入力１２８Ｂと、ベースバンドフィルタ１３４の入力１３４Ａに結合される出力１２８Ｃとを含む。ミキサ１２８は、ＬＮＡ１１２及びＬＮＡ１２６を介して提供される反射レーダー信号と、局部発振器信号１４６の直交位相バージョンとを乗算して、反射レーダー信号をダウンコンバートし、中間周波数信号を生成する。ベースバンドフィルタ１３４は、積分器１３６の入力１３６Ａに結合される出力１３４Ｂと、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１４０に結合される出力１３４Ｃとを含む。ＡＤＣ１４０はデルタシグマＡＤＣであってもよい。ベースバンドフィルタ１３４は、ＡＤＣ１４０によるデジタル化のために、ミキサ１２８の出力をフィルタする。強いリフレクタ１４４によって反射された信号は、ベースバンドフィルタ１３４の出力１３４Ｂにおいて提供され、積分器１３６によって積分されて位相シフタ１２４のための制御信号１４８を生成する。

【0025】

線形時間変動位相シフトが、時間と共に線形位相シフトの傾きに比例する一定の周波数オフセットを提供する。アンテナ１０４及び１０６からのレンジＲ_ｂｕｍｐにおける強いリフレクタ１４４について、ランプに加算されるべき周波数シフトΔｆ_ｂｕｍｐは、（Ｂ／Ｔ_ｒ）×τ_ｄであり、これは、強いリフレクタ１４４による送信から反射までの時間遅延であり、ＦＭＣＷのチャープの勾配である。位相シフタ１２４が０～９０°の位相シフタを有し、制御信号１４８に対して１ボルトレンジであるとすると、生成される最大周波数シフトはΔｆ_{ｐｈｓ_ｍａｘ}＝１／４Ｔ_ｒとなる。Δｆ_{ｐｈｓ_ｍａｘ}＞Δｆ_ｂｕｍｐである限り、制御信号１４８は、Δｆ_ｂｕｍｐの周波数差を、受信レーダー信号と局部発振器信号１４６との間で補正することができる。

【0026】

位相シフタ１２４は、ＲＦシンセサイザー１０８の出力に結合される信号入力１２４Ａと、積分器１３６の出力１３６Ｂに結合される制御入力１２４Ｂと、Ｉ／Ｑ信号生成器１１８の入力１１８Ａに結合される出力１２４Ｃとを含む。積分器１３６は、ベースバンドフィルタ１３４の出力をゼロと比較し、その差を積分して位相シフタ１２４のための制御信号１４８を生成する。位相シフタ１２４は、ＲＦシンセサイザー１０８によって生成された局部発振器信号１４６を受信し、局部発振器信号１４６の位相を制御信号１４８に基づいてシフトする。ベースバンドフィルタ１３４及び積分器１３６は、ミキサ１２８の出力１２８Ｃと位相シフタ１２４の制御入力１２４Ｂとの間に結合されるフィードバック経路の一部である。ミキサ１２８の出力１２８Ｃをベースバンドフィルタ１３４の入力１３４Ａに結合し、ベースバンドフィルタ１３４の出力１３４Ｂを積分器１３６の入力１３６Ａに結合し、積分器１３６の出力１３６Ｂを位相シフタ１２４の制御入力１２４Ｂに結合して位相シフタ１２４を制御することによって、フィードバックループが形成される。位相シフタ１２４の出力１２４Ｃは、Ｉ／Ｑ信号生成器１１８の入力１１８Ａに接続され、Ｉ／Ｑ信号生成器１１８の出力１１８Ｃは、ミキサ１２８の入力１２８Ｂに接続されて、フィードバックループを閉じる。制御信号１４８は、強いリフレクタ１４４（例えば、アンテナ１０６及びアンテナ１０４が裏に取り付けられるバンパ）によって反射されたように、電力増幅器１４２を介して送信された周波数ランプの周波数シフトに適合するように局部発振器信号１４６の周波数をシフトさせ、シフトされた局部発振器の位相シフトとミキサ１２８に提供される反射レーダー信号とを９０°に強制する。周波数及び位相調整は、ＱチャネルにおけるＤＣ電圧を最小化し、ＩチャネルにおけるＤＣ電圧を最大化し、それによって、ＩチャネルをＡＮ条件に置き、Ｉチャネルにおけるレシーバ１１０のＳＮＲに対するＲＦシンセサイザー１０８の位相ノイズ及びＵＰＮの影響を低減するか又はなくす。制御信号１４８は強いリフレクタ１４４の振動を追跡して、ＩチャネルにおけるＡＮ条件を維持する。

