CN116806317A - 用于机动车的雷达传感器装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机动车(1)的雷达传感器装置(2)，其至少具有：‑中央电子计算设备(3)，该中央电子计算设备构造成用于产生用于发送设备(4)的电控制信号(7)；‑激光设备(8)，该激光设备根据电控制信号(7)产生用于传输给发送设备(4)的光学传输信号(9)；‑转换设备(6)，该转换设备具有至少一个第一光学环形谐振器(10)，第一光学环形谐振器根据光学传输信号(9)产生脉冲序列(11)，其中，转换设备(6)构造成用于根据脉冲序列(11)产生电发送信号(12)；‑发送设备(4)，该发送设备构造成用于发送电发送信号(12)；以及‑接收设备(5)，该接收设备用于接收电接收信号(14)并且用于将电接收信号(14)传输给中央电子计算设备(3)。此外，本发明涉及一种方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的雷达传感器装置以及一种用于运行这种雷达传感器装置的方法。
背景技术
从机动车制造中已经已知用于机动车的雷达传感器装置。尤其是，这种雷达传感器装置使用在例如至少部分运行的自主机动车中，但尤其是也应用在全自主运行的机动车中。然而，为了实现这种自动化的行驶，可靠的环境感知必不可少。在此，借助于传感器，例如雷达，激光雷达和摄影头，检测周围环境或者说环境。特别重要的是对环境的整体的360度三维检测，从而可以检测所有的静态的和动态的对象。在冗余的、稳定的周围环境检测中，尤其是激光雷达发挥主要作用，因为这种类型的传感器在周围环境检测中精确地测量距离并且也可以用于分类。然而，这种激光雷达传感器成本密集并且在其结构方面耗费。尤其是360度三维的周围环境检测是有问题的，因为或者需要多个较小的单个传感器(其通常利用多个单个光源和探测器元件工作)以便确保该周围环境检测，或者装设大型的激光雷达传感器。此外，激光雷达传感器容易受到天气影响，例如雨、雾或直接的阳光照射。
雷达传感器或者说雷达传感器装置同样从机动车制造中建立并且在所有天气条件下都提供可靠的且失效保护的数据。甚至较差的视野情况(例如雨，雾，雪，灰尘或黑暗)也几乎不影响其感知可靠性。但根据现有技术分辨能力目前为止受限，尤其是处于使用中的系列雷达构造成仅仅具有约7度的分辨能力。为了在具有安全行驶功能机动车制造中实现对更高的自动化等级的要求，设置成，雷达传感器装置提供具有在0.1度的范围内的高分辨率并且对此相对于其环境的干扰具有高不敏感性的三维图像。这不能利用根据现有技术的传统的雷达技术实现，因为这种系统的分辨能力过低。
此外，尤其是已经已知光子雷达传感器装置，这种光子雷达传感器装置通过在唯一的半导体点中共集成电子的和光子的部件而实现分辨能力的提高。在此，通过总站执行FMCW信号的跟踪以及全部的信号处理和评估。每个发送和接收模块具有电子-光子共集成的芯片、所谓的Epic芯片。为了共集成，应用硅光子学技术。这种技术实现了将光子构件、高频电子设备和数字电子设备共同地单片地集成在一个芯片上。在此，这种系统的技术创新在于，借助于在太赫兹-频率范围内的光载波信号进行吉赫兹-信号的信号传输。也可以称为中央电子计算设备的总站产生太赫兹内的光学的载波频率。具有八分之一的雷达频率的待传输的信号被调制到该载波频率上，并且通过光学的相发送给天线芯片。在天线芯片上进行频率的八倍化，从而可以由天线芯片发射雷达射线。信号探测发生在相反的路径上。在总站上处理所有数据。但这种实施方式在吉赫兹-电子设备在芯片层上的实现中非常耗费。尤其是，在通过光电二极管探测之后在芯片上进行的频率四倍化在技术上极具挑战，并且在以高的信号-噪声比和尽可能低的抖动产生吉赫兹-信号方面呈现出高耗费。如此必须在其它步骤中高耗费地使吉赫兹-信号稳定。此外，吉赫兹-电子设备成本密集。此外，对光学载体、尤其是激光器提出高的功率要求，因为需要高的光学功率用以便产生高精度的吉赫兹-信号，这使得难以实现用于具有多个分布的雷达-半导体芯片的雷达阵列的具有唯一相的环路。此外，尤其是需要两个不同的光子-电子半导体芯片用于相应的发送和接收通道，这导致进一步的成本耗费。
