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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Radarsystem, das Entfernungen
und Winkellagen von Objekten relativ zu dem Kraftfahrzeug bestimmt,
dabei eine Überdeckung
einer Sendekeule und eines Empfangswinkelbereichs sequentiell in
verschiedene Raumrichtungen richtet, für jede Raumrichtung die Winkellage
eines innerhalb der Überdeckung
erfassten Objektes bestimmt, und Ergebnisse aus verschiedenen Überdeckungen
zu einem nach Raumrichtungen differenzierten Gesamtergebnis zusammenfügt.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung von Entfernungen
und Winkellagen von Objekten relativ zu einem Kraftfahrzeug mit
den Schritten: sequentiell in verschiedene Raumrichtungen erfolgendes
Richten einer Überdeckung
einer Sendekeule und eines Empfangswinkelbereichs, für jede der
Raumrichtungen erfolgendes Bestimmen der Winkellage eines innerhalb
der Überdeckung
erfassten Objektes und Zusammenfügen
von aus verschiedenen Überdeckungen
erhaltenen Ergebnissen zu einem nach Raumrichtungen differenzierten
Gesamtergebnis.
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Bei
Kraftfahrzeugen werden Radarsensoren zur Überwachung der Fahrzeugumgebung
eingesetzt, wobei Anwendungen wie Einparkhilfe, Totwinkelüberwachung,
Spurwechselassistenz, Türöffnungsassistenz,
eine Unfall-Antizipierung (pre-crash-sensing) für eine Airbag-Auslösung, Gurtstraffung, Überrollbügel-Aktivierung,
Start/Stopp-Betrieb oder Fahrbetrieb mit Abstandsüberwachung und/oder
Abstandsregelung (Cruise Control Unterstützung) in Frage kommen.
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Im
Umfeld der Fahrzeuge sind typischerweise mehrere Objekte und räumlich ausgedehnte
Objekte (Fahrzeuge, Leitplanken, Brücken) vorhanden, sodass in
der Regel mehrere Reflexionsstellen in der gleichen Entfernungszelle
auftreten. Um dem Fahrer oder einem Fahrerassistenzsystem eine Einschätzung der
Situation zu ermöglichen,
muss zusätzlich zur
Entfernung auch die Winkelposition reflektierender oder streuender
Objekte bestimmt werden. Eine Unterdrückung von Infrastruktur, also
zum Beispiel von ortsfesten Objekten wie Leitplanken an Fahrbahnrändern, stellt
eine weitere wichtige Anforderung an ein Kraftfahrzeug-Radarsystem
dar.
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Das
eingangs genannte Kraftfahrzeug-Radarsystem erfüllt die Anforderung an eine
Bestimmung von Winkelpositionen in einem gewissen Ausmaß durch
eine Segmentierung eines Überwachungsbereichs
oder Erfassungsgebietes durch die sequentiell erfolgende Überdeckung
mit mehreren Radarstrahlen oder Radarkeulen, denen jeweils ein Winkel-Ausschnitt
aus dem Erfassungsbereich zugeordnet ist. Wird ein reflektierendes
Objekt in einer der Keulen erfasst, kann dem Objekt ein mittlerer
Winkel aus dem zugehörigen
Winkelbereich zugeordnet werden. Die Breite der möglichen
Winkelauflösung entspricht
dann ungefähr
der Breite der einzelnen Sendekeulen.
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Eine
Möglichkeit
zur Erhöhung
der Genauigkeit der Winkelpositionsbestimmung besteht in einer Verringerung
der Breite der Sendekeulen. Da die Breite aber mit steigender Zahl
von Antennenelementen sinkt, erfordert eine Verringerung der Keulenbreite
eine Vergrößerung der
Zahl der Antennenelemente und damit in der Regel eine Vergrößerung der Fläche und
des Einbauvolumens eines Radarsensors. Die zur Verfügung stehende
Fläche
und das zur Verfügung
stehende Einbauvolumen sind jedoch insbesondere bei Kraftfahrzeuganwendungen,
bei denen die Radarsensoren typischerweise in Hohlräumen zwischen
Stoßfängern und
der Fahrzeugkarosserie untergebracht sind, beschränkt.
