DE102014222837A1 - radar system - Google Patents

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Juergen Hasch
Werner Soergel
Mekdes Girma
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Radarsystem (100), aufweisend: – eine Signalverarbeitungseinrichtung (10) mit einer ersten Schnittstelle (S1); – eine Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20), die über eine zweite Schnittstelle (S2) mit der Signalverarbeitungseinrichtung (10) verbunden ist; und – eine definierte Anzahl von HF-Kanälen (K1 ... Kn), die funktional mit der Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20) und mit einer Antenneneinrichtung (40) verbunden sind, wobei die Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20) für jeden HF-Kanal (K1 ... Kn) eine analoge Kompensationseinrichtung (30) zur Kompensation eines Störeffekts eines Abdeckelements (50) für das Radarsystem (100) aufweist, wobei die analogen Kompensationseinrichtungen (30) mittels der Signalverarbeitungseinrichtung (10) digital ansteuerbar sind.Radar system (100), comprising: - a signal processing device (10) having a first interface (S1); - A high-frequency signal device (20) which is connected via a second interface (S2) to the signal processing means (10); and - a defined number of RF channels (K1 ... Kn) operatively connected to the high frequency signal device (20) and to an antenna device (40), the high frequency signal device (20) for each RF channel (K1 ... Kn) has an analog compensation device (30) for compensating an interference effect of a cover element (50) for the radar system (100), wherein the analog compensation devices (30) can be digitally controlled by means of the signal processing device (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Radarsystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems.The invention relates to a radar system. The invention further relates to a method for operating a radar system.

Stand der TechnikState of the art

Ein wesentliches Charakteristikum bekannter Radarsensoren für Fahrsicherheitsanwendungen von Kraftfahrzeugen besteht darin, dass die Radarsensoren hinter einem Stoßfänger der Kraftfahrzeuge verdeckt verbaut werden.An essential characteristic of known radar sensors for driving safety applications of motor vehicles is that the radar sensors are concealed behind a bumper of the motor vehicles.

DE 10 2009 060 164 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Radarsensorvorrichtung, ein Verfahren zur Erzeugung und zum Empfang von Radarwellen sowie eine entsprechende Radarsensorvorrichtung und ein entsprechendes Fahrzeug. Im Verfahren ist vorgesehen, dass durch ein weiteres geeignetes zusätzliches dielektrisches Element eine Verzerrung des Strahlengangs zwischen einem Radarsensor und einem beliebig geformten Stoßfänger vorgesehen ist, so dass Fehler, die durch den Stoßfänger entstehen, kompensiert werden. Allerdings muss dieses zusätzliche Element für jede neue Stoßfängergeometrie neu ausgelegt werden. DE 10 2009 060 164 A1 discloses a method for manufacturing a radar sensor device, a method for generating and receiving radar waves and a corresponding radar sensor device and a corresponding vehicle. In the method it is provided that a distortion of the beam path between a radar sensor and an arbitrarily shaped bumper is provided by a further suitable additional dielectric element, so that errors caused by the bumper, be compensated. However, this additional element must be redesigned for each new bumper geometry.

F. Fitzek, „Integrierte 79 GHz Breitbandradarsensoren für Fahrerassistenzsysteme der Zukunft“, Dissertation TU München, ISBN 978-3-8439-0339-4, 2011 und F. Pfeiffer, „Analyse und Optimierung von Radomen für automobile Radarsensoren“, Dissertation TU München, 2009 offenbaren Verfahren zur vorteilhaften Beeinflussung eines Strahlengangs im Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs. Aufgrund der Fertigungsprozesse und Schnittstellen im Zusammenwirken zwischen Radar- und Sensorhersteller, Stoßfängerhersteller und Automobilbauer stellt dies allerdings eine sehr aufwendige, bezüglich der Fertigungstoleranzen anspruchsvolle und damit teure Lösung dar. F. Fitzek, "Integrated 79 GHz Broadband Radar Sensors for Driver Assistance Systems of the Future", Dissertation TU Munich, ISBN 978-3-8439-0339-4, 2011 and F. Pfeiffer, "Analysis and optimization of radomes for automotive radar sensors", dissertation TU Munich, 2009 disclose method for favorably influencing a beam path in the bumper of a motor vehicle. However, due to the manufacturing processes and interfaces in cooperation between radar and sensor manufacturers, bumper manufacturers and automotive manufacturers, this represents a very complex, demanding and thus expensive solution in terms of manufacturing tolerances.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein geringer störempfindliches Radarsystem bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide a low noise sensitive radar system.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Radarsystem, aufweisend:

  • – eine Signalverarbeitungseinrichtung mit einer ersten Schnittstelle;
  • – eine Hochfrequenzsignal-Einrichtung, die über eine zweite Schnittstelle mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist; und
  • – eine definierte Anzahl von HF-Kanälen, die funktional mit der Hochfrequenzsignal-Einrichtung und mit einer Antenneneinrichtung verbunden sind, wobei die Hochfrequenzsignal-Einrichtung für jeden HF-Kanal eine analoge Kompensationseinrichtung zur Kompensation eines Störeffekts eines Abdeckelements für das Radarsystem aufweist, wobei die analogen Kompensationseinrichtungen mittels der Signalverarbeitungseinrichtung digital ansteuerbar sind.
According to a first aspect, the object is achieved with a radar system, comprising:
  • A signal processing device having a first interface;
  • A high-frequency signal device which is connected to the signal processing device via a second interface; and
  • A defined number of RF channels operatively connected to the radio frequency signal device and to an antenna device, the radio frequency signal device having for each RF channel an analog compensation device for compensating for a parasitic effect of a cover element for the radar system, the analogue ones Compensation devices are digitally controlled by means of the signal processing device.

Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Radarsystem optimiert betrieben werden, weil störende Effekte des Abdeckelements mittels der analogen Kompensationseinrichtungen digital einstellbar kompensiert werden. Für eine Signalverarbeitung kann dadurch die digitale Signalverarbeitungseinrichtung entlastet werden, wodurch eine Signalverarbeitungsqualität reflektierter Nutzsignale in vorteilhafte Weise erhöht ist. In ihrer Vielfachheit sind die Kompensationseinrichtungen somit vorteilhaft in der Lage, störende Reflexionen des Abdeckelements richtungsabhängig zu kompensieren. In this way, the radar system according to the invention can be operated optimally because disturbing effects of the cover are compensated digitally adjustable by means of the analog compensation means. For a signal processing can be relieved of the digital signal processing device, whereby a signal processing quality of reflected useful signals is increased in an advantageous manner. In their multiplicity, the compensation devices are thus advantageously able to compensate disturbing reflections of the cover depending on the direction.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, aufweisend die Schritte:

  • – Ansteuern einer Antenneneinrichtung mit wenigstens zwei Antennenuntergruppen mittels einer Hochfrequenzsignal-Einrichtung mit Radarsignalen, wobei eine definierte Anzahl von HF-Kanälen zwischen der Hochfrequenzsignal-Einrichtung und der Antenneneinrichtung angeordnet ist;
  • – wobei jeder einzelne HF-Kanal über eine zugeordnete analoge Kompensationseinrichtung digital mittels einer Signalverarbeitungseinrichtung derart angesteuert wird, dass Störeffekte eines Abdeckelements kompensiert werden.
According to a second aspect, the object is achieved with a method for operating a radar system, comprising the steps:
  • - Controlling an antenna device with at least two antenna sub-groups by means of a high-frequency signal device with radar signals, wherein a defined number of RF channels between the high-frequency signal device and the antenna device is arranged;
  • - Each individual RF channel is controlled via an associated analog compensation means digitally by means of a signal processing means such that parasitics of a cover are compensated.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Radarsystems und des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.Advantageous developments of the radar system and the method are the subject of dependent claims.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Radarsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antenneneinrichtung wenigstens zwei Antennenuntergruppen mit jeweils schwenkbarer Richtcharakteristik aufweist, wobei mittels der Kompensationseinrichtungen pro Antennenuntergruppen eine individuelle Stellgrößenkompensation durchführbar ist. Aufgrund der Tatsache, dass für verschiedene Funktionen häufig verschiedene Antennendiagramme erforderlich sind, kann auf diese Weise ein optimiertes Betriebsverhalten für sämtliche Antennendiagramme des Radarsystems bereitgestellt werden.An advantageous development of the radar system is characterized in that the antenna device has at least two antenna subgroups each with a pivotable directional characteristic, wherein an individual manipulated variable compensation can be carried out by means of the compensation devices per antenna subgroup. Due to the fact that different antenna patterns are often required for different functions, optimized operating behavior for all antenna patterns of the radar system can be provided in this way.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Radarsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtungen mittels der Signalverarbeitungseinrichtung konfigurierbar sind. Auf diese Weise kann ein analoges Betriebsverhalten der Kompensationseinrichtungen mittels einer digitalen Konfiguration festgelegt werden, wobei entsprechende Algorithmen auf der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung ablaufen und einfach abgeändert werden können.A further advantageous development of the radar system is characterized in that the compensation devices can be configured by means of the signal processing device. In this way, an analog operating behavior of the compensation devices can be determined by means of a digital configuration, wherein corresponding algorithms on the digital Run signal processing device and can be easily changed.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Radarsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtungen in Abhängigkeit von analogen und digitalen Ansteuer- und Auswertungseinstellungen der Antennenuntergruppen konfigurierbar sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass Konfiguration der Kompensationseinrichtungen in Abhängigkeit von einer Richtung, in die ein Gruppensteuervektor der Antenneneinrichtung ausgerichtet ist, durchgeführt wird. Auf diese Weise ist eine optimale Anpassung der Kompensationsrichtungen an Betriebseigenschaften des Radarsystems innerhalb dessen gesamten Detektions-Winkelbereichs unterstützt.A further advantageous embodiment of the radar system is characterized in that the compensation devices can be configured as a function of analog and digital control and evaluation settings of the antenna subgroups. In this way, it can be achieved that configuration of the compensation devices is carried out in dependence on a direction in which a group control vector of the antenna device is aligned. In this way, an optimal adaptation of the compensation directions to operating characteristics of the radar system is supported within its entire detection angular range.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Radarsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtungen vor einer Inbetriebnahme und/oder in einem Normalbetrieb des Radarsystems konfigurierbar sind. Auf diese Weise kann ein Vorwissen, wie die Kompensationseinrichtung eingestellt werden muss, in einem Konfigurations- bzw. Kalibrationsprozess aufgebaut werden. Dies kann vorteilhaft einmal und/oder auch mehrmals durchgeführt werden, was zum Beispiel dann sinnvoll ist, wenn das Abdeckelement ausgetauscht wird.A further advantageous development of the radar system is characterized in that the compensation devices can be configured prior to commissioning and / or in normal operation of the radar system. In this way, a prior knowledge of how the compensation device has to be set can be set up in a configuration or calibration process. This can advantageously be carried out once and / or several times, which is useful, for example, when the cover is replaced.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Radarsystems zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der Kompensationseinrichtungen ein analoges Signal derart in einen Signalpfad zwischen der Hochfrequenzsignal-Einrichtung und der Antenneneinrichtung einbringbar ist, dass Nutzsignale von detektierten Zielen mit einem hohen Dynamikbereich auswertbar sind. Ein hoher Dynamikumfang der empfangenen Signale ist deshalb möglich, weil auf diese Weise ein Kompensationsaufwand für die Signalverarbeitungseinrichtung eingespart werden kann.A further advantageous refinement of the radar system is characterized in that an analog signal can be introduced into a signal path between the high-frequency signal device and the antenna device by means of the compensation devices such that useful signals can be evaluated by detected targets having a high dynamic range. A high dynamic range of the received signals is possible because a compensation effort for the signal processing device can be saved in this way.

Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Dabei bilden alle Merkmale, unabhängig von ihrer Darstellung in der Beschreibung und in den Figuren, sowie unabhängig von ihrer Rückbeziehung in den Patentansprüchen den Gegenstand der Erfindung. Die Figuren sind insbesondere dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente haben gleiche Bezugsziffern.The invention will be described below with further features and advantages with reference to several figures in detail. In this case, all features, regardless of their representation in the description and in the figures, as well as regardless of their relationship in the claims, the subject of the invention. The figures are intended in particular to clarify the principles essential to the invention. Same or functionally identical elements have the same reference numerals.

In den Figuren zeigt:In the figures shows:

1a und 1b charakteristische Verläufe von Richtcharakteristiken eines Radarsystems; 1a and 1b characteristic curves of directional characteristics of a radar system;

2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radarsystems; und 2 a first embodiment of a radar system according to the invention; and

3 einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 a basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1a zeigt exemplarisch eine Richtcharakteristik R einer Antenne eines Radarsensors 200 mit exemplarischen Strahlrichtungen von Antennenelementen. 1a shows by way of example a directional characteristic R of an antenna of a radar sensor 200 with exemplary beam directions of antenna elements.

1b zeigt schematisch einen Einfluss eines Stoßfängers auf die Richtcharakteristik R, die im Vergleich mit der Richtcharakteristik R von 1a deutlich erkennbar durch unerwünschte Vielfachreflexionen deformiert ist. In 1b ist prinzipiell dargestellt, dass ein definiert geformtes Abdeckelement 50 (z.B. ein als lackiertes Kunststoffformteil ausgebildeter Stoßfänger, ein strukturiertes Automobilmarkenemblem, usw.) ein Streuobjekt für die Antenne repräsentiert, das zu starken Verzerrungen der Richtcharakteristik R des Radarsensors 200 führen kann. Derartige Verzerrungen können bei Winkelmessungen des Radarsensors 200 zu Fehlern führen. Die entstehenden Reflexionen können einen nutzbaren Dynamikbereich stark reduzieren, so dass schwache Reflexe gegenüber starken Reflexen schlechter detektiert werden. Diese Verzerrungen lassen sich durch Einschränkungen von Materialeigenschaften und/oder von Krümmungsradien des Abdeckelements 50 zwar verringern, wobei diese gestalterischen Einschränkungen aber oftmals aus gestalterischen Gründen nicht oder nur zurückhaltend akzeptiert werden. 1b schematically shows an influence of a bumper on the directional characteristic R, in comparison with the directivity R of 1a clearly recognizable is deformed by unwanted multiple reflections. In 1b is shown in principle that a defined shaped cover 50 (For example, designed as a painted plastic molded bumper, a structured automobile brand emblem, etc.) represents a scattering object for the antenna, which leads to strong distortions of the directional characteristic R of the radar sensor 200 can lead. Such distortions may occur in angular measurements of the radar sensor 200 lead to errors. The resulting reflections can greatly reduce a usable dynamic range, so that weak reflexes against strong reflections are detected worse. These distortions can be due to limitations of material properties and / or radii of curvature of the cover 50 Although these design restrictions are often not or only cautiously accepted for design reasons.

Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radarsystems 100 ist als Blockschaltbild in 2 dargestellt. Das Radarsystem 100 kann Teil eines nicht dargestellten Radarsensors 200 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug sein. Das Radarsystem 100 umfasst ein Gehäuse 60, in dem eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung 10 (z.B. ein Mikrocontroller), die unter anderem eine Basisbandsignalauswertung für eine digitale Klassifikation übernimmt, angeordnet ist. Über eine erste Schnittstelle S1 (z.B. in Form eines CAN-Busses oder dergleichen) ist eine Kommunikation mit einem Fahrzeugsteuergerät (nicht dargestellt) und Einrichtungen zur Erzeugung einer elektrischen Versorgungsspannung aus einer Bordnetzversorgung (nicht dargestellt) möglich. Ferner vorgesehen ist eine analoge, digital ansteuerbare Hochfrequenzsignaleinrichtung 20 („Hochfrequenz-Frontend“), die mit der Signalverarbeitungseinrichtung 10 funktional über eine zweite Schnittstelle S2 verbunden ist. Über die zweite Schnittstelle S2 können Daten eines Gruppensteuervektors an die Hochfrequenzsignaleinrichtung 20 übertragen werden. Die Hochfrequenzsignaleinrichtung 20 ist ferner mit einer Antenneneinrichtung 40 über mehrere HF-Kanäle K1 ... Kn funktional verbunden. Die Antenneneinrichtung 40 ist vorzugweise als eine Gruppenantenne mit mehreren Antennenuntergruppen 40a, 40b, 40c (engl. array antenna) mit pro Antennenuntergruppe 40a, 40b, 40c schwenkbarer Antennencharakteristik ausgebildet, wobei mehrere der Antennenuntergruppen 40a, 40b, 40c für einen Sende- und/oder einen Empfangsbetrieb vorgesehen sein können. Die Schwenkung der Richtcharakteristik kann dabei entweder als analoge Strahlformung oder als empfangsseitige digitale Strahlformung ausgeführt sein.A first embodiment of a radar system according to the invention 100 is as a block diagram in 2 shown. The radar system 100 may be part of a radar sensor, not shown 200 be for a motor vehicle, not shown. The radar system 100 includes a housing 60 in which a digital signal processing device 10 (For example, a microcontroller), which inter alia, a baseband signal evaluation for a digital classification, is arranged. Via a first interface S1 (eg in the form of a CAN bus or the like) is a communication with a vehicle control unit (not shown) and means for generating an electrical supply voltage from a vehicle electrical system supply (not shown) possible. Furthermore, an analog, digitally controllable high-frequency signal device is provided 20 ("High-frequency front-end") associated with the signal processing device 10 is functionally connected via a second interface S2. Data of a group control vector can be sent to the high-frequency signal device via the second interface S2 20 be transmitted. The high-frequency signaling device 20 is further provided with an antenna device 40 Functionally connected via a plurality of RF channels K 1 ... K n . The antenna device 40 is preferably as a group antenna with multiple antenna subgroups 40a . 40b . 40c (English array antenna) with per antenna subgroup 40a . 40b . 40c pivotable antenna characteristic formed, wherein a plurality of antenna subgroups 40a . 40b . 40c may be provided for a transmitting and / or a receiving operation. The pivoting of the directional characteristic can be embodied either as analog beam shaping or as receiving-side digital beam shaping.

Jede Antennenuntergruppe 40a, 40b, 40c ist über wenigstens einen, typischerweise über mehrere unabhängige Frequenzkanäle K1 ... Kn an die Hochfrequenzsignaleinrichtung 20 funktional angebunden. Jeder HF-Kanal K1 ... Kn kann in Amplitude und Phase des Hochfrequenzsignals getrennt digital eingestellt bzw. digital ausgewertet werden und kann sowohl senden als auch empfangen. Programmtechnisch implementierte Algorithmen zur digitalen Einstellung bzw. Auswertung der einzelnen Hochfrequenzkanäle K1 ... Kn laufen auf der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 10 ab.Each antenna subgroup 40a . 40b . 40c is at least one, typically via a plurality of independent frequency channels K 1 ... K n to the high frequency signal device 20 functionally connected. Each RF channel K 1 ... K n can be set digitally or digitally evaluated in amplitude and phase of the high-frequency signal separately and can both transmit and receive. Programmatically implemented algorithms for the digital setting or evaluation of the individual high-frequency channels K 1 ... K n run on the digital signal processing device 10 from.

Die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 10 kann darüber hinaus eine Detektion und Klassifikation von abstrakten Reflexen und Objekten durchführen, die den gemessenen Hochfrequenzsignalen zugeordnet werden. Auf diese Weise können aus den reflektierten Radarsignalen konkrete Objekte, wie zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, das mit einer definierten Geschwindigkeit in eine definierte Richtung fährt, abgeleitet werden. Die detektierten abstrakten Objekte mit ihren klassifizierten Eigenschaften stellen letztlich ein wesentliches Auswertungsergebnis des Radarsensors 200 dar.The digital signal processing device 10 can also perform detection and classification of abstract reflections and objects associated with the measured RF signals. In this way, from the reflected radar signals concrete objects, such as a motor vehicle, which travels at a defined speed in a defined direction, are derived. The detected abstract objects with their classified properties ultimately represent a significant evaluation result of the radar sensor 200 represents.

