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Die Erfindung betrifft ein Radarsensorsystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Radarsensorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt.
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Stand der Technik
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Aktuell befindet sich der Markt der Fahrerassistenzsysteme im Umbruch. Während in den letzten Jahren hauptsächlich preisgünstige Sensorik im Vordergrund stand, zeigt sich aktuell der Trend zum hochautonomen Fahren mit wesentlich höheren Ansprüchen an die Sensorik. Die höheren Anforderungen resultieren oft in der erhöhten Anzahl an Empfangs- und Sendekanälen. Viele Sendekanäle führen jedoch zu dem Problem, dass sie im Zeitmultiplexbetrieb bei einer vorgegebenen Gesamtmesszeit zu einer geringen Messzeit pro Schaltzustand führen und somit das S/N-Verhältnis sinkt. Eine bekannte Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist ein Frequenzmultiplex- oder ein Codemultiplexbetrieb der Sender, bei dem mehrere Sender gleichzeitig arbeiten. Jedoch ergeben sich durch das Frequenzmultiplexverfahren erhöhte Anforderungen an die Basisbandkette und durch das Codemultiplexverfahren ein begrenzter Dynamikbereich bzw. Mehrfachbelegung des Spektrums.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radarsensorsystem mit verbesserter Betriebscharakteristik bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Radarsensorsystem, aufweisend:
- - wenigstens zwei HF-Bauelemente mit jeweils wenigstens einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Radarwellen und jeweils wenigstens einer Antennensteuerung zum Betreiben der wenigstens einen Antenne; und
- - eine Synchronisationsleitung, mittels der die HF-Bauelemente funktional verbunden sind; wobei
- - eine Länge der Synchronisationsleitung derart ist, dass in einem Basisband ein detektiertes Ziel als ein Bin-Paar repräsentierbar ist, wobei die Bins des Bin-Paars um ein definiertes Ausmaß voneinander versetzt sind.
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Vorteilhaft kann der Bin-Versatz genutzt werden, um Signale von verschiedenen Sendern voneinander trennen zu können. Im Ergebnis ist dadurch eine Winkelauflösung bzw. -auswertung verbessert und Kosten können dadurch eingespart werden, dass Aufwendungen für Code- und Frequenzmultiplexeinrichtungen eingespart werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines Radarsensorsystems, aufweisend die Schritte:
- - Bereitstellen von wenigstens zwei HF-Bauelementen, mit jeweils wenigstens einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Radarwellen und jeweils wenigstens einer Antennensteuerung zum Betreiben der wenigstens einen Antenne; und
- - Bereitstellen einer Synchronisationsleitung, mittels der die HF-Bauelemente funktional verbunden sind, wobei eine Länge der Synchronisationsleitung derart ausgebildet wird, dass in einem Basisband ein detektiertes Ziel als ein Bin-Paar repräsentierbar ist, wobei die Bins des Bin-Paars um ein definiertes Ausmaß voneinander versetzt sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Radarsensorsystems sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Radarsensorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bin-Versatz weniger als ein Bin, vorzugsweise ca. 0,2 bis 0,5 Bin beträgt. Auf diese Weise wird ein guter Kompromiss betreffend Ortstrennfähigkeit und Winkelauflösung des Radarsensorsystems bereitgestellt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Radarsensorsystems sieht vor, dass die Synchronisationsleitung als eine reale Leitung ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der angestrebte Effekt des Entfernungs-Bin- Versatzes besonders einfach realisiert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Radarsensorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Wirkung der Synchronisationsleitung betreffend Bin-Versatz mittels eines Einseitenband-Modulators generierbar ist, wobei mittels des Einseitenband-Modulators Sendesignale der HF-Bauelemente um eine bestimmte Frequenz gegeneinander verschiebbar sind. Auf diese Weise wird eine Art „künstliche Leitung“ ausgebildet, die im Ergebnis denselben Effekt erzielt wie eine reale Leitung. Ein Frequenz-Versatz ist dabei ein Äquivalent der realen Leitung.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Radarsensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass die HF-Bauelemente eine Selbstspeisungseinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, den Bin-Versatz definierbar auszubilden. Auf diese Weise wird vorteilhaft ein weiterer Parameter bereitgestellt, mit dem der angestrebte Bin-Versatz der Entfernungs-Bins noch feiner definierbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Radarsensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass die durch den Bin-Versatz trennbaren Sender für die Winkelauswertung genutzt werden. Dadurch kann vorteilhaft der Bin-Versatz genutzt werden, um die Sender zu trennen und damit Winkel zu schätzen.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Radarsensorsystems;
- 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Radarsensorsystems;
- 3a, 3b schematische Darstellungen einer Funktionsweise des vorgeschlagenen Radarsensorsystems; und
- 4 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Herstellen eines Radarsensorsystems.