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Auf
Radarbasis arbeitende Umfelderkennungssensoren im Kraftfahrzeugbereich
arbeiten aus Kostengründen
und Performance-Gründen
bei ca. 24 GHz. Bei dieser Frequenz ergibt sich eine minimale Keulerbreite,
die einem Winkel von etwa 10° bis
20° entspricht.
Im Gegensatz zu den Wünschen
nach einer kleinen Keulenbreite steht der Wunsch nach einem möglichst
großen
Winkelerfassungsbereich pro Sensor, um die Zahl der Sensoren pro
Kraftfahrzeug klein zu halten.
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Aus
anderen technischen Bereichen, in denen die Unterdrückung von
Infrastruktur nicht eine so große
Rolle spielt wie bei den Kraftfahrzeug-Radarsystemen, sind auch
andere Methoden der Winkelmessung bekannt. Zum Beispiel nennt das „Radar Handbook" von Skolnik, zweite
Auflage, Seite 1.12 unter der Überschrift "Angular Direction" eine Winkelpositionsbestimmung
durch Erfassen des Winkels, unter dem eine reflektierte Wellenfront
am Radargerät
eintrifft. Als Realisierungsmöglichkeit
wird eine gerichtete Antenne angegeben, wobei unter einer gerichteten
Antenne eine Antenne mit einem schmalen Strahlungsfeld verstanden
wird. In einem solchen Fall wird die Winkelposition zum Beispiel
durch eine Ausrichtung der Antenne definiert. Als Alternative zu einer
Ausrichtung der Antenne kann bei sogenannten phased array Antennen
die Richtung des Strahlungsfeldes elektronisch eingestellt werden.
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Als
weitere Möglichkeit
wird bei Skolnik die Erfassung einer Phasendifferenz in voneinander
entfernten Empfängern,
wie bei einem Interferometer, genannt. Das letztgenannte Verfahren
ist auch als Monopulse-Phasendifferenzverfahren bekannt.
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Grundsätzlich funktioniert
die Winkelbestimmung mit Hilfe der Phasendifferenz nur bei einer
einzelnen Reflexion pro Entfernungszelle, was bei Kraftfahrzeug-Anwendungen
in der Regel nicht gegeben ist.
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Für die Entfernungsbestimmung
sind viele Verfahren bekannt (z.B. FMCW = Frequency modulated continuous
wave).
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
eines Kraftfahrzeug-Radarsystems und eines Verfahrens der eingangs
genannten Art, das jeweils eine weiter verbesserte Winkelauflösung unter
Erhaltung der Kosten- und Performance-Vorteile des bekannten Kraftfahrzeug-Mehrstrahl-Radars erzeugt.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Radarsystem der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass das Radarsystem eine Winkellage eines in einer Überdeckung
erfassten Objekts nach einer Phasendifferenzmethode bestimmt.
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Ferner
wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
dadurch gelöst,
dass die Bestimmung der Winkellage eines in einer Überdeckung
erfassten Objekts nach einer Phasendifferenzmethode erfolgt.
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Durch
diese Merkmale wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst. Die
bekannte Segmentierung des Winkelerfassungsbereichs wird beibehalten,
was die Kostenvorteile und Performance-Vorteile des bekannten Mehrstrahl-Kraftfahrzeug-Radarsystems
und der damit verbundenen Auswertung erhält. Die Segmentierung liefert
eine erste, verhältnismäßig grobe
Winkelbestimmung und erlaubt eine Ausblendung anderer Objekte, die
sich in der gleichen Entfernungszelle, aber in einem anderen Segment
befinden. Erfindungsgemäß erfolgt
für jedes
Segment zusätzlich
eine präzise
Winkelmessung nach der Phasendifferenzmethode. Objekte, die in anderen
Segmenten bei gleicher Entfernung vorhanden sind, beeinflussen die
Winkelbestimmung nicht. Die Ergebnisse der Winkel und Entfernungsbestimmung
der Teilbereiche werden dann zum Gesamtbereich zusammengefügt. In der
Summe ergibt sich dadurch eine präzise Winkel-Positionsbestimmung, auch wenn mehrere
Objekte und/oder ausgedehnte Objekte sich in der gleichen Entfernung
befinden.
