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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aussenden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung, wobei zum Aussenden und Empfangen unterschiedliche Antennen verwendet werden, und hierfür eine erste Antenne oder eine erste Gruppe von Antennen zum Senden in einer ersten Polarisationsform verwendet wird, eine zweite Antenne oder eine zweite Gruppe von Antennen zum Senden in einer zweiten Polarisationsform verwendet wird und eine dritte Antenne oder eine dritte Gruppe von Antennen zum Empfangen der reflektierten elektromagnetischen Strahlung verwendet wird, die von der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen sowie der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen ausgesendet wurde. Die im Rahmen der Erfindung offenbarte Vorrichtung kann vorteilhaft an einem Kraftfahrzeug befestigt sein und zur Objektdetektion im Rahmen einer Abstands- und Geschwindigkeitsregelung oder einer Kollisionsvermeidung eingesetzt werden und dabei bei der Ausbreitung der beiden unterschiedlich polarisierten elektromagnetischen Wellen über unterschiedliche Ausbreitungswege die aus den unterschiedlichen Empfangspegeln gewonnene polarimetrische Information zur Straßenzustandserkennung, insbesondere zur Ermittlung des witterungsabhängigen Straßenzustands, verwendet werden.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2015 200 027 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Messpunkts bekannt. Die Vorrichtung ist ausgebildet mit einer Sendeeinrichtung, mittels welcher elektromagnetische Wellen mit einer ersten Polarisation aussendbar sind, so dass durch eine optische Wechselwirkung mit dem Messpunkt elektromagnetische Wellen in einer zweiten und/oder mit einer dritten Polarisation erzeugbar sind. Weiterhin weist die Vorrichtung eine erste Detektoreinrichtung zum Detektieren einer ersten Strahlungsleistung an dem Messpunkt erzeugter elektromagnetischer Wellen mit der zweiten Polarisation auf, die ein erstes Messsignal basierend auf der detektierten ersten Strahlungsleistung basiert. Weiterhin ist eine zweite Detektoreinrichtung zum Detektieren einer zweiten Strahlungsleistung an dem Messpunkt erzeugter elektromagnetischer Wellen mit der dritten Polarisation vorgesehen, welche von der zweiten Polarisation verschieden ist und zum Erzeugen eines zweiten Messsignals basierend auf der detektierten zweiten Strahlungsleistung vorgesehen ist. Durch den Vergleich des ersten Messsignals mit dem zweiten Messsignal können Eigenschaften des Messpunkts bestimmt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, ein System, insbesondere für Mikrowellen oder Millimeterwellen anzugeben, mit dem Empfangssignale in unterschiedlichen Polarisationsformen ausgesandt und empfangen werden und über einen Pegelvergleich der Empfangssignale voneinander getrennt werden können und damit beispielsweise eine Straßenzustandserkennung, insbesondere eine Erkennung des Witterungszustands der Straßenoberfläche durchzuführen.
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Erfindungsgemäß wird dieses durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dabei ist vorgesehen, dass das System zum Aussenden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung als bistatischer Sensor ausgebildet ist, bei dem zum Senden und zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung jeweils getrennte Antennen bzw. getrennte Antennengruppen vorgesehen sind.
