DE102019114606A1

DE102019114606A1 - Verfahren zur kalibrierung eines radarsystems

Info

Publication number: DE102019114606A1
Application number: DE102019114606.2A
Authority: DE
Inventors: Dani Raphaeli; Igal Bilik; Oded Bialer
Original assignee: Silantrix Ltd; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: Silantrix Ltd; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2020-01-30
Also published as: US10852393B2; CN110780265A; CN110780265B; US20200033445A1

Abstract

Ein Radarsystem und Verfahren zum Kalibrieren eines Radarsystems, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Messen eines Satzes von Azimutwinkeln des Radarsystems, um eine Vielzahl von gemessenen Azimut-Array-Reaktionen zu erhalten, wobei das Radarsystem physikalisch um eine erste Achse des Radarsystems zwischen jeder Azimutwinkelmessung gedreht wird; Messen eines Satzes von Elevationswinkeln des Radarsystems, um eine Vielzahl von gemessenen Elevationsarrayreaktionen zu erhalten, wobei das Radarsystem physikalisch um eine zweite Achse des Radarsystems zwischen jeder Elevationswinkelmessung gedreht wird; Erhalten einer Azimutkalibriermatrix basierend auf der Vielzahl von gemessenen Azimut-Array-Reaktionen und einer Elevationskalibriermatrix basierend auf der Vielzahl von gemessenen Elevation-Array-Reaktionen; und Konfigurieren des Radarsystems, um die Azimutkalibriermatrix und die Elevationskalibriermatrix auf eine oder mehrere Antennen-Array-Reaktionen anzuwenden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Radar systeme, und im Besonderen auf Systeme und Verfahren zum Kalibrieren von Radarsystemen.
Hintergrund
Viele moderne Fahrzeuge sind mit fortschrittlichen Sicherheits- und Fahrassistenzsystemen ausgestattet, die robuste und präzise Systeme zur Objekterkennung und Verfolgung zur Steuerung von Manövern des Trägerfahrzeugs benötigen. Diese Systeme nutzen periodische oder kontinuierliche Erfassung von Objekten und Steueralgorithmen zur Einschätzung verschiedener Objektparameter, wie z. B. die relative Objektentfernung, die Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und Größe. Beispielsweise erfassen und lokalisieren Radarvorrichtungen Objekte (d. h. Ziele) durch die Übermittlung elektromagnetischer Signale, die von Zielen innerhalb des Sensorsichtfelds reflektiert werden. Das reflektierte Signal kehrt als Echo zum Radar zurück, wo es verarbeitet wird, um verschiedene Informationen zu bestimmen, wie beispielsweise die Laufzeit der gesendeten/empfangenen Signale.
Fortschrittliche Radarsysteme, die heute verwendet werden können ein Multiple-Input Multiple-Output-(Mimo)-Konzept verwenden, das mehrere Antennen am Sender verwendet, um unabhängige Wellenformen und mehrere Antennen am Empfänger zu senden, um die Radarechos zu empfangen. In einer „ko-llokierten“ Mimo-Radarkonfiguration sind die Antennen sowohl im Sender als auch im Empfänger so dicht beieinander angeordnet, dass jede Antenne den gleichen Aspekt eines Objekts betrachtet, so dass ein Punktziel angenommen wird. Im Mimo-Empfänger wird eine angepasste Filterbank verwendet, um die Wellenformkomponenten zu extrahieren. Wenn die Signale von verschiedenen Antennen übertragen werden, tragen die Echos der einzelnen Signale unabhängige Informationen über die erfassten Objekte und die verschiedenen Verbreitungswege. Phasenunterschiede, die durch unterschiedliche Sendeantennen verursacht werden, sowie Phasenunterschiede, die durch unterschiedliche Empfangsantennen verursacht werden, bilden mathematisch eine virtuelle Antennenanordnung, das eine größere virtuelle Apertur mit weniger Antennenelementen ermöglicht. Konzeptionell wird die virtuelle Anordnung durch Verschachtelung zwischen Sendeantenne tx und der Empfängerantenne rx erzeugt, sodass die Elemente in der virtuellen Anordnung die Paare tx-rx für die jeweiligen Sendeantenne tx und Empfängerantenne rx in der Mimo-Anordnung darstellen. Bei ko-llokierten Mimo-Antennen erzeugt eine Senderanordnung mit n Senderantennen und eine Empfangsanordnung mit m Empfängerantennen eine virtuelle Anordnung mit mxn virtuellen Empfängerelementen. Mit anderen Worten, die Wellenformen werden von den angepassten Filtern am Empfänger extrahiert, so dass insgesamt mxn extrahierte Signale in einer virtuellen Anordnung vorhanden sind. Die virtuellen Empfängerelemente mxn können verwendet werden, um ein Strahlformungsbild zu erzeugen.
Wenn eine Antennenanordnung hergestellt wird, müssen möglicherweise bestimmte Aspekte der Radarkonfiguration, wie beispielsweise vorgegebene Werte, die für das Erzeugen des Strahlformungsbildes verwendet, angepasst oder kalibriert werden, um den gewünschten Genauigkeitsgrad in einer bestimmten Radarkonfiguration zu erreichen. Zweidimensionale (2d) Mimo-Radare können eine Antennenanordnungsreaktion in einem bestimmten Azimutwinkel und einem bestimmten Elevationswinkel messen. Herkömmliche Kalibrierverfahren messen Kalibrierwerte für jedes Azimut-Höhenwinkelpaar, was ein intensiver Prozess sein kann, wenn die Anzahl der zu messenden Azimut- und/oder Elevationswinkel groß ist.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem Aspekt, ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Radarsystems vorgesehen, wobei das Radarsystem eine Sendeantennen-Array mit einer Vielzahl von Sendeantennen und eine Empfangsantennen-Array mit einer Vielzahl von Empfangsantennen umfasst, wobei die Vielzahl von Sendeantennen entlang einer Sendeantennen-Array-Achse beabstandet ist und die Vielzahl von Empfangsantennen entlang einer Empfangsantennen-Array-Achse beabstandet sind, die senkrecht zu der Sendeantennen-Array steht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Messen eines Satzes von Azimutwinkeln des Radarsystems, um eine Vielzahl von gemessenen Azimutanordnungseaktionen zu erhalten, wobei das Radarsystem physikalisch um eine erste Achse des Radarsystems zwischen jeder Azimutwinkelmessung gedreht wird; Messen eines Satzes von Elevationswinkeln des Radarsystems, um eine Vielzahl von gemessenen Elevationsanordnungsreaktionen zu erhalten, wobei das Radarsystem physikalisch um eine zweite Achse des Radarsystems zwischen jeder Elevationswinkelmessung gedreht wird; Erhalten einer Azimut-Kalibriermatrix basierend auf der Vielzahl von gemessenen Azimut-Array-Reaktionen und einer Elevationskalibriermatrix basierend auf der Vielzahl von gemessenen Elevation-Array-Reaktionen; und Konfigurieren des Radarsystems, um die Azimut-Kalibriermatrix und die Elevationskalibriermatrix auf eine oder mehrere Antennen-Array-Reaktionen anzuwenden.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, und worin:

1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Trägerfahrzeugs und eines Zielobjekts, wobei das Trägerfahrzeug ein Beispiel für ein Fahrzeugradarsystem beinhaltet;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Radarsystems mit einer Empfängerantennen-Array und einer Senderantennen-Array;
3 ist ein schematisches Blockdiagramm des Radarsystems von 2, wobei das Radar in einem ersten Azimutwinkel angewinkelt ist Az_i;
4 ist ein schematisches Blockdiagramm des Radarsystems von 2, wobei das Radar in einem ersten Höhenwinkel El_J angewinkelt ist;
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugradarsystems abbildet; und
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform zum Erhalten einer kalibrierten Anordnungsreaktion unter Verwendung der kalibrierten Werte abbildet, die als Ergebnis eines Radarkalibrierprozesses erhalten werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Das hierin beschriebene Radarsystem und Kalibrierungsverfahren sieht eine Kalibrierung eines zweidimensionalen Radars vor, sodass die Zielobjektparameter mit verbesserter Genauigkeit berechnet werden können. Ein zweidimensionales Radar ist jedes Radar, das verwendet werden kann, um Eigenschaften von mehr als einer Dimension in Bezug auf ein Zielobjekt ohne Reichweiteninformationen zu messen. In vielen Ausführungsformen können diese beiden Dimensionen als Azimut und Elevation bezeichnet werden. Im Allgemeinen wird das Kalibrierverfahren nach der Herstellung des Radars unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt. Das Kalibrierverfahren beinhaltet das Messen einer Antennenanordnungsreaktion für jeden aus einer Vielzahl von Azimutwinkeln und, separat, für jeden aus einer Vielzahl von Höhenwinkeln. So wird beispielsweise die Radaranordnung in einem ersten Azimutwinkel positioniert (wobei der Höhenwinkel auf 0° oder einen anderen konstanten Wert eingestellt ist) und dann wird ein Sendesignal von dem Sendeantennen-Array gesendet und eine Antennen-Array-Reaktion wird an dem Empfangsantennen-Array empfangen, nachdem ein Objekt an einer bekannten Position reflektiert wurde. Anschließend wird die Radaranordnung auf einen zweiten Azimutwinkel positioniert (oder gedreht) und dann wird ein Sendesignal gesendet und eine Reaktion auf ähnliche Weise empfangen. Dieser Vorgang wird durchgeführt, bis alle Azimutwinkel gemessen und nach der Messung aller Azimutwinkel das Radar auf einen ersten Elevationswinkel (mit dem Azimutwinkel von 0° oder einem anderen konstanten Wert) gedreht oder positioniert und gemessen wird. Dies erfolgt für alle Elevationswinkel. Unter Verwendung der Messungen für alle Azimut- und Elevationswinkeln, die gemessen werden, werden Messungen durchgeführt (z. B. 2000 im Falle der Anzahl der Elevationswinkel J = 1000 und der Anzahl der Azimutwinkel I= 1000), eine Azimutkalibriermatrix C_az und eine Elevationskalibriermatrix C_el werden aus den Reaktionen abgeleitet, die bei jedem der Azimutwinkel und jedem der Elevationswinkel empfangen wurden. Diese Kalibriermatrizen C_az, C_el werden dann auf die während der Verwendung der Antenne empfangenen Antennen-Array-Reaktionen angewendet, beispielsweise wenn das Radar in einem Fahrzeug installiert und für den Fahrzeugbetrieb verwendet wird.
