WO2020069921A1 - Radarsystem für ein fahrzeug - Google Patents

Radarsystem für ein fahrzeug

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WO2020069921A1
WO2020069921A1 PCT/EP2019/075717 EP2019075717W WO2020069921A1 WO 2020069921 A1 WO2020069921 A1 WO 2020069921A1 EP 2019075717 W EP2019075717 W EP 2019075717W WO 2020069921 A1 WO2020069921 A1 WO 2020069921A1
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Tobias Breddermann
Ridha Farhoud
Tai Fei
Christopher Grimm
Ernst Warsitz
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Hella GmbH and Co KGaA
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Definitions

  • At least one or at least or exactly two transmission antennas each for sending a transmission signal into an environment of the vehicle, at least one or at least or exactly four reception antennas each for detecting a detection signal for detecting targets in the
  • different distances between the antennas are also regarded as identical if they differ only slightly differentiate from each other. This is, for example, when there is a difference in the distances in
  • the ability to measure at an angle i.e. the determination of the viewing angle, can be heavily dependent on the antenna layout of the antenna arrangement used, since the
  • Detection signals are carried out in such a way that the received power is calculated for different phase adjustments (as possible viewing angles).
  • the possible viewing angle corresponds to the sought-after viewing angle when there is a maximum of the reception power.
  • the aperture i.e. the greatest distance between two antennas
  • the aperture can have a significant influence on the measurement quality of the antenna layout, since noise-like interference due to the scaling with the antenna spacing d is less significant.
  • the azimuthal distances of the receiving antennas can be any suitable azimuthal distances.
  • Receiving antennas increases the aperture z. B. from 1.5 l to 3
  • the larger aperture can lead to a narrower main lobe in the spectrum and thus to a better angle estimate.
  • the side lobes can be higher than the ULA, but evenly distributed over the angular range.
  • a displacement of one of the receiving antennas in the elevation direction can also be provided.
  • Such a shift in elevation of one of the receiving antennas can possibly be neglected for long-range applications, since all targets are approximately in the sensor plane due to the limited height of the target objects. However, this shift can be essential for that Close-range applications because it allows determination of the elevation.
  • the azimuth angle can therefore optionally only be determined using the other three receiving antennas in an antenna layout according to the invention.
  • the transmitting antennas are arranged in a first and / or second direction at a first distance and / or a second distance from one another, and at least one of the
  • Receiving antennas is arranged in the second direction at the same second distance from the other of the receiving antennas.
  • the second distance corresponds in particular to twice the minimum ambiguity distance.
  • R1 first direction, azimuth direction

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Abstract

Radarsystem für ein Fahrzeug, aufweisend: • - wenigstens zwei Sendeantennen (20) jeweils zur Aussendung eines Sendesignals in eine Umgebung des Fahrzeuges, • - wenigstens vier Empfangsantennen (30) jeweils zur Erfassung eines Erfassungssignals zur Detektion von Zielen in der Umgebung des Fahrzeuges, • - eine Verarbeitungsvorrichtung zur Sichtwinkelbestimmung, um eine Phaseninformation bei den Erfassungssignalen wenigstens einem Sichtwinkel für jeweilige detektierte Ziele zuzuordnen, sodass ein Uneindeutigkeitsmindestabstand (du) der Empfangsantennen (30) in einer ersten Richtung (RI) dafür spezifisch ist, dass die Zuordnung mehrdeutig zu mehr als einem Sichtwinkel erfolgt, wobei sämtliche der Empfangsantennen (30) in der ersten Richtung (RI) mit unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind, sodass nur einer der Abstände dem Uneindeutigkeitsmindestabstand (du) entspricht.

Description

Radarsystem für ein Fahrzeug
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarsystem für ein Fahrzeug.
Der Anwendungsumfang von Radarsensoren in der automobilen Industrie nimmt immer weiter zu. Es können sowohl Fernbereichsfunktionen wie ein Autobahnpilot mit Reichweiten bis z. B. 200m als auch Nahbereichsanwendungen wie automatisiertes Parken unterstützt werden.
Das stellt hohe Anforderungen an die Messfähigkeit nicht nur des Abstands und der Geschwindigkeit von Zielen, sondern auch in Bezug auf den Winkel der Ziele. Bei Fernfeldanwendungen steht dabei die azimutale Messfähigkeit im Fokus. So kann es eine Anforderung sein, auch im Bereich von 150 m bis 200 m eine eindeutige
Spurzuordnung zu ermöglichen. Darüber hinaus soll es vorteilhafterweise ermöglicht werden, auch in großer Distanz noch Objekte mit gleichem Abstand und
Geschwindigkeit zu trennen, auch wenn es sich bei diesen Objekten um Fahrzeuge handelt, welche auf unterschiedlichen Spuren fahren.
