DE102020119934A1

DE102020119934A1 - Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, Radarsystem und Fahrzeug mit wenigstens einem Radarsystem

Info

Publication number: DE102020119934A1
Application number: DE102020119934.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Sturm; Alexander Vanaev; Waqas Malik
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2022-02-03
Also published as: WO2022023298A1; CN116348787A; JP2023535511A; KR20230043992A; EP4189434A1

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, welches zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs dient, ein Radarsystem und ein Fahrzeug beschrieben. Bei dem Verfahren werden eine Mehrzahl von Sende-Antennenelementen (26) mit Sendesignalen angesteuert und entsprechende Radarsignale (42a, 42b, 42e) in einen Überwachungsbereich gesendet. Mit einer Mehrzahl von Empfangs-Antennenelementen (28) werden Echos von im Überwachungsbereich reflektierten Radarsignalen (42a, 42b, 42e) empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt, welche signaltechnisch verarbeitet werden. Aus den Empfangssignalen werden Informationen über Objekte in dem Überwachungsbereich ermittelt. Mit wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen (32a, 32b), welche jeweils wenigstens ein Sende-Antennenelement (26) aufweisen, werden Radarsignale (42a, 42b) gesendet, die zumindest auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente (28) zumindest temporär voneinander unterscheidbar sind. Die unterscheidbaren Radarsignale (42a, 42b) werden mit den wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen (32a, 32b) zusätzlich mit unterschiedlicher Sendeleistung gesendet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, welches zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs dient, wobei bei dem Verfahren eine Mehrzahl von Sende-Antennenelementen mit Sendesignalen angesteuert wird und entsprechende Radarsignale in einen Überwachungsbereich gesendet werden, mit einer Mehrzahl von Empfangs-Antennenelementen Echos von im Überwachungsbereich reflektierten Radarsignalen empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden, welche signaltechnisch verarbeitet werden, aus den Empfangssignalen Informationen über Objekte in dem Überwachungsbereich ermittelt werden.
Ferner betrifft die Erfindung ein Radarsystem zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs, welches aufweist
eine Mehrzahl von Sende-Antennenelementen, die mit Sendesignalen angesteuert werden können und mit denen entsprechende Radarsignale in einen Überwachungsbereich gesendet werden können,
eine Mehrzahl von Empfangs-Antennenelementen, mit denen Echos von im Überwachungsbereich reflektierten Radarsignalen empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden können,
und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, mit der die Sende-Antennenelemente und die Empfangs-Antennenelemente angesteuert werden können und mit denen aus empfangenen Echos ermittelte Empfangssignale ausgewertet werden können.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem Radarsystem zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs, wobei das wenigstens eine Radarsystem aufweist
eine Mehrzahl von Sende-Antennenelementen, die mit Sendesignalen angesteuert werden können und mit denen entsprechende Radarsignale in einen Überwachungsbereich gesendet werden können,
eine Mehrzahl von Empfangs-Antennenelementen, mit denen Echos von im Überwachungsbereich reflektierten Radarsignalen empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden können,
und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, mit der die Sende-Antennenelemente und die Empfangs-Antennenelemente angesteuert werden können und mit denen aus empfangenen Echos ermittelte Empfangssignale ausgewertet werden können.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2006 032 539 A1 ist ein FMCW-Radarsensor mit mehreren Antennenelementen und einer Speiseschaltung zum Einspeisen von Sendesignalen mit rampenförmig modulierten Frequenzen in die Antennenelemente bekannt. Der FMCW-Radarsensor ist gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung zum Umschalten der Speiseschaltung zwischen einem Nahbereichsmodus, in dem die den einzelnen Antennenelementen zugeführten Sendesignale einen bestimmten Frequenzversatz aufweisen, und einem Fernbereichsmodus, in dem die Frequenzen der Sendesignale identisch sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein Radarsystem und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen Radarmessungen in Bezug auf die Richtungsmessgenauigkeit und die Detektionsreichweite verbessert werden können.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass mit wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen, welche jeweils wenigstens ein Sende-Antennenelement aufweisen, Radarsignale gesendet werden, die zumindest auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente zumindest temporär voneinander unterscheidbar sind, wobei die unterscheidbaren Radarsignale mit den wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen zusätzlich mit unterschiedlicher Sendeleistung gesendet werden.
Erfindungsgemäß werden mit den wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen unterscheidbare Radarsignale gesendet, welche zusätzlich unterschiedliche Sendeleistungen aufweisen.
Aufgrund der Unterscheidbarkeit der Radarsignale können die entsprechenden reflektierten Echos auf der Empfängerseite den entsprechenden Sende-Antennenelementgruppen zugeordnet werden. Auf diese Weise kann ein Aufwand an Sende-Antennenelementen für eine Richtungsmessung verringert werden.
Die unterscheidbaren Radarsignale werden zusätzlich mit unterschiedlicher Sendeleistung gesendet. Dabei sendet eine der wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppe mit einer größeren Sendeleistung als die entsprechend andere Sende-Antennenelementgruppe. Auf diese Weise kann durch die verstärkte Sendeleistung die Detektionsreichweite des Radarsystems insgesamt vergrößert werden.
Aus den Empfangssignalen werden Informationen über Objekte in dem Überwachungsbereich ermittelt. Bei den Informationen kann es sich um Entfernungen, Richtungen und/oder Geschwindigkeiten von Objektzielen relativ zum Radarsystem handeln. Objektziele sind Bereiche von Objekten, an denen Radarsignale reflektiert werden können.
Mithilfe der Erfindung können Richtungsmessungen mit hoher Genauigkeit und gleichzeitig großer Detektionsreichweite durchgeführt werden. Hierzu ist keine Umschaltung zwischen einem Nahbereichsmodus und einem Fernbereichsmodus erforderlich, wie dies bei dem Radarsensor erforderlich ist, der aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Geometrie der Antennenelemente sowohl für die Erhöhung der Richtungsgenauigkeit als auch die Erhöhung der Detektionsreichweite gleichermaßen besser ausgelegt werden kann. Es ist kein Kompromiss zwischen einem Reichweitenmodus und einem Nahbereichsmodus erforderlich, wie dies bei dem Radarsensor aus dem Stand der Technik der Fall ist.
