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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Erfassungseinrichtung zur winkelaufgelösten Erfassung des Kraftfahrzeugumfeldes durch ein Radarverfahren, wobei die Erfassungseinrichtung wenigstens eine Antenneneinrichtung, die zum Senden von Sendesignalen und/oder zum Empfangen von Empfangssignalen eingerichtet ist, und eine Zentraleinrichtung umfasst, wobei die Zentraleinrichtung mit der Antenneneinrichtung über wenigstens einen Lichtleiter zur optischen Signalübertragung verbunden ist, durch den Steuersignale der Zentraleinrichtung zur Steuerung des Sendens der Sendesignale und/oder die Empfangssignale oder aus diesen abgeleitete Signale übertragbar sind, wobei die Erfassungseinrichtung mehrere der Antenneneinrichtungen umfasst, wobei wenigstens eine erste der Antenneneinrichtungen direkt mit der Zentraleinrichtung verbunden ist.
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Eine Erfassung von Umfelddaten über Sensoren eines Kraftfahrzeugs gewinnt, insbesondere im Kontext von automatisierten und assistierten Fahrfunktionen, zunehmend an Bedeutung. Für viele Erfassungsaufgaben sind Radarsensoren besonders geeignet, da sie es ermöglichen, unabhängig von einer Ausleuchtung des Umfelds und weitgehend unabhängig von Witterungsbedingungen hochaufgelöste Umfelddaten zu sammeln, wobei bei einer winkelaufgelösten Erfassung eine dreidimensionale Bestimmung der Position von erfassten Objekten möglich ist. Hierbei ist es bekannt, mehrere an dem Fahrzeug angeordnete Kraftfahrzeugsensoren zu nutzen, um Informationen über verschiedene Bereiche des Kraftfahrzeugumfelds zu gewinnen.
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Es ist bekannt, dass bei Radarsensoren die erreichbare Winkelauflösung mit der genutzten Sensorfläche korreliert. Um eine hohe Winkelauflösung zu erreichen, ist es bekannt, eine Vielzahl einzelner Patchantennen zu nutzen, die an verschiedenen Positionen im Kraftfahrzeug angeordnet werden, wobei die Ansteuerung der einzelnen Patchantennen sowie die Verarbeitung der Empfangsdaten durch eine Zentraleinrichtung erfolgt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass für jede der Patchantennen eine separate, hochfrequenztaugliche Anschlussleitung erforderlich ist, was zu einem sehr hohen Verdrahtungsaufwand im Kraftfahrzeug führt. Zudem ist ein hoher Aufwand zur Abschirmung dieser Leitungen erforderlich, da eine Vielzahl von Hochfrequenzsignalen auf einem engen Raum geführt werden sollen.
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Die Druckschrift
US 6 069 581 A offenbart eine Radareinrichtung für Kraftfahrzeuge. Hierbei werden mehrere Radarsensoren verwendet, die über einen Datenbus mit einer Steuereinrichtung verbunden sind. Der Bus kann durch Drähte, optische Fasern oder beides gebildet werden.
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Ein Rundfunkempfangssystem für Kraftfahrzeuge ist aus der Druckschrift
DE 101 55 211 A1 bekannt. Zwischen einer Empfangseinrichtung und einem antennenseitigen Verstärker ist eine optische Signalübertragungsstrecke vorgesehen.
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Die Druckschrift
US 2002/0111149 A1 offenbart eine Antenneneinrichtung, wobei eine Vielzahl von Antennen einer Vielzahl von Radiokommunikationsdiensten zugeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel werden Signale von Antennen zunächst frequenzumgesetzt und anschießend in optische Signale umgesetzt.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einer Erfassungseinrichtung anzugeben, die bei einer Nutzung von Radarverfahren hohe Winkelauflösungen ermöglicht und dennoch mit relativ geringem Aufwand aufbaubbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art gelöst, wobei wenigstens eine zweite der Antenneneinrichtungen (3) indirekt über die erste Antenneneinrichtung (2) mit der Zentraleinrichtung (4) verbunden ist, wobei zur Übertragung von Steuersignalen und/oder von Empfangssignalen oder von aus diesen abgeleiteten Signalen zwischen der Zentraleinrichtung (4) und einer bestimmten der Antenneneinrichtungen (2, 3) diese von Antenneneinrichtung (2, 3) zu Antenneneinrichtung (2, 3) weiterleitbar sind, bis sie ausgehend von der Zentraleinrichtung (4) die bestimmte Antenneneinrichtung (2, 3) und/oder ausgehend von der bestimmten Antenneneinrichtung (2, 3) die Zentraleinrichtung (4) erreichen.
