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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Radarsystem zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin,
mit einer Mehrzahl von Sendeantennen, die mit jeweiligen Sendesignalen angesteuert werden können und mit denen entsprechende Radarsignale in wenigstens einen Überwachungsbereich gesendet werden können,
mit einer Mehrzahl von Empfangsantennen, mit denen Echos von gesendeten Radarsignalen empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden können, und mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, die mit den Sendeantennen und den Empfangsantennen verbunden ist, mit der Sendesignale für die Ansteuerung der Sendeantennen erzeugt und mit der aus Empfangssignalen Objektinformationen von mit den Radarsignalen erfassten Objekten ermittelt werden können.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Antennenarray für ein Radarsystem zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin,
mit einer Mehrzahl von Sendeantennen, die mit jeweiligen Sendesignalen angesteuert werden können und mit denen entsprechende Radarsignale gesendet werden können, und mit einer Mehrzahl von Empfangsantennen, mit denen Echos von gesendeten Radarsignalen empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden können.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem Radarsystem zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin, wobei das wenigstens eine Radarsystem aufweist
eine Mehrzahl von Sendeantennen, die mit jeweiligen Sendesignalen angesteuert werden können und mit denen entsprechende Radarsignale in wenigstens einen Überwachungsbereich gesendet werden können,
eine Mehrzahl von Empfangsantennen, mit denen Echos von gesendeten Radarsignalen empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden können,
und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, die mit den Sendeantennen und den Empfangsantennen verbunden ist, mit der Sendesignale für die Ansteuerung der
Sendeantennen erzeugt und mit der aus Empfangssignalen Objektinformationen von mit den Radarsignalen erfassten Objekten ermittelt werden können.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, welches zu Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin dient, wobei bei dem Verfahren
eine Mehrzahl von Sendeantennen mit Sendesignalen angesteuert wird und entsprechende Radarsignale in einen Überwachungsbereich gesendet werden,
mit einer Mehrzahl von Empfangsantennen Echos von den gesendeten Radarsignalen empfangen und in entsprechende Empfangssignale umgewandelt werden und die Empfangssignale signaltechnisch verarbeitet werden,
aus den Empfangssignalen Objektinformationen über Objekte in dem Überwachungsbereich ermittelt werden.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2018 118 238 A1 sind ein Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung und eine Radarvorrichtung bekannt. Bei dem Verfahren werden mit wenigstens zwei beabstandet angeordneten Sende-Antennenelementen Sendesignale in einen Überwachungsbereich gesendet werden. Gegebenenfalls werden von wenigstens einem in dem Überwachungsbereich vorhandenen Objekt reflektierte Echosignale mit wenigstens einem Empfangs-Arrayelement empfangen werden. Aus den Echosignalen wird wenigstens eine Objektinformation ermittelt. Die Radarvorrichtung wird wahlweise betrieben in einem Reichweiten-Betriebsmodus, in dem mit den wenigstens zwei Sende-Antennenelementen gleiche Sendesignale gleichzeitig gesendet werden und aus den entsprechenden Echosignalen eine Entfernung und/oder eine Geschwindigkeit des wenigstens einen Objekts relativ zur Radarvorrichtung ermittelt wird, oder in einem Richtungs-Betriebsmodus, in dem mit den wenigstens zwei Sende-Antennenelementen voneinander unterscheidbare Sendesignale gesendet werden, die entsprechend unterscheidbaren Echosignale den Sende-Antennenelementen zugeordnet werden und wenigstens eine Richtungskomponente des Objekts ermittelt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radarsystem, ein Antennenarray, ein Fahrzeug und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen die Leistungsfähigkeit des Radarsystems in Bezug auf die Detektionsreichweite des Radarsystems und die Winkelauflösung bei einer Richtungsbestimmung verbessert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Radarsystem dadurch gelöst, dass
die jeweiligen Phasenzentren von wenigstens vier Empfangsantennen auf einer gedachten Empfänger-Längsachse angeordnet sind,
wobei die jeweiligen Phasenzentren von wenigstens zwei benachbarten Empfangsantennen in einem Basisabstand zueinander angeordnet sind
und die jeweiligen Phasenzentren von wenigstens zwei benachbarten Empfangsantennen in einem jeweiligen Empfänger-Längsabstand zueinander angeordnet sind, der größer ist als der Basisabstand.
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Erfindungsgemäß sind vier Empfangsantennen nebeneinander entlang einer gedachten Empfänger-Längsachse angeordnet. Dabei sind wenigstens zwei Empfangsantennen im Basisabstand angeordnet. Auf diese Weise können mit den Empfangsantennen eindeutige Richtungsbestimmungen vorgenommen werden. Wenigstens zwei Empfangsantennen sind in einem größeren Abstand angeordnet. Auf diese Weise kann die Empfangsantennen-Anordnung insgesamt größer ausgestaltet sein. So kann die Apertur des Radarsystems vergrößert werden.
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Die erfindungsgemäße Empfangsantennen-Anordnung kann sowohl für die Verwendung des Radarsystems in einem Richtungs-Betriebsmodus, in dem die Sendeantennen mit unterschiedlichen Sendesignalen angesteuert werden, als auch in einem Reichweiten-Betriebsmodus, in dem die Sendeantennen mit dem gleichen Sendesignal angesteuert werden, eingesetzt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Empfänger-Längsabstand ein ganzzahliges Vielfaches des Basisabstands insbesondere zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz sein. Auf diese Weise kann die Ausdehnung der Empfangsantennen-Anordnung in Richtung der Empfänger-Längsachse vergrößert werden. So können im Richtungs-Betriebsmodus des Radarsystems ein entsprechend großes virtuelles Empfangsantennen-Array, welches aus der Sendeanordnung und der Empfängeranordnung gebildet wird, eine entsprechend große Apertur ermöglichen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Phasenzentren von zwei auf der Empfänger-Längsachse außen gelegenen Empfangsantennen im Basisabstand angeordnet sein. Auf diese Weise kann im Richtungs-Betriebsmodus des Radarsystems ein entsprechendes virtuelles Empfangsantennen-Array realisiert werden, welches eine bessere Winkelauflösung ermöglicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Phasenzentren von wenigstens zwei zueinander benachbarten Empfangsantennen auf der gleichen Seite der Phasenzentren von zwei im Basisabstand angeordneten Empfangsantennen angeordnet sein,
wobei ein Empfänger-Längsabstand zwischen dem Phasenzentrum der Empfangsantenne, die zu den beiden im Basisabstand angeordneten Empfangsantennen nächstgelegen ist, und dem Phasenzentrum der nächstgelegenen der zwei im Basisabstand angeordneten Empfangsantennen kleiner sein kann als ein Empfänger-Längsabstand zwischen dem Phasenzentrum der Empfangsantenne, die zu den zwei im Basisabstand angeordneten Empfangsantennen nächstgelegen ist, und dem Phasenzentrum der Empfangsantenne, die zu den zwei im Basisabstand angeordneten Empfangsantennen entfernt gelegen ist,
oder
wobei ein Empfänger-Längsabstand zwischen dem Phasenzentrum der Empfangsantenne, die zu den beiden im Basisabstand angeordneten Empfangsantennen nächstgelegen ist, und dem Phasenzentrum der nächstgelegenen der zwei im Basisabstand angeordneten Empfangsantennen größer sein kann als ein Empfänger-Längsabstand zwischen dem Phasenzentrum der Empfangsantenne, die zu den zwei im Basisabstand angeordneten Empfangsantennen nächstgelegen ist, und dem Phasenzentrum der Empfangsantenne, die zu den zwei im Basisabstand angeordneten Empfangsantennen entfernt gelegen ist. Auf diese Weise kann im Richtungs-Betriebsmodus des Radarsystems ein virtuelles Empfangsantennen-Array realisiert werden, welches eine große Apertur mit einer großen Winkelauflösung kombiniert.
