DE102021110820B3 - Radarsensorvorrichtung, Radarsystem mit einer entsprechenden Radarsensorvorrichtung, Kraftfahrzeug, sowie je ein Verfahren zum Betreiben und Herstellen einer Radarsensorvorrichtung - Google Patents

Radarsensorvorrichtung, Radarsystem mit einer entsprechenden Radarsensorvorrichtung, Kraftfahrzeug, sowie je ein Verfahren zum Betreiben und Herstellen einer Radarsensorvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radarsensorvorrichtung (3) mit- einem Sendepfad (16) und einem Empfangspfad (17),- einem optischen Eingang (12), welcher zum Empfangen eines optischen Übertragungssignals (7) ausgebildet ist,- einem optischen Ausgang (13), welcher zum Bereitstellen eines optischen Ausgangssignals (11) ausgebildet ist,- einer Antenne (18), welche dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Aussendesignals (19) auszusenden und ein elektrisches Empfangssignal (20) zu empfangen,- einer Digitalschnittstelleneinheit (23), welche dazu eingerichtet ist, zwischen dem Sendepfad (16) und dem Empfangspfad (16) umzuschalten, wobei- die Radarsensorvorrichtung (3) als ein Ein-Chip-System (15) ausgebildet ist, und- der Sendepfad (16), der Empfangspfad (17), der optische Eingang (12), der optische Ausgang (13), die Antenne (18) und die Digitalschnittstelleneinheit (23) auf dem Ein-Chip-System (15) angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Radarsystem (2), ein Kraftfahrzeug (1), sowie je ein Verfahren zum Betreiben und Herstellen einer Radarsensorvorrichtung (3).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Radarsensorvorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Radarsystem mit zumindest einer entsprechenden Radarsensorvorrichtung und einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Radarsystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Radarsensorvorrichtung. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Radarsensorvorrichtung.
  • Beispielsweise ist aus der EP 3 196 694 A1 ein Analog-Digital-Konverter zum optischen Abtasten von Signalen bekannt. Mithilfe dieses Konverters kann ein analoges Signal in ein digitales Signal umgewandelt werden.
  • Aus der US 2020/0333176 A1 ist beispielsweise ein Füllstandsmessgerät bekannt, um einen Füllstand eines Mediums in einem Container zu bestimmen. Das Füllstandsmessgerät kann beispielsweise ein Radarsystem beinhalten.
  • Die US 2019/0107426 A1 offenbart ein Radarsystem zum Bestimmen eines Füllstands eines Mediums in einem Container. Dabei kann insbesondere die Oberfläche dieses Mediums mittels des Radars detektiert werden.
  • Aus dem wissenschaftlichen Artikel „KRUSE, S. u.a.: Analysis and Simulation of a Wireless Phased Array System with Optical Carrier Distribution and an Optical IQ Return Path. In: German Microwave Conference GeMiC, March 2020, S. 140-143“ ist ein Phased-Array-Radar-System bekannt, welches eine zentrale elektronische Recheneinrichtung und damit mittels Lichtleitfasern optisch verbundenen Radarsensorvorrichtungen aufweist, welche als elektronischphotonisch integrierte Transceiver IC's ausgebildet sind.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Integrationsfähigkeit einer Radarsensorvorrichtung für den Einsatz einer Radarsensorvorrichtung in einem Radarsystem zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Radarsensorvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, ein Radarsystem gemäß Patentanspruch 11, ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 13, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Radarsensorvorrichtung mit
    • - einem Sendepfad,
    • - einem zum Sendepfad verschiedenen Empfangspfad,
    • - einem optischen Eingang, welcher Bestandteil des Sendepfads ist und welcher zum Empfangen eines optischen Übertragungssignals ausgebildet ist,
    • - einem optischen Ausgang, welcher Bestandteil des Empfangspfads ist und welcher zum Bereitstellen eines optischen Ausgangssignals ausgebildet ist,
    • - einer Antenne, welche dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Aussendesignals, welches auf dem optischen Übertragungssignal basiert, auszusenden und ein elektrisches Empfangssignal zu empfangen,
    • - einer Digitalschnittstelleneinheit, welche dazu eingerichtet ist, zwischen dem Sendepfad zum Aussenden des elektrischen Aussendessignals und dem Empfangspfad zum Empfangen des elektrischen Empfangssignals umzuschalten, wobei
    • - die Radarsensorvorrichtung als ein Ein-Chip-System ausgebildet ist, und
    • - der Sendepfad, der Empfangspfad, der optische Eingang, der optische Ausgang, die Antenne und die Digitalschnittstelleneinheit auf dem Ein-Chip-System angeordnet sind.
  • Der Vorteil der Erfindung ist, dass durch die Verwendung eines Ein-Chip-Systems die Radarsensorvorrichtung in Radarsystemen bessert integriert werden kann. Durch die Verwendung eines Ein-Chip-Systems kann die Radarsensorvorrichtung kompakter konzipiert werden. Durch die Integration der Komponenten der Radarsensorvorrichtung auf dem Ein-Chip-System können Kosten bei der Fertigung der Radarsensorvorrichtung reduziert werden, da keine verschiedenen Designs oder Chiptypen für einen Sendepfad und für einen Empfangspfad benötigt werden.
  • Insbesondere kann mit der vorgeschlagenen Radarsensorvorrichtung bei kohärenten Prozessierungen von Radardaten aus Radarsystemen mit verteilten Antennen hohen Datenlasten von mehr als 1 Gb/s pro Antenne verhindert werden. Durch die Integration aller Komponenten der Radarsensorvorrichtung auf dem Ein-Chip-System kann eine Reduktion der Datenlast in Radarsystemen mit vielen, verteilten Antennen erreicht werden.
  • Unter einem Ein-Chip-System (englisch: „system-on-a-chip“) versteht man die Integration aller oder eines großen Teils der Funktionen eines programmierbaren elektronischen Systems auf einem Chip, also einen integrierten Schaltkreis („IC“) auf einem Halbleiter-Substrat, auch monolithische Integration genannt. Beispielsweise wird als Substratmaterial Silizium verwendet, wobei man hier auch von System-on-Silicon (SoS) spricht. Als Ein-Chip-System kann eine Kombination unterschiedlicher Elemente, wie beispielsweise logische Schaltungen, Taktgebung, selbstständiges Anlaufen, mikrotechnische Sensoren etc. aufgefasst werden, die zusammen eine bestimmte Funktionalität bereitstellen, beispielsweise einen Sensor samt Auswertungselektronik. Solche Ein-Chip-Systeme werden beispielsweise in eingebetteten Systemen verwendet. Während konventionelle Systeme anfänglich auch einem Mikroprozessor- oder Microcontroller-IC und vielen anderen IC für spezielle Funktionen bestanden, die auf einer Platine aufgelötet waren, können durch die Integrationsdichte des System-on-a-Chip nahezu alle Funktionen auf einem einzigen IC vereint werden. Dabei können digitale, analoge und Mixed-Signal-Funktionseinheiten integriert werden. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass vor allem eine Kosteneinsparung, geringerer Energieverbrauch beziehungsweise Verlustleistung und eine umfassende Miniaturisierung durchgeführt werden können.
