WO2016087679A1 - Radarsensor, radarsensor-system sowie verfahren zur bestimmung der position eines objekts mit horizontaler und vertikaler digitaler strahlformung zur vermessung von punkt- und flächenförmig reflektierenden objekten - Google Patents

Radarsensor, radarsensor-system sowie verfahren zur bestimmung der position eines objekts mit horizontaler und vertikaler digitaler strahlformung zur vermessung von punkt- und flächenförmig reflektierenden objekten Download PDF

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Benedikt Schulte
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    • G01S2013/93274—Sensor installation details on the side of the vehicles

Definitions

  • Radar sensor radar sensor system and method for determining the position of an object with horizontal and vertical digital Strahlformunq for measuring point and surface reflective objects
  • the invention relates to a radar sensor, radar sensor system, and methods for determining the position of an object.
  • Millimeter-wave radar sensors e.g. for automotive and aeronautical applications should have a compact and cost-effective design.
  • planar and punctiform reflectors differs essentially in that planar surfaces have significant reflection only when the incidence of the radar beam is perpendicular, whereas with punctiform reflectors this is the case even at other angles. This circumstance can lead to the fact that extensive planar surfaces are not recognized in their contour and that a collision can occur in particular with the automatically opening door.
  • the object of the invention is to provide a device, a method and a radar system, whereby the disadvantages described above are avoided. It is another object of the invention to provide a radar sensor or a radar sensor system or a device and a method available with which a vertical position of an object can be determined and with the help of a classification between point and area-shaped objects are performed can.
  • the object is achieved according to the device with the features of claim 1 or 13, according to the method with the features of claim 18 or 19.
  • A. Device for determining the position of an object in three-dimensional space comprising at least two radar transceivers, each device comprising at least 4 receivers and one or two transmitters, with an antenna array for horizontal beam tilting in the vertical one has a fan-shaped beam, and an antenna array for a vertical beam swing, whose individual beam elements in the vertical as well as in the horizontal one wide
  • a radar system for using a device for determining a position of an object in the three-dimensional space in the sense of B, consisting of at least 4 transmitters and 8 receivers, which are synchronized with each other and thus allow a two-dimensional beam swing of a single antenna beam and further
  • a remedy is provided by the use of a second radar sensor, which is arranged offset from the first in the direction of travel.
  • the sensors are networked with each other and the collected information is evaluated according to the master-slave principle of one of the two sensors. Further embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
  • Figure 1 shows the sensor arrangement on the vehicle with horizontal field of view for monitoring the opening range of the doors.
  • the sensors are each tilted by about 30 degrees and have a field of view of about 1 10 degrees. At least 2 sensors must be installed per side of the vehicle to optimally cover the opening area of the doors.
  • Figure 2 shows the vertical field of view of the sensors and the range of potential obstacles.
  • the arrangement of the sensors was chosen so that, on the one hand, the opening area of the doors is maximally covered, on the other hand, to distinguish point-shaped reflectors from sheet-like. For this purpose, an overlap of the fields of view of the sensors is required.
  • the door may open up to the object, whereas in the case of area-like obstacles, such as walls or neighboring vehicles, the door may only open up to the potentially extended area.
  • the point-shaped object is detected by both sensors in distance and angle. In the planar planar object, however, only reflections occur at a normal angle of incidence. Both sensors are unable to detect one and the same reflection point.
  • the radar sensors detect the radial distance and the angle to the location of reflection. If one then forms the Ortogonalen to the beam directions of the individual sensors, they run in a surface target in approximately parallel, at a point goal they intersect.
  • the door may be opened at the point target up to its position, at a surface target only until the extended Ortogonale. Thus, the door is prevented from touching the wall when it is opened, although the reflection point is farther away than the collision point.
  • FIG. 5 shows the millimeter-wave module of a single radar sensor with antenna arrangement.
  • the sensor consists of a transceiver (1) for the vertical scan and a transceiver (2) for the horizontal scan.