US 8,805,130 B2公开了一种集成的电光结构，以及一种调制器和开关，一种用于其制造的方法。在说明性的实施方式中，装置包括具有波导和光学谐振器的基质，谐振器包括布置在基质上的多晶体的硅。第一和第二掺杂的半导的区域同样包括多晶体的硅并且布置在第一光学谐振器附近。第一光学谐振器与波导通讯耦联。
US 7,324,267 B2公开了一种用于通过在至少一个具有频率的信号射线和至少一个具有频率的泵浦射线之间的相互作用产生具有频率的转换的射线的波长转换器装置，该波长转换器装置具有：用于至少一个具有频率的信号射线的输入部；用于产生至少一个具有频率的泵浦射线的泵浦光源；用于提取具有频率的被转换的射线的输出部；用于传输信号射线的结构，该结构包含两个具有非线性材料的光学谐振器，光学谐振器具有Lambda/2的至少40倍的光学长度，其中，Lambda是泵浦射线的波长，并且光学谐振器在泵浦频率、信号频率和转换的频率下进行谐振，其中，泵浦和信号射线通过传播穿过该结构，通过在光学谐振器之内的非线性的相互作用产生转换的射线。
为了不仅使用光子的或光学的部件而且使用电子的电路部件，US 7,634,201B2公开了一种可调整的接收器和一种用于基于光子技术接收在HF光谱范围、微波光谱范围或毫米光谱范围内的电子的振荡信号的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种雷达传感器装置以及一种方法，借助于该雷达传感器装置和方法可以实现改进的环境检测。
该目的通过根据独立权利要求所述的雷达传感器装置以及方法实现。在从属权利要求中给出有利的设计方式。
本发明的一个方面涉及一种用于机动车的雷达传感器装置，其中，机动车可以构造成尤其是至少部分自主的、尤其是全自主的。雷达传感器装置具有中央电子计算设备，该中央电子计算设备构造成用于产生用于雷达传感器装置的发送设备的电控制信号。此外，雷达传感器装置包括激光设备，该激光设备根据该电控制信号产生用于传输给发送设备的光学传输信号。
雷达传感器装置具有转换设备，转换设备具有至少一个例如可以构造成微环形谐振器的第一光学环形谐振器，该第一光学环形谐振器根据光学传输信号产生脉冲序列，其中，转换设备附加地构造成用于根据该脉冲序列为发送设备产生电发送信号。发送设备构造成用于将电发送信号发送到机动车的环境中。此外，雷达传感器装置具有接收设备，该接收设备用于接收与电发送信号对应的并且在环境中反射的电接收信号并且用于将电接收信号传输给中央电子计算设备。
由此，根据本发明的雷达传感器装置尤其解决的是，可以在该雷达传感器装置中应用标准-电信激光器。尤其是，由此省去了耗费地且高成本地设计具有光学载体的用于RF信号的频率转换的吉赫兹-电路。在从太赫兹-光谱范围中转换之后，尤其是使吉赫兹-信号变得稳定。由此与传统的电子设备相比可以减小芯片面积。由此转换设备尤其是替代所述一个或多个Epic芯片。接下来转换设备也可以称为芯片。尤其是可非常简单地实现环路，其中，光学环形谐振器的高的质量因子(Güterfaktor)引起对激光器的低功率需求，从而可以补偿耦合损失，并且可以利用一个源运行多个芯片。吉赫兹-信号尤其是固有的且稳定的。此外，发送设备和接收设备可以集成在唯一的半导体芯片上，例如在CMOS、SiN-CMOS、Bi-CMOS、复合Bi-CMOS中，或者可利用处理集成在光子-电子共集成的芯片上。