【0027】

レーダーシステム１００のいくつかの実装において、レシーバ１１０は集積回路１５０上に提供される。集積回路はパッケージ１５２に封入されてもよい。

【0028】

図２Ａは、ＲＦシンセサイザー１０８によって生成され、電力増幅器１４２を介して送信される周波数ランプ２０２、強いリフレクタ１４４によって反射され、レシーバ１１０によって受信される信号２０４、及び信号２０４のインタバルにわたって位相シフタ１２４を制御するために積分器１３６によって生成される制御信号１４８の例を示す。図２Ｂは、反射信号と局部発振器信号１４６との間のΔｆｂｕｍｐの周波数差を補正し、反射信号と局部発振器信号１４６との間の位相シフトが９０°であることを確実にする、ステップ２０６とランプ２０８とを含む制御信号１４８を示す。図２Ｃは、制御信号１４８を位相シフタ１２４における局部発振器信号１４６に適用した後、周波数ランプ２０２及び信号２０４を整合させた（Δｆｂｕｍｐ＝０）状態を示す。

【0029】

図３は、本記載における位相／周波数フィードバックループを有する第２の例示のレーダートランシーバを含むレーダーシステム３００のためのブロック図を示す。レーダーシステム３００は、レーダートランシーバ３０２、アンテナ３０４、アンテナ３０６、及びＲＦシンセサイザー３０８を含む。アンテナ３０４は、反射レーダー信号の受信のためにレーダートランシーバ３０２に結合される。アンテナ３０６は、レーダー信号の送信のためにレーダートランシーバ３０２に結合される。ＲＦシンセサイザー３０８は、レーダートランシーバ３０２に結合され、局部発振器信号３４６を生成する。局部発振器信号３４６は、レーダートランシーバ３０２によって送信され、受信レーダー反射をダウンコンバートするためにレーダートランシーバ３０２によって用いられる。

【0030】

レーダートランシーバ３０２は、レシーバ３１０及びトランスミッタ３１１を含む。トランスミッタ３１１は、電力増幅器３４２、位相シフタ３５０、及びトランスミッタ変調制御回路３５２を含む。位相シフタ３５０は、ＲＦシンセサイザー３０８、電力増幅器３４２、及びトランスミッタ変調制御回路３５２に結合される。トランスミッタ変調制御回路３５２は、電力増幅器３４２によって増幅される前に、位相シフタ３５０が局部発振器信号３４６の位相を変調するために適用する出力信号３５３を生成する。

【0031】

レシーバ３１０は、Ｉチャネル及びＱチャネルに結合されるＬＮＡ３１２、Ｉ／Ｑ信号生成器３１８、位相シフタ３２４、及び加算回路３５４を含む。Ｉ／Ｑ信号生成器３１８は、位相シフタ３２４を介して局部発振器信号３４６を受信し、局部発振器信号３４６の同相及び直交位相バージョンを生成する。Ｉチャネルは、ＬＮＡ３１４、ミキサ３１６、ベースバンドフィルタ３３０、及び積分器３３２を含む。Ｑチャネルは、ＬＮＡ３２６、ミキサ３２８、ベースバンドフィルタ３３４、及び積分器３３６を含む。ミキサ３１６は、ＬＮＡ３１４に結合される入力３１６Ａ、バッファ３２０を介してＩ／Ｑ信号生成器３１８の出力３１８Ｂに結合される入力３１６Ｂ、及び、ベースバンドフィルタ３３０の入力３３０Ａに結合される出力３１６Ｃを含む。ベースバンドフィルタ３３０は、積分器３３２の入力３３２Ａに結合される出力３３０Ｂと、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３３８に結合される出力３３０Ｃとを含む。ＡＤＣ３３８はデルタシグマＡＤＣであってもよい。積分器３３２は、ベースバンドフィルタ３３０に提示されたインピーダンス及び装荷を、Ｑチャネルのベースバンドフィルタ３３４に提示されたインピーダンス及び装荷に適合させるために、ベースバンドフィルタ３３０に結合される。

