DE102016222474A1 - Radar sensor arrangement on a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Radarsensoranordnung an einem Kraftfahrzeug (10), mit mindestens zwei winkelauflösenden Radarsensoren (12), die zusammen mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (14) ein kooperatives Radarsystem bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensoren (12) jeweils eine Gruppenantenne mit einer in Richtung der Winkelauflösung gekrümmten Apertur (16) aufweisen.Radar sensor assembly on a motor vehicle (10), with at least two angular resolution radar sensors (12), which together with a control and evaluation (14) form a cooperative radar system, characterized in that the radar sensors (12) each have a group antenna with a in the direction of Angular resolution curved aperture (16) have.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarsensoranordnung an einem Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei winkelauflösenden Radarsensoren, die zusammen mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung ein kooperatives Radarsystem bilden.The invention relates to a radar sensor arrangement on a motor vehicle, with at least two angle-resolving radar sensors, which together with a control and evaluation device form a cooperative radar system.

Stand der TechnikState of the art

Radarsysteme für Fahrerassistenzsysteme werden seit langem in Fahrzeugen verbaut. Mit Hilfe dieser Radarsensoren können Abstand, Geschwindigkeit und Winkel zu Objekten innerhalb eines Radarsichtfeldes detektiert werden. Zumeist ist in Fahrzeugen nur ein einzelner Sensor mit einem eingeschränkten Sichtbereich verbaut, z.B. zur Überwachung vorausfahrender Fahrzeuge. Im Zuge der funktionalen Erweiterung der Fahrerassistenzsysteme werden jedoch immer häufiger auch mehrere unabhängig voneinander arbeitende Radarsensoren eingesetzt, die ein größeres Sichtfeld abdecken, z.B. den gesamten Frontbereich mit einem Sichtfeld von bis zu 180°. Dabei kann z.B. ein sogenannter Mid Range Radar Sensor (MRR) mittig an der Fahrzeugfrontseite angeordnet sein, und zusätzliche MRR-Sensoren können sich an den vorderen Fahrzeugecken befinden. Die Sensoren besitzen jeweils eine planare Antenne, deren Winkelschätzgenauigkeit vom Winkel abhängt.Radar systems for driver assistance systems have long been installed in vehicles. With the aid of these radar sensors, distance, speed and angle to objects within a radar field of view can be detected. In most cases, only a single sensor with a restricted field of vision is installed in vehicles, e.g. for monitoring vehicles in front. In the course of the functional expansion of the driver assistance systems, however, an increasing number of independently operating radar sensors are used which cover a larger field of view, e.g. the entire front area with a field of view of up to 180 °. In this case, e.g. a so-called mid-range radar sensor (MRR) may be arranged centrally on the vehicle front side, and additional MRR sensors may be located on the front vehicle corners. The sensors each have a planar antenna whose angular estimation accuracy depends on the angle.

Aus DE 10 2013 008 953 A1 ist eine Radarsensoranordnung der eingangs genannten Art bekannt, die mindestens zwei Einzelradarsensoren aufweist, die ein Radarsystem bilden, bei dem ein von einem ersten Radarsensor ausgesendetes und an einem einzelnen Objekt reflektiertes Signal von einem weiteren Radarsensor empfangen wird, der daraufhin ein Signal aussendet, das an demselben einen Objekt reflektiert und von dem ersten Radarsensor empfangen wird. Durch diesen sogenannten bistatischen oder kooperativen Betrieb der Sensoren, bei denen die Sensoren nicht mehr unabhängig voneinander arbeiten, kann Zusatzinformation über das detektierte Objekt generiert werden.Out DE 10 2013 008 953 A1 a radar sensor arrangement of the aforementioned type is known which has at least two Einzelradarsensoren forming a radar system in which a signal emitted by a first radar sensor and reflected at a single object signal is received by another radar sensor, which then emits a signal to the the same one object is reflected and received by the first radar sensor. By means of this so-called bistatic or cooperative operation of the sensors, in which the sensors no longer operate independently of one another, additional information about the detected object can be generated.