  • Mit anderen Worten sind alle Komponenten der Radarsensorvorrichtung auf einem einzigen integrierten Schaltkreis IC integriert. Folglich kann die Funktionalität der Radarsensorvorrichtung mit nur einem einzigen integrierten Schaltkreis IC beziehungsweise einem einzigen Chip durchgeführt werden. Anders ausgedrückt ist die Radarsensorvorrichtung als Stand-Alone-Einheit voll funktionsfähig. Durch die Verwendung eines einzigen Chips beziehungsweise integrierten Schaltkreises werden die Radardaten auf der Radarsensorvorrichtung elektronisch übertragen.
  • Insbesondere handelt es sich bei dem Ein-Chip-System um einen einzigen Halbleiterchip für Tx- und Rx-Kanal. Beispielsweise kann das Ein-Chip-System auf Basis eines CMOS, SiN-CMOS, Bi-CMOS oder eines Hybrid-Bi-CMOS-Prozesses hergestellt werden. Insbesondere handelt es sich bei dem Ein-Chip-System um einen photonisch-elektronisch-kointegrierten Chip beziehungswese Halbleiterchip. Auf diesem sind alle Komponenten der Radarsensorvorrichtung integriert beziehungsweise angeordnet.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass eine Kointegration von optischen und elektrischen Bauteilen auf dem Ein-Chip-System zur Erzeugung und zum Empfang von Radarsignalen erfolgt. Durch die Kointegration von optischen und elektrischen Bauteilen kann die Komplexität der Radarsensorvorrichtung und somit von einem Radarsystem reduziert werden. Ebenfalls kann durch die Verwendung eines einzigen Chip-Designs beziehungsweise integrierten Schaltkreises für sämtliche Bauteile der Radarsensorvorrichtung ein Herstellungsprozess der Radarsensorvorrichtung einfacher und preiswerter realisiert werden.
  • Mithilfe der erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung kann eine Reduktion einer Datenübertragungslast in Radarsystemen, in welchen die Radarsensorvorrichtung bestimmungsgemäß eingesetzt wird, mit verteilten Antennen realisiert werden. Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung in Radarsystemen für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Ebenfalls kann die Radarsensorvorrichtung in den verschiedensten technischen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung in der Luftfahrttechnik, Schiffsfahrttechnik, in der Automatisierungstechnik oder in der Kommunikationstechnik angewendet werden.
  • Insbesondere kann eine solche Radarsensorvorrichtung bei beispielsweise zumindest teilweise betriebenen autonomen Kraftfahrzeugen, insbesondere jedoch auch bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Um jedoch eine solche automatisierte Fahrt zu ermöglichen, ist eine sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Dabei wird das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mithilfe von Sensoren wie Radar, Lidar und Kameras erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche, 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung, sodass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können. Insbesondere beim Lidar kommt der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zugute, da dieser Sensortyp präzise in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Lidarsensoren kostenintensiv und in ihrem Aufbau aufwändig. Insbesondere 360-Grad-dreidimensionale Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind, um dieses zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Lidarsensoren verbaut. Weiterhin sind Lidarsensoren anfällig gegenüber Wettereinflüssen wie Regen, Nebel oder direkter Sonneneinstrahlung. Hierbei kann eine erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung Abhilfe schaffen.
  • Radarsensoren beziehungsweise Radarsensorvorrichtungen sind ebenfalls aus dem Kraftfahrzeugbau etabliert und liefern bei allen Witterungsbedingungen zuverlässig und ausfallsicher Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse wie beispielsweise Regen, Nebel, Schnee, Staub und Dunkelheit beeinflussen kaum ihre Wahrnehmungszuverlässigkeit. Allerdings ist das Auflösungsvermögen bisher beschränkt, insbesondere da sich im Einsatz befindliche Serienradare lediglich mit einem Auflösungsvermögen von etwa 7° ausgebildet sind. Um die Anforderungen für eine erhöhte Automatisierungsstufe im Kraftfahrzeugbau mit sicheren Fahrfunktionen zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung dreidimensionale Bilder mit einer hohen Auflösung im Bereich von 0,1 ° und darunter mit einer großen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefert. Dies wird mit der konventionellen Radartechnik nicht erreicht, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist. Um das Auflösungsvermögen deutlich erhöhen zu können, kann die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung verwendet werden. Durch die Kointegration von elektronischen und photonischen Komponenten auf dem Ein-Chip-System, also auf einem einzigen Halbleiterchip, kann das Auflösungsvermögen von photonischen Radarsystemen, bei welchen die Radarsensorvorrichtung verwendet wird, erhöht werden.
  • Beispielsweise kann für die Kointegration der photonischen und elektronischen Bauteile auf dem Ein-Chip-System eine Silizium-Photonik-Technologie verwendet werden. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und digitaler Elektronik gemeinsam auf einem einzigen integrierten Schaltkreis beziehungsweise Chip. Solch ein System bietet den Vorteil, dass eine Signalübertragung von GHz-Signalen mittels eines optischen Trägersignals im THz-Frequenzbereich durchgeführt werden kann.
  • Insbesondere kann mit der Radarsensorvorrichtung erreicht werden, dass auf verschiedene Chipdesigns und verschiedene Chipausgestaltungen für einen Sende- und Empfangskanal verzichtet werden kann, da hierauf durch das Ein-Chip-System verzichtet werden kann.
  • Durch die Digitalschnittstelleneinheit kann die Radarsensorvorrichtung mit einer Doppelfunktion beziehungsweise Doppelfunktionalität ausgestattet werden. Folglich können mit der Radarsensorvorrichtung sowohl Radarsignale empfangen als auch Radarsignale ausgesendet werden. Somit erfolgt das Senden und Empfangen auf ein und demselben Halbleiterchip. Insbesondere handelt es sich bei der Digitalschnittstelleneinheit um eine integrierte Digitalschnittstelle auf dem photonisch-elektronisch-kointegrierten Halbleiterchip, auch als EPIC-Chip bezeichnet.
