-
Die Erfindung betrifft ein Automobilradar. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System mit mehreren Radarsensoren zur Abtastung eines Objekts.
-
Stand der Technik
-
An Bord eines Kraftfahrzeugs ist ein Fahrerassistenzsystem vorgesehen, das einen Abstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug mittels Radartechnologie bestimmt. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem einen adaptiven Geschwindigkeitsassistenten umfassen, der die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf einen vorbestimmten Wert steuert und dabei einen vorbestimmten Abstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug einhält. Zur Bestimmung des Abstands des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs ist ein Radarsensor vorgesehen, der ein Radarsignal aussendet, das am Objekt reflektierte Radarsignal empfängt und auf der Basis des ausgesandten und des empfangenen Signals den Abstand bestimmt. Insbesondere kann dazu ein moduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) verwendet werden.
-
DE 10 2013 008 953 A1 schlägt vor, ein System mit zwei Radarsensoren vorzusehen, wobei nacheinander der erste Radarsensor ein erstes Radarsignal aussendet, das nach der Reflexion am Objekt vom zweiten Radarsensor empfangen wird, woraufhin der zweite Radarsensor ein zweites Radarsignal aussendet, das nach der Reflexion am Objekt vom ersten Radarsensor empfangen wird. Dadurch kann die Summe der Abstände zwischen den Radarsensoren und dem Objekt bestimmt werden, die auch bistatischer Abstand genannt wird.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technik anzugeben, um mittels eines Radarsystems mit mehreren Radarsensoren die Entfernung zum Objekt mit verbesserter Geschwindigkeit oder Genauigkeit zu bestimmen.
-
Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
-
Ein Verfahren zum Abtasten eines Objekts umfasst Schritte des Aussendens eines ersten Radarsignals von einem ersten Radarsensor, des Aussendens eines zweiten Radarsignals von einem zweiten Radarsensor, des Empfangens des am Objekt reflektierten ersten Radarsignals am zweiten Radarsensor, des Empfangens des am Objekt reflektierten zweiten Radarsignals am ersten Radarsensor, und des Auswertens der empfangenen Radarsignale. Dabei werden die Radarsignale gleichzeitig ausgesandt und das Auswerten umfasst ein Bestimmen zweier bistatischer Abstände zum Objekt.
-
Vorteilhafterweise können pro eingesetztem Radarsensor mehr Informationen gewonnen werden. Das Verfahren kann damit die vorhandenen Radarsensoren bestmöglich ausnutzen. Die Mehrinformation kann in Form von mehreren Reflexionspunkten auf der Oberfläche des Objekts bestehen und dazu verwendet werden, beispielsweise die Kontur oder Größe des Objekts genauer zu bestimmen. Im Vergleich zu einem bekannten, sequenziell arbeitenden Verfahren kann das beschriebene Verfahren schneller und mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden.
-
Es ist allgemein bevorzugt, dass n ≥ 2 Radarsensoren vorgesehen sind, wobei (n·(n – 1))/2 bistatische Abstände zum Objekt bestimmt werden. Eine Anzahl erforderlicher Sensoren, um eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllen oder einen vorbestimmten Sichtbereich abdecken zu können, kann durch das Verfahren minimiert werden. Das Abtasten des Objekts kann so verbessert kostengünstig durchgeführt werden. Vorteilhafterweise können innerhalb des gleichen Messzyklus Abtastungen mittels jedes der Radarsensoren durchgeführt werden.
-
Es ist bevorzugt, dass die Radarsignale moduliert sind. Dadurch kann die Entfernungsbestimmung zwischen dem Radarsensor und dem Objekt verbessert bzw. erleichtert sein. Bevorzugterweise sind die Radarsensoren FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave: frequenzmodulierte Dauerstrich) Sensoren. Derartige Radarsensoren senden mit einer sich ständig ändernden Frequenz, die üblicherweise nach einem Sägezahnmuster oder einem Dreiecksmuster ansteigt und abfällt. Durch die lineare Änderung der Frequenz und durch das stetige Senden ist es möglich, mittels Vergleichen des ausgesandten und des empfangenen Signals neben der Entfernung zwischen Radarsensor und Objekt auch gleichzeitig deren absolute Differenzgeschwindigkeit (Doppler-Geschwindigkeit) zu ermitteln.