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Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die erste Polarisationsform und die zweite Polarisationsform im Wesentlichen orthogonale Polarisationen sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Polarisationsform jeweils linear/vertikal und linear/horizontal polarisiert sind oder rechtsdrehend zirkular und linksdrehend zirkular polarisiert sind oder linear/diagonal und linear/antidiagonal polarisiert sind oder andere Formen, zueinander orthogonale Polarisationen aufweisen. Dabei ist unter dem Begriff der orthogonalen Polarisation zu verstehen, dass die beiden Polarisationsrichtungen voneinander linear unabhängig sind. Weiterhin ist es Gegenstand dieser Weiterbildung, dass die beiden Polarisationsformen lediglich im Wesentlichen zueinander orthogonal sind, da eine 100 %ige Orthogonalität der beiden Polarisationsformen in der Realität nur schwer zu erreichen ist. Die Erfindung funktioniert in der Realität auch nur bei annähernder Orthogonalität, so dass die exakte, reine Orthogonalität zwar auch Gegenstand dieser Weiterbildung ist, jedoch die Erfindung darauf nicht beschränkt ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die dritte Antenne oder die dritte Gruppe von Antennen sowohl die erste Polarisationsform, als auch die zweite Polarisationsform empfangen kann. Nachdem mittels der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen und der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen elektromagnetische Signale ausgesandt werden, werden mit der dritten Antenne oder der dritten Gruppe von Antennen die elektromagnetischen Signale empfangen. Dabei ist die Empfangsantenne oder sind die Empfangsantennen so ausgebildet, dass diese beide zueinander im Wesentlichen orthogonalen Signale mittels einer einzigen Antenne empfangen kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die erste Antenne oder die erste Gruppe von Antennen aus horizontal polarisiert sendenden Einzelspalten oder Doppelspalten besteht. Eine Einzelspalte ist dabei eine Zuleitung, die über eine Versorgungsleitung in abzweigende Stichleitungen mündet, wobei die Stichleitungen in ihrer Länge und Breite so ausgebildet sind, dass diese dass elektromagnetische Signal abstrahlen können. Bei einer vertikalen Ausrichtung der Speiseleitung auf der Leiterplatte, wobei der Normalenvektor der Leiterplatte in Sende- und Empfangsrichtung orientiert ist, ergibt sich ein breiter Sichtbereich von etwa +/- 60° sowie ein geringer Gewinn in Hauptstrahlrichtung im Vergleich zur zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen. Aufgrund der geringen Apertur der Antenne entsteht somit ein breites, jedoch nicht sehr weit reichendes Erfassungsfeld.
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Bei der Ausführung der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen in Form von Doppelspalten erhöht sich sowohl die abgestrahlte Leistung als auch die Apertur der Antenne, so dass damit der Erfassungsbereich je nach Anwendungsfall auch weitreichender und schmaler als in der Ausführungsform mit Einzelspalten ausgestaltet werden kann. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die dritte Antenne oder die dritte Gruppe von Antennen aus einer Kombination horizontal polarisiert empfangender Einzelspalten oder Doppelspalten gemäß der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen und vertikal polarisiert empfangender mehrspaltiger Arrays von Patch-Antennen gemäß der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen besteht. Hierdurch ist es möglich, dass die Empfangsantenne oder die Gruppe von Empfangsantennen die Sendesignale beider Sendeantennen oder beider Gruppen von Sendeantennen empfangen kann und hierfür kein doppelter Platzbedarf auf der Platine erforderlich ist sowie beide Polarisationsformen im gleichen Empfangskanal ausgewertet werden können, so dass auch nicht mehrere parallel ausgeführten Empfangskanäle notwendig sind.