Bei den Nahfeldanwendungen sind die Anforderungen an die azimutale Messfähigkeit ggf. geringer, da sich Winkelfehler in geringer Distanz nicht in gleicher Weise auswirken. Allerdings sind hier deutlich höhere Anforderungen an die Messfähigkeit in Elevation gestellt, um Objekte bezüglich ihrer Unter- und Überfahrbarkeit klassifizieren zu können.
Herkömmliche Lösungen genügen diesen Anforderungen teilweise nur unzureichend. Insbesondere sind solche Lösungen ggf. technisch aufwendig und komplex, und daher auch mit höheren Kosten verbunden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend
beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe, eine verbesserte Antennenanordnung vorzugschlagen, um die genannten Anforderungen zu erfüllen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Radarsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Radarsystem für ein Fahrzeug, welches wenigstens eine der nachfolgenden Komponenten aufweist:
wenigstens eine oder wenigstens oder genau zwei Sendeantennen jeweils zur Aussendung eines Sendesignals in eine Umgebung des Fahrzeuges, wenigstens eine oder wenigstens oder genau vier Empfangsantennen jeweils zur Erfassung eines Erfassungssignals zur Detektion von Zielen in der
Umgebung des Fahrzeuges, insbesondere anhand des reflektierten
Sendesignals (Reflexionen) an diesen Zielen,
eine (insbesondere elektronische) Verarbeitungsvorrichtung zur
Sichtwinkelbestimmung, um vorzugsweise eine Phaseninformation bei den (erfassten) Erfassungssignalen wenigstens einem Sichtwinkel für jeweilige detektierte Ziele zuzuordnen, sodass insbesondere ein
Uneindeutigkeitsmindestabstand der Empfangsantennen in einer ersten
Richtung dafür spezifisch ist, dass die Zuordnung mehrdeutig (uneindeutig) zu mehr als einem Sichtwinkel erfolgt.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass sämtliche der Empfangsantennen in der ersten Richtung mit unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind, sodass bevorzugt nur einer dieser Abstände dem Uneindeutigkeitsmindestabstand entspricht. Dies hat den Vorteil, dass die Zuordnung und damit die Bestimmung der Sichtwinkel für verschiedene Ziele verbessert erfolgen können. Insbesondere ermöglicht es die Antennenanordnung aus den Sende- und Empfangsantennen, dass die
Mehrdeutigkeit auf mehr Sichtwinkel verteilt werden kann. Vorteilhafterweise kann der Uneindeutigkeitsmindestabstand abhängig sein von einer für das Radarsystem spezifischen Wellenlänge. Diese korreliert insbesondere mit einer Spezifikation und vorzugsweise Frequenz des Radarsystems, und insbesondere mit dem Sende- und/oder Erfassungssignal. Die Wellenlänge kann z. B. anhand einer Phasenauswertung der Erfassungssignale wenigstens zweier Empfangsantennen für verschiedene Sichtwinkel (also Einfallswinkel) eines Ziels (d. h. des davon
stammenden reflektierten Sendesignals) ermittelt werden, da die Phaseninformation (wie ein Phasenunterschied der Erfassungssignale) bzw. die Abhängigkeit der
Phaseninformation von dem Sichtwinkel mit der Wellenlänge und insbesondere auch mit dem Abstand der Empfangsantennen zueinander korreliert.
Es kann ferner im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass bei der Detektion von Zielen im Fernfeld sämtliche der Sende- und/oder Empfangsantennen und bei der Detektion von Zielen im Nahfeld nur ein Teil der Sende- und/oder Empfangsantennen genutzt wird. Ein Nahfeld liegt bspw. bei einer Entfernung des Ziels vom Radarsystem von weniger als 30 m oder weniger als 50 m oder weniger als 100 m vor. Ein Fernfeld liegt insbesondere vor bei einer Entfernung von mehr als 100 m oder mehr als 120 m oder mehr als 150 m.