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Mit
Blick auf Ausgestaltungen des Radarsystems ist bevorzugt, dass die Überdeckungen
für verschiedene
Raumrichtungen durch Kombinationen schmaler Sendekeulen mit wenigstens
einem breiten Empfangswinkelbereich realisiert werden.
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Alternativ
ist bevorzugt, dass die Überdeckungen
für verschiedene
Raumrichtungen durch Kombination schmaler Empfangswinkelbereiche
mit schmalen Sendekeulen realisiert werden.
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Im
Prinzip liefern diese Ausgestaltungen vergleichbare Ergebnisse,
wobei die Kombination „schmal-schmal" eine besonders gute
Ausblendung von außerhalb
der Überdeckung
liegenden Objekten gewährleistet.
Außerdem
liefert die Ausgestaltung „schmal-schmal" noch die Möglichkeit, Überdeckungen
einzustellen, die schmaler als ein einzelnes Empfangswinkelsegment
und/oder eine einzelne Sendekeule sind. Die Ausgestaltung „schmal-breit" und die weiter unten
erwähnte
Ausgestaltung „breit-schmal" für die Sendekeulen
und Empfangswinkelbereiche zeichnen sich dagegen durch einen verringerten
apparativen Aufwand und Auswertungs- und Steuerungsaufwand aus.
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Eine
weitere bevorzugte Alternative zeichnet sich durch mehrere Sendeantennen
aus, die in verschiedene Raumrichtungen strahlen und sequentiell aktiviert
werden.
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Diese
Ausgestaltung zeichnet sich durch eine besonders einfache Steuerbarkeit
und Auswertbarkeit aus, da die Antennen durch einfaches Einschalten
und Ausschalten aktiviert, respektive deaktiviert werden können.
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Eine
alternative Ausgestaltung zeichnet sich durch eine Sendeantenne
mit elektronisch verstellbarer Strahlrichtung aus.
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Diese
Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass nur wenige Antennenelemente
nötig sind.
Dies ist möglich,
weil die Geschwindigkeit der elektronischen Richtungsänderung
der Sendekeulen so hoch ist, dass sich das abzutastende Umfeld,
also zum Beispiel die Position von Kraftfahrzeugen auf einer Autobahn
innerhalb einer in jeweils mehreren Schritten periodisch wiederholenden
Abtastung nur unwesentlich ändert,
so dass die Abtastung eine schnelle Folge von Momentaufnahmen liefert.
Vorteilhaft ist auch, dass sich die Strahlcharakteristik an verschiedene
Einbauorte in einem Kraftfahrzeug ohne Änderungen der Antennenstruktur
durch Änderungen
der Ansteuerung anpassen lässt.
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Eine
alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Überdeckungen für verschiedene
Raumrichtungen durch Kombination schmale Empfangswinkelbereiche
mit wenigstens einer breiten Sendekeule realisiert werden.
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Diese
Ausgestaltung entspricht der weiter oben genannten Kombination „breit-schmal", deren Vorteile
bereits erwähnt
wurden.
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Bevorzugt
ist auch, dass das Radarsystem wenigstens zwei Empfangsantennen
aufweist, die räumlich
getrennt in einem Abstand angeordnet sind.
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Der
Abstand wird durch die Anwendung bestimmt und kann zum Beispiel
der einer halben mittleren Wellenlänge abgestrahlter Signale entsprechen.
Diese Ausgestaltung vereinigt die Vorteile einer guten Winkelauflösung mit
den Vorteilen eines geringen Einbauraumbedarfs. Für eine Radarfrequenz
von 24 GHz ergibt sich zum Beispiel ein Abstand in der Größenordnung
eines Zentimeters.
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Bevorzugt
ist auch, dass der Abstand der wenigstens zwei Empfangsantennen
so auf eine Winkelbreite der Sendekeulen abgestimmt ist, dass Unterschiede
von Phasendifferenzen von Signalen, die an verschiedenen Objekten,
die sich im Sende- und
Empfangsbereich befinden, kleiner als 360° sind.