  • Each transmitting / receiving device consists of at least 4 receivers (3a, 3b) and one or two transmitters (4a, 4b). Since the required detection rate for the door monitoring is low in comparison to the measuring rate of the sensor, the sensor system can perform the vertical detection and the horizontal detection in chronological succession. This reduces costs since only one signal processing unit is needed. Furthermore, it is avoided that the transmitting / receiving units interfere with each other.
  • Figure 6 shows the functional block diagram of the radar sensor. It consists of two highly integrated radar frontends, each with two transmitters and four receivers. Analogue-to-digital converters are already integrated in the receivers so that they can be connected directly to the signal processing unit, a multicore digital signal processor. The signal processor additionally performs the task of controlling the transceiver modules and operates the communication interface with the outside world, e.g. with the control electronics of the automatic door.
  • the two transmitters are alternately modulated in a linearly sawtooth fashion. This cycle is repeated n times.
  • the distance to the object is determined by means of a fast Fourier transformation (FFT).
  • FFT fast Fourier transformation
  • these data sets are arranged into a spectrogram and a second FFT is calculated over the columns of the spectrogram matrix.
  • the row position of this so-called range Doppler matrix corresponds to the speed of the object, the column position corresponds to the radial distance.
  • the modulation frequency fm is greater than the maximum occurring Doppler frequency, so that an independent and unambiguous distance and speed measurement can be performed.
  • an antenna line was chosen which has the vertical diagram shown in Figure 8.
  • the arrangement and dimensioning of the individual radiator elements of the antenna line was not optimized as usual for maximum beam bundling, but designed so that an upwardly directed fan beam is formed.
  • This fan beam ensures that reflections from objects below the doorstep are suppressed and the sensor can still detect objects at high vertical angles.
  • the gain of such an antenna line corresponds approximately only to that of a single radiator. However, the distances to the objects are so small that sufficient sensitivity of the radar sensor still exists.
  • the horizontal diagram of this antenna line is shown in Figure 9. It has a very large 3dB beam width to illuminate the required wide viewing area of 1 10 °. After digital beamforming, the array diagram shown in Figure 10 results, which can be tilted up to + -50 °. without so-called grating praise arise, which could lead to apparent targets.
  • microstrip patch emitter used.
  • This spotlight has a large opening angle in both the vertical and the horizontal (see Figure 1 1).
  • the digital beam sweep is limited to the Winkelbreich of -70 ° to 0 °. Although at -70 ° apparent targets appear in the opposite direction. However, these would be physically below the road surface and thus can be eliminated by a simple plausibility check. Up to a tilt angle of -60 °, the detection is free of grating praise and thus of decoys.
  • the door opening area is monitored in two dimensions, so that protruding obstacles, such as loading ramps, railings or exterior mirrors of adjacent vehicles, are also recognized as obstacles.
  • FIG. 12 shows the millimeter wave module with two transmit / receive modules providing 4 transmitters and 8 receivers.
  • the transmitting antennas are arranged in a row orthogonal to the row of receiving antennas.
  • the transmit antennas should have the same direction of polarization as the receiving antenna in order to ensure the maximum system sensitivity.
  • the radiator elements were tilted by 45 ° both at the transmitter and at the receiver.
  • the illustrated virtual receive array can thus be generated so that an array of 4 ⁇ 8 individual emitters is available for signal processing.
  • Each of these individual emitters can be regulated both in phase and in amplitude as part of the signal evaluation, so that a beam swing in both the vertical and in the horizontal direction is possible.
  • Figure 13 shows the controllable diagram of the array with a 3dB beam width of 16 degrees in the horizontal and 29 degrees in the vertical.

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Abstract

Beschrieben wird ein Radarsensor, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer Steuereinheit und einer Antennenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor befähigt ist, einen Raum-Scan zur vertikalen und horizontalen Positionsbestimmung eines Objekts durchzuführen, zur Unterstützung der Unterscheidung der Geometrienatur des Objekts.