Das Radarsystem kann Mittel zur Steuerung der Sende-Antennenelement, insbesondere zur Erzeugung von Sendesignalen, aufweisen. Ferner kann das Radarsystem Mittel zur signaltechnischen Verarbeitung der Empfangssignale aufweisen. Die Mittel zur Steuerung und/oder zur signaltechnischen Verarbeitung können mit einer gemeinsamen Steuer- und Auswerteeinrichtung auf softwaretechnischem und/oder hardwaretechnischem Wege realisiert sein. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann hierzu entsprechende Sendekanäle für die Sendesignale und/oder Empfangskanäle für die Empfangssignale aufweisen. Die Sendesignale und/oder die Empfangssignale können elektrische Signale sein. Auf diese Weise können elektronische Mittel zur Steuerung und/oder Auswertung verwendet werden.
Die Erfindung kann bei einem Radarsystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch bei Radarsystemen im stationären Betrieb eingesetzt werden.
Das Radarsystem kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und/oder einer Gestenerkennung oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
Mit dem Radarsystem können Ziele von stehenden oder bewegten Objekte, insbesondere Fahrzeugen, Personen, Tieren, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöchern oder Steinen, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräumen, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, erfasst werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mit wenigstens zwei benachbarten Sende-Antennenelementen wenigstens einer der Sende-Antennenelementgruppen gleiche Einzel-Radarsignale ausgesendet werden, welche zu Gruppen-Radarsignalen dieser wenigstens einen Sende-Antennenelementgruppe zusammengesetzt werden können. Auf diese Weise kann die Sendeleistung im Vergleich zu einem einzelnen Sende-Antennenelement vergrößert werden. Für den Fall, dass jedes Sende-Antennenelement die gleiche Sendeleistung ausstrahlt, kann so die Sendeleistung für die zusammengesetzten Gruppen-Radarsignale entsprechend verdoppelt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mit wenigstens zwei benachbarten Sende-Antennenelementen wenigstens einer der Sende-Antennenelementgruppen kohärente Einzel-Radarsignale ausgesendet werden, welche zu Gruppen-Radarsignalen dieser wenigstens einen Sende-Antennenelementgruppe zusammengesetzt werden. Auf diese Weise können durch Überlagerung der entsprechenden Einzel-Radarsignale zu Gruppen-Radarsignalen Interferenzen realisiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mit wenigstens zwei benachbarten Sende-Antennenelementen wenigstens einer der Sende-Antennenelementgruppen gleiche Einzel-Radarsignale mit vorgegebenen Phasen-Offsets ausgesendet werden, welche zu Gruppen-Radarsignalen dieser wenigstens einen Sende-Antennenelementgruppe zusammengesetzt werden können. Auf diese Weise kann durch entsprechende Wahl der Phasen-Offsets die Richtung der zusammengesetzten Gruppen-Radarsignale beeinflusst werden. Durch die entsprechenden Phasen-Offsets kann der Sichtbereich des Radarsystems insbesondere bezogen auf die entsprechende Sende-Antennenelementgruppe eingestellt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Phasen-Offsets zwischen wenigstens zwei Messungen verändert werden. Auf diese Weise kann die Richtung der entsprechenden zusammengesetzten Gruppen-Radarsignale verändert werden. Bei der Sendung der Gruppen-Radarsignale kann die Sendeleistung, welche sich aus den Sendeleistungen der benachbarten Sende-Antennenelement zusammensetzt, auf die Richtung konzentriert werden, welche durch die jeweiligen Phasen-Offsets vorgegeben werden kann. So kann die Detektionsreichweite in der durch die Phasen-Offsets vorgegebene Richtung entsprechend vergrößert werden.
Vorteilhafterweise können wenigstens zwei benachbarte Sende-Antennenelemente wenigstens einer der Sende-Antennenelementgruppen nach einem Beamforming-Verfahren arbeiten. Bei einem Beamforming-Verfahren kann von mehreren Sendekanälen jeweils kohärent über eng benachbarte Sende-Antennenelemente dasselbe Radarsignal mit definierten Phasen-Offsets gesendet werden.
Die benachbarten Sende-Antennenelemente einer Sende-Antennenelementgruppe können im Abstand von etwa der Hälfte der Wellenlänge der ausgesendeten Radarsignale angeordnet sein. Auf diese Weise ergibt sich ein gerichtetes Gruppen-Radarsignal mit einer sehr hohen Sendeleistung. Da sich beim Beamforming-Verfahren jeweils die Feldstärken der einzelnen Sende-Antennenelemente addieren, entspricht der maximale Beamforming-Gewinn, also die Leistung, dem Quadrat der Anzahl der Sende-Antennenelemente. Die Richtungsmessung erfolgt beim reinen Beamforming-Verfahren ausschließlich über die Empfangskanäle.
Bei der Erfindung kann zusätzlich zu der Sende-Antennenelementgruppe, die nach dem Beamforming-Verfahren arbeitet, eine zweite Sende-Antennenelementgruppe mit der ersten Sende-Antennenelementgruppe nach einem MIMO-Verfahren betrieben werden. Bei dem MIMO-Verfahren werden von den beiden Sende-Antennenelementgruppen jeweilige Gruppen-Radarsignale gesendet, welche zumindest auf der Empfängerseite zumindest temporär unterscheidbar sind. Auf diese Weise kann zusätzlich die Genauigkeit bei der Richtungsmessung verbessert werden. So können Ziele mit einer hohen Richtungsgenauigkeit und einer gleichermaßen hohen Detektionsreichweite erfasst werden.
Vorteilhafterweise kann das Radarsystem, insbesondere HD-Radarsystem, nach einem kombinierten Beamforming-MIMO-Verfahren betrieben werden. Auf diese Weise können hohe Winkelauflösungen und hohe Detektionsreichweiten erzielt werden. Mit der Erfindung kann ein virtuelles Array mit einer hohen Anzahl an virtuellen Elementen durch eine geometrische Faltung der Positionen von Sende-Antennenelementen und Empfangs-Antennenelementen, insbesondere von deren Phasenzentren, erzielt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können wenigstens zwei benachbarte Sende-Antennenelemente wenigstens einer Sende-Antennenelementgruppe in einem räumlichen Abstand zueinander angeordnet werden, welcher der Hälfte der Wellenlänge der Radarsignale, gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz, entspricht,
und/oder
die Phasenzentren der Sende-Antennenelementgruppen, mit welchen die unterscheidbaren Radarsignale gesendet werden, können in einem räumlichen Abstand zueinander angeordnet werden, welcher wenigstens so groß ist wie das 1 ,5-fache der Wellenlänge der Radarsignale, gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz zueinander.