  • Insbesondere kann mit der Digitalschnittstelleneinheit wahlweise zwischen dem Sendepfad und dem Empfangspfad umgeschaltet werden. Mit anderen Worten kann mit der Digitalschnittstelleneinheit die Radarsensorvorrichtung entweder in einem Sendemodus oder in einem Empfangsmodus versetzt beziehungsweise betrieben werden. Somit kann entweder das elektrische Aussendesignal ausgesendet oder das elektrische Empfangssignal empfangen werden. Das elektrische Aussendesignal, das basiert auf dem optischen Übertragungssignal. Bei dem elektrischen Empfangssignal kann es sich um ein zum elektrischen Aussendesignal korrespondierendes und in einer Umgebung der Radarsendevorrichtung reflektiertes Signal handeln.
  • Insbesondere kann durch die Radarsensorvorrichtung auf einen Sendechip und einen Empfangschip verzichtet werden, da sowohl die Sendefunktion als auch die Empfangsfunktion mit dem Ein-Chip-System auf einem einzigen integrierten Schaltkreis realisiert werden kann.
  • Beispielsweise handelt es sich bei dem optischen Übertragungssignal um ein optisches Trägersignal im THz-Frequenzbereich. Beispielsweise kann das elektrische Empfangssignal als Radarechosignal bezeichnet werden.
  • Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung, und insbesondere das Ein-Chip-System, in Form von Hybrid-BI-CMOS (SIGE) oder CMOS (SIN) Schaltungen realisiert werden. Dabei werden im Silizium konventionelle Transistoren und Wellenleiterstrukturen und/oder elektrooptische Modulatoren kombiniert.
  • Insbesondere ermöglicht die vorgeschlagene Radarsensorvorrichtung eine Anpassung des Modulationsverfahrend und des Abtastverhaltens. Dabei kann insbesondere die Messdauer, Chirp-Sequenz oder die Sampling-Rate angepasst beziehungsweise adaptiert werden.
  • Beispielsweise kann die Antenne als austauschbare Antenne ausgebildet sein, sodass je nach Anwendungsfall der Radarsensorvorrichtung die Antenne ausgetauscht werden kann. Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Radarsensorvorrichtung jeweils eine Antenne für das Aussenden und eine Antenne für das Empfangen enthält. Mit anderen Worten kann sowohl der Empfangspfad als auch der Sendepfad jeweils eine Antenne aufweisen.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung eine Transformationseinrichtung aufweist, die auf dem Ein-Chip-System angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, das elektrische Aussendesignal in Abhängigkeit von dem empfangenen optischen Übertragungssignal zu erzeugen, insbesondere die Transformationseinrichtung eine optische Photodiode zum Erzeugen des elektrischen Aussendesignals in Abhängigkeit von dem Übertragungssignal aufweist. Insbesondere sind die Transformationseinrichtung und die optische Photodiode auf dem Ein-Chip-System angeordnet beziehungsweise integriert. Folglich sind neben den vorher aufgezählten Bauelementen der Radarsensorvorrichtung auch die Transformationseinrichtung und die optische Photodiode auf ein und demselben Halbleiterchip beziehungsweise integriertem Schaltkreis angeordnet beziehungsweise integriert. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Transformationseinrichtung um eine Wandlereinheit zum Umwandeln von optischen Signalen in elektrische Signale. Insbesondere ist die Transformationseinrichtung unmittelbar anschließend an den optischen Eingang angeschlossen. Somit kann das empfangene optische Übertragungssignal nach dem Empfangen in das elektrische Aussendesignal umgewandelt werden. Insbesondere wird das elektrische Aussendesignal auf Basis des optischen Übertragungssignals erzeugt beziehungsweise generiert.
  • Beispielsweise kann das optische Übertragungssignal als optisches Radartreibersignal bezeichnet werden.
  • Beispielsweise kann der optische Eingang als optisches Kopplungselement zum Einkoppeln des optischen Übertragungssignals in die Radarsendevorrichtung bezeichnet werden.
  • Insbesondere kann die Umwandlung des optischen Übertragungssignals durch die optische Photodiode der Transformationseinrichtung erfolgen. Mit anderen Worten ist die optische Photodiode beispielsweise fester Bestandteil der Transformationseinrichtung.
  • Beispielsweise kann die Transformationseinrichtung zusätzlich eine Kontrolleinheit zum Überwachen des Umwandelvorgangs von dem optischen Übertragungssignal in das elektrische Aussendesignal aufweisen.
  • Beispielsweise kann die optische Photodiode als Detektor bezeichnet werden.
  • Insbesondere ist die Transformationseinrichtung und die optische Photodiode Bestandteil, insbesondere fester Bestandteil, des Sendepfads der Radarsensorvorrichtung. Beispielsweise kann es sich bei dem Sendepfad um einen elektrischen Sendepfad der Radarsensorvorrichtung handeln.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Transformationseinrichtung zusätzlich eine Verstärkereinheit aufweist, wobei die Verstärkereinheit dazu ausgebildet ist, eine Frequenz des von der optischen Photodiode erzeugten elektrischen Aussendesignals in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Trägerfrequenz zu erhöhen. Insbesondere ist die Verstärkereinheit in der Transformationseinrichtung integriert oder mit der Transformationseinrichtung elektrisch, digital vernetzt. Insbesondere ist die Verstärkereinheit ebenfalls auf dem Ein-Chip-System integriert. Optional ist die Verstärkereinheit Bestandteil des Sendepfads.
  • Beispielsweise kann es sich bei der Verstärkereinheit um einen Leistungsverstärker, um eine Vervielfachereinheit handeln. Die Verstärkereinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, das optische Übertragungssignal von der Frequenz auf die notwendige Trägerfrequenz zu vervielfachen und bereitzustellen. Dies hat den Vorteil, dass das optische Übertragungssignal nicht mit der vollen notwendigen Trägerfrequenz bereitgestellt werden muss. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Bruchteil von einem Achtel gewählt wird. Beispielsweise kann dadurch das optische Übertragungssignal mit einem Achtel einer Radarfrequenz moduliert werden. Somit liegt an dem optischen Eingang das optische Übertragungssignal mit einer deutlich geringeren Frequenz im Vergleich zu der Frequenz des Aussendesignals an. Dies ermöglicht eine einfachere und weniger komplexe Übertragung. Um für das Aussenden des elektrischen Aussendesignals wieder den Frequenzbereich des optischen Trägersignals zu erhalten, wird die Verstärkereinheit benötigt.
  • Beispielsweise kann bei einer notwendigen Trägerfrequenz von 77 GHz das optische Übertragungssignal, insbesondere das optische Trägersignal, nur mit einer Frequenz von 19,25 GHz übertragen beziehungsweise bereitgestellt werden. In der Radarsensorvorrichtung kann das optische Übertragungssignal dann elektrisch mittels der Verstärkereinheit vervielfacht und hierdurch auf die notwendige Trägerfrequenz moduliert beziehungsweise gebracht werden. Durch die Übertragung des optischen Übertragungssignals in einem niedrigeren Frequenzbereich wird für das Senden und das Empfangen des optischen Übertragungssignals eine deutlich geringere Energiemenge benötigt. Dies kann vorteilhafte Auswirkungen bezüglich der Wärme beziehungsweise der Temperatur der Radarsensorvorrichtung haben.