Für eine Verringerung eines Einflusses eines nicht dargestellten, definiert geformten Abdeckelements 50 (z.B. ein lackiertes, an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs fixiertes Kunststoffteil vor dem Radarsystem 100 in Form eines Stoßfängers) ist besonders das Zusammenwirken der Gruppenantenne im Sensorgehäuse mit dem vorgegebenen Kunststoffteil für verschiedene typische Ansteuer- und Auswerteeinstellungen für die unabhängigen HF-Kanäle K1 ... Kn von Interesse. Beispielsweise kann durch geeignetes Einstellen der Phasenlagen der Sendesignale der verschiedenen Antennenkanäle die Hauptstrahlrichtung der Richtcharakteristik für den Sendefall geändert werden. Die Richtungsauflösung für die empfangenen Signale erfolgt im Falle der so genannten digitalen Strahlformung (engl. digital beam forming, DBF) durch eine Auswertung der Phasen- und Amplitudeninformation der Empfangssignale der einzelnen Hochfrequenzkanäle K1 ... Kn nach der Analog-Digital-Wandlung im digitalen Basisband, d.h. in der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 10. Im seltener verwendeten Fall einer analogen Strahlformung (engl. analogue beam forming) müssen die einzelnen Empfangssignale mit geeigneten unterschiedlichen Phasenlagen des Lokaloszillators ins Basisband gemischt werden. Die Auswertung erfolgt auch in diesem Fall nach der Analog-Digital-Wandlung in der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 10.For a reduction of an influence of a not shown, defined shaped cover member 50 (Eg a painted, fixed to a body of the motor vehicle plastic part in front of the radar system 100 in the form of a bumper) is particularly the interaction of the array antenna in the sensor housing with the given plastic part for various typical control and evaluation settings for the independent RF channels K 1 ... K n of interest. For example, by suitably setting the phase positions of the transmission signals of the various antenna channels, the main radiation direction of the directional characteristic for the transmission case can be changed. The directional resolution for the received signals takes place in the case of the so-called digital beamforming (DBF) by an evaluation of the phase and amplitude information of the received signals of the individual high-frequency channels K 1 ... K n after the analog-to-digital conversion in the digital baseband, ie in the digital signal processing device 10 , In the less frequently used case of analogue beamforming (analogue beamforming), the individual received signals must be mixed with suitable different phase positions of the local oscillator into the baseband. The evaluation also takes place in this case after the analog-to-digital conversion in the digital signal processing device 10 ,

Erfindungsgemäß wird eine digital einstellbare analoge Kompensation von unerwünschten Reflexionen am Abdeckelement 50 vorgeschlagen. Dazu wird für eine optimierte Einstellung von Kompensationseinrichtungen 30 eine Kenntnis über die jeweils analog oder digital gewählten Sende- und Empfangseinrichtungen der einzelnen Antennenuntergruppen 40a, 40b, 40c benötigt, da sich die zu kompensierenden, unerwünschten Reflexionen am Abdeckelement 50 aus richtungsabhängigen Anteilen zusammensetzen. Diese Kenntnisse über die analogen und digitalen Ansteuer- und Auswertungseinstellungen werden im Folgenden „Gruppensteuervektor“ (engl. array steering vector) genannt. Mittels des Gruppensteuervektors kann eine spezifische Phasenbelegung der einzelnen Antennenuntergruppen 40a, 40b, 40c empfangsseitig erreicht werden, so dass auf diese Weise eine Vorzugsrichtung der Antenneneinrichtung 40 eingestellt werden kann, aus der vorzugsweise reflektierte elektromagnetische Energie detektiert wird.According to the invention, a digitally adjustable analog compensation of unwanted reflections on the cover 50 proposed. This is for an optimized setting of compensation devices 30 a knowledge about each analog or digitally selected transmitting and receiving devices of the individual antenna subgroups 40a . 40b . 40c needed, as to be compensated, unwanted reflections on the cover 50 composed of directional shares. This knowledge about the analog and digital control and evaluation settings are referred to below as "group control vector" (English: array steering vector). By means of the group control vector, a specific phase assignment of the individual antenna subgroups 40a . 40b . 40c be reached on the receiving side, so that in this way a preferred direction of the antenna device 40 can be adjusted from the preferably reflected electromagnetic energy is detected.

Zum Zwecke der genannten Kompensation werden mittels der Kompensationseinrichtungen 30 zu Störsignalen entgegen gerichtete analoge Signale in den Signalpfad eingebracht, so dass sich die Störsignale und die eingebrachten Kompensationssignale im Wesentlichen aufheben. Im Ergebnis verbleibt dadurch für die nachfolgende Analog-Digital-Wandlung zur Bearbeitung des Nutzsignals wesentlich mehr Dynamik.For the purpose of said compensation by means of the compensation means 30 introduced to interference signals opposing analog signals in the signal path, so that cancel the interfering signals and the introduced compensation signals substantially. As a result, substantially more dynamics remain for the subsequent analog-to-digital conversion for processing the useful signal.

In 2 ist ein Aufbau der Antenneneinrichtung 40 als eine Gruppenantenne stark vereinfacht dargestellt. Eine Antennenuntergruppe 40a, 40b, 40c umfasst mindestens zwei unabhängige HF-Kanäle K1 ... Kn, die jeweils sowohl senden als auch empfangen können. Eine typische Antennenuntergruppe 40a ... 40c umfasst eine Sendeantennen-Untergruppe mit mehreren, z.B. zwei bis zehn Sende/Empfangskanälen, die in mehrere, z.B. zwei oder drei Antennenuntergruppen 40a ... 40c gegliedert sein kann. Die einzelnen Antennenuntergruppen 40a ... 40c können dabei sowohl senden als auch empfangen. Jedoch kann aufgrund der gewünschten Funktionalität des Radarsensors 200 einzelnen Antennenuntergruppen 40a, 40b, 40c eine primäre Sende- oder Empfangsfunktion zugeordnet werden.In 2 is a construction of the antenna device 40 shown as a group antenna greatly simplified. An antenna subgroup 40a . 40b . 40c includes at least two independent RF channels K 1 ... K n , each of which can both transmit and receive. A typical antenna subgroup 40a ... 40c comprises a transmit antenna subset with multiple, eg, two to ten transmit / receive channels arranged in multiple, eg, two or three antenna subgroups 40a ... 40c can be structured. The individual antenna subgroups 40a ... 40c can both send and receive. However, due to the desired functionality of the radar sensor 200 individual antenna subgroups 40a . 40b . 40c be assigned a primary send or receive function.