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die zweite Antenne oder die zweite Gruppe von Antennen aus einem oder mehreren vertikal polarisiert sendenden mehrspaltigem Array von Patch-Antennen besteht. Bei dieser Art der Ausführung der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen sind an die Speiseleitung parallel geschaltete, abzweigende Versorgungsleitungen , nämlich für jede Antennenspalte eine Leitung, angekoppelt, wobei diese Versorgungsleitungen geometrisch zueinander parallel weiterverlaufen und dabei jeweils eine Reihe von Patch-Antennen, die zueinander in Serie geschaltet sind, versorgen. Bei einer vertikalen Ausrichtung der Speiseleitungen der mehreren Spalten von Antennen-Arrays ergibt sich aufgrund der größeren Apertur dieser Antenne ein schmalerer Sichtbereich von etwa +/- 20° und ein höherer Gewinn in Hauptstrahlrichtung im Vergleich zur ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen. Es entsteht hierfür ein Erfassungsbereich der schmaler, jedoch weitreichender ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Sendesignale der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen und die Sendesignale der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen unterschiedliche Entfernungsbereiche erfassen. Weiterhin kann in Kombination oder alternativ hierzu vorgesehen sein, dass die Sendesignale der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen und die Sendesignale der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen unterschiedliche Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs aufweisen.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausführung, dass die erste Antenne oder die erste Gruppe von Antennen, die aus horizontal polarisiert sendenden Einzelspalten oder Doppelspalten besteht, einen nahen Entfernungsbereich und einen großen Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs aufweist und die zweite Antenne oder die zweite Gruppe von Antennen, die aus einem oder mehreren vertikal polarisiert sendenden mehrspaltigem Array von Patch-Antennen besteht, einen weiten Entfernungsbereich und einen kleinen Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs aufweist.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die dritte Antenne oder die dritte Gruppe von Antennen aus den Empfangspegeln der Empfangssignale der beiden orthogonalen Polarisationsformen die polarimetrische Information des reflektierenden Objekts bestimmt wird. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, dass bei der Bestimmung der Empfangspegel der Empfangssignale der beiden im Wesentlichen orthogonalen Polarisationsformen die unterschiedlichen Gruppenfaktoren der jeweils beteiligten Sende- und Empfangsantennen sowie die unterschiedlichen Gewinnfaktoren der Antennen berücksichtigt werden.
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Durch die unterschiedlichen Aperturen und damit unterschiedlichen Reichweiten und Öffnungswinkeln sind die Empfangspegel der beiden elektromagnetischen Signale mit unterschiedlichen Polarisationsformen nicht direkt miteinander vergleichbar. Werden diese Empfangspegel jedoch mit den jeweiligen Gewinn- und Gruppenfaktoren gewichtet, so sind die Empfangspegel miteinander vergleichbar und es kann die Reflektivität der einzelnen Polarisationsformen, gegebenenfalls auf unterschiedlichen Empfangswegen, ausgewertet werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere an der Kraftfahrzeugfront befestigt ist und eine Objektdetektion im Rahmen einer Abstands- und Geschwindigkeitsregelung oder einer Kollisionsvermeidungs-Funktion durchführt. Da die Empfangssignale neben der polarimetrischen Messung auch eine Auswertung der Signallaufzeit und eines Dopplereffekts eines detektierten Objektes ermöglicht, kann das erfindungsgemäße System neben der polarimetrischen Messung auch eine Abstandsregelung oder eine Auslösung einer Notbremsung zur Vermeidung einer Kollision durchführen.