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Falls der Empfänger-Längsabstand der nächstgelegenen Empfangsantenne kleiner ist als der Empfänger-Längsabstand der entfernt gelegenen Empfangsantenne, kann die Empfangsantennen-Anordnung kompakter ausgestaltet sein.
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Vorteilhafterweise können in diesem Fall der Basisabstand und die beiden Längsabstände entsprechend der Markierungen auf einem Golomb-Lineal angeordnet sein.
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Falls der Empfänger-Längsabstand der nächstgelegenen Empfangsantenne größer ist als der Empfänger-Längsabstand der entfernt gelegenen Empfangsantenne, kann im Richtungs-Betriebsmodus des Radarsystems ein entsprechend ausgedehntes virtuelles Empfangsantennen-Array realisiert werden, mit welchem eine entsprechend große Winkelauflösung ermöglicht wird. Im Reichweiten-Betriebsmodus des Radarsystems kann in diesem Fall eine größere Apertur ermöglicht werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein Quotient aus einem größeren von zwei Empfänger-Längsabständen zwischen drei benachbarten Empfangsantennen und einem kleineren der zwei Empfänger-Längsabstände 1,5 oder ein ganzzahliges Vielfaches von 1,5 sein. Auf diese Weise kann die Eindeutigkeit bei Winkelmessung verbessert werden.
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Vorteilhafterweise kann ein Quotient aus einem größeren von zwei Empfänger-Längsabständen zwischen drei benachbarten Empfangsantennen und einem kleineren der zwei Empfänger-Längsabstände das Zweifache von 1,5, also drei, sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Basisabstand der halben Wellenlänge der mit den Sendeantennen gesendeten Radarsignale insbesondere zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz entsprechen. Auf diese Weise können in einem Richtungs-Betriebsmodus des Radarsystems auf der Senderseite eindeutig gerichtete Radarsignale realisiert werden. Außerdem können im Richtungs-Betriebsmodus eindeutige Winkelmessungen durchgeführt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Sendeantenne mehrere Antennenelemente aufweisen. Auf diese Weise können die Sendeeigenschaften der wenigstens einen Sendeantenne verbessert werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens eine Empfangsantenne mehrere Antennenelemente aufweisen. Auf diese Weise können die Empfangseigenschaften der wenigstens einen Empfangsantenne verbessert werden.
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Vorteilhafterweise können die Phasenzentren der Sendeantennen in einer Sendeantennen-Ebene angeordnet sein. Auf diese Weise können die Positionen der Phasenzentren einfacher definiert werden. So können genauere Radarmessung durchgeführt werden. Vorteilhafterweise können die Hauptstrahlrichtungen der Sendeantennen senkrecht zu der Sendeantennen-Ebene verlaufen. Auf diese Weise können die Hauptstrahlrichtungen einfacher definiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich können vorteilhafterweise die Phasenzentren der Empfangsantennen in einer Empfangsantennen-Ebene angeordnet sein. Auf diese Weise können die Positionen der Phasenzentren einfacher definiert werden. So können genauere Radarmessungen durchgeführt werden. Vorteilhafterweise können die Hauptempfangsrichtungen der Empfangsantennen senkrecht zu der Empfangsantennen-Ebene verlaufen. Auf diese Weise können die Hauptempfangsrichtungen einfacher definiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich können vorteilhafterweise die Phasenzentren der Sendeantennen und die Phasenzentren der Empfangsantennen in einer gemeinsamen Antennenebene angeordnet sein. Auf diese Weise können die Positionen der Phasenzentren genauer angeordnet werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Teil der Sendeantennen als Antennenarray realisiert sein. Auf diese Weise können die Sendeantennen gemeinsam hergestellt und montiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens ein Teil der Empfangsantennen als Antennenarray realisiert sein. Auf diese Weise können die Empfangsantennen gemeinsam hergestellt und montiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens ein Teil der Sendeantennen und wenigstens ein Teil der Empfangsantennen als gemeinsames Antennenarray realisiert sein. Auf diese Weise können die Sendeantennen und die Empfangsantennen gemeinsam hergestellt und montiert werden.
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Vorteilhafterweise können die jeweiligen Phasenzentren von wenigstens zwei benachbarten Sendeantennen auf einer gedachten Sender-Längsachse angeordnet sein und das Phasenzentrum von wenigstens einer weiteren Sendeantenne kann in einem Sender-Querabstand zu der Sender-Längsachse angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise kann eine gedachte Sender-Querachse, welche senkrecht zur Sender-Längsachse durch das Phasenzentrum der wenigstens einen weiteren Sendeantenne verläuft, in einem Basisabstand beabstandet sein zu einer gedachten Sender-Querachse, welche senkrecht zur Sender-Längsachse durch das Phasenzentrum einer der wenigstens zwei Sendeantennen auf der Sender-Längsachse verläuft.
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Vorteilhafterweise kann ein Sender-Längsabstand zwischen den jeweiligen gedachten Sender-Querachsen der wenigstens zwei benachbarten Sendeantennen auf der Sender-Längsachse größer sein als der Basisabstand.
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Vorteilhafterweise können wenigstens zwei Sendeantennen entlang einer Sender-Längsachse angeordnet sein. Wenigstens eine weitere Sendeantennen kann neben der Sender-Längsachse angeordnet sein. Die wenigstens eine Sendeantenne, die neben der Sender-Längsachse angeordnet ist, kann sich außerdem im Basisabstand neben der entsprechenden Sender-Querachse wenigstens einer der zwei anderen Sendeantennen befinden.
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Die vorteilhafte Sendeantennen-Anordnung kann sowohl in einem Richtungs-Betriebsmodus, in dem die Sendeantennen mit unterschiedlichen Sendesignalen angesteuert werden können, als auch in einem Reichweiten-Betriebsmodus, in dem die Sendeantennen mit dem gleichen Sendesignal angesteuert werden können, betrieben werden.
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Vorteilhafterweise kann der Sender-Längsabstand ein ganzzahliges Vielfaches des Basisabstand insbesondere zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz sein Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise der Sender-Querabstand größer sein als der Basisabstand.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise der Sender-Querabstand kleiner sein als der Sender-Längsabstand.
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Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Sendeantennen-Anordnung realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann die Sender-Querachse der wenigstens einen weiteren Sendeantenne zwischen den Sender-Querachsen der wenigstens zwei auf der Sender-Längsachse benachbarten Sendeantenne angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Sendeantennen-Anordnung noch kompakter realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Teil der Sendeantennen wenigstens temporär mit dem gleichen Sendesignal ansteuerbar sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens ein Teil der Sendeantennen wenigstens temporär mit unterschiedlichen Sendesignalen so ansteuerbar sein, dass die jeweils gesendeten Radarsignale zumindest auf der Seite der Empfangsantennen wenigstens temporär unterscheidbar sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens ein Teil der Sendeantennen umschaltbar mit dem gleichen Sendesignal oder unterschiedlichen Sendesignalen ansteuerbar sein.