Aus DE 10 2014 208 389 A1 ist ein einzelner Radarsensor für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem mehrere Antennenelemente, die durch Öffnungen von Hohlleitern gebildet werden, in winklig zueinander angeordneten Oberflächen angeordnet sind, so dass Radarstrahlung in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt wird und aus unterschiedlichen Richtungen empfangen werden kann.Out DE 10 2014 208 389 A1 a single radar sensor for motor vehicles is known in which a plurality of antenna elements, which are formed by openings of waveguides, are arranged in angled surfaces to each other, so that radar radiation is radiated in different directions and can be received from different directions.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radarsensoranordnung an einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die bei geringem Installationsaufwand eine verbesserte Winkelschätzgenauigkeit ermöglicht.The object of the invention is to provide a radar sensor arrangement on a motor vehicle, which enables improved angular estimation accuracy with low installation costs.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Radarsensoren jeweils eine Gruppenantenne mit einer in Richtung der Winkelauflösung gekrümmten Aperturfläche aufweisen.This object is achieved in that the radar sensors each have a group antenna with a curved in the direction of the angular resolution aperture surface.

Bei den Gruppenantennen der Radarsensoren handelt es sich somit um sogenannte konforme Antennen, bei denen die einzelnen Antennenelemente aufgrund der Krümmung des Substrats unterschiedliche Orientierungen und somit auch unterschiedliche Richtcharakteristiken haben. Das hat den Vorteil, dass das Gesichtsfeld eines einzelnen Radarsensors vergrößert wird. Bei einem kooperativen System lässt sich so die notwendige Überlappung zwischen den Gesichtsfeldern zweier benachbarter Radarsensoren auch dann noch erreichen, wenn die Sensoren in größerem Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei wird aufgrund der größeren Basisbreite zugleich die Genauigkeit von Triangulationsmessungen verbessert. Ebenso lassen die größeren Gesichtsfelder der Radarsensoren es zu, dass die Orientierungen der beiden Radarsensoren stärker voneinander abweichen können, so dass bei gegebener Anzahl von Sensoren das Gesamt-Gesichtsfeld des kompletten Systems vergrößert werden kann oder bei gegebenem Gesamt-Gesichtsfeld die Anzahl der Radarsensoren reduziert werden kann.The array antennas of the radar sensors are therefore so-called conformal antennas, in which the individual antenna elements have different orientations and thus also different directional characteristics due to the curvature of the substrate. This has the advantage that the field of view of a single radar sensor is increased. In a cooperative system, the necessary overlap between the fields of view of two adjacent radar sensors can still be achieved even if the sensors are arranged at a greater distance from one another. At the same time, the accuracy of triangulation measurements is improved due to the larger base width. Likewise, the larger fields of view of the radar sensors allow the orientations of the two radar sensors to diverge more, so that given a number of sensors, the overall field of view of the complete system can be increased, or for a given total field of view, the number of radar sensors can be reduced can.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der Krümmung der Aperturfläche die Winkelschätzgenauigkeit des einzelnen Radarsensors weniger stark vom Winkel des georteten Objekts abhängig ist, so dass die Winkelschätzgenauigkeit für Objekte am Rand des Gesichtsfeldes ähnlich hoch ist wie bei Objekten in der Mitte des Gesichtsfelds. Ein Vorteil der konformen Antennen besteht auch darin, dass eine Eindeutigkeit der Winkelmessungen auch noch bei größeren Abständen zwischen den einzelnen Antennenelementen der Gruppenantenne erreicht werden kann, so dass bei gegebener Apertur die Anzahl der Antennenelemente und damit die Anzahl der Auswertungskanäle verringert werden kann oder umgekehrt bei gegebener Anzahl der Antennenelemente die Apertur vergrößert werden kann.A further advantage is that due to the curvature of the aperture surface, the angular estimation accuracy of the single radar sensor is less dependent on the angle of the located object, so that the angular estimation accuracy for objects at the edge of the field of view is similar to that for objects in the center of the field of view. An advantage of the conformal antennas is also that a uniqueness of the angle measurements can be achieved even at larger distances between the individual antenna elements of the array, so that for a given aperture, the number of antenna elements and thus the number of evaluation channels can be reduced or vice versa given number of antenna elements, the aperture can be increased.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the subclaims.

In einer vorteilhaften Ausführungsform folgt das gekrümmte Substrat der konformen Antenne der Krümmung eines Karosserieteils des Fahrzeugs auf oder hinter dem der betreffende Radarsensor verbaut ist. Das erlaubt eine platzsparende Anordnung der Radarsensoren beispielsweise in den Ecken des Fahrzeugs und trägt zugleich zur Vermeidung von Einbauartefakten bei.In an advantageous embodiment, the curved substrate of the compliant antenna follows the curvature of a body part of the vehicle on or behind which the relevant radar sensor is installed. This allows a space-saving arrangement of the radar sensors, for example in the corners of the vehicle and at the same time helps to avoid installation artifacts.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Radarsensoren so am Fahrzeug angeordnet, beispielsweise an den vier Ecken, dass sie zusammen das gesamte Fahrzeugumfeld abdecken, also ein Gesamt-Gesichtsfeld von 360° aufweisen. Entsprechend lässt sich mit nur zwei Radarsensoren ein Gesichtsfeld von 180° oder mehr erreichen.In an advantageous embodiment, the radar sensors are arranged on the vehicle, for example, at the four corners, that together they cover the entire vehicle environment, that is, have a total field of view of 360 °. Accordingly, with only two radar sensors, a field of view of 180 ° or more can be achieved.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following embodiments are explained in detail with reference to the drawing.