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass bei der Ausbreitung der beiden unterschiedlich polarisierten elektromagnetischen Wellen über unterschiedliche Ausbreitungswege, die aus den unterschiedlichen Empfangspegeln gewonnene polarimetrische Information zur Straßenzustandserkennung, insbesondere zur Ermittlung des witterungsabhängigen Straßenzustands verwendet wird. Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass das Reflexionsvermögen unterschiedlicher Ausbreitungswege analysiert wird und damit die Rauigkeit der Asphaltoberfläche der befahrenen Straße, das Vorhandensein von Schlaglöchern in der Fahrbahnoberfläche, Bodenwellen in der Fahrbahn oder ein Witterungszustand der Fahrbahnoberfläche erkannt wird und dabei insbesondere ermittelt wird, ob die Straßenoberfläche trocken, nass, schneebedeckt oder vereist ist. Vorteilhafterweise kann dem Messergebnis direkt ein µ-Faktor zugeordnet werden, um die Griffigkeit der Reifen auf der momentan befahrenen Fahrbahnoberfläche zu beschreiben.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Sende- und Empfangssystems,
- 2 eine Antennenausführung als Einzelspalte, die vorteilhafterweise als erste Antenne verwendet wird,
- 3 eine Ausführungsform der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen als Doppelspalte,
- 4 eine Ausführung der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen als mehrspaltiges Array von Patch-Antennen,
- 5 eine Ausführungsform der dritten Antenne oder dritten Gruppe von Antennen, die aus einer Kombination aus einer Antenneneinzelspalte und einem mehrspaltigen Array von Patch-Antennen besteht,
- 6 einer Ausführung der dritten Antenne oder der dritten Gruppe von Antennen, bestehend aus einer Kombination einer Antennendoppelspalte mit einem mehrspaltigen Array von Patch-Antennen,
- 7 eine beispielhafte Anordnung der drei Antennen bzw. drei Gruppen von Antennen auf einer Leiterplatte,
- 8 eine beispielhafte Fahrsituation mit Mehrwegeempfang und polarimetrische Auswertung der Empfangssignale und
- 9 ein Schaubild, das die Empfangspegel der unterschiedlichen Polarisationsformen abhängig vom Witterungszustand der Fahrbahnoberfläche darstellt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Sende- und Empfangssystems. Zu erkennen ist ein Radarsensor 1, der linkerhand dargestellt ist sowie ein detektiertes Objekt 2, das schematisch als Kreis in der rechten Hälfte der Figur dargestellt ist. Der Radarsensor 1 weist weiterhin eine erste Antenne oder eine erste Gruppe von Antennen 3 auf, mittels der ein erstes Sendesignal Tx1 ausgesandt wird. Weiterhin weist der Radarsensor 1 eine zweite Antenne oder eine zweite Gruppe von Antennen 4 auf, mittels der ein zweites Sendesignal Tx2 ausgesandt wird. Dabei sendet die erste Antenne oder erste Gruppe von Antennen 3 beispielhaft ein horizontal polarisiertes Sendesignal 6 in Richtung des zu detektierenden Objekts 2 aus. Die zweite Antenne oder zweite Gruppe von Antennen sendet ein vertikal polarisiertes Sendesignal 7 aus, das auch als Tx2 dargestellt ist. Die beiden Sendesignale Tx1 und Tx2 6,7, die zueinander im Wesentlichen orthogonal polarisierte Polarisationsformen aufweisen, werden am detektierten Objekt 2 reflektiert und als Empfangssignale 8, das ein horizontal polarisiertes Empfangssignal sowie das Empfangssignal 9, das als vertikal polarisiertes Empfangssignal ausgeführt ist, von der dritten Antenne oder dritten Gruppe von Antennen 5 des Radarsensors 1 empfangen. Die dritte Antenne oder dritte Gruppe von Antennen 5 des Radarsensors 1 ist zum Empfangen der reflektierten Sendesignale Tx1 und Tx2 als Empfangssignal Rx ausgeführt. Dabei können die Empfangssignale 8, 9 auch unterschiedliche Ausbreitungswege zwischen dem detektierten Objekt 2 und dem Radarsensor 1 aufweisen. Aus der Analyse des Empfangspegels der beiden Empfangssignale 8, 9 im Radarsensor 1 ist es weiterhin möglich, eine polarimetrische Auswertung durchzuführen und damit Eigenschaften des Materials des Reflexionspunkts zu bestimmen und damit beispielsweise den Straßenzustand, insbesondere den Witterungszustand der Fahrbahnoberfläche zu ermitteln und für Fahrfunktionen eines Fahrzeugs zu nutzen.