Description

Beschreibung
Radarsensor, Radarsensor-Svstem sowie Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts mit horizontaler und vertikaler digitaler Strahlformunq zur Vermessung von Punkt- und flächenförmig reflektierenden Objekten
Technisches Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft einen Radarsensor, Radarsensor-System, sowie Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts.
Millimeterwellen-Radarsensoren, z.B. für automobile und aeronautische Anwendungen sollen eine kompakte und kostengünstige Bauweise vorweisen.
Beschränkt sich die Detektion auf nur eine Ebene (meist die horizontale Ebene), was bei den meisten automobilen Radarsensoren der Fall ist, so kann dies in kostengünstiger Weise durch den Einsatz planarer Antennen und mehreren Empfängern erfolgen. Die Strahlformung und Steuerung erfolgt dabei nach dem Prinzip des„Digital Beamforming".
Für einige Anwendungen jedoch, ist sowohl eine exakte vertikale als auch eine horizontale Positionsbestimmung erforderlich. Dies gilt beispielsweise für eine Sensorik zur Türraum-Überwachung von Kraftfahrzeugen, bei denen sich die Türe automatisch öffnen lässt. Hier muss der Sensor potentielle Hindernisse erkennen, sodass eine Kollision mit der sich öffnenden Tür vermieden wird. Die Hindernisse können dabei im Bereich der Fahrzeughöhe beliebig angeordnet sein. Eine weitere Anwendung wäre die sogenannte Einparkhilfe, bei der beispielsweise zwischen potentiell kollidierenden Objekten und niedrigen Randsteinen unterschieden werden muss.
Das Reflexionsverhalten von planaren und punktförmigen Reflektoren unterscheidet sich im Wesentlichen dahingehend, dass planare Flächen nur bei senkrechtem Einfall des Radarstrahls eine Signifikaten Reflexion aufweisen, wogegen bei punktförmigen Reflektoren auch bei anderen Winkeln dies der Fall ist. Dieser Umstand kann dazu führen, dass ausgedehnte planare Flächen in ihrer Kontur nicht erkannt werden und es insbesondere bei der automatisch sich öffnenden Türe zu einer Kollision kommen kann.
Stand der Technik
Aus der Dissertation von Dr. Winfried Mayer mit dem Titel„Abbildender Radarsensor mit sendeseitig geschalteter Gruppenantenne", Cuvillier Verlag, Göttingen 2008, ISBN 978-3-86727-565-1 IM ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bekannt, welches mit der Technik der digitalen Strahlformung, bei denen ein Antennenarray mit mehreren Sendern und mehreren Empfängern eingesetzt wird, ein Gebiet überwacht.
In der DE 10 2008 052 246 A1 wird ein Sensorsystem mit verstellbarer Elevationsstrahlrichtung zur vertikalen Lagebestimmung von Objekten beschrieben. Die Verstellung erfolgt hierbei durch die mechanische Bewegung eines Reflektors.
In der PCT/EP2012/003702 wird ein abbildender Radarsensor mit synthetischer Vergrößerung der Antennenapertur und zweidimensionaler Strahlschwenkung beschrieben. Die zweidimensionale Strahlschwenkung erfolgt dabei in der horizontalen durch digitale Strahlformung aus mehreren Empfangskanälen, in der veritkalen durch den Vergleich der Amplituden zweier Empfangssignale, welche von zwei Sendern erzeugt werden, welche ein zueinander in der vertikalen verkipptes Antennendiagramm aufweisen. Dieses Verfahren weist in der Praxis jedoch den Nachteil auf, dass durch dem Sensor vorgelagerte Strukturen, wie Radome, Plastik- Stoßfänger oder Türschweiler die Amplitudencharakteristik der Antennendiagramme verzerrt wird. Dies bedeutet, dass je nach Abdeckung eine Kalibrierung des Radarsensors durchzuführen ist, um diese Verzerrungen messtechnisch zu erfassen und zu kompensieren.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie ein Radarsystem zur Verfügung zu stellen, womit die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung einen Radarsensor bzw. ein Radarsensor-System bzw. eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem eine vertikale Lage eines Objekts bestimmt werden kann und mit deren Hilfe eine Klassifizierung zwischen punkt- und flächenförmigen Objekten durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird vorrichtungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 13, verfahrensgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 18 oder 19 gelöst.