Die gesamte Kompensationsvorrichtung umfasst die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 10 und die analogen Kompensationseinrichtungen 30 für jeden HF-Kanal K1 ... Kn der Hochfrequenzsignaleinrichtung 20.The entire compensation device comprises the digital signal processing device 10 and the analog compensation devices 30 for each RF channel K 1 ... K n of the high-frequency signal device 20 ,

Werksseitig kann vorzugsweise bereits nach dem Einbau des Radarsensors 200 in das Kraftfahrzeug ein Selbsttest des Radarsensors 200 durchgeführt werden. Dieser findet vorteilhafterweise in einer Umgebung mit geringen Reflexionen statt, wobei zu diesem Zweck beispielsweise in geeignetem Abstand vor dem störenden Abdeckelement 50 ein Hochfrequenzwellenabsorber angeordnet sein kann. Bei dem genannten Selbsttest werden die für den Betrieb relevanten Gruppensteuervektoren unter Verwendung von vermessungstechnisch ermittelten Daten des Abdeckelements 50 eingestellt. The factory may preferably already after the installation of the radar sensor 200 in the motor vehicle, a self-test of the radar sensor 200 be performed. This takes place advantageously in an environment with low reflections, for which purpose, for example, at a suitable distance from the disturbing cover element 50 a high frequency wave absorber can be arranged. In the case of the abovementioned self-test, the group control vectors which are relevant for the operation are determined using data of the cover element determined by measurement technology 50 set.

Abweichungen der Empfangssignale der einzelnen HF-Kanäle K1 ... Kn von den erwarteten Sollwerten, die bei einer reflexionsarmen Umgebung theoretisch idealerweise bei einem verschwindend geringen Signalpegel liegen, werden durch Veränderung der Einstellung der analogen Kompensationseinrichtungen 30 jedes HF-Kanals bzw. Empfangskanals K1 ... Kn kompensiert. Diese Veränderung kann zum Beispiel in einer schnellen, iterativen Regelschleife erfolgen. Wenn der Sollwert bis auf eine zulässige verbleibende Abweichung getroffen wird, werden die Einstellungen für die analogen Kompensationseinrichtungen 30 für den jeweiligen Gruppensteuervektor gespeichert.Deviations of the received signals of the individual RF channels K 1 ... K n from the expected nominal values, which theoretically ideally lie at a negligible signal level in a low-reflection environment, are changed by changing the setting of the analog compensation devices 30 each RF channel or receiving channel K 1 ... K n compensated. This change can be done, for example, in a fast, iterative control loop. When the setpoint is made except for a permissible remaining deviation, the settings for the analog compensation devices become 30 stored for the respective group control vector.

Im operativen Normalbetrieb des Radarsensors 200 werden abhängig vom vorgegebenen Gruppensteuervektor die jeweils gültigen Einstellungen der analogen Kompensationseinrichtungen 30 für jeden HF-Kanal K1 ... Kn eingestellt. Wenn der vorgegebene Gruppensteuervektor nicht in der Liste der werkseitig beim Selbsttest enthaltenen Gruppensteuervektoren enthalten ist, kann eine gültige Einstellung durch Interpolation, zum Beispiel durch eine lineare Interpolation der Stellgrößen gefunden werden. Im Fall der digitalen Strahlformung kann die Kompensation abschnittsweise für verschiedene Winkelbereiche durchgeführt werden, innerhalb derer die Richtungsabhängigkeit nahezu gleichbleibend ist. Auf diese Weise kann eine Anzahl der notwendigen Radarmessungen mit unterschiedlichen analogen Kompensationseinstellungen vorteilhaft minimiert werden.In operative normal operation of the radar sensor 200 Depending on the given group control vector, the respectively valid settings of the analog compensation devices 30 for each RF channel K 1 ... K n set. If the predetermined group control vector is not included in the list of group control vectors included in the factory self-test, a valid setting can be found by interpolation, for example, by a linear interpolation of the manipulated variables. In the case of digital beamforming, the compensation can be carried out in sections for different angular ranges, within which the directional dependence is almost constant. In this way, a number of the necessary Radar measurements with different analog compensation settings can be advantageously minimized.

Der Vorteil der analogen Kompensationseinrichtungen 30 in jedem HF-Kanal K1 ... Kn ist der Erhalt eines vollen Dynamikumfangs der nachgeschalteten Analog-Digital-Wandlung. Dies lässt sich dadurch begründen, dass ein Rechenaufwand für die nachgeschaltete Analog/Digital Wandlungseinheit deshalb minimiert ist, weil die störenden Reflexionen bereits vorab analog kompensiert wurden. Vorteilhaft ist dadurch eine erhöhte Bandbreite des Radarsensors 200 unterstützt.The advantage of analogue compensation devices 30 in each RF channel K 1 ... K n is the receipt of a full dynamic range of the downstream analog-to-digital conversion. This can be justified by the fact that a computational effort for the downstream analog / digital conversion unit is therefore minimized because the disturbing reflections have already been compensated analogously in advance. This advantageously results in an increased bandwidth of the radar sensor 200 supported.