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In 2 ist eine Ausführungsform der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen 3 zum Senden des ersten Sendesignals Tx1, aufweisend eine erste Polarisationsform, gezeigt. Bei der Verwendung einer ersten Gruppe von Antennen 3 ist die dargestellte Einzelspalte mehrfach ausgeführt, sodass diese in mehreren Einzelspaltenantennen eine Gruppenantenne, beispielsweise zur Erhöhung der Apertur der Vorrichtung, ausgeführt ist. Es wird daher im Weiteren lediglich die erste Antenne 3 als Einzelantenne beschrieben, jedoch gelten die Ausführungen auch für die Ausführungsform, dass diese Einzelspaltenantenne mehrfach ausgeführt ist und als Gruppenantenne verwendet wird. Am unteren Ende der Abbildung wird das Sendesignal Tx1 zugeführt, das über eine beispielhaft vertikal ausgerichtete Speiseleitung der Antenne zugeführt wird. Dabei ist die Leiterplatte, auf der die Antenne 3 aufgebracht ist, parallel zur Zeichenoberfläche ausgerichtet und weist eine Sende- und Empfangseinrichtung orthogonal zur Zeichenebene auf. An dieser vertikal ausgerichteten Speiseleitung sind Stichleitungen, sogenannte Stubs, angeordnet, die als Sendeelemente wirken. Dabei ist die Länge dieser Stubs, die Breite der Stubs sowie die Abstände der Anschlusspunkte der einzelnen Stubs 11 an der Speiseleitung 10 von der Dimensionierung der Antenneneigenschaften und dem verwendeten Sendesignal, insbesondere der Sendefrequenz, abhängig zu dimensionieren und zu gestalten.
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In 3 ist eine weitere Ausführung der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen 3 in Form einer Doppelspalten-Antenne dargestellt. Dabei ist die in 2 beschriebene Einzelspalten-Antenne 3 doppelt nebeneinander ausgeführt, wobei die beiden Antennenspalten nebeneinander parallel ausgerichtet sind, so dass die beiden Speiseleitungen 10 zueinander parallel verlaufen. Beide Einzelspalten- der Doppelspaltenantennen werden mittels des gleichen Sendesignals Tx1 versorgt und senden damit gleichzeitig elektromagnetische Strahlung aus. Durch die Vergrößerung der Apertur durch Verdoppelung der Einzelspaltenantenne aus 2 in eine Doppelspaltenantenne gemäß 3 erhält man eine Antenne mit größerer Reichweite und schmalerer Sendekeule. Die Auswahl der ersten Antenne bzw. der ersten Gruppe von Antennen 3 als Einzelspaltenantenne oder Doppelspaltenantenne ist von der jeweiligen Sendeleistung, der Anwendung der Vorrichtung sowie der Ausbreitungsbedingungen abhängig und kann durch den Fachmann ohne Weiteres durchgeführt werden.
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Die von der Einzelspaltenantenne 3 nach 2 bzw. der Doppelspaltenantenne nach 3 abgestrahlten Sendesignale sind dabei horizontal polarisierte elektromagnetische Signale, deren Polarisationsebene parallel zur Ausrichtung der Sendeelemente 11 und damit orthogonal zur Ausrichtung der Speiseleitung 10 liegt.
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In 4 ist eine Ausführungsform der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen 4 als ein vertikal polarisiert sendendes, mehrspaltiges Array von Patch-Antennen dargestellt. Zu erkennen ist am unteren Ende der 4 eine Speiseleitung 12, über die ein zweites Sendesignal Tx2 zugeführt wird. Die Speiseleitung 12 verzweigt in eine Verteilleitung 13, an der mehrere Spalten 14 angeschlossen sind. Dabei sind die Spalten 14, die gemeinsam ein Array an Patch-Antennen bilden, zueinander parallel ausgerichtet. Jede Spalte besteht aus einer Abfolge von rechtwinkligen Antennenpatches 15, die durch die Serienspeisungselemente 16 miteinander seriell verbunden sind. Dabei weist jede Antennenspalte 14 die gleiche Anzahl an Antennenpatches 15 auf sowie die gleichen Längen an Serienspeisungselementen 16 zwischen den Patch-Antennen 15. Das Sendesignal Tx2, das über die Verteilleitung 13 auf alle Antennenspalten 14 der Array-Antenne 4 verteilt wird, wird durch die Antennenpatches 15 abgestrahlt, wobei die abgestrahlten, elektromagnetischen Signale Tx2 vertikal polarisierte Signale sind, deren Polarisationsebene parallel zur Ausrichtung der Antennenspalten 14 ausgerichtet sind.
