CN110412576A - 用于运行雷达传感器装置的方法和雷达传感器装置 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于运行尤其机动车中的雷达传感器装置的方法，其中，雷达传感器装置包括多个天线元件，其中，所述多个天线元件具有多个发送天线元件和多个接收天线元件，其中，天线元件的一部分、尤其所有天线元件沿着弧线布置和/或布置在不同的相交的平面上，其中，天线元件细分成多个天线系统，其中，每个天线系统具有至少两个发送天线元件和至少两个接收天线元件，其中，所述方法包括以下步骤：借助天线系统中的第一天线系统的和第二天线系统的发送天线元件发送发送信号，其中，其发送区域重叠的发送天线元件具有彼此正交的发送信号；借助接收天线元件接收所发送的发送信号的反射，其中，使每个天线系统作为独立的多输入/多输出雷达系统运行。

Description

用于运行雷达传感器装置的方法和雷达传感器装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行雷达传感器装置的方法和一种雷达传感器装置。
背景技术
用于驾驶员辅助系统的雷达系统从一些时间起就已经安装在车辆或机动车中了。借助雷达传感器可以探测相对于雷达视野内的对象的间距、速度和角度。在此，传感器的角度分辨率——也就是说，以角度方面的小的区别将目标彼此分离的能力——取决于所谓的天线孔径，即天线的物理扩展。越来越频繁地使用所谓的多输入/多输出雷达系统用于虚拟扩大天线孔径。在此，通过发送元件或发送信道相对于接收元件或接收信道的巧妙的布置以及通过例如在频率或时间上分离发送信道来实现人工的或虚拟的孔径放大。这导致更高的角度分辨率，而不需要为此扩大或已经扩大天线的物理扩展。
此外，现今使用的雷达传感器的天线具有平坦的孔径，也就是说，天线元件处于一个平面内。天线元件大多以贴片天线(Patch-Antennen)的形式实现。在车辆中大多仅仅安装有具有有限视野的单个传感器，例如用于监测在前方行驶的车辆。在驾驶员辅助系统的情况下的功能扩展的过程中，越来越频繁地使用多个雷达传感器，所述多个雷达传感器共同地覆盖更大的视野，例如具有直至180°的整个前部区域。因此，例如所谓的中距离雷达传感器(MRR)例如“在前部”居中地安装，以及在车辆前侧处附加地安装有MRR“角部(corner)”传感器，所述MRR“角部”传感器处于车辆前角处。传感器分别具有平坦的天线，该天线的角度估计精度和角度分辨率取决于角度。
为了提高具有恒定的角度分辨率的单个传感器的视域，讨论共形(konform)的天线。在此，天线元件不再处于平坦的平面上而是处于弯曲的平面上。
对于MIMO雷达系统的功能原理重要的是，各个发送信道(TX)的视域与接收信道(RX)的视域基本上相一致。然而在共形的天线——其中信道处于弯曲的表面上——的情况下，这通常不是这种情况。此外，虚拟信道在此通常不在共形的轮廓上。这可能导致错误信号或使角度分辨率变差。
发明内容
本发明的优点
本发明的实施方式可以以有利的方式实现：说明一种用于运行雷达传感器装置的方法或一种雷达传感器装置，所述方法可以以高的角度分辨率探测对象或者在所述方法的情况下可以以高的角度分辨率探测对象。
根据本发明的第一方面，提出一种用于运行雷达传感器装置、尤其机动车中的雷达传感器装置的方法，其中，所述雷达传感器装置包括多个天线元件，其中，所述多个天线元件具有多个发送天线元件和多个接收天线元件，其中，所述天线元件的一部分、尤其所有天线元件沿着弧线布置和/或布置在不同的相交的平面上，其中，所述天线元件细分成多个天线系统，其中，每个天线系统具有至少两个发送天线元件和至少两个接收天线元件，其中，所述方法包括以下步骤：借助所述天线系统中的第一天线系统的和第二天线系统的发送天线元件发送发送信号，其中，其发送区域重叠的发送天线元件具有彼此正交的发送信号；以及借助所述接收天线元件接收所发送的发送信号的反射，其中，使每个天线系统作为独立的多输入/多输出雷达系统运行。