由此本发明尤其是利用在光子半导体中借助于光学接口耦入尤其是也可以构造成CW激光器的激光设备的射线。该射线在位于半导体中的线性的波导结构内部传播。在该半导体上，在相对于线性的波导结构非常小的距离内，布置另一环形的波导结构。如果两个波导的距离如此小，使得渐逝的电磁射线场从线性的波导中伸入到环形导体中，则射线从线性的波导中耦入到环形导体中，射线在该处传播。如果如此选择该环的光学路径长度，使得该光学路径长度为波长的整数的倍数，则在环形导体中传播的光在一个周期循环之后在结构上与耦入的渐逝的场干涉，并且出现加强。由于在线性的和环形的波导之间的相互作用区域在波长的范围内，两个场的相互作用仅仅是短时间的，从而仅仅发生结构干涉。由此形成光学环形谐振器。当产生损失时，将更多的激光射线入合到环形导体中，直至出现谐振器内部的功率饱和为止。在每个循环完全结束之后，在环形波导之内传播的光的一部分再次在线性的波导中退耦，并且可以用作信号。通过环形谐振器，在合适地选择波导的直径和耦合比的情况下进行光的调幅，从而从CW输入信号中形成具有高的峰值强度的脉冲。在半导体中，光学环形谐振器的直径为几百微米至几微米。在此，光的周期时间决定输出信号或脉冲序列的重复率frep。
如此构造的环形谐振器具有大于106的高的质量因子Q，该质量因子在谐振器之内导致能够驱动非线性的光学过程(所谓的多光子过程)的峰值强度。在高强度的光和物质的相互作用期间出现这种光学过程。在此，电极化P的展开是用于描述在光-物质-相互作用中的多光子过程的已建立的模型。
P＝ε0[X(1)E+X(2)E2+X(3)E3+X(4)E4+…]
其中，P描述电极化，X描述敏感度，E描述电场，并且ε0描述电常数。
当具有电敏感度X(1)的线性的项线性地被电场放大时，具有n大于1的更高阶的项X(n)相对于电场具有非线性的比例。该过程被称为多光子过程。在此，将所需的光子的数量放大X(n)的阶n。例如频率加倍或者求和以及产生频率差的效果需要两个光子，产生基础的光频率的相应频率的光子，并且由此在物质中感应出第二阶的非线性。第三阶的效果，例如频率三倍化等，需要三个光子用于三阶的频率转换等等。这种非线性的光-物质相互作用的效果提供了非线性地调制射入的光源的可能性。
由此在光学环形谐振器中在充分耦入到环中时不可忽略非线性的折射系数。因此例如由于克尔效应、尤其是在敏感度X(2)时，在高的峰值强度的光与波导相互作用期间出现四波混合过程。通过在谐振器环中的强度持续增大，此时首先出现衰退的四波混合过程。其中，CW激光器的两个光子YP被吸收，这尤其是称为光学的泵浦，并且将电子提高到虚拟的或真实的、能量更高的水平上。在短时间之后，该电子尤其是以被激励的方式回落到基础状态中。此时，电子以信号和惰性边带光子(YS或YI)的形式辐射出所吸收的能量，该能量仅仅在与光子能量的总和中与CW激光器的两个光子一致。由此，在环形谐振器内产生新的光谱份额。信号和惰性边带光子通过相关联的生成过程在相位、振幅和频率中相关。通过越来越多的从YP到YS或YI的频率转换，环形谐振器变得双稳态，从而在相位和频率中产生轻微的变化，该变化又产生边带的新边带。开始非衰退的四波混合过程并且级联地产生新的频率。新产生的频率彼此处于固定的相位和频率关系中，光谱模相应地耦合。通过开始模耦合，产生基础的孤立波(Soliton)，从而形成高的光谱带宽的脉冲，该脉冲以无频散的方式在环形谐振器中传播并且以谐振频率frep复制。由此从CW激光器信号中产生脉冲的信号，该脉冲的信号的突出之处在于信号-噪声比极高并且随时间的变化小。
为了产生脉冲状态，可以应用其它复杂的波导结构。如此例如可以将在环形谐振器的相对的侧上的第二波导用于脉冲序列的退耦。此外，可以将其它具有耦合点的谐振环用于在环形谐振器之间的进一步耦入，这实现了连续调整frep的相应的频率范围。例如，环形组件可针对R＝15微米和R＝5微米的值产生具有frep＝100兆赫兹的脉冲。
根据有利的设计方式，转换设备具有光学耦合元件，该光学耦合元件构造成用于将光学传输信号耦入到光学环形谐振器中。由此尤其是可以将尤其是借助于激光设备产生的光学传输信号耦入到半导体芯片中，光学环形谐振器构造在该半导体芯片上。