So kann beispielsweise nach dem Kalibrierprozess, der als Teil des Herstellungsprozesses (zumindest in vielen Ausführungsformen) durchgeführt werden kann, das Radar in ein Fahrzeug eingebaut werden. Während des Betriebs des Fahrzeugs kann das Radar zur Objekterkennung und zum Erhalten von zweidimensionalen (2D) Informationen, wie beispielsweise Azimut- und Elevationsinformationen, verwendet werden. In einem Szenario kann das Radar ein Sendesignal X_T von der Sendeantennen-Array senden und dann eine Reaktion X_R auf das Sendesignal an der Empfangsantennen-Array (d. h. die Antennen-Array-Reaktion) empfangen. Die Azimut- und Elevationskalibriermatrizen C_az, C_el können dann auf diese Reaktion der Antennenanordnung X_R angewendet werden, um eine kalibrierte Reaktionsmatrix zu erhalten, die ein 2D-Strahlformungsbild darstellen kann (oder verwendet werden kann).
Das Radarsystem und das im Folgenden beschriebene Verfahren sind auf ein Multiple-Input-Multi-Output-(MIMO)-Radarsystem und ein Verfahren zum Kalibrieren des Radarsystems gerichtet. 1 veranschaulicht eine mögliche Architektur für ein MIMO-Fahrzeugradarsystem 10, mit dem das offenbarte Verfahren implementiert werden kann. Während sich der hierin beschriebene Ansatz und die Methodik auf die in 1 dargestellte Radarkonfiguration beziehen, wird ein Fachmann aus dem Bereich erkennen, dass das Fahrzeugradarsystem 10 lediglich exemplarisch ist, und in vielerlei Hinsicht die schematischen Blockdiagramme dieser Figuren zur Vereinfachung der Erläuterung dienen. Andere Konfigurationen und Ausführungsformen können sicherlich stattdessen verwendet werden, da das hierin beschriebene Fahrzeugradarsystem und -verfahren lediglich ein mögliches Beispiel darstellen. Darüber hinaus kann das Radarsystem in viele andere Systeme oder Vorrichtungen integriert werden, da die Fahrzeuganwendung des Radarsystems 10 nur ein Beispiel ist.
Das Fahrzeugradarsystem 10 kann ein MIMO-System sein, beinhaltet einen Sender 12, eine Sendeantennen-Array 20 mit einer Reihe von Sendeantennen Tx₁ bis Tx_N (mit N gleich der Anzahl von Sendeantennen) (2), einen Empfänger 14, eine Empfangsantennen-Array 30 mit einer Reihe von Empfangsantennen Rx₁ bis Rx_M (mit M gleich der Anzahl der Empfangsantennen) (2), ein Radarsteuermodul 16, sowie jede andere geeignete Hardware, Firmware, Software und/oder andere Komponenten, die für den Betrieb eines derartigen Systems nützlich sind. Gemäß einem Beispiel ist der Sender 12 kommunikativ mit einer Sendeantennen-Array 20 mit N Sendeantennen Tx₁ bis Tx_N gekoppelt, die konfiguriert sind, um ein Sichtfeld des Sensors zu erzeugen, das eine bestimmte interessierende Zone überwacht. Die Sendeantennen-Array 20 ist konfiguriert, um elektromagnetische Signale X_T (eines der dargestellten, obwohl N elektromagnetische Signale übertragen werden können, eines von jeder Sendeantenne) zu senden, die ein oder mehrere Zielobjekte 18 im Sichtfeld des Fahrzeugradarsystems 10 reflektieren. Obwohl das Radar 10 in den Zeichnungen als an der Vorderseite des Trägerfahrzeugs befestigt und in Fahrzeugvorwärtsrichtung ausgerichtet dargestellt ist, ist dies nicht zwingend erforderlich. So könnte beispielsweise das Radar 10 an einer anderen Stelle als an der Vorderseite des Trägerfahrzeugs montiert werden, sie kann eine unterschiedliche Anzahl von Sende- und/oder Empfangsantennen beinhalten, und sie kann in eine andere Richtung ausgerichtet sein.
Der Sender 12 kann ein eigenständiges Modul oder eine eigenständige Einheit sein; er kann Teil eines größeren Moduls, einer größeren Einheit, eines größeren Systems usw. sein; er kann eine Reihe von Untermodulen, Untereinheiten, Teilsystemen usw. beinhalten; oder er kann gemäß einer anderen Anordnung oder Architektur konfiguriert werden, sofern er konfiguriert ist, um elektromagnetische Signale zum Übertragen über die Sendeantennenanordnung 20 gemäß dem hierin offenbarten Verfahren zu erzeugen. In einem nicht einschränkenden Beispiel beinhaltet der Sender 12 einen Basisbandprozessor, der konfiguriert ist, um Funkvorgänge zu verwalten, einschließlich des Erzeugens von Signalen zum Übertragen unter Verwendung der Antennenanordnung 20. Der Basisbandprozessor kann Hardware, Firmware und/oder Software beinhalten, die typischerweise auf derartigen Sendern zu finden sind, einschließlich Direktzugriffsspeicher (RAM, einschließlich statischem RAM (SRAM) und dynamischem RAM (DRAM)) oder andere Arten von Speicher, einschließlich Flash-Speicher, anderem Festkörperspeicher oder anderem geeigneten Speicher. In weiteren Ausführungsformen ist der Basisbandprozessor des Senders 12 in einem Radarsteuerungs-modul 16 inbegriffen. Der Sender 12 kann Wellenform-Generatoren, Oszillatoren, Verstärker, Mischer, Kombinierer, Filter, Wandler und/oder Prozessoren beinhalten, um nur einige mögliche Komponenten zu nennen. Nur als Beispiel kann ein Wellenform-Generator konfiguriert werden, um Wellenformen oder Signale mit unterschiedlichen Impulsbreiten, einem unterschiedlichen Wellenform-Typ und/oder verschiedenen Impulsfolgeintervallen (PRI) innerhalb eines gegebenen kohärenten Verarbeitungsintervalls (CPI) zu erzeugen. Die Wellenformen oder Signale können dann von einem Digital-Analog-(D/A)-Wandler digitalisiert und mit einem Aufwärtswandler in einen Hochfrequenzträger umgewandelt werden. Der Aufwärtswandler kann aus Zwischenfrequenz- (IF) und/oder Hochfrequenzoszillatoren (RF), Filtern und/oder Synchronisierschaltungen bestehen. Ein Sendeverstärker kann dann ein Sendesignal erzeugen, das einem Zirkulator oder einer ähnlichen Vorrichtung zugeführt werden kann. Auch dies ist nur eine mögliche Konfiguration für den Sender 12, da zahlreiche andere Konfigurationen durchaus möglich sind.