【0032】

Ｑチャネルにおいて、ミキサ３２８は、ＬＮＡ３２６に結合される入力３２８Ａと、バッファ３２２を介してＩ／Ｑ信号生成器３１８の出力３１８Ｃに結合される入力３２８Ｂと、ベースバンドフィルタ３３４の入力３３４Ａに結合される出力３２８Ｃとを含む。ベースバンドフィルタ３３４は、積分器３３６の入力３３６Ａに結合される出力３３４Ｂと、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３４０に結合される出力３３４Ｃとを含む。ＡＤＣ１４０はデルタシグマＡＤＣであってもよい。

【0033】

加算回路３５４は、積分器３３６及び位相シフタ３２４に結合される。加算回路３５４は、積分器３３６の出力３３６Ｂに結合される入力３５４Ａと、トランスミッタ変調制御回路３５２の出力３５２Ｂに結合される入力３５４Ｂと、位相シフタ３２４の制御入力３２４Ｂに結合される出力３５４Ｃとを含む。加算回路３５４は、制御信号３４８内のトランスミッタ変調を考慮するため、送信のために局部発振器信号３４６を変調する際に使用するためのトランスミッタ変調制御回路３５２によって生成される変調制御信号を積分器３３６の出力信号に付加して、送信変調がＩチャネルにおけるＡＮ条件に影響を与えないようにする。

【0034】

位相シフタ３２４は、ＲＦシンセサイザー３０８の出力に結合される信号入力３２４Ａと、Ｉ／Ｑ信号生成器３１８の入力３１８Ａに結合される出力３２４Ｃとを含む。積分器３３６は、ベースバンドフィルタ３３４の出力をゼロと比較し、積分して出力信号３５６を生成する。加算回路３５４は、位相シフタ３２４に提供される制御信号３４８を生成するために、出力信号３５６とトランスミッタ変調制御回路３５２によって生成される出力信号３５３とを加算する。位相シフタ３２４は、ＲＦシンセサイザー３０８によって生成された局部発振器信号３４６を受信し、局部発振器信号３４６の位相を制御信号３４８に基づいてシフトする。ベースバンドフィルタ３３４及び積分器３３６は、ミキサ３２８の出力３２８Ｃと位相シフタ３２４の制御入力３２４Ｂとの間に結合されるフィードバック経路の一部である。制御信号３４８は、リフレクタ３４４によって反射されたように、電力増幅器３４２を介して送信される周波数ランプの周波数シフトに適合するように局部発振器信号３４６の周波数をシフトさせ、シフトされた局部発振器の位相シフトとミキサ３２８に提供された反射レーダー信号とを９０°に強制する。周波数及び位相調節は、ＩチャネルにおけるＱチャネルにおけるＤＣを最小化し、ＩチャネルにおけるＤＣを最大化し、それにより、ＩチャネルをＡＮ条件に置き、Ｉにおけるレシーバ３１０のＳＮＲに対するＲＦシンセサイザー３０８の位相ノイズ及びＵＰＮの影響を低減するか又はなくす。制御信号３４８は、ＩチャネルにおけるＡＮ条件を維持するためにリフレクタ３４４の振動を追跡する。

【0035】

レシーバ１１０及びレシーバ３１０において、Ｑチャネルに含まれるフィードバック経路が、自動的にＩチャネルをＡＮ条件にしてレシーバノイズフロアを下げる。図４は、単一のレシーバチャネル内に位相／周波数フィードバックループを含む例示のレシーバ４００のためのブロック図を示す。レシーバ４００の実装にはＱチャネル回路要素がない。レシーバ４００は、ＬＮＡ４１２、ミキサ４１６、ベースバンドフィルタ４３０、及び積分器４３２、位相シフタ４２４、バッファ４２０、ＡＤＣ４３８、及びデジタル位相シフト回路４４０（直交位相シフト回路）を含む。