-
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Radarsignale unterschiedlicher Radarsensoren vorbestimmte Frequenzversätze zueinander aufweisen. Der Frequenzversatz ist dabei die Differenz zwischen Grundfrequenzen der zugeordneten Radarsignale. Dadurch kann verbessert bestimmt werden, zwischen welchen beiden Radarsensoren der bistatische Abstand zum Objekt bestimmt wird.
-
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Frequenzversätze ganzzahlige Vielfache eines Grundversatzes sind. Der Grundversatz liegt typischerweise im Bereich von ca. 100 kHz bis ca. 100 MHz. Die Wahl des Grundversatzes wird bevorzugterweise auf der Basis der maximal detektierten Entfernung des Objekts, der zeitlichen Genauigkeit des Modulationsbeginns (Jitter) oder anderen Parametern gewählt. Für die Verwendung von linear frequenzmodulierten Radarsignalen basierend auf einzelnen Frequenzrampen ist die Wahl eines Grundversatzes in der Größenordnung von ca. 1 MHz besonders zweckmäßig.
-
Die Vielfachen sind in einer weiter bevorzugten Ausführungsform derart gewählt, dass die Differenzen der Frequenzen aller Paare von Radarsensoren unterschiedlich sind. Dadurch kann eine eindeutige Bestimmung eines Paars von Radarsensoren zur Bestimmung eines bistatischen Abstands zum Objekt erfolgen.
-
Weiterhin ist bevorzugt, dass alle Vielfachen positiv und derart gewählt sind, dass das höchste verwendete Vielfache minimiert ist. Eine erforderliche Bandbreite für sämtliche verwendeten Radarsignale kann dadurch minimiert sein.
-
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Synchronisation der Radarsensoren auf der Basis eines oder mehrerer der Radarsignale. Dadurch kann eine dedizierte Benachrichtigung zwischen den Radarsensoren zu deren Synchronisation entfallen. Die Synchronisation kann Rahmenbedingungen für das oben beschriebene Bestimmen der bistatischen Abstände zum Objekt bereitstellen. Durch die Verarbeitung der empfangenen Signale können verbleibende Restfehler weitgehend eliminiert werden, indem die empfangenen Signale an beiden Radarsensoren, die an der jeweiligen bistatischen Abstandsmessung beteiligt sind, berücksichtigt werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich die Synchronisationsfehler in den jeweiligen beiden Empfangssignalen unterschiedlich auswirken und dadurch von der Abstandsinformation getrennt werden können.
-
Ein System zur Abtastung eines Objekts umfasst einen ersten Radarsensor und einen zweiten Radarsensor, wobei die Radarsensoren dazu eingerichtet sind, gleichzeitig ein Radarsignal auszusenden, sowie dazu, vom Objekt reflektierte Radarsignale der Radarsensoren zu empfangen. Ferner ist eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung bistatischer Abstände des Objekts auf der Basis der empfangenen Radarsignale vorgesehen.
-
Ein Radarsensor umfasst eine Sendeeinrichtung zur Aussendung eines ersten Radarsignals, eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des an einem Objekt reflektierten ersten Radarsignals, eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem weiteren Radarsensor, wobei die Schnittstelle zum Empfangen eines Signals, das auf das am Objekt reflektierte und von einem anderen Radarsensor empfangene erste Radarsignal hinweist, eingerichtet ist, ferner eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen bistatischen Abstand des Objekts auf der Basis eines von der Empfangseinrichtung empfangenen Radarsignals und eines mittels der Schnittstelle empfangenen Signals zu bestimmen. Der Radarsensor kann insbesondere in Verbindung mit weiteren Radarsensoren, die keine Verarbeitungseinrichtung umfassen müssen, im oben angegebenen System verwendet werden.