Die Sende-Antennenelemente, welche einen Abstand von einer halben Wellenlänge aufweisen, können nach einem Beamforming-Verfahren zusammen betrieben werden. So kann mit diesen Sende-Antennenelementen eine entsprechend große Detektionsreichweite erzielt werden.
Die Sende-Antennenelementgruppen, welche einen Abstand von wenigstens dem 1,5-fachen der Wellenlänge zwischen den Phasenzentren aufweisen und unterscheidbare Radarsignale aussenden können für eine MIMO-Antennenanordnung eingesetzt werden. Auf diese Weise können entsprechende Winkelauflösungen bei der Richtungsbestimmung erreicht werden.
Vorteilhafterweise kann das Radarsystem eine Mehrzahl von Sende-Antennenelementen aufweisen, von denen eine Untermenge zur Realisierung eines Beamforming-Verfahrens genutzt wird. Die Sende-Antennenelemente, welche für das Beamforming-Verfahren genutzt werden, können einen räumlichen Abstand aufweisen, der der Hälfte der Wellenlänge der Radarsignale, gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz, entspricht. Die verbleibenden Sende-Antennenelemente, welche nicht für das Beamforming-Verfahren verwendet werden, können in einem größeren räumlichen Abstand, insbesondere größer als das 1,5-fache der Wellenlänge, zueinander angeordnet sein. Auf diese Weise kann sowohl ein Beamforming-Verfahren als auch ein MIMO-Verfahren gleichzeitig, also ein kombiniertes Beamforming-MIMO-Verfahren, realisiert werden. Auf diese Weise können die Vorteile des Beamforming-Verfahrens, nämlich die größere Detektionsreichweite, mit den Vorteilen des MIMO-Verfahrens, nämlich die größere Richtungsauflösung, kombiniert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens eine Sende-Antennenelementgruppe aus einem Sende-Antennenelement gebildet werden und/oder wenigstens eine Sende-Antennenelementgruppe kann aus wenigstens zwei Sende-Antennenelementen gebildet werden.
Jede Sende-Antennenelementgruppe kann wenigstens ein Sende-Antennenelement aufweisen. Falls diese eine Sende-Antennenelementgruppe aus lediglich einem Sende-Antennenelement besteht, kann diese Sende-Antennenelementgruppe mit dem Phasenzentrum dieses einen Sende-Antennenelements charakterisiert werden. Falls eine Sende-Antennenelementgruppe aus mehreren Sende-Antennenelementen besteht, kann die Sende-Antennenelementgruppe durch das Phasenzentrum der Sende-Antennenelementgruppe charakterisiert werden, welches zwischen den jeweiligen Phasenzentren der einzelnen Sende-Antennenelemente liegt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mit wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen unterschiedlich codierte Radarsignale gesendet werden, die auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente wenigstens temporär voneinander unterschieden werden können. Auf diese Weise können die reflektierten Radarsignale, also die Echos, auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente den jeweiligen Sende-Antennenelementgruppen und/oder Sende-Antennenelementen zugeordnet werden.
Vorteilhafterweise können die Sendesignale zur Erzeugung der unterscheidbaren Radarsignale insbesondere mittels Phasenmodulationen zueinander codiert werden. Auf diese Weise kann eine zumindest temporäre signaltechnische Orthogonalität zwischen den Sendesignalen und/oder den Empfangssignalen erzielt werden. So können die Radarsignale, respektive die Sendesignale, und die entsprechenden Echos, respektive die Empfangssignale, voneinander unterscheidbar gemacht werden.
Vorteilhafterweise können die Empfangssignale auf der Empfängerseite durch entsprechende Auswertung, insbesondere mithilfe von Fourier-Transformationen, ausgewertet werden.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Radarsystem dadurch gelöst, dass das Radarsystem Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung Mittel aufweisen, mit denen wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen, welche jeweils wenigstens ein Sende-Antennenelement aufweisen, mit Sendesignalen angesteuert werden können zum Senden von Radarsignalen, die zumindest auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente zumindest temporär voneinander unterscheidbar sind. Auf diese Weise können die empfangenen Echos den entsprechenden Sende-Antennenelementgruppen zugeordnet werden.
Vorteilhafterweise können die Sendesignale zueinander codiert sein. Auf diese Weise können die entsprechenden Empfangssignale voneinander unterschieden werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Sende-Antennenelementgruppe wenigstens zwei eng benachbarte Sende-Antennenelemente aufweisen. Auf diese Weise können die Radarsignale der jeweiligen Sende-Antennenelemente zu einem gemeinsamen Gruppen-Radarsignal mit einer größeren Sendeleistung zusammengeführt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens zwei benachbarte Sende-Antennenelemente wenigstens einer Sende-Antennenelementgruppe in einem räumlichen Abstand zueinander angeordnet sein, welcher der Hälfte der Wellenlänge der Radarsignale, gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz, entspricht,
und/oder
die Phasenzentren der Sende-Antennenelementgruppen, mit welchen die unterscheidbaren Radarsignale gesendet werden, können in einem räumlichen Abstand zueinander angeordnet sein, welcher wenigstens so groß ist wie das 1 ,5-fache der Wellenlänge der Radarsignale, gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz zueinander. Auf diese Weise kann das Radarsystem mit einem kombinierten Beamforming-MIMO-Verfahren betrieben werden.
Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Radarsystem Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Radarsystem und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch

1 ein Kraftfahrzeug in der Vorderansicht mit einem Fahrerassistenzsystem und einem Radarsystem zu Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug;
2 eine Draufsicht auf das Kraftfahrzeug aus der 1;
3 eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugs aus den 1 und 2;
4 eine Vorderansicht auf Sende-Antennenelemente und Empfangs-Antennenelemente eines Antennenarrays des Radarsystems aus den 1 bis 3;
5 eine Darstellung eines dem Antennenarray aus der 4 entsprechenden virtuellen Arrays;
6 Antennendiagramme des Radarsystems aus den 1 bis 3 in unterschiedlichen Betriebsmodi.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. 2 zeigt das Kraftfahrzeug 10 in einer Draufsicht. In 3 ist das Kraftfahrzeug 10 in einer Seitenansicht dargestellt.