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Wie
weiter unten noch detailliert ausgeführt wird, ergibt sich durch
Einhaltung dieser Bedingungen eine eindeutige Winkelbestimmung für einzelne Objekte
auch dann, wenn mehrere reflektierende Objekte in dem Empfangswinkelbereich
liegen, aber von verschiedenen Sendekeulen bestrahlt werden.
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Ferner
ist bevorzugt, dass der Abstand der wenigstens zwei Empfangsantennen
kleiner als ein 2,5-faches der Wellenlänge der Radarstrahlung ist.
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Grundsätzlich verbessert
eine Vergrößerung des
Abstandes die Genauigkeit, mit der eine Winkellage eines einzelnen
reflektierenden Objektes bestimmt werden kann. Andererseits kann
eine Vergrößerung des
Abstandes bei mehreren reflektierenden Objekten dazu führen, dass
die Winkellagen der verschiedenen Objekte nicht voneinander unterscheidbar
sind.
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Der
angegebene Wert des Abstands hat sich bei praktischen Versuchen
als obere Grenze für
Abstände
herausgestellt, bei denen die Vorteile der verbesserten Auflösung die
Nachteile einer Ununterscheidbarkeit überwiegen oder bei denen die
Nachteile einer Ununterscheidbarkeit durch weitere Maßnahmen
vermeidbar sind.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Abstand der
wenigstens zwei Empfangsantennen dem 1,5-fachen der Wellenlänge der Radarstrahlung
entspricht.
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Dieser
Wert stellt bei einer Abwägung
der genannten Vorteile und Nachteile einen besonders guten Kompromiss
dar, da die Ununterscheidbarkeit noch mit einer Verkleinerung der
Winkelbreite der Sendekeulen auf praktisch vernünftige Werte aufgefangen werden
kann.
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Bevorzugt
ist auch, dass eine Winkelbreite der Sendekeule kleiner als etwa
30° ist.
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Bei
dieser Winkelbreite und einem Abstand von 1,5 Wellenlängen tritt
die unerwünschte
Ununterscheidbarkeit nicht auf. Diese Wertepaarung stellt damit
eine konkrete Bedingung für
den Abstand der Empfangsantennen und die Winkelbreite der Sendekeulen
dar, bei deren Einhaltung Unterschiede von Phasendifferenzen von
Signalen, die an verschiedenen Objekten, die sich im Empfangsbereich
befinden, kleiner als 360° sind.
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Ferner
ist bevorzugt, dass das Radarsystem Entfernungen zu erfassten Objekten
bestimmt.
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Die
Entfernungsmessung kann zum Beispiel nach einer FMCW-Methode, durch Pulsmodulation oder
ohne Frequenz- oder Pulsmodulation bestimmt werden.
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Bevorzugt
ist auch, dass das Radarsystem Signale in einer Bandbreite um eine
Mittenfrequenz von 24 GHz abstrahlt, so das die bei dieser Frequenz erzielbaren
Kosten- und Performance-Vorteile
auch bei der zusätzlichen
Phasendifferenzmessung erhalten bleiben. Das beschriebene System
kann jedoch auch bei anderen Frequenzen, zum Beispiel bei 77 GHz
verwendet werden. Maßgeblich
sind jeweils geltende gesetzliche Bestimmungen.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 ein
Kraftfahrzeug-Radarsystem mit in verschiedene Raumrichtungen weisenden Überdeckungen
von Sendekeulen und Empfangswinkelbereichen,
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2 ein
Kraftfahrzeug-Radarsystem wie in 1, das eine
Winkelposition eines in einer Überdeckung
erfassten Objekts nach einer Phasendifferenzmethode bestimmt,
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3 eine
erste mögliche
Realisierung von Überdeckungen,
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4 eine
weitere mögliche
Realisierung von Überdeckungen,
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5 eine
alternativ mögliche
Realisierung von Überdeckungen,
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6 eine
Ausgestaltung eines Radarsystems mit mehreren Antennen, die in verschiedene Raumrichtungen
weisen und sequentiell aktivierbar sind,
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7 eine
Ausgestaltung eines Radarsystems mit elektronischer verstellbarer
Strahlrichtung, und
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8 ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Radarsystem 12.