【0036】

ＬＮＡ４１２は、反射レーダー信号の受信のためにアンテナ（図示せず）に結合される。ミキサ４１６は、ＬＮＡ４１２に結合される入力４１６Ａ、及びバッファ４２０を介して位相シフタ４２４の出力４２４Ｃに結合される入力４１６Ｂ、及びベースバンドフィルタ４３０の入力４３０Ａに結合される出力４１６Ｃを含む。ベースバンドフィルタ４３０は、積分器４３２の入力４３２Ａに結合される出力４３０Ｂと、ＡＤＣ４３８に結合される出力４３０Ｃとを含む。ＡＤＣ４３８はデルタシグマＡＤＣであってもよい。

【0037】

位相シフタ４２４は、ＲＦシンセサイザー（図示せず）の出力に結合される信号入力４２４Ａと、積分器４３２の出力４３２Ｂに結合される制御入力４２４Ｂと、バッファ４２０を介してミキサ４１６に結合される出力４２４Ｃとを含む。積分器４３２は、ベースバンドフィルタ４３０の出力をゼロと比較し、積分して、位相シフタ４２４のための制御信号４４８を生成する。位相シフタ４２４は、局部発振器信号４４６を受信し、局部発振器信号４４６の位相を制御信号４４８に基づいてシフトする。ベースバンドフィルタ４３０及び積分器４３２は、ミキサ４１６の出力４１６Ｃと位相シフタ４２４の制御入力４２４Ｂとの間に結合されるフィードバック経路の一部である。制御信号４４８は、局部発振器信号４４６の周波数をシフトさせて、強いリフレクタによって反射された送信周波数ランプの周波数シフトに適合させ、シフトされた局部発振器の位相シフトとミキサ４１６に提供される反射レーダー信号とを９０°に強制する。

【0038】

デジタル位相シフト回路４４０はＡＤＣ４３８に結合される。レシーバ４００をＡＮ条件にするために、デジタル位相シフト回路４４０は、ＡＤＣ４３８によって生成されたデジタル化データの位相を９０°シフトさせ、それによって、ＲＦシンセサイザーの位相ノイズ及びＵＰＮがレシーバ４００のＳＮＲに及ぼす影響をなくす。

【0039】

レシーバ１１０、レシーバ３１０、及びレシーバ４００において、局部発振器の位相及び周波数がシフトされ、レシーバ内の位相ノイズが抑制される。図５は、局部発振器経路ではなくＬＮＡ経路に位相シフタを含む例示のレシーバ５００のためのブロック図を示す。レシーバ５００は、ＬＮＡ５１２、位相シフタ５２４、及びＩ／Ｑ信号生成器５１８を含む。Ｉ／Ｑ信号生成器５１８は、局部発振器信号５４６を受信し、局部発振器信号５４６の位相バージョン及び直交位相バージョンを生成する。ＬＮＡ５１２は位相シフタ５２４に結合される。ＬＮＡ５１２は反射レーダー信号を受け取る。位相シフタ５２４は、Ｉチャネル及びＱチャネルに結合される。Ｉチャネルは、ＬＮＡ５１４、ミキサ５１６、ベースバンドフィルタ５３０、及び積分器５３２を含む。Ｑチャネルは、ＬＮＡ５２６、ミキサ５２８、ベースバンドフィルタ５３４、及び積分器５３６を含む。ミキサ５１６は、ＬＮＡ５１４を介して位相シフタ５２４の出力５２４Ｃに結合される入力５１６Ａと、バッファ５２０を介してＩ／Ｑ信号生成器５１８の出力５１８Ｂに結合される入力５１６Ｂと、ベースバンドフィルタ５３０の入力５３０Ａに結合される出力５１６Ｃとを含む。ベースバンドフィルタ５３０は、積分器５３２の入力５３２Ａに結合される出力５３０Ｂと、ＡＤＣ５３８に結合される出力５３０Ｃとを含む。ＡＤＣ５３８はデルタシグマＡＤＣであってもよい。積分器５３２は、ベースバンドフィルタ５３０に結合されて、ベースバンドフィルタ５３０に提示されたインピーダンス及び装荷を、Ｑチャネルのベースバンドフィルタ５３４に提示されたインピーダンス及び装荷に適合させる。