Das Kraftfahrzeug 10 verfügt über ein Radarsystem 12. Das Radarsystem 12 ist beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet. Mit dem Radarsystem 12 kann ein Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung 16 vor dem Kraftfahrzeug 10 auf Objekte 18 hin überwacht werden. Das Radarsystem 12 kann auch an anderer Stelle am Kraftfahrzeug 10 angeordnet und anders ausgerichtet sein. Mit dem Radarsystem 12 können Entfernungen r und Richtungen, beispielsweise in Form des Azimut φ und der Elevation Θ, von Zielen von Objekten 18 relativ zum Kraftfahrzeug 10, respektive zum Radarsystem 12, ermittelt werden. Das Ziel eines Objekts 18 ist ein Teil des Objekts 18, an dem Radarstrahlen reflektiert werden können.
Bei den Objekten 18 kann es sich um stehende oder bewegte Objekte, beispielsweise um andere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, beispielsweise Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, Beispielweise Parklücken, Niederschlag oder dergleichen handeln.
Der besseren Orientierung wegen sind in den 1 bis 5 die entsprechenden Koordinatenachsen eines kartesischen x-y-z-Koordinatensystems eingezeichnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die x-Achse in Richtung einer Fahrzeuglängsachse des Kraftfahrzeugs 10, die y-Achse erstreckt sich entlang einer Fahrzeugquerachse und die z-Achse erstreckt sich senkrecht zur x-y-Ebene nach räumlich oben. Wenn das Kraftfahrzeug 10 sich betriebsgemäß auf einer horizontalen Fahrbahn befindet, erstrecken sich die x-Achse und die y-Achse räumlich horizontal und die z-Achse räumlich vertikal.
Das Radarsystem 12 ist als frequenzmoduliertes Dauerstrichradar auf Basis eines Beamforming-MIMO-Radarsystems ausgestaltet. Frequenzmodulierte Dauerstrichradare werden in Fachkreisen auch als FMCW (Frequency modulated continuous wave) Radare bezeichnet. Mit dem Radarsystem 12 können Objekte 18 in großen Entfernungen r mit großen Winkelauflösungen in Bezug auf Azimut Θ und Elevation φ erfasst werden.
Das Radarsystem 12 ist mit einem Fahrerassistenzsystem 20 verbunden. Mit dem Fahrerassistenzsystem 20 kann das Kraftfahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden.
Das Radarsystem 12 umfasst ein Antennenarray 22 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 24.
Das Antennenarray 22 verfügt beispielhaft über drei Sende-Antennenelemente 26 und vier Empfangs-Antennenelemente 28. Beispielhaft sind die Empfangs-Antennenelemente 28 räumlich unterhalb der Sende-Antennenelemente 26 angeordnet. Die Empfangs-Antennenelemente 28 können jedoch auch oberhalb, neben oder wenigstens teilweise zwischen den Sende-Antennenelemente 26 angeordnet sein.
Jedes Sende-Antennenelement 26 ist mit einem entsprechenden Sendekanal verbunden. Über die Sendekanäle können die jeweiligen Sende-Antennenelemente 26 mit entsprechenden elektrischen Sendesignalen angesteuert werden. Entsprechend ist jedes Empfangs-Antennenelement 28 mit einem entsprechenden Empfangskanal verbunden. Über die Empfangskanäle können elektrische Empfangssignale von den Empfangs-Antennenelementen 28 übermittelt werden. Die Sendekanäle und die Empfangskanäle können beispielsweise in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 integriert sein.
Mit den Sende-Antennenelementen 26 können durch Ansteuerung mit den elektrischen Sendesignalen entsprechende Radarsignale 42 gesendet werden. Die Radarsignale 42 sind in der 4 der besseren Unterscheidbarkeit wegen entsprechend ihrer Zugehörigkeit zu den jeweiligen Sende-Antennenelementen 26 beziehungsweise zu weiter unten erläuterten Sende-Antennenelementgruppen 32a und 32b mit den Indices a, b und e gekennzeichnet. In der 4 beziehen sich die Symbole für die Radarsignale 42 im Unterschied zu den 2 und 3 nicht auf deren Ausbreitungsrichtung.
Die Position jedes Sende-Antennenelements 26 wird durch sein jeweiliges Einzel-Phasenzentrum 38e definiert. Die Sende-Antennenelemente 26, respektive die Einzel-Phasenzentren 38e, sind beispielhaft nebeneinander entlang einer gedachten Sendeantennenachse 30 angeordnet. Die Sendeantennenachse 30 verläuft beispielhaft parallel zur y-Achse.
Die Sende-Antennenelemente 26 sind in zwei Sende-Antennenelementgruppen 32 gruppiert, welche der Unterscheidung wegen mit den Indices a und b gekennzeichnet sind.
Die in der 4 linke Sende-Antennenelementgruppe 32a umfasst zwei der Sende-Antennenelemente 26. Die Einzel-Phasenzentren 38e dieser Sende-Antennenelemente 26 sind in einem Abstand 34 zueinander angeordnet, welcher beispielhaft der halben Wellenlänge Ä der Radarsignale 42 entspricht, die mit den Sende-Antennenelementen 26 ausgesendet werden. Der Abstand 34 kann gegebenenfalls der halben Wellenlänge Ä zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz entsprechen. Die Position der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a ist durch ein entsprechendes Gruppen-Phasenzentrum 38g charakterisiert, welches sich beispielhaft zwischen den beiden Einzel-Phasenzentren 38e der Sende-Antennenelemente 26 befindet.
Die in der 4 rechte Sende-Antennenelementgruppe 32b umfasst lediglich eines der Sende-Antennenelemente 26. Die rechte Sende-Antennenelementgruppe 32b besteht also aus dem entsprechenden Sende-Antennenelement 26. Die Position der rechten Sende-Antennenelementgruppe 32b ist durch das entsprechende Gruppen-Phasenzentrum 38g definiert, welches in diesem Fall identisch ist mit dem Einzel-Phasenzentren 38e des Sende-Antennenelements 26.