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Durch die wenigstens temporäre Ansteuerung wenigstens eines Teils der Sendeantennen mit dem gleichen Sendesignal können die entsprechenden Sendeantennen simultan gleiche Radarsignale aussenden. Die Radarsignale der einzelnen Sendeantennen können sich so zusammensetzen zu einem gemeinsamen Radarsignal mit größerer Signalstärke. Auf diese Weise kann die Detektionsreichweite vergrößert werden. Der Betriebsmodus des Radarsystems, bei dem wenigstens ein Teil der Sendeantennen mit dem gleichen Sendesignal angesteuert wird, kann als Reichweiten-Betriebsmodus bezeichnet werden.
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Vorteilhafterweise können wenigstens zwei benachbarte Sendeantennen nach einem Beamforming-Verfahren betrieben werden. Bei einem Beamforming-Verfahren kann von mehreren Sendekanälen jeweils kohärent über benachbarte Sendeantennen, die insbesondere im Basisabstand angeordnet sind, dasselbe Radarsignal mit definierten Phasen-Offsets gesendet werden.
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Eine Unterscheidbarkeit der Radarsignale ermöglicht, dass die entsprechenden Echos der Radarsignale, die mit den Empfangsantennen empfangen werden, den entsprechenden Sendeantennen zugeordnet werden können. Auf diese Weise kann ein Aufwand an Sendeantennen für eine Richtungsbestimmung verringert werden. Der Betriebsmodus des Radarsystems, bei den wenigstens zwei der Sendeantennen so angesteuert werden, dass die jeweils gesendeten Radarsignale zumindest auf der Seite der Empfangsantennen wenigstens temporär unterscheidbar sind, kann als Richtungs-Betriebsmodus bezeichnet werden.
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Vorteilhafterweise können wenigstens zwei der Sendeantennen nach einem MIMO-Verfahren betrieben werden. Bei dem MIMO-Verfahren werden von den Sendeantennen jeweilige Radarsignale gesendet, welche zumindest auf der Seite der Empfangsantennen zumindest temporär unterscheidbar sind. Auf diese Weise kann die Winkelauflösung bei der Richtungsbestimmung verbessert werden.
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Dadurch, dass wenigstens ein Teil der Sendeantennen umschaltbar mit dem gleichen Sendesignal oder unterschiedlichen Sendesignalen ansteuerbar ist, kann das Radarsystem zwischen dem Richtungs-Betriebsmodus und dem Reichweiten-Betriebsmodus umgeschaltet werden. Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Teil der Sendeantennen automatisch und/oder bei Bedarf umschaltbaren sein.
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Im Richtungs-Betriebsmodus ist eine höhere Winkelauflösung möglich als im Reichweiten-Betriebsmodus. Umgekehrt ist im Reichweiten-Betriebsmodus eine größere Detektionsreichweite als im Richtungs-Betriebsmodus möglich.
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Vorteilhafterweise kann das Radarsystem, insbesondere wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung des Radarsystems, wenigstens ein Umschaltmittel aufweisen, mit dem das Radarsystem zwischen einem Betriebsmodus, bei dem wenigstens ein Teil der Sendeantennen mit dem gleichen Sendesignal angesteuert werden kann, insbesondere einem Reichweiten-Betriebsmodus oder Beamforming-Modus, und einem Betriebsmodus, bei dem wenigstens ein Teil der Sendeantennen mit unterschiedlichen Sendesignalen angesteuert werden kann, insbesondere einem Richtung Modus oder MIMO-Modus, umgeschaltet werden kann.
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Durch die spezielle erfindungsgemäße Kombination der Sendeantennen-Anordnung und der Empfangsantennen-Anordnung kann beim Betrieb des Radarsystems in einem Richtungs-Betriebsmodus, insbesondere einem MIMO-Modus, ein virtuelles Empfangsantennen-Array realisiert werden, das eine große Apertur mit einer großen Winkelauflösung kombiniert.
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Mit dem Radarsystem können Objektinformationen, insbesondere Entfernungen, Richtungen und/oder Geschwindigkeiten von Objekten, insbesondere Objektzielen, relativ zum Radarsystem ermittelt werden. Objektziele sind Bereiche von Objekten, an denen eine Reflexion von Radarsignalen stattfindet, welche als Echos mit den Empfangsantennen empfangen werden können.
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Die Richtungsbestimmung die Bestimmung der Richtung, in der sich ein Ziel relativ zum Radarsystem befindet. Die Richtung kann dabei als Winkel bezogen auf eine Referenzachse des Radarsystems, insbesondere eine Hauptstrahlrichtung der Sendeantennen, angegeben werden.
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Vorteilhafterweise können die Sender-Längsachse und/oder die Empfänger-Längsachse sowie die Hauptstrahlrichtungen der Sendeantennen räumlich horizontal ausgerichtet sein. Auf diese Weise kann ein sich horizontal erstreckende Überwachungsbereich winkelaufgelöst überwacht werden. Dabei kann die Richtung als Azimut bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise kann das Radarsystem Mittel zur Steuerung der Sendeantennen, insbesondere zur Erzeugung von Sendesignalen, aufweisen. Ferner kann das Radarsystem Mittel zur Verarbeitung der Empfangssignale aufweisen. Die Mittel zur Steuerung und/oder zur Verarbeitung können mit einer gemeinsamen Steuer- und Auswerteeinrichtung auf softwaretechnischem und/oder hardwaretechnischem Wege realisiert sein. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann 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 eingesetzt werden.
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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.
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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.
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Mit dem Radarsystem können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöchern oder Steinen, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, erfasst werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in einem Richtungs-Betriebsmodus des Radarsystems mit der Anordnung der Sendeantennen und der Empfangsantennen ein virtuelles Empfangsantennen-Array realisiert sein, bei dem wenigstens zwei benachbarte virtuelle Empfangs-Arrayelemente auf wenigstens einer gedachten Array-Längsachse angeordnet sein können, wobei wenigstens zwei benachbarte virtuelle Empfangs-Arrayelemente im Basisabstand zueinander angeordnet sein können
und/oder
wobei wenigstens zwei benachbarte virtuelle Empfangs-Arrayelemente in einem Abstand angeordnet sein können, der größer ist als der Basisabstand
und/oder
wobei wenigstens zwei benachbarte virtuelle Empfangs-Arrayelemente in einem Abstand angeordnet sein können, der einem ganzzahligen Vielfachen des Basisabstand entspricht. Mithilfe der virtuellen Empfangs-Arrayelemente, die im Basisabstand zueinander angeordnet sind, kann eine eindeutige Richtungsbestimmung realisiert werden. Mithilfe der virtuellen Empfangs-Arrayelemente in Abständen, die größer sind als der Basisabstand, kann insgesamt ein größeres virtuelles Empfangsantennen-Array realisiert werden. Mit einem größeren virtuellen Empfangsantennen-Array kann eine größere Apertur realisiert werden. So kann insgesamt mit dem Radarsystem in einem entsprechend großen Winkelbereich die Richtung von Zielobjekten eindeutig und genauer ermittelt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Sendeantennen und Empfangsantennen kann ein virtuelles Empfangsantennen-Array mit einer hohen Anzahl an virtuellen Empfangs-Arrayelementen durch eine geometrische Faltung der Positionen der Phasenzentren von Sendeantennen und der Positionen der Phasenzentren der Empfangsantennen erzielt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können bei dem virtuellen Empfangsantennen-Array die virtuellen Empfangs-Arrayelemente auf wenigstens zwei gedachten Array-Längsachsen verteilt angeordnet sein,
wobei wenigstens zwei virtuelle Empfangs-Arrayelemente, die auf unterschiedlichen Array-Längsachsen angeordnet sind, in Richtung der Array-Längsachsen betrachtet auf gleicher Höhe angeordnet sein können
und/oder
wobei wenigstens zwei virtuelle Empfangs-Arrayelemente, die auf unterschiedlichen Array-Längsachsen angeordnet sind, in Richtung der Array-Längsachsen betrachtet versetzt zueinander angeordnet sein können
und/oder
wobei wenigstens zwei virtuelle Empfangs-Arrayelemente, die auf unterschiedlichen Array-Längsachsen angeordnet sind, in Richtung der Array-Längsachse betrachtet im Basisabstand versetzt zueinander angeordnet sein können.