Der Begriff Sichtwinkel bezieht sich insbesondere auf einen Einfallswinkel, mit welcher eine Reflexion eines Ziels (d. h. insbesondere ein vom Ziel reflektiertes Sendesignal) auf die Empfangsantennen trifft. Da die Empfangsantennen voneinander beabstandet angeordnet sind, können in Abhängigkeit von diesem Sichtwinkel für unterschiedliche Erfassungssignale unterschiedlicher Empfangsantennen unterschiedliche Laufzeiten und damit Phasen auftreten. Die Phaseninformation kann für diese unterschiedlichen Laufzeiten und/oder für die Phasenunterschiede der Erfassungssignale spezifisch sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Phaseninformation spezifisch sein oder gewonnen werden durch ein Beamforming-Verfahren, wie es aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist.
Insbesondere werden im Rahmen dieser Erfindung verschiedene Abstände der Antennen auch dann als identisch angesehen, wenn sich diese nur geringfügig voneinander unterscheiden. Dies ist bspw. bei einer Differenz der Abstände im
Bereich von maximal 1/10 der Wellenlänge oder maximal 0,1 cm oder maximal 1/10 oder maximal 1/5 des Uneindeutigkeitsmindestabstands der Fall.
Die Messfähigkeit im Winkel, also die Sichtwinkelbestimmung, kann stark von dem verwendeten Antennen-Layout der Antennenanordnung abhängig sein, da die
Messung des Winkels von Zielen über die Auswertung des Laufzeitunterschieds zwischen den Empfangsantennen erfolgt. Der Laufzeitunterschied führt zu einem Phasen-Unterschied der Empfangsantennen.
Die Sichtwinkel bestimmung wird z. B. durch die nachfolgende Gleichung ermöglicht:
F = arcsin arcsin
Figure imgf000006_0002
Figure imgf000006_0001
Dabei bezeichnet k die Wellenzahl, d den Abstand und Y den Phasenunterschied zwischen zwei Empfangsantennen.
Bei zusätzlicher Berücksichtigung der Empfangsamplitude kann z. B. auch mittels digitalem Beamforming ein Optimalschätzer nach dem MSE-Kriterium (Minimum Squared Error) realisiert werden. Daher kann das sogenannte digitale Beamforming in bekannter Weise als Winkelschätzverfahren für die Sichtwinkelbestimmung verwendet werden. Bei einem Beamforming wird bspw. eine Phasenanpassung der
Erfassungssignale derart durchgeführt, dass für verschiedene Phasenanpassungen (als mögliche Sichtwinkel) die Empfangsleistung berechnet wird. Insbesondere entspricht der mögliche Sichtwinkel dem gesuchten Sichtwinkel, wenn ein Maximum der Empfangsleistung vorliegt.
Insbesondere die Apertur (d. h. die größte Distanz zwischen zwei Antennen) kann einen signifikanten Einfluss auf die Messgüte des Antennen-Layouts haben, da rauschartige Störungen aufgrund der Skalierung mit dem Antennenabstand d weniger stark ins Gewicht fallen.
Figure imgf000006_0003
Darüber hinaus ist jedoch bekannt, dass ein Abstand von a ^ 2 zu einer nicht- eindeutigen Winkelmessung führt, d.h. ein und dieselbe Phase (und/oder Phaseninformation) führt zu wenigstens zwei möglichen Winkeln (Sichtwinkel). Eine eindeutige Winkelmessung (d. h. Sichtwinkelbestimmung) ist so nicht möglich.
Offensichtlich wird dies anhand eines Beamforming-Spektrums (Empfangsleistung für unterschiedliche Phasenanpassungen bzw. mögliche Sichtwinkel eingetragen über die unterschiedlichen Sichtwinkel). Beispielhaft sei dies anhand eines solchen Spektrums bei vier Empfangsantennen im Abstand der 1 5-fachen Wellenlänge ^ für ein Ziel bei 0° beschrieben. In diesem Fall können drei gleich hohe Peaks bei den Sichtwinkeln +/-400 und 0° auftreten, sodass eine eindeutige Bestimmung des Sichtwinkels für dieses Ziel nicht möglich ist.
Eine herkömmliche Lösung für dieses Problem ist die Nutzung von Uniform-Linear Arrays (ULA), bei denen der Abstand zwischen zwei Empfangsantennen gleich oder l
kleiner 2 ist. Hierdurch kann jedoch die Apertur und damit die Messfähigkeit beeinträchtigt werden.