  • Insbesondere ist die Verstärkereinheit direkt unmittelbar an die optische Photodiode nachgeschaltet.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antenne und die Digitalschnittstelleneinheit Bestandteile des Sendepfads und des Empfangspfads sind. Mit anderen Worten werden die Antenne und die Digitalschnittstelleneinheit sowohl von dem Sendepfad als auch von dem Empfangspfad für das Senden und das Empfangen verwendet. Folglich sind die Antenne und die Digitalschnittstelleneinheit sowohl im Sendemodus als auch im Empfangsmodus der Radarsensorvorrichtung aktiv. Mithilfe der Digitalschnittstelleneinheit können die einzelnen Komponenten beziehungsweise Bauteile der Radarsensorvorrichtung für den Sendepfad oder den Empfangspfad aktiviert oder deaktiviert werden. Insbesondere sind beim Sendemodus beziehungsweise Sendebetrieb nur die Bauteile der Radarsensorvorrichtung aktiv, welche für das Aussenden des elektrischen Aussendesignals benötigt werden. In diesem Zustand sind die Komponenten, welche ausschließlich für das Empfangen von Signalen benötigt werden, in einem inaktiven Zustand. Umgekehrt sind bei einem Empfangsmodus nur die Bauteile aktiv, die für das Empfangen benötigt werden.
  • Durch die Verwendung der Antenne und der Digitalschnittstelleneinheit sowohl für den Sendepfad als auch für den Empfangspfad weisen diese spezielle Eigenschaften auf. Insbesondere ist die Antenne als multifunktionale Sende- und Empfangsantenne ausgebildet. Somit kann beispielsweise mit der Digitalschnittstelleneinheit die Antenne entsprechend angesteuert oder ein entsprechendes Signal übersendet werden, sodass die Antenne entweder in den Sendemodus oder in den Empfangsmodus geschaltet beziehungsweise versetzt wird. Durch die Verwendung einer einzigen Antenne sowohl zum Empfangen als auch zum Aussenden von Signalen kann die Radarsensorvorrichtung und insbesondere das Ein-Chip-System kompakter und einfacher ausgestaltet werden. Somit kann insbesondere der benötigte Bauraum beziehungsweise Bauraumbedarf der Radarsensorvorrichtung gering gehalten werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist des Weiteren vorgesehen, dass der Sendepfad zwischen der Digitalschnittstelleneinheit und der Antenne zumindest eine Sendeverstärkereinheit aufweist, wobei die Sendeverstärkereinheit dazu ausgebildet ist, eine Sendeleistung der Antenne zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals zu erhöhen. Insbesondere ist die Sendeverstärkereinheit Bestandteil des Sendepfads. Insbesondere ist die Sendeverstärkereinheit auf dem Ein-Chip-System angeordnet beziehungsweise integriert.
  • Insbesondere handelt es sich bei der Sendeverstärkereinheit um einen elektrischen Leistungsverstärker, auch als „power amplifier“ bezeichnet.
  • Mithilfe des Sendeleistungsverstärkers kann, insbesondere im Sendemodus, das elektrische Aussendesignal für das Aussenden mittels der Antenne angepasst werden. Dabei erfolgt insbesondere eine Erhöhung beziehungsweise Verstärkung der Sendeleistung der Antenne. Somit erfolgt eine verbesserte Aussendung des elektrischen Aussendesignals, wodurch insbesondere das Auflösungsvermögen der Radarsensorvorrichtung und insbesondere des Radarsystems erhöht werden kann. Insbesondere kann mithilfe der Sendeverstärkereinheit eine verbesserte Signalaussendung durchgeführt werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Empfangspfad zwischen der Digitalschnittstelleneinheit und der Antenne eine Demodulationsschaltung aufweist, wobei die Demodulationsschaltung eingerichtet ist, das empfangene elektrische Empfangssignal mit dem elektrischen Aussendesignal zu mischen. Insbesondere ist die Demodulationsschaltung Bestandteil des Empfangspfads der Radarsensorvorrichtung. Ebenfalls ist die Demodulationsschaltung auf dem Ein-Chip-System angeordnet beziehungsweise integriert.
  • Insbesondere kann mit der Demodulationsschaltung eine digitale Modulation des empfangenen elektrischen Empfangssignals durchgeführt werden. Beispielsweise kann hierzu ein IQ-Modulationsverfahren, ein Amplitudenmodulationsverfahren, ein Frequenzmodulationsverfahren, ein Phasenmodulationsverfahren, ein Amplitudenumtastungsverfahren, ein Frequenzumtastungsverfahren, ein Phasenumtastungsverfahren oder ein Amplituden- und Phasenumtastungsverfahren angewendet werden. Insbesondere kann mit einem dieser Modulationsverfahren bei der Übertragung von Datensignalen, hier das elektrische Empfangssignal, Bandbreite eingespart werden. Beispielsweise kann hierfür die Demodulationsschaltung eine Basisband-Signal-Verarbeitungseinheit aufweisen.
  • Beispielsweise kann des Weiteren die Demodulationsschaltung zusätzlich einen Mischer, insbesondere einen IQ-Mischer, aufweisen. Dieser Mischer kann derart ausgebildet sein, das von der Antenne empfangene elektrische Empfangssignal, insbesondere ein Radarechosignal, mit dem elektrischen Aussendesignal, insbesondere einem elektrischen Radartreibersignal, zu mischen.
  • Insbesondere erfolgt durch die Ko-Integration der photonischen und elektronischen Komponenten des Ein-Chip-Systems ein rein elektronisches Sampling von Signalen. Insbesondere erfolgt durch die Demodulationsschaltung ein Heruntermischen des empfangenen Signals durch einen IQ-Mischer ins Basisband.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung eine Modulationseinrichtung aufweist, die auf dem Ein-Chip-System angeordnet beziehungsweise integriert ist und eingerichtet ist, das optische Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem elektrischem Empfangssignal zu erzeugen. Insbesondere ist die Modulationseinrichtung dazu eingerichtet, das gemischte Signal auf das optische Übertragungssignal aufzumodulieren und als optisches Ausgangssignal am optischen Ausgang bereitzustellen. Insbesondere ist die Modulationseinrichtung Bestandteil des Empfangspfads der Radarsensorvorrichtung. Mit anderen Worten kann das von der Demodulationsschaltung gemischte Signal durch die Modulationseinrichtung auf das optische Übertragungssignal aufmoduliert werden und dies dem optischen Ausgang bereitgestellt werden.
