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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems und ein System zur Entfernungsbestimmung und Datenübertragung mit Radarsensoren.
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Es ist allgemein bekannt, dass mittels Radarsensoren die Entfernung von Objekten bestimmbar ist.
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Aus der Veröffentlichung Han, L., Wu, K.: Joint wireless communication and radar sensing systems - state of the art and future prospects. In: IET Microwaves Antennas Propagation Volume 7, Issue 11, 2013, S. 876 - 885. - ISSN 1751 - 8725 ist eine Radardetektion bekannt.
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Aus der Veröffentlichung Han, L., Wu, K.: Radio and radar data fusion platform for future intelligent transportation systems. In: The 7th European Radar Conference (EuRAD), 2010, S. 65 - 68. - ISSN 978 - 1- 4244-7234-5 ist eine intelligente Radardatenübertragung bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein radarbasiertes System mit erweiterter Funktionalität auszubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System, insbesondere radarbasierten System, zur Entfernungsbestimmung und Datenübertragung mit Radarsensoren, sind, dass ein erster Radarsensor des Systems ein Mittel zur Erzeugung eines Radarsignals aufweist, insbesondere dessen Frequenz von einem Steuerungsmittel, insbesondere Spannungserzeugungsmittel, steuerbar ist,
insbesondere wobei der erste Radarsensor dazu eingerichtet ist, in einer ersten Betriebsart die Entfernung zu einem Objekt des Systems zu bestimmen und in einer zweiten Betriebsart Daten insbesondere zu einem zweiten Radarsensor zu übertragen,
wobei der erste Radarsensor einen Mischer aufweist, dem sowohl ein mittels einer Empfangsantenne des ersten Radarsensors empfangenes Signal als auch zumindest ein Anteil des Radarsignals zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des Mischers einem Filter, insbesondere Tiefpassfilter, zugeführt wird,
wobei das Ausgangssignal des Filters von einer Auswerteeinheit, insbesondere Identifikationseinheit, auf Überschreiten eines Schwellwerts überwacht wird, insbesondere und davon abhängig die Betriebsart des ersten Radarsensors von der Entfernungsbestimmung zur Betriebsart der Datenübertragung zu wechseln.
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Von Vorteil ist dabei, dass während des Ausführens der ersten Betriebsart, also der Entfernungsbestimmung zu Objekten hin, gleichzeitig überwachbar ist, ob ein anderer Radarsensor eine Datenübertragung wünscht oder nicht. Sobald erkannt wird, dass der andere Teilnehmer, also der zweite Radarsensor dies wünscht, wird die Datenübertragung gestartet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Radarsensor eine Modulationseinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, in der Betriebsart der Datenübertragung das Radarsignal zu modulieren,
wobei das derart modulierte Radarsignal einer Sendeantenne des ersten Radarsensors zugeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Modulationseinheit amplitudenmoduliert arbeitet, also beispielsweise das Radarsignal abschaltet und anschaltet. Somit ist die Modulation in sehr einfacher Weise ermöglicht. Alternativ arbeitet die Modulationseinheit frequenzmoduliert. Somit ist dem zweiten Radarsensor durch Mischen mit einem Radarsignal konstanter Frequenz und Tiefpassfiltern ermöglicht, die übertragenen Daten zu demodulieren.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Radarsensor eine Sendeantenne auf, welcher das Radarsignal vom Mittel zur Erzeugung eines Radarsignals zugeleitet wird. Von Vorteil ist dabei, dass das Radarsignal ins Fernfeld absendbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung fungiert die Sendeantenne als Empfangsantenne. Von Vorteil ist dabei, dass nur eine einzige Antenne für den ersten Radarsensor notwendig ist. Ebenso ist für jeden anderen Radarsensor ebenfalls nur eine einzige Antenne notwendig.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System einen zweiten Radarsensor auf,
welcher zeitabschnittsweise ein Radarsignal mit einer konstanten Frequenz aussendet, insbesondere wobei der zweite Radarsensor baugleich zum ersten Radarsensor ist. Von Vorteil ist dabei, dass der erste Radarsensor das Aussenden des Radarsignals konstanter Frequenz detektieren kann.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Systems, welches Radarsensoren aufweist, sind, dass ein erster Radarsensor des Systems in einer ersten Betriebsart zur Entfernungsbestimmung verwendet wird und in einer zweiten Betriebsart zur Datenübertragung verwendet wird,
wobei der erste Radarsensor in der ersten Betriebsart ein Radarsignal aussendet, dessen Frequenz eine abschnittsweise lineare Funktion der Zeit ist, insbesondere dessen Frequenz entweder mit der Zeit proportional ansteigt oder mit der Zeit proportional abfällt,
wobei das vom ersten Radarsensor empfangen Signal mit einem Anteil des von dem ersten Sensor gesendeten Signals einem Mischer zugeführt wird, dessen Ausgangssignal einem Filter, insbesondere Tiefpassfilters, zugeführt wird,
wobei das Ausgangssignal des Filters auf das Überschreiten eines Schwellwertes, insbesondere ersten Spannungswertes, überwacht wird und abhängig vom Ergebnis der Überwachung von der ersten in die zweite Betriebsart gewechselt wird.