Die azimutalen Abstände der Empfangsantennen (Rx-Antennen) können
vorteilhafterweise erfindungsgemäß so festgelegt sein, dass keine Abstände zwischen zwei beliebigen Empfangsantennen doppelt Vorkommen. Dadurch werden die
Uneindeutigkeiten auf maximal viele Winkel verteilt, wodurch die Robustheit der Schätzung des Sichtwinkels zunimmt. Im Gegensatz zu einem ULA mit vier
Empfangsantennen erhöht sich bei dieser Antennenanordnung die Apertur z. B. von 1.5 l auf 3 Die größere Apertur kann im Spektrum zu einer schmaleren Hauptkeule führen und damit zu einer besseren Winkelschätzung. Die Nebenkeulen können zwar höher als bei dem ULA ausgeführt sein, allerdings gleichmäßig verteilt über den Winkelbereich.
Es kann ferner eine Verschiebung einer der Empfangsantennen in Elevations- Richtung vorgesehen sein. Eine solche Verschiebung einer der Empfangsantennen in Elevation kann ggf. für Fernbereichsanwendungen vernachlässigt werden, da sämtliche Ziele sich aufgrund der begrenzten Höhe der Zielobjekte näherungsweise in der Sensorebene befinden. Diese Verschiebung kann jedoch essentiell für die Nahbereichsanwendungen sein, da sie eine Bestimmung der Elevation zulässt. Für Nahbereichsanwendungen kann optional bei einem erfindungsgemäßen Antennen- Layout daher der Azimut-Winkel nur unter Verwendung von den weiteren drei Empfangsantennen bestimmt werden.
Für die Azimut-Bestimmung kann ggf. sowohl im Nahbereich als auch im Fernbereich eine erste der Sendeantennen verwendet werden. In Elevation kann darüber hinaus die effektive Apertur ggf. mittel der in Elevation verschobenen zweiten Sendeantenne vergrößert werden. Dies kann vorzugsweise durch das bekannte MIMO-Konzept durchgeführt werden. In anderen Worten können für die Auswertung der Ziele und/oder Sichtwinkel in Azimut-Richtung andere Kombinationen der Antennen zum Einsatz kommen als in Elevation-Richtung.
Durch die beiden Sendeantennen kann vorteilhafterweise ein virtuelles Antennen- Array aufgespannt werden, welches in Summe eine Apertur der 2-fachen Wellenlänge besitzt.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn im Rahmen der Erfindung die Sendeantennen in einer ersten und/oder zweiten Richtung in einem ersten Abstand und/oder einem zweiten Abstand zueinander angeordnet sind, und wenigstens eine der
Empfangsantennen in der zweiten Richtung in dem gleichen zweiten Abstand zu den weiteren der Empfangsantennen angeordnet ist. Der zweite Abstand entspricht insbesondere dem zweifachen des Uneindeutigkeitsmindestabstands. Die
Sendeantennen können sowohl in der ersten als auch in der zweiten Richtung mit diesem zweiten Abstand versetzt voneinander angeordnet sein.
Vorteilhafterweise sind die erste Richtung und die zweite Richtung orthogonal zueinander. Die erste Richtung ist insbesondere als eine Azimut-Richtung und die zweite Richtung als eine Elevation-Richtung des Radarsystems ausgeführt.
Auch ist es optional denkbar, dass die erste Richtung als eine azimutale Richtung ausgeführt ist, sodass sämtliche der Abstände der Empfangsantennen (also insbesondere zwischen jeweils zwei benachbarten Empfangsantennen) in der azimutalen Richtung sich voneinander unterscheiden. In anderen Worten können die azimutalen Abstände der Empfangsantennen so festgelegt sein, dass keine
azimutalen Abstände zwischen zwei beliebigen Empfangsantennen doppelt
Vorkommen. Dadurch werden die Uneindeutigkeiten auf maximal viele Winkel verteilt, wodurch die Robustheit der Sichtwinkelbestimmung als Schätzung der Sichtwinkel zunimmt.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass (insbesondere genau oder ausschließlich) einer der unterschiedlichen Abstände der Empfangsantennen in der ersten Richtung dem Uneindeutigkeitsmindestabstand entspricht und/oder die weiteren der
unterschiedlichen Abstände der Empfangsantennen in der ersten Richtung jeweils einem Vielfachen des Uneindeutigkeitsmindestabstands entsprechen, wobei vorzugsweise der Uneindeutigkeitsmindestabstand einer halben Wellenlänge entspricht, wobei die Wellenlänge für eine Wellenlänge des Sende- und/oder
Erfassungssignals bzw. des Radarsystems spezifisch ist. Bei der Wellenlänge kann es sich um eine Angabe eines elektrischen Abstands handeln, da der tatsächliche räumliche Abstand ggf. durch einen Brechungsindex eines Substrats des
Radarsystems und/oder weiterer Einflüsse davon abweichen kann.