Der Empfänger 14 ist konfiguriert, um Informationen aus den reflektierten Signalen oder Echos zu verarbeiten und zu extrahieren, die sich auf das Zielobjekt 18 beziehen, wie beispielsweise dessen Reichweite, Azimut- oder Azimutwinkel, Elevations- oder Elevationswinkel, Entfernungsrate oder Geschwindigkeit. Reflektierte Signale X_R (eines ist dargestellt, obwohl M elektromagnetische Signale empfangen werden können, eines an jeder Empfangsantenne) reflektieren das Zielobjekt 18 und werden als Echo von der Empfangsantennen-Array 30 mit M Empfangsantennen Rx₁ bis Rx_M empfangen (2). Der Empfänger 14 kann ein eigenständiges Modul oder eine Einheit sein; er kann Teil eines größeren Moduls, einer größeren Einheit, eines Systems usw. sein (z. B. kann der Empfänger Teil des Radarsteuermoduls 16 sein, er kann Teil eines Moduls, einer Einheit, eines Systems usw. sein, das auch den Sender 12 usw. beinhaltet); er kann gemäß einer anderen Anordnung oder Architektur konfiguriert werden, sofern er konfiguriert ist, um elektromagnetische Signale, die von der Empfangsantennenanordnung 30 empfangen werden, gemäß dem hier offenbarten Verfahren zu verarbeiten. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel beinhaltet der Empfänger 14 Hardware, Firmware und/oder Software, die typischerweise auf Empfängern wie Verstärkern, Mischern, Entmischern, Oszillatoren, Kombinatoren, Filtern und Wandlern zu finden ist. Die vom Empfänger 14 ausgeführten Funktionen können variieren, beinhalten allgemein aber die Durchführung verschiedener Filterungs-, Verstärkungs-, Umwandlungs- und Digitalisierungsfunktionen, sowie Signalverarbeitungsfunktionen wie die Analyse verschiedener Merkmale der Signale und Wellenformen zur Bestimmung von Informationen wie Phase, Frequenz und Amplitude. Wie von Fachleuten verstanden wird, können die eingesetzten Techniken zur Gewinnung dieser Informationen aus den Signalen und Wellenformen variieren, dazu können ohne Einschränkung phasengleiche-, Quadraturanalysen und Frequenzbereichsanalysen mittels Fourier-Transformation gehören. In einer Ausführungsform kann der Empfänger 14 auch Komponenten zur Durchführung von Impulskompressions- und Störungsunterdrückungsfunktionen (z. B. Dopplerfilterung) beinhalten. In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet der Sender 12 und/oder der Empfänger 14 eine Kombination von Funkempfängerschaltungen, die konfiguriert ist, um die hierin beschriebene Signalverarbeitungsfunktionalität auszuführen, wie sie in Verfahren 200 (5) und/oder Verfahren 300 (6) beschrieben sind.
In einer Ausführungsform kann der Empfänger 14 einen Basisbandprozessor beinhalten, wie er vorstehend in Bezug auf den Sender 12 beschrieben ist. Und in einigen Ausführungsformen können sich der Sender 12 und der Empfänger 14 einen gemeinsamen Basisbandprozessor teilen, wie beispielsweise einen, der als Teil des Radarsteuermoduls 16 integriert ist. So können beispielsweise alle oder bestimmte Abschnitte des Empfängers 14 zusammen mit allen oder bestimmten Abschnitten des Senders 12 in das Radarsteuermodul 16 integriert werden. Der Empfänger 14 und/oder das Radarsteuermodul 16 kann einen Funkchipsatz beinhalten, der eine integrierte Schaltung beinhaltet und mit einem Prozessor und Speicher verbunden ist oder diesen beinhaltet. Der Empfänger 14 und/oder das Radarsteuermodul 16 kann auch bestimmte Komponenten oder Schaltungen beinhalten, die konfiguriert sind, um den Funkchipsatz und die Schaltung mit einem Fahrzeugkommunikationssystem zu verbinden, sodass das Radar 10 mit anderen Komponenten, Modulen und/oder Systemen im gesamten Trägerfahrzeug und darüber hinaus kommunizieren kann. So ist es beispielsweise möglich, dass das Radar 10 Teil der Elektronik des Trägerfahrzeugs ist, sodass das Fahrzeugradarsystem mit anderen Fahrzeugsystemmodulen 140 über einen zentralen Fahrzeugkommunikationsbus 150 kommunizieren kann.
In einer bestimmten Ausführungsform ist das Radar 10 an einem Trägerahrzeug 100 implementiert, und der Sender 12, der Empfänger 14 und/oder das Radarsteuermodul 16 ist Teil eines auf dem Trägerfahrzeug installierten Fahrzeugsteuermoduls. Das Steuermodul kann jede Vielzahl von elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Eingabe-/Ausgabe-(E/A)-Vorrichtungen und/oder anderen bekannten Komponenten beinhalten und kann verschiedene steuerungs- und/oder kommunikationsbezogene Funktionen ausführen. Je nach Ausführungsform kann das Steuermodul ein eigenständiges Fahrzeugelektronikmodul sein, es kann in ein anderes Fahrzeugelektronikmodul integriert oder eingebaut sein (z. B. Lenksteuermodul, Bremssteuermodul), oder es kann Bestandteil eines größeren Netzwerks oder Systems sein (z. B. ein autonomes Antriebssystem, ein Traktionskontrollsystem (TCS), ein elektronisches Stabilitätssteuerungssystem (ESC), ein Antiblockiersystem (ABS), ein Fahrerassistenzsystem, ein adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem, ein Spurhaltewarnsystem), um nur einige Möglichkeiten aufzuzählen. Dieses Steuermodul beschränkt sich nicht auf eine bestimmte Ausführungsform oder Anordnung.
Darüber hinaus kann ein Fahrzeugelektroniksystem verschiedene Fahrzeugmodule beinhalten, darunter ein Motorsteuergerät (ECU) 120, einen Bordcomputer 130 und andere VSMs 140. Das ECU 120 kann verwendet werden, um verschiedene Aspekte des Motorbetriebs wie beispielsweise Kraftstoffzündung und Zündzeitpunkt zu steuern. Das ECU 120 ist an den Kommunikationsbus 150 angeschlossen und kann Betriebsanweisungen von einem Karosseriesteuermodul (BCM) (nicht dargestellt) oder anderen VSMs, einschließlich des Bordcomputers 130, empfangen. Das ECU 120 kann einen Verbrennungsmotor (ICE) und/oder elektrische Antriebsmotoren (oder andere Primärantriebe)) steuern.
Der Bordcomputer 130 ist ein Fahrzeugsystemmodul, das einen Prozessor und einen Speicher beinhaltet. Darüber hinaus kann der Onboard-Computer 30 zumindest in einigen Ausführungsformen eine Infotainmenteinheit (z. B. Infotainment-Haupteinheit, In-Fahrzeug-Infotainmenteinheit (IVI)), eine Fahrzeughaupteinheit, ein Mittel Stapelmodul (CSM) oder Fahrzeugnavigationsmodul sein. Der Prozessor kann verwendet werden, um verschiedene Arten von digital gespeicherten Anweisungen auszuführen, wie beispielsweise Software oder Firmwareprogramme, die im Speicher gespeichert sind, welche dem Computer 130 ermöglichen, eine große Vielzahl von Diensten bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann der Prozessor Programme oder Prozessdaten ausführen, um zumindest einen Teil des hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen. So kann der Prozessor beispielsweise Signale oder Daten von verschiedenen Fahrzeugsystemmodulen (z. B. VSM 140) einschließlich Sensordaten empfangen. In einer bestimmten Ausführungsform kann der Bordcomputer 130 bestimmen, wann das Verfahren 300 eingeleitet werden soll (siehe nachstehend in 4). So kann beispielsweise der Bordcomputer 130 Sensordaten von einem Fahrzeugsensor (z. B. einer Kamera, einem Radar, einem Lidar oder einem anderen am Fahrzeug installierten Sensor) empfangen und basierend auf den empfangenen Sensordaten bestimmt werden, dass Geschwindigkeitsinformationen (und/oder andere Informationen, einschließlich räumlicher Informationen) bezüglich eines Zielobjekts 18 gewünscht werden. Diese Informationen können wünschenswert sein, wenn das Fahrzeug beispielsweise autonome und/oder halbautonome Vorgänge durchführt.