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Durch die Anordnung der virtuellen Empfangs-Arrayelemente auf unterschiedlichen Array-Längsachsen können Richtungen von Zielobjekten in zwei Dimensionen ermittelt werden. Durch die versetzte Anordnung der virtuellen Empfangs-Arrayelementen kann eine bessere Winkelauflösung bei der Bestimmung der Richtung von Zielobjekten erreicht werden.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Antennenarray dadurch gelöst, dass die jeweiligen Phasenzentren von wenigstens vier Empfangsantennen auf einer gedachten Empfänger-Längsachse angeordnet sind,
wobei die jeweiligen Phasenzentren von wenigstens zwei benachbarten Empfangsantennen in einem Basisabstand zueinander angeordnet sind
und die jeweiligen Phasenzentren von wenigstens zwei benachbarten Empfangsantennen in einem jeweiligen Empfänger-Längsabstand zueinander angeordnet sind, der größer ist als der Basisabstand.
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Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Fahrzeug wenigstens ein erfindungsgemäßes Radarsystem aufweist.
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Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug wenigstens ein Radarsystem auf, mit dem die Umgebung des Fahrzeugs auf Objekte hin überwacht werden kann. Objektinformationen, welche mit dem wenigstens ein Radarsystem ermittelt werden, können mit einem Fahrerassistenzsystem zur Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs verwendet werden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
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Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass
zwischen wenigstens zwei Radarmessungen umgeschaltet wird zwischen einem Reichweiten-Betriebsmodus, bei dem wenigstens ein Teil der Sendeantennen wenigstens temporär mit dem gleichen Sendesignal angesteuert wird,
und einem Richtungs-Betriebsmodus, bei dem wenigstens ein Teil der Sendeantennen wenigstens temporär mit unterschiedlichen Sendesignalen so angesteuert wird, dass die jeweils gesendeten Radarsignale zumindest auf der Seite der Empfangsantennen wenigstens temporär unterscheidbar sind.
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Erfindungsgemäß wird das Radarsystem im Wechsel im Reichweiten-Betriebsmodus zur Erreichung großer Detektionsreichweiten und im Richtungs-Betriebsmodus zur Erhöhung der Winkelauflösung bei der Richtungsbestimmung betrieben.
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Durch die Unterscheidbarkeit im Richtungs-Betriebsmodus können die reflektierten Radarsignale, also die Echos, auf der Seite der Empfangsantennen den jeweiligen Sendeantennen zugeordnet werden.
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Vorteilhafterweise können mit wenigstens zwei Sendeantennen unterschiedlich codierte Radarsignale gesendet werden. Auf diese Weise können die Radarsignale auf der Seite der Empfangsantennen wenigstens temporär voneinander unterschieden werden.
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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 den Empfangssignale erzielt werden. So können die Radarsignale und die entsprechenden Echos voneinander unterscheidbar gemacht werden.
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Vorteilhafterweise können die Empfangssignale auf der Empfängerseite durch entsprechende Auswertung, insbesondere mithilfe von Fourier-Transformationen, verarbeitet werden. Mittel zur Durchführung der Auswertung können vorteilhafterweise auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Wege insbesondere in der wenigstens einen Steuer- und Auswerteeinrichtung realisiert sein.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Radarsystem, dem erfindungsgemäßen Antennenarray, dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und dem erfindungsgemäßen Verfahren 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.
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Figurenliste
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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 ein Antennenarray des Radarsystems mit Sendeantennen und Empfangsantennen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, welches bei dem Kraftfahrzeug aus den 1 bis 3 Verwendung finden kann,
- 5 ein virtuelles Empfangsantennen-Array, welches beim Betreiben des Radarsystems in einem Richtungs-Betriebsmodus mit dem Antennenarray aus der 4 realisiert wird;
- 6 eine Reichweiten-Richtungs-Diagramm des Antennenarrays aus der 4, bei dem die Detektionsreichweite des Radarsystems abhängig von der Richtung beim Betrieb des Radarsystems in einem Reichweiten-Betriebsmodus und in einem Richtungs-Betriebsmodus gezeigt sind;
- 7 ein Empfangssignal-Richtungs-Diagramm des Antennenarrays aus der 4 bei der Erfassung eines Zielobjekts, wobei das Radarsystem im Richtungs-Betriebsmodus betrieben wird;
- 8 ein Empfangssignal-Richtungs-Diagramm mit einer Vielzahl von Messkurven des Antennenarrays aus der 4 bei der Erfassung von zwei Zielobjekten, wobei das Radarsystem im Richtungs-Betriebsmodus betrieben wird;
- 9 ein Empfangssignal-Richtungs-Diagramm des Antennenarrays aus der 4 bei der Erfassung der zwei Zielobjekte aus der 8, wobei das Radarsystem im Reichweiten-Betriebsmodus betrieben wird;
- 10 eine Vorderansicht Array mit Sendeantennen und Empfangsantennen eines Radarsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches bei dem Kraftfahrzeug aus den 1 bis 3 Verwendung finden kann;
- 11 ein virtuelles Empfangsantennen-Array, welches beim Betreiben des Radarsystems in einem Richtungs-Betriebsmodus mit dem Antennenarray aus der 10 realisiert wird;
- 12 eine Reichweiten-Richtungs-Diagramm des Antennenarrays aus der 10, in dem die Detektionsreichweite abhängig von der Richtung beim Betrieb des Radarsystems im Reichweiten-Betriebsmodus und im Richtungs-Betriebsmodus gezeigt sind;
- 13 ein Empfangssignal-Richtungs-Diagramm des Antennenarrays aus der 10 bei der Erfassung eines Zielobjekts, wobei das Radarsystem im Richtungs-Betriebsmodus betrieben wird;
- 14 ein Empfangssignal-Richtungs-Diagramm mit einer Vielzahl von Messkurven des Antennenarrays aus der 10 bei der Erfassung von zwei Zielobjekten, wobei das Radarsystem im Richtungs-Betriebsmodus betrieben wird;
- 15 ein Empfangssignal-Richtungs-Diagramm des Radarsystems mit dem Antennenarray aus der 10 bei der Erfassung der zwei Zielobjekte aus der 14, wobei das Radarsystem im Reichweiten-Betriebsmodus betrieben wird.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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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.
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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 Objektinformationen, beispielsweise Entfernungen r und Richtungen, beispielsweise in Form des Azimut φ und der Elevation Θ, von Objektzielen von Objekten 18 relativ zum Kraftfahrzeug 10, respektive zum Radarsystem 12, ermittelt werden. Optional können auch Geschwindigkeiten von Objektzielen relativ zum Kraftfahrzeug 10 ermittelt werden. Objektziele eines Objekts 18 sind Teile des Objekts 18, an denen Radarstrahlen reflektiert und als Echos zurückgesendet werden können.