Folgende Lösungsmöglichkeiten sind erfindungsrelevant, beispielsweise durch eine
A. Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objekts im dreidimensionalen Raum, mit mindestens zwei Radar-Sende-/Empfangs-Einrichtungen, wobei jede Einrichtung mindestens 4 Empfänger und einen oder zwei Sender aufweist, mit einem Antennenarray für eine horizontale Strahlschwenkung welches in der vertikalen einen fächerförmigen Strahl aufweist, und einem Antennenarray für eine vertikale Strahlschwenkung, dessen Einzelstrahl- Elemente in der vertikalen als auch in der horizontalen eine breite
Richtcharakteristik aufweisen
B. eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objekts im dreidimensionalen Raum, mit einer Sendeantennenreihe und einer Empfangsantennenreihe dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antennenreihen ortogonal zueinander angeordnet sind, einer Auswerteeinheit, welche aus den sequentiellen Empfangssignalen von den einzelnen Sendern ein virtuelles Array erzeugt, dessen Antennenstrahl sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen elektronisch steuerbar ist oder ein
C. Radarsystem zur Verwendung einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Position eines Objekts im dreidimensionalen Raum im Sinne von A und B, bestehend aus zwei voneinander unabhängigen Sende- /Empfangseinrichtungen für eine horizontale und vertikale Strahlschwenkung
D. ein Radarsystem zur Verwendung einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Position eines Objekts im dreidimensionalen Raum im Sinne von B, bestehend aus mindestens 4 Sendern und 8 Empfängern, welche miteinander synchronisiert sind und somit eine zweidimensionale Strahlschwenkung eines einzelnen Antennenstrahls erlauben und ferner ein
E. Radarsystem, bei dem die Einzelstrahlelemente im Sender und Empfänger in einem Winkel von 45 Grad angeordnet sind und somit sowohl Sender als auch Empfänger die gleiche Polarisation aufweisen;
F. eine Radarsensoranordnung zur Unterscheidung von punktförmigen und flächenförmigen Reflektoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsbereiche der beiden Sensoren sich überlappen und dass die Sensoren einander gegenüberliegend angeordnet sind mit vorzugsweise einem
G. Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Objekts mit den Verfahrensschritten:
Senden und Empfangen von Signalen mit Hilfe von Antennen mit fächerförmig ausgebildetem Antennenstrahl in der vertikalen Richtung Verknüpfung der Empfangssignale nach der Methode der digitalen Strahlformung zu mehreren gebündelten Antennenstrahlen in der horizontalen Richtung,
Senden und Empfangen von Signalen mit breiten Antennenstrahlen in der vertikalen und horizontalen Richtung, wobei die Antennen ortogonal zu den Antennen mit fächerförmigen Strahl angeordnet sind
Verknüpfung dieser Signale nach der Methode der digitalen Strahlformung zu mehreren gebündelten Antennenstrahlen in der vertikalen Richtung
Darstellung der horizontalen und vertikalen Position des Objekts und oder einem
H. Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Objekts mit einer Vorrichtung entsprechend dem Anspruch 2, mit den Verfahrensschritten:
Sequentielles Senden von Signalen mit einer Reihe von Sendern und gleichzeitiges Empfangen der an Objekten reflektierten Strahlen mit einer Reihe von Empfängern
Verknüpfung der Empfangssignale nach der Methode der zweidimensionalen digitalen Strahlformung zu mehreren gebündelten Antennenstrahlen in der horizontalen und vertikalen Richtung,
Darstellung der horizontalen und vertikalen Position des Objekts.