Wie bereits erwähnt, beinhaltet das Radarsteuermodul 16 zumindest in einigen Ausführungsformen einen Prozessor und Speicher und in einigen Ausführungsformen beinhaltet der Sender 12 und/oder der Empfänger 14 einen Prozessor und einen Speicher. Der Prozessor kann jede Geräteart sein, die elektronische Befehle verarbeiten kann, einschließlich Mikroprozessoren, Mikrocontrollern, Host-Prozessoren, Steuerungen, Fahrzeug-Kommunikationsprozessoren und anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs). Der Speicher kann einen flüchtigen RAM-Speicher oder einen anderen temporär betriebenen Speicher sowie ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium (z. B. EEPROM) oder jedes andere elektronische Computermedium beinhalten, das einen Teil oder die gesamte Software zur Durchführung der verschiedenen hierin erläuterten Funk- und/oder Signalverarbeitungsfunktionen speichert.
2 veranschaulicht eine besondere Ausführungsform des Radars 10 und beinhaltet vier Sendeantennen (N = 4) und acht Empfangsantennen (M = 8). Dies führt zu einer virtuellen Antennen-Array mit MxN virtuellen Empfängerelementen (MxN = 32 im veranschaulichten Beispiel). Die Sendeantennen Tx₁ bis Tx₄ können so ausgelegt und/oder konfiguriert werden, dass sie Signale X_T in eine Richtung übertragen, die im Allgemeinen parallel zur Bohrungsseite des Radars 10 (entlang der z-Achse) verläuft. Die Empfangsantennen Rx₁ bis Rx₈ können so ausgelegt und/oder konfiguriert werden, dass sie eine Antennen-Arrayreaktion X_R empfangen, die ein Sendesignal X_T sein kann, das von einem Objekt reflektiert wird. Die Sendeantennenanordnung 20 und die Empfangsantennen-Array 30 sind auf einer bestückten Computerplatine (PCB) 40 montiert. Die Leiterplatte 40 kann andere Elektronik-/Hardwarekomponenten beinhalten, die nicht dargestellt sind, die aber vorstehend beschrieben werden, sowie andere Radarkomponenten, die den Fachleuten bekannt sind.
Die Sendeantennen-Array 20 beinhaltet eine Vielzahl von Sendeantennen Tx₁ bis Tx₄ (N = 4), die entlang der y-Achse physikalisch voneinander getrennt sind, die aber in Bezug auf die x-Achse aneinandergereiht (oder ausgerichtet) sind. In einer Ausführungsform kann jede der Sendeantennen verwendet werden, um ein Sendesignal separat zu senden, beispielsweise zu einem anderen Zeitpunkt, mit einer anderen Frequenz oder moduliert mit verschiedenen Codes. Die Sendeantennen können sich die gleiche Sendeschaltung teilen oder jeweils eine eigene Sendeschaltung beinhalten. Insbesondere kann jede Sendeantenne verlängert werden (oder zumindest einen verlängerten Abschnitt beinhalten) und der verlängerte Abschnitt kann parallel zu der Achse verlaufen, entlang der die Sendeantennenelemente getrennt sind (z. B. die y-Achse in der veranschaulichten Ausführungsform). In einer Ausführungsform kann die Vielzahl der Sendeantennen Tx₁ bis Tx₄ sowohl in Bezug auf die z-Achse als auch auf die x-Achse miteinander ausgerichtet werden. Die Achse, auf der die Sendeantennen Tx₁ bis Tx₄ beabstandet sind (z. B. die y-Achse in der veranschaulichten Ausführungsform), wird als Sendeantennen-Array-Achse A bezeichnet. In mindestens einer Ausführungsform muss jede der Sendeantennen entlang der Sendeantennen-Array-Achse A (oder y-Achse in der veranschaulichten Ausführungsform) nicht gleichmäßig voneinander beabstandet sein. So ist beispielsweise, wie in 2 dargestellt, der Abstand zwischen der ersten Sendeantenne Tx₁ und der zweiten Sendeantenne Tx₂ größer als der Abstand zwischen den anderen aufeinanderfolgenden Sendeantennen; in anderen Ausführungsformen sind die Sendeantennen jedoch gleichmäßig entlang der Achse A der Sendeantenne angeordnet.
Die Empfangsantennen-Array 30 beinhaltet eine Vielzahl von Empfangsantennen Rx₁ bis Rx₈ (M = 8), die physikalisch entlang der x-Achse voneinander getrennt sind, aber in Bezug auf die y-Achse ausgerichtet (oder ausgerichtet) sind. Insbesondere kann jede Empfangsantenne verlängert werden (oder zumindest einen verlängerten Abschnitt beinhalten) und der verlängerte Abschnitt kann parallel zu der Achse verlaufen, entlang der die Empfangsantennenelemente ausgerichtet sind (z. B. die y-Achse in der veranschaulichten Ausführungsform). In einer Ausführungsform kann die Vielzahl der Empfangsantennenelemente Rx₁ bis Rx₈ sowohl in Bezug auf die z-Achse als auch auf die y-Achse miteinander ausgerichtet werden. Die Achse, auf der die Empfangsantennenelemente Rx₁ bis Rx₈ beabstandet sind (z. B. die x-Achse in der veranschaulichten Ausführungsform), wird als Empfangsantennen-Array-Achse B bezeichnet. In vielen Ausführungsformen ist die Empfangsantennen-Array-Achse B senkrecht oder orthogonal zur Sendeantennen-Array-Achse A, wie in 2 dargestellt. In mindestens einer Ausführungsform muss jede der Empfangsantennen entlang der Empfangsantennen-Array-Achse B (oder x-Achse in der veranschaulichten Ausführungsform) nicht gleichmäßig voneinander getrennt sein. In anderen Ausführungsformen sind die Empfangsantennen jedoch gleichmäßig entlang der Empfangsantennen-Array-Achse B verteilt. In der veranschaulichten Ausführungsform befindet sich die Bohrungsseite des Radars 10 entlang der z-Achse. Das Radar 10 kann an einem Fahrzeug so angebracht werden, dass diese Bohrungsseite einem Bereich vor dem Fahrzeug, der Seite des Fahrzeugs oder dem Heck des Fahrzeugs zugewandt ist. In der Ausführungsform von 1 ist das Radar 10 so angebracht, dass die Bohrungsseite einem Bereich vor dem Fahrzeug zugewandt ist.
Neben der veranschaulichten Ausführungsform des Radars 10, wie in 2 dargestellt, sind auch andere Antennenarray-Konfigurationen möglich. So kann beispielsweise das Sendeantennen-Array 20 auf der linken Seite des Empfangsantennen-Arrays 30 (in Bezug auf die x-Achse) positioniert werden. In weiteren Ausführungsformen kann das Empfangsantennen-Array 30 unterhalb des Sendeantennen-Arrays 20 oder oberhalb des Sendeantennen-Arrays 20 (in Bezug auf die y-Achse) positioniert werden. Und in noch einer weiteren Ausführungsform kann das Empfangsantennen-Array 30 an einer anderen Stelle entlang der z-Achse positioniert werden als das Sendeantennen-Array 20. Darüber hinaus können in anderen Ausführungsformen das Sendeantennen-Array 20 und das Empfangsantennen-Array 30 so vertauscht werden, dass das Sendeantennen-Array 20 entlang der x-Achse und das Empfangsantennen-Array 30 entlang der y-Achse verläuft (oder entlang dieser angeordnet ist). In vielen Ausführungsformen ist die Achse des Sendeantennen-Arrays jedoch senkrecht oder orthogonal zur Achse des Empfangsantennen-Arrays.
3 veranschaulicht das Radar 10 von 2, das in einem Azimutwinkel angeordnet ist Az_i . Wie dargestellt, ist das Radar 10 um die zentrale vertikale Achse Vangewinkelt, die parallel zur y-Achse verläuft. 4 veranschaulicht das Radar 10 von 2, das in einem Elevationswinkel El_j angeordnet ist. Wie dargestellt, ist das Radar 10 um die zentrale horizontale Achse Hangewinkelt, die parallel zur x-Achse verläuft.