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Von Vorteil ist dabei, dass der erste Radarsensor während des Ausführens der ersten Betriebsart, also der Entfernungsbestimmung, überwacht, ob der zweite Radarsensor eine Datenübertragung ausführen oder anfordern möchte. Sobald dies erkannt wurde, wird in die zweite Betriebsart gewechselt und der zweite Radarsensor informiert. Auf diese Weise ist einerseits Entfernungsbestimmung und andererseits Datenübertragung ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt in der zweiten Betriebsart der erste Radarsensor ein Radarsignal, welches einen oder mehrere Frequenzwerte aufweist, insbesondere eine mit der Zeit abschnittsweise konstante Frequenz aufweist,
insbesondere so dass zu übertragende digitale Daten frequenzmoduliert übertragen werden. Von Vorteil ist dabei, dass ein digitaler Datenstrom übertragbar ist, wobei jedem Bit eine Frequenz zugeordnet ist. Somit weist das Radarsignal dann nur eine von zwei oder mehr diskreten Frequenzen auf.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sendet der erste Radarsensor nach dem Wechseln in die zweite Betriebsart in einem ersten Verfahrensschritt ein Radarsignal konstanter Frequenz aus, wobei der zweite Radarsensor, nachdem der zweite Radarsensor dieses Radarsignal konstanter Frequenz des ersten Radarsensors detektiert hat, ein digitaler Datenstrom durch ein amplitudenmoduliertes oder frequenzmoduliertes Radarsignal aussendet,
wobei aus dem Ausgangssignal des Filters des ersten Radarsensors der digitale Datenstrom bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass durch Verwendung diskreter Frequenzen ein digitaler Datenstrom übertragbar ist, insbesondere im Halbduplexverfahren. Vorzugsweise ist die Art des Modulationsverfahrens von dem Frequenzwert im ersten Verfahrensschritt abhängig.
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Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung sendet der erste Radarsensor nach dem Wechseln in die zweite Betriebsart in einem ersten Verfahrensschritt ein Radarsignal aus, das eine konstante Frequenz aufweist,
wobei der zweite Radarsensor, nachdem der zweite Radarsensor dieses Radarsignal konstanter Frequenz des ersten Radarsensors detektiert hat, ein digitaler Datenstrom durch ein amplitudenmoduliertes oder frequenzmoduliertes Radarsignal aussendet, wobei als Trägerfrequenz der Frequenzwert der im ersten Verfahrensschritt verwendeten Frequenz verwendet wird,
wobei aus dem Ausgangssignal des Filters des ersten Radarsensors der digitale Datenstrom bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass in der ersten Betriebsart feststellbar ist, welche Frequenz die geringsten Störungen aufweist, insbesondere also das geringste Rauschen bei der Messung aufweist. Bei dieser Frequenz ist somit eine fehlerarme Datenübertragung in der zweiten Betriebsart nach dem ersten Verfahrensschritt erwartbar. Insbesondere ist sogar ein amplitudenmoduliertes Übertragen ausführbar. Bei Verwendung der Frequenzmodulation ist für den zu verwendenden Frequenzhub ein Bereich bestimmbar, der geringe Störungen aufweist. Allerdings ist die Ausführung für die Amplitudenmodulation weniger aufwendig.