Es zeigen:

  • 1 ein Beispiel für eine Anordnung von vier Radarsensoren mit konformen Antennen in den Ecken eines im Grundriss dargestellten Kraftfahrzeugs;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer konformen Antenne eines einzelnen Radarsensors;
  • 3 eine Grundrissskizze eines Fahrzeugs auf einer mehrspurigen Fahrbahn, zur Illustration des prinzipiellen Aufbaus eines Sensornetzwerkes mit einem 360°-Gesichtsfeld;
  • 4 ein Diagramm zur Illustration der Anordnung von Antennenelementen eines Antennenarrays in einer Ebene (x-z Ebene), in der der Radarsensor winkelauflösend ist, einmal für eine konforme Antenne und einmal für eine planare Antenne;
  • 5 ein Diagramm zur Illustration einer Richtcharakteristik des planaren Antennenarrays gemäß 4;
  • 6 ein Diagramm zur Illustration der Richtcharakteristik des konformen Antennenarrays gemäß 4;
  • 7 ein Beispiel für ein Winkeldichtespektrum bei Ortung eines einzelnen Objekts mit dem planaren Antennearray gemäß 4;
  • 8 ein Winkeldichtespektrum für die Ortung desselben Objekts wie in 7 mit dem konformen Antennearray gemäß 4; und
  • 9 ein Diagramm zur Illustration der Winkelabhängigkeit der effektiven Apertur bei einer planaren Antenne.
Show it:
  • 1 an example of an arrangement of four radar sensors with conformal antennas in the corners of a plan view motor vehicle;
  • 2 a perspective view of a conformal antenna of a single radar sensor;
  • 3 a Grundrissskizze a vehicle on a multi-lane road, illustrating the basic structure of a sensor network with a 360 ° field of view;
  • 4 a diagram illustrating the arrangement of antenna elements of an antenna array in a plane (xz plane) in which the radar sensor angle-resolving, once for a compliant antenna and once for a planar antenna;
  • 5 a diagram illustrating a directional characteristic of the planar antenna array according to 4 ;
  • 6 a diagram illustrating the directional characteristic of the conformal antenna array according to 4 ;
  • 7 an example of an angular density spectrum in locating a single object with the planar antenna array according to 4 ;
  • 8th a angular density spectrum for the location of the same object as in 7 with the compliant antenna array according to 4 ; and
  • 9 a diagram illustrating the angle dependence of the effective aperture in a planar antenna.

In 1 ist ein Grundriss eines Kraftfahrzeugs 10 gezeigt, das eine Radarsensoranordnung mit vier Radarsensoren 12 aufweist, die jeweils in den Ecken der Fahrzeugkarosserie angeordnet sind. Die Radarsensoren 12 sind mit einer zentralen Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 verbunden und bilden zusammen mit dieser Steuer- und Auswerteeinrichtung ein kooperatives Sensorsystem. Jeder der Radarsensoren 12 hat eine konforme Gruppenantenne mit einem gekrümmten Aperturfläche 16, die an den gekrümmten Verlauf eines zugehörigen Teils der Fahrzeugkarosserie angepasst ist. Beispielsweise kann das Antennensubstrat 16 jeweils unmittelbar hinter einem Karosserieteil aus Kunststoff angeordnet sein, das für die Radarstrahlung durchlässig ist.In 1 is a floor plan of a motor vehicle 10 shown that a radar sensor assembly with four radar sensors 12 has, which are respectively arranged in the corners of the vehicle body. The radar sensors 12 are with a central control and evaluation device 14 connected and together with this control and evaluation a cooperative sensor system. Each of the radar sensors 12 has a conformal array antenna with a curved aperture surface 16 , which is adapted to the curved course of an associated part of the vehicle body. For example, the antenna substrate 16 be arranged directly behind a body part made of plastic, which is permeable to radar radiation.