【0040】

Ｑチャネルにおいて、ミキサ５２８は、ＬＮＡ５２６を介して位相シフタ５２４の出力５２４Ｃに結合される入力５２８Ａと、バッファ５２２を介してＩ／Ｑ信号生成器５１８の出力５１８Ｃに結合される入力５２８Ｂと、ベースバンドフィルタ５３４の入力５３４Ａに結合される出力５２８Ｃとを含む。ベースバンドフィルタ５３４は、積分器５３６の入力５３６Ａに結合される出力５３４Ｂと、ＡＤＣ５４０に結合される出力５３４Ｃとを含む。ＡＤＣ５４０はデルタシグマＡＤＣであってもよい。

【0041】

位相シフタ５２４は、ＬＮＡ５１２の出力に結合される信号入力５２４Ａと、積分器５３６の出力５３６Ｂに結合される制御入力５２４Ｂと、ミキサ５１６及びミキサ５２８に結合される出力５２４Ｃとを含む。積分器５３６は、ベースバンドフィルタ５３４の出力をゼロと比較し、その差を積分して、位相シフタ５２４のための制御信号５４８を生成する。位相シフタ５２４は、反射レーダー信号を受け取り、制御信号５４８に基づいて反射レーダー信号の位相をシフトする。ベースバンドフィルタ５３４及び積分器５３６は、ミキサ５２８の出力５２８Ｃと位相シフタ５２４の制御入力５２４Ｂとの間に連結されるフィードバック経路の一部である。制御信号５４８は、強いリフレクタによって反射されたように、送信周波数ランプの周波数シフトに適合するように反射レーダー信号の周波数をシフトし、ミキサ５２８に提供された局部発振器及び反射レーダー信号の位相シフトを９０°に強制する。周波数及び位相調節は、ＩチャネルにおけるＤＣを最小限にし、それによりＩチャネルをＡＮ条件にし、Ｉ周波数におけるレシーバ５００のＳＮＲに対するＲＦシンセサイザー１０８の位相ノイズ及びＵＰＮの影響をなくす。

【0042】

レシーバ１１０、レシーバ３１０、及びレシーバ４００において、レシーバにおいて適用される局部発振器信号の位相及び周波数は、レシーバにおける位相ノイズを抑制するようにシフトされる。図６は、レシーバではなくトランスミッタ内に位相シフタを含むレーダーシステム６００のためのブロック図を示す。レーダーシステム６００は、レーダートランシーバ６０２、アンテナ６０４、アンテナ６０６、及びＲＦシンセサイザー６０８を含む。アンテナ６０４は、反射レーダー信号の受信のためにレーダートランシーバ６０２に結合される。アンテナ６０６は、レーダー信号の送信のためにレーダートランシーバ６０２に結合される。ＲＦシンセサイザー６０８は、レーダートランシーバ６０２に結合され、局部発振器信号６４６を生成する。局部発振器信号６４６は、レーダートランシーバ６０２によって送信され、レーダートランシーバ６０２によって受信レーダー反射をダウンコンバートするために用いられる。

【0043】

レーダートランシーバ６０２は、レシーバ６１０及びトランスミッタ６１１を含む。トランスミッタ６１１は、電力増幅器６４２及び位相シフタ６２４を含む。位相シフタ６２４の入力６２４Ａが、局部発振器信号６４６を受け取るために高周波シンセサイザー６０８に結合される。位相シフタ６２４の出力６２４Ｃが、位相シフタ６２４によってシフトされたように局部発振器信号６４６を送信するために電力増幅器６４２に結合される。レシーバ６１０は、Ｉチャネル及びＱチャネルに結合されるＬＮＡ６１２と、Ｉ／Ｑ信号生成器６１８とを含む。Ｉ／Ｑ信号生成器６１８は、入力６１８Ａで局部発振器信号６４６を受信し、局部発振器信号６４６の同相及び直交位相バージョンを生成する。Ｉチャネルは、ＬＮＡ６１４、ミキサ６１６、ベースバンドフィルタ６３０、及び積分器６３２を含む。Ｑチャネルは、ＬＮＡ６２６、ミキサ６２８、ベースバンドフィルタ６３４、及び積分器６３６を含む。ミキサ６１６は、ＬＮＡ６１４に結合される入力６１６Ａ、バッファ６２０を介してＩ／Ｑ信号生成器６１８の出力６１８Ｂに結合される入力６１６Ｂ、及びベースバンドフィルタ６３０の入力６３０Ａに結合される出力６１６Ｃを含む。ベースバンドフィルタ６３０は、積分器６３２の入力６３２Ａに結合される出力６３０Ｂと、ＡＤＣ６３８に結合される出力６３０Ｃとを含む。ＡＤＣ６３８はデルタシグマＡＤＣであってもよい。積分器６３２は、ベースバンドフィルタ６３０に提示されたインピーダンス及び装荷を、Ｑチャネルのベースバンドフィルタ６３４に提示されたインピーダンス及び装荷に適合させるために、ベースバンドフィルタ６３０に結合される。