In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass die Sendeantennen in der ersten Richtung und/oder in der zweiten Richtung in einem Abstand zueinander angeordnet sind, welcher einem Vielfachen des Uneindeutigkeitsmindestabstands entspricht. Damit können die Sendeantennen optimal an die Empfangsantennen angepasst sein.
Des Weiteren ist es denkbar, dass genau zwei Sendeantennen und genau vier Empfangsantennen vorgesehen sind. Hierdurch kann ein kostengünstiges Antennen- Layout zur zuverlässigen Detektion von Zielen bereitgestellt werden.
In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass die Anordnung der Sende- und Empfangsantennen (d. h. das Antennen-Layout) gemäß einer MIMO- Konfiguration ausgeführt ist. MIMO steht hierbei für Multiple Input Multiple Output, sodass auf diese Weise das Radarsystem als ein MIMO-Radarsystem bereitgestellt werden kann. Dies ermöglicht es, eine vergrößerte virtuelle Apertur bei dem
Radarsystem zu nutzen.
Nach einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungs- Vorrichtung dazu ausgeführt ist, für die Detektion der Ziele im Fernfeld eine andere Antennenkombination aus den Sende- und Empfangsantennen als für die Detektion der Ziele im Nahfeld zu nutzen. So kann bspw. gemäß einer ersten Kombination für die Elevation im Nahfeld die erste und zweite Sendeantenne und die dritte und vierte Empfangsantenne genutzt werden. Gemäß einer zweiten Kombination für das Azimut Fernfeld kann z. B. die erste Sendeantenne und die erste bis vierte Empfangsantenne genutzt werden. Für eine dritte Kombination für das Azimut Nahfeld kann z. B. die erste Sendeantenne und die erste bis dritte Empfangsantenne verwendet werden. Damit kann für unterschiedliche Distanzen und/oder Richtung der Ziele eine optimale Detektion bereitgestellt werden.
Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung vorgesehen sein, dass eine erste und zweite und insbesondere eine dritte der Empfangsantennen und vorzugsweise eine erste der Sendeantennen in einer zweiten Richtung an gleicher Position und eine vierte der Empfangsantennen und/oder eine zweite der Sendeantennen versetzt zu dieser Position angeordnet ist, und insbesondere die vierte der Empfangsantennen und zweite der Sendeantennen an gleicher Position in der zweiten Richtung angeordnet sind. Damit kann besonders vorteilhaft auch eine MIMO-Radartechnik bereitgestellt werden.
Vorteilhafterweise kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die
Verarbeitungsvorrichtung dazu ausgeführt ist, zur Sichtwinkel bestimmung ein
Beamforming Verfahren durchzuführen. Dieses ermöglicht eine besonders effiziente und schnelle Ermittlung der Sichtwinkel. Das Radarsystem ist bspw. als ein 24 GHz oder als ein 77 GHz Radarsystem ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich ist das Radarsystem als ein Dauerstrichradar, insbesondere als ein FMCW (englisch: frequency modulated continous wave radar) ausgebildet, welches eine Abstands- und/oder Geschwindigkeitsmessung und/oder Sichtwinkelbestimmung durchführen kann. Als Spezifikation des Radarsystems kann ferner eine Wellenlänge (z. B. für das Sendesignal) festgelegt sein, welche mit den Abständen der Antennen korreliert.
Ferner kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug und/oder
Personenkraftfahrzeug und/oder autonomes Fahrzeug und/oder Elektrofahrzeug und/oder dergleichen handeln. Die (ggf. verarbeitete) Erfassungsinformation und/oder der bestimmte Sichtwinkel wird bspw. durch ein Assistenzsystem und/oder durch ein Steuergerät des Fahrzeuges genutzt, welches ein zumindest teilweise autonomes Fahren und/oder automatisches Einparken des Fahrzeuges bereitstellt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem
erfindungsgemäßen Radarsystem sowie eines weiteren
vorausfahrenden Fahrzeuges jeweils in einer Seitenansicht,
Figur 2 ein schematisches Schaltbild von Komponenten eines
erfindungsgemäßen Radarsystems,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Detektion eines
erfindungsgemäßen Radarsystems, Figur 4 eine schematische Darstellung einer Antennenanordnung eines erfindungsgemäßen Radarsystems.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
In Figur 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Radarsystem 10 gezeigt. Ein Pfeil symbolisiert dabei die Bewegungsrichtung des Fahrzeuges 1. Darüber hinaus ist ein bewegtes Objekt 6 in der Form eines weiteren vorausfahrenden Fahrzeuges sowie ein statisches Objekt 7 in einer Umgebung 2 des Fahrzeuges 1 gezeigt. Bei dem bewegten und statischen Objekt handelt es sich jeweils um Objekte 5, welche in wenigstens einem Erfassungsfeld 14 des Radarsystems 10 liegen.