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren 200 zum Kalibrieren eines Radars abbildet, wodurch genauere Informationen bezüglich der Zielobjekte erhalten werden können. Gemäß einem Beispiel implementiert das Verfahren 200 einen Kalibriermessprozess, der einen Satz Azimutwinkel Az_i und einen Satz Elevationswinkel El_j misst. Basierend auf den Antennenreaktionen bei jedem der Azimutwinkel und jedem der Elevationswinkel werden Kalibriermatrizen erhalten, die zum Kalibrieren des Radarsystems verwendet werden können, sodass ein genaueres Strahlformungsbild erhalten werden kann. Es sollte verstanden werden, dass es nicht notwendig ist, dass die Schritte im Verfahren 200 in der jeweiligen dargestellten und beschriebenen Ordnung oder Reihenfolge durchgeführt werden, und dass die Schritte in jeder technisch machbaren Reihenfolge durchgeführt werden können.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren 200 als Teil eines Radarherstellungsprozesses durchgeführt werden und kann als erster Radarkalibrierprozess bezeichnet werden. So können beispielsweise die Radarkomponenten an der Leiterplatte 40 (2) hergestellt und befestigt werden. Nachdem die gesamte Hardware hergestellt und als Teil des Radars 10 installiert wurde, kann das Verfahren 200 durchgeführt werden, um Kalibriermatrizen zu erhalten. Nachdem die Kalibriermatrizen erhalten wurden, kann das Radar 10 konfiguriert werden, um diese Kalibriermatrizen anzuwenden, um Antennenreaktionen zu empfangen, die während des Betriebs des Radars erhalten werden (d. h. zur Objekterkennung, beispielsweise nach der Installation des Radars in einem Fahrzeug). In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden, wie beispielsweise einem Zeitpunkt, zu dem das Radar bereits verwendet wurde. So kann beispielsweise ein Benutzer des Radars bestimmen, dass das Radar rekalibriert werden soll, und zu diesem Zeitpunkt kann das Verfahren 200 verwendet werden, um das Radar 10 erneut zu kalibrieren. Die vorgenannten Beispiele stellen nur einige der Fälle dar, in denen das Verfahren 200 verwendet werden kann, da auch andere Instanzen und Anwendungsfälle existieren.
Beginnend mit Schritt 210, wird die Radaranordnung entlang der Azimut-Ebene (Ebene der x- und z-Achsen (2)) mit dem Elevationswinkel Φ_el = 0° gedreht. Während des ersten Auftretens oder der ersten Instanz von Schritt 210 kann eine derartige Drehung nicht erforderlich sein, da das Radar 10 bereits in einem ersten Azimutwinkel positioniert sein kann. In einer Ausführungsform kann das Radar 10 unter Verwendung einer elektromechanischen Winkelvorrichtung gedreht werden, auf der das Radar 10 angebracht ist. Die elektromechanische Winkelvorrichtung kann eine Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um das Radar 10 physisch in Eingriff zu bringen und zu halten, und die elektronisch gesteuert werden kann, um das Radar 10 in einem gewünschten Azimutwinkel, einem gewünschten Elevationswinkel oder einer Kombination derselben zu positionieren. Die elektromechanische Winkelvorrichtung kann einen oder mehrere elektronisch gesteuerte Pneumatikkolben verwenden, die das Radar 10 um die vertikale Achse V und die horizontale Achse H drehen können. So kann beispielsweise ein bekanntes Objekt vor dem Radar 10 positioniert werden. Der Azimutwinkel kann einem Winkel zwischen der Bohrungsseite des Radars 10 und dem bekannten Objekt entsprechen. In einem ersten Fall von Schritt 210 kann der Azimutwinkel Az₁ 0° oder ein anderer Anfangswert sein. Dieser erste Winkel Az₁ kann der Ausrichtung in Bezug auf 2 entsprechen. Während einer nachfolgenden Instanz dieses Schrittes wird das Radar 10 um die vertikale Achse V (oder eine andere Achse, die parallel zur Achse des Sendeantennen-Arrays A ist) gedreht. Die perspektivische Ansicht von 3 zeigt beispielsweise das Radar 10, das unter einem zweiten (oder unterschiedlichen) Azimutwinkel Az₂ angeordnet ist. Sobald das Radar 10 im gewünschten Azimutwinkel positioniert ist (wobei der Elevationswinkel gleich 0° oder einem anderen bekannten konstanten Wert ist), fährt das Verfahren 200 mit Schritt 220 fort.
In Schritt 220 wird das Sendesignal X_T von einer einzigen Sendeantenne Tx übertragen. Wie in 2 abgebildet, beinhaltet das Radar 10 vier Sendeantennen Tx₁ bis Tx₄ (mit N = 4) und acht Empfangsantennen Rx₁ bis Rx₈ (mit M = 8). In einer Ausführungsform überträgt das Radar 10 das Übertragungssignal X_T von der Sendeantenne Tx₁ . Das Sendesignal X_T -kann mit dem Sender 12 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen und/oder den Fachleuten bekannten Techniken erzeugt werden. Gemäß einer derartigen Technik erzeugt ein Wellenform-Generator im Sender 12 ein Sendesignal X_T in Form eines Basisbandsignals, das um eine Trägerfrequenz zentriert ist. Das Sendesignal X_T } kann eine Bandbreite aufweisen, die beispielsweise linearen Frequenzmodulations-(LFM)-Chirps oder Impulsen entspricht. Das Sendesignal X_T kann jedes angemessene oder geeignete modulierte Signal oder jede geeignete modulierte Wellenform zur Verwendung mit dem Fahrzeugradarsystem 10 sein, einschließlich modulierter Signale mit einer Mittenfrequenz im Bereich von 10 bis 100 GHz. Das Verfahren 200 fährt mit Schritt 230 fort.
In Schritt 230 empfängt eine Empfangsreaktion X_R,az,i an einer der Empfangsantennen Rx. n einer Ausführungsform beinhaltet die Empfangsreaktion X_R,az,i Informationen, die ein an jedem Empfangsantennenelement empfangenes Signal darstellen, nachdem das Sendesignal X_T von einem Zielobjekt mit einer bekannten Position in einem Azimutwinkel Az_i reflektiert hat. Somit wird in der ersten Iteration von Schritt 230 eine Empfangsreaktion X_R,az,1 empfangen. So beinhaltet beispielsweise die Empfangsreaktion X_R,az,i Informationen über die erste Sendeantenne Tx₁ und jede der Empfangsantennen Rx₁ bis Rx₈ , wenn der Azimutwinkel Az_i ist; somit ist die Empfangsreaktion X_R,az,i eine M × 1 Matrix (z. B. 8 × 1 Matrix). Wie vorstehend erwähnt, kann das Zielobjekt an einer bekannten Stelle platziert werden, wie beispielsweise entlang der Bohrungsseite des Radar-Arrays, die die z-Achse in Bezug auf das Radar-Array von 2 ist. Das Sendesignal X_T reflektiert vom Zielobjekt und wird an jeder der Empfangsantennen Rx₁ bis Rx₈ empfangen. Somit werden in einem Beispiel, in dem das Radar 10 mit M = 8 verwendet wird, insgesamt 8 Signale am Empfangsantennen-Array 30 empfangen, die zusammen die Empfangsreaktion X_R,az,i umfassen und die alle von der einzelnen Sendeantenne Tx₁ übertragen wurden. Die Empfangsreaktion X_R,az,i für das vorliegende Beispiel ist ein Vektor mit 8 Zeilen und einer einzigen Spalte. Das Verfahren 200 fährt mit Schritt 240 fort.
In Schritt 240 wird bestimmt, ob alle Azimutwinkel gemessen werden. So kann beispielsweise mit dem Kalibriermessverfahren der / Azimutwinkel Az_i (wobei i der Index des gemessenen Azimutwinkels ist, mit i = 1 bis I) gemessen werden und J Elevationswinkel El_j (wobei j der Index des zu messenden Elevationswinkels ist, mit j = 1 bis J). In einer Ausführungsform kann die Anzahl der Azimutwinkel 1000 (I = 1000) und die Anzahl der Elevationswinkel kann 1000 sein (J = 1000) sein. Somit werden in einer derartigen Ausführungsform insgesamt 1000 Sendesignale X_T vom Sendeantennen-Array 20 (z. B. von der einzelnen Sendeantenne Tx₁ ) übertragen und insgesamt 8000 reflektierte Signale empfangen, da jedes der Sendesignale X_T an jeder der 8 Empfangsantennen empfangen wird. In anderen Ausführungsformen ist die Anzahl der Azimutwinkel kleiner als die Anzahl der Elevationswinkel (I < J), oder die Anzahl der Azimutwinkel ist größer als die Anzahl der Elevationswinkel (I > J). Die Anzahl der Azimutwinkel I und die Anzahl der Elevationswinkel J kann basierend auf der Radarkonfiguration, der gewünschten Genauigkeit, dem Sichtfeld des Radars 10 sowie verschiedenen anderen Faktoren eingestellt werden. Wenn alle / Azimutwinkel gemessen wurden (z. B. wurden die Schritte 210 bis 230 für alle I Azimutwinkel durchgeführt), fährt das Verfahren 200 mit Schritt 250 fort; andernfalls fährt das Verfahren 200 mit Schritt 210 fort.