其优点是，通常实现大的(虚拟的)天线孔径。此外，实际的、物理存在的发送或接收信道——即非虚拟的发送或接收信道——的数目可以是小的，因为可以以相同的发送信号供给或运行多个天线元件。借助所述方法，雷达传感器装置通常同时具有高的并且在大的角度范围上几乎恒定的角度分辨率。此外，借助所述方法通常可以使用占用特别小的空间体积的雷达传感器装置。因此，通常可以使用技术上简单的并且成本有利的雷达传感器装置。
根据本发明的第二方面，提出一种雷达传感器装置、尤其机动车中的雷达传感器装置，所述雷达传感器装置包括多个天线元件，其中，所述多个天线元件具有发送天线元件和接收天线元件，其中，所述多个天线元件细分成多个天线系统，其中，所述天线元件的一部分、尤其所有天线元件沿着弧线布置和/或布置在不同的相交的平面上，其中，每个天线系统具有至少两个发送天线元件和至少两个接收天线元件，其中，所述雷达传感器装置如此构造，使得其发送区域重叠的发送天线元件具有彼此正交的发送信号并且每个天线系统能够作为独立的多输入/多输出雷达系统运行。
其一个优点是，雷达传感器装置通常具有大的(虚拟)天线孔径。此外，在雷达传感器装置的情况下，实际的、物理上存在的发送或接收信道——非虚拟的发送和接收信道——的数目通常可以是小的，因为可以以相同的发送信号供给或运行多个天线元件。雷达传感器装置通常具有高的并且在大的角度范围内几乎恒定的角度分辨率。此外，雷达传感器装置可以特别节省空间或节省位置地构造。因此，雷达传感器装置通常可以在技术上简单地并且成本有利地构造。
多输入/多输出雷达系统(MIMO雷达)的基础在以下位置进行描述：Sandeep Rao所著的《MIMO Radar》，德州仪器应用报告，SWRA554，2017年5月。
独立的多输入/多输出雷达系统(MIMO雷达系统)尤其可以是以下MIMO雷达系统：所述MIMO雷达系统的发送信号和接收信号独立于用于识别对象的其他MIMO雷达系统的发送信号和接收信号地被分析。因此，在分析相应的独立的用于探测对象的MIMO雷达系统的信号或数据的情况下，尤其可以保持不考虑其他的(独立的)MIMO雷达系统的信号或数据。因此，独立的MIMO雷达系统可以作为分别独立的MIMO雷达系统来运行。在本发明中，独立的MIMO雷达系统的发送信号通常不完全独立于其他的独立的MIMO雷达系统的发送信号。
在彼此正交的发送信号的情况下通常可以辨识，由接收天线元件接收的信号或已经被对象反射的接收信号来自于第一发送信号还是来自于第二发送信号。第一发送信号例如可以例如通过不同的发送时刻(所谓的时分复用，TDM)、不同的频率(所谓的频分复用，FDM)和/或的不同编码(所谓的码分复用，CDM)区别于与第一发送信号正交的第二发送信号。
此外，关于本发明的实施方式的想法尤其可以看作基于以下描述的思想和认识。
根据所述方法的一种实施方式，发送天线元件中的至少一个是多个天线系统的一部分。有利的是，通常可以使用特别节省空间并且成本有利的雷达传感器装置。
根据所述方法的一种实施方式，所述第一天线系统的发送天线元件的发送区域与所述第二天线系统的发送天线元件的发送区域基本上不具有相交部。由此，通常可以还进一步降低发送信道的或发送信号的数目。此外，所述方法通常在技术上特别简单。
根据所述方法的一种实施方式，其发送区域不重叠的发送天线元件中的至少一部分具有相同的发送信号。有利的是，通常可以还进一步减少发送信道的数目。
根据所述方法的一种实施方式，天线系统的数目是至少三个。其优点是：通常也可以在以下雷达传感器装置中应用所述方法：所述雷达传感器装置的发送天线元件分布在大的长度或大的体积上。因此，所述方法通常也可以应用在以下雷达传感器装置中：所述雷达传感器装置以雷达信号覆盖特别大的区域或特别大的体积。
根据雷达传感器装置的一种实施方式，雷达传感器装置可以如此运行，使得发送天线元件中的至少一个是多个天线系统的一部分。有利的是，雷达传感器装置通常可以特别节省空间地并且成本有利地构造。