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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.
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Der besseren Orientierung wegen sind in den 1 bis 5, 10 und 11 die entsprechenden Koordinatenachsen eines kartesischen x-y-z-Koordinatensystems eingezeichnet. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen 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.
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Das Radarsystem 12 ist als frequenzmoduliertes Dauerstrichradar 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.
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Das Radarsystem 12 ist mit einem Fahrerassistenzsystem 20 verbunden. Mit dem Fahrerassistenzsystem 20 kann das Kraftfahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden.
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Das Radarsystem 12 umfasst ein Antennenarray 22 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 24. In der 4 ist ein Antennenarray 22 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. 10 zeigt ein Antennenarray gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
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Im Folgenden wird zunächst das Radarsystem 12 in Verbindung mit dem Antennenarray 22 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den 4 bis 9 beschrieben.
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Das Antennenarray 22 verfügt beispielhafte über drei Sendeantennen 26 und vier Empfangsantennen 28. Beispielhaft sind die Empfangsantennen 28 räumlich unterhalb der Sendeantennen 26 angeordnet. Die Empfangsantennen 28 können jedoch auch oberhalb, neben oder wenigstens teilweise auf gleicher Höhe, beispielsweise zwischen den Sendeantennen 26 angeordnet sein.
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Jede Sendeantenne 26 ist mit einem entsprechenden Sendekanal verbunden. Über die Sendekanäle können die jeweiligen Sendeantennen 26 mit entsprechenden elektrischen Sendesignalen angesteuert werden. Entsprechend ist jede Empfangsantenne 28 mit einem entsprechenden Empfangskanal verbunden. Über die Empfangskanäle können elektrische Empfangssignale von den Empfangsantennen 28 übermittelt werden. Die Sendekanäle und die Empfangskanäle können beispielsweise in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 integriert sein.
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Mit den Sendeantennen 26 können durch Ansteuerung mit den elektrischen Sendesignalen entsprechende Radarsignale 30 gesendet werden.
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Die Position jeder Sendeantenne 26 wird durch ihr jeweiliges Phasenzentrum 32 definiert.
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Die jeweiligen Phasenzentren 32 von zwei der Sendeantennen 26 sind benachbart auf einer gedachten Sender-Längsachse 34 angeordnet. Die Sender-Längsachse 34 erstreckt sich beispielhaft parallel zur y-Achse.
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Das Phasenzentrum 32 der dritten Sendeantenne 26 ist neben, in der 4 unterhalb der Sender-Längsachse 34 angeordnet. Die dritte Sendeantenne 26 befindet sich in einem Sender-Querabstand 36 zu der Sender-Längsachse 34.
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Durch die Phasenzentren 32 der drei Sendeantennen 26 verläuft jeweils eine entsprechende gedachte Sender-Querachse 38. Die Sender-Querachsen 38 erstrecken sich senkrecht zur Sender-Längsachse 34, beispielhaft parallel zur z-Achse.
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Die Sender-Querachse 38 der einzelnen Sendeantenne 26 ist zwischen den Sender-Querachsen 38 der zwei auf der Sender-Längsachse 34 benachbarten Sendeantenne 26 angeordnet.
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Die Sender-Querachse 38 der einzelnen Sendeantenne 26 verläuft in einem Basisabstand 40 zu der Sender-Querachse 38 der in der 4 rechten Sendeantenne 26 auf der Sender-Längsachse 34. Der Basisabstand 40 entspricht beispielhaft der halben Wellenlänge Ä der mit den Sendeantennen 26 gesendeten Radarsignale 30, optional zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz.
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Ein Sender-Längsabstand 42 zwischen den jeweiligen Sender-Querachsen 38 der zwei Sendeantennen 26 auf der Sender-Längsachse 34 ist das Dreifache des Basisabstands 40, optional zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz. Der Sender-Querabstand 36 ist kleiner als der Sender-Längsabstand 42 und größer als der Basisabstand 40.
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Ferner weist das Antennenarray 22 beispielhaft vier Empfangsantennen 28 auf. Mit den Empfangsantennen 28 können Echos 44 von gesendeten Radarsignalen 30 empfangen und in entsprechende elektrische Empfangssignale umgewandelt werden.
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Die Phasenzentren 32 der Sendeantennen 26 und die Phasenzentren 32 der Empfangsantennen 28 sind beispielhaft in einer gemeinsamen Antennenebene angeordnet. Die Antennenebene erstreckt sich beispielhaft parallel zur y-z-Ebene. Die Hauptstrahlrichtungen der Sendeantennen 26 verlaufen beispielhaft senkrecht zu der Antennenebene, also parallel zu der Fahrzeuglängsachse, respektive parallel zur x-Achse. Die Hauptempfangsrichtungen der Empfangsantennen 28 verlaufen beispielhaft ebenfalls senkrecht zu der Antennenebene.
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Die jeweiligen Phasenzentren 32 der Empfangsantennen 28 sind auf einer gedachten Empfänger-Längsachse 46 angeordnet. Die Empfänger-Längsachse 46 verläuft parallel zur Sender-Längsachse 34.
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Die Phasenzentren 32 in der 4 von links betrachtet der ersten und der zweiten Empfangsantenne 28 sind in dem Basisabstand 40 zueinander angeordnet. Mithilfe der beiden im Basisabstand 40 angeordneten Empfangsantennen 28 können eindeutige Richtungsbestimmungen für Objektziele vorgenommen werden.
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Die Phasenzentren 32 der der dritten und der vierten Empfangsantenne 28 sind auf der gleichen Seite der Phasenzentren 32 der zwei im Basisabstand 40 angeordneten Empfangsantennen 28 angeordnet.
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Das Phasenzentrum 32 der in der 4 zweiten Empfangsantenne 28 von links ist in einem ersten Empfänger-Längsabstand 48a zu dem Phasenzentrum 32 der dritten Empfangsantenne 28 von links angeordnet. Der erste Empfänger-Längsabstand 48a ist das Zweifache des Basisabstands 40, optional zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz.
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Das Phasenzentrum 32 der in der 4 dritten Empfangsantenne 28 von links ist in einem zweiten Empfänger-Längsabstand 48b zu dem Phasenzentrum 32 der vierten Empfangsantenne 28 von links angeordnet. Der zweite Empfänger-Längsabstand 48b ist das sechsfache des Basisabstands 40, optional zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz. Der Quotient aus dem zweiten Empfänger-Längsabstand 48b und dem ersten Empfänger-Längsabstand 48a ist drei.
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Beispielhaft können der Basisabstand 40 und die beiden Empfänger-Längsabstände 48a und 48b entsprechend der Markierungen auf einem Golomb-Lineal angeordnet sein.
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Mittels dem größten Abstand zwischen den beiden äußeren Empfangsantenne 28, nämlich den ersten Empfangsantenne 28 und der vierten Empfangsantenne 28 von links, wird eine entsprechend große Apertur des Radarsystems 12 in Richtung des Azimut φ realisiert.