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In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
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Aktuelle Radarsensoren weisen üblicherweise viele HF-Kanäle zum Erzeugen und zum Empfangen von Radarwellen auf. Dabei können im Normalbetrieb alle HF-Bausteine gleichzeitig im Betrieb sein.
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Dadurch, dass alle HF-Komponenten von einem gemeinsamen Taktgeber mit einer Nutz- bzw. Basisfrequenz gespeist werden, weist das Radarsensorsystem eine hohe Kohärenz auf. Insbesondere können die unterschiedlichen HF-Bauelemente mit identischer Betriebsfrequenz betrieben werden, wodurch eine redundante und kohärente Taktversorgung von mehreren HF-Bauelementen ermöglicht wird.
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Vorzugsweise kann zumindest ein Teil der im Radarsensorsystem verwendeten HF-Bauelemente mit einem Takt bzw. einer Nutzfrequenz versorgt werden. Im Normalbetrieb können alle HF-Bauelemente bzw. Antennensteuerungen des Radarsensorsystems mit demselben Takt von mindestens einem Taktgeber versorgt und somit alle Daten miteinander verrechnet werden.
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In einem Normalbetrieb des Radarsensorsystems erfolgt durch mindestens einen Taktgeber eine gleichzeitige Taktversorgung aller Antennensteuerungen bzw. HF-Bauelemente. Durch die Taktversorgung aus einer Quelle kann eine hohe Kohärenz aller HF-Bauelemente des Radarsensorsystems realisiert werden. Weist ein Taktgeber beispielsweise einen Defekt auf, dann kann über die Steuereinheit mindestens ein weiterer Taktgeber zum Erzeugen eines HF-Signals aktiviert bzw. zugeschaltet werden.
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Üblicherweise wird in einem Radarsensorsystem einem Bauteil die Rolle des Masters, der die Hochfrequenzerzeugung übernimmt, zugeordnet und die anderen HF-Bauelemente werden von diesem mit dem HF- Synchronisationssignal versorgt. Das HF-Synchronisationssignal ist erforderlich, um eine hohe Kohärenz der HF-Bauelemente 10a... 10d bereit zu stellen, um eine hohe Winkelauflösung des Radarsensorsystems 100 zu ermöglichen. Dafür werden im Stand der Technik spezialisierte Bausteine für die Erzeugung der Hochfrequenz und für die weitere Signalverarbeitung eingesetzt.
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Jedoch zeigt sich bei immer höheren Kosten für die HF-Bausteinentwicklung, beispielsweise bei höheren Maskenkosten für geringere Knotengrößen, dass die Verwendung von mehreren Bausteinen desselben Typs Kostenvorteile bringen kann, obwohl die eigentliche Siliziumfläche größer ist.
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Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens zwei Sender eines Radarsensorsystems gleichzeitig betrieben werden können, ohne dazu eine erforderliche Abtastrate der A/D- Wandler zu erhöhen.