【0044】

Ｑチャネルにおいて、ミキサ６２８は、ＬＮＡ６２６に結合される入力６２８Ａと、バッファ６２２を介してＩ／Ｑ信号生成器６１８の出力６１８Ｃに結合される入力６２８Ｂと、ベースバンドフィルタ６３４の入力６３４Ａに結合される出力６２８Ｃとを含む。ベースバンドフィルタ６３４は、積分器６３６の入力６３６Ａに結合される出力６３４Ｂと、ＡＤＣ６４０に結合される出力６３４Ｃとを含む。ＡＤＣ６４０はデルタシグマＡＤＣであってもよい。積分器６３６は、出力６３４Ｂにおけるベースバンドフィルタ６３４の出力をゼロと比較し、積分して、位相シフタ６２４のための制御信号６４８を生成する。

【0045】

位相シフタ６２４は、ＲＦシンセサイザー６０８の出力に結合される入力６２４Ａと、積分器６３６の出力６３６Ｂに結合される制御入力６２４Ｂと、電力増幅器６４２に結合される出力６２４Ｃとを含む。位相シフタ６２４は、ＲＦシンセサイザー６０８によって生成された局部発振器信号６４６を受信し、局部発振器信号６４６の位相を制御信号６４８に基づいてシフトする。ベースバンドフィルタ６３４及び積分器６３６は、ミキサ６２８の出力６２８Ｃと位相シフタ６２４の制御入力６２４Ｂの間に連結されるフィードバック経路の一部である。制御信号６４８は、局部発振器信号６４６の周波数をシフトして、リフレクタ６４４によって反射されたレーダー信号の周波数ランプの周波数シフトに適合させ、シフトされた局部発振器の位相シフトとミキサ６２８に提供される反射レーダー信号とを９０°に強制する。周波数及び位相調節は、ＩチャネルにおけるＤＣを最小限にし、それによりＩチャネルをＡＮ条件にし、Ｉチャネルにおけるレシーバ６１０のＳＮＲに対するＲＦシンセサイザー６０８の位相ノイズ及びＵＰＮの影響をなくす。

【0046】

図７は、本記載において、強いリフレクタの振動の相殺のためのループ帯域幅を決定し設定するために用いられる式を示す。フィードバックループ７００の帯域幅は下記である。

ここで、Ｒ_ＦＢは抵抗器７０２の抵抗であり、Ｒ_ｚは抵抗器７０４の抵抗であり、Ｒ_Ｉは抵抗器７０６の抵抗であり、Ｒ_ＨＰＦは抵抗器７０８の抵抗であり、Ｃ_ＨＰＦはコンデンサ７１０の静電容量である。フィードバックループ７００の帯域幅は、強いリフレクタ１４４の振動を追跡するように設定される。

【0047】

図８は、本記載においてフィードバックループを用いて生成された振幅ノイズと無相関位相ノイズの例示のシミュレーションを示す。フィードバックループ８００の同相ミキサ８０２の出力において生成される振幅ノイズレベルは、レシーバ１１０内のＡＤＣ１３８で測定される振幅ノイズレベルとの良好に適合する。また、位相ノイズレベルは、ＬＮＡ８０４の大きな信号ノイズファクタが無相関位相ノイズとして扱われる場合、ＡＤＣ１３８における位相ノイズと一致する。

【0048】

図９は、本記載における位相／周波数フィードバックループを有するレーダーシステムを含む例示の車両９００を示す。車両９００は、レーダーシステム９０２及びコンピュータシステム９０４を含む。レーダーシステム９０２は、例えば、本明細書に記載される、レーダーシステム１００、レーダーシステム３００、レーダーシステム６００、或いは、レシーバ５００又はレーダーシステム６００を含むレーダーシステムの実装である。車両９００内のレーダーシステム９０２のノイズフロアは、他のレーダーシステム実装に比べて最大１０ｄＢ又はそれ以上改善され得、これにより検出範囲が改善される。