Unter anderem wird durch den Einsatz eines zweiten Radarsensors eine Abhilfe geschaffen, welcher gegenüber dem ersten in Fahrtrichtung versetzt angeordnet ist. Die Sensoren sind miteinander vernetzt und die gesammelte Information wird nach dem Master-Slave-Prinzip von einem der beiden Sensoren ausgewertet. Weitergehende Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit den folgenden Abbildungen werden vorteilhafte Ausgestaltungen dargestellt.
Abbildung 1 zeigt die Sensoranordnung am Fahrzeug mit horizontalem Blickfeld zur Überwachung des Öffnungsbereichs der Türen. Die Sensoren sind jeweils um ca. 30 Grad verkippt eingebaut und haben ein Blickfeld von ca. 1 10 Grad. Pro Fahrzeugseite sind mindestens 2 Sensoren einzubauen, um den Öffnungsbereich der Türen optimal abzudecken.
Abbildung 2 zeigt das vertikale Blickfeld der Sensoren und den Bereich potentieller Hindernisse.
Die Anordnung der Sensoren wurde so gewählt, dass zum einen der Öffnungsbereich der Türen maximal abgedeckt wird, zum anderen dazu, punktförmige Reflektoren von flächenförmigen zu unterscheiden. Hierzu ist eine Überlappung der Blickfelder der Sensoren erforderlich.
Bei punktförmigen Objekten darf die Tür sich bis zum Objekt hin öffnen, wogegen bei flächenförmigen Hindernissen, wie zum Beispiel Wände oder benachbart parkende Fahrzeuge, die Tür sich nur bis zur potentiell verlängerten Fläche öffnen darf.
In Abbildung 3 ist die Detektion eines punktförmigen Reflektors und in Abbildung 4 die eines planaren flächenförmigen Objekts skizziert.
Das punktförmige Objekt wird von beiden Sensoren in Entfernung und Winkel erfasst. Beim flächenförmigen planaren Objekt treten jedoch nur Reflexionen bei senkrechtem Einfallswinkel auf. Beide Sensoren sind nicht in der Lage, ein und denselben Reflexionspunkt zu detektieren. Die Radarsensoren detektieren die radiale Entfernung und den Winkel zum Reflexionsort. Bildet man nun die Ortogonalen zu den Strahlrichtungen der einzelnen Sensoren, so verlaufen diese bei einem Flächenziel in etwa parallel, bei einem Punktziel kreuzen sie sich. Die Türe darf beim Punktziel bis zu dessen Position geöffnet werden, bei einem Flächenziel nur bis zur verlängerten Ortogonale. Somit wird verhindert, dass die Türe beim Öffnen die Wand berührt, obwohl der Reflexionspunkt weiter entfernt liegt als der Kollisionspunkt.
Abbildung 5 zeigt das Millimeterwellen-Modul eines einzelnen Radarsensors mit Antennenanordnung. Der Sensor besteht aus einer Sende-Empfangseinrichtung (1 ) für den vertikalen Scan und einer Sende-Empfangseinrichtung (2) für den horizontalen Scan. Jede Sende-/Empfangseinrichtung besteht aus mindestens 4 Empfängern (3a, 3b) und einem oder zwei Sendern (4a, 4b). Da die erforderliche Detektionsrate für die Türüberwachung gering ist im Vergleich zur Meßrate des Sensors, kann die Sensorik die vertikale Detektion und die horizontale Detektion zeitlich nacheinander durchführen. Dies reduziert die Kosten, da nur eine Signalverarbeitungseinheit benötigt wird. Ferner wird vermieden, dass die Sende- /Empfangseinheiten sich gegenseitig stören.