根据雷达传感器装置的一种实施方式，所述发送天线元件如此布置和定向，使得第一天线系统的发送天线元件的发送区域与第二天线系统的发送天线元件的发送区域基本上不具有相交部。由此，通常可以以特别少数目的发送信道或发送信号运行雷达传感器装置。此外，雷达传感器装置可以在技术上特别简单并且成本有利地构造。
根据雷达传感器装置的一种实施方式，所述雷达传感器装置能够如此运行，使得其发送区域不重叠的发送天线元件中的至少一部分具有相同的发送信号。有利的是，通常可以以特别低数目的发送信道或发送信号运行雷达传感器装置。因此，雷达传感器装置通常可以在技术上简单并且成本有利地构造。
根据雷达传感器装置的一种实施方式，天线系统的数目是至少三个。其优点是，在其发送天线元件分布在大的长度或大的体积上的雷达传感器装置的情况下也可以实现高的角度分辨率。因此，雷达传感器装置通常可以以雷达信号覆盖特别大的区域或特别大的体积并且仍然具有高的角度分辨率。
在此指出，在此参考用于运行雷达传感器装置方法的或雷达传感器装置的不同实施方式描述本发明的可能的特征和优点中的一些。本领域技术人员认识到，可以以合适的方式组合、匹配或替换这些特征，以便实现本发明的另外的实施方式。
附图说明
以下参照附图描述本发明的实施方式，其中，附图和说明书都不应解释为对本发明进行限制。
图1示出根据本发明的雷达传感器装置的第一实施方式；
图2示出根据本发明的雷达传感器装置的第二实施方式；
图3示出图2中的雷达传感器装置的天线系统；
图4示出图2中的雷达传感器装置的另外的天线系统；以及
图5示出图2中的雷达传感器装置的另外的天线系统。
附图仅仅是示意性的并且不是按比例的。相同的附图标记在附图中标记相同的或起相同作用的特征。
具体实施方式
图1示出根据本发明的雷达传感器装置10的第一实施方式。雷达传感器装置10包括多个天线元件。雷达传感器装置10尤其包括四个发送天线元件30-33和四个接收天线元件50-55。天线元件细分或划分成两个天线系统20、24。这意味着，雷达传感器装置10具有第一天线系统20和第二天线系统24。
天线元件处于弧形的孔径或弧线15上。也可以考虑，天线元件处于或布置在多个相交的不同平面上。分别作为独立的MIMO雷达系统运行的天线元件尤其可以处于或布置在相同的第一平面上，并且，其他的独立的MIMO雷达系统的至少一个天线元件布置在第二平面上，其中，第二平面与第一平面相交，也就是说，第二平面不平行于第一平面地延伸。换句话说，天线元件中的至少一部分布置在逐段直线延伸的不同直线上。也可以考虑由布置在弧线上的天线元件和布置在不同的平面上的天线元件的混合，其中，这些平面部分地相交和/或部分地彼此平行。
在图1中示出的实施方式的情况下，第一天线系统20具有两个发送天线元件30-33和两个接收天线元件50、51。第二天线系统24具有两个发送天线元件30-33和两个接收天线元件52、53。天线系统20、24彼此不相交地构造，也就是说，没有天线元件是两个天线系统20、24的一部分。因此，发送天线元件30-33和接收天线元件50-55都不是两个天线系统20、24的一部分。
发送天线元件30-33和接收天线元件50-55也称为物理天线元件。
两个天线系统20、24作为独立的多输入/多输出雷达系统(MIMO雷达系统)运行。由此，第一天线系统20包括两个虚拟的接收天线元件70、71。此外，第二天线系统20、24由此包括两个虚拟的天线元件72、73。相应的天线系统20、24的虚拟的天线元件70-73通常处于弧线15附近或在弧线15上，在该弧线上布置有物理天线元件。
发送天线元件30-33的发送区域40-42以实线表示。接收天线元件50-55的接收区域60-65以虚线表示。虚拟的天线元件70-73的虚拟的接收区域80-84以点划线标记。
图1中的雷达传感器装置10以恰好两个发送信道运行。以与用于供给第二天线系统24的第一发送天线元件32的第一发送信号/发送信道相同的第一发送信号/发送信道供给或运行第一天线系统20的第一发送天线元件30。同样地，以与用于供给或运行第二天线系统24的第二发送天线元件33的第二发送信号相同的第二发送信号供给或运行第一天线系统20的第二发送天线元件31。第一发送信号或第一发送信道输送给第一天线系统20和第二天线系统24。同样的适用于第二发送信号或第二发送信道。