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In 5 ist eine Ausführungsform der dritten Antenne bzw. dritten Gruppe von Antennen 5 zum Empfang der Empfangssignale Rx beider Polarisationsformen dargestellt. So besteht die dargestellte Ausführungsform dieser dritten Antenne bzw. dritten Gruppe von Antennen 5 aus einem mehrspaltigen Array von Patch-Antennen, bei dem eine Spalte an Patch-Antennen, vorzugsweise in der Mitte der Antenne, ausgelassen wurde. Stattdessen wurde an dieser ausgelassenen Stelle eine Einzelspaltenantenne gemäß der Ausführung der ersten Antenne oder ersten Gruppe von Antennen 3 eingefügt. So ist in 5 mittig in der Antennenstruktur die Einzelspaltenantenne 3 dargestellt, die aus einer Speiseleitung 10 mit daran abzweigenden Sendeelementen 11, den Stubs, besteht. Diese horizontal polarisiert empfangende Antennenstruktur ist links- und rechtsseits von den Spalten des vertikal polarisiert empfangenden mehrspaltigem Arrays von Patch-Antennen umgeben, das aus mehreren Antennenspalten 14 besteht und aus seriell angeordneten Patch-Antennen besteht. Sämtliche Antennenstrukturen werden mittels einer Verteilleitung 13, dargestellt am unteren Ende der 5 miteinander verbunden und über eine Empfangsleitung 17 mit einer Auswerteschaltung verbunden, so dass über die Empfangsleitung 17 das Empfangssignal Rx an die Empfangsschaltung weitergegeben wird. Die mittig in dieser Antennenstruktur dargestellte Einzelspalte 3 kann wahlweise auch am linken Rand der Antennenstruktur, am rechten Rand der Antennenstruktur oder beiderseits der Antennenstruktur angebracht sein.
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In 6 ist eine Abwandlung der in 5 vorgestellten Empfangsantenne dargestellt. So ist, wie zu 5 bereits beschrieben, in der Variante der 6 mittig eine Struktur, bestehend aus einer Doppelspalte gemäß 3, eingefügt. Diese Doppelspaltenstruktur gemäß 3 besteht aus zwei Einzelspaltenantennen 3, die wiederum jeweils aus einer Speiseleitung 10 und den horizontal polarisiert empfangenden Sendeelementen 11, den sogenannten Stubs, besteht. Beiderseits dieser Doppelspaltenstruktur sind wiederum seriell verbundene Patch-Antennenspalten 14, die als vertikal polarisiert empfangende, mehrspaltige Patch-Antennen funktionieren, angeordnet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel werden sämtliche Antennenspalten 3, 14 über eine Verbindungsleitung 13 bzw. Verteilleitung 13 zu einer Empfangsleitung 17 zusammengeführt, über die das Empfangssignal Rx einer Auswerteschaltung 19 zugeführt werden kann. Auch das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel der Empfangsantenne kann flexibel variiert werden, beispielsweise indem die beiden Einzelspalten 3 jeweils am linken sowie am rechten Rand der Patch-Antennenstruktur aufgebracht sind oder beispielsweise Einzelspaltenantennen 3 abwechselnd mit Antennenspalten 14, bestehend aus Arrays von Patch-Antennen, miteinander kombiniert werden.