Die Gruppen-Phasenzentren 38g der beiden Sende-Antennenelementgruppen 32a und 32b sind in einem Abstand 40 zueinander angeordnet, welcher beispielhaft der 1,5-fachen Wellenlänge λ der Radarsignale 42 entspricht. Der Abstand 40 kann gegebenenfalls der 1,5-fachen Wellenlänge Ä zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz entsprechen. Der Abstand 40 entspricht beispielhaft dem dreifachen Abstand 34.
Die Sende-Antennenelemente 26 der der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a werden über die entsprechenden Sendekanäle, respektive über die Steuer- und Auswerteeinrichtung 24, kohärent mit dem selben Sendesignal sowie einem definierten Phasen-Offset angesteuert. Mit den Sende-Antennenelementen 26 werden entsprechende Einzel-Radarsignale 42e gesendet. Die Einzel-Radarsignale 42e setzen sich zu einem Gruppen-Radarsignal 42a zusammen. Insgesamt wird mit der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a das Gruppen-Radarsignal 42a gesendet. Durch entsprechende Vorgabe des Phasen-Offsets kann die Richtung des Gruppen-Radarsignals 42a eingestellt werden. Die Sende-Antennenelementgruppe 32a wird nach einem Beamforming-Verfahren betrieben. Das Gruppen-Radarsignal 42a wird bezogen auf das Gruppen-Phasenzentrum 38g der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a in den Überwachungsbereich 14 gesendet.
Das Sende-Antennenelement 26 der rechten Sende-Antennenelementgruppe 32b wird über den entsprechenden Sendekanal, respektive über die Steuer- und Auswerteeinrichtung 24, mit einem Sendesignal angesteuert, welches gegenüber dem Sendesignal der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a codiert ist. Die Codierung kann beispielsweise mittels binärer Phasenmodulation erfolgen. Mit dem Sende-Antennenelement 26 der rechten Sende-Antennenelementgruppe 32b wird ein Gruppen-Radarsignal 42b gesendet. Das Gruppen-Radarsignal 42b der rechten Sende-Antennenelementgruppe 32b wird ebenfalls in den Überwachungsbereich 14 gesendet.
Sofern die Gruppen-Radarsignale 42a und 42b auf ein Objekt 18 treffen, werden sie jeweils als entsprechendes Echo 44 reflektiert. Die Anteile der Echos 44, welche in Richtung des Radarsystems 12 reflektiert werden, werden von den entsprechenden Empfangs-Antennenelementen 28 empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt. Da das Sendesignal für das Gruppen-Radarsignal 42b gegenüber dem Sendesignal für das Gruppen-Radarsignal 42a codiert ist, sind die entsprechenden reflektierten Gruppen-Radarsignale 42a und 42b, also die Echos 44, auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente 28 unterscheidbar. Aus den Radarsignalen 42a und 42b, respektive den entsprechenden Sendesignalen, und den Echos 44, respektive den entsprechenden Empfangssignalen, werden mithilfe der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 die Entfernung r, der Azimut φ und die Elevation Θ des entsprechenden Ziels des Objekts 18 relativ zum Radarsystem 12 ermittelt.
Drei der vier Empfangs-Antennenelemente 28 sind nebeneinander entlang einer gedachten Achse 46 angeordnet. Die Achse 46 verläuft beispielhaft parallel zur y-Achse, also auch parallel zur Sendeantennenachse 30. Das vierte Empfangs-Antennenelement 28 befindet sich beispielhaft oberhalb der drei anderen Empfangs-Antennenelemente 28 also oberhalb der Achse 46.
Die beiden in der 4 linken Empfangs-Antennenelemente 28 unten sind in einem Abstand 48 zueinander angeordnet, welcher beispielhaft der Wellenlänge λ der Radarsignale 42 gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz entspricht. Der Abstand 48 entspricht beispielhaft dem doppelten Abstand 34 zwischen den Sende-Antennenelementen 26 der in der 4 linken Sende-Antennenelementgruppe 42a.
Das in der 4 rechte Empfangs-Antennenelement 28 unten ist in einem Abstand 50 zu dem mittleren Empfangs-Antennenelement 28 unten angeordnet, welcher dem dreifachen der Wellenlänge λ der Radarsignale 42 gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz entspricht. Der Abstand 50 entspricht beispielhaft dem dreifachen Abstand 48 der beiden linken Empfangs-Antennenelemente 28.
Das vierte Empfangs-Antennenelement 28, der 4 oben, ist in einem beispielhaft vertikalen Abstand 52 zu der gedachten Achse 46 angeordnet, welcher dem 1,5 fachen der Wellenlänge λ der Radarsignale 42 gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz entspricht. Der Abstand 52 entspricht beispielhaft dem 1,5 fachen Abstand 48 zwischen den Sende-Antennenelementen 26 der beiden linken Empfangs-Antennenelemente 28. Außerdem entspricht der Abstand 52 beispielhaft dem halben Abstand 50 zwischen den mittleren und dem rechten Empfangs-Antennenelement 28 unten. Dadurch, dass das vierte Empfangs-Antennenelement 28 gegenüber den drei anderen Empfangs-Antennenelementen 28 vertikal versetzt ist, kann mit dem Radarsystem 12 zusätzlich zum Azimut φ auch die Elevation Θ ermittelt werden.
Außerdem ist das vierte Empfangs-Antennenelement 28 in der Projektion betrachtet zwischen dem mittleren Empfangs-Antennenelement 28 und dem rechten Empfangs-Antennenelement der unteren Reihe angeordnet. Dabei ist das vierte Empfangs-Antennenelement 28 in einem beispielhaft horizontalen Abstand 54 in Richtung der y-Achse zu dem mittleren Empfangs-Antennenelement 28 der unteren Reihe angeordnet, welcher der Wellenlänge λ der Radarsignale 42 entspricht. Ferner ist das vierte Empfangs-Antennenelement 28 oben in einem horizontalen Abstand 56 in Richtung der y-Achse zu dem rechten Empfangs-Antennenelement 28 der unteren Reihe angeordnet, welcher der zweifachen Wellenlänge λ der Radarsignale 42 entspricht. In horizontaler Richtung, also in Richtung der y-Achse betrachtet, teilt das obere einzelne Empfangs-Antennenelement 28 den Abstand zwischen dem mittleren und dem rechten Empfangs-Antennenelement 28 der unteren Reihe im Verhältnis 1 zu 2.