此外有利的是，转换设备具有用于根据脉冲序列产生发送信号的光学的光电二极管。由此尤其是可以将光学的脉冲序列传输给该二极管，其中，二极管又将光学的脉冲序列转换成电发送信号。尤其是，可以将脉冲序列继续输出给功率放大器，然后功率放大器又经由发送设备发射该信号。
在另一有利的设计方式中，发送设备和接收设备构造成共同的构件。由此尤其是发送天线和接收天线构造在共同的芯片上。由此尤其是发送天线和接收天线形成一个单元。由此唯一的芯片可以满足两个功能，这尤其是降低了成本。尤其是，通过微调激光设备发射的激光的激光频率，可以防止过多的光耦入到光学环形谐振器中并且发生模耦合。由此在发送设备的发送通道中不能产生脉冲的信号。在这种情况中，芯片作为接收通道工作。由此唯一的芯片可以满足两个功能，这降低了附加成本并且减少了构件。
同样有利的是，转换设备具有至少一个另外的光学环形谐振器，其构造成与第一光学环形谐振器不同，其中，依赖于第一光学环形谐振器和所述另外的光学环形谐振器产生脉冲序列。通过利用另外的环形谐振器，可以相应地产生在兆赫兹范围内的用于脉冲序列的频率范围frep。那么例如利用针对第一光学环形谐振器的R＝15微米的值和针对另外的光学环形谐振器的R＝5微米的值，可以产生具有frep＝100兆赫兹的频率的脉冲。
此外已证实为有利的是，转换设备具有用于产生发送信号的外差探测设备或零差探测设备。由此尤其是可以将频率梳用于合成吉赫兹-频率斜坡。为此在电子-光子芯片上、由此尤其是在转换设备上实现零差探测设备或外差探测设备。优选地执行光学的外差探测。
此外有利的是，转换设备具有至少一个频散的元件，该频散的元件构造成用于根据脉冲序列产生至少一个频率啁啾(Frequenzchirp)。随后，该频率梳或频率啁啾可以用于合成吉赫兹-频率斜坡。现在，如果有限傅里叶的脉冲序列通过频散的介质(例如空气)传播，则高频的光谱份额经受比低频的光谱份额更强的时间延迟。由此使脉冲序列正地啁啾，并且由此在时间上延展。此外，脉冲序列的峰值强度减小。例如，退耦的波导可以用作频散的元件。在此尤其有利的是，自身无频散的基础的孤立波在环形导体中传播。
根据另一有利的设计方式，转换设备具有至少一个第二光学环形谐振器，其中，借助于第二光学环形谐振器产生与脉冲序列不同的第二脉冲序列，其中，借助于转换设备的外差探测设备根据所述脉冲序列和第二脉冲序列产生频率啁啾。由此尤其是借助于两个确定的频率梳和频散的元件构造光子-电子共集成的雷达芯片。该频率梳通过两个不同的环形谐振器产生。通过频散，将频率啁啾施加到单个脉冲上，并且借助于外差探测设备测量两个信号。所获得的频率又形成在吉赫兹-光谱范围中的斜坡。
此外已证实为有利的是，转换设备具有至少两个在半导体介质上的纳米天线用于根据脉冲序列产生发送信号。尤其是，由此借助于位于电介质或半导体上的纳米天线探测脉冲重复率。这种具有在几微米至纳米的范围内的尺寸的金属天线尤其是彼此相距射入的光的波长的距离。如果由光学环形谐振器发射的射线到达纳米天线上，则通过在纳米天线之间的波长的距离激励等离子谐振或诱发以射入的光波的频率振动的表面等离子极化。这种频率振荡可直接进行电子测量，并且可以应用作为吉赫兹-天线的驱动信号。
本发明的另一方面涉及一种具有根据前述方面所述的雷达传感器装置的机动车。机动车尤其是构造成至少部分自主运行的机动车，尤其是构造成全自主运行的机动车。
本发明的再另一方面涉及一种用于运行根据前述方面所述的雷达传感器装置的方法。借助于雷达传感器装置的中央电子计算设备产生用于雷达传感器装置的发送设备的电控制信号。借助于雷达传感器装置的激光设备，根据该电控制信号进行光学传输信号的产生用于传输给发送设备。借助于具有至少一个第一光学环形谐振器的雷达传感器装置的转换设备，根据光学传输信号产生脉冲序列，其中，附加地借助于转换设备根据脉冲序列为发送设备产生电发送信号。此外，借助于发送设备进行将该电发送信号发送到机动车的环境中。借助于雷达传感器装置的接收设备，接收与电发送信号对应的并且在环境中反射的电接收信号，并且借助于接收设备将该电接收信号传输给中央电子计算设备。此外，尤其是然后在中央电子计算设备内进行对接收信号的评估。