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Durch die besondere Anordnung der Phasenzentren 32 der Sendeantennen 26 und der Phasenzentren 32 der Empfangsantennen 28 kann im Richtungs-Betriebsmodus des Radarsystems 12 ein in der 5 gezeigtes virtuelles Empfangsantennen-Array 50 realisiert werden, welches eine große Apertur mit einer großen Winkelauflösung in Richtung des Azimut φ kombiniert. Die Empfangs-Arrayelementen 52 werden beispielhaft durch eine geometrische Faltung der Positionen der Phasenzentren 32 von Sendeantennen 26 und der Positionen der Phasenzentren 32 der Empfangsantennen 28 erzielt.
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Das virtuelle Empfangsantennen-Array 50 weist insgesamt zwölf virtuelle Empfangs-Arrayelemente 52 auf. Die Empfangs-Arrayelemente 52 sind verteilt auf einer ersten gedachten Array-Längsachse 54a und einer zweiten gedachten Array-Längsachse 54b angeordnet. Durch die verteilte Anordnung der Empfangs-Arrayelemente 52 auf den Array-Längsachsen 54a und 54b können Richtungen von Zielobjekten in zwei räumlichen Dimensionen, nämlich in Richtung der y-Achse, respektive Azimut φ, und der z-Achse, respektive Elevation Θ, ermittelt werden. Die Empfangs-Arrayelemente 52 befinden sich beispielhaft in einer gemeinsamen Arrayebene. Die Arrayebene erstreckt sich beispielhaft parallel zur y-z-Ebene.
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Sechs der Empfangs-Arrayelemente 52 sind auf einer ersten gedachten Array-Längsachse 54a angeordnet.
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In der 5 von links betrachtet sind auf der ersten Array-Längsachse 54a das erste und das zweite Empfangs-Arrayelement 52, das dritte und das vierte Empfangs-Arrayelement 52 und das vierte und das fünfte Empfangs-Arrayelement 52 jeweils im Basisabstand 40 zueinander angeordnet. Mithilfe der Empfangs-Arrayelemente 52, die im Basisabstand 40 zueinander angeordnet sind, kann eine eindeutige Richtungsbestimmung realisiert werden.
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In der 5 von links betrachtet das zweite und das dritte Empfangs-Arrayelement 52, das fünfte und das sechste Empfangs-Arrayelement 52, das sechste und das siebte Empfangs-Arrayelement 52 und das siebte und achte Empfangs-Arrayelement 52 auf der ersten Array-Längsachse 54a sind in einem ersten Abstand 56a zueinander angeordnet. Der erste Abstand 50a entspricht dem zweifachen Basisabstand 40.
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Ein zweiter Abstand 56b zwischen dem siebten und dem achten Empfangs-Arrayelement 52 entspricht dem vierfachen Basisabstand 40.
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Vier der Empfangs-Arrayelemente 52 sind auf einer zweiten gedachten Array-Längsachse 54b angeordnet. Die zweite Array-Längsachse 54b verläuft parallel zur ersten Array-Längsachse 54a in der Arrayebene. Die beiden Array-Längsachse 54a und 54b erstrecken sich parallel zur y-Achse.
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Das in der 5 von links betrachtet erste Empfangs-Arrayelement 52 auf der zweiten Array-Längsachse 54b ist in Richtung der Array-Längsachsen 54a und 54b betrachtet auf gleicher Höhe wie das dritte Empfangs-Arrayelement 52 auf der ersten Array-Längsachse 54a angeordnet. Das zweite Empfangs-Arrayelement 52 von links auf der zweiten Array-Längsachse 54b ist in Richtung der Array-Längsachsen 54a und 54b betrachtet auf gleicher Höhe wie das vierte Empfangs-Arrayelement 52 auf der ersten Array-Längsachse 54a angeordnet.
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Das in der 5 von links betrachtet dritte Empfangs-Arrayelemente 52 auf der zweiten Array-Längsachse 54b ist in Richtung der Array-Längsachse 54a und 54b betrachtet beispielhaft mittig zwischen dem fünften und den sechsten Empfangs-Arrayelement 52 auf der ersten Array-Längsachse 54a, also versetzt zu diesen, jeweils im Basisabstand 40 angeordnet.
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Das in der 5 von links betrachtet vierte Empfangs-Arrayelement 52 auf der zweiten Array-Längsachse 54b ist in Richtung der Array-Längsachse 54a und 54b betrachtet zwischen dem siebten und dem achten Empfangs-Arrayelement 52 auf der ersten Array-Längsachse 54a, also versetzt zu diesen, im Basisabstand 40 zu dem achten Empfangs-Arrayelement 52 angeordnet.
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In der 5 von links betrachtet sind auf der zweiten Array-Längsachse 54b das erste und das zweite Empfangs-Arrayelement 52 im Basisabstand 40 zueinander angeordnet.
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Von links betrachtet das zweite und das dritte Empfangs-Arrayelement 52 auf der zweiten Array-Längsachse 54b sind in dem ersten Abstand 56a zueinander angeordnet, welcher dem zweifachen Basisabstand 40 entspricht. Von links betrachtet das dritte und das vierte Empfangs-Arrayelement 52 auf der zweiten Array-Längsachse 54b sind in einem dritten Abstand 56c zueinander angeordnet, welcher dem sechsfachen Basisabstand 40 entspricht.
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Die Apertur des Radarsystems 12 in Richtung der der Längsachsen 54a und 54b, also in Richtung der y-Achse, wird durch die maximale Breite des virtuellen Empfangsantennen-Arrays 50 definiert. Die maximale Breite des virtuellen Empfangsantennen-Arrays 50 in Richtung der Array-Längsachsen 54a und 54b ist durch einen Abstand 56d zwischen den beiden äußeren Empfangs-Arrayelementen 52 auf der ersten Array-Längsachse 54 vorgegeben. Der Abstand 56d zwischen den beiden äußeren Empfangs-Arrayelementen 52 entspricht dem zwölffachen Basisabstand 40.
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Durch die versetzte Anordnung der Empfangs-Arrayelementen 52 auf den beiden Array-Längsachse 54a und 54b kann eine bessere Winkelauflösung bei der Bestimmung der Richtung von Zielobjekten sowohl in Azimut φ als auch in Elevation Θ erreicht werden.
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Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 ist auf softwaremäßigem und hardwaremäßigem Wege realisiert. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 ist mit den Sendeantennen 26 und den Empfangsantennen 28 verbunden. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 können elektrische Sendesignale für die Ansteuerung der Sendeantennen 26 erzeugt werden. Außerdem können mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 aus elektrischen Empfangssignalen der Empfangsantennen 28 Objektinformationen von mit den Radarsignalen 30 erfassten Objekten 18 ermittelt werden.
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Das Radarsystem 12 kann zwischen einem Reichweiten-Betriebsmodus und einem Richtungs-Betriebsmodus umgeschaltet werden. Hierzu können die Sendeantennen 26 umschaltbar mit dem gleichen Sendesignal oder unterschiedlichen Sendesignalen ansteuerbar sein. Entsprechend können die Empfangsantennen 28 zwischen dem Reichweiten-Betriebsmodus und dem Richtungs-Betriebsmodus umgeschaltet werden.
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Die Umschaltung dem Reichweiten-Betriebsmodus in dem Richtungs-Betriebsmodus kann automatisch oder bei Bedarf erfolgen. Im Richtungs-Betriebsmodus ist eine höhere Winkelauflösung bei der Richtungsbestimmung möglich als im Reichweiten-Betriebsmodus. Umgekehrt ist im Reichweiten-Betriebsmodus eine größere Detektionsreichweite als im Richtungs-Betriebsmodus möglich. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 weist ein Umschaltmittel 58 auf, mit dem das Radarsystem 12 zwischen dem Reichweiten-Betriebsmodus und dem Richtungs-Betriebsmodus umgeschaltet werden kann.