Aus einer geometrischen Faltung der Positionen der Gruppen-Phasenzentren 38g der Sende-Antennenelementgruppen 32a und 32b und der Positionen der Empfangs-Antennenelemente 28 wird ein virtuelles Array 58 erzeugt, welches dem Antennenarray 22 entspricht. Das virtuelle Array 58 ist in der 5 dargestellt.
Das virtuelle Array 58 verfügt insgesamt über acht virtuelle Elemente 60. Die Anzahl V der virtuellen Elemente 60 bestimmt sich aus der Gesamtzahl N der Sende-Antennenelemente 26, der Anzahl M der für ein Beamforming- Verfahren zusammengefassten Sende-Antennenelemente 26, nämlich der zwei linken Sende-Antennenelemente 26, und der Anzahl K der Empfangs-Antennenelemente 28 als $V = (N - M + 1) * K .$
Anders ausgedrückt bestimmt sich die Anzahl V der virtuellen Elemente 60 aus dem Produkt der Anzahl der beteiligten Sende-Antennenelementgruppen 32, beispielhaft 2, und der Anzahl K der Empfangs-Antennenelemente 28, beispielhaft 4.
Sechs der acht virtuellen Elemente 60 sind nebeneinander entlang einer gedachten unteren Achse 62 angeordnet. Die Achse 62 verläuft beispielhaft parallel zur y-Achse. Zwei der acht virtuellen Elemente 60 sind nebeneinander entlang einer oberen gedachten Achse 64 angeordnet. Die Achse 64 verläuft oberhalb der Achse 62 ebenfalls parallel zur y-Achse, also parallel zur Achse 62.
Ein horizontaler Abstand 66 zwischen den beiden äußeren virtuellen Elemente 60 der unteren Gruppe beträgt beispielhaft das 5,5-fache der Wellenlänge λ gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz. Der Abstand 66 gibt die maximale horizontale Breite des virtuellen Arrays 58 an. Der Abstand 66 definiert die Apertur des Radarsystems 12. Diese verhältnismäßig große Apertur ermöglicht eine entsprechend große Genauigkeit und Auflösung bei der Messung des Azimut φ.
Ein horizontaler Abstand 68 sowohl zwischen dem in der 5 ersten virtuellen Element 60 der unteren Gruppe von links und dem zweiten virtuellen Element 60 von links als auch zwischen dem dritten virtuellen Element 60 der unteren Gruppe von links und dem vierten virtuellen Element 60 von links entspricht der Wellenlänge Ä zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz.
Ein horizontaler Abstand 70 zwischen dem zweiten virtuellen Element 60 der unteren Gruppe von links und dem dritten virtuellen Element 60 entspricht der halben Wellenlänge Ä zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz. Der horizontaler Abstand 70 ergibt sich aus der Kombination des senderseitigen Abstands 40 zwischen den Gruppen-Phasenzentren 38g der Sende-Antennenelementgruppen 32a und 32b, welche voneinander unterscheidbare Gruppen-Radarsignale 42a und 42b senden. Der horizontaler Abstand 70 in der Größenordnung der halben Wellenlänge λ ermöglicht eine eindeutige Winkelmessung über einen Azimut-Winkelbereich beispielsweise von 180°.
Ein jeweiliger horizontaler Abstand 72 sowohl zwischen dem in der 5 vierten virtuellen Element 60 der unteren Gruppe von links und dem fünften virtuellen Element 60 von links als auch zwischen dem fünften virtuellen Element 60 der unteren Gruppe von links und dem sechsten virtuellen Element 60 von links entspricht dem 1,5-fachen der Wellenlänge λ gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz.
Ein vertikaler Abstand 74 zwischen der oberen Achse 64 und der unteren Achse 62, also ein vertikaler Abstand 74 zwischen den virtuellen Elementen 60 der oberen Gruppe und den virtuellen Elementen 60 der unteren Gruppe, entspricht der halben Wellenlänge λ gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz.
Ein horizontaler Abstand 76 zwischen den virtuellen Elementen 60 der oberen Gruppe entspricht dem 1,5 fachen der Wellenlänge Ä zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz.
Das in der 5 linke virtuelle Element 60 der oberen Gruppe befindet sich in der Projektion mittig zwischen dem dritten und dem vierten virtuellen Element 60 von links der unteren Gruppe, also in einem vertikalen Abstand 78 von dem dritten virtuellen Element 60 der unteren Gruppe, welcher der halben Wellenlänge λ gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz entspricht.
Das in der 5 rechte virtuelle Element 60 der oberen Gruppe befindet sich in der Projektion zwischen dem vierten und dem fünften virtuellen Element 60 von links der unteren Gruppe in einem vertikalen Abstand 80 zu dem fünften virtuellen Element 60, welcher der halben Wellenlänge λ gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz entspricht.
Bei einer Messung zur Überwachung des Überwachungsbereichs 14 mit dem Radarsystem 12 werden beispielhaft zwei Messsequenzen durchgeführt. Dabei wird insgesamt der Gesamtüberwachungsbereich 14 überwacht. Bei jeder Messsequenz werden simultan alle Sende-Antennenelemente 26 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 über die jeweiligen Sendekanäle mit den jeweiligen Sendesignalen angesteuert.
Bei einer beispielhaft ersten Messsequenz der Messung werden die beiden Sende-Antennenelemente 26 der in der 4 linken Sende-Antennenelementgruppe 32a gemäß einem Beamforming-Verfahren kohärent mit demselben Sendesignal sowie einem definierten Phasen-Offset so angesteuert, dass das resultierende Gruppen-Radarsignal 42a bezogen auf die Fahrtrichtung 16 nach links gerichtet ist. Der Verlauf des Antennengewinns G_a;l der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a bei der Ausrichtung nach links ist beispielhaft in der 6 gestrichelt gezeigt. In der 6 entspricht Azimut φ = 0° der Fahrtrichtung 16.
Simultan wird das Sende-Antennenelement 26 der rechten Sende-Antennenelementgruppe 32b mit dem gegenüber dem Sendesignal der Sende-Antennenelementgruppe 32a codierten Sendesignal angesteuert und das entsprechende Gruppen-Radarsignal 32b in den Überwachungsbereich 14 gesendet. Der Verlauf des Antennengewinns G_b der rechten Sender Antennengruppe 32b ist in der 6 gepunktet gezeigt.