Das Radarsystem 12 besitzt einen Erfassungsbereich 14,
der in verschiedene Segmente aufgeteilt ist. Jedes Segment wird
als Überdeckung 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 einer
Sendekeule und eines Empfangswinkelbereichs realisiert. Die Überdeckungen 16,
..., 30 weisen in verschiedene Raumrichtungen 32,
..., 46 und werden sequentiell aktiviert, so dass das Radarsystem 12 zu
einem bestimmten Zeitpunkt nur Signale aus jeweils einem der Überdeckungen 16,
..., 30 verarbeitet. Der gesamte Erfassungsbereich 14 des
Radarsystems 12 wird dabei durch sequentielles Aktivieren
der Überdeckungen 16,
..., 30 abschnittsweise abgetastet.
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Bei
dem bekannten Kraftfahrzeug-Radarsystem wurde dann zum Beispiel
für ein
Objekt 48, das in einer Überdeckung 24 erfasst
wird, die Entfernungszelle 49 bestimmt und für die Winkelposition des
Objektes 48 wurde die Lage der zugehörigen Raumrichtung 40 verwendet.
Die Winkelpositionen wurden daher nur mit einer Auflösung bestimmt,
wie sie in der 1 durch den Abstand von zwei
benachbarten Raumrichtungspfeilen, zum Beispiel den Raumrichtungspfeilen 38 und 40 in
der 1 vorgegeben ist.
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2 verdeutlicht
die Phasendifferenzmethode, die im Rahmen der Erfindung für eine verbesserte
Winkelauflösung
verwendet wird. Dabei wird die Phasendifferenzmethode für jede der Überdeckungen 16,
..., 30 separat durchgeführt. Im Beispiel der 2 handelt
es sich um die Überdeckung 24,
in der sich wieder das Objekt 48 befindet. Das Radarsystem 12 weist
eine Sendestruktur 50, also eine Antennenanordnung mit
zugehöriger
Energieerzeugung und Steuerung auf. Die Sendestruktur 50 strahlt
Radarwellen. mit einer Wellenlänge λ ab, die
in der 2 nicht maßstäblich zu
den übrigen
Abmessungen, insbesondere dem Abstand des Radarsystems 12 vom
Objekt 48, dargestellt ist. Bei einem Radarsystem, das
bei einer Frequenz von 24 GHz arbeitet, ergibt sich zum Beispiel
eine Wellenlänge
von ca. 1,2-1,3 cm.
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Neben
den Sendestrukturen 50 weist das Radarsystem 12 insbesondere
zwei Empfangsstrukturen 52 und 54 auf, die durch
einen bestimmten Abstand d voneinander getrennt sind. Der Abstand
d entspricht zum Beispiel der halben Wellenlänge λ / 2 der abgestrahlten Radarwellen,
kann jedoch, je nach Anwendung, auch andere Werte besitzen.
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Aufgrund
der räumlichen
Trennung der Empfangsstrukturen 52, 54 werden
Wellen, die vom Objekt 48 reflektiert wurden, an den Empfangsstrukturen 52 und 54 mit
gegeneinander verschobener Phase registriert. Die Linien 58 und 60 repräsentieren
die Wege reflektierter Signale zwischen Objekt 48 und Empfangsstruktur 52 beziehungsweise 54.
Der Wegunterschied dl wird als Phasenverschiebung dφ von dem
Radarsystem 12 erfasst und zur Bestimmung des Winkels 9 verwendet.
Der Winkel 9 beschreibt die Winkelposition des Objekts 48 relativ
zu einer Normalen 56 des Radarsystems 12. Ergänzend wird die
Entfernung des Objektes 48 zum Beispiel nach der FMCW-Methode
bestimmt, bei der die Frequenz der abgestrahlten Radarsignale variiert
wird. Vom Empfänger
registrierte reflektierte Signale besitzen daher eine Frequenz,
die vom Sender vor einer Zeit delta t abgestrahlt wurde. Daher lässt sich
aus der empfangenen Frequenz delta_t und damit die Entfernung des
reflektierenden Objektes bestimmen. Alternativ zu der dargestellten
Anordnung, bei der je eine Empfangsstruktur 52, 54 links,
beziehungsweise rechts von der Sendestruktur 50 angeordnet
ist, können
die beiden Empfangsstrukturen 52, 54 auch gemeinsam
auf einer Seite der Sendestruktur 50 angeordnet sein. Selbstverständlich müssen sie
auch in diesem Fall durch einen räumlichen Abstand getrennt sein.