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Prinzipiell beruht die Idee darauf, dass ein Ziel je nach Sender (gegebenenfalls über HF-Bausteine hinweg) im Basisband in einem anderen Entfernungs-Bin abgebildet wird. Bei konventionellen Multi-MMIC-Systemen wird immer angestrebt, dass ein Zielobjekt in allen MMIC-Basisbändern auf demselben Bin liegt.
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Allerdings ermöglicht ein Bin-Versatz bei der Detektion eines Ziels, welches mit unterschiedlichen Sendesignalen der HF-Bausteine detektiert wird, dass ohne eine Erhöhung der Basisbandfrequenz mehrere Sender gleichzeitig betrieben und Signale voneinander getrennt werden können.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines dafür vorgesehenen Radarsensorsystems 100. Das Radarsensorsystem 100 weist vier HF-Bauelemente 10a... 10d auf, die als MMICs ausgebildet sind. Dabei ist die Anzahl vier lediglich beispielhaft, das vorgeschlagene Radarsensorsystem 100 kann auch weniger oder mehr als vier HF-Bauelemente aufweisen. Ferner erkennbar ist eine Synchronisationsleitung 20, an das sämtliche HF-Bauelemente 10a... 10d funktional angeschlossen sind und das zum Synchronisieren z.B. einer HF-Betriebsfrequenz aller HF-Bauelemente 10a... 10d verwendet wird.
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Ferner weist das Radarsensorsystem 100 Antennensteuerungen der HF-Bauelemente 10a... 10d auf. Der Einfachheit halber sind die genannten Antennensteuerungen und weitere Komponenten der HF-Bauelemente 10a... 10d, die zum Aussenden und Empfangen von Radarwellen erforderlich sind, wie beispielsweise Antennen, Verstärker, Oszillatoren, usw. nicht dargestellt.
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2 zeigt einen Teilbereich des Radarsensorsystems 100 von 1 bzw. ein eigenständiges Radarsensorsystem 100 mit zwei HF-Bauelementen 10a, 10b mit jeweils einer Antenne 11a, 11b und einer Synchronisationsleitung 20 mit einer definierten physikalischen Länge I, die derart dimensioniert ist, dass sie für ein detektiertes Zielobjekt zu einem Entfernungs-Bin-Paar („Doppelpeak“) führt, wobei die Bins des Bin-Paars einen definierten Versatz, z.B. von einem Bin aufweisen. Bei einem Frequenzhub der Sender von 1 GHz müsste die Synchronisationsleitung 20 eine elektrische Länge von 30 cm haben. Bei einer Permittivität einer Leiterplatte (nicht dargestellt) von 3 wären das ca. 18 cm physikalische Länge. Bei einer Bandbreite von 4 GHz entspräche die physikalische Länge I nur noch 4,4 cm.
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Vorteilhaft liegt der angestrebte Bin-Versatz in einem Bereich von ca. 0,1 Bin bis ca. 1 Bin, besonders bevorzugt ca. 0,2 Bin, wobei auch mehrere Bin als Versatz zulässig sein.
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Nachfolgend werden zwei exemplarische Fälle unterschieden:
- (i) In einem ersten Fall (dargestellt in 3a) sendet das HF-Bauelement 10a und beide HF-Bauelemente 10a, 10b empfangen
- (ii) In einem zweiten Fall (dargestellt in 3b) sendet das HF-Bauelement 10b und beide HF-Bauelemente 10a, 10b empfangen
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Ein vereinfacht dargestelltes, daraus resultierendes Basisband der beiden HF-Bauelemente 10a, 10b ist in den 3a und 3b dargestellt. Dabei bezeichnet A die Amplitude und b die Zahl des Entfernungs-Bins.