雷达传感器装置的有利的设计方式应视为机动车的以及方法的有利的设计方式。雷达传感器装置以及机动车对此具有实现该方法或方法的有利的设计方式的执行的具体特征。
本发明也包括根据本发明的机动车和根据本发明的方法的改进方案，这些改进方案具有已经结合根据本发明的雷达传感器装置的改进方案所描述的特征。出于该原因，此处不再次描述根据本发明的机动车和根据本发明的方法的相应的改进方案。
本发明也包括所描述的实施方式的特征的组合。
附图说明
接下来描述本发明的实施例。其中：
图1示出了具有雷达传感器装置的实施方式的机动车的实施方式的示意图；
图2示出了雷达传感器装置的实施方式的转换设备的实施方式的示意性框图；
图3示出了雷达传感器装置的实施方式的转换设备的另一实施方式的另一示意性框图；
图4示出了雷达传感器装置的实施方式的转换设备的实施方式的另一示意性框图；以及
图5示出了雷达传感器装置的实施方式的转换设备的实施方式的另一示意性框图。
具体实施方式
以下解释的实施例是本发明的优选实施例。在实施例中，所描述的部件分别表示本发明的单独的、被视为彼此独立的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明，并且由此也应单独地或者以与所示出的组合不同地被视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施例也可通过已经描述的本发明的特征中的其它特征补充。
在图中功能相同的元件分别设有相同的附图标记。
图1示出了具有雷达传感器装置2的实施方式的机动车1的实施方式的示意性的俯视图。雷达传感器装置2具有至少一个中央电子计算设备3、发送设备4以及接收设备5。此外，雷达传感器装置2具有在图1中未示出的转换设备6(图2)。
雷达传感器装置2具有中央电子计算设备3，该中央电子计算设备构造成用于产生用于发送设备4的电控制信号7。同样提供激光设备8，该激光设备根据电控制信号7产生用于传输给发送设备4的光学传输信号9。转换设备6具有至少一个光学环形谐振器10(图2)，该环形谐振器根据光学传输信号9产生脉冲序列11(图2)，其中，转换设备6附加地构造成用于根据脉冲序列11为发送设备4产生电发送信号12(图2)。发送设备4构造成用于将电发送信号12发送到机动车11的环境13中。接收设备5构造成用于接收与电发送信号12对应的接收信号14，其中，接收信号14在环境13中、例如在对象15处被反射。此外，接收设备5将电接收信号14传输给中央电子计算设备3。
在此，通过中央电子计算设备3执行FMCW信号的产生以及全部的信号处理和评估。发送设备4和接收设备5在此分别可以单独地由电-光子相关的芯片组成。在此，尤其是存在如下技术可行方案：借助于在太赫兹-频率范围内的光学的载波信号(该载波信号尤其是相应于传输信号9)执行吉赫兹-信号(该信号尤其是相应于发送信号12)信号传输。在此，中央电子计算设备3产生光学的载波频率。将待传输的具有1/8的雷达频率的信号调制到该载波频率上(这通过框37示出)，并且通过光学的相16发送给发送设备4。在光学的相上进行频率八倍化，从而可以由发送设备4发射雷达射线。信号探测发生在相反的路径上。所有数据都在中央电子计算设备3上处理。
图2示出了转换设备6的实施方式的示意性框图。通过光学耦合元件17耦入传输信号9。光学耦合元件17已经位于半导体18上。此外，在半导体18上构造无线电频率-驱动器19、光学的调制器20以及另一光学耦合元件21。此外，图2示出，光电二极管22以及功率放大器23构造在半导体18上。
尤其是图2示出，在合适地选择光学环形谐振器10的几何形状的情况下，可以产生例如76吉赫兹的脉冲重复率frep。脉冲序列11可以被半导体18上的光电二极管22探测，并且直接经由功率放大器23继续传送到发送设备4处，因为光电流与frep成比例。在此有利地，可以减少其它昂贵的且设计耗费的吉赫兹-电子设备。由于光学环形谐振器10具有1微瓦的极低的功率消耗，可以继续引导传输信号9并且例如可以实现用于雷达芯片的环形布置。此外，可以借助于光学的调制器20再次将接收信号14调制成传输信号9。