In 2 ist perspektivisch eine einzelne Antennenbaugruppe 17 gezeigt, die in diesem Beispiel die gekrümmte Aperturfläche 16 bildet und durch eine eindimensional gewölbte Platte aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet wird, in der Hohlleiter gebildet sind, die in der konvex gewölbten Aperturfläche münden und dort Antennenelemente 18 einer Gruppenantenne bilden.In 2 is in perspective a single antenna assembly 17 shown in this example the curved aperture surface 16 is formed and formed by a one-dimensionally curved plate of an electrically conductive material, are formed in the waveguide, which open in the convexly curved aperture surface and there antenna elements 18 form a group antenna.

Das Antennenbaugruppe 17 wird so im Fahrzeug eingebaut, dass die Krümmungsachse der Aperturfläche 16 vertikal verläuft (in Richtung der y-Achse), die Platte also in der horizontalen x-z-Ebene gekrümmt ist. Die Antennenelemente 18 sind in der Oberfläche der Platte in vertikalen Spalten und horizontalen Zeilen angeordnet. In jeder Spalte haben die Antennenelemente 18 gleiche Abstände, so dass eine gebündelte Richtcharakteristik in Elevation erreicht wird. Die Abstände zwischen den einzelnen Antennenspalten in der Richtung x sind so gewählt, dass im Zusammenwirken mit der Wölbung des Antennensubstrats eine gewünschte, weiter aufgefächerte Richtcharakteristik im Azimut erreicht wird.The antenna assembly 17 is installed in the vehicle such that the axis of curvature of the aperture surface 16 vertically (in the direction of the y-axis), so the plate is curved in the horizontal xz-plane. The antenna elements 18 are arranged in the surface of the plate in vertical columns and horizontal lines. In each column have the antenna elements 18 equal distances, so that a bundled directional characteristic is achieved in elevation. The distances between the individual antenna columns in the direction x are chosen such that, in cooperation with the curvature of the antenna substrate, a desired, further fanned out directional characteristic is achieved in the azimuth.

Im gezeigten Beispiel bilden die Antennenelemente 18 ein matrixförmiges Empfangsarray 20 und ein getrennt davon angeordnetes Sendearray 22. In die Hohlleiter, deren Mündungen das Sendearray 22 bilden, wird von einem in 2 nicht gezeigten Hochfrequenzteil Mikrowellenstrahlung eingekoppelt, die dann über die Öffnungen der Hohlleiter, also die Antennenelemente 18 abgestrahlt wird. Das empfangene Radarecho wird von den Antennenelementen 18 des Empfangsarrays 20 in zugehörige Hohlleiter eingekoppelt und zu einem Empfangsteil in dem Hochfrequenzteil weitergeleitet. In the example shown, the antenna elements form 18 a matrix-shaped receiving array 20 and a transmit array disposed separately therefrom 22 , In the waveguide whose mouths the transmitting array 22 is formed by a in 2 Not shown high-frequency part coupled microwave radiation, which then via the openings of the waveguide, so the antenna elements 18 is emitted. The received radar echo is from the antenna elements 18 of the receiving array 20 coupled into associated waveguide and forwarded to a receiving part in the high-frequency part.

In einer anderen Ausführungsform können die Antennenelemente 18 auch durch flache Patches auf der Oberfläche des Antennensubstrats gebildet werden, in die die Mikrowellenleistung beispielsweise über Mikrostreifenleitungen eingespeist wird.In another embodiment, the antenna elements 18 are also formed by flat patches on the surface of the antenna substrate, in which the microwave power is fed, for example via microstrip lines.

In 1 ist für jeden der Radarsensoren 12 schematisch ein zugehöriger Sichtbereich 24 dargestellt, der sich aus mehreren Teil-Sichtbereichen 26 der einzelnen Antennenspalten zusammensetzt. Die Teil-Sichtbereiche 26 eines einzelnen Radarsensors 12 sind aufgrund der Krümmung des Antennensubstrats 16 gegeneinander winkelversetzt, überlappen einander jedoch relativ stark, so das jedes geortete Objekt in mehreren Teil-Sichtbereichen 26 liegt und somit durch Analyse der Amplituden- und Phasenbeziehungen zwischen den von den verschiedenen Antennenspalten empfangenen Signalen eine Schätzung des Richtungswinkels des Objekts vorgenommen werden kann.In 1 is for each of the radar sensors 12 schematically an associated field of view 24 shown, which consists of several partial viewing areas 26 composed of individual antenna columns. The partial viewing areas 26 a single radar sensor 12 are due to the curvature of the antenna substrate 16 mutually angularly offset, but overlap each other relatively strong, so that each located object in several partial viewing areas 26 Thus, by analyzing the amplitude and phase relationships between the signals received from the various antenna columns, an estimate of the directional angle of the object can be made.