Für den Fall, dass das Verfahren 200 zu Schritt 210 zurückkehrt, wird das Radar 10 in einen anderen Azimutwinkel gedreht. So wird beispielsweise während einer zweiten Iteration der Schritte 210 bis 230 (wobei i = 2) ein zweiter Azimutwinkel Az₂ gemessen, um eine zweite Azimutempfangsreaktion X_R,az,2 zu erhalten. Dieser Prozess (d. h. die Schritte 210 bis 230) wird durchgeführt, bis alle / Azimutwinkel gemessen sind. Alle diese Empfangsreaktionen X_R,az,1 auf X_R,az,1000 werden dann zu einer einzigen Azimut-Kalibriermatrix C_az zusammengefasst oder kombiniert, die eine 8 × 1000 Matrix (oder eine M × I Matrix) ist. Diese Azimut-Kalibriermatrix C_az kann auch als die insgesamt gemessene Azimut-Array-Reaktion bezeichnet werden, und jede Spalte dieser Matrix C_az entspricht Informationen über einen einzelnen Azimutwinkel Az_i . In einer Ausführungsform kann jede der Empfangsreaktionen X_R,az,1 auf X_R,az,I in eine einzelne Spalte der Azimut-Kalibriermatrix C_az aufgenommen werden und somit ist in dieser Ausführungsform die Azimut-Kalibriermatrix C_az eine M × I Matrix (z. B. 8 × 1000 bei Verwendung des Radars 10 (mit M = 8) zum Messen von 1000 Azimutwinkeln (I = 1000)).
In Schritt 250 wird das Radar-Array entlang der Elevationsebene (Ebene der y- und z-Achse (2)) mit dem Azimutwinkel θ_el = 0° gedreht. Dieser Schritt ist in seiner Art dem Schritt 210 ähnlich, mit der Ausnahme, dass das Radar auf einen gewünschten Elevationswinkel (mit dem Azimutwinkel θ_el = 0°) gedreht wird, anstatt das Radar 10 auf einen gewünschten Azimutwinkel zu drehen. So kann beispielsweise die vorstehend erläuterte elektromechanische Winkelvorrichtung verwendet werden, um das Radar 10 entlang der Elevationsebene (d. h. der Ebene der y- und z-Achse) zu drehen. Der Elevationswinkel kann einem Winkel zwischen der Bohrungsseite des Radars 10 und dem bekannten Objekt entsprechen. In einem ersten Fall von Schritt 250 kann der Elevationswinkel El₁ 0° oder ein anderer Anfangswert sein. Dieser erste Winkel El₁ kann der Ausrichtung in Bezug auf 2 entsprechen. Während einer nachfolgenden Instanz dieses Schrittes wird das Radar 10 um die horizontale Achse H (oder eine andere Achse, die parallel zur Achse des Empfangsantennen-Arrays B ist) gedreht. Die perspektivische Ansicht von 3 zeigt beispielsweise das Radar 10, das unter einem zweiten (oder unterschiedlichen) Elevationswinkel El₂ angeordnet ist. Das Verfahren 200 fährt mit Schritt 260 fort.
In Schritt 260 wird das Sendesignal X_T von jeder Sendeantenne Tx übertragen. Das Sendesignal X_T kann von jeder der Sendeantennen Tx zu verschiedenen Zeiten unter Verwendung einer Zeitmodulationstechnik, wie beispielsweise dem Zeitmultiplexzugriff (TDMA), übertragen werden. In einer alternativen Ausführungsform wird das Signal X_T von jeder der Sendeantennen Tx gleichzeitig durch Verwendung anderer Modulationstechniken, wie beispielsweise dem Code-Multiplexzugriff (CDMA) oder dem Frequenzmultiplexzugriff (FDMA) gesendet. Auf jeden Fall werden bei Verwendung des Radar-Arrays mit N = 4 insgesamt 4 Sendesignale X_T während einer einzigen Instanz von Schritt 260 übertragen. Das Verfahren 200 fährt mit Schritt 270 fort.
In Schritt 270 wird eine Elevationsempfangsreaktion X_R,el,j an einer der Empfangsantennen Rx empfangen. In einer Ausführungsform beinhaltet die Elevationsempfangsreaktion X_R,el,j jedes Sendesignal X_T , nachdem das Signal X_T von einem Zielobjekt mit einer bekannten Position und unter dem Elevationswinkel El_j reflektiert hat. Jedes der Sendesignale X_T reflektiert vom Zielobjekt und wird an einer einzelnen der Empfangsantennen empfangen, wie beispielsweise an Rx₁ . Es sollte beachtet werden, dass elektromagnetische Signale zwar die anderen Empfangsantennen (Rx₂ bis Rx₄ ) kontaktieren können, das Radar 10 jedoch von diesen anderen Empfangsantennen nicht abgetastet oder anderweitig auf elektromagnetische Aktivität abgefragt werden kann. Bei Verwendung des Radars 10 mit N = 4 werden an der Empfangsantenne Rx₁ insgesamt 4 Signale empfangen, die zusammen die Elevationsempfangsreaktion X_R,el,j umfassen. Im ersten Fall von Schritt 270, ist j = 1, sodass die Elevationsempfangsreaktion X_R,el,1 empfangen wird. Die Elevationsempfangsreaktion X_R,el,j für das vorliegende Beispiel ist ein Vektor mit 4 Zeilen und einer einzigen Spalte. Das Verfahren 200 fährt mit Schritt 280 fort.
In Schritt 280 wird bestimmt, ob alle Elevationswinkel gemessen werden. So kann beispielsweise der Kalibriermessvorgang verwendet werden, um J Anzahl der Elevationswinkel El_j zu messen (wobei j der Index des zu messenden Elevationswinkels ist, mit j = 1 bis J). Wie vorstehend erwähnt, kann in einer Ausführungsform die Anzahl der Elevationswinkel 1000 (J = 1000) sein. Somit werden in einer derartigen Ausführungsform insgesamt 4000 Sendesignale X_T vom Sendeantennen-Array übertragen (z. B. 1000 von jeder Sendeantenne) und insgesamt 4000 reflektierte Signale werden an dem Empfangsantennen-Array 30 empfangen. Sind alle Elevationswinkel J gemessen worden (z. B. wurden die Schritte 250 bis 270 bei allen J Elevationswinkeln durchgeführt), fährt das Verfahren 200 mit Schritt 290 fort; andernfalls fährt das Verfahren 200 mit Schritt 250 fort, bis alle J Elevationswinkel gemessen sind.
Für den Fall, dass das Verfahren 200 zu Schritt 250 zurückkehrt, wird das Radar 10 in einen anderen Elevationswinkel gedreht. So wird beispielsweise während einer zweiten Iteration des Schritts 250 (wobei j = 2 ist) ein zweiter Elevationswinkel El₂ gemessen, um eine zweite Elevationsempfangsreaktion X_R,el,2 zu erhalten. Dieser Prozess (d. h. die Schritte 250 bis 270) wird durchgeführt, bis alle J Elevationswinkel gemessen sind. Alle diese Empfangsreaktionen X_R,el,1 auf X_R,el,1000 werden dann zu einer einzigen Elevationskalibriermatrix C_el aggregiert oder kombiniert, die eine 4x1000er Matrix (oder eine N × J Matrix) ist. Jede Spalte der Elevationskalibriermatrix C_el entspricht Informationen über einen einzelnen Elevationswinkel El_j.
In Schritt 290 ist das Radar konfiguriert, um die Kalibriermatrizen zum Empfangen von Antennenreaktionen anzuwenden, sodass eine kalibrierte Reaktion erhalten wird. Dieser Schritt kann das Speichern der Kalibriermatrizen im Speicher des Radars 10 beinhalten, wie beispielsweise im Speicher des Radarsteuermoduls 16. Zusätzlich oder alternativ können Computeranweisungen erzeugt werden, die beim Ausführen kalibrierte Array-Reaktionen berechnen, indem Informationen, die in den Kalibriermatrizen enthalten sind, auf die empfangenen Antennen-Array-Reaktionen angewendet werden. In einer Ausführungsform ist das Radar 10 so konfiguriert, dass das Radar 10 die Schritte des folgenden Verfahrens 300 unter Verwendung der erhaltenen Kalibriermatrizen ausführt.
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren 300 zum Kalibrieren einer Radarreaktion unter Verwendung von Kalibriermatrizen veranschaulicht. Gemäß einem Beispiel implementiert das Verfahren 300 einen Reaktionskalibrierungsprozess, der die Kalibriermatrizen C_az und C_el auf eine Empfangsantennenreaktion anwendet. Die Empfangsantennenreaktion kann durch Übertragen eines oder mehrerer Übertragungssignale mit dem Sender und anschließendem Empfangen der Empfangsantennenreaktion am Empfangsantennen-Array erhalten werden. In vielen Szenarien ist die Empfangsantennenreaktion das reflektierte Übertragungssignal. Das Verfahren 300 kann verwendet werden, um die Empfangsantennenreaktion zu kalibrieren, sodass ein genaueres Strahlformungsbild erhalten werden kann. Es sollte verstanden werden, dass es nicht notwendig ist, die Schritte des Verfahrens 300 in der jeweiligen dargestellten und beschriebenen Ordnung oder Reihenfolge durchzuführen, und dass die Durchführung einiger oder aller dieser Schritte in einer alternativen Reihenfolge durchaus möglich ist.