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In dem Reichweiten-Betriebsmodus des Radarsystems 12 sind die Sendeantennen 26 mit dem gleichen Sendesignal ansteuerbar. Durch die Ansteuerung der Sendeantennen 26 mit dem gleichen Sendesignal können die entsprechenden Sendeantennen 26 simultan gleiche Radarsignale 30 aussenden. Hierzu können die Sendeantennen 26 nach einem sogenannten Beamforming-Verfahren betrieben werden. Dabei können mehrere Sendekanäle jeweils kohärent über benachbarte Sendeantennen 26 dasselbe Radarsignal 30 mit definierten Phasen-Offsets senden. Die Signalstärken der Radarsignale 30 der einzelnen Sendeantennen 26 addieren sich zu einer größeren Signalstärke. So kann die Detektionsreichweite vergrößert werden.
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Zur Überwachung des Überwachungsbereichs 14 auf Objekte 18 hin werden mit dem Radarsystem 12 kontinuierlich Radarmessungen durchgeführt. Jede Radarmessung umfasst eine Reichweiten-Messsequenz, in der das Radarsystem 12 im Reichweiten-Betriebsmodus betrieben wird, und eine Richtungs-Messsequenz, in der das Radarsystem 12 im Richtungs-Betriebsmodus betrieben wird. Während der Radarmessung wird das Radarsystem 12 von dem Reichweiten-Betriebsmodus in den Richtungs-Betriebsmodus umgeschaltet. Dabei kann jede Radarmessung mit der Reichweiten-Messsequenz oder mit der Richtungs-Messsequenz begonnen werden.
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Im Folgenden wird beispielhaft eine Radarmessung beschrieben, welche mit einer Reichweiten-Messsequenz beginnt.
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Bei der Reichweiten-Messsequenz werden mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 über die jeweiligen Sendekanäle die Sendeantennen 26 mit dem gleichen Sendesignal angesteuert. Die Sendeantennen 26 senden simultan jeweils das gleiche Radarsignal 30 aus. Die Signalstärken der einzelnen Radarsignale 30 addieren sich auf gemeinsam mit vergrößerter Detektionsreichweite in den Überwachungsbereich 14 gesendet.
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Sofern die Radarsignale 30 auf ein Objekt 18 treffen, werden die Radarsignale 30 an entsprechenden Objektzielen reflektiert. Die Echos 44 der reflektierten Radarsignale 30 werden mit den Empfangsantennen 28 empfangen und in jeweilige Empfangssignale umgewandelt.
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Die Empfangssignale werden an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 übermittelt und mit dieser beispielsweise mittels Fourier-Transformationen signaltechnisch verarbeitet. Aus den Empfangssignalen werden die Objektinformationen über die Objekte 18, nämlich die Entfernungen r, die Richtungen, nämlich Azimut φ und Elevation O, und optional die Geschwindigkeiten der erfassten Zielobjekte relativ zum Radarsystem 12 ermittelt.
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Anschließend wird das Radarsystem 12 beispielsweise mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 vom Reichweiten-Betriebsmodus in den Richtungs-Betriebsmodus umgeschaltet und eine Richtungs-Messsequenz durchgeführt.
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Bei der Richtungs-Messsequenz werden mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 die Sendeantennen 26 über die jeweiligen Sendekanäle mit unterschiedlichen Sendesignalen angesteuert. Die unterschiedlichen Sendesignale sind zueinander codiert. Die Sendeantennen 26 senden entsprechend zueinander codierte Radarsignale 30 aus. Die Radarsignale 30 werden in den Überwachungsbereich 14 gesendet.
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Sofern die unterscheidbaren Radarsignale 30 auf ein Objekt 18 treffen, werden die Radarsignale 30 an den entsprechenden Objektzielen reflektiert. Die Echos 44 der reflektierten unterscheidbaren Radarsignale 30 werden mit den Empfangsantennen 28 empfangen und in jeweilige Empfangssignale umgewandelt.
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Die Empfangssignale werden an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 24 übermittelt. Die Empfangssignale werden den Sendeantennen 26 zugeordnet, was aufgrund der Unterscheidbarkeit Radarsignale 30 und der Echos 44 möglich ist. Die zugeordneten Empfangssignale werden beispielsweise mittels Fourier-Transformationen signaltechnisch verarbeitet. Aus den Empfangssignalen werden die Objektinformationen über die Objekte 18, nämlich Entfernungen r, die Richtungen, nämlich Azimut φ und Elevation Θ, und optional die Geschwindigkeiten der erfassten Zielobjekte relativ zum Radarsystem 12 ermittelt.
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Insgesamt werden bei einer Radarmessung bei der Reichweiten-Messsequenz die Objektinformationen von Objektzielen in größeren Detektionsreichweiten als bei der Richtungs-Messsequenz ermittelt. Bei der Richtungs-Messsequenz werden die Objektinformationen von Objektzielen zur mit geringerer Detektionsreichweite als bei der Reichweiten-Messsequenz aber mit höherer Winkelauflösung als in der Reichweiten-Messsequenz ermittelt.
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In der 6 sind zum Vergleich ein Reichweiten-Richtungs-Diagramm 60a für das Radarsystem 12 im Reichweiten-Betriebsmodus gestrichelt und ein Reichweiten-Richtungs-Diagramm 60b für das Radarsystem 12 im Richtungs-Betriebsmodus mit durchgezogene Linie gezeigt. Dabei sind die jeweiligen Reichweiten über Azimut φ aufgezeichnet. Aus der 6 ist ersichtlich, dass das Radarsystem 12 im Reichweiten-Betriebsmodus eine maximale Detektionsreichweite von etwa 250 m hat. Im Richtungs-Betriebsmodus hat das Radarsystem 12 hingegen lediglich eine maximale Detektionsreichweite von etwas weniger als 200 m. Demgegenüber hat das Radarsystem 12 im Richtungs-Betriebsmodus ein größeres Sichtfeld in Richtung Azimut φ als im Reichweiten-Betriebsmodus.
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In 7 ist beispielhaft ein Empfangssignal-Richtungs-Diagramm 62a aus einer Richtungs-Messsequenz gezeigt, bei der ein Zielobjekt bei einem Azimut φ von 0° vor dem Kraftfahrzeug 10 erfasst wurde. Die Nebenkeulenebene befindet sich bei etwa 8 dB. Dies reicht aus, um Zielobjekte mit unterschiedlichen Reflektivitäten beispielsweise in realistischen Fahrsituationen mit dem Kraftfahrzeug 10 bezüglich ihrer Richtung, nämlich dem jeweiligen Azimut φ, aufzulösen.
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In 8 ist beispielhaft eine Schar von Empfangssignal-Richtungs-Diagrammen 62b von mehreren Richtungs-Messsequenzen gezeigt, bei denen zwei Zielobjekte, welche die gleiche Entfernung r und die gleiche Geschwindigkeit relativ zum Radarsystem 12 haben, in einem Winkelabstand von etwa 11° um einen Azimut φ von 0° vor dem Kraftfahrzeug 10 erfasst wurden. Die Kurven der Schar von Empfangssignal-Richtungs-Diagrammen 62b entsprechen unterschiedlichen Phasendifferenzen der Sendesignale. Die beiden Zielobjekte können bei allen möglichen Phasendifferenzen unterschieden werden. Die Kurven der Schar von Empfangssignal-Richtungs-Diagrammen 62b können beispielsweise unter Verwendung eines sogenannten Beamforming-Ansatzes und/oder sogenannten Superauflösungsverfahren oder dergleichen ermittelt werden.