In 1 ist außerdem zu erkennen, dass sich auch die Sichtbereiche 24 der beiden hinteren Radarsensoren 12 überlappen. Bei größeren Objektabständen überlappen einander auch die Sichtbereiche 24 der beiden vorderen Radarsensoren 12, und bei noch größeren Abständen kommt es auch zu einer Überlappung zwischen den Sichtbereichen der Radarsensoren auf der linken Fahrzeugseite sowie zwischen denen auf der rechten Fahrzeugseite. Das erlaubt einen kooperativen Betrieb des Radarsystems, bei dem ein Radarsignal, das von einem der Radarsensoren gesendet wird, nach Reflexion am Objekt nicht nur von demselben Radarsensor wieder empfangen wird, sondern auch von mindestens einem der beiden benachbarten Radarsensoren. In einer Betriebsart können die Radarsensoren wechselweise senden und empfangen. Es ist jedoch auch eine Betriebsart möglich, bei der sämtliche Radarsensoren gleichzeitig senden und empfangen, wobei eine Zuordnung der empfangenen Signale zu dem sendenden Radarsensor beispielsweise dadurch möglich ist, dass die Radarsensoren in leicht zueinander verschobenen Frequenzbändern senden. In jedem Fall lässt sich durch Verrechnung der wechselseitig von dem einen Sensor gesendeten und von dem anderen Sensor empfangenen Signalen und der Signale, die vom sendenden Sensor selbst wieder empfangen werden, die Genauigkeit der Abstands- und Winkelmessungen beträchtlich verbessern.In 1 it can also be seen that also the viewing areas 24 the two rear radar sensors 12 overlap. For larger object distances overlap each other and the viewing areas 24 the two front radar sensors 12 , And at even greater distances there is also an overlap between the field of view of the radar sensors on the left side of the vehicle and between those on the right side of the vehicle. This allows a cooperative operation of the radar system in which a radar signal transmitted by one of the radar sensors, after reflection at the object, is not only received by the same radar sensor, but also by at least one of the two adjacent radar sensors. In one operating mode, the radar sensors can alternately transmit and receive. However, an operating mode is also possible in which all the radar sensors simultaneously transmit and receive, wherein an assignment of the received signals to the transmitting radar sensor is possible for example in that the radar sensors transmit in frequency bands shifted slightly relative to one another. In any event, by offsetting the signals sent alternately from one sensor and received by the other sensor and the signals received back from the transmitting sensor itself, the accuracy of the distance and angle measurements can be significantly improved.

Im gezeigten Beispiel kommunizieren alle vier Radarsensoren 12 mit der zentralen Steuer- und Auswerteeinrichtung 14. In einer anderen Ausführungsform könnte jedoch die Steuer- und Auswerteeinrichtung auch in einen der Radarsensoren integriert sein.In the example shown, all four radar sensors communicate 12 with the central control and evaluation device 14 , In another embodiment, however, the control and evaluation could also be integrated into one of the radar sensors.

Zweckmäßigerweise ist die Anordnung so getroffen, dass jeder Radarsensor 12 seinen eigenen Hochfrequenzteil hat, so dass nur die in ein niedrigeres Frequenzband herunter gemischten Zwischenfrequenzsignale an die Auswerte- und Steuereinrichtung 14 und/oder an die anderen Radarsensoren übermittelt zu werden brauchen. Denkbar wäre es auch, dass die Zwischenfrequenzsignale an Ort und Stelle in jedem einzelnen Radarsensor 12 digitalisiert werden und die Radarsensoren und die Steuer- und Auswerteeinrichtung nur digitale Signale miteinander austauschen, was die Kommunikation über ein digitales Bussystem ermöglicht.Conveniently, the arrangement is such that each radar sensor 12 has its own high frequency part, so that only the mixed down in a lower frequency band intermediate frequency signals to the evaluation and control device 14 and / or to be communicated to the other radar sensors. It would also be conceivable for the intermediate frequency signals to be in place in each individual radar sensor 12 be digitized and the radar sensors and the control and evaluation only exchange digital signals with each other, which allows communication via a digital bus system.