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Wenn das HF-Bauelement 10a sendet (Fall (i)), erfährt das den Mischern (nicht dargestellt) zugeführte Signal keine zusätzliche zeitliche Verzögerung, wodurch der Spitzenwert des detektierten Ziel-Empfangssignals genau auf dem zu erwartenden Bin 2 (oder jedem anderen zu erwartenden Bin) liegt. Die Synchronisationsleitung 20 des HF-Bauelements 10b bewirkt hingegen einen Versatz des Signals des HF-Bauelements 10b. Da somit das Sendesignal keinen Versatz „sieht“, jedoch der Empfangsmischer (nicht dargestellt) das HF-Signal erst zu einem späteren Zeitpunkt „sieht“ (durch die Länge der Synchronisationsleitung 20 bedingt), erscheint das vom Radarsensorsystem 100 detektierte Ziel ein Bin näher, als es eigentlich zu erwarten wäre. In 3a würde dies dem Entfernungs-Bin 1 entsprechen, oder verallgemeinert formuliert, dem zu erwartenden Entfernungs-Bin minus 1. Der Entfernungs-Bin-Versatz beträgt also 1.
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Wenn der Sender vom HF-Bauelement 10a auf das HF-Bauelement 10b wechselt (Fall (ii)), dann ändert sich das Basisbandbild, wie in 3b dargestellt. Erkennbar ist, dass in diesem Fall der Basisband-Spitzenwert des HF-Bauelements 10b beim zu erwartenden Bin 2 angeordnet ist. Das HF-Bauelement 10a 10a bleibt jedoch in diesem Fall der Master, sodass die durch die Synchronisationsleitung 20 bedingte Signalverzögerung dazu führt, dass das HF-Bauelement 10a den Basisbandpeak beim zu erwartenden Bin plus 1, d.h. bei Bin 3 hat, wie in 3b erkennbar. Der Entfernungs-Bin-Versatz beträgt also auch in diesem Fall 1.
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Wenn man nun die Überlagerung der beiden genannten Fälle betrachtet, dann ergibt sich ein Basisband, in dem das HF-Bauelement 10b im Ziel-Bin und im Ziel-Bin minus 1 einen Spitzenwert aufweist, während das HF-Bauelement 10a den Peak im Ziel-Bin und im Ziel-Bin plus 1 hat. Dadurch kann jeweils eine Sendeantenne 11a, 11b der beiden HF-Bauelemente 10a, 10b gleichzeitig betrieben werden, wobei Signale beider Antennen 11a, 11b getrennt voneinander ausgewertet werden können.
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Dies ist für einen MIMO-Betrieb (engl. Multiple Input Multiple Output) von zwei Antennen wichtig. Beide MIMO-Sendeantennen können auf diese Weise gleichzeitig senden, wobei aber ihre Phasen im Basisband getrennt ausgewertet werden können.
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Diese Art der Auswertung kann nachteilig zu einer Verschlechterung der Ortstrennfähigkeit des Radarsensorsystems führen. Allerdings kann es dabei vorteilhaft nicht zu Fehlinterpretationen kommen, weil zu einem detektierten Ziel ein Bin immer paarweise (Bin +1/Bin -1) in Form eines Bin-Paares auftreten muss.
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Das vorgehend beschriebene Beispiel beschreibt einen Bin-Versatz in Form eines ganzzahligen Versatzes von exakt einem Bin. Dies muss jedoch nicht unbedingt der Fall sein, denkbar ist z.B. auch, dass der Bin-Versatz 0,2 Bin vom Wunsch-Bin beträgt. Auf diese Weise können für die Sendesignale der Antennen 11a, 11b der HF-Bauelemente 10a, 10b HF-Rampensignale mit unterschiedlichem Frequenzhub verwendet werden. Da die Ortstrennfähigkeit des Radarsensorsystems 100 umso schlechter wird, je weiter die Bins des Bin-Paars auseinanderliegen, wird angestrebt, die Bins des Bin-Paars in einem Abstand von ca. 0,2 Bin bis ca. 0,5 Bin auszubilden.
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Soll der Hub von einer Sequenz zur nächsten stark verändert werden, beispielsweise entsprechend einem Äquivalent von 0,5 Bin, dann ist eine Verzögerungs- bzw. Synchronisationsleitung 20 mit einer festen elektrischen Länge ungeeignet.
