Radar Imaging mit Icon Radar: Nicht nur für automatisiertes Fahren

Warum Imaging Radar mit Icon Radar so interessant ist, das erfahren Sie in diesem Beitrag. Seit rund 80 Jahren war das Radar der Luft-und Schifffahrt oder dem Militär im Einsatz. Um es als Fahrerassistenzsystem nutzen zu können und somit für den riesigen Automobilmarkt verfügbar zu machen, bedarf es nicht nur einer verbesserten Objekterkennung (Bild 1). Es muss zuverlässig, robust und vor allem wirtschaftlich sein. Genau diese Ziele hat Magna erreicht.

Bild 1: Icon Radar erkennt sowohl statische als auch bewegte Objekte. Magna

Radar-Chip kostengünstig herstellen

Die CMOS-Technologie bietet im direkten Vergleich mit der heutigen SiGe-Technologie einen deutlichen Kostenvorteil in der Herstellung, besonders während des Silikonverarbeitungsprozesses. Zusätzlich ermöglicht CMOS eine einfache Integration bestehender IPs. So lassen sich beispielsweise der beste A/D-Wandler, benötigte Interfaces wie zum Beispiel CAN oder Ethernet, Datenverarbeitungsrechenleistung wie digitale Signalverarbeitung, Cores/Prozessorkerne und Speicher auf dem gleichen Chip. Diese SoCs liefern einen immensen Kostenvorteil zu dem bereits durch den CMOS-Prozess entstandenen hinzu.

Bild 2: Die Technologie hinter Icon Radar wird zu den Augen des autonom fahrenden Fahrzeugs werden. Magna

Gefüllte Arrays verbessern die Objekterkennung

Audiosignale zu versenden und zu empfangen hängt sehr stark vom Antennensignal ab. Doch was passiert, wenn ein bestehender Radar-Chip keine ausreichende Zahl an Transmittern und Empfängern unterstützt? Grating Lobes (Bild 3) sind dann die Ursache für eine falsche Objekterkennung, die in einem weiteren Schritt herausgerechnet werden müssen. Die dazu notwendige Heuristik wird komplex und kann Fehler erzeugen, was wiederum in einer fehlerhaften Objektwiedergabe in der Fahrzeugumgebung endet.

Bild 3: Unterstützt ein Radar-Chip nicht genügend Empfänger, führen Grating Lobes zu einer falschen Objekterkennung. Magna

Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, ist das Füllen des Antennen-Arrays (Bild 4). Dadurch wird die Anzahl der Grating Lobes reduziert und das Bild der Umgebung sehr präzise wiedergegeben. Um das Array komplett aufzufüllen, werden die nächsten Generationen der Radar-Chips hunderte virtueller Empfänger bedienen müssen.

Bild 4: Signale mit vollem Antennen-Array. Grating Lobes werden dadurch reduziert und die Umgebung präzise wiedergegeben. Magna

Icon Radar erkennt Objekte im selben Elevationswinkel

In diesem Zusammenhang muss auch die vertikale Auflösung angesprochen werden. Heutige Radar-Systeme sind in der Lage, die Höhe eines Objektes zu messen. Allerdings können sie Objekte nicht voneinander unterscheiden, die beispielsweise voreinander, also im selben Elevationswinkel stehen. Icon Radar hingegen kann ein stehendes Fahrzeug unter einer Brücke erkennen, wenn es beispielsweise direkt am Stauende steht, da das Design 2D-Scans in Azimut und Elevation (Bild 5) zur gleichen Zeit unterstützt.

Bild 5: Objekte erkennen, die hintereinander stehen – mit den zeitgleichen 2D-Scans in Azimut und Elevation ist Icon Radar auch dazu in der Lage. Magna

Darüber hinaus kann das System von Magna zwischen Objekten unterschiedlicher Größen unterscheiden. Die Fähigkeit des Auflösens zweier unmittelbar nebeneinander liegender Objekte – ohne auf deren Reflexion zu achten – gewinnt vor allem an Bedeutung, wenn zum Beispiel ein Fahrradfahrer an parkenden Fahrzeugen vorbei fährt, ein Fußgänger hinter einem Auto hervortritt oder eine Person den entgegenkommenden Verkehr vor einem Unfall warnen möchte.

Diese überragende Objekterkennung, -separation und -klassifikation (Bild 6) ist völlig neu und einzigartig und wird dazu beitragen, eine unangemessene oder falsche Reaktion des Fahrzeugs in bestimmten Fahrsituationen zu vermeiden.

Mit Imaging Radar Interferenzen mit anderen Radar-Systemen vermeiden

Robustheit kann ebenso mit dem Wort Redundanz beschrieben werden. Ein Signal auszusenden und es mit einer Antenne zu überprüfen, ergibt bereits ein gutes Bild seiner Umgebung. Ist man jedoch in der Lage, das gleiche Signal mit einem zweiten Paar Sender und Empfänger zu bestätigen, erhöht es die Robustheit und die zuverlässige Erkennung bestimmter Verkehrssituationen um ein Vielfaches, indem man fehlerhafte Detektionen überprüft und gegebenenfalls herausrechnet. Die CMOS-Technologie und deren SoC-Möglichkeiten stellen ausreichend viele Transmitterausgänge und Empfängereingänge für ein solches Zwei-Radar-in-einer-Box-System zur Verfügung.

Darüber hinaus ist dank CMOS auch die notwendige Rechenleistung verfügbar, um all diese Daten parallel zu verarbeiten; sei es Objekterkennung, -verfolgung, -clustering oder seine Klassifizierung, bis hin zu den Algorithmen, die letzten Endes den Lenk- oder Bremseingriff steuern.

Robustheit bedeutet jedoch auch, Interferenzen mit anderen Systemen zu vermeiden. Heutige Radar-Systeme laufen Gefahr, aufgrund von Interferenzmechanismen auszufallen. Vor allem, wenn die Anzahl der mit Radar ausgestatteten Fahrzeuge auf den Straßen steigen wird. Und diese Situationen werden zweifellos zunehmen, da sowohl die Anzahl der Fahrzeuge, als auch die Anzahl der Radar-Systeme pro Fahrzeug stetig zunehmen.

Bild 6: Objekte erkennen, separieren und klassifizieren: Icon Radar ist das erste bildgebende Radar-System in der Automobilindustrie. Magna

Aufgrund der Tatsache, dass diese Systeme für sicherheitskritische Systeme eingesetzt werden, muss eine gegenseitige Beeinträchtigung auf jeden Fall vermieden werden. Dazu gibt es verschiedene Herangehensweisen, wie beispielsweise Phasenversatz, Frequenzwechsel, Frequenzversatz oder sogar eine Kombination mehrerer Optionen. Icon Radar verwendet eine Vielzahl an zufällig generierten Codes, die es von Haus aus widerstandsfähig gegen Interferenzen und somit einmalig sicher macht.

(il)