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Durch die erfindungsgemäße optische Signalübertragung zwischen der Zentraleinrichtung und einer oder mehreren Antenneneinrichtungen können Hochfrequenzsignale übertragen werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich verschiedene übertragene Hochfrequenzsignale gegenseitig stören. Eine aufwändige Abschirmung von Hochfrequenzleitungen, wie sie beispielsweise bei der Nutzung von Koaxialkabeln erforderlich wäre, ist nicht erforderlich. Somit ist ein geringerer Bauraumbedarf und ein geringerer Aufwand zur Verdrahtung der wenigstens einen Antenneneinrichtung erforderlich. Da bei einer Übertragung von Signalen über Lichtleiter hohe Datenraten erreicht werden können, ist, insbesondere bei einer digitalen Signalübertragung, auch eine Serienschaltung mehrerer Antenneneinrichtungen, wie sie später noch detailliert erläutert wird, möglich, wodurch der Verbindungsaufwand bei Nutzung mehrerer Antenneneinrichtungen weiter reduziert wird. Zudem können Signale für mehrere Sende- und/oder Empfangsantennen der Antenneneinrichtung über einen gemeinsamen Lichtleiter übertragen werden, um den Verbindungsaufwand weiter zu reduzieren.
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Die Antenneneinrichtung kann vorzugsweise als ein Modul ausgebildet sein, das wenigstens eine Sende- und/oder Empfangsantenne und wenigstens einen elektro-optischen und/oder opto-elektrischen Wandler zur Anbindung an den Lichtleiter umfasst. Zusätzlich können weitere Komponenten vorgesehen sein, um in Abhängigkeit der Steuersignale die Sendesignale zu generieren und/oder aus den Empfangssignalen die abgeleiteten Signale abzuleiten. Bei diesen Komponenten kann es sich um Digital-Analog-Umsetzer bzw. Analog-Digital-Umsetzer, Frequenzumsetzer, insbesondere Mischer, Phasenschieber, digitale Signalverarbeitungskomponenten, beispielsweise zum Generieren eines Sendesignals, oder ähnliches handeln. Vorzugsweise sind alle Bauteile der Antenneneinrichtung auf einer oder mehreren Platinen angeordnet. Unter einer Platine ist ein starrer bzw. formstabiler Körper zu verstehen, auf dem die Bauteile und die die Bauteile verbindenden Leiterbahnen angeordnet sind. Bei den Lichtleiter kann es sich um eine Glas- oder Kunststofffaser handeln.
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Ein Radar-Front-End zum Betrieb der Sende- und/oder Empfangsantennen der wenigstens einen Antenneneinrichtung kann als Teil der Antenneneinrichtung, als der Teil der Zentraleinrichtung oder teilweise in der Antenneneinrichtung und teilweise in der Zentraleinrichtung implementiert sein. Ein derartiges Radar-Front-End kann auf Halbleiterbasis realisiert sein. Hierbei kann beispielsweise wenigstens ein Radar-Transceiver genutzt werden, der eine Frequenzsteuerung, beispielsweise auf Basis einer Phasenregelschleife, eine Mischeinrichtung, einen Low-Noise-Verstärker und dergleichen enthält. Optional können weitere Steuer- und/oder Verarbeitungsmodule in einem gemeinsamen Baustein mit diesen oder mit Teilen dieser Komponenten implementiert sein. Das Radar-Front-End kann in CMOS-Technologie realisiert sein, die auf Hochfrequenzanwendungen angepasst ist. Dies wird häufig als RF-CMOS bezeichnet. Ein solcher CMOS-Radarchip ist äußerst kleinbauend realisierbar und nutzt keine teuren Spezialhalbleiter, bietet also vor allem in der Herstellung deutliche Vorteile gegenüber anderen Halbleitertechnologien. Eine beispielhafte Realisierung eines 77 GHz-Radartransceivers als CMOS-Chip ist in dem Artikel von Jri Lee et al., „A fully integrated 77 GHz FMCW radar tranceiver in 65-nm CMOS technology”, IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), S. 2746–2755, beschrieben.