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In 7 ist beispielhaft eine Sende- und Empfangsschaltung dargestellt, die im Radarsensor 1 enthalten sein kann. Dabei ist eine Hochfrequenzleiterplatte 18 dargestellt, auf der eine Sende- und Empfangsschaltung 19 aufgebracht ist. Diese Sende- und Empfangsschaltung 19 kann beispielsweise als MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) ausgeführt sein und ist in der Lage sowohl die Sendesignale Tx1, Tx2 zu erzeugen, als auch Empfangssignale Rx auszuwerten. An diese Sende- und Empfangsschaltung 19 sind die vorgesehenen Antennenstrukturen angeschlossen. So werden über die beiden Zuleitungen 20 die beiden ersten Antennen 3 bzw. die Gruppe von ersten Antennen 3 zum Senden des Sendesignals Tx1 verbunden. Diese ersten Antennen 3 bzw. erste Gruppe von Antennen 3 sind dabei die horizontal polarisiert sendenden Einzelspalten 3. Weiterhin werden von der Sende- und Empfangsschaltung 19 über die Zuleitungen 21 Sendesignale Tx2 an die zweiten Antennen 4 bzw. die zweite Gruppe von Antennen 4 geleitet, die vertikal polarisierte Sendesignale aussenden. Diese zweiten Antennen 4 bzw. diese zweite Gruppe von Antennen 4 sind als mehrspaltiges Array von Patch-Antennen ausgeführt. Im Fall, dass man mit dem Radarsensor 1 azimutale Winkel des erkannten Objekts 2 detektieren möchte, empfiehlt es sich, die zueinander gehörenden ersten Antennen 3, zweiten Antennen 4 oder dritten Antennen 5 jeweils horizontal nebeneinander anzuordnen, so dass man über die Phasenunterschiede der Einzelantennen einer jeden Gruppe von Antennen den Azimutwinkel des erkannten Objekts 2 ermitteln kann. Im oberen Teil der Hochfrequenz-Leiterplatte 18 sind die Empfangsantennen 5 dargestellt, die die dritten Antennen 5 bzw. die dritte Gruppe von Antennen 5 bilden. Diese dritten Antennen 5 bzw. dritte Gruppe von Antennen 5 bestehen aus mehreren, im dargestellten Beispiel aus 4, kombinierten Empfangsantennen, die jeweils aus einer Einzelspalte 3 und aus links- sowie rechtsseits davon angeordneten mehrspaltigen Arrays von Patch-Antennen 14, zusammengesetzt sind. Diese dargestellte Antennenstruktur des Gesamtsystems ist selbstverständlich auch mittels der alternativ dargestellten Ausführungsformen mit Doppelspaltenantennen anstatt der Einzelspaltenantennen oder anderer, dem Fachmann geläufiger Varianten der bekannten Ausführungsformen, abwandelbar.
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So kann mit dem System nach 7 über die Zuleitungen 20 auch ein horizontal polarisiertes Sendesignal Tx1 abgestrahlt werden sowie über die Zuleitungen 21 ein vertikal polarisiertes Sendesignal Tx2 abgestrahlt werden. Mittels der Empfangsantennen 5 und der Zuleitungen 22 können sowohl vertikal als auch horizontal polarisierte Empfangssignale Rx gleichzeitig empfangen werden bzw. beim abwechselnden Senden zu jedem Zeitpunkt das entsprechende Empfangssignal Rx empfangen werden, so dass eine doppelte Ausführung der Empfangskanäle nicht notwendig ist.
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In 8 ist eine beispielhafte Anwendung dieses Systems dargestellt, bei dem ein Fahrzeug 23 mittels eines Radarsensors 1 an der Fahrzeugfront ausgestattet ist. Dieses Fahrzeug 23 folgt einem vorausfahrenden Fahrzeug 24 auf der Fahrbahn 25. Dabei kann der Radarsensor 1 beispielhaft eine Abstands- und Geschwindigkeitsregelung (ACC) durchführen oder eine Notbremsfunktionalität überwachen und eine gegebenenfalls notwendige Notbremsung auslösen. Durch die erfindungsgemäße Ausführung ist der Radarsensor 1 in der Lage, die Beschaffenheit der Oberfläche der Fahrbahn 25, insbesondere die Witterungsbedingungen der Fahrbahn 25 zu ermitteln. Hierzu werden durch den Radarsensor 1 Sendesignale 26 in Richtung des vorausfahrenden Fahrzeugs 24, dem erkannten Objekt 2, ausgestrahlt. Das Sendesignal 26 besteht hierbei sowohl aus horizontal polarisierten wie aus vertikal polarisierten Sendesignalen, die entsprechend in einem gängigen Multiplexverfahren wie beispielsweise Zeitmultiplex gesendet werden.