Wenn beim Selbsttest nicht nur eine reflexionsarme Umgebung, sondern auch verschiedene definierte Radarziele zum Einsatz kommen dürfen, so kann die Genauigkeit der Kompensation weiter gesteigert werden, indem zunächst die tatsächliche Zielrichtung und Zielreflektivität mit der durch das Abdeckelement 50 verfälschen Zielrichtung und Zielreflektivität verglichen wird und durch eine geeignete Einstellung der Kompensationseinrichtungen 30 der HF-Kanäle K1 ... Kn minimiert wird. Die Minimierung des Fehlers kann zum Beispiel durch die Minimierung des summierten Fehlerquadrats für alle HF-Kanäle K1 ... Kn für alle verfügbaren Referenzenmessungen (reflexionsfreie Umgebung, Ziel auf Position 1 bis n) erfolgen.If the self-test not only a low-reflection environment, but also different defined radar targets may be used, the accuracy of the compensation can be further increased by first the actual target direction and target reflectance with that by the cover 50 falsifying the target direction and target reflectivity is compared and by a suitable adjustment of the compensation means 30 of the RF channels K 1 ... K n is minimized. The minimization of the error can be achieved, for example, by minimizing the summed error square for all RF channels K 1 ... K n for all available reference measurements (reflection-free environment, target at position 1 to n).

In bestimmungsgemäßen Betrieb des Radarsensors 200 wird dann abhängig vom Gruppensteuervektor und gegebenenfalls abhängig von detektierten Zielrichtungen die digital einstellbare Kompensation nachjustiert.In normal operation of the radar sensor 200 Then the digitally adjustable compensation is readjusted depending on the group control vector and optionally on the detected target directions.

3 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 shows a basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.

In einem Schritt 300 wird ein Ansteuern einer Antenneneinrichtung 40 mit wenigstens zwei Antennenuntergruppen 40a, 40b, 40c mittels einer Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20) mit Radarsignalen durchgeführt, wobei eine definierte Anzahl von HF-Kanälen K1 ... Kn zwischen der Hochfrequenzsignal-Einrichtung 20 und der Antenneneinrichtung 40 angeordnet ist.In one step 300 becomes a driving of an antenna device 40 with at least two antenna subgroups 40a . 40b . 40c by means of a high-frequency signal device ( 20 ) performed with radar signals, wherein a defined number of RF channels K 1 ... K n between the high-frequency signal device 20 and the antenna device 40 is arranged.

In einem Schritt 310 wird jeder einzelne HF-Kanal über eine zugeordnete analoge Kompensationseinrichtung digital mittels einer Signalverarbeitungseinrichtung 10 derart angesteuert, dass Störeffekte eines Abdeckelements 50 kompensiert werden.In one step 310 Each individual RF channel is digitally connected via an associated analog compensation device by means of a signal processing device 10 triggered such that disturbing effects of a cover 50 be compensated.

Zusammenfassend werden mit der vorliegenden Erfindung ein Radarsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems vorgeschlagen, mit dem Messfehler (insbesondere Winkelmessfehler, vom Radarsystem unerwünschte Ziele (engl. clutter) und Messfehler durch reduzierte Messdynamik), die durch den verdeckten Einbau eines automobilen Radarsensors hinter einem beliebig geformten, gegebenenfalls lackierten Kunststoff-Formteil entstehen, deutlich verringert werden können. Insbesondere ist es mit dem erfindungsgemäßen Radarsystem vorteilhaft möglich, störende Reflexionen eines Stoßfängers richtungsabhängig zu kompensieren. Denkbar ist eine Anwendung des erfindungsgemäßen Radarsystems auch in portablen elektronischen Einrichtungen, wie z.B. einem Mobiltelefon und dergleichen.In summary, the present invention proposes a radar system and a method for operating a radar system, with measurement errors (in particular angle measurement errors, targets unwanted by the radar system and measurement errors due to reduced measurement dynamics) caused by the covert installation of an automotive radar sensor behind a radar sensor Any shape, optionally painted plastic molding arise, can be significantly reduced. In particular, it is advantageously possible with the radar system according to the invention to compensate disturbing reflections of a bumper in a direction-dependent manner. An application of the radar system according to the invention is also conceivable in portable electronic devices, such as e.g. a mobile phone and the like.

Aufgrund der Tatsache, dass die Signalverarbeitungseinrichtung von Kompensationsaufgaben entlastet ist, ist eine exakte Betriebscharakteristik des Radarsystems mit hohem Dynamikumfang unterstützt.Due to the fact that the signal processing device is relieved of compensation tasks, an exact operating characteristic of the high dynamic range radar system is supported.