第一发送信号与第二发送信号正交，从而可以辨识，由接收天线元件50-55接收的已经被对象反射的信号来自于第一发送信号还是第二发送信号。第一发送信号例如可以通过不同的发送时刻(所谓的时分复用，TDM)、不同的频率(所谓的频分复用，FDM)和/或不同的编码(所谓的码分复用，CDM)区别于第二发送信号。
第一天线系统20的发送天线元件30、31的发送区域40、41不与第二天线系统24的发送天线元件32、33的发送区域42、43相交。
发送天线元件30-33和接收天线元件50-55沿着弧线15交替地布置在弧线15上。
图2示出根据本发明的雷达传感器装置10的第二实施方式。图3示出
图2中的雷达传感器装置10的天线系统20。图4示出图2中的雷达传感器装置10的另一天线系统24。图5示出图2中的雷达传感器装置10的另一天线系统26。
第二实施方式的雷达传感器装置10包括四个发送天线元件30-33和六个接收天线元件50-55。在各两个发送天线元件30-33之间分别布置有两个接收天线元件50-55。
雷达传感器装置10细分或划分成三个天线系统20、24、26。在此，中间的这两个发送天线元件31、32分别是两个天线系统20、24、26的一部分。第一天线系统20包括左侧的两个发送天线元件30、31和左侧的两个接收天线元件50、51。第二天线系统24包括中间的两个发送天线元件31、32和中间的两个接收天线元件52、53。第三天线系统26包括右侧的两个发送天线元件32、33和右侧的两个接收天线元件54、55。
三个天线系统20、24、26中的每一个作为独立的多输入/多输出系统运行，从而三个天线系统20、24、26中的每一个具有虚拟的接收天线元件70-75和虚拟的接收区域80-85。
雷达传感器装置10以三个发送信道或发送信号运行。在此，通过不同的发送信道或发送信号供给发送天线元件30、31、32。发送天线元件33又可以具有与发送天线元件30所具有的相同的发送信号或由相同的发送信道供给。
发送天线元件30-33的分别两个发送区域40-43彼此相交。
在图3中示出的雷达传感器设备10具有四个物理接收信道。
图3示出第二实施方式的第一天线系统20。给左侧的两个发送天线元件30、31供给两个彼此正交的发送信号。图3中的右侧的第二发送天线元件32同样具有与左侧的发送天线元件30的和图3中的左侧的第二发送天线元件31的发送信号分别正交的发送信号。也就是说，这三个发送信号彼此正交。如果基于弧线15的曲率和接收区域60、61的构型得出与发送区域42不重叠，则又可以给发送天线元件32供给与用于供给发送天线元件30的发送信号相同的发送信号。第一天线系统20的虚拟的接收天线元件74、75处于弧线15的延长部的附近。
图4示出第二天线系统24。虚拟的接收天线元件72、73仅仅部分地处在弧线15上，在该弧线上布置有物理上存在的发送天线元件30-33和物理上存在的接收天线元件50-55。
图5示出第三天线系统26。虚拟的接收天线元件70、71处于弧线15的延长部上。
每个天线系统20、24、26与其他天线系统20、24、26不相关地或独立地执行角度确定或角度估计。这意味着，每个独立的MIMO雷达系统与其他的MIMO雷达系统/天线系统20、24、26不相关地或独立地执行角度确定或角度估计。
发送信号的或发送信道的正交性确保可以辨识：由接收天线元件50-55接收的已经被对象反射的信号来自于第一发送信号还是来自于第二发送信号、还是第三发送信号例如可以通过不同的发送时刻(所谓的时分复用，TDM)、不同的频率(所谓的频分复用，FDM)和/或不同的编码(所谓的码分复用，CDM)实现。
由接收天线元件50-55接收的信号可以在共同的雷达信号处理单元中被处理和分析。
最后应指出，概念例如“具有”，“包括”等不排除其他的元件或步骤，并且例如概念“一个”不排除多个。权利要求中的附图标记不应看作限制。

Claims (10)