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Der
räumliche
Abstand d liegt typischerweise in einem Bereich zwischen einer halben
Wellenlänge und
2,5 Wellenlängen,
bevorzugt bei 1,5 Wellenlängen.
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Die
Ermittlung der Phasendifferenz zweier Empfangssignale, die mit dem
in der 2 dargestellten Wegunterschied dl korreliert,
kann nur innerhalb eines Eindeutigkeitsbereich von 360°, bezogen auf
die Phasendifferenz, erfolgen. D.h. eine tatsächliche Phasendifferenz a,
die größer als
360° ist,
erscheint als eine gemessene Phasendifferenz von a – n*360°, wobei n
in der Regel unbekannt ist.
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Bei
einer Separation der Empfangsantennen 52, 54,
die kleiner als eine halbe Wellenlänge oder gleich der halben Wellenlänge ist,
kann aus der Phasendifferenz der beiden Empfangssignale eindeutig auf
den Winkel, unter der die vom einem Objekt reflektierte Welle einstrahlt,
geschlossen werden.
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Durch
eine Vergrößerung des
Abstandes zwischen den Empfangsantennen wird nun die gemessene Phasendifferenz
der beiden Empfangssignale größer. Der
Vorteil besteht darin, dass der zugehörige Winkel genauer bestimmt
werden kann, da das Phasendifferenzsignal für ein einzelnes Objekt größer ist.
Der Nachteil besteht darin, dass die Phasendifferenz größer als
360° werden
kann und somit eine Winkelzuordnung nicht eindeutig auf Basis der Empfangssignalen
möglich
ist.
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Um
den Vorteil unter Vermeidung des Nachteils zu erzielen, werden schmale
Sendekeulen 16, ..., 30 benutzt, die jeweils nur
einen kleinen, auf den Abstand d der Empfangsantennen angepassten
Winkelbereich auszuleuchten. Die Winkelbreite beträgt zum Beispiel
10° bis
etwa 30° bei
einem Abstand d der Empfangsantennen 52, 54, der
dem 1,5-fachen der Wellenlänge
der Radarstrahlen entspricht.
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Die
beiden Empfangseinrichtungen 52 und 54 haben einen
räumlichen
Abstand d. Das Objekt 48 erzeugt eine Phasendifferenz dφ1 entsprechend
einem Wegunterschied dl1. Ein Objekt 51, das in einer weiteren
Sendekeule liegt, erzeugt eine Phasendifferenz dφ2 entsprechend einem Wegunterschied
dl2. Falls für
die beiden Phasendifferenzen z.B. die Beziehung dφ2 = 360° + dφ1 gilt,
so kann der Winkel des Objektes 48 von dem Winkel des Objektes 51 nicht
allein aus den auftretenden Phasendifferenzen unterschieden werden.
Das Objekt 48 liegt innerhalb einer Sendekeule mit einer
ersten Raumrichtung. Das Objekt 51 liegt innerhalb einer
Sendekeule mit einer zweiten Raumrichtung. Zum Zeitpunkt der Bestimmung
jeder Phasendifferenz dφ1,
dφ2 ist
bekannt, ob die Sendekeule in die erste Raumrichtung oder in die
zweite Raumrichtung strahlt.
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Mit
dieser A-priori Information kann eindeutig sowohl auf die Winkelposition
des Objektes 48 als auch auf die Winkelposition des Objektes 51 geschlossen
werden, wenn der von einer Sendekeule, z.B. der Sendekeule 24 abgedeckte
Winkelbereich kleiner als der Eindeutigkeitsbereich der Phasenmessung
ist.
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Grundsätzlich gelten
bei der Dimensionierung des Abstandes der Empfangsantennen 52 und 54 die
folgenden Zusammenhänge:
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Ein
großer
Abstand der Empfänger 52, 54 liefert
eine vergleichsweise große
Phasenänderung, so
dass eine solche Anordnung sehr winkelsensitiv ist.