Beispielhaft sind dabei in Figur 1 verschiedene Erfassungsfelder 14 für verschiedene Positionen wenigstens einer Empfangsantenne 30 gezeigt, welche alternativ oder kombinativ vorgesehen sein können. So ist die Anordnung des Radarsystems 10 zumindest teilweise im Außenspiegel oder im Stoßfänger oder dergleichen möglich. Ein Radarsensor 11 kann dabei als Detektor 11 abhängig von der Position des Fahrzeuges 1 Reflexionen von diesen Objekten 5 über die wenigstens eine
Empfangsantenne 30 empfangen und anhand dieser Reflexionen die Objekte 5 detektieren und/oder die Umgebung 2 rekonstruieren. Hierzu wird ein
Erfassungssignal 101 erfasst und eine Signalverarbeitung des Erfassungssignals 101 durch eine Verarbeitungsvorrichtung 15 durchgeführt, wobei das Erfassungssignal 101 von der wenigstens einen Empfangsantenne 30 empfangen werden kann.
In Figur 2 ist die beschriebene Erfassung mit weiteren Einzelheiten anhand eines schematischen Schaltbilds eines erfindungsgemäßen Radarsystems 10 näher dargestellt. Beispielhaft ist wenigstens eine Sendeantenne 20 sowie wenigstens eine erste 30a, zweite 30b sowie dritte 30c Empfangsantenne vorgesehen. Zunächst wird dabei über eine Sendeverarbeitungseinheit 21 ein Sendesignal 103 generiert, welches über die wenigstens eine Sendeantenne 20 in die Umgebung 2 des Fahrzeuges 1 abgestrahlt wird. Ein solches Sendesignal 103 ist beispielhaft in Figur 3 näher dargestellt. Bei dem Radarsystem handelt es sich zum Beispiel um ein Dauerstrichradar und/oder um ein FMCW-Radar (englisch: frequency modulated continous wave radar), welches insbesondere eine Abstands- und/oder
Geschwindigkeitsmessung, vorzugsweise mittels des Doppler-Effekts, bereitstellt. Es kann sich dabei beispielsweise um ein 24 GHz- oder 77 GHz-Radarsystem handeln. Um Parameter von Objekten 5 in der Umgebung 2 des Fahrzeuges 1 , wie zum
Beispiel Abstand oder Geschwindigkeit oder den Winkel, zu erfassen, kann das Sendesignal 103 zum Beispiel hinsichtlich der Frequenz f moduliert werden.
Vorteilhafterweise können zur Erfassung sequenziell N Frequenz-Chirps innerhalb der Zeitdauer T1 mit einer variierenden Frequenz f als Sendesignal 103 über die wenigstens eine Sendeantenne 20 ausgegeben werden. Bei einem solchen Chirp kann sich die Frequenz† zeitlich im Bereich der Bandbreite B verändern. Die
Zeitdauer eines jeweiligen Chirps ist dann T1/N, wie in Figur 3 auch durch einen Doppelpfeil schematisch dargestellt ist. Es kann beispielsweise eine lineare
Frequenzmodulation genutzt werden, bei welcher bei einem jeweiligen Chirp die Frequenz f sich linear innerhalb der Bandbreite B verändert. Nach der Zeitdauer T 1 kann innerhalb der Periode T2-T1 eine Auswertung eines Empfangssignals 101 (oder auch: Erfassungssignal 101 ) erfolgen. Der gesamte Messzyklus hat somit eine Zeitdauer T2.