1.一种用于运行雷达传感器装置(10)、尤其机动车中的雷达传感器装置(10)的方法，其中，所述雷达传感器装置(10)包括多个天线元件，其中，所述多个天线元件具有多个发送天线元件(30-33)和多个接收天线元件(50-55)，
其中，所述天线元件的一部分、尤其所有天线元件沿着弧线(15)布置和/或布置在不同的相交的平面上，
其中，所述天线元件细分成多个天线系统(20，24，26)，其中，每个天线系统(20，24，26)具有至少两个发送天线元件(30-33)和至少两个接收天线元件(50-55)，
其中，所述方法包括以下步骤：
借助所述天线系统(20，24，26)的第一天线系统的和第二天线系统的发送天线元件(30-33)发送发送信号，其中，其发送区域(40-43)重叠的发送天线元件(30-33)具有彼此正交的发送信号；以及
借助所述接收天线元件(50-55)接收所发送的发送信号的反射，
其中，使每个天线系统(20，24，26)作为独立的多输入/多输出雷达系统运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发送天线元件(30-33)中的至少一个是多个天线系统(20，24，26)的一部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一天线系统(20，24，26)的发送天线元件(30-33)的发送区域(40-43)与所述第二天线系统(20，24，26)的发送天线元件(30-33)的发送区域(40-43)基本上不具有相交部。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，其发送区域(40-43)不重叠的发送天线元件(30-33)中的至少一部分具有相同的发送信号。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述天线系统(20，24，26)的数目是至少三个。
6.一种雷达传感器装置(10)、尤其机动车中的雷达传感器装置(10)，所述雷达传感器装置包括多个天线元件，其中，所述多个天线元件具有发送天线元件(30-33)和接收天线元件(50-55)，
其中，所述多个天线元件细分成多个天线系统(20，24，26)，
其中，所述天线元件的一部分、尤其所有天线元件沿着弧线(15)布置和/或布置在不同的相交的平面上，
其中，每个天线系统(20，24，26)具有至少两个发送天线元件(30-33)和至少两个接收天线元件(50-55)，
其中，所述雷达传感器装置(10)如此构造，使得其发送区域(40-43)重叠的发送天线元件(30-33)具有彼此正交的发送信号，并且，
每个天线系统(20，24，26)能够作为独立的多输入/多输出雷达系统运行。
7.根据权利要求6所述的雷达传感器装置(10)，其中，所述雷达传感器装置(10)能够如此运行，使得所述发送天线元件(30-33)中的至少一个是多个天线系统(20，24，26)的一部分。
8.根据权利要求6所述的雷达传感器装置(10)，其中，所述发送天线元件(30-33)如此布置和定向，使得第一天线系统(20，24，26)的发送天线元件(30-33)的发送区域(40-43)与第二天线系统(20，24，26)的发送天线元件(30-33)的发送区域(40-43)基本上不具有相交部。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的雷达传感器装置(10)，其中，所述雷达传感器装置(10)能够如此运行，使得其发送区域(40-43)不重叠的发送天线元件(30-33)中的至少一部分具有相同的发送信号。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的雷达传感器装置(10)，其中，所述天线系统(20，24，26)的数目是至少三个。
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