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Speziell
für weit
entfernte Ziele ist eine solche sensitive Anordnung hilfreich, um
dem Objekt, zum Beispiel einem Fahrzeug, eine Fahrspur zuordnen
zu können
oder allgemein eine ausreichende laterale Genauigkeit zu erreichen.
Die Phasendifferenz ist eindeutig im Bereich von Werten der Phasendifferenz
von ±180° bzw. ± Wellenlänge/2. Ohne
Beschränkungen
des Sichtfeldes der Winkelmessung wäre dann ein noch kleinerer
Abstand der beiden Empfänger 52, 54 erforderlich,
um Winkel im Bereich von ±180° der Phasendifferenz
abzudecken.
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Wird
das Sichtfeld des Sensors dagegen eingeschränkt, z.B. durch Beleuchtung
eines Teilbereichs mit einer entsprechend schmalen Sendekeulen,
so kann der Abstand der Empfänger 52 und 54 auch
größer sein,
was zu der gewünschten
erhöhten Sensitivität führt.
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Die 3-5 zeigen
verschiedene Möglichkeiten
der Realisierung von Überdeckungen.
In der 3 liegt eine schmale Sendekeule 62 in
einem breiten Empfangswinkelbereich 64 und bildet dadurch
eine Überdeckung 66.
Der breite Empfangswinkelbereich 64 entspricht in diesem
Fall dem gesamten Erfassungsbereich 14 des Radarsystems 12. Im
Betrieb des Radarsystems 12 wird der Erfassungsbereich 14 abschnittsweise
durch Versetzen der Sendekeule 62 und damit der Überdeckung 66 abgetastet.
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4 zeigt
gewissermaßen
eine komplementäre
Realisierung, bei der der Erfassungsbereich durch eine breite Sendekeule 68 gebildet
wird. Überdeckungen 70 werden
in diesem Fall durch schmale Empfangswinkelbereiche 72 erzeugt,
mit denen die breite Sendekeule 62 abschnittsweise abgetastet wird.
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5 zeigt,
wie durch ein Überlappen
einer schmalen Sendekeule 74 und eines schmalen Empfangswinkelbereichs 76 eine
noch schmalere Überdeckung 78 erzeugt
wird, die ebenfalls zur abschnittsweise erfolgenden Abtastung des
Erfassungsbereichs 14 dient.
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6 zeigt
eine Ausgestaltung eines Radarsensors 12 mit mehreren schaltbaren
Sendeantennen 80, 82, 84, die in verschiedene
Raumrichtungen weisen und jeweils gerichtete, schmale Sendekeulen erzeugen. Über von
einer Steuerung 92 betätigte Schalter 86, 88, 90 werden
die Sendeantennen 80, 82, 84 sequentiell
mit einer Radarsignal-Generator- und Auswerteeinheit 94 verbunden.
Wenigstens ein Paar von räumlich
getrennten Empfangsantennen 96, 98 ist ebenfalls
mit der Auswerteeinheit 94 verbunden und erzeugt einen
breiten Empfangswinkelbereich, der durch sequentiell erfolgendes
Aktivieren der Sendeantennen 80, 82, 84 abschnittsweise
abgetastet wird.
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7 zeigt
eine Ausgestaltung eines Radarsystems 12 mit elektronisch
verstellbarer Senderichtung und/oder Empfangsrichtung. Das Radarsystem 12 enthält mehrere
Sendeantennen 100, 102, 104, die von
einer Radarsignal-Generator-
und Auswerteeinheit 106 über Sendeverstärker 108, 110, 112 zur Abstrahlung
von Signalen angeregt werden. Dabei erfolgt die Anregung der Sendeantennen 100, 102, 104 phasengekoppelt
mit einer von der Einheit 106 steuerbaren Phasenverschiebung.