由此图2尤其是示出了具有光学环形谐振器10的光子-电子雷达芯片的示意图。脉冲序列11直接由光电二极管22探测。在此，光电流与frep成比例，并且可以直接作为驱动信号输出给功率放大器23，功率放大器通过发送设备4发射输出信号12。接收的接收信号14通过光学的调制器20混合成初始的传输信号9，并且继续传输给中央电子计算设备3用于数据处理。
图3示出了转换设备6的另一示意性的实施方式。在以下实施例中尤其是示出，发送设备4和接收设备5构造成共同的构件。由此该共同的构件尤其是构造成单芯片。由此将相同的转换设备6用于发送设备4以及接收设备5。通过微调传输信号9的激光频率，防止过多的光耦入到光学环形谐振器10中并且发生模耦合。由此在接收通道中不产生脉冲的信号。在这种情况中，转换设备6作为接收通道工作。由此唯一的芯片可以满足两种功能，这降低了附加成本。
图4示出了转换设备6的另一实施方式的另一示意性框图。在以下实施例中尤其是示出，转换设备6可以具有第二光学环形谐振器24，其中，借助于该第二光学环形谐振器24产生与脉冲序列11不同的第二脉冲序列25，其中，可以借助于转换设备6的外差探测设备26根据脉冲序列11和第二脉冲序列25产生频率啁啾27。尤其是，为此转换设备6具有至少一个频散的元件28，该频散的元件构造成用于根据脉冲序列11和/或第二脉冲序列25产生至少一个频率啁啾27。备选于外差探测设备26，转换设备6也可以具有用于产生发送信号12的零差探测设备。
此外图4示出，转换设备6可以具有至少一个另外的光学环形谐振器29，其构造成与第一光学环形谐振器10不同并且当前尤其是与第二光学环形谐振器24不同，其中，根据第一光学环形谐振器10、当前根据第二光学环形谐振器24以及所述另一光学环形谐振器29，产生脉冲序列11、当前尤其是第二脉冲序列25。
此外图4示出，光学耦合元件17可以与线性的波导30相耦联。
尤其是图4示出，在光学环形谐振器10、24、29中构造的以傅里叶空间的形式的脉冲序列可以是频率梳。在此，当通过脉冲序列11、25的长度给出单模的带宽时，脉冲长度定义整个梳的光谱带宽。在频率梳中单模的间隔又通过脉冲重复率frep定义。
这种频率梳可以用于吉赫兹-频率斜坡的合成。为此，在电子-光子芯片上(当前例如半导体18上)实现零差探测设备，或者如当前示出的那样实现外差探测设备26。频率梳ES的光学信号经由射束分裂器34与局部振荡器的信号ELO(例如CW激光信号)在两个光电二极管31、32上叠加。可以测量在此处产生的光电流：
其中，信号(S)通过：
描述，而局部振荡(LO)通过：
给出。通过在射束分裂器34处的相突变π，LO的信号在指数中发生符号变化。测得的光电流推出：
通过测量两个光电流Iphot1和Iphot2的差，可以减去两个恒定的项|ES|2+|ELO|2，并且保留频率差以及相位差。频率差在frep的范围内并且可以再次用作吉赫兹-信号。此外，混合项ES×ELO提供了弱的信号ES的自身放大。
在此，外差探测设备26尤其是可以具有镜元件33和射束分裂器34。
在图4中，尤其是示出了用于产生确定的频率梳的方法。为了合成FMCW雷达系统的吉赫兹频率斜坡，在此可以使用两个具有不同的脉冲重复率frep的频率梳。为此，不同地设计环形谐振器10、24、29的直径，从而频率梳彼此略微在光谱上偏移。通过外差探测设备26使两个频率梳叠加，可以再次测量频率差。由此两个梳的频率差的序列提供各个频率。例如，第一梳的脉冲重复率frep可以为81吉赫兹，而第二梳的脉冲重复率frep可以为0.1吉赫兹。两个频率梳由相同的传输信号9泵浦，即，彼此具有相关的相位关系并且具有相同的载波频率。由此在外差探测中，得到频率差fDn＝81吉赫兹-n*0.1吉赫兹，其中n为元素如果第二梳的光谱带宽足够大，则可以以0.1吉赫兹为步距合成76吉赫兹至81吉赫兹的整个汽车光谱范围。0.1吉赫兹的步距仅仅是示例性的并且不应视为决定性的。