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Die am vorausfahrenden Fahrzeug 24 reflektierten Sendesignale werden als Empfangssignale 27, 28 zum Radarsensor 1 zurückgestrahlt. Dabei ist es möglich, dass Empfangssignale als direkte Empfangssignale 27 zum Sensor 1 zurückgestrahlt werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass die am vorausfahrenden Fahrzeug 24 reflektierten Empfangssignale in Richtung der Fahrbahnoberfläche 25 zurückgestrahlt werden und an einem Reflexionspunkt 29 auf der Fahrbahnoberfläche reflektiert werden und somit als indirektes Empfangssignal 28 über den Reflexionspunkt 29 durch den Sensor 1 empfangen werden. Durch die Reflexion 29 auf der Fahrbahn ist es möglich, dass bestimmte Polarisationsanteile des indirekt empfangenen Signals 28 absorbiert oder in andere Richtungen als dem Sensor 1 reflektiert werden. Durch die Auswertung der beiden Empfangspegel des direkten Empfangssignals 27 und des indirekten Empfangssignals 28 kann damit die Reflektivität der Fahrbahnoberfläche, insbesondere die unterschiedliche Reflektivität von Signalanteilen mit veschiedenen Polarisationen ausgewertet werden, womit insbesondere auf den Witterungszustand der Fahrbahnoberfläche am Reflexionspunkt 29 geschlossen werden ermittelt werden kann.
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So ist in 9 beispielhaft ein Diagramm der Empfangssignale zu den unterschiedlichen Witterungszuständen nass und trocken dargestellt. Auf der Abszisse ist eine Abstandsachse 31 dargestellt, die den Abstand des vorausfahrenden Fahrzeugs 24 zum eigenen Fahrzeug 23 angibt. Auf der Ordinate 30 ist das Rauschsignalverhältnis SNR der Empfangspegel der Empfangssignale 27, 28 aufgetragen. Durch die dargestellten Kurven kann zwischen dem trockenen und dem nassen Fall der Fahrbahnoberfläche 25 unterschieden werden. So ist durch die durchgezogenen Linien 35, 36 der Verlauf der Empfangspegel über die Abstände für eine trockene Straße aufgetragen, wobei die Linie 35 die vertikale Polarisation auf der trockenen Fahrbahnoberfläche sowie die Linie 36 die horizontale Polarisation auf trockener Straße darstellt. Die vertikal polarisierten Empfangssignale repräsentieren hierbei das direkte Empfangssignal 27 und das schwächere Empfangssignal 36 das horizontal polarisierte, indirekte Empfangssignal 28. Fährt man von trockener Fahrbahn auf einen nassen Fahrbahnabschnitt, so ändert sich nicht die Entfernung der Empfangspegel, jedoch deren Intensitäten. So wird der Empfangspegel des vertikal polarisierten, direkten Empfangssignals 27 auf nasser Fahrbahn vom Kurvenverlauf 35 zum Kurvenverlauf 33 angehoben und das indirekte, horizontal polarisierte Empfangssignal 28 vom Verlauf 36 abgeschwächt, so dass sich der Verlauf der gestrichelten Linie 34 ergibt. Durch die Veränderung der Intensitäten der beiden Empfangspegel kann hierbei auf eine nasse Fahrbahn geschlossen werden, da sich das Verhalten der Kurven zueinander und die Position der destruktiven Interferenz zwischen den beiden Polarisationen unterscheidet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015200027 A1 [0002]
