Automotive-Radarsensoren

Bild 1: Interferenz-Szenarien. Rohde & Schwarz

Die verschiedenen Hersteller von Automotive-Radarsensoren verwenden unterschiedliche Wellenformen, Timings, Bandbreiten, Antennendiagramme und Signalverarbeitungsverfahren. Dies ist im Hinblick auf die Störfestigkeit von Vorteil, kann aber dazu führen, dass die Radare auf unterschiedliche Weise auf Störeinstrahlungen reagieren. In Automotive-Radarsensoren werden hauptsächlich zwei Arten von Wellenformen eingesetzt. Radare zur Totwinkelüberwachung verwenden häufig Mehrfach-Frequenzumtastung (Multiple Frequency Shift Keying, MFSK) und arbeiten vorwiegend im 24-GHz-Band. Radare im 77- oder 79-GHz-Band nutzen in der Regel lineare, frequenzmodulierte Dauerstrichsignale (Linear Frequency-Modulated Continuous-Wave Signal, LFMCW) oder Chirp-Sequenz-(CS-)Signale, eine spezielle Form der LFMCW-Signale.

ECK-DATEN

Jedes Jahr werden 72 Millionen neue Fahrzeuge mit drei oder mehr Radarsensoren zugelassen. Somit könnten bald 200 Millionen weitere Radarsensoren im Straßenverkehr unterwegs sein. Diese Sensoren müssen mit wechselseitigen Interferenzen zurechtkommen und eine Vielfalt an Signalen sowie Maßnahmen zur Interferenzabschwächung bieten. Das soll Fehldetektionen sowie Blindheit verhindern, falls mehrere Radare in einer HF-Umgebung im gleichen Teil des Frequenzbands arbeiten.

Die Vorteile von CS- gegenüber LFMCW-Signalen liegen in der Auflösung von Mehrdeutigkeiten und dadurch höheren Aktualisierungsraten. Hier reicht ein einziges kohärentes Verarbeitungsintervall aus, um alle Zielobjekte im Überwachungsbereich zu messen und aufzulösen. Bei LFMCW werden mindestens drei verschiedene Chirp-Signale benötigt. Andererseits führt die CS-Wellenform zu einer höheren Verarbeitungskomplexität, da mehrere FFTs notwendig sind. Zudem steigt die Empfängerbandbreite durch Verwendung höherer Chirp-Raten entsprechend den erwarteten Frequenzverschiebungen an. Dadurch werden Maßnahmen zur Interferenzunterdrückung und -abschwächung notwendig.

Seit der Verabschiedung des ETSI EN 301 091-2-V2.1.1-Standards aus dem Jahr 2017 müssen Radarsensoren wie nachfolgend beschrieben auf Störsignale getestet werden. ETSI legt keine bestimmten zu testenden Wellenformen fest („Der Störsignalsender muss in der Lage sein, Dauerstrichsignale bestimmter Frequenzen auszusenden“). Es werden aber die äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) und die Frequenzen angegeben.

Messtechnik für Automotive-Radarsensoren

Um Interferenzunterdrückungsverfahren zu verifizieren und die Störfestigkeit eines Radarsensors prüfen zu können, verwendet Rohde & Schwarz einen Laboraufbau, der die Erzeugung beliebiger HF-Signale ermöglicht. Bild 2 zeigt typische Radar-Störsignale, die mit der Pulse-Sequencer-Software von Rohde & Schwarz generiert wurden. Die Signale werden im Basisband erzeugt und in das E-Band (60 bis 90 GHz) gemischt. Da die meisten Automotive-Radare nur frequenzmodulierte Signale verwenden, lassen sich diese alternativ auch mit einem Vektorsignalgenerator und einem Frequenzvervielfacher erzeugen. Das hat den Vorteil, dass der Testaufbau relativ einfach bleibt und eine hohe Signalbandbreite bietet. Denn der Frequenzvervielfacher skaliert auch die Signalbandbreite. Beide Lösungen entsprechen den Anforderungen des ETSI-Tests, sofern mit einem Mischer-Konzept auch die Frequenzen der Remote-Band-Signale abgedeckt werden können.

Automotive-Radarsensoren

Bild 2: Radarsignal und Radar-Störsignal werden mithilfe der Pulse-Sequencer-Software, dem Vektorsignalgenerator SMW200A und dem Frequenzvervielfacher SMZ90 generiert. Rohde & Schwarz

Dieser Messaufbau lässt sich mit dem Vektorsignalgenerator SMW200A und dem Frequenzvervielfacher SMZ90 realisieren. Eine E-Band-Hornantenne wird an den Ausgang des Frequenzvervielfachers angeschlossen, um das E-Band-Signal über die Luftschnittstelle auszusenden.

Testaufbau mit komplexen Wellenformen

Soll der Radarsensor mit komplexeren Wellenformen getestet werden, etwa mit CDMA- oder OFDM-Amplitudenmodulation, ist ein anderer Aufbau erforderlich. Hierzu wird ein E-Band-Upconverter sowie ein Zweikanal-Signalgenerator benötigt. Dabei wird ein HF-Signal in den Lokaloszillator-(LO-)Eingang des Upconverters und ein zweites moduliertes Signal in den Zwischenfrequenz-(ZF-)Eingang eingespeist. Das LO-Signal wird multipliziert und mit dem ZF-Signal gemischt. Auf diese Weise lassen sich Radare gegen beliebig komplexe Wellenformen testen.

Auswirkungen von Interferenzen auf die Radar-Leistungsfähigkeit

Zur Untersuchung der Auswirkungen von Störsignalen auf einen Radarsensor wurde im folgenden Messbeispiel ein 77-GHz-Sensor verwendet. Da ZF- und FFT-Rohdaten verfügbar sind, kann der Tester die Auswirkungen von Störsignalen auf das FFT-Spektrum sofort feststellen. Je nach der Störsignalleistung, die herunter gemischt wird und in die Empfängerbandbreite fällt, ist ein Ansteigen des Grundrauschens zu erwarten. Der getestete Radarsensor nutzt selbst ein LFMCW-Signal mit einer Signalbandbreite von 200 MHz.

Automotive-Radarsensoren

Bild 3: Der Rauschpegel eines 77-GHz-Automotive-Radar-Spektrums steigt stark an, wenn ein störendes Signal vorhanden ist. Rohde & Schwarz

Mithilfe der Pulse-Sequencer-Software wurden verschiedene Stör-Wellenformen generiert und gegen den Radarsensor gerichtet. In Bild 3 ist erkennbar, dass der Rauschlevel des FFT-Spektrums deutlich ansteigt und Ziele, welche vorher deutlich erkennbar waren, überdeckt werden.

 

Thema auf der nächsten Seite: Test der Auswirkungen von Interferenzen auf die Ziellisten.

 

 

 

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