-
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
-
1 ein System mit mehreren Radarsensoren;
-
2 einen integrierten Radarsensor zum Einsatz im System von 1; und
-
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Abtasten eines Objekts mittels eines Systems nach 1 von Radarsensoren nach 2
darstellt.
-
1 zeigt ein System 100 mit mehreren Radarsensoren 105 zur Abtastung eines Objekts 110. Die Radarsensoren 105 sind bevorzugterweise mit einem vorbestimmten geometrischen Abstand zueinander an einer gemeinsamen Struktur, insbesondere an einem Kraftfahrzeug 115, angebracht. Das System 100 kann auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik angewandt werden, wobei die gemeinsame Struktur anders gewählt sein kann. Relative Abstände benachbarter Radarsensoren 105 betragen üblicherweise ca. 1 cm bis ca. 5 m, wobei am Kraftfahrzeug 115 die Abstände bevorzugterweise im Bereich von ca. 50 cm liegen. In der Darstellung von 1 sind vier Radarsensoren 105 vorgesehen, wobei allgemein wenigstens zwei Radarsensoren 105 verwendet werden sollten und die praktische Maximalzahl der Radarsensoren 105 aufgrund von Bandbreitenbeschränkungen bei ca. 20 liegen kann.
-
Jeder Radarsensor 105 umfasst eine Sendeeinrichtung 120 und eine Empfangseinrichtung 125. Außerdem ist bevorzugterweise jeweils eine Schnittstelle 130 vorgesehen, um den Radarsensor 105 mit einer Verarbeitungseinrichtung 135 zu verbinden.
-
Das System 100 bestimmt den Abstand zum Objekt 110, in dem die Radarsensoren 105 gleichzeitig jeweils ein Radarsignal 140 aussenden und vom Objekt 110 reflektierte Radarsignale 140 empfangen. Empfängt ein Radarsensor 105 das von ihm selbst ausgesandte Radarsignal 140, so kann er auf der Basis einer Modulation des Radarsignals 140 einen monostatischen Abstand zum Objekt 110 bestimmen. Diese Bestimmung wird bevorzugterweise mittels der Verarbeitungseinrichtung 135 durchgeführt, wobei über die Schnittstelle 130 übertragene Signale analoger oder digitaler Natur sein können. Empfängt ein Radarsensor 105 jedoch ein reflektiertes Radarsignal 140, das ein anderer Radarsensor 105 ausgesandt hat, so kann ein bistatischer Abstand bestimmt werden, der die Summe der Abstände der beiden beteiligten Radarsensoren 105 zum Objekt 110 umfasst.
-
Allgemein können mit n Radarsensoren n monostatische Abstände und (n·(n – 1))/2 bistatische Abstände bestimmt werden. Mit den gezeigten vier Radarsensoren 105 sind also vier monostatische und sechs bistatische Abstände bestimmbar. Die insgesamt zehn Abstandsbestimmungen können mittels der Verarbeitungseinrichtung 135 miteinander in Relation gesetzt werden, um den Abstand des Objekts 110 genauer zu bestimmen oder beispielsweise die Oberfläche des Objekts 110 genauer abzutasten.