Obwohl die Erfindung vorgehend anhand von konkreten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird somit auch vorgehend nicht beschriebene Ausführungsformen der Erfindung realisieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Although the invention has been described above with reference to specific embodiments, it is by no means limited thereto. The person skilled in the art will thus also realize embodiments of the invention which are not described above without departing from the essence of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (9)

Radarsystem (100), aufweisend: – eine Signalverarbeitungseinrichtung (10) mit einer ersten Schnittstelle (S1); – eine Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20), die über eine zweite Schnittstelle (S2) mit der Signalverarbeitungseinrichtung (10) verbunden ist; und – eine definierte Anzahl von HF-Kanälen (K1 ... Kn), die funktional mit der Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20) und mit einer Antenneneinrichtung (40) verbunden sind, wobei die Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20) für jeden HF-Kanal (K1 ... Kn) eine analoge Kompensationseinrichtung (30) zur Kompensation eines Störeffekts eines Abdeckelements (50) für das Radarsystem (100) aufweist, wobei die analogen Kompensationseinrichtungen (30) mittels der Signalverarbeitungseinrichtung (10) digital ansteuerbar sind.Radar system ( 100 ), comprising: - a signal processing device ( 10 ) with a first interface (S1); A high-frequency signal device ( 20 ), which via a second interface (S2) with the signal processing device ( 10 ) connected is; and - a defined number of RF channels (K 1 ... K n ) that are functional with the high frequency signal device ( 20 ) and with an antenna device ( 40 ), the high-frequency signal device ( 20 ) for each RF channel (K 1 ... K n ) an analog compensation device ( 30 ) for compensating for a disturbing effect of a cover element ( 50 ) for the radar system ( 100 ), the analog compensation devices ( 30 ) by means of the signal processing device ( 10 ) are digitally controllable. Radarsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenneneinrichtung (40) wenigstens zwei Antennenuntergruppen (40a, 40b, 40c) mit jeweils schwenkbarer Richtcharakteristik aufweist, wobei mittels der Kompensationseinrichtungen (30) pro Antennenuntergruppe (40a, 40b, 40c) eine individuelle Störgrößenkompensation durchführbar ist.Radar system ( 100 ) According to claim 1, characterized in that the antenna means ( 40 ) at least two antenna subgroups ( 40a . 40b . 40c ) each having a pivotable directional characteristic, wherein by means of the compensation means ( 30 ) per antenna subgroup ( 40a . 40b . 40c ) an individual Störgrößenkompensation is feasible. Radarsystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtungen (30) mittels der Signalverarbeitungseinrichtung (10) konfigurierbar sind.Radar system ( 100 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the compensation devices ( 30 ) by means of the signal processing device ( 10 ) are configurable. Radarsystem (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtungen (30) in Abhängigkeit von analogen und digitalen Ansteuer- und Auswertungseinstellungen der Antennenuntergruppen (40a, 40b, 40c) konfigurierbar sind. Radar system ( 100 ) According to claim 2 or 3, characterized in that the compensation means ( 30 ) as a function of analog and digital control and evaluation settings of the antenna subgroups ( 40a . 40b . 40c ) are configurable. Radarsystem (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtungen (30) vor einer Inbetriebnahme und/oder in einem Normalbetrieb des Radarsystems (100) konfigurierbar sind.Radar system ( 100 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the compensation devices ( 30 ) before commissioning and / or in normal operation of the radar system ( 100 ) are configurable. Radarsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kompensationseinrichtungen (30) ein analoges Signal derart in einen Signalpfad zwischen der Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20) und der Antenneneinrichtung (40) einbringbar ist, dass Nutzsignale von detektierten Zielen mit einem hohen Dynamikbereich auswertbar sind.Radar system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the compensation devices ( 30 ) an analog signal in such a way in a signal path between the high-frequency signal device ( 20 ) and the antenna device ( 40 ) can be introduced, that useful signals of detected targets can be evaluated with a high dynamic range. Verwendung eines Radarsystems (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug, wobei mittels der Kompensationseinrichtungen (30) Störeffekte eines Abdeckelements (50) kompensierbar sind.Use of a radar system ( 100 ) according to one of the preceding claims in a motor vehicle, wherein by means of the compensation devices ( 30 ) Disturbing effects of a cover element ( 50 ) are compensated. Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems (100), aufweisend die Schritte: – Ansteuern einer Antenneneinrichtung (40) mit wenigstens zwei Antennenuntergruppen (40a, 40b, 40c) mittels einer Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20) mit Radarsignalen, wobei eine definierte Anzahl von HF-Kanälen (K1 ... Kn) zwischen der Hochfrequenzsignal-Einrichtung (20) und der Antenneneinrichtung (40) angeordnet ist; – wobei jeder einzelne HF-Kanal über eine zugeordnete analoge Kompensationseinrichtung (30) digital mittels einer Signalverarbeitungseinrichtung (10) derart angesteuert wird, dass Störeffekte eines Abdeckelements (50) kompensiert werden.Method for operating a radar system ( 100 ), comprising the steps: - driving an antenna device ( 40 ) with at least two antenna subgroups ( 40a . 40b . 40c ) by means of a high-frequency signal device ( 20 ) with radar signals, wherein a defined number of RF channels (K 1 ... K n ) between the high-frequency signal device ( 20 ) and the antenna device ( 40 ) is arranged; Each individual RF channel being connected via an associated analogue compensation device ( 30 ) digitally by means of a signal processing device ( 10 ) is controlled in such a way that disturbing effects of a cover element ( 50 ) are compensated. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Kalibrieren der Kompensationseinrichtungen (30) in einem operationellen Betrieb des Radarsystems (100) oder in einem Inbetriebnahmeprozess des Radarsystems (100) durchgeführt wird.The method of claim 8, wherein calibrating the compensation means ( 30 ) in an operational operation of the radar system ( 100 ) or in a commissioning process of the radar system ( 100 ) is carried out.
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