为了使频率在时间上彼此滞后，尤其是为了产生所谓的频率啁啾27，可以使用频散的元件28。尤其是，此时所有光谱份额同时传播，由此脉冲具有理论上最小的脉冲长度。如果有限傅里叶的脉冲通过频散的介质(例如空气)传播，则高频的光谱份额经受比低频的光谱份额更强的时间延迟。由此使脉冲正地啁啾，并且由此在时间上延展。此外，脉冲的峰值强度减小。例如，退耦的波导可以用作频散的元件。在此尤其有利的是，自身无频散的基础的孤立波在环形导体中传播。
在此，图4展示了雷达啁啾的可能的实施方式。两个光学环形谐振器10、24通过一个或多个传输信号9泵浦，并且产生具有不同的脉冲重复率frep的频率梳。借助于一个或多个频散的元件28，在退耦之后，产生频率斜坡的期望的斜率，并且通过外差探测设备26转换到吉赫兹-频率范围内。尤其是，通过频散将频率啁啾施加到单个脉冲上，并且借助于外差探测设备26测量两个信号。所获得的频率形成在吉赫兹-光谱范围内的斜坡。
图5示出了转换设备6的另一示意性的实施方式。尤其是图5示出，可以探测脉冲重复率frep或频率差。为此，转换设备6具有至少两个在半导体介质36上的纳米天线35用于根据脉冲序列11产生发送信号12。由此尤其是将光学环形谐振器10用于产生脉冲序列11。借助于施加在半导体介质36上的纳米天线35探测脉冲重复率frep。这种具有在几微米至纳米的范围内的尺寸的金属天线彼此相距射入的光的波长的距离。如果由光学环形谐振器10发射的射线到达纳米天线35上，则通过在纳米天线35之间的波长的距离激励等离子谐振或诱发以射入的光波的频率振动的表面等离子极化。这种频率振荡可直接以电子的方式测量，并且可以用作吉赫兹-天线的驱动信号。
所提出的本发明也涉及一种用于运行雷达传感器装置2的方法。借助于电子计算设备3为发送设备4产生电控制信号7。借助于激光设备8，根据电控制信号7进行光学传输信号9的产生用于传输给发送设备4。借助于具有至少一个第一光学环形谐振器10的雷达传感器装置2的转换设备6，根据光学传输信号9产生脉冲序列11，其中，附加地借助于转换设备6根据脉冲序列11为发送设备4产生电发送信号12。借助于发送设备4将电发送信号12发送到环境13中。借助于接收设备进行接收信号14的接收，并且借助于接收设备5将接收信号14传输给中央电子计算设备3。
总地来说附图示出了用于借助于光学环形谐振器10、24、29在光子-电子共集成的半导体中产生吉赫兹-频率的方法。
附图标记清单：
1机动车
2雷达传感器装置
3电子计算设备
4发送设备
5接收设备
6转换设备
7电控制信号
8激光设备
9传输信号
10第一光学环形谐振器
11脉冲序列
12发送信号
13环境
14电接收信号
15对象
16环路
17光学耦合元件
18半导体
19无线电频率驱动器
20光学的调制器
21另外的光学耦合元件
22光电二极管
23功率放大器
24第二光学环形谐振器
25第二脉冲序列
26外差探测设备
27频率啁啾
28频散的元件
29另外的光学环形谐振器
30光波导
31光电二极管
32光电二极管
33镜元件
34射束分裂器
35纳米天线
36半导体介质
37框
Claims (10)
1.一种用于机动车(1)的雷达传感器装置(2)，其至少具有：
-中央电子计算设备(3)，所述中央电子计算设备构造成用于产生用于所述雷达传感器装置(2)的发送设备(4)的电控制信号(7)；
-激光设备(8)，所述激光设备根据所述电控制信号(7)产生用于传输给所述发送设备(4)的光学传输信号(9)；
-转换设备(6)，所述转换设备具有至少一个第一光学环形谐振器(10)，所述第一光学环形谐振器根据所述光学传输信号(9)产生脉冲序列(11)，其中，所述转换设备(6)附加地构造成用于根据所述脉冲序列(11)为所述发送设备(4)产生电发送信号(12)；
