Die Rolle der 77 GHz Single-Chip-Radarsensoren im Kfz

Präsenzerkennung

Kinder und Tiere, die in einem verschlossenen Auto zurückgelassen werden, können bei Sonnenschein sehr schnell an Überhitzung sterben. Ein im Fahrzeuginnenraum installiertes FMCW-Radar kann deren Präsenz in einem ansonsten unbesetzten Fahrzeug erkennen und rechtzeitiges Eingreifen ermöglichen.

Diese Applikation steht und fällt mit der genauen Geschwindigkeitsauflösung des Radarsystems. Das System muss also Objekte, die – wie etwa ein schlafendes Kind – kleinste Bewegungen machen, von den stationären Objekten im Fahrzeug unterscheiden können.

Ein Beispiel einer Verarbeitungskette ist in Bild 11 zu sehen. Ein Frame besteht hier aus einer Abfolge äquidistanter Chirps im MIMO-Modus, wobei zwischen TX1 (blau) und TX2 (rot) abgewechselt wird. Die große Lücke zwischen den Chirp-Paaren dient dazu, die Framedauer zu vergrößern und die Geschwindigkeits-Auflösung zu verbessern. Als erstes berechnet der Baustein die Entfernungs-FFTs aller Chirps im Frame. Das dabei erzielte Resultat wird einem Block zur Echoentfernung zugeführt, der die auf stationäre Objekte zurückzuführenden Echos entfernt, damit es die folgenden Abschnitte ausschließlich mit interessierenden Signalen zu tun haben (also mit Signalen von Objekten, die sich langsam oder intermittierend bewegen). Die Funktionsweise dieses Blocks beruht darauf, dass der DC-Anteil eines jeden Entfernungs-Bins (also der Durchschnitt des Entfernungs-Bins über die verschiedenen Chirps) geschätzt und vom jeweiligen Entfernungs-Bin (über alle Entfernungs-FFTs im Frame) subtrahiert wird.

Die Entfernungs-FFTs aller Antennen werden einem Winkelspektrum-Schätzungsblock zugeführt, der das Winkelspektrum eines jeden Entfernungs-Bins berechnet. Mikro-Bewegungen der interessierenden Objekte dienen zum Dekorrelieren der Phasenlage der Spitzen im Entfernungs-FFT, die über mehrere Chirps hinweg berechnet wurden, was wiederum zur Verbesserung der Winkelauflösung beiträgt.

Sobald mit dem Entfernungs-FFT die Signale hinsichtlich der Entfernung aufgelöst sind und die Winkelspektrum-Abschätzung auch den Winkel aufgelöst hat, zeigt eine räumliche Heatmap die Signalintensität in einem zweidimensionalen X-Y-System bzw. alternativ in einem Entfernungs-Azimut-System. Eine anschließende Nachverarbeitung kann daraufhin Objekte in dieser Heatmap erkennen, was entweder mit einem Detektierungsalgorithmus (z. B. CFAR) oder mit ausgefeilteren Merkmalsextraktions- und Analysetechniken erfolgt. Das Resultat dieser Nachverarbeitung kann auf das das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein interessierender Objekte hindeuten. Darüber hinaus kann der Nachverarbeitungs-Block auch den räumlichen Ort des interessierenden Objekts ausgeben.

Die hochintegrierten Radarbausteine der AWR-Familie eignen sich zur Entwicklung kompakter „Radar-on-a-Chip“-Lösungen, mit denen sich das Fahrerlebnis über die Möglichkeiten von Fahrassistenzsystemen hinaus verbessern lässt, beispielsweise durch Freiraum-Erkennung, Überwachung der Vitalzeichen des Fahrers, Gestenerkennung und Präsenzerkennung.

* Sämtliche Autoren sind für Texas Instruments tätig. Sandeep Rao als Radar Systems Architect, Adeel Ahmad als Systems Engineer, Dr. June Chul Roh ist Senior Systems Architect und Sachin Bharadwaj arbeitet als Systems Engineer.

(ID:45698238)