Das Verfahren 300 kann als Reaktion auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Ereignissen, Umständen, Szenarien, Bedingungen usw. eingeleitet oder gestartet werden. So kann beispielsweise das Verfahren 300 beginnen, wenn das Trägerfahrzeug 100 eingeschaltet wird (z. B. wenn die Fahrzeugzündung eingeschaltet wird und das Fahrzeug startet) oder in Betrieb genommen wird, woraufhin das Verfahren kontinuierlich, periodisch, intermittierend oder anderweitig im Hintergrund laufen könnte. In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren 300 gestartet werden, wenn bestimmte Fahrzeugfunktionen oder Merkmale, die eine Eingabe durch das Fahrzeugradarsystem 10 erfordern, eingeschaltet oder anderweitig aktiviert sind (z. B. wenn eine oder mehrere autonome oder teilautonome Fahrfunktionen aktiviert sind). Es ist auch möglich, dass das Verfahren 300 auf einer periodischen oder routinemäßigen Basis eingeleitet wird (z. B. einmal pro Minute, Stunde, Tag, Woche, Monat, usw.). Die vorgenannten Beispiele stellen nur einige der Möglichkeiten dar, wie das Verfahren 300 eingeleitet oder gestartet werden kann, da auch andere Möglichkeiten, wie beispielsweise eine manuelle Einleitung des Kalibrierungsverfahrens, existieren.
Beginnend mit Schritt 310, wird eine Empfangs-Array-Reaktion am Empfangsantennen-Array empfangen. In vielen Ausführungsformen wird die Empfangsantennenreaktion durch Senden eines Sendesignals X_T von jeder der Sendeantennen Tx₁ bis Tx₄ erhalten. Gemäß einer derartigen Technik erzeugt ein Wellenform-Generator im Sender 12 ein übertragenes Signal X_T in Form eines Basisbandsignals, das um eine Trägerfrequenz zentriert ist. Das Sendesignal X_T } kann eine Bandbreite aufweisen, die beispielsweise linearen Frequenzmodulations-(LFM)-Chirps oder Impulsen entspricht. Das Sendesignal X_T kann jedes angemessene oder geeignete modulierte Signal oder jede geeignete modulierte Wellenform zur Verwendung mit dem Fahrzeugradarsystem 10 sein, einschließlich modulierter Signale mit einer Mittenfrequenz im Bereich von 10 bis 100 GHz. Es können verschiedene Kommunikationszugriffsschemata verwendet werden, darunter Mehrfachzugriff im Zeitmultiplex (TDMA), Mehrfachzugriff im Codemultiplex (CDMA), Binärphasenmodulation (BPM), Code-Division-Multiplexing (CDM), Orthogonales Frequenzmultiplexing (OFDM) und andere geeignete Techniken.
Die Sendesignale X_T werden dann jeweils an jeder der Empfangsantennen Rx₁ bis Rx₈ des Empfangsantennen-Arrays 30 empfangen. Die gesamte Empfangsarray-Reaktion X_R , die Informationen zu jedem Sender-Empfängerkanal enthält (z. B. insgesamt 32 Kanäle, wobei N = 8 und M = 4), dann verarbeitet werden können, um senderspezifische Reaktionen y₁ an y_N zu erhalten (z. B. insgesamt vier senderspezifische Reaktionen y₁ bis y₄ wobei N = 4). Jede dieser senderspezifischen Reaktionen beinhaltet Informationen in Bezug auf einen einzelnen Sender. So beinhaltet beispielsweise die senderspezifische Reaktion y₁ Informationen über die Empfangs-Array-Reaktion X_R , die aus einem Kanal der ersten Sendeantenne Tx₁ erhalten wurde. Auf diese Weise beinhaltet jede der senderspezifischen Reaktionen M Zeilen und, im Falle des veranschaulichten Radars 10 von 2, beinhaltet jede senderspezifische Reaktion somit 8 Zeilen (und ist eine 8x1 Matrix). Sobald alle senderspezifischen Reaktionen y₁ bis y_N erhalten wurden, fährt das Verfahren 300 mit Schritt 320 fort.
In Schritt 320 wird die fokussierte Array-Azimutenergie berechnet. Die fokussierte Array-Azimutenergie kann durch Z dargestellt werden, die wie nachfolgend erläutert berechnet werden kann. In Teilschritt 322 wird die Azimut-Kalibriermatrix C_az auf jede der senderspezifischen Reaktionen y₁ auf y_N angewendet. In einer Ausführungsform wird die folgende Gleichung verwendet, um die Azimut-Kalibriermatrix C_az auf jede der senderspezifi schen Reaktionen y₁ auf y_N anzuwenden: $z_{n} = C_{a z}^{H} y_{n}$
wobei z_n die senderspezifische fokussierte Array-Azimutenergiematrix (kurz „senderspezifische Azimutenergiematrix“) ist, n den Senderindex (der von 1 bis N reicht) darstellt, $C_{a z}^{H}$
die konjugierte Transponierung der Azimut-Kalibriermatrix C_az ist, und y_n die senderspezifische Reaktion der n-ten Sendeantenne ist. So werden beispielsweise unter Bezugnahme auf das veranschaulichte Radar 10 (2), wobei M = 8 und N = 4, vier senderspezifische Azimutenergiematrizen z₁ bis z₄ unter Verwendung der vier senderspezifischen Reaktionen y₁ auf y₄ erhalten. Außerdem unter der Annahme, dass die Anzahl der kalibrierten Azimutwinkel I = 1000, die Abmessungen jeder senderspezifischen Reaktion y_n 8×1 und die Abmessungen der konjugierten Transponier-Azimut-Kalibriermatrix $C_{a z}^{H}$
ist, ist 1000x8. Somit ist jede der vier senderspezifischen Azimutenergiematrizen z_n 1000x1. Sobald jede der senderspezifischen Azimutenergiematrizen z₁ bis z_N erhalten wurde, fährt das Verfahren 300 mit dem Teilschritt 324 fort.
In Teilschritt 324 werden alle senderspezifischen Azimutenergiematrizen z₁ bis z_N zu einer einzelnen Matrix zusammengefasst. In einer Ausführungsform wird die folgende Gleichung verwendet: $Z = [\begin{array}{l} z_{1}^{T} \\ \dots \\ z_{N}^{T} \end{array}]$
wobei Z die fokussierte Array-Azimutenergiematrix (oder „Gesamtazimutenergiematrix“) ist, und $z_{N}^{T}$
die Transponierung der senderspezifischen Azimutenergiematrix für die n-te Sendeantenne ist (z. B. $z_{1}^{T}$
ist die Transponierung der senderspezifischen Azimutenergiematrix für die erste Sendeantenne Tx₁ (2)). Wie vorstehend erwähnt, ist jede senderspezifische Azimutenergiematrix z_n eine I×1-Matrix, wobei I die Anzahl der während des Kalibriervorgangs verwendeten Azimutwinkel ist (z. B. I = 1000). Zum Beispiel, wobei / = 1000, jede senderspezifische Azimutenergie-Transformationsmatrix $z_{N}^{T}$
eine 1x1000er Matrix ist und somit die gesamte Azimutenergiematrix Z eine N×I Matrix ist (z.B. eine 4x1000 bei vier Sendeantennen und 1000 Azimutwinkeln). Das Verfahren 300 fährt mit Schritt 330 fort.
In Schritt 330 wird die kalibrierte Array-Reaktion erhalten. Die kalibrierte Array-Reaktion kann durch die azimut- und elevationsfokussierte Energiematrix R dargestellt werden. In vielen Ausführungsformen wird die kalibrierte Array-Reaktion durch Anwenden der gesamten Azimutenergiematrix Z an die Elevationskalibriermatrix C_el erhalten, die als Teil des Kalibriermessvorgangs des Verfahrens 200 erhalten wurde (2). In einer Ausführungsform kann die folgende Gleichung verwendet werden, um die azimut- und elevationsfokussierte Energiematrix R zu erhalten: $R = C_{e l}^{H} Z$
wobei $C_{e l}^{H}$
die konjugierte Transponierung der Elevationskalibriermatrix C_el ist, und Z die gesamte Azimutenergiematrix ist. Wie bereits erwähnt, wird bei Verwendung des Radars 10 von 2, wobei N = 4 und M = 8 zum Messen von 1000 Elevationswinkeln (J = 1000), die Sendeelevationsmatrix C_el eine 4×1000 (N×J) Matrix ist und, somit ist die konjugierte Transponierung der Elevationskalibriermatrix C_el eine 1000x4 (JxN) Matrix. Und, wie vorstehend erwähnt, unter Verwendung desselben Beispiels, ist die gesamte Azimutenergiematrix Z eine 4x1000er Matrix. Somit ist die resultierende azimut- und elevationsfokussierte Energiematrix R (oder kalibrierte Reaktionsmatrix R) ist eine 1000x1000 Matrix (d. h. eine J×I Matrix).