-
Es ist bevorzugt, dass die einzelnen Radarsensoren
105 unterschiedliche Frequenzen verwenden. Werden frequenzmodulierte Signale verwendet, beispielsweise frequenzmodulierte Dauerstrichsignale, so kann als Frequenz eines Radarsensors
105 die niedrigste Frequenz des durch ihn ausgesandten Radarsignals
140 angesehen werden. Die Frequenzen liegen bei Applikationen im Automobilbereich bevorzugterweise im Bereich von 76 bis 81 GHz, speziell in den einzeln regulierten Sub-Bändern 76 bis 77 GHz und 77 bis 81 GHz. Zur Bestimmung der unterschiedlichen Frequenzen der Radarsensoren
105 werden eine Grundfrequenz und ein Grundversatz gewählt. Die Grundfrequenz liegt in dem gewählten Frequenzband und kann beispielsweise 76 GHz betragen, während der Grundversatz beispielsweise 1 MHz betragen kann. Jedem Radarsensor
105 wird ein ganzzahliges Vielfaches zugeordnet, sodass sich seine Frequenz aus der Summe der Grundfrequenz und dem Produkt des Vielfachen mit dem Grundversatz ergibt. Die Vielfachen werden dabei bevorzugterweise derart gewählt, dass die Differenzen der Frequenzen aller Paare von Radarsensoren
105 unterschiedlich sind. Anders ausgedrückt soll sichergestellt werden, dass die Differenz der Frequenz von einem beliebig ausgewählten Radarsensor
105 zu allen anderen Radarsensoren
105 unterschiedlich ist. Außerdem wird angestrebt, insgesamt eine möglichst geringe Bandbreite zu erfordern. Werden keine negativen Vielfachen verwendet, so ist das höchste verwendete Vielfache zu minimieren. Die folgende Tabelle gibt für Kombinationen von n Radarsensoren
105 jeweils Vielfache k an, die auf die einzelnen Radarsensoren
105 verteilt werden können.
| Anzahl n Radarsensoren 105 | Vielfache (k) |
| 2 | 0 1 |
| 3 | 0 1 3 |
| 4 | 0 1 3 4 |
| 5 | 0 1 3 7 8 |
| 6 | 0 1 3 4 9 10 |
| 7 | 0 1 3 4 9 10 12 |
| 8 | 0 1 3 4 9 10 12 13 |
| 9 | 0 1 5 6 8 13 14 17 19 |
| 10 | 0 1 4 6 10 15 17 18 22 23 |
(Tabelle 1)
-
In der Darstellung von 1 können den vier verwendeten Radarsensoren 105 die Vielfachen 0, 1, 3 und 4 zugeordnet werden, sodass im oben angegebenen Beispiel die Frequenzen 76,000 GHz, 76,001 GHz, 76,003 GHz und 76,004 GHz verwendet werden.
-
Durch die vorgeschlagene Variation der Frequenzen der Radarsensoren 105 kann an einem empfangenden Radarsensor 105 stets bestimmt werden, von welchem Radarsensor 105 das ursprünglich ausgesandte Radarsignal 140 stammt. Mehrdeutigkeiten können dadurch vermieden werden.
-
2 zeigt einen integrierten Radarsensor 105 in einer weiteren Ausführungsform zum Einsatz im System 100 von 1. Der im linken Bereich von 2 dargestellte Radarsensor 105 umfasst die Verarbeitungseinrichtung 135, die mit der Schnittstelle 130 eines oder mehrerer weiterer Radarsensoren 105 (rechts dargestellt) verbunden ist, die vom System 100 umfasst sind. Die weiteren Radarsensoren 105 umfassen keine oder nur eine vereinfachte Verarbeitungseinrichtung 135, die lediglich dazu eingerichtet ist, Steuer- und Messsignale zu verarbeiten, die Bestimmung eines Abstands zum Objekt 110 jedoch nicht durchzuführen.
-
Die Verarbeitungseinrichtung 135 des im linken Bereich von 2 dargestellten Radarsensors 105 empfängt von den anderen Radarsensoren 105 Informationen über die von ihnen ausgesandten und empfangenen Radarsignale 140. Auf der Basis dieser Informationen bzw. Signale und korrespondierender Informationen der Sende- und Empfangseinrichtungen 120, 125 des eigenen Radarsensors 105 bestimmt die Verarbeitungseinrichtung 135 dann die bistatischen und bevorzugterweise auch die monostatischen Abstände zum Objekt 110. Das Ergebnis dieser Bestimmung kann mittels der Schnittstelle 130 oder einer anderen Schnittstelle nach außen bereitgestellt werden.
-
Um die gleichzeitige Entfernungsbestimmung mittels mehrerer FMCWmodulierter Radarsensoren 105 zu ermöglichen, können insbesondere die Modulationen der einzelnen Radarsensoren 105 miteinander synchronisiert werden. In einer Ausführungsform erfolgt dies mittels eines Austauschs von Daten über die Schnittstellen 130. In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform wird durch einen der Radarsensoren 105 ein Signal ausgesandt, das von allen anderen Radarsensoren 105 empfangen werden kann und einen charakteristischen Anteil umfasst, auf den die anderen Radarsensoren 105 synchronisiert werden können. Der charakteristische Anteil kann insbesondere einen Wendepunkt oder ein Rücksetzen der Frequenzmodulation umfassen. In einer Ausführungsform werden für jeden der empfangenden Radarsensoren 105 Korrekturwerte zwischen dem Synchronisationssignal und der eigenen Synchronisation bestimmt, die zur Steuerung der zugeordneten Sendeeinrichtung 120 verwendet werden. Die Modulationen der einzelnen Radarsensoren 105 können auf diese Weise zumindest grob miteinander synchronisiert werden. Eine Feinsynchronisation ist üblicherweise nicht möglich. Sie ist auch nicht nötig, da bei der Bestimmung der bistatischen Abstände Fehler, die durch nicht gleichzeitige Modulation der Radarsignale 140 unterschiedlicher Radarsensoren 105 entstehen, kompensiert werden können, indem ausgenutzt wird, dass sich die Synchronisationsfehler in den jeweiligen beiden Empfangssignalen unterschiedlich auswirken und dadurch von der Abstandsinformation getrennt werden können.
-
Zusätzlich zu den Abständen zwischen den Radarsensoren 105 und dem Objekt 110 können auch relative Geschwindigkeiten zum Objekt 110 bestimmt werden. Dazu werden die empfangenen Radarsignale 140 zweier Radarsensoren 105 ausgewertet, die für die Bestimmung eines bistatischen Abstands miteinander kombiniert werden können.
-
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Abtasten des Objekts 110 mittels des Systems 100 von Radarsensoren 105 von 1. Allerdings sind hier nur zwei Radarsensoren 105 angenommen. Die zum ersten Radarsensor 105 korrespondierenden Verfahrensschritte sind in einem linken Bereich untereinander dargestellt, während die zu einem zweiten Radarsensor 105 korrespondierenden Verfahrensschritte in einem rechten Bereich untereinander angeordnet sind. In einem Schritt 305 sendet jeder der Radarsensoren 105 jeweils ein spezifisches Radarsignal 140 aus, wie oben mit Bezug auf 1 genauer beschrieben wurde. In einem Schritt 310, der praktisch parallel zum Schritt 305 durchgeführt wird, werden vom Objekt 110 reflektierte Radarsignale 140 durch die Radarsensoren 105 empfangen. Dabei empfängt jeder Radarsensor 105 bevorzugterweise die reflektierten Radarsignale 140 jedes anderen Radarsensors 105.
-
In einem Schritt 315 übermittelt jeder Radarsensor 105 Informationen über die empfangenen Radarsignale 140 an die Verarbeitungseinrichtung 135. Ist die Verarbeitungseinrichtung 135 mit einem der Radarsensoren 105 integriert ausgeführt, so muss dieser Radarsensor 105 die Informationen nicht erst übermitteln, sondern kann sie gleich der Verarbeitungseinrichtung 135 bereitstellen. Die Verarbeitungseinrichtung 135 verarbeitet in einem Schritt 320 die empfangenen Informationen und bestimmt bevorzugterweise sowohl bistatische als auch monostatische Abstände zum Objekt 110. Die bestimmten Abstände können miteinander verarbeitet werden, beispielsweise um eine Genauigkeit der Entfernungs- oder Geschwindigkeitsbestimmung zu verbessern. Anschließend werden die bestimmten Ergebnisse in einem Schritt 325 ausgegeben bzw. bereitgestellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013008953 A1 [0003]