  • Beispielsweise kann die Modulationseinrichtung zusätzlich eine Kontrolleinheit und einen Verstärker (englisch: „TIA“) aufweisen. Mit dem Verstärker kann das elektrische Empfangssignal entsprechend verstärkt und für die Modulation aufbereitet werden. Mittels der Kontrolleinheit kann die Umwandlung des elektrischen Signals in ein optisches Ausgangssignal überwacht werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Digitalschnittstelleneinheit einen Analog-Digital-Umsetzer aufweist, wobei der Analog-Digital-Umsetzer dazu eingerichtet ist, das empfangene elektrische Empfangssignal digital zu konvertieren und digital zu komprimieren. Beispielsweise kann der Analog-Digital-Umsetzer als Analog-Digital-Wandler (ADC) bezeichnet werden. Mithilfe des Analog-Digital-Umsetzers können digitale Datenströme verarbeitet, weiterverarbeitet oder weitergegeben werden. Insbesondere kann mithilfe des Analog-Digital-Umsetzers die Datenübertragung für den Sendemodus oder den Empfangsmodus der Radarsensorvorrichtung robuster durchgeführt werden. Insbesondere ist der Analog-Digital-Umsetzer Bestandteil der Digitalschnittstelleneinheit und somit auch auf dem Ein-Chip-System angeordnet beziehungsweise integriert. Insbesondere kann der Analog-Digital-Umsetzer sowohl für den Empfangspfad als auch für den Sendepfad verwendet werden. Des Weiteren kann die Digitalschnittstelleneinheit eine Kompressionsschnittstelle und/oder eine Datenkompressionseinheit aufweisen. Mit der Kompressionsschnittstelle und/oder Datenkompressionseinheit kann eine Datenlast beim Empfangen und beim Senden der Radarsensorvorrichtung die Datenlast der digitalen Daten reduziert beziehungsweise verringert werden. Insbesondere können mittels der Digitalschnittstelleneinheit, insbesondere mit den einzelnen, vorhin genannten Bauteilen der Digitalschnittstelleneinheit, die empfangenen und heruntergemischten Radar-Rohdaten digital konvertiert und komprimiert werden, sodass die anfallende Datenlast verringert werden kann und diese Digitaldaten zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden können.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung zumindest einen zum optischen Ausgang verschiedenen elektrischen Ausgang aufweist, welcher auf dem Ein-Chip-System angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal des Empfangspfads, insbesondere direkt, auszugeben. Des Weiteren weist die Radarsensorvorrichtung eine Datenvorverarbeitungseinrichtung auf, welche auf dem Ein-Chip-System angeordnet ist und mit welcher das empfangene elektrische Empfangssignal aufbereitet werden kann.
  • Insbesondere ist der elektrische Ausgang und die Datenvorverarbeitungseinrichtung Bestandteil des Empfangspfads. Ebenso sind der elektrische Ausgang und die Datenvorverarbeitungseinrichtung wie alle anderen Komponenten der Radarsensorvorrichtung auf ein und demselben integrierten Schaltkreis des Ein-Chip-Systems angeordnet beziehungsweise integriert. Durch den zusätzlichen elektrischen Ausgang kann das empfangene elektrische Empfangssignal ohne Umwandlung direkt elektrischen Recheneinheiten ausgegeben beziehungsweise bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der elektrische Ausgang das elektrische Empfangssignal über konventionelle Kupferkabel zur Weiterverarbeitung übertragen. Beispielsweise kann das von dem Analog-Digital-Umsetzer digital konvertierte und digital komprimierte elektrische Empfangssignal, ohne optisch umgewandelt zu sein, über elektrische Signalleitungen übertragen werden. Beispielsweise kann der elektrische Ausgang als bidirektionale Schnittstelle ausgebildet sein. Somit kann über den elektrischen Ausgang ein bidirektionaler Austausch von Daten erfolgen. Insbesondere kann mithilfe des elektrischen Ausgangs ein bidirektionaler Datentransfer über elektrische Signalleitungen durchgeführt werden. Durch die Verwendung des elektrischen Ausgangs zusätzlich zum optischen Ausgang kann die Radarsensorvorrichtung verschiedenste Möglichkeiten zur Datenausgabe zur Verfügung stellen. Somit kann die Radarsensorvorrichtung einfacher und weniger komplex für die verschiedensten Anwendungsgebiete bereitgestellt und konzipiert werden.
  • Beispielsweise kann die Datenvorverarbeitungseinrichtung als elektrische, digitale Einheit ausgebildet sein. Insbesondere kann die Datenvorverarbeitungseinrichtung als Vorverarbeitungsschaltkreis bezeichnet werden. Mit der Datenvorverarbeitungseinrichtung kann eine Signalvorverarbeitung des elektrischen Empfangssignals durchgeführt werden. Mithilfe der Datenvorverarbeitungseinrichtung können zusätzlich zu der digitalen Schnittstelleneinheit weitere Datenlasten des Empfangssignals verringert werden. Somit können die empfangenen Daten des Empfangssignals komprimiert werden. Durch die verringerte Datenlast kann die Sensorvorrichtung effizienter und verlustfreier betrieben werden.
  • Beispielsweise kann die Datenvorverarbeitungseinrichtung als „Low-Level-Signal-Processing-Unit“ bezeichnet werden. Insbesondere kann die Datenvorverarbeitungseinrichtung einen integrierten Schaltkreis aufweisen, mittels welchem eine diskrete Fourier-Transformation durchgeführt werden kann. Insbesondere kann die Datenvorverarbeitungseinrichtung einen Algorithmus aufweisen, mittels welchem eine schnelle Fourier-Transformation des Empfangssignals durchgeführt werden kann. Somit kann das empfangene Empfangssignal in seine Frequenzanteile zerlegt und dadurch analysiert werden. Insbesondere können die verschiedensten Fourier-Transformationen mit der Datenvorverarbeitungseinrichtung durchgeführt werden.
  • In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Radarsensorvorrichtung eine Steuereinrichtung auf, welche auf dem Ein-Chip-System angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Digitalschnittstelleneinheit der Radarsensorvorrichtung so anzusteuern, dass die Radarsensorvorrichtung entweder auf den Sendepfad oder auf den Empfangspfad geschaltet ist, insbesondere wobei die Steuereinrichtung ein Datenübertragungsbussystem aufweist, wobei mit dem Datenübertragungsbussystem die Steuereinrichtung mit der Digitalschnittstelleneinheit kommunikativ vernetzt ist. Die Steuereinrichtung ist insbesondere ebenfalls wie die restlichen Komponenten der Radarsensorvorrichtung auf dem Ein-Chip-System, also auf dem einzigen elektronischen Schaltkreis, angeordnet beziehungsweise integriert. Insbesondere ist die Steuereinrichtung Bestandteil des Sendepfads als auch des Empfangspfads.