In 3 sind das mit der Radarsensoranordnung ausgerüstete Fahrzeug 10 sowie Antennendiagramme 28 der konformen Antennen der Radarsensoren gezeigt, die in diesem Beispiel eine 360°-Rundumsicht ermöglichen. Das Netzwerk der (hier nicht im einzelnen gezeigten) Radarsensoren 12 ermöglicht unterschiedliche Betriebsweisen, mit denen sich Ortungsbereiche 30, 32, 34 für die Erfassung des Verkehrsumfelds je nach Situation konfigurieren lassen. Im gezeigten Beispiel dient der Ortungsbereich 34 zur Erfassung vorausfahrender Fahrzeuge 36 mit relativ großer Reichweite, der Erfassungsbereich 30 dient zur Erfassung von nachfolgenden Fahrzeugen 38, ebenfalls mit relativ großer Reichweite, und der Erfassungsbereich 32 hat eine geringere Ortungstiefe, erstreckt sich dabei jedoch über einen größeren Winkel, so dass im näheren Umfeld auch Fahrzeuge 40 auf Nebenspuren sowie Objekte am Fahrbahnrand erfasst werden können.In 3 are the equipped with the radar sensor assembly vehicle 10 as well as antenna diagrams 28 of the conforming antennas of the radar sensors, which in this example provide a 360 ° all-round view. The network of radar sensors (not shown in detail here) 12 allows different modes of operation with which locating ranges 30 . 32 . 34 to configure the traffic environment according to the situation. In the example shown, the location area is used 34 for detecting preceding vehicles 36 with relatively long range, the detection range 30 serves to capture subsequent vehicles 38 , also with a relatively long range, and the detection range 32 has a lower detection depth, but extends over a larger angle, so that in the immediate vicinity also vehicles 40 on side lanes as well as objects on the roadside can be detected.

Bei einem Radarsensor mit einer herkömmlichen planaren Antenne darf in der Richtung, in der das Winkelauflösungsvermögen erreicht werden soll, hier also in x-Richtung, der Abstand zwischen den einzelnen Antenneelementen bzw. Antennenspalten nicht größer sein als λ/2 (λ ist die Wellenlänge der Radarstrahlung), wenn eine eindeutige Winkelschätzung möglich sein soll. Bei konformen Antennen mit gekrümmtem Antennensubstrat gilt diese Einschränkung hingegen nicht. Dies ist in 4 illustriert, wo mit Dreiecken die Positionen der Antennenelemente 18 bzw. Antennenspalten einer konformen Antenne in der x-z Ebene dargestellt sind, während mit Kreisen die Positionen von Antennenelementen 18' einer planaren Antenne gezeigt sind, die die gleiche Anzahl von Antennenelementen (bzw. Spalten) und die gleiche Apertur hat.In a radar sensor with a conventional planar antenna in the direction in which the angular resolution is to be achieved, here in the x-direction, the distance between the individual antenna elements or antenna columns may not be greater than λ / 2 (λ is the wavelength of Radar radiation), if a clear angle estimation should be possible. In the case of compliant antennas with a curved antenna substrate, this restriction does not apply. This is in 4 illustrates where with triangles the Positions of the antenna elements 18 or antenna columns of a compliant antenna are shown in the xz plane, while with circles the positions of antenna elements 18 ' a planar antenna having the same number of antenna elements (or columns) and the same aperture.

5 und 6 zeigen die zugehörigen Richtcharakteristiken. Dargestellt ist jeweils die normalisierte Leistung als Funktion der x-Komponente ux eines Richtungs-Einheitsvektors u (2). 5 zeigt den Fall der planaren Antenne, bei der alle Antennenelemente 18' die gleiche Richtcharakteristik haben. 6 zeigt die Richtcharakteristiken der Antennenelemente 18, die sich aufgrund der Krümmung des Antennensubstrats 16 voneinander unterscheiden und somit zusammen einen größeren Winkelbereich abdecken. 5 and 6 show the associated directional characteristics. The normalized power as a function of the x-component u x of a direction unit vector u (in each case is shown). 2 ). 5 shows the case of the planar antenna, in which all antenna elements 18 ' have the same directional characteristic. 6 shows the directional characteristics of the antenna elements 18 due to the curvature of the antenna substrate 16 differ from each other and thus cover together a larger angular range.

7 und 8 zeigen zugehörige Winkeldichtespektren, die Auskunft über das wahrscheinlichste Ergebnis sowie über die Verlässlichkeit einer Winkelschätzung geben. 7 and 8th show associated angular density spectra, which give information about the most probable result as well as about the reliability of an angle estimation.