Gemäß Figur 2 können zum Empfangen mindestens eines Erfassungssignals 101 die Empfangsantennen 30 äquidistant in einem vorbestimmten Abstand angeordnet sein. Durch jedes Objekt 5 im Erfassungsfeld 14 kann das ausgesendete Sendesignal 103 reflektiert und/oder zurückgestreut werden und somit mindestens eine der
Empfangsantennen 30 erreichen. Das hierdurch empfangene Erfassungssignal 101 kann anschließend demoduliert und/oder abwärtsgemischt werden, insbesondere durch den gezeigten Demodulator 33 bzw. die Abwärtsmischer 33. Anschließend kann das Erfassungssignal 101 durch einen Analog-Digital-Wandler einer
Empfangsverarbeitungseinheit 31 in eine digitale Erfassungsinformation 102 umgewandelt werden. Bis zum Ende der Zeitdauer T1 können die hierdurch ermittelten Daten in einer MxN-Matrix mit M Samples pro Chirp und N Chirps eingespeichert werden. Anhand dieser Matrix kann anschließend durch eine Fouriertransformation der Matrix (d. h. der Erfassungsinformation 102) ein Spektrum 110 ermittelt werden, welches für eine Relativgeschwindigkeit und/oder eine Distanz der Objekte 5 (auch: Ziele 5) in der Umgebung 2 im Erfassungsfeld 14 spezifisch ist. Es handelt sich dabei insbesondere um ein zweidimensionales Spektrum 110
(entsprechend der zweidimensionalen Matrix gemäß der Erfassungsinformation 102), sodass die unterschiedlichen Koordinaten die unterschiedlichen Parameter (wie die Distanz und die Relativgeschwindigkeit) repräsentieren.
Um bei der Erfassung auch eine Phase des Erfassungssignals 101 ermitteln zu können, kann es möglich sein, dass wenigstens eine der Abwärtsmischungen durch die Abwärtsmischer 33 doppelt ausgeführt ist. Bei einer der Abwärtsmischungen kann dann die hierzu genutzte Referenzfrequenz 104 durch einen Phasenschieber 32 phasenverschoben und somit in eine phasenverschobene Referenzfrequenz 105 umgewandelt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein I & Q-Verfahren (In- Phase-&-Quadrature-Verfahren) bereitgestellt werden.
In Figur 4 ist schematisch eine Darstellung einer Antennenanordnung eines erfindungsgemäßen Radarsystems gezeigt. Das Radarsystem 10 kann die
nachfolgenden Komponenten aufweisen:
- wenigstens zwei Sendeantennen 20 jeweils zur Aussendung eines
Sendesignals 103 in eine Umgebung 2 des Fahrzeuges 1 ,
- wenigstens vier Empfangsantennen 30 jeweils zur Erfassung eines
Erfassungssignals 101 zur Detektion von Zielen 5 in der Umgebung 2 des Fahrzeuges 1 ,
- eine Verarbeitungsvorrichtung 15 zur Sichtwinkelbestimmung, um eine
Phaseninformation bei den Erfassungssignalen 101 wenigstens einem
Sichtwinkel für jeweilige detektierte Ziele 5 zuzuordnen, sodass ein
Uneindeutigkeitsmindestabstand du der Empfangsantennen 30 in einer ersten Richtung R1 dafür spezifisch ist, dass die Zuordnung mehrdeutig zu mehr als einem Sichtwinkel erfolgt, wobei sämtliche der Empfangsantennen 30 in der ersten Richtung R1 mit
unterschiedlichen Abständen (du, d2, d3) zueinander angeordnet sind, sodass nur einer der Abstände dem Uneindeutigkeitsmindestabstand du entspricht.
Ferner ist auch eine zweite Richtung R2 dargestellt, in welcher z. B. die erste 20a und zweite 20b Sendeantenne mit einem Abstand d2 versetzt zueinander angeordnet sein können. Eine erste Empfangsantenne 30a kann ferner mit einem
Uneindeutigkeitsmindestabstand du versetzt zu einer zweiten Empfangsantenne 30b angeordnet sein. Die zweite Empfangsantenne 30b kann wiederum mit einem
Abstand d3, insbesondere einem dreifachen Uneindeutigkeitsmindestabstand du, zur dritten Empfangsantenne 30c angeordnet sein. Die dritte Empfangsantenne 30c kann sowohl in der ersten Richtung R1 als auch in der zweiten Richtung R2 mit einem Abstand von d2, insbesondere dem zweifachen Uneindeutigkeitsmindestabstand du, versetzt zu einer vierten Empfangsantenne 30d angeordnet sein.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Umgebung
5 Objekt
6 bewegtes Objekt
7 statisches Objekt
10 Radarsystem
11 Radarsensor, Detektor
14 Erfassungsfeld, Erfassungsbereich
15 Verarbeitungsvorrichtung
20 Sendeantenne
20a erste Sendeantenne
20b zweite Sendeantenne
21 Sendeverarbeitungseinheit
30 Empfangsantenne
30d vierte Empfangsantenne
30a erste Empfangsantenne
30b zweite Empfangsantenne
30c dritte Empfangsantenne
31 Empfangsverarbeitungseinheit
32 Phasenschieber, 90°