  • Mithilfe der Steuereinrichtung, insbesondere einer elektronischen Steuereinrichtung, kann die Digitalschnittstelleneinheit derart angesteuert werden, dass die Radarsensorvorrichtung entweder in den Sendemodus oder in den Betriebsmodus geschaltet wird. Somit dient die Steuereinrichtung zum Steuern der Digitalschnittstelleneinheit und der Antenne. Insbesondere kann mithilfe der Steuereinrichtung zwischen dem Sendemodus und dem Empfangsmodus umgeschaltet werden. Insbesondere können mit der Steuereinrichtung für den Sendepfad alle Bauteile des Sendepfads aktiviert und alle Bauteile des Empfangspfads deaktiviert werden. Andersherum können mit der Steuereinrichtung für den Empfangspfad zum Empfangen des Empfangssignals alle Komponenten des Empfangspfads aktiviert und die Komponenten des Sendepfads deaktiviert werden. Um die digitale Schnittstelleneinheit und insbesondere alle Komponenten der Radarsensorvorrichtung mit der Steuereinrichtung ansteuern zu können, ist das Datenübertragungsbussystem Teil der Radarsensorvorrichtung. Insbesondere ist das Datenübertragungsbussystem ebenfalls auf dem Ein-Chip-System angeordnet beziehungsweise integriert. Insbesondere handelt es sich bei dem Datenübertragungsbussystem um ein zum Sendepfad und Empfangspfad verschiedenes Kommunikationsnetzwerk. Mithilfe des Datenübertragungsbussystems können mehrere Teilnehmer der Radarsensorvorrichtung über einen gemeinsamen Übertragungsweg Daten miteinander austauschen. Beispielsweise kann das Datenübertragungsbussystem mittels verschiedener Bus-Standards betrieben werden. Beispielsweise kann hierzu der Standard PCI (peripheral component interconnect) verwendet werden.
  • Insbesondere handelt es sich bei der Steuereinrichtung um ein Diagnose- und Control-Interface der Radarsensorvorrichtung. Mittels des Diagnose- und Control-Interface kann die Radarsensorvorrichtung zwischen dem Sendemodus und dem Empfangsmodus umgeschaltet werden. Dazu kann beispielsweise von der Steuereinrichtung ein elektrisches Steuersignal generiert und beispielsweise an die Digitalschnittstelleneinheit übertragen werden.
  • Beispielsweise kann die Steuereinrichtung Befehle über den bidirektional ausgebildeten elektrischen Ausgang empfangen und in Abhängigkeit von diesem das Umschalten zwischen dem Sendemodus und dem Empfangsmodus durchführen beziehungsweise einleiten.
  • Beispielsweise kann die Steuereinrichtung des Weiteren dazu eingerichtet sein, Diagnosedaten der Radarsensorvorrichtungen auszulesen. Dabei können diese Diagnosedaten eine Temperatur der Radarsensorvorrichtung, eine Zeitdauer für das Aussenden oder Empfangen, eine Rampencharakteristik des Aussendesignals, eine Aussendeinformation, eine Empfangsinformation, ein Spannungswert oder ein Stromwert der Komponenten der Radarsensorvorrichtung oder eine weitere Information bezüglich der Komponenten der Radarsensorvorrichtung beinhalten. Diese Diagnosedaten können durch die Steuereinrichtung für das Umschalten zwischen dem Sende- und Empfangsmodus berücksichtigt werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Radarsystem mit zumindest einer Radarsensorvorrichtung nach dem vorherigen Aspekt oder einer Weiterbildung davon und einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung, wobei die zentrale elektronische Recheneinrichtung dazu eingerichtet ist, das optische Übertragungssignal für die Radarsensorvorrichtung zu erzeugen und das optische Ausgangssignal zu empfangen, und die zentralen elektronische Recheneinrichtung jeweils über zumindest eine Glasfaser mit dem optischen Eingang und dem optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt ist.
  • Solch ein Radarsystem kann insbesondere in Kraftfahrzeugen oder in automatisierten Systemen oder der Luftfahrttechnik oder in der Raumfahrttechnik eingesetzt werden.
  • Insbesondere kann das soeben vorgeschlagene Radarsystem die nach dem vorherigen Aspekt geschilderte Radarsensorvorrichtung aufweisen. Insbesondere kann das Radarsystem mehrere Radarsensorvorrichtungen aufweisen. Bei der vorhin geschilderten Radarsensorvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine kointegriert Sende- und Empfangseinheit auf ein und demselben Ein-Chip-System. Dies ist Beispielsweise bei Kraftfahrzeugen von Vorteil, da ein Radarsensorsystem eines Kraftfahrzeugs am Kraftfahrzeug umlaufend verteilte Sensorsysteme benötigt. Somit können mehrere Radarsensorvorrichtungen verteilt am Fahrzeug angeordnet sein und diese können über eine zentrale elektronische Recheneinrichtung kommunikativ miteinander vernetzt sein. Somit benötigt das Radarsystem nur eine zentrale elektronische Recheneinrichtung, insbesondere eine Zentralstation. Mithilfe der zentralen elektronischen Recheneinrichtungen können die verschiedensten Radarsensorvorrichtungen mittels des optischen Übertragungssignals versorgt werden und die zentrale elektronische Recheneinrichtung kann über die jeweiligen optischen Ausgänge der Radarsensorvorrichtungen die optischen Ausgangssignale empfangen.
  • Insbesondere handelt es sich bei der zentralen elektronischen Recheneinrichtung um eine zur Radarsensor verschiedene körperlich getrennte Einheit. Insbesondere ist die zentrale elektronische Recheneinrichtung nicht Bestandteil des Ein-Chip-Systems der Radarsensorvorrichtung. Die zentrale elektronische Recheneinrichtung kann im Vergleich zu dem Ein-Chip-System ein dazu verschiedener Halbleiterchip beziehungsweise integrierter Schaltkreis sein.
  • Beispielsweise kann mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung eine Verfolgung eines FMCW-Signals sowie die gesamte Signalverarbeitung und Signalauswertung durchgeführt werden. Mittels der Radarsensorvorrichtung können wiederum die Sende- und Empfangsoperationen durchgeführt werden.
  • Insbesondere kann die zentral elektronische Recheneinrichtung eine optische Trägerfrequenz im Terahertz-Frequenzbereich erzeugen. Auf diese wird das zu übertragende Signal, insbesondere des optische Übertragungssignal, mit einem Achtel der Radarfrequenz des Radarsystems moduliert und per optischer Phase oder Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation an die Radarsensorvorrichtung gesendet. Auf diesem Weg findet eine Frequenz-Verachtfachung statt, sodass die Radarstrahlung von der Antenne der Radarsensorvorrichtung emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation, insbesondere die zentralelektronische Recheneinrichtung, prozessiert.