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Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung sendet der erste Radarsensor nach dem Wechseln in die zweite Betriebsart in einem ersten Verfahrensschritt ein Radarsignal konstanter Frequenz aus, wobei für die konstante Frequenz wahlweise entweder ein erster Frequenzwert oder ein zweiter Frequenzwert verwendet wird,
wobei der zweite Radarsensor, nachdem der zweite Radarsensor dieses Radarsignal konstanter Frequenz des ersten Radarsensors detektiert hat und den Frequenzwert bestimmt hat, ein digitaler Datenstrom durch ein moduliertes Radarsignal aussendet,
wobei das Radarsignal amplitudenmoduliert wird, wenn im ersten Verfahrensschritt für das Radarsignal konstanter Frequenz der erste Frequenzwert verwendet wird, und das Radarsignal frequenzmoduliert wird, wenn im ersten Verfahrensschritt für das Radarsignal konstanter Frequenz der zweite Frequenzwert verwendet wird,
wobei aus dem Ausgangssignal des Filters des ersten Radarsensors der digitale Datenstrom bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein Modulationsverfahren mit hoher Übertragungsrate dann verwendet werden kann, wenn keine starken Störungen auftreten, und ein störsicheres Modulationsverfahren, wenn Störquellen vorhanden sind und die Datenübertragungsrate nicht die höchste Priorität hat.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein erfindungsgemäßes radarbasiertes System zur Entfernungsbestimmung und Datenübertragung mit Radarsensoren (1, 2) schematisch skizziert.
- In der 2 ist ein vom ersten Radarsensor 1 ausgesandtes Signal 20 und ein hiervon von einem in den Figuren nicht dargestellten Objekt des Systems reflektierten, vom ersten Radarsensor 20 empfangenen Signal 21 und ein von einem zweiten Radarsensor 2 gesendetes Signal.
- In der 3 ist ein vom Signal 22 des zweiten Radarsensors 2 bewirktes Ausgangssignal 30 eines Mischers 44 einer Signaleinheit 40 dargestellt und ein vom Empfangssignal 21 bewirktes Ausgangssignal 31 des Mischers 44.
- In der 4 ist die Signaleinheit 40 schematisch dargestellt.
- In der 5 ist zeitabhängige Amplitudenverlauf des tiefpassgefilterten Ausgangssignal 30 dargestellt.
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Wie in 1 dargestellt, weist das System einen ersten Sensor 1 auf, welcher ein frequenzmoduliertes Radarsignal abstrahlt. Vorzugsweise ist der Frequenzverlauf zeitabschnittsweise eine lineare Funktion der Zeit, insbesondere also ein Sägezahlverlauf oder ein Dreiecksverlauf.
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Der Frequenzverlauf des über die Sendeantenne 3 abgestrahlten Signals 30 ist in 2 dargestellt.
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Das in den Figuren nicht gezeigte Objekt reflektiert einen Teil der von der Sendeantenne 3 ausgesendeten Strahlung, wobei dieser Anteil zeitverzögert mittels der Empfangsantenne 4 empfangen wird. Die Zeitverzögerung hängt dabei vom Abstand zwischen der Sendeantenne 3 und dem Objekt ab.
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Der erste Sensor 1 weist die Radareinheit 6 auf. Vorzugsweise ist diese als frequenzmodulierte Dauerstrichradareinheit, insbesondere FMCW-Radareinheit, ausgeführt. Hierbei wird beim Aussenden eines Signals 20 in zumindest einem Zeitabschnitt die Frequenz proportional zurzeit erhöht. Der von einem Objekt reflektierte Signalanteil 21 wird von dem ersten Sensor 1 zeitverzögert empfangen. Somit besteht zwischen dem aktuell gesendeten und dem empfangenen Signal eine Frequenzdifferenz. Diese Frequenzdifferenz ist im Zeitabschnitt unveränderlich, also konstant, da die Frequenz des ausgesendeten Signals gleichmäßig erhöht wird.
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Wenn nun ein zweiter Sensor 2, welcher vorzugsweise baugleich zum ersten Sensor 1 ausgeführt ist, zur Datenübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor (1, 2) eingesetzt werden soll, beginnt dieser zweite Sensor ein Signal 22 konstanter Frequenz auszusenden. Hierzu erzeugt die Radareinheit 6 des zweiten Sensors 2 ein solches Signal 22.
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Wie in 4 gezeigt, wird im ersten Sensor 1 der vom Signal 22 bewirkte und vom ersten Sensor empfangene Signalanteil mittels des Mischers 44 gemischt mit dem von der Signaleinheit 41 erzeugten Signal 30, welches insbesondere auch der Sendeantenne 3 des ersten Sensors zugeleitet wird.
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Das Ausgangssignal des Mischers 44 wird einem Tiefpassfilter 43 zugeleitet, dessen Ausgangssignal einer Identifikationseinheit 42 zugeführt wird, welche überwacht, ob ein Signal 22 konstanter Frequenz vom zweiten Sensor 2 ausgesendet wird.
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Dabei überwacht die Identifikationseinheit 42, ob der Effektivwert und/oder die Amplitude des Ausgangssignals des Tiefpassfilters 43 einen Schwellwert überschreitet.