Abbildung 6 zeigt das funktionale Blockdiagramm des Radarsensors. Es besteht aus zwei hochintegrierten Radarfrontends, mit je zwei Sendern und vier Empfängern. In den Empfängern sind bereits analog-digital-Wandler integriert, sodass diese direkt an die Signalverarbeitungseinheit, einem multicore-digitalen Signalprozessor, angeschlossen werden kann. Der Signalprozesser übernimmt zusätzlich die Aufgabe der Steuerung der Sende-/Empfangsmodule und bedient die Kommunikations- Schnittstelle mit der Außenwelt, z.B. mit der Steuerelektronik der automatischen Tür.
Mit der, vorzugsweise in IM beschriebenen, digitalen Strahlformung mit zwei Sendern und mehreren Empfängern wird nun die vertikale und horizontale Winkelposition des zu detektierenden Objekts bestimmt sowie die Entfernung zum Objekt vermessen. Die Einzelsender eines Senderpaares werden dabei zeitlich nacheinander betrieben. Das Zusammenführen der Information aus beiden Detektionsprozessen entspricht der Detektion mit nur einem Sender und dem Empfang mit einem virtuellen Array (3a', 3b'), welches doppelt so groß ist als das reale Array. Damit lässt sich die Winkelmeßgenauigkeit um den Faktor 2 erhöhen. Falls dies nicht erforderlich ist, kann die Detektion auch mit nur einem Sender betrieben werden. Abbildung 7 zeigt das Zeitdiagramm und die Modulationsform einer einzelnen Sende- /Empfangseinheit.
Dabei werden die beiden Sender abwechselnd in der Frequenz linear sägezahnförmig moduliert. Dieser Zyklus wird n-mal wiederholt. Aus den Datensätzen der Einzelnen Modulationsrampen wird mit Hilfe einer schnellen Fouriertransformation (FFT) die Entfernung zum Objekt ermittelt. Danach werden diese Datensätze zu einem Spektrogramm angeordnet und über die Spalten der Spektrogramm-Matrix eine zweite FFT gerechnet. Die Zeilenposition dieser sogenannten Range-Doppler-Matrix entspricht der Geschwindigkeit des Objekts, die Spaltenposition entspricht der radialen Entfernung. Die Modulationsfrequenz fm ist größer als die maximal auftretende Doppler-Frequenz, sodass eine unabhängige und eindeutige Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung durchgeführt werden kann.
Horizontaler Scan:
Um das in Abbildung 1 und 2 dargestellte Blickfeld abzudecken wurde eine Antennenzeile gewählt, welche das in Abbildung 8 gezeigte vertikale Diagramm aufweist. Die Anordnung und Dimensionierung der einzelnen Strahlerelemente der Antennenzeile wurde dabei nicht wie sonst üblich auf maximale Strahlbündelung hin optimiert, sondern so ausgelegt, dass sich ein nach oben gerichteter Fächer-Strahl ausbildet. Dieser Fächerstrahl stellt sicher, dass Reflexionen von Objekten, welche unterhalb des Türschweilers liegen unterdrückt werden und der Sensor auch Objekte bei hohen vertikalen Winkeln noch erfassen kann. Der Gewinn einer solchen Antennenzeile entspricht in etwa nur noch den eines Einzelstrahlers. Die Entfernungen zu den Objekten ist jedoch so gering, dass eine ausreichende Empfindlichkeit des Radarsensors noch gegeben.
Das horizontale Diagramm dieser Antennenzeile ist in Abbildung 9 dargestellt. Es hat eine sehr große 3dB-Strahlbreite, um den erforderlichen breiten Blickbereich von 1 10° auszuleuchten. Nach der digitalen Strahlformung ergibt sich das in Abbildung 10 gezeigte Array-Diagramm, welches um bis zu +-50° geschwenkt werden kann, ohne dass sogenannte Grating-Lobes entstehen, welche zu Scheinzielen führen könnten.