  • Die zentrale elektronische Recheneinrichtung ist über eine oder mehrere Glasfasern mit dem optischen Eingang und dem optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt. Folglich wird das optische Übertragungssignal, welches durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung erzeugt wurde, in die Glasfaser eingekoppelt und über optische Signalübertragung an den optischen Eingang der Radarsensorvorrichtung übertragen. Somit erfolgt die Übertragung des Trägersignals beziehungsweise Radartreibersignals über optische Übertragungswege. Insbesondere kann es sich bei der Glasfaser um eine Glasfaserleitung handeln. Ebenfalls ist die zentrale elektronische Recheneinrichtung über eine Glasfaser mit dem optischen Ausgang gekoppelt. Infolgedessen kann die Radarsensorvorrichtung, insbesondere die Modulationseinrichtung der Radarsensorvorrichtung das optische Ausgangssignal in die Glasfaser einkoppeln und an die zentrale elektronische Recheneinrichtung zum Auswerten der empfangenen Radarstrahlungen übertragen.
  • In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass das Radarsystem die zentral elektronische Recheneinrichtung eine optische Sendeeinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das optische Übertragungssignal zu erzeugen und in die zumindest eine Glasfaser, welche mit dem optischen Eingang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt ist, einzukoppeln. Ebenfalls ist die zentrale elektronische Recheneinrichtung mit einer optischen Empfangseinheit ausgestattet, welche dazu eingerichtet ist, das optische Ausgangssignal über die zumindest eine Glasfaser, welche mit dem optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt ist, zu empfangen und eine hieraus abgeleitete Radarinformation zu bestimmen. Insbesondere kann mithilfe der optischen Sendeeinheit das optische Übertragungssignal in Abhängigkeit eines Trägersignals, und insbesondere in Abhängigkeit einer Trägerfrequenz, erzeugt beziehungsweise generiert werden. Über die Glasfaser kann dieses erzeugte optische Übertragungssignal der Radarsensorvorrichtung bereitgestellt beziehungsweise übertragen werden.
  • Die optische Empfangseinheit kann zusätzlich eine Auswerteeinheit aufweisen, wobei mit der Auswerteeinheit das von der optischen Empfangseinheit empfangene optische Ausgangssignal auszuwerten und zumindest eine Radarinformation zu generieren. Insbesondere ist die optische Empfangseinheit dazu ausgebildet, das optische Ausgangssignal umzuwandeln und insbesondere in ein elektrisches Signal für die Auswerteeinheit umzuwandeln.
  • Beispielsweise kann die zentral elektronische Recheneinrichtung einen Faserausgang und einen Fasereingang enthalten. Diese sind insbesondere analoge, optische Eingänge beziehungsweise Ausgänge.
  • Ebenso kann die Radarsensorvorrichtung als optischen Eingang einen Fasereingang und als optischen Ausgang einen Faserausgang aufweisen.
  • Mithilfe der Glasfasern sind insbesondere die Radarsensorvorrichtung und das Radarsystem bidirektional miteinander verbunden. Somit erfolgt ein Datenaustausch in beiden Richtungen. Insbesondere kann die Radarsensorvorrichtung mit dem Radarsystem über eine bidirektionale Schnittstelle verbunden werden. Somit kann die Radarsensorvorrichtung sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von Signalen verwendet werden. Beispielsweise können die Bauelemente beziehungsweise Komponenten des Empfangspfads, insbesondere Datenempfangspfad, über Kupferkabel miteinander verbunden werden. Dazu kann gleichzeitig der Erhalt der Kohärenz einzelner, verteilter Empfangsmodule des Empfangspfades beibehalten werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Radarsystem nach dem vorherigen Aspekt oder einer Weiterbildung daraus. Insbesondere beinhaltet das soeben beschriebene Kraftfahrzeug Radarsystem nach dem vorherigen Aspekt.
  • Insbesondere handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein zumindest teilweise autonom betriebenes Fahrzeug. Insbesondere handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein hochautomatisiertes Kraftfahrzeug, welches verschiedene Fahrerassistenzsystem beinhaltet. Diese Fahrerassistenzsysteme können auf das vorgeschlagene Radarsystem zurückgreifen. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug mehrere solcher Radarsysteme aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung nach einem der vorherigen Aspekte oder einer Weiterbildung daraus, wobei mit der Digitalschnittstellen einer zwischen dem Sendepfad und einem Empfangspfad umgeschaltet wird und mit der Digitalschnittstellen einer der Empfangspfade zum Empfangen des elektrischen Empfangssignals mit der Antenne freigegeben wird, oder mit der Digitalschnittstellen einer der Sendepfade zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals mit der Antenne freigegeben wird.
  • Insbesondere kann das soeben geschilderte Verfahren mit einem Radarsystem, insbesondere mit einer Radarsendevorrichtung auf einem der vorherigen Aspekte oder in Weiterbildung daraus durchgeführt werden.
  • Beispielsweise kann die Digitalschnittstelleneinheit mittels eines Funktionsprinzips ähnlich eines MIMO-Verfahrens („multiple-input-multiple-output“) oder eines SISO-Verfahrens („single-input-single-output“) angewendet werden. Insbesondere befindet sich die Radarsensorvorrichtung in der Grundeinstellung, insbesondere in einer Default-Einstellung, im Empfangsmodus beziehungsweise Empfangsbetrieb. Dazu kann die Digitalschnittstelleneinheit den Empfangspfad zum Empfangen des elektrischen Empfangssignals mit der Antenne freigeben beziehungsweise aktivieren. Während des Empfangens mittels der Antenne ist kein Senden möglich. Somit ist währenddessen der Sendepfad deaktiviert beziehungsweise abgeschaltet. Die Digitalschnittstelleneinheit kann erst unmittelbar nach dem Aussenden der letzten Sendesignalrampe des Aussendesignals wieder in den Sendemodus umschalten. Folglich wird erst kurz nach der letzten Emission der letzten Senderampe des Aussendesignals von dem Sendemodus in den Empfangsmodus umgeschaltet. In analoger Weise verhält es sich in umgekehrter Weise von dem Umschalten von dem Empfangsmodus in den Sendemodus.
  • Beispielsweise kann nach Ende der Emission der letzten Senderampe des elektrischen Aussendesignals über ein Bussignal des Datenübertragungs-Bussystems die Sendekomponente beziehungsweise Bauelemente des Sendepfads abgeschaltet beziehungsweise deaktiviert werden und die Empfangskomponenten des Empfangspfades eingeschaltet werden. Insbesondere wird bei dem Umschalten zwischen dem Sendemodus in den Empfangsmodus ein duty-cycle des Aussendesignals berücksichtigt. Insbesondere können die Sendekomponenten deaktiviert und die Empfangskomponenten aktiviert werden mit und/oder oder Zeitverzögerung. Insbesondere erfolgt das Umschalten zwischen den beiden Modi in einem Bruchteil einer Sekunde, insbesondere innerhalb einer Mikrosekunde.