【0049】

レーダーシステム９０２はレーダー信号９０６をコンピュータシステム９０４に提供し、コンピュータシステム９０４は、レーダー信号９０６を処理して、車両９００の環境におけるオブジェクトを識別し、識別されたオブジェクトに基づいて車両９００を制御する。コンピュータシステム９０４は車両９００内の任意の場所に取り付けることができ、レーダーシステム９０２は、車両９００の任意の外側表面に隣接して取り付けることができる。コンピュータシステム９０４は、レーダー信号９０６を処理する一つ又は複数のプロセッサ（例えば、汎用マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサなど）を含む。コンピュータシステム９０４は、レーダーシステム９０２を介したオブジェクトの識別に基づいて、車両９００の自動運転制御、車両９００の自動駐車制御、車両９００の死角モニタリング制御、車両９００のクルーズコントロールシステムの制御、又は車両９００の他のオートモーティブシステムの制御をすることができる。

【0050】

図１０は、本記載における、位相／周波数フィードバックループを有するレーダーレシーバを用いて車両を制御するための方法１０００に対するフローチャートを示す。便宜上順次示されているが、示されている行為の少なくとも幾つかが、異なる順で実施され得及び/又は並列して実施され得る。また、幾つかの実装が、示された行為のうちの幾つかのみを行い得る。方法１０００のオペレーションは、車両９００の実装によって実施され得る。方法１０００はレーダーシステム１００に関して記載されるが、方法１０００は、本記載に記載されるレシーバの任意のもの使用に適用し得る。

【0051】

ブロック１００２において、レーダーシステム９０２は、車両９００の動作環境におけるオブジェクトから反射されたレーダー信号を受信する。

【0052】

ブロック１００４において、レーダーシステム９０２は、受信レーダー信号を、ミキサ１１６及びミキサ１２８内の局部発振器信号１４６のＩバージョン及びＱバージョンと混合する。

【0053】

ブロック１００６において、レーダーシステム９０２は、Ｉ及びＱミキサ出力をフィルタする。より具体的には、レーダーシステム９０２は、ベースバンドフィルタ１３０及びベースバンドフィルタ１３４内のミキサ１１６及びミキサ１２８の出力をフィルタする。

【0054】

ブロック１００８において、レーダーシステム９０２はＱフィルタ出力を積分する。より具体的には、レーダーシステム９０２は、積分器１３６内のベースバンドフィルタ１３４の出力をフィルタする。

【0055】

ブロック１０１０において、レーダーシステム９０２は、用いられた局部発振器信号１４６を位相変調し、Ｉ及びＱ発振器信号を生成する。より具体的には、レーダーシステム９０２は、積分器１３６の出力を適用して、Ｉ及びＱ発振器信号を生成するために用いられる局部発振器信号１４６を位相変調する。

【0056】

ブロック１０１２において、レーダーシステム９０２はフィルタ出力をデジタル化する。より具体的には、レーダーシステム９０２は、ＡＤＣ１３８及びＡＤＣ１４０内のベースバンドフィルタ１３０及びベースバンドフィルタ１３４の出力信号をデジタル化する。レーダーシステム９０２は、デジタル化されたレーダー信号をコンピュータシステム９０４に提供する。

【0057】

ブロック１０１４において、コンピュータシステム９０４は、デジタル化されたレーダー信号に基づいてオブジェクトを識別する。より具体的には、コンピュータシステム９０４は、車両９００の動作環境におけるオブジェクトを識別するために、デジタル化されたレーダー信号を処理する。

【0058】

ブロック１０１６において、コンピュータシステム９０４は、ブロック１０１４において識別されたオブジェクトに基づいて車両９００を制御する。例えば、コンピュータシステム９０４は、オブジェクトの識別に基づいて、車両９００の自動運転の制御、車両９００の自動駐車の制御、車両９００の死角モニタリングの制御、車両９００のクルーズコントロールの制御、又は車両９００の他のオートモーティブシステムの制御をすることができる。

【0059】

本発明の特許請求の範囲内で、記載した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】