Vertikaler Scan:
Hier kommen keine Antennenzeilen sondern nur ein einzelne Strahlerelemente, sogenannte Microstrip-Patch-Strahler zum Einsatz. Dieser Strahler hat sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen einen großen Öffnungswinkel (siehe Abbildung 1 1 ). Die digitale Strahlschwenkung beschränkt sich hierbei auf den Winkelbreich von -70° bis 0°. Zwar treten bei -70° Scheinziele in der entgegengesetzten Richtung auf. Diese würden aber physikalisch unterhalb der Straßenoberfläche liegen und können somit durch eine einfache Plausibilitätsprüfung eliminiert werden. Bis zu einem Schwenkwinkel von -60° ist die Detektion frei von grating Lobes und somit von Scheinzielen.
Durch den abwechselnd horizontalen und vertikalen Scan wird also der Türöffnungsbereich zweidimensional überwacht, sodass auch hervorstehende Hindernisse, wie Laderampen, Geländer oder Außenspiegel benachbarter Fahrzeuge als Hindernisse erkannt werden.
Zweidimensionaler Scan:
Eine Alternative zu einem Radarsensor mit horizontalem und vertikalem Scan stellt ein Radarsensor mit zweidimensionalen Scan dar, bei dem ein hochbündelnder Strahl in zwei Raumrichtungen gesteuert werden kann. Abbildung 12 zeigt das Millimeterwellenmodul mit zwei Sende-/Empfangsmodulen, welche 4 Sender und 8 Empfänger zur Verfügung stellen. Die Sendeantennen sind dabei in einer Reihe ortogonal zu der Reihe der Empfangsantennen angeordnet. Die Sendeantennen sollen dabei die gleiche Polarisationsrichtung aufweisen als die Empfangsantenne, um die maximale Systemempfindlichkeit zu gewährleisten. Bei der Einspeißung der Antennen auf der gleichen Ebene, wie dies beispielsweise in Abbildung 5 zu sehen ist, wäre bei dem nötigen Abstand der Sende-Strahlelelmente eine Leitungsführung für die Zuleitung zu den Strahlelementen nicht möglich. Um diese zu realisieren, wurden die Strahlerelemente sowohl beim Sender als auch beim Empfänger um 45° verkippt.
In Erweiterung zu dem beispielsweise in IM beschriebenen bekannten Verfahren kann damit das gezeigte virtuelle Empfangsarray erzeugt werden, sodass für die Signalverarbeitung ein Array aus 4 x 8 Einzelstrahlern zur Verfügung steht. Jeder dieser Einzelstrahler kann im Rahmen der Signalauswertung sowohl in Phase als auch in Amplitude reguliert werden, sodass eine Strahlschwenkung sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung möglich ist.
Abbildung 13 zeigt das steuerbare Diagramm des Arrays mit einer 3dB-Strahlbreite von 16 Grad in der Horizontalen und 29 Grad in der Vertikalen.

Claims

Patentansprüche
1 . Radarsensor, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer Steuereinheit und einer Antennenanordnung,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Radarsensor befähigt ist, einen Raum-Scan zur vertikalen und horizontalen Positionsbestimmung eines Objekts durchzuführen, zur Unterstützung der Unterscheidung der Geometrienatur des Objekts.
2. Radarsensor nach Anspruch 1 , wobei die Antennenanordnung mindestens eine Antennenreihe von einzelnen Antennensendern und mindestens eine Antennenreihe von einzelnen Antennenempfängern umfasst.
3. Radarsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Steuereinheit mit der Antennenanordnung entsprechend einer digitalen Strahlformung den Raum-Scan durchführt.
4. Radarsensor nach Anspruch 3, wobei der Raum-Scan einen horizontalen Scan und einen vertikalen Scan umfasst, wobei die Steuereinheit
eine Sende/Empfangseinrichtung zur Durchführung des horizontalen Scans und Sende/Empfangseinrichtung zur Durchführung des vertikalen Scans umfasst.
5. Radarsensor nach Anspruch 4, wobei die Sende/Empfangseinrichtung zur Durchführung des horizontalen Scans mit mindestens einer Antennenreihe von einzelnen Antennensendern und mit mindestens einer Antennenreihe von einzelnen Antennenempfängern aus der Antennenanordnung zur Bildung eines Fächerstrahls assoziiert ist.