An Zielen eines Objekts 18 reflektierte Echos 44 werden mit den Empfangs-Antennenelementen 28 empfangen und in elektrische Empfangssignale umgewandelt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 werden die Empfangssignale einer Signalverarbeitung unterzogen. Bei der Signalverarbeitung werden beispielsweise Fourier-Transformationen, beispielsweise zweidimensionale schnelle Fourier-Transformation, durchgeführt. Aufgrund der räumlichen Anordnung der Sende-Antennenelemente 26 und der Empfangs-Antennenelemente 28, welche zu dem virtuellen Array 58 führen, kann aus den Empfangssignalen, also den Echos 44, jeweils die Entfernung r, der Azimut φ und die Elevation Θ für die Ziele des Objekts 18 bestimmt werden.
Dabei ermöglicht die Kombination der Sende-Antennenelemente 26 der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a gemäß dem Beamforming-Verfahren eine Vergrößerung des Antennengewinns G_a;l und entsprechend der Detektionsreichweite im Azimut-Winkelbereich zwischen φ = 0° und φ = -80°. Simultan ermöglicht der Betrieb der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a und der rechten Sende-Antennenelementgruppe 32b nach einem MIMO-Verfahren eine größere Winkelauflösung über den gesamten Azimut-Winkelbereich des Überwachungsbereichs 14 zwischen φ = -80° und φ = +80°.
Bei einer zweiten Messsequenz der Messung werden die beiden Sende-Antennenelemente 26 der in der 4 linken Sende-Antennenelementgruppe 32a gemäß dem Beamforming-Verfahren mit demselben Sendesignal sowie einem definierten Phasen-Offset kohärent so angesteuert, dass das resultierende Gruppen-Radarsignal 42a bezogen auf die Fahrtrichtung 16 nach rechts gerichtet sind. Der Verlauf des Antennengewinns G_a;r der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a bei der Ausrichtung nach rechts ist zum Vergleich in der 6 durchgezogen gezeigt.
Auch bei der zweiten Messsequenz wird simultan das Sende-Antennenelement 26 der rechten Sende-Antennenelementgruppe 32b mit dem gegenüber dem Sendesignal der Sende-Antennenelementgruppe 32a codierten Sendesignal angesteuert und das entsprechende Gruppen-Radarsignal 32b ausgesendet.
Die reflektierten Echos 44 werden auch bei der zweiten Messsequenz mit den entsprechenden Empfangs-Antennenelementen 28 empfangen und in elektrische Empfangssignale umgewandelt. Aus den elektrischen Empfangssignalen, also den Echos 44, werden jeweils die Entfernung r, der Azimut cp und die Elevation Θ für die Ziele des Objekts 18 bestimmt.
Bei der zweiten Messsequenz können aufgrund des vergrößerten Antennengewinns G_a;r der nach rechts in den Überwachungsbereich 14 gerichteten linken Sende-Antennenelementgruppe 32a auch Ziele im Azimut-Winkelbereich zwischen φ = 0° und φ = +80° in größerer Reichweite erfasst werden, welche bei der ersten Messsequenz, bei der die linke Sende-Antennenelementgruppe 32a nach links in den Überwachungsbereich 14 gerichtet war, nicht erfasst werden konnten. Umgekehrt können Ziele im Azimut-Winkelbereich zwischen φ = 0° und φ = -80° in größerer Entfernung, welche bei der ersten Messsequenz noch erfasst werden konnten, bei der zweiten Messsequenz nicht erfasst werden, da die Ziele sich bei der zweiten Messsequenz außerhalb der Reichweite der nach rechts gerichteten linken Sende-Antennenelementgruppe 32a befinden. Mit den zwei Messsequenzen kann der Überwachungsbereich 14 über den gesamten Azimut-Winkelbereich zwischen φ = -80° und φ = +80° mit entsprechend vergrößerter Reichweite und entsprechend großer Winkelauflösung überwacht werden.
Durch den erfindungsgemäßen Betrieb des Radarsystems 12, bei dem bei einer Messung simultan das Beamforming-Verfahren und das MIMO-Verfahren durchgeführt wird, wird eine entsprechend große Apertur bei gleichzeitig hoher Genauigkeit und Auflösung bei der Messung des Azimut φ und der Elevation Θ ermöglicht. Die Apertur des Radarsystems 12 wird im virtuellen Array 58 durch den maximalen Abstand 66 charakterisiert. Die Apertur des Radarsystems 12 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist deutlich größer als beim Einsatz eines reinen Beamforming-Verfahrens ohne MIMO-Verfahren. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Kombination des Beamforming-Verfahrens und des MIMO-Verfahrens im Vergleich zum Einsatz eines reinen MIMO-Verfahrens ohne Beamforming ein höherer gesamter Antennengewinn erzielt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bei drei linear angeordneten Sende-Antennenelementen beträgt beispielhaft der gesamte Antennengewinn G =2²+1=5. Bei einem reinen MIMO-Verfahren entspricht der Antennengewinn bei linear angeordneten Sende-Antennenelementen der Anzahl der Sende-Antennenelemente. Bei drei Sende-Antennenelemente wäre bei einem reinen MIMO-Verfahren der Antennengewinn G = 3. Durch den vergrößerten Antennengewinnen G bei der erfindungsgemäßen Kombination von Beamforming-Verfahren und MIMO-Verfahren wird eine gleichzeitige Erhöhung von Winkelauflösung und Detektionsreichweite ermöglicht.