-发送设备(4)，所述发送设备构造成用于将所述电发送信号(12)发送到所述机动车(1)的环境(13)中；以及
-接收设备(5)，所述接收设备用于接收与所述电发送信号(12)对应的并且在所述环境(13)中反射的电接收信号(14)并且用于将所述电接收信号(14)传输给所述中央电子计算设备(3)。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器装置(2)，其特征在于，所述转换设备(6)具有光学耦合元件(17)，所述光学耦合元件构造成用于将所述光学传输信号(9)耦入到至少所述第一光学环形谐振器(10)中。
3.根据权利要求1或2所述的雷达传感器装置(2)，其特征在于，所述转换设备(6)具有用于根据所述脉冲序列(11)产生发送信号(12)的光学的光电二极管(22)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器装置(2)，其特征在于，所述发送设备(4)和所述接收设备(5)构造成共同的构件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器装置(2)，其特征在于，所述转换设备(6)具有至少一个另外的光学环形谐振器(29)，其构造成与所述第一光学环形谐振器(10)不同，其中，根据所述第一光学环形谐振器(10)和所述另外的光学环形谐振器(29)产生所述脉冲序列(11)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器装置(2)，其特征在于，所述转换设备(6)具有用于产生所述发送信号(12)的外差探测设备(26)或零差探测设备。
7.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器装置(2)，其特征在于，所述转换设备(6)具有至少一个频散的元件(28)，所述频散的元件构造成用于根据所述脉冲序列(11)产生至少一个频率啁啾(27)。
8.根据权利要求7所述的雷达传感器装置(2)，其特征在于，所述转换设备(6)具有至少一个第二光学环形谐振器(24)，其中，借助于所述第二光学环形谐振器(24)产生与所述脉冲序列(11)不同的第二脉冲序列(25)，其中，借助于所述转换设备(6)的外差探测设备(26)根据所述脉冲序列(11)和所述第二脉冲序列(25)产生所述频率啁啾(27)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器装置(2)，其特征在于，所述转换设备(6)具有至少两个在半导体介质(36)上的纳米天线(35)，所述纳米天线用于根据所述脉冲序列(11)产生所述发送信号(12)。
10.一种用于运行根据权利要求1至9中任一项所述的雷达传感器装置(2)的方法，其具有步骤：
-借助于所述雷达传感器装置(2)的中央电子计算设备(3)产生用于所述雷达传感器装置(2)的发送设备(4)的电控制信号(7)；
-借助于所述雷达传感器装置(2)的激光设备(8)，根据所述电控制信号(7)产生光学传输信号(9)用于传输给所述发送设备(4)；
-借助于具有至少一个第一光学环形谐振器(10)的所述雷达传感器装置(2)的转换设备(6)，根据所述光学传输信号(9)产生脉冲序列(11)，其中，附加地借助于所述转换设备(6)根据所述脉冲序列(11)为所述发送设备(4)产生电发送信号(12)；
-借助于所述发送设备(4)将所述电发送信号(12)发送到所述机动车(1)的环境(13)中；以及
-借助于所述雷达传感器设备(2)的接收设备(5)，接收与所述电发送信号(12)对应的并且在所述环境(13)中反射的电接收信号(14)，并且借助于所述接收设备(5)将所述电接收信号(14)传输给所述中央电子计算设备(3)。
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