6. Radarsensor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Sende/Empfangseinrichtung zur Durchführung des vertikalen Scans mit mindestens einem Antennensender der Antennenanordnung mit einem breit strahlenden Öffnungswinkel assoziiert ist.
7. Radarsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Sende/Empfangseinrichtung zur Durchführung des horizontalen Scans und die Sende/Empfangseinrichtung zur Durchführung des vertikalen Scans jeweils eine digitale Strahlformung umfassen, um digital den Strahl horizontal und/oder vertikal zu schwenken.
8. Radarsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der horizontale Scan und der vertikale Scan zeitlich sequentiell durchgeführt werden.
9. Radarsensor nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die mindestens eine Antennenreihe von einzelnen Antennensendern und die mindestens eine Antennenreihe von einzelnen Antennenempfängern orthogonal zueinander angeordnet sind, und der Raum-Scan ein zweidimensionaler Scan ist.
10. Radarsensor nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit entsprechend der digitalen Strahlformung den Strahl sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung schwenken kann.
1 1 . Radarsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Steuereinheit entsprechend der digitalen Strahlformung die Antennenanordnung virtuell vergrößert und einen virtuellen Array von Antennenempfängern bildet.
12. Radarsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 1 1 , wobei die Steuereinheit zwei Signalverarbeitungseinheiten beinhaltet.
13. Radarsensor-System, insbesondere für ein Fahrzeug, mit mindestens zwei Radarsensoren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die gescannten Blickfelder der mindestens zwei Radarsensore sich überlappen, zur Unterscheidung der Geometrienatur des Objekts.
14. Radarsensor-System nach Anspruch 13, wobei das Radarsensor-System befähigt ist, punktförmige von flächenförmigen Objekten zu unterscheiden.
15. Radarsensor-System nach Anspruch 14, wobei die mindestens zwei Radarsensoren verkippt, vorzugsweise mit 30 Grad, in Bezug auf der Seite des Fahrzeugs eingebaut sind, um den Öffnungsbereich der Türen des Fahrzeugs optimal abzudecken, und vorzugsweise miteinander vernetzt sind.
16. Verwendung des Radarsensor-Systems, insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 15, zur Türraum-Überwachung beispielweise für automatisch öffnende Türen eines Fahrzeugs ist.
17. Verwendung des Radarsensor-Systems, insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 15, zur Einparkhilfe des Fahrzeugs.
18. Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Objekts, vorzugsweise mit einem Radarsensor-System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, mit den Verfahrensschritten:
Senden und Empfangen von Signalen mit Hilfe von Antennen mit fächerförmig ausgebildetem Antennenstrahl in der vertikalen Richtung Verknüpfung der Empfangssignale nach der Methode der digitalen Strahlformung zu mehreren gebündelten Antennenstrahlen in der horizontalen Richtung,
Senden und Empfangen von Signalen mit breiten Antennenstrahlen in der vertikalen und horizontalen Richtung, wobei die Antennen ortogonal zu den Antennen mit fächerförmigen Strahl angeordnet sind Verknüpfung dieser Signale nach der Methode der digitalen Strahlformung zu mehreren gebündelten Antennenstrahlen in der vertikalen Richtung
Darstellung der horizontalen und vertikalen Position des Objekts.
19. Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Objekts, vorzugsweise mit einem Radarsensor-System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, mit den Verfahrensschritten:
Sequentielles Senden von Signalen mit einer Reihe von Sendern und gleichzeitiges Empfangen der an Objekten reflektierten Strahlen mit einer Reihe von Empfängern
Verknüpfung der Empfangssignale nach der Methode der zweidimensionalen digitalen Strahlformung zu mehreren gebündelten Antennenstrahlen in der horizontalen und vertikalen Richtung,
Darstellung der horizontalen und vertikalen Position des Objekts.
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