Die Steuerung der Phasenverschiebung erfolgt durch starre oder steuerbare
Phasenschieber 114, 116 und 118, die zwischen
den Sendeverstärkern 108, 110, 112 und den
Sendeantennen 100, 102, 104 angeordnet
sind. Als Phasenschieber kommen beispielsweise Leiterabschnitte
mit umschaltbarer oder umsteuerbarer Leiterlänge oder steuerbare Zeitverzögerungsschaltungen
in Frage, wobei solche Realisierungen hier lediglich als Beispiel
dienen sollen und ihre Aufzählung keinen
abschließenden
Charakter besitzt.
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Im
Ergebnis strahlen die Sendeantennen 100, 102, 104 phasengekoppelt
Wellen 120, 122 und 124 ab, die sich
zu Wellenfronten 126 konstruktiv überlagern und als in eine Vorzugsrichtung 128 gerichtete
Sendekeule abgestrahlt werden. Die gezeigte Anordnung stellt damit
eine Möglichkeit
einer Sendekeulen-Erzeugung und einer phasengekoppelten Anregung
von mehreren Sendeantennen 100, 102, 104 nach
dem sogenannten "Phased
Array"-Prinzip dar.
Die Breite der resultierenden Sendekeule kann mit zunehmender Zahl
der beteiligten Sendeantennen verringert werden. Es versteht sich
daher, dass die Zahl der Antennenelemente, die an der Erzeugung
einer Sendekeule beteiligt sind, auch größer oder kleiner als 3 sein
kann.
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In
der Ausgestaltung der 7 ist weiter wenigstens ein
Paar von räumlich
getrennten Empfangsantennen 130, 132 vorgesehen,
die von einem Objekt reflektierte Signale empfangen und an die Auswerteeinheit 106 übergeben.
Es versteht sich, dass anstelle separater Empfangsantennen 130 und 132 auch
eine Auswahl von Sendeantennen mit nachgeschalteten Sende- und Empfangsweichen
für den
Empfang reflektierter Signale verwendet werden kann. Zwischen die
Empfangsantennen 130 und 132 sind Empfangsverstärker mit
niedrigem Rauschanteil (Low Noise Amplifier) 134 und 136 sowie
steuerbare Phasenschieber 138, 140 geschaltet,
die eine elektronische Schwenkung des Empfangswinkelbereichs erlauben.
Die Auswerteeinheit 106 bestimmt aus den reflektierten
Signalen eine Winkelposition des reflektierenden Objektes durch
die weiter oben im Detail erläuterte
Phasendifferenzmethode.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines entsprechenden Verfahrens wird im Folgenden unter Bezug auf die 8 erläutert. In
einem Schritt 142 erfolgt das Richten einer Überdeckung
einer Sendekeule und eines Empfangswinkelbereiches in eine Raumrichtung Rn.
Anschließend
erfolgt im Schritt 144 eine Bestimmung der Winkellage eines
innerhalb der Überdeckung
erfassten Objektes. Dabei erfolgt die Bestimmung der Winkellage
nach der Phasendifferenzmethode. Zusätzlich wird die Entfernung
des Objektes von dem Radarsystem 12 bestimmt.
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Daran
schließt
sich im Schritt 146 ein Zusammenfügen von aus verschiedenen Überdeckungen
erhaltenen Ergebnissen zu einem nach Raumrichtungen Rn differenzierten
Gesamtergebnis an. Im Schritt 148 wird überprüft, ob der Index n einem Wert N
entspricht, der die Zahl von Überdeckungen
angibt, die nötig sind,
um einen Erfassungsbereich des Radarsystems 12, beispielsweise
den Erfassungsbereich 14 aus der 1, abschnittsweise
abzutasten.
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Solange
n ungleich N ist, wird aus dem Schritt 148 in den Schritt 150 verzweigt,
in dem der Index n um 1 erhöht
wird. Dadurch wird die Schrittfolge aus den Schritten 142, 144, 146, 148 und 150 wiederholt
durchlaufen, wodurch sich insbesondere im Schritt 140 ein
sequentiell erfolgendes Abtasten verschiedener Raumrichtungen ergibt.
Wenn n den Wert N erreicht, ist der Erfassungsbereich 14 einmal
vollständig
abgetastet worden und es schließt
sich ein Schritt 152 an, in dem der Index n erneut auf
den Wert 1 gesetzt wird, was den Beginn einer erneuten Abtastung
des Erfassungsbereiches 14 auslöst.