  • Insbesondere wird dann, wenn der Sendepfad freigegeben ist, der Empfangspfad deaktiviert. In analoger Weise wird bei einem freigegebenen Empfangspfad der Sendepfad deaktiviert beziehungsweise nicht freigegeben. Dies wird insbesondere durch die Digitalschnittstelleneinheit und die Steuereinrichtung gesteuert und überwacht.
  • Zu der Erfindung gehört auch Radarsystem für das Kraftfahrzeug. Radarsystem weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Radarsensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekten oder einer Weiterbildung daraus, wobei die Radarsensorvorrichtung als Ein-Chip-System hergestellt wird, und der elektrische Sendepfad, der elektrische Empfangspfad, der optische Eingang, der optische Ausgang, die Antenne und die Digitalschnittstelleneinheit auf dem Ein-Chip-System erzeugt werden. Insbesondere werden alle Komponenten beziehungsweise Bauelemente der Radarsensorvorrichtung, wie sie zu den Ausführungsbeispielen der vorherigen Aspekte geschildert wurden, auf dem Ein-Chip-System erzeugt. Mit anderen Worten wird die Radarsensorvorrichtung so hergestellt, dass es sich bei der Radarsensorvorrichtung um einen einzigen integrierten Schaltkreis beziehungsweise um einen einzigen Halbleiterchip handelt. Folglich sind alle zu der Radarsensorvorrichtung zugehörigen Komponenten beziehungsweise Funktionskomponenten auf ein und denselben Halbleiterchip beziehungsweise integrierten Schaltkreis aufgebracht.
  • Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte der Erfindung sind als vorteilhafte Ausführungsbeispiele anderer Aspekte anzusehen. Insbesondere können die jeweiligen Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte als vorteilhafte Ausführungsbeispiele aller anderen Aspekte angesehen werden und umgekehrt.
  • Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Radarsystems, des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und der erfindungsgemäßen Verfahren, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Radarsystems, des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und der erfindungsgemäßen Verfahren hier nicht noch einmal beschrieben.
  • Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Radarsystem, welches eine Radarsensorvorrichtung und eine zentral elektronische Recheneinrichtung aufweist; und
    • 2 ein schematisches Blockschaltbild der Radarsensorvorrichtung aus 1.
  • Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 beinhaltet beispielsweise ein Radarsystem 2. Das Radarsystem 2 weist beispielsweise eine Radarsensorvorrichtung 3 und eine zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 auf.
  • Das Kraftfahrzeug 1 kann beispielsweise als hochautomatisiertes Fahrzeug oder als zumindest teilweise autonom betriebenes Fahrzeug ausgebildet sein.
  • Beispielsweise kann es sich bei dem Radarsystem 2 um einen Sensor eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs 1 handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Radarsystem 2 um einen Radarsensor oder um einen Lidarsensor oder um einen anderweitigen Sensortyp handeln. Neben dem Einsatz des Radarsystems 2 in dem Kraftfahrzeug 1 kann dieses ebenfalls in fahrzeugexternen Systemen eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Radarsystem 2 in automatisierten Systemen, in der Raumfahrttechnik, in der Luftfahrt oder in der Kommunikationstechnik angewendet werden. Hier ist zur Veranschaulichung das Beispiel gezeigt, bei welchem der Radarsensor 2 in einem Kraftfahrzeug 1 integriert ist.
  • Das Radarsystem 2 weist die zur Radarsensorvorrichtung 3 separate und körperlich getrennte zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 auf. Bei der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 kann es sich beispielsweise um eine Zentraleinheit handeln. Die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 ist zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals 5 ausgebildet. Eine Lasereinrichtung 6 der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4, welche in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal 5 ein optisches Übertragungssignal 7 zum Übertragen an die Radarsensorvorrichtung 3 erzeugt, ist ebenfalls bereitgestellt. Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 eine optische Sendeeinheit 8 aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, das optische Übertragungssignal 7 zu erzeugen und in zumindest eine Glasfaser 9 einzukoppeln. Insbesondere weist die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 eine optische Empfangseinheit 10 auf. Mittels der optischen Empfangseinheit 10 kann ein optisches Ausgangssignal 11 der Radarsensorvorrichtung 3 empfangen werden. Bei der Radarsensorvorrichtung 3 handelt es sich beispielsweise um die Sende-Empfangs-Einheit des Radarsystems 2. Insbesondere ist hierzu die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 jeweils über zumindest eine Glasfaser 9, insbesondere Glasfaserleitung, mit einem optischen Eingang 12 und einem optischen Ausgang 13 der Radarsensorvorrichtung 3 optisch gekoppelt. Der optische Eingang 12 und optische Ausgang 13 sind in der 1 nicht dargestellt, sondern sind in der 2 zu sehen. Mithilfe der optischen Empfangseinheit 10 kann das optische Ausgangssignal 11 der Radarsensorvorrichtung 3 empfangen werden.
  • Ferner weist die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 zumindest eine elektronische Auswerteeinheit 14 auf. Mithilfe der Auswerteeinheit 14 kann das empfangene optische Ausgangssignal 11, welches beispielsweise durch die optische Empfangseinheit 10 verarbeitet beziehungsweise in ein digitales Signal umgewandelt wurde, verarbeitet werden. Somit kann mithilfe der Auswerteeinheit 14 anhand des optischen Ausgangssignals 11 zumindest eine Radarinformation abgeleitet und bestimmt werden. Das optische Ausgangssignal 11 kann als optisch-moduliertes Signal bezeichnet werden.
  • Insbesondere ist der optische Eingang 12 mittels einer Glasfaser 9 mit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 gekoppelt. Ebenso ist der optische Ausgang 13 über eine Glasfaser 9 mit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 optisch gekoppelt. Insbesondere ist der optische Eingang 12 und der optische Ausgang 13 jeweils mit einer eigenen Glasfaser 9 oder mit einem eigenen Glasfaserbündel mit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 gekoppelt. Somit kann eine bidirektionale Kommunikation, insbesondere über eine bidirektionale Schnittstelle zwischen der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 und der Radarsensorvorrichtung 3 bereitgestellt werden.
  • Insbesondere kann eine Erzeugung eines FMCW-Signals sowie die gesamte Signalverarbeitung und Auswertung durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 durchgeführt werden. Die Radarsensorvorrichtung 3 kann dabei aus einem einzelnen elektronisch-photonisch korrelierten Chip bestehen. Insbesondere besteht dabei die technische Möglichkeit, die Signalübertragung von Gigahertz-Signalen mittels eines optischen Trägersignals im Terahertz-Frequenzbereