Radar teknolojisi modern otomotiv güvenlik sistemlerinin bir temel taşı haline geldi, her otomotiv radar sisteminin kalbi aydınlatma veya hava koşulları olmadan yüksek güvenilirlikle çevrelerini algılamasını sağladı. Adaptif bir seyir kontrol ve otomatik acil durum frenlemesinden kör-spot algılama ve çapraz uyarılar, radar sensörleri, modern DSP'lerin verimliliğini ve esnekliğini doğrudan doğru ve hızlı bir şekilde tespit eden ham verileri anlamayı sağlar.In the heart of each otomotiv radar system contains the digital signal Controller (DSP), gerçek zamanlı sinyal analizinin yoğun matematiksel taleplerini ele almak için uzman bir mikroişlemcidir.

Otomotiv radar sistemleri genellikle 76-81 GHz frekansı aralığında çalışır (mevcut-yoğu) ve nesnelerden yansıyan bir radar sensörü ile üretilen ham verileri yayarlar. geri dönüş yankıları, DSP'leri tanıtılabilir ve bu görev için bir cascade, paralel olarak, DSP'ler, DSP'ler ve alt-latımdaki verilerin büyük miktardaki farkları tekrarlayarak, daha yüksek çözünürlükte bulunan merkezi bir sinyal işlemeye olanak sağlar.

Dijital Signal Processors (DSP) anlamak

Dijital sinyal işlemcisi, özellikle de sinyal işlemedeki yüksek hızlı sayısal hesaplamalar için optimize edilmiş bir mikroişman sınıfıdır.Genel amaçlı CPU'nun aksine, karmaşık kontrol mantığı ile çok çeşitli görevleri yürütmek için tasarlanmıştır, DSP, tekrarlanan son derece karmaşık bir işlem için bir veya daha fazla MAC işlemi gerçekleştirebilir, iki sayıyı kullanarak ve bir taşıyıcıya yol açma sonucu ekliyor.

Modern otomotiv DSP'ler genellikle birden fazla MAC ünitesi, derin boru hatları ve hızlı Fourier dönüşümü için özel donanım içerir (FFT) hızlandırmaya yardımcı olur. Aynı zamanda, aynı döngüde birden çok banka ile ortak veri erişimine erişmeye, her adımın - aralık, Doppler'in, açıdan - sürekli veri akışını talep eden bir diğer önemli mimari özelliğidir.

DSP'ler hem sabit hem de yüzer nokta değişkenleri mevcuttur. Sabit nokta DSP'ler daha düşük güç tüketimi ve daha küçük ölü alanı sunar, maliyete duyarlı otomotiv uygulamaları için cazip hale getirir.Wonder-point DSPs, daha fazla güç tüketiyorken, gelişmiş otomotiv radar sistemleri bir kombinasyon kullanır: ağır ön sinyal işleme ve yüzücüler için sabit nokta.

Bir grafik işleme ünitesine kıyasla (GPU), DSP genellikle radar sinyal işlemesinde bulunan belirli hesaplamalar için daha verimlidir. GPUs, büyük veri vektörleri ile yüksek bir algoritma için DSP ile yüksek performansa sahiptir, ancak DSP grevleri bir denge için yasaklanabilir, düşük güç ve programlanabilirlik ile yüksek performans C/C++ aracılığıyla yapılır.

Radar Signal Processing Chain

DSP'lerin rolünü takdir etmek için, bir otomotiv radar sisteminin tipik işleme zincirini incelemek yardımcı olur. Zincir, ana akımdaki aşağıdaki aşamalardan veya bir kanalda alınan radyo frekansı sinyalini geri aldı:

Range FFT

İlk operasyon genellikle hızlı bir Fourier dönüşümü (FFT) ile her chirp için hızlı zaman örnekleri (standart boyut) ile aynıdır - sık sık sık DSP'nin donanım FFT hızlandırıcılarından yararlanan rutinleri kullanır.

Doppler FFT

FFT aralığından sonra, sistem yavaş zamanlı bir boyutta birden çok chirps ile veri toplar. ikinci FFT - her aralığın önbellek nesneleri çıkarmak için her bir aralığına uygulanır.Bu adım aynı zamanda hesaplama yoğundur çünkü bu da şık bir chirps penceresi üzerinde karmaşık hafıza erişim kalıpları yönetmek gerekir.

CFAR Tespiti

DSP bellekteki aralıksız harita ile, DSP sürekli bir yanlış alarm oranı (CFAR) algoritmasını çalıştırıyor. CFAR taramaları, haritayı ve çevredeki hücrelerin ortalama gürültü seviyesini karşılaştırıyor, sürekli bir algılama olasılığını korumak için eşiği ayarlıyor. Bu a Adaptasyon eşik, meşru hedefleri korurken gürültüyü reddetmenin ve karışıklığı korumak için çok önemlidir. DSP, karşılaştırmaları ele alıyor ve gerçek zamanlı olarak eşleme ve eşleme hesaplamaları karşılaştırıyor.

DÖRÜŞÜNCÜŞÜN

Modern automotive radars use multiple transmit and receive antennas to estimate the angle of arrival of each target. The DSP processes the complex signals from each antenna pair to compute a direction-of-arrival (DoA) using methods such as digital beamforming, MUSIC, or the simpler FFT-based monopulse technique. This step requires matrix arithmetic and complex number operations, which DSPs can execute efficiently due to their built-in vector processing capabilities.

Kombinasyon ve Takip

Bir kez algılamalar aralık, Doppler ve açı bilgisi ile oluşturulur, DSP onları farklı nesneler temsil eden kümelere organize eder. Daha sonra bir takip filtresi çalıştırabilir, tipik olarak bir Kalman filtresi, nesnenin durumunu ve hareketini zamanla tahmin etmek için.The monitoring stage is less hesaplama-heavy per detect but must maintain low latency to update track at rates at swimmer-point support matrix inverss and covariance updates.

Data Fusion

Son olarak, radar verileri kameralardan, kapaklı ve ultrasonik sensörlerden bilgi ile bir araya getirilir. Bazı füzyon görevleri merkezi bir alan kontrolinde meydana gelirken, DSP ön sensör hizasını, zaman senkronizasyonunu ve plaubilite kontrollerini gerçekleştirebilir. Bu, ana işlemciye yükleri azaltır ve sadece konsolide edilmiş hedef listelerin zincirden geçirilmesini sağlar.

Otomotiv Radarındaki DSP'lerin Eleştirel Fonksiyonlar

Yukarıdaki işlem zinciri DSP'lerin gerçekleştirdiği birkaç kritik işlevi vurgulamaktadır. Temel adımların ötesinde, DSPs radar performansını genişleten daha gelişmiş yetenekler sağlar:

  • DSP'lerin dijital filtreleri – hareketli tahrik yanıtı (FIR) veya sonsuz dürtü yanıtı (IIR) filtreleri – diğer radarlardan gelen müdahale ve istenen sinyalden bağımsız olarak üretilen gürültüyü de uygulamaktadır. DSP'lerin dijital filtrelere yönelik müdahalelerini dinamik olarak uygulamalarına izin verir.
  • [[Doppler işleme ve CFAR algılaması, yüksek güvenilirlik ile nesneleri tanımlar. DSPs, düşük sinyal-to-noise oranı veya multi-hefü durumlar gibi zorlu senaryolarda tespit etmek için makine öğrenme modellerini de uygulayabilir.
  • [FONT:0)Sürekli Suppression:[Döncükler, yol işaretleri ve bitki örtüsü gibi sabit olmayan nesneler sistemi yanlış yönlendirebilecek kalıcı yansımalar yaratır. DSP, tarihi verileri toplayan ve bilinen sabit geri dönüşleri kaldıran dağınık haritaları kullanır, hareket eden hedeflerden de ayrı hedefler çıkarır.
  • [FONT:0)Beamform:[Döneticileri ile, DSP radarın bakış alanını elektronik olarak yönlendirebilir. Dijital kirişleme, her antenin sinyaline, özellikle de dar sektörleri hızlı bir şekilde tarama ihtiyacı olan yüksek çözünürlüklü radar için önemli bir şekilde geçiş yapar.
  • [FONT=0) Çok fazla sayıdaki (MIMO) İşleme: ), Modern radar sistemleri MIMO anten yapılandırmalarını kullanarak, DSP hızlandırıcılarını önemli ölçüde artırır.
  • DSPT:0) FusionData ve Sensör senkronizasyonu:[Dönemli olarak, DSP genellikle yerel bir füzyon merkezi olarak hizmet eder, kamera nesneleri ile onları ortak bir koordinat çerçevesine yönlendirerek radar algılamalarını birleştirir. Timing puls and interpolasyon, verilerin gecikmiş yanlış pozitiflerden kaçınılmasını sağlar.

DSP Processors for Automotive Applications

DSP'lerin otomotiv radarında benimsenmesi, güvenlik-kahkalama sistemlerinin katı gereksinimleriyle uyumlu birkaç somut avantaj tarafından yönlendirilmektedir:

  • DSP'ler sabit bir süre bütçe içinde her işlem çerçevesinin sabit yük altında bile gerekli gecikmelerin içinde tepki vereceğini kanıtlamak için, en kötü durumdaki uygulama süresi (WCET) analizinin mümkün olduğunu ispatlamak için tasarlanmıştır.
  • [FONT:0) Düşük Güç Tüketimi: [DFLT:1] Otomotiv elektronik kontrol birimleri (ECUs) sıkı termal bütçelerde çalışmalıdır, özellikle de araçlar daha fazla sensörler eklenmektedir. Tipik bir radar DSP yaklaşık 1-5 watt, çok daha az ısı dağılımını azaltır, daha küçük ve hafif muhafazalar sağlar.
  • [[Düzücüler:0)Küçük Fiziksel Ayak izi:[DSPT:1) Çünkü DSP'ler birden fazla işlevi entegre eder (ADC arayüzü, hafıza, hızlandırıcılar, işleme çekirdeği) tek bir ölü veya tek bir pakette radar modüllerinin, yan aynaların arkasına sığmasına izin verir, hatta kabinin içinde bile.
  • DSPT:0)Programlanabilirlik ve Flexability:[Dönetici ASICs’in aksine, DSP'ler, üretimden sonra yeni algoritmaları uygulamaya yeniden programlanabilir. Bu, otomatik üreticilerin ve katmanlı tedarikçilerin tespit algoritmalarına izin verir, yaya sınıflandırması gibi özellikler ekleyebilir veya farklı araç modellerine donanım olmadan radar davranışını da adapte edebilir.
  • [FONT=0) Kompleks Algoritmalar için Yüksek Lisans: [DFLT:1] Özel MAC birimleri, VLIW mimarisi ve donanım FFT motorları DSP'lerin tüm radar çerçevelerini on iki mikrosaniyede işlemelerini sağlar. Bu, sadece temel bir algılamayı destekler, aynı zamanda süper-silikli bir sinir ağı gibi gelişmiş özellikler de destekler.
  • [FONT:0]Güvenli ve Güvenilirlik:[Dönetici için tasarlanmış birçok DSP’ler, iki çekirdekli kilitlenme, yerleşik kendini test eden (BIST) ve hata kaydedici kod (ECC) hafızalarda buluşur.
  • [FONT:0]Kaçta Cost-Effectiveness: [DSPT:1] DSP'ler, düşük ünite maliyetlerinden kaynaklanan yüksek hacimlerde üretilmektedir.Bir kitle pazarlama aracı için, DSP ve ilişkili hafızanın maliyeti dahil - DSP'nin bir kısmıdır.

Meydanlar ve düşünceler

Güçlülerine rağmen, DSP'leri otomotiv radarında dağıtma, zorluklar olmadan değildir. Mühendisler performans, güç ve birkaç teknik engel ele alırken maliyetleri dikkatle dengelemelidir:

  • [FONT:0)Algorithm Kompleksi Arttırma:[Dönetici: 0 ) Radar sistemleri, güçlendirici yol kullanıcılarının sınıflandırması, 4D'deki haritalama ortamları (yer, Doppler, azimuthm Kompleks), hesaplama yükü büyüdükçe, derin öğrenme tabanlı bir noktada bulut işleme veya sentetikperture radar (SAR) teknikler, mevcut DSP mimarileri sınırlarına yönlendirebilir.
  • [FONT:0] ⁇ Yönetimi: [DSPT:1], DSP'lerin nispeten az güç tükettiğine rağmen, genellikle sıcak motor bileşenleri veya doğrudan güneş ışığına yakın kapalı radar modülleri içine yerleştirilir. Elevated kisbellekli kavim sıcaklıkları düşük performans ve güvenilirlikten yararlanabilir.
  • DSPT:0) Interference Management:[Dönetici:[Dönetici: 0,4] Yolda benzer radar frekansları kullanarak birçok araçla, karşılıklı müdahale büyüyen bir problemdir. DSPs, müdahale algılama ve mitigation algoritmaları uygulamalıdır - frekans umut, dalgalama çeşitliliği veya müdahale iptali gibi - gecikmeden ödün vermeden.
  • [FONT=0]Sensor Fusion Synchronization: Fusing radar verileri kameralarla ve kapaklı seslendirme ayarı gerektirir. Sensörler arasındaki mikrosaniye seviye dengelemeler yanlış algılamalara veya eksik nesnelere neden olabilir. DSP, donanım zamanlarını yönetmek ve aracın zaman senkronizasyon ağı ile entegre etmelidir (örneğin, IEEE 802.1AS).
  • [FONT=0)Certification and Validation:[Dönetici: 0DKDK-1) Güvenlik-könkücü radar sistemleri ISO 26262 ve diğer düzenleyici standartları karşılamak için titiz bir teste tabi olmalıdır. DSP yazılımının güvenlik hedefleriyle karşı karşıya kaldığı - özellikle de AI bileşenleri kullanırken - DSP'ler için devam eden bir meydan okumadır.

Otomotiv radarının yörüngesi, aracın genel algı sistemi ile daha yüksek çözünürlük, daha büyük istihbarat ve sıkı entegrasyon yönündedir. DSPs bu talepleri karşılamak için evrimleşmiştir, ufukta birkaç önemli trendle:

DSP'lerle Yapay Zekanın Entegrasyonu

En önemli gelişmelerden biri, makine öğreniminin geçici sinir ağları (CNNs) ve DSP'lerde yeniden yapılanması, ancak sinir ağları nesneleri daha sağlam bir şekilde algılamayı ve sınıflandırmayı öğrenebilir. Birkaç DSP satıcısı şimdi bir araba, bir cyclist, bir yaya veya DSP'ye yönelik bir yapay zekatlı robot ağları (RNNs) için donanım hızlandırmayı sunar.

4D Görüntüleme Radar

Dördüncü nesil görüntüleme radarları geleneksel aralık, Doppler ve azimuth boyutlarına yükseltilir, kapaklı bir nokta bulutu oluşturmak. Bu radarlar, gerçek zamanlı işlem işleme, 12 aktarma ve 16 tane anten almak için büyük MIMO'lar kullanır.Dönetici 3 ve 4 ayrı sürüş için anahtar bir olasılık vaat eder.

Yazılım-Defined Radar

Araçlar daha fazla yazılım tanımlı hale gelirken, radar sistemleri sabit donanım konfigürasyonlarından yapılandırılabilir platformlar. DSPs, çalıştırılabilir zaman programlanabilir dalgalama jeneratörleri, tunable filtreler ve adaptif algoritmaları radarın modunu dinamik olarak değiştirmesine izin verir - e.g., geniş ekranlı düşük çözünürlüklü bir taramaya kadar - bu esneklik, donanım karmaşıklığı yönetmek için performans geliştirirken performans geliştirir.

Yüksek Frequencies ve Band geniş

Otomotiv radarı, 4 GHz'yi aşan bant genişliğine giderek genişliyor. Daha geniş bant genişliği bu eğilimden önce kalmak için daha iyi bir dizi karar verir. böyle yüksek bant genişliği sinyalleri işleme, daha hızlı ADCs ve DSP'ler daha yüksek örnekleme oranlarında daha büyük FFT boyutlarını kullanabilmeye olanak sağlar. Newer DSPs, daha fazla paralel işleme şeritleri içeriyor.

Domain Controller Entegrasyon

Bugün birçok radar modülü özel bir DSP'ye sahip olsa da, düşük güç DSP'ye doğru bir hareket var, o zaman kamera ve kapak işleme ile radarı birleştiren merkezi bir alan kontrol cihazına doğru hareket ediyor olabilir.Bu offload, yüksek bant genişliği arayüzleri talep ediyor (örneğin, FFT, Ethernet, MIPI) ve dikkatli bir şekilde görevlerin bölümlüğünü azaltır.

Gelişmiş Süreç Nodes ile Geliştirilmiş Verimliliği

DSP üreticileri daha küçük üretim düğümlerine (örneğin, 16nm, 12nm FinFET) daha yüksek performans sunmak için hareket eder. Bu, radar modüllerinin artan güç veya ısı olmadan daha fazla veri işlemesine olanak sağlar. Ek olarak, daha az fab süreçleri birden fazla DSP çekirdeği, hafıza ve hızlandırıcıların entegrasyonunu tek bir ölü, daha da küçültülebilir modül boyutunun.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Dijital sinyal işlemcileri, otomotiv radar sistemlerinde vazgeçilmez hale geldi, DSP'lerin, endüstrinin harekete geçmesini gerektirdiği, daha iyi bir şekilde işleme ihtiyacı olan, yapay zeka ile gelişmiş özellikleri sağlamanın temelsel FFT'ler ve CFAR algılaması ve daha derinleştirmeler yapabilmesi için, DSP mimarileri, daha fazla paralellik sağlamaları ve önümüzdeki yıllardaki mikroptif ağ oluşturmanın gerektirdiği maliyet-malzemeler.

Otomotiv radarı ve DSP uygulamaları hakkında daha fazla okuma için, [[Dönetici:0)Texas Instruments'ın otomotiv radar sayfası), [[FONT=2)NXP'nin radar sistemi çözümleri) ve teknik kağıtlar ).IEEE Signal Processing Magazine).