Nachdem die kalibrierte Reaktionsmatrix R berechnet oder anderweitig erhalten wurde, kann die kalibrierte Reaktionsmatrix R (oder andere damit zusammenhängende oder daraus abgeleitete Informationen) an andere Fahrzeugsystemmodule (VSMs), wie beispielsweise ECU 120, Bordcomputer 130 und/oder andere VSMs 140, gesendet werden. Darüber hinaus können Geschwindigkeits- und Reichweiteninformationen zusammen mit dem Azimut und der Höhe des Zielobjekts an andere VSMs gesendet werden. Diese Informationen können für verschiedene Fahrzeugoperationen verwendet werden, wie beispielsweise die Benachrichtigung eines Fahrzeugführers oder -insassen und/oder das Ausführen verschiedener halbautonomer oder völlig autonomer Fahrzeugfunktionen. Das Verfahren 300 kann an diesem Punkt enden oder zur weiteren Ausführung zurückgeschleift werden.
Es ist zu beachten, dass die vorstehende Beschreibung keine Definition der Erfindung darstellt, sondern eine Beschreibung einer oder mehrerer bevorzugter exemplarischer Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die besondere(n) hierin offenbarte(n) Ausführungsform(en) beschränkt, sondern ausschließlich durch die folgenden Patentansprüche definiert. Darüber hinaus beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung gemachten Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sind nicht als Einschränkungen des Umfangs der Erfindung oder der Definition der in den Patentansprüchen verwendeten Begriffe zu verstehen, außer dort, wo ein Begriff oder Ausdruck ausdrücklich vorstehend definiert wurde. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen an der/den ausgewiesenen Ausführungsform(en) sind für Fachleute offensichtlich. Die spezifische Kombination und Reihenfolge der Schritte stellt beispielsweise nur eine Möglichkeit dar, da das vorliegende Verfahren eine Kombination von Schritten beinhalten kann, wobei diese Schritte unterschiedlich sein oder in der Anzahl mehr oder weniger Schritte als die hier gezeigten beinhalten können. Alle diese anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollten im Geltungsbereich der angehängten Patentansprüche verstanden werden.
Wie in dieser Spezifikation und den Patentansprüchen verwendet, sind die Begriffe „beispielsweise“, „z. B.“, „zum Beispiel“, „wie“ und „gleich/gleichen“ sowie die Verben „umfassen“, „haben“, „beinhalten“ und deren andere Verbformen, die in Verbindung mit einer Liste von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Elementen verwendet werden, jeweils als offen auszulegen, d. h., dass die Liste nicht als Ausnahme anderer, zusätzlicher Komponenten oder Elemente betrachtet werden darf. Andere Begriffe sind in deren weitesten vernünftigen Sinn auszulegen, es sei denn, diese werden in einem Kontext verwendet, der eine andere Auslegung erfordert. Zusätzlich versteht sich der Ausdruck „und/oder“ als ein inklusives ODER. Als ein Beispiel beinhaltet der Ausdruck „A, B, und/oder C“ Folgendes: „A“; „B“; „C“; „A und B“; „A und C“; „B und C“ und „A, B und C“.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Radarsystems, wobei das Radarsystem ein Sendeantennen-Array mit einer Vielzahl von Sendeantennen und ein Empfangsantennen-Array mit einer Vielzahl von Empfangsantennen umfasst, wobei die Vielzahl von Sendeantennen entlang einer Sendeantennen-Array-Achse beabstandet ist und die Vielzahl von Empfangsantennen entlang einer Empfangsantennen-Array-Achse beabstandet sind, die senkrecht zum Sendeantennen-Array steht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Messen eines Satzes von Azimutwinkeln des Radarsystems, um eine Vielzahl von gemessenen Azimut-Array-Reaktionen zu erhalten, worin das Radarsystem zwischen jeder Azimutwinkelmessung physikalisch um eine erste Achse des Radarsystems gedreht wird; Messen eines Satzes von Elevationswinkeln des Radarsystems, um eine Vielzahl von gemessenen Elevationsarrayreaktionen zu erhalten, worin das Radarsystem zwischen jeder Elevationswinkelmessung physikalisch um eine zweite Achse des Radarsystems gedreht wird; Erhalten einer Azimut-Kalibriermatrix basierend auf der Vielzahl von gemessenen Azimut-Array-Reaktionen und einer Elevationskalibriermatrix basierend auf der Vielzahl von gemessenen Elevation-Array-Reaktionen; und Konfigurieren des Radarsystems, um die Azimut-Kalibriermatrix und die Elevationskalibriermatrix auf eine oder mehrere Antennen-Array-Reaktionen anzuwenden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die erste Achse senkrecht zur zweiten Achse verläuft und worin die erste Achse einer vertikalen Achse und die zweite Achse einer horizontalen Achse des Radarsystems entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Messschritte beide die Verwendung einer elektromechanischen Winkelvorrichtung zum Positionieren des Radarsystems in einem zu messenden Winkel beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin während dem Messen des Satzes von Azimutwinkeln das Radarsystem auf einem konstanten Elevationswinkel gehalten wird, und worin während dem Messen des Satzes von Elevationswinkeln das Radarsystem auf einem konstanten Azimutwinkel gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin ein einzelner der Messschritte das Übertragen eines Sendesignals von einer einzelnen Sendeantenne der Vielzahl von Sendeantennen und das Empfangen des Sendesignals an jeder der Vielzahl von Empfangsantennen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, worin ein weiterer der Messschritte das Übertragen eines Sendesignals von jeder der Vielzahl von Sendeantennen und das Empfangen der Sendesignale an einer einzelnen der Vielzahl von Empfangsantennen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Radarsystem in einem Fahrzeug installiert ist, und worin das Verfahren vor der Installation des Radarsystems in dem Fahrzeug durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte des Empfangens einer ersten der einen oder mehreren Antennen-Array-Reaktionen unter Verwendung des Empfangsantennen-Arrays; Berechnen einer fokussierten Array-Azimutenergiematrix unter Verwendung der Azimut-Kalibriermatrix und der ersten Antennen-Array-Reaktion; und Erhalten einer kalibrierten Antennen-Array-Reaktion unter Verwendung der fokussierten Array-Azimutenergiematrix und der Elevationskalibriermatrix.
Verfahren nach Anspruch 8, worin der Berechnungsschritt das Trennen der ersten Antennen-Array-Reaktion in eine Vielzahl von senderspezifischen Antennen-Array-Reaktionen und dann das Verwenden des Radarsystems zum Ausführen einer ersten Gleichung wie folgt beinhaltet: $z_{n} = C_{a z}^{H} y_{n}$
wobei z_n eine n-te senderspezifische Azimutenergiematrix ist, $C_{a z}^{H}$
eine konjugierte Transponierung der Azimutkalibriermatrix ist, und y_n eine n-te senderspezifische Reaktion aus der Vielzahl der senderspezifischen Antennen-Array-Reaktionen ist, und worin die erste Gleichung N mal ausgeführt wird, um eine Vielzahl von senderspezifischen Azimutenergiematrizen z₁ bis z_N zu erhalten, wobei N eine Gesamtanzahl von Sendeantennen des Sendeantennen-Arrays ist.
Verfahren nach Anspruch 9, worin der Berechnungsschritt ferner die Verwendung des Radarsystems zum Ausführen einer zweiten Gleichung wie folgt umfasst: $R = C_{e l}^{H} Z$
wobei R die kalibrierte Antennen-Array-Reaktion ist, $C_{e l}^{H}$
eine konjugierte Transponierung der Elevationskalibriermatrix ist, und Z eine allgemeine Azimutenergiematrix ist, wobei die gesamte Azimutenergiematrix Z aus der Vielzahl der senderspezifischen Azimutenergiematrizen z₁ bis z_N besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Vielzahl von Sendeantennen in Bezug auf eine dritte Achse und eine vierte Achse ausgerichtet sind, worin sowohl die dritte Achse als auch die vierte Achse orthogonal zur Sendeantennen-Array-Achse sind.