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Eine alternative Möglichkeit, bei einem mit Frequenzrampen betriebenen Radarsensorsystem eine zeitliche Verzögerung von einem Sender zu einem anderen Sender zu erzeugen, besteht in der Verwendung eines Einseitenband-Modulators, um dadurch eine „künstliche“ Synchronisationsleitung 20 zu erzeugen, die in ihrer Wirkung einer „realen“, physikalisch vorhandenen Synchronisationsleitung 20 entspricht.
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Mittels des Einseitenband-Modulators wird das Signal eines der Sender um eine bestimmte Frequenz verschoben, wobei dieser Frequenz-Versatz ein Äquivalent zur Wirkung der definierten Länge der Synchronisationsleitung 20 repräsentiert. Ein Vorteil dieser Variante ist die Möglichkeit, dies in einem HF-Bauelement zu realisieren und dabei zwei Sender eines HF-Bauelements parallel betreiben zu können.
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In einer weiteren Alternative kann der definierte Verzögerungseffekt der Synchronisationsleitung 20 auch in einem Radarsensorsystem mit einem Selbstspeisungskonzept verwendet werden, bei welchem für wenigstens eines der HF-Bauelemente ein Selbst- bzw. Rückspeisenetzwerk realisiert wird.
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Dabei ist vorgesehen, dass das zum Einspeisen des HF-Signals fähige („Masterfähigen“) HF-Bauelement 10a, 10d zweifach an die Synchronisationsleitung 20 angeschlossen sind, was bedeutet, dass eine definierte Rückkopplung von Leistung an das einspeisende HF-Bauelement 10a, 10b erfolgt. Auf diese Weise ist im Radarsensorsystem 100 ein masterfähiges HF-Bauelement 10a, 10d bereitgestellt.
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Mittels der genannten Selbstspeisungseinrichtung wird vorteilhaft ein weiterer Freiheitsgrad geschaffen, um den angestrebten Bin-Versatz des detektierten Zielobjekts noch feiner zu dimensionieren. Auf vorteilhafte Weise können die durch den Bin-Versatz trennbaren Sender für die Winkelauswertung des Radarsensorsystems genutzt werden.
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Vorteilhaft kann das vorgeschlagene Verfahren nicht nur in einem Radarsensorsystem, sondern auch in jeglichem Produkt mit mehreren HF-Bauelementen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Radarsensorsystem im Automobilbereich eingesetzt.
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4 zeigt ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Radarsensorsystems 100.
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In einem Schritt 200 wird ein Bereitstellen von wenigstens zwei HF-Bauelemente 10a, 10b) mit jeweils wenigstens einer Antenne 11a, 11b zum Senden und/oder Empfangen von Radarwellen und jeweils wenigstens einer Antennensteuerung zum Betreiben der wenigstens einen Antenne 11a, 11b durchgeführt.
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In einem Schritt 210 wird ein Bereitstellen einer Synchronisationsleitung 20 durchgeführt, mittels der die HF-Bauelemente 10a, 10b funktional verbunden sind, wobei eine Länge der Synchronisationsleitung 20 derart ausgebildet wird, dass in einem Basisband ein detektiertes Ziel als ein Bin-Paar repräsentierbar ist, wobei die Bins des Bin-Paars um ein definiertes Ausmaß voneinander versetzt sind.
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Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung ein Radarsensorsystem mit wenigstens zwei Sendern vorgeschlagen, mit dem eine Leitungslänge einer Synchronisationsleitung derart ausgebildet ist, dass ein Versatz zwischen Entfernungs-Bins generiert wird. Dieser Versatz wird angestrebt und ausgenutzt, um Signale der Sender funktional voneinander trennen zu können und dadurch eine verbesserte Betriebscharakteristik des Radarsensorsystems (z.B. in Form einer verbesserten Winkelauswertung) zu erreichen.
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Der Fachmann kann vorgehend auch nicht oder nur teilweise beschriebene Ausführungsformen realisieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