Im gezeigten Beispiel wurde angenommen, dass die wahre Position eines Objekts bei ux = 0,3 liegt. Wenn die Winkelschätzung anhand der Amplituden und Phasen der von den Antennenelementen 18' der planaren Antenne empfangenen Signale vorgenommen wird, so ist die aufgrund dieser Daten ermittelte Wahrscheinlichkeit dafür, dass sich das Objekt in der Richtung ux befindet, durch die Kurve 42 in 7 angegeben. Danach wäre ein Wert von -0,4 oder - 5,5 als Ergebnis der Winkelschätzung ebenso plausibel wie der wahre Wert 0,3, d.h., eine verlässliche Winkelschätzung ist nicht möglich. Der Grund ist, dass bei der planaren Antenne mit den Antennenelementen 18' in 4 die Bedingung verletzt wurde, dass der Abstand zwischen den Antennenelementen maximal λ/2 ist.In the example shown, it was assumed that the true position of an object is u x = 0.3. When the angle estimation based on the amplitudes and phases of the antenna elements 18 ' the planar antenna received signals is made, then the probability determined by this data that the object is in the direction u x , through the curve 42 in 7 specified. Accordingly, a value of -0.4 or -5.5 as a result of the angle estimation would be just as plausible as the true value 0.3, ie, a reliable angular estimate is not possible. The reason is that with the planar antenna with the antenna elements 18 ' in 4 the condition has been violated that the distance between the antenna elements is maximum λ / 2.

Für die Antennenelemente 18 der konformen Antenne ist diese Bedingung zwar ebenfalls verletzt, doch weist hier das Winkeldichtespektrum, das durch die Kurve 44 in 8 angegeben wird, ein deutliches Maximum bei etwa 0,3 auf. Das bedeutet, dass mit der konformen Antenne eine Winkelschätzung unter diesen Bedingungen noch möglich ist und auch ein einigermaßen korrektes Ergebnis liefert. Mit einer planaren Antenne könnte man dieses Ergebnis nur erhalten, wenn bei gleicher Apertur die Anzahl der Antennenelemente 18' erhöht würde, damit die Abstände zwischen den einzelnen Antennenelementen kleiner werden. Da die Signale jedes Antennenelements gesondert ausgewertet werden müssen, würde dies einen wesentlich höheren Aufwand bei der Auswertung der Signale erfordern.For the antenna elements 18 Although this condition is also violated by the compliant antenna, the angle density spectrum is shown here by the curve 44 in 8th is a clear maximum at about 0.3. This means that with the compliant antenna an angle estimation under these conditions is still possible and also provides a reasonably correct result. With a planar antenna, this result could only be obtained if, with the same aperture, the number of antenna elements 18 ' would be increased so that the distances between the individual antenna elements are smaller. Since the signals of each antenna element must be evaluated separately, this would require a much greater effort in the evaluation of the signals.

Die konforme Antenne gemäß der Erfindung ermöglicht somit nicht nur ein größeres Gesichtsfeld (wie durch die breit gestreuten Richtcharakteristiken in 6 illustriert wird), sondern auch eine größere Winkelschätzgenauigkeit.The compliant antenna according to the invention thus not only allows a larger field of view (as indicated by the widely scattered directional characteristics in FIG 6 illustrated), but also greater angular estimation accuracy.

Ein weiterer Vorteil der konformen Antenne besteht darin, dass die Winkelauflösung weitgehend unabhängig von der Lage des Objekts im Gesichtsfeld ist, während bei einer planaren Antenne die Winkelauflösung zu den Rändern des Gesichtsfeldes hin deutlich abnimmt.Another advantage of the conformal antenna is that the angular resolution is largely independent of the position of the object in the field of view, while in a planar antenna, the angular resolution decreases significantly towards the edges of the field of view.

Generell ist bei einem Antennenarray die Unschärfe Δθ bei der Winkelmessung etwa proportional zu dem Quotienten aus der Wellenlänge λ und der Projektion d der Apertur des Antennenarrays auf die Ebene senkrecht zur Einfallsrichtung der Radarstrahlung. Näherungsweise gilt: Δθ = 0,64 * ( λ /d ) .

Figure DE102016222474A1_0001
In general, with an antenna array, the blur Δθ in the angle measurement is approximately proportional to the quotient of the wavelength λ and the projection d of the aperture of the antenna array on the plane perpendicular to the direction of incidence of the radar radiation. Approximately: Δθ = 0.64 * ( λ / d ) ,
Figure DE102016222474A1_0001

In 9 ist schematisch ein planares Antennearray mit Antennenelementen 18' gezeigt, das in der Ebene des Arrays die Apertur d‘ hat. Wenn jedoch die Radarstrahlung nicht senkrecht auf die Ebene des Arrays einfällt, sondern unter einem Winkel α, so ist die Projektion d der Apertur gegebenen durch: d = d' * cos ( α ) .