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Wenn nämlich das Signal 22 gesendet wird, gibt es einen Zeitbereich, innerhalb dessen die Frequenz des vom ersten Sensor 1 gesendeten Sendesignals 20 der Frequenz des Signals 22 des zweiten Sensors 2 sehr nahekommt oder kurzzeitig sogar gleicht. In diesem Zeitbereich unterschreitet das aus den Signalen 20 und 22 gemischte Signal die Frequenz des Signals 22. Insbesondere erreicht die tiefpassgefilterte Frequenz sogar den Wert Null.
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In 5 ist der zeitabhängige Verlauf der Amplituden des am Ausgang des Tiefpassfilters 43 auftretenden Signals 30 dargestellt.
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Sobald der erste Sensor 1 erkannt hat, dass der zweite Sensor das Signal 22 ausstrahlt, wird ein Datenaustauschverfahren gestartet. Hierzu muss dann aber zunächst die Entfernungsbestimmung von Objekten gestoppt werden.
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Zur Datenübertragung führt die Aufmodulationseinheit 5 eine Modulation des von der Radareinheit 6 erzeugten Signals durch. Beispielsweise wird das Signal der Radareinheit entsprechend der zu übertragenden Bits angeschaltet und abgeschaltet. Somit ist dann der zweite Sensor 2 in der Lage, den Datenstrom zu empfangen. Alternativ wird die Frequenz der Radareinheit 6 des ersten Sensors 1 zwischen zwei Werten moduliert. Vorzugsweise wird eine Synchronisation mit vorgesehen.
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Zum Empfang der Daten wird von der Demodulationseinheit 7 das von der Empfangsantenne 4 aufgenommene Signal demoduliert. Hierzu wird wiederum die das Radarsignal 41 mittels eines Mischers 44 mit dem Empfangssignal gemischt und einem Filter zugeführt, dessen Ausgangssignal den Datenstrom aufweist.
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Bei der Modulation ist vorzugsweise eine Trägerfrequenz verwendet, bei der in der ersten Betriebsart ein nur geringes Rauschen der empfangenen und/oder gemessenen Werte auftritt. Die zu verwendende Trägerfrequenz ist auch als konstante Initialisierungsfrequenz in einem ersten Verfahrensschritt in der zweiten Betriebsart verwendbar. Nach dem der zweite Radarsensor 2 diese Initialisierung erkannt hat und den Frequenzwert bestimmt hat, ist von ihm eine Datenaussendung mit einer Frequenz, deren Frequenzwert der bestimmte Frequenzwert ist, ausführbar.
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Alternativ ist auch vom ersten Radarsensor 1 signalisierbar, ob eine Amplitudenmodulation oder ob eine Frequenzmodulation verwendet werden soll.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird die Sendeantenne 3 und die Empfangsantenne 4 des ersten Sensors 1 als ein einziges Bauteil ausgeführt. Somit fungiert dieses Bauteil sowohl als Sendeantenne 3 und als Empfangsantenne 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Radarsensor
- 2
- zweiter Radarsensor
- 3
- Sendeantenne
- 4
- Empfangsantenne
- 5
- Aufmodulationseinheit für das Senden von Daten
- 6
- Radareinheit, insbesondere frequenzmodulierte Dauerstrichradareinheit, insbesondere FMCW-Radareinheit
- 7
- Demodulationseinheit für das Empfangen von Daten
- 20
- Sendesignal
- 21
- Empfangssignal, insbesondere Reflexionssignal
- 22
- Vom zweiten Radarsensor 2 gesendetes Signal
- 30
- Vom Signal 22 des zweiten Radarsensors 2 bewirktes Ausgangssignal des Mischers 44
- 31
- Vom Empfangssignal 21 bewirktes Ausgangssignal des Mischers 44
- 32
- relevanter Signalbereich
- 40
- Signaleinheit
- 41
- Radarsignal
- 42
- Identifikationseinheit
- 43
- Tiefpassfilter
- 44
- Mischer
- A
- Amplitude
- f
- Frequenz
- t
- Zeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Han, L., Wu, K.: Joint wireless communication and radar sensing systems - state of the art and future prospects. In: IET Microwaves Antennas Propagation Volume 7, Issue 11, 2013, S. 876 - 885. - ISSN 1751 - 8725 [0003]
- Han, L., Wu, K.: Radio and radar data fusion platform for future intelligent transportation systems. In: The 7th European Radar Conference (EuRAD), 2010, S. 65 - 68. - ISSN 978 - 1- 4244-7234-5 [0004]