33 Abwärtsmischer
101 Erfassungssignal, Empfangssignal
102 Erfassungsinformation
103 Sendesignal 104 Referenzsignal, phasengleiche Referenzfrequenz
105 phasenverschobene Referenzfrequenz
110 Spektrum du Uneindeutigkeitsmindestabstand, halbe Wellenlänge
d2 zweifacher Uneindeutigkeitsmindestabstand, ganze Wellenlänge d3 dreifacher Uneindeutigkeitsmindestabstand, 1 ,5 fache Wellenlänge f Frequenz
B Übertragungsbandbreite
N Anzahl Frequenz Chirps
R1 erste Richtung, Azimut-Richtung
R2 zweite Richtung, Elevation-Richtung
T1 erste Zeitdauer
T2 zweite Zeitdauer

Claims

Patentansprüche
1. Radarsystem (10) für ein Fahrzeug (1 ), aufweisend:
- wenigstens zwei Sendeantennen (20) jeweils zur Aussendung eines Sendesignals (103) in eine Umgebung (2) des Fahrzeuges (1 ),
- wenigstens vier Empfangsantennen (30) jeweils zur Erfassung eines Erfassungssignals (101 ) zur Detektion von Zielen in der Umgebung (2) des Fahrzeuges (1 ),
- eine Verarbeitungsvorrichtung (15) zur Sichtwinkelbestimmung, um eine Phaseninformation bei den Erfassungssignalen (101 ) wenigstens einem Sichtwinkel für jeweilige detektierte Ziele zuzuordnen, sodass ein Uneindeutigkeitsmindestabstand (du) der Empfangsantennen (30) in einer ersten Richtung (R1 ) dafür spezifisch ist, dass die Zuordnung mehrdeutig zu mehr als einem Sichtwinkel erfolgt,
wobei sämtliche der Empfangsantennen (30) in der ersten Richtung (R1 ) mit unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind, sodass nur einer der Abstände dem Uneindeutigkeitsmindestabstand (du) entspricht.
2. Radarsystem (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sendeantennen (20) in einer zweiten Richtung (R2) in einem zweiten Abstand zueinander angeordnet sind, und wenigstens eine der Empfangsantennen (30) in der zweiten Richtung (R2) in dem gleichen zweiten Abstand zu den weiteren der Empfangsantennen (30) angeordnet ist, wobei die erste Richtung (R1 ) und die zweite Richtung (R2) orthogonal zueinander sind.
3. Radarsystem (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Richtung (R1 ) als eine azimutale Richtung ausgeführt ist, sodass sämtliche der Abstände der Empfangsantennen (30) in der azimutalen Richtung sich voneinander unterscheiden.
4. Radarsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass einer der unterschiedlichen Abstände der Empfangsantennen (30) in der ersten Richtung (R1 ) dem Uneindeutigkeitsmindestabstand (du) entspricht und die weiteren der unterschiedlichen Abstände der Empfangsantennen (30) in der ersten Richtung (R1 ) jeweils einem Vielfachen des Uneindeutigkeitsmindestabstands (du) entsprechen.
5. Radarsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sendeantennen (20) in der ersten Richtung (R1 ) und/oder in der zweiten Richtung (R2) in einem Abstand zueinander angeordnet sind, welcher einem Vielfachen des Uneindeutigkeitsmindestabstands (du) entspricht.
6. Radarsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass genau zwei Sendeantennen (20) und genau vier Empfangsantennen (30) vorgesehen sind.
7. Radarsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Anordnung der Sende- und Empfangsantennen (20, 30) gemäß einer MIMO-Konfiguration ausgeführt ist.
8. Radarsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verarbeitungsvorrichtung (15) dazu ausgeführt ist, für die Detektion der Ziele im Fernfeld eine andere Antennenkombination aus den Sende- und Empfangsantennen (20, 30) als für die Detektion der Ziele im Nahfeld zu nutzen.
9. Radarsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste (30a) und zweite (30a) und insbesondere eine dritte (30c) der Empfangsantennen (30) und vorzugsweise eine erste (20a) der Sendeantennen (20) in einer zweiten Richtung (R2) an gleicher Position und eine vierte (30d) der Empfangsantennen (30) und/oder eine zweite (20b) der Sendeantennen (20) versetzt zu dieser Position angeordnet ist, und insbesondere die vierte (30d) der Empfangsantennen (30) und zweite (20b) der Sendeantennen (20) an gleicher Position in der zweiten Richtung (R2) angeordnet sind.
10. Radarsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verarbeitungsvorrichtung (15) dazu ausgeführt ist, zur
Sichtwinkelbestimmung ein Beamforming Verfahren durchzuführen.
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