Figure DE102016222474A1_0002
In 9 is schematically a planar antenna array with antenna elements 18 ' which has the aperture d 'in the plane of the array. However, if the radar radiation is incident not perpendicular to the plane of the array but at an angle α, the projection d of the aperture is given by: d = d ' * cos ( α ) ,
Figure DE102016222474A1_0002

Wie 9 zeigt, nimmt die projizierte Apertur d mit zunehmendem Winkel α deutlich ab, so dass die Unschärfe bei der Winkelmessung größer und entsprechend das Winkelauflösungsvermögen schlechter wird.As 9 shows, the projected aperture d decreases sharply with increasing angle α, so that the blur in the angle measurement becomes larger and, correspondingly, the angular resolution becomes poorer.

Bei einer konformen Antenne fällt dagegen auch bei großem Einfallswinkel α, also bei einem Objekt in der Nähe des Randes des Gesichtsfeldes, ein beträchtlicher Teil der Radarstrahlung auf eine Zone des Arrays, in der die Oberfläche des Antennensubstrats 16 etwa rechtwinklig zur Einfallsrichtung der Strahlung verläuft. Wenn der Einfallswinkel α variiert, so verschiebt sich nur die Zone auf der Oberfläche des Antennensubstrats, die rechtwinklig zur Einfallsrichtung liegt, doch bleibt die relative Größe dieser Zone annähernd gleich, so dass sich die projizierte Apertur deutlich weniger ändert. Durch diese Winkelunabhängigkeit der Winkelauflösung wird die Signalauswertung wesentlich erleichtert und die Genauigkeit der Winkelschätzung weiter verbessert.In the case of a conforming antenna, on the other hand, even with a large angle of incidence α, that is to say with an object near the edge of the visual field, a considerable part of the radar radiation falls on a zone of the array in which the surface of the antenna substrate 16 approximately at right angles to the direction of incidence of the radiation. When the angle of incidence α varies, only the zone on the surface of the antenna substrate shifts, which is perpendicular to the direction of incidence, but the relative size of this zone remains approximately the same, so that the projected aperture changes significantly less. This angular independence of the angular resolution significantly simplifies the signal evaluation and further improves the accuracy of the angular estimation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013008953 A1 [0003]DE 102013008953 A1 [0003]
  • DE 102014208389 A1 [0004]DE 102014208389 A1 [0004]

Claims (5)

Radarsensoranordnung an einem Kraftfahrzeug (10), mit mindestens zwei winkelauflösenden Radarsensoren (12), die zusammen mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (14) ein kooperatives Radarsystem bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensoren (12) jeweils eine Gruppenantenne mit einer in Richtung der Winkelauflösung gekrümmten Aperturfläche (16) aufweisen.Radar sensor arrangement on a motor vehicle (10) having at least two angle-resolving radar sensors (12) forming together with a control and evaluation device (14) a cooperative radar system, characterized, in that the radar sensors (12) are each a group antenna with a in the direction of Angular resolution curved aperture surface (16) have. Radarsensoranordnung nach Anspruch 1, bei der die gekrümmten Antennensubstrate (16) der Radarsensoren jeweils an eine gekrümmte Form eines Karosserieteils des Kraftfahrzeugs (10) angepasst sind.Radar sensor according to Claim 1 in which the curved antenna substrates (16) of the radar sensors are each adapted to a curved shape of a body part of the motor vehicle (10). Radarsensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der mindestens zwei Radarsensoren (12) in Ecken der Fahrzeugkarosserie angeordnet sind.Radar sensor according to Claim 1 or 2 in which at least two radar sensors (12) are arranged in corners of the vehicle body. Radarsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der alle Radarsensoren (12) zusammen ein Gesichtsfeld von 360° abdecken.Radar sensor arrangement according to one of the preceding claims, in which all radar sensors (12) together cover a field of view of 360 °. Radarsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der Antennenelemente (18) der Gruppenantenne jedes Radarsensors (12) in der Weise auf der gekrümmten Aperturfläche (16) angeordnet sind, dass sich im gesamten Sichtbereich (24) des Radarsensors eine einheitliche Winkelschätzgenauigkeit ergibt.A radar sensor assembly as claimed in any one of the preceding claims, wherein antenna elements (18) of the array antenna of each radar sensor (12) are disposed on the curved aperture surface (16) to provide a uniform angular estimation accuracy throughout the field of view (24) of the radar sensor.
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