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Durch eine Nutzung von Radarstrahlung mit ausreichend hoher Frequenz und Bandbreite kann eine hohe Entfernungsauflösung, beispielsweise von 3,5 oder 5 cm erreicht werden. Hierzu kann eine Radarstrahlung mit einer Mittenfrequenz von 77 GHz und einer Bandbreite von 4 GHz genutzt werden oder es können höhere Frequenzen oder Bandbreiten genutzt werden. Durch die erfindungsgemäße Nutzung von Lichtleitern zur optischen Signalübertragung zwischen der Zentraleinrichtung und der Antenneneinrichtung kann, gegenüber einer herkömmlichen Hochfrequenzkommunikation, eine Verbesserung der Zeitsynchronisation der Zentraleinrichtung und der Antenneneinrichtung bzw. der Antenneneinrichtungen erreicht werden. Erfolgt somit ein kohärentes Senden bzw. Empfangen von Sende- bzw. Empfangsantennen verschiedene Antenneneinrichtungen bzw. von der Zentraleinrichtung und einer oder mehreren Antenneneinrichtungen, so treten geringere Phasenfehler auf, was zu einem geringeren Signalrauschen führt. Zudem kann die Winkelauflösung und die Reichweite der Erfassungseinrichtung verbessert werden.
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Die Zeitsynchronisation der verschiedenen Sende- und Empfangsvorgänge an den verschiedenen Antenneneinrichtungen bzw. an der Zentraleinrichtung ermöglicht im erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug die Kombination dieser Antennen in komplexen Radarbetriebsarten, die ein kohärentes Senden bzw. Empfangen erfordern. Beispielsweise kann durch eine Anpassung der relativen Amplituden und Phasen der Sendesignale bzw. Empfangssignale für die verschiedenen Sende- bzw. Empfangsantennen ein sende- und/oder empfangsseitiges beam-forming durchgeführt werden. Auch sind sogenannte „multiple input multiple output”-Strategien (MIMO) möglich. Bei diesen können vielfältige Kombinationen von Sende- und Empfangsantennen genutzt werden. In einem einfachen Beispiel kann zunächst ein Radarsignal durch eine erste Sendeantenne ausgesendet werden und durch alle Empfangsantennen empfangen werden. Nachfolgend wird das Sendesignal durch eine weitere Sendeantenne gesendet. Hierdurch können mehrere Reflektionspfade ermittelt werden, Verdeckungen erkannt werden oder ähnliches.
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Durch eine entsprechende zeitliche Steuerung ist es auch möglich, einen sogenannten „synthetic aperture radar” zu nutzen, bei dem eine Bewegung der Sende- und/oder Empfangsantennen ausgenutzt wird, indem ein Senden bzw. Empfangen zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgt, womit durch die Verschiebung der Sende- und Empfangsantennen virtuelle Sender bzw. Empfänger bereitgestellt werden und somit die effektive Antennenfläche bzw. Apertur und die Winkelauflösung verbessert werden kann.
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Die Steuersignale können durch die Zentraleinrichtung und/oder die Empfangssignale oder die aus diesen abgeleiteten Signale können durch die Antenneneinrichtung als Analogsignale über den Lichtleiter übertragbar sein. Im einfachsten Fall kann das optisch übertragene Steuersignal durch eine opto-elektrische Umsetzung direkt in ein elektrisches Sendesignal umgesetzt werden, das einer oder mehreren Sendeantennen zugeführt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, eine weitere Signalverarbeitung auf analoger Ebene für das umgesetzte Steuersignal vorzusehen. Beispielsweise kann eine Verstärkung des Signals erfolgen, es können Verzögerungsglieder vorgesehen werden, um die Phasenlage des Sendesignals oder die relativen Phasenlagen von Sendesignalen mehrerer Antennen anzupassen und/oder es kann eine Frequenzumsetzung erfolgen, beispielsweise um eine gemultiplexe Übertragung von Steuersignalen für verschiedene Sendeantennen in verschiedenen Frequenzbändern zu ermöglichen und/oder um die Anforderungen an die elektro-optische bzw. opto-elektrische Umsetzung zu reduzieren.