Um den Überwachungsbereich 14 fortlaufend zu überwachen, können fortlaufend Messungen beispielhaft jeweils mit zwei Messsequenzen durchgeführt werden. Die Messungen können auch lediglich bei Bedarf durchgeführt werden. Statt zwei Messsequenzen kann eine Messung auch mehr als zwei Messsequenzen aufweisen. Dabei können bei jeder Messsequenz die beiden nach dem Beamforming-Verfahren angesteuerten Sende-Antennenelemente 26 der linken Sende-Antennenelementgruppe 32a mit Sendesignalen mit entsprechend variierenden Phasen-Offsets so angesteuert werden, dass für das jeweilige Gruppen-Radarsignal 42a entsprechend unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006032539 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems (12), welches zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs (14) dient, wobei bei dem Verfahren eine Mehrzahl von Sende-Antennenelementen (26) mit Sendesignalen angesteuert werden und entsprechende Radarsignale (42a, 42b, 42e) in einen Überwachungsbereich (14) gesendet werden, mit einer Mehrzahl von Empfangs-Antennenelementen (28) Echos (44) von im Überwachungsbereich (14) reflektierten Radarsignalen (42a, 42b, 42e) empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden, welche signaltechnisch verarbeitet werden, aus den Empfangssignalen Informationen (r, φ, Θ) über Objekte (18) in dem Überwachungsbereich (14) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen (32a, 32b), welche jeweils wenigstens ein Sende-Antennenelement (26) aufweisen, Radarsignale (42a, 42b) gesendet werden, die zumindest auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente (28) zumindest temporär voneinander unterscheidbar sind, wobei die unterscheidbaren Radarsignale (42a, 42b) mit den wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen (32a, 32b) zusätzlich mit unterschiedlicher Sendeleistung gesendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens zwei benachbarten Sende-Antennenelementen (26) wenigstens einer der Sende-Antennenelementgruppen (32a) gleiche Einzel-Radarsignale (42e) ausgesendet werden, welche zu Gruppen-Radarsignalen (42a) dieser wenigstens einen Sende-Antennenelementgruppe (32a) zusammengesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens zwei benachbarten Sende-Antennenelementen (26) wenigstens einer der Sende-Antennenelementgruppen (32a) kohärente Einzel-Radarsignale (42e) ausgesendet werden, welche zu Gruppen-Radarsignalen (42a) dieser wenigstens einen Sende-Antennenelementgruppe (32a) zusammengesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens zwei benachbarten Sende-Antennenelementen (26) wenigstens einer der Sende-Antennenelementgruppen (32a) gleiche Einzel-Radarsignale (42e) mit vorgegebenen Phasen-Offsets ausgesendet werden, welche zu Gruppen-Radarsignalen (42a) dieser wenigstens einen Sende-Antennenelementgruppe (32a) zusammengesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasen-Offsets zwischen wenigstens zwei Messungen verändert werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei benachbarte Sende-Antennenelemente (26) wenigstens einer Sende-Antennenelementgruppe (32a) in einem räumlichen Abstand (34) zueinander angeordnet werden, welcher der Hälfte der Wellenlänge (λ) der Radarsignale (42a, 42b, 42e), gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz, entspricht, und/oder die Phasenzentren (38g) der Sende-Antennenelementgruppen (32a, 32b), mit welchen die unterscheidbaren Radarsignale (42a, 42b) gesendet werden, in einem räumlichen Abstand (40) zueinander angeordnet werden, welcher wenigstens so groß ist wie das 1 ,5-fache der Wellenlänge (λ) der Radarsignale (42a, 42b, 42e), gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz zueinander.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sende-Antennenelementgruppe (32b) aus einem Sende-Antennenelement (26) gebildet wird und/oder wenigstens eine Sende-Antennenelementgruppe (32a) aus wenigstens zwei Sende-Antennenelementen (26) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen (32a, 32b) unterschiedlich codierte Radarsignale (42a, 42b) gesendet werden, die auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente (28) wenigstens temporär voneinander unterschieden werden können.
Radarsystem (12) zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs (14), welches aufweist eine Mehrzahl von Sende-Antennenelementen (26), die mit Sendesignalen angesteuert werden können und mit denen entsprechende Radarsignale (42a, 42b, 42e) in einen Überwachungsbereich (14) gesendet werden können, eine Mehrzahl von Empfangs-Antennenelementen (28), mit denen Echos (44) von im Überwachungsbereich (14) reflektierten Radarsignalen (42a, 42b, 42e) empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden können, und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (24), mit der die Sende-Antennenelemente (26) und die Empfangs-Antennenelemente (28) angesteuert werden können und mit denen aus empfangenen Echos (44) ermittelte Empfangssignale ausgewertet werden können, dadurch kennzeichnet, dass das Radarsystem (12) Mittel aufweist zur Durchführung des Verfahrens nach einemder vorigen Ansprüche.
Radarsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung (24) Mittel aufweist, mit denen wenigstens zwei Sende-Antennenelementgruppen (32a, 32b), welche jeweils wenigstens ein Sende-Antennenelement (26) aufweisen, mit Sendesignalen angesteuert werden können zum Senden von Radarsignalen (42a, 42b, 42e), die zumindest auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente (28) zumindest temporär voneinander unterscheidbar sind.
Radarsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sende-Antennenelementgruppe (32a) wenigstens zwei eng benachbarte Sende-Antennenelemente (26) aufweist.
Radarsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei benachbarte Sende-Antennenelemente (26) wenigstens einer Sende-Antennenelementgruppe (32a) in einem räumlichen Abstand (34) zueinander angeordnet sind, welcher der Hälfte der Wellenlänge (λ) der Radarsignale (42a, 42b, 42e), gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz, entspricht, und/oder die Phasenzentren (38g) der Sende-Antennenelementgruppen (32a, 32b), mit welchen die unterscheidbaren Radarsignale (42a, 42b) gesendet werden, in einem räumlichen Abstand (40) zueinander angeordnet sind, welcher wenigstens so groß ist wie das 1,5-fache der Wellenlänge der Radarsignale (42a, 42b, 42e), gegebenenfalls zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz zueinander.
Fahrzeug (10) mit wenigstens einem Radarsystem (12) zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs (14), wobei das wenigstens eine Radarsystem (12) aufweist eine Mehrzahl von Sende-Antennenelementen (26), die mit Sendesignalen angesteuert werden können und mit denen entsprechende Radarsignale (42a, 42b, 42e) in einen Überwachungsbereich (14) gesendet werden können, eine Mehrzahl von Empfangs-Antennenelementen (28), mit denen Echos (44) von im Überwachungsbereich (14) reflektierten Radarsignalen (42a, 42b, 42e) empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden können, und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (24), mit der die Sende-Antennenelemente (26) und die Empfangs-Antennenelemente (28) angesteuert werden können und mit denen aus empfangenen Echos (44) ermittelte Empfangssignale ausgewertet werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem (12) Mittel aufweist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.