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Ein der Richtungs-Messsequenz aus 8 entsprechendes Empfangssignal-Richtungs-Diagramm in einer Reichweiten-Messsequenz ist in der 9 gezeigt. Die Winkelauflösung bezogen auf den Azimut φ beträgt etwa 11°. Die Nebenkeulenebene befindet sich in diesem Fall bei etwa 3 dB, was im Reichweiten-Betriebsmodus nicht zur Auflösung der beiden Zielobjekte ausreicht.
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In der 10 ist ein Antennenarray 22 für das Radarsystem 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. 11 zeigt das zu dem Antennenarray 22 aus 10 gehörende virtuelle Empfangsantennen-Array 50.
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Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den 4 bis 11 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Phasenzentrum 32 der zweiten Empfangsantenne 28 von links in einem Empfänger-Längsabstand 48c zu dem Phasenzentrum 32 der dritten Empfangsantenne 28 von links angeordnet ist. Der Empfänger-Längsabstand 48c entspricht dem dreifachen des Basisabstands 40, optional zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz ist.
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Das Phasenzentrum 32 der in der 10 dritten Empfangsantenne 28 von links ist in dem Empfänger-Längsabstand 48a zu dem Phasenzentrum 32 der vierten Empfangsantenne 28 von links angeordnet. Der Empfänger-Längsabstand 48a entspricht dem zweifachen des Basisabstands 40, optional zuzüglich oder abzüglich einer Toleranz ist. Der Quotient aus dem Längsabstand 48c und dem Längsabstand 48a ist 1,5.
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Das virtuelle Empfangsantennen-Array 50 gemäß den zweiten Ausführungsbeispiel aus der 11 unterscheidet sich von dem virtuellen Empfangsantennen-Array 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus der 5 dadurch, dass das virtuelle Empfangsantennen-Array 50 gemäß den zweiten Ausführungsbeispiel lediglich 11 Empfangsantennen 28 aufweist, von denen lediglich sieben auf der ersten Array-Längsachse 54a angeordnet sind.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel auf der ersten Array-Längsachse 54a das dritte Empfangs-Arrayelement 52 von links in einem Abstand 56e zu vom zweiten Empfangs-Arrayelement 52 von links angeordnet, welcher dem dreifachen Basisabstand 40 entspricht. Das siebte Empfangs-Arrayelement 52 von links ist das am weitesten rechts gelegene Empfangs-Arrayelement 52 auf der ersten Array-Längsachse 54a. Die maximale Breite des virtuellen Empfangsantennen-Arrays 50 entspricht einem Abstand 56f zwischen dem linken Empfangs-Arrayelement 52 und dem rechten Empfangs-Arrayelement 52. Der Abstand 56f entspricht dem zehnfachen des Basisabstands 40.
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Außerdem ist das von links betrachtet erste Empfangs-Arrayelement 52 auf der zweiten Array-Längsachse 54b in Richtung der Array-Längsachsen 54a und 54b betrachtet zwischen dem zweiten und dem dritten Empfangs-Arrayelement 52 auf der ersten Array-Längsachse 54a, also versetzt zu diesen, im Basisabstand 40 zu dem dritten Empfangs-Arrayelement 52 angeordnet.
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Das von links betrachtet zweite Empfangs-Arrayelement 52 auf der zweiten Array-Längsachse 54b ist in Richtung der Array-Längsachsen 54a und 54b betrachtet auf gleicher Höhe wie das dritte Empfangs-Arrayelement 52 auf der ersten Array-Längsachse 54a angeordnet.
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Das von links betrachtet vierte Empfangs-Arrayelemente 52 auf der zweiten Array-Längsachse 54b ist in Richtung der Array-Längsachsen 54a und 54b betrachtet beispielhaft mittig zwischen dem sechsten und den siebten Empfangs-Arrayelement 52 auf der ersten Array-Längsachse 54a, also versetzt zu diesen, jeweils im Basisabstand 40 angeordnet.
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Beim Verfahren zu Überwachung des Überwachungsbereichs 14 auf Objekte 18 hin wird das Radarsystem 12 mit dem Antennenarray 22 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel analog zu dem Radarsystem 12 mit dem Antennenarray 22 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel betrieben.
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In der 12 sind zum Vergleich ein Reichweiten-Richtungs-Diagramm 60c für das Radarsystem 12 im Reichweiten-Betriebsmodus gestrichelt und ein Reichweiten-Richtungs-Diagramm 60d für das Radarsystem 12 im Richtungs-Betriebsmodus mit durchgezogene Linie gezeigt. Dabei sind die jeweiligen Reichweiten über Azimut φ aufgezeichnet. Aus der 12 ist ersichtlich, dass das Radarsystem 12 im Reichweiten-Betriebsmodus eine maximale Detektionsreichweite von etwa 250 m hat. Im Richtungs-Betriebsmodus hat das Radarsystem 12 hingegen lediglich eine maximale Detektionsreichweite von etwas weniger als 200 m. Demgegenüber hat das Radarsystem 12 im Richtungs-Betriebsmodus ein größeres Sichtfeld in Richtung Azimut φ als im Reichweiten-Betriebsmodus.
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In 13 ist beispielhaft ein Empfangssignal-Richtungs-Diagramm 62d bei einer Richtungs-Messsequenz gezeigt, bei der ein Zielobjekt bei einem Azimut φ von 0° vor dem Kraftfahrzeug 10 erfasst wurde. Die Nebenkeulenebene befindet sich bei etwa 11,2 dB. Dies reicht aus, um Zielobjekte mit unterschiedlichen Reflektivitäten beispielsweise in realistischen Fahrsituationen mit dem Kraftfahrzeug 10 bezüglich ihrer Richtung, nämlich dem jeweiligen Azimut φ, aufzulösen.
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In 14 ist beispielhaft eine Kurvenschar von Empfangssignal-Richtungs-Diagrammen 62e von mehreren Richtungs-Messsequenzen gezeigt, bei denen zwei Zielobjekte, welche die gleiche Entfernung r und die gleiche Geschwindigkeit relativ zum Radarsystem 12 haben, in einem Winkelabstand von etwa 15° um einen Azimut φ von 0° vor dem Kraftfahrzeug 10 erfasst wurden. Die Kurvenschar entspricht Richtungs-Messsequenzen, bei denen Radarsignale 30 mit unterschiedlichen Phasendifferenzen gesendet werden.
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Die beiden Zielobjekte können für alle möglichen Phasendifferenzen unterschieden werden. Die Kurven der Schar von Empfangssignal-Richtungs-Diagrammen 62b können beispielsweise unter Verwendung eines sogenannten Beamforming-Ansatzes und/oder sogenannten Superauflösungsverfahren oder dergleichen ermittelt werden.
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Ein für die Situation aus 14 entsprechendes Empfangssignal-Richtungs-Diagramm 62f in einer Reichweiten-Messsequenz ist in der 15 gezeigt. Die Breite der Hauptkeule beträgt etwa 16°. Die Nebenkeulenebene befindet sich bei etwa 5,25 dB, was nicht zur Auflösung der beiden Zielobjekte im Reichweiten-Betriebsmodus ausreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018118238 A1 [0005]