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Eine analoge Übertragung der Empfangssignale kann dadurch erfolgen, dass diese direkt durch eine elektro-optische Umsetzung in optische Signale umgesetzt werden. Vor der Umsetzung kann optional noch eine Verstärkung der Signale erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, von den Empfangssignalen abgeleitete Signale zu übertragen, wobei vor der elektro-optischen Umsetzung vorzugsweise eine Frequenzumsetzung erfolgt, die beispielsweise durch ein Mischen der Empfangssignale mit einem Signal mit der Frequenz der Sendesignale erfolgen kann. In diesem Fall erfolgt die optische Übertragung für Signale, die bereits in das Basisband umgesetzt wurden. Eine optische Übertragung von den Analogsignalen zwischen der Zentraleinrichtung und der Antenneneinrichtung ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau der Antenneneinrichtung, da die Signalbereitstellung und Verarbeitung weitgehend in die Zentraleinrichtung verlagert sein kann.
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Alternativ ist es möglich, dass die Steuersignale durch die Zentraleinrichtung und/oder die aus den Empfangssignalen abgeleiteten Signale durch die Antenneneinrichtung als Digitalsignale über den Lichtleiter übertragbar sind. Bei einer digitalen Übertragung können, leichter als bei einem analogen Multiplexing, verschiedene Steuer- bzw. Empfangssignale gemeinsam über einen einzelnen Lichtleiter übertragen werden. Bei einer digitalen Übertragung kann zudem eine Synchronisation der Antenneneinrichtung mit der Zentraleinrichtung bzw. verschiedener Antenneneinrichtungen untereinander erleichtert sein, da eine lokale Taktung der Zentraleinrichtung und der einzelnen Antenneneinrichtungen genutzt werden kann und die Synchronisation ausschließlich dazu erforderlich ist, einen relativen Drift dieser Taktungen gegeneinander zu kompensieren bzw. zu verhindern. Eine digitale Steuerung innerhalb der Antenneneinrichtung bzw. eine steuerbare Digital-Analog- bzw. Analog-Digital-Umsetzung ermöglicht es zudem besonders leicht, Phasenverschiebungen von Empfangs- bzw. Sendesignalen von bzw. für verschiedene der Antennen umzusetzen.
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Die Antenneneinrichtung kann eine Frequenzumsetzerschaltung umfassen, durch die das Steuersignal oder ein in Abhängigkeit des Steuersignals generiertes Signal zur Bereitstellung des Sendesignal und/oder das Empfangssignal im Rahmen der Bereitstellung des aus diesem abgeleiteten Signals frequenzumsetzbar sind. Die Frequenzumsetzung kann insbesondere durch ein multiplizierendes Mischen erfolgen. Eine Frequenzumsetzung ist besonders vorteilhaft, wenn sie empfangsseitig vor einer Analog-Digital-Umsetzung bzw. sendeseitig nach einer Digital-Analog-Umsetzung erfolgt, da er in diesem Fall die Anforderungen an die Bandbreite des Analog-Digital-Umsetzers bzw. des Digital-Analog-Umsetzers reduziert werden können.
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Die Antenneneinrichtung kann mehrere Sendeantennen und/oder mehrere Empfangsantennen umfassen. Insbesondere wenn die Antenneneinrichtungen als Teil eines Halbleiterbauteils ausgebildet sind, kann in diesem Fall trotz einer kompakten Bauform ein flexibles Senden und Empfangen von Radarstrahlung erreicht werden.
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Durch die Zentraleinrichtung kann ein Synchronisierungssignal zur Zeitsynchronisation der Antenneneinrichtung mit der Zentraleinrichtung über den Lichtleiter übertragbar sein. Wird dieses Synchronisierungssignal an mehrere Antenneneinrichtungen übertragen, erfolgt somit auch eine Zeitsynchronisation der Antenneneinrichtungen untereinander. Die Synchronisation kann beispielsweise durch einen Synchronisationspuls, ein Taktsignal oder Ähnliches erfolgen.
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Die Erfassungseinrichtung umfasst mehrere der Antenneneinrichtungen, wobei wenigstens eine erste der Antenneneinrichtungen direkt mit der Zentraleinrichtung verbunden ist, wobei wenigstens eine zweite der Antenneneinrichtungen indirekt über die erste Antenneneinrichtungen mit der Zentraleinrichtung verbunden ist, wobei zur Übertragung von Steuersignalen und/oder von Empfangssignalen oder von aus diesen abgeleiteten Signalen zwischen der Zentraleinrichtung und einer bestimmten Antenneneinrichtung diese von Antenneneinrichtung zu Antenneneinrichtung weiterleitbar sind, bis sie ausgehend von der Zentraleinrichtung die bestimmte Antenneneinrichtung und/oder ausgehend von der bestimmten Antenneneinrichtung die Zentraleinrichtung erreichen. Die Antenneneinrichtungen können somit mit der Zentraleinrichtung in einer Linien-Topologie verschaltet sein. Dies bedeutet im einfachsten Fall, dass jede der Antenneneinrichtungen entweder mit der Zentraleinrichtung und einer weiteren Antenneneinrichtung oder mit zwei Antenneneinrichtungen oder nur mit einer einzigen Antenneneinrichtung verbunden sein kann. Die Antenneneinrichtungen können somit in Serie geschaltet sein, wobei die weiteren zwischen die Antenneneinrichtung und die Zentraleinrichtung geschalteten Antenneneinrichtungen als Repeater für das Signal wirken. Im Gegensatz zu einer sternförmigen Vernetzung, bei der eine separate Verbindung jeder einzelnen der Antenneneinrichtungen mit der Zentraleinrichtung erforderlich ist, kann somit eine einfachere Anbindung der Antenneneinrichtungen an die Zentraleinrichtung erreicht werden.
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Die Erfassungseinrichtung kann mehrere der Antenneneinrichtungen umfassen, die in einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Beispielsweise können drei, vier, fünf oder mehr Antenneneinrichtungen in einem Stoßfänger vorgesehen sein. Vorzugsweise sind Antenneneinrichtungen zumindest in dem Front-Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Die Zentraleinrichtung kann wenigstens eine weitere Sendeantenne und/oder wenigstens eine weitere Empfangsantenne umfassen. In diesem Fall kann die Zentraleinrichtung quasi als zusätzliche Antenneneinrichtung dienen, so dass beispielsweise in einem Stoßfänger drei Einrichtungen angeordnet sein können, die jeweils Sende- und/oder Empfangsantennen aufweisen, wobei eine davon die Zentraleinrichtung und die anderen beiden mit dieser verbundene Antenneneinrichtungen sind.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug,
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2 eine geschnittene Detailansicht des in 1 gezeigten Kraftfahrzeugs, und
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3 den Aufbau einer der in 2 gezeigten Antenneneinrichtungen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Erfassungseinrichtung zur winkelaufgelösten Erfassung des Kraftfahrzeugumfelds durch ein Radarverfahren. Als Komponenten der Erfassungseinrichtung sind schematisch die in einem vorderen Stoßfänger 5 des Kraftfahrzeugs 1 angeordneten Antenneneinrichtungen 2, 3 dargestellt, die zum Senden von Sendesignalen und zum Empfangen von Empfangssignalen eingerichtet sind. Zudem ist eine Zentraleinrichtung 4 dargestellt, über die der Sendebetrieb der Antenneneinrichtungen 2, 3 steuerbar ist und die empfangenen Empfangssignale auswertbar sind.
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Der Aufbau der Erfassungseinrichtung wird detailliert mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert, wobei 2 eine geschnittene Detailansicht des in 2 gezeigten Kraftfahrzeugs ist, die die Zentraleinrichtung 4 und die Antenneneinrichtungen 2, 3 zeigt, und 3 schematisch die Komponenten der Antenneneinrichtung 2 und deren Zusammenwirken darstellt. Wie in 2 dargestellt, sind die Steuereinrichtung 4 und die Antenneneinrichtungen 2, 3 zwischen einer Außenwand 12 des Stoßfängers 5, die bei einem lackierten Stoßfänger 5 eine Lackschicht 13 tragen kann, und einer auf diese aufgesetzten Innenwand 14 des Stoßfängers 5 angeordnet. Beim Aufbau des Stoßfängers 5 können die Antenneneinrichtungen 2, 3 und die Zentraleinrichtung 4 an der Außenwand 12 des Stoßfängers 5 befestigt, beispielsweise verklebt, werden und anschließend kann die Innenwand 14 aufgesetzt werden. Es resultiert somit ein einfach zu verbauendes Stoßfängermodul, wobei die Erfassungseinrichtung über einen durch die Innenwand 14 geführten Anschluss 15 beispielsweise über einen Fahrzeugbus mit weiteren Fahrzeugkomponente verbindbar ist, für die die Erfassungseinrichtung Umfeldinformationen bereitstellen soll. Durch den im Folgenden noch detaillierter beschriebenen Aufbau der Erfassungseinrichtung kann eine Radarerfassung mit hoher Reichweite, Entfernungsauflösung und Winkelauflösung bereitgestellt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Erfassungseinrichtung zur Datenbereitstellung für ein Fahrerassistenzsystem dient, das Notbremsfunktionen oder eine Abstandsregelung bereitstellt. Die durch die Erfassungseinrichtung bereitgestellten hochaufgelösten Umfeldinformationen können auch dazu dienen, das Kraftfahrzeug 1 durch ein Fahrerassistenzsystem assistiert oder automatisiert zu führen.
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Die Zentraleinrichtung 4 ist mit den Antenneneinrichtungen 2, 3 über Lichtleiter 6 zur optischen Signalübertragung verbunden. Hierbei ist eine erste Antenneneinrichtung 2 direkt mit der Zentraleinrichtung 4 verbunden und eine zweite Antenneneinrichtung 3 ist indirekt über die erste Antenneneinrichtung 2 mit der Zentraleinrichtung 4 verbunden. Die Zentraleinrichtung 4 und die Antenneneinrichtungen 2, 3 sind somit in Form einer Linien-Topologie verbunden, so dass eine Signalübertragung von der Zentraleinrichtung 4 zu der Antenneneinrichtung 3 derart verläuft, dass die Signale zunächst zu der Antenneneinrichtung 2 und anschließend von dieser zu der Antenneneinrichtung 3 übertragen werden. Die Übertragung der Empfangssignale bzw. der daraus abgeleiteten Signale erfolgt umgekehrt.
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Um eine zuverlässige und einfache Verbindung der Lichtleiter 6 mit den Antenneneinrichtungen 2, 3 bzw. der Zentraleinrichtung 4 zu ermöglichen, sind jeweils Verbindungseinrichtungen 16, 17 vorgesehen, die beispielsweise als Buchsen für an den Glasfasern 6 angeordnete Stecker ausgebildet sein können. Die Verarbeitung bzw. Bereitstellung der optischen Signale wird im Folgenden ausschließlich für die Antenneneinrichtung 2 beschrieben. Die Antenneneinrichtung 3 ist im Wesentlichen identisch zur Antenneneinrichtung 2, wobei jedoch ausschließlich eine Verbindungseinrichtung 16, 17 vorgesehen ist, da die Antenneneinrichtung 3 das Ende der mit der Zentraleinrichtung 4 begonnenen Kommunikationslinie über die Lichtleiter 6 bildet. Das Vorsehen einer weiteren Verbindungseinrichtung 16, 17 zum Anschluss weiterer Antenneneinrichtungen 2, 3 ist somit nicht notwendig. Die Zentraleinrichtung 4 entspricht im Aufbau ebenfalls im Wesentlichen der Antenneneinrichtung 2, wobei ebenfalls nur eine Verbindungseinrichtung 16, 17 vorgesehen ist. Zusätzlich zu den Komponenten der Antenneneinrichtung 2 weist die Zentraleinrichtung 4 den bereits erläuterten Anschluss 15 zur Kommunikation mit einem Bordnetz und eine Signalverarbeitungseinrichtung 18, beispielsweise einen DSP-Chip, auf.
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Zur Kommunikation zwischen der Zentraleinrichtung 4 und der Antenneneinrichtung 2 werden beispielhaft genau zwei Lichtleiter 6 genutzt, wobei einer der Lichtleiter 6 zum Senden von Steuersignalen zu den Antenneneinrichtungen 2, 3 dient und der andere zur Führung von aus den Empfangssignalen der Antenneneinrichtungen 2, 3 abgeleiteten Signalen an die Zentraleinrichtung 4. Eine Aussendung von Steuersignalen erfolgt derart, dass zentraleinrichtungsseitig ein elektro-optischer Umsetzer angesteuert wird, um digitale Steuersignale in eine Lichtmodulation umzusetzen, die über den Lichtleiter 6 übertragen wird und von der Verbindungseinrichtung 17 dem opto-elektrischen Umsetzer 7 zugeführt wird, der aus dem Lichtsignal wiederum ein elektrisches Signal erzeugt und dieses dem Interface 25 zuführt. Ist das entsprechende Steuersignal an die Antenneneinrichtung 3 adressiert, so erkennt das Interface 25, dass das entsprechende Signal weitergeleitet werden soll, und führt es dem elektro-optischen Umsetzer 9 zu, der es über die Verbindungseinrichtung 18 in eine weitere Glasfaser 6 jenes Glasfaserbündels einkoppelt, das die Antenneneinrichtungen 2, 3 miteinander verbindet.
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Handelt es sich bei dem Steuersignal jedoch um ein Sendesignal, das über die Sendeantennen 20 der Antenneneinrichtung 2 ausgegeben werden soll, wird es der Sendesteuerung 19 zugeführt. Diese führt ein Demultiplexing durch, das heißt die gemeinsam übertragenen, den verschiedenen Sendeantennen 20 zugeordneten Sendesignale werden voneinander getrennt, und wandelt die einzelnen digitalen Sendesignale in analoge Sendesignale, die den Sendeantennen zugeführt werden. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind potentiell genutzte Verstärker, Bandpässe und Ähnliches nicht gezeigt. Ein Signal mit der Frequenz des Sendesignals wird zudem den, wie später erläutert, beim Empfang genutzten Frequenzumsetzerschaltungen 22 zugeführt.
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Um ein kohärentes Senden und Empfangen durch die Sendeantennen 20 und die Empfangsantennen 21 der Antenneneinrichtungen 2, 3 und die Sende- und Empfangsantennen der Zentraleinrichtung 4 zu ermöglichen, ist es notwendig, dass die Sample-Takte der senderseitigen und der empfangsseitigen Digital-Analog- bzw. Analog-Digital-Umsetzung zwischen den einzelnen Antenneneinrichtungen 2, 3 und der Zentraleinrichtung 4 synchronisiert sind. Hierzu kann die Steuereinrichtung 4 als ein mögliches Steuersignal ein Taktsignal an die Antenneneinrichtungen 2, 3 senden, das dazu dient, nicht gezeigte interne Takteinrichtungen der Antenneneinrichtungen 2, 3 zu einer Takteinrichtung der Zentraleinrichtung 4 zu synchronisieren. Wird beispielsweise eine Radarstrahlung mit einer Mittenfrequenz von 77 GHz genutzt, ist die Schwingungsperiode einer derartigen Radarstrahlung ungefähr 10 Pikosekunden. Daher können bereits Laufzeitabweichungen im Femtosekundenbereich zu einer Verschlechterung des Messergebnisses führen. Durch eine digitale Synchronisation der Antenneneinrichtungen 2, 3 und der Zentraleinrichtung 4 und die geringen Signallaufzeiten im Lichtleiter kann eine sehr gute Synchronisation und somit eine sehr gute Signalqualität auch bei komplexen Sende- und/oder Empfangsvorgängen erreicht werden, an der eine Vielzahl von Sende- und/oder Empfangsantennen beteiligt ist.
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Durch die Empfangsantennen 21 empfangene Signale werden zunächst durch die Frequenzumsetzerschaltungen 22, die als Mischer ausgebildet sind, multiplikativ mit einem Signal gemischt, das im Frequenzbereich der Sendefrequenz liegt, und somit in ein Basisband umgesetzt. Dies reduziert die notwendige Bandbreite der Empfangssignalverarbeitung 23, die die einzelnen, aus den Empfangssignalen durch Frequenzumsetzung abgeleiteten Signale digitalisiert, in einen Datenstrom einfügt und an das Interface 25 bereitstellt. Von diesem werden diese aus dem Empfangssignal abgeleiteten Daten über den elektro-optischen Wandler 8 in ein optisches Signal gewandelt, das über die Verbindungseinrichtung 17 einer der Glasfasern 6 zugeführt und somit an die Zentraleinrichtung 4 übertragen wird.
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Signale, die aus den Empfangssignalen von Empfangsantennen der Antenneneinrichtung 3 abgeleitet wurden, werden über einen Lichtleiter 6 der Verbindungseinrichtung 16 und von dort dem opto-elektrischen Wandler 10 zugeführt. Das Interface 25 erkennt, dass diese Daten an die Zentraleinrichtung 4 weitergeleitet werden sollen, und führt sie daher dem elektro-optischen Wandler 8 zu, um sie über die Glasfaser 6 an die Zentraleinrichtung 4 weiterzugeben.
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Die erläuterten Komponenten der Antenneneinrichtung 2 sind auf einer Leiterplatte (Printed Circuit Bord, PCB) angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Montage der einzelnen Antenneneinrichtungen als Module in dem Stoßfänger 5.
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Mit der gezeigten Erfassungseinrichtung ist es prinzipiell möglich, die einzelnen Empfangs- und Sendeantennen 20, 21 separat voneinander zu betreiben. In diesem Fall erfolgt ein Empfang von Radarsignalen aus, bzw. ein Aussenden von Radarsignalen in einen Raumwinkel 24, der durch die Abstrahl- bzw. Empfangsgeometrie der jeweiligen Sende- bzw. Empfangsantenne 20, 21 vorgegeben ist. Da jedoch ein kohärentes, das heißt ein zeitsynchrones Senden und Empfangen über die Sende- und Empfangsantennen 20, 21 möglich ist, sind auch komplexere Betriebsmodi möglich, die ein kohärentes Senden bzw. Empfangen mit Sende- bzw. Empfangsantennen 20, 21 verschiedener Antenneneinrichtungen 2, 3 bzw. der Zentraleinrichtung erfordern. Ein einfaches Beispiel hierfür ist ein sende- bzw. empfangsseitiges beam-forming. Bei einem sendeseitigen beam-forming kann der Winkelbereich, in den Radarstrahlung abgestrahlt wird, verschwenkt werden. Dies ist möglich, indem durch mehrere Sendeantennen 20 Radarwellen mit einer jeweils vorgegebenen relativen Phase und Amplitude abgestrahlt werden. In Abhängigkeit der jeweiligen Amplituden und Phasen können unterschiedliche Raumwinkel bestrahlt werden, womit die Winkelauflösung im Rahmen der Umfelderfassung verbessert werden kann. Bei einem empfangsseitigen beam-forming werden die empfangenen Signale überlagert, wobei jeweils Amplituden und relative Verzögerungen und somit Phasenlagen vorgegeben werden. Hiermit kann als Bereich hoher Empfangsempfindlichkeit ein relativ schmaler verschwenkbarer Raumwinkel eingestellt werden. Somit kann auch empfangsseitig die Winkelauflösung erhöht werden. Ein entsprechendes beam-forming kann jedoch auch genutzt werden, um durch eine konstruktive Interferenz sende- und/oder empfangsseitig die Reichweite der Erfassungseinrichtung zu erhöhen.
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Signalverarbeitung, abgesehen von einem Mischen der Empfangssignale in das Basisband, vollständig in der Zentraleinrichtung 4. Es ist jedoch auch möglich, weitere Teile der Signalverarbeitung in den einzelnen Antenneneinrichtungen 2, 3 durchzuführen. Beispielsweise kann auch sendeseitig eine Frequenzumsetzung erfolgen. Die Sendesignale können in diesem Fall durch die Zentraleinrichtung 4 in einem Basisband generiert und an die Antenneneinrichtung 2, 3 übertragen werden und erst dort kann eine Frequenzumsetzung erfolgen. In einer Fortführung dieses Ansatzes wäre es auch möglich, die Generierung von Frequenzrampen oder ähnliches in die einzelnen Antenneneinrichtungen 2 zu verlegen, wobei die Zentraleinrichtung in diesem Fall die Generierung der Frequenzrampen steuern und synchronisieren würde.
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Andererseits wäre es auch möglich, den Aufbau der einzelnen Antenneneinrichtungen 2, 3 zu vereinfachen. Ein besonders einfacher Aufbau der Antenneneinrichtungen ist dann möglich, wenn die Steuereinrichtung 4 bereits analoge Sendesignale bzw. frequenzumgesetzte Sendesignale bereitstellt und analoge Empfangssignale bzw. frequenzumgesetzte Empfangssignale empfängt. Analoge Signale können durch den Lichtleiter 6 übertragen werden, indem senderseitig eine elektro-optische Umsetzung und empfangsseitig eine opto-elektrische Umsetzung erfolgt. Derart einfache Antenneneinrichtungen 2, 3 können realisiert werden, indem jede der Antenneneinrichtungen 2, 3 sternförmig mit der Zentraleinrichtung 4 verbunden ist. In diesem Fall kann die Zentraleinrichtung 4 direkt mit den einzelnen Antenneneinrichtungen 2, 3 kommunizieren. Es ist jedoch auch möglich, mehrere analoge Signale gemeinsam über einen Lichtleiter zu übertragen, wobei beispielsweise die in 2 dargestellte Linien-Topologie auch bei einer analogen Übertragung realisiert werden kann. Hierzu kann auf den einzelnen Lichtleitern ein Frequenzmultiplexing genutzt werden, das die verschiedenen analogen Signal in verschiedene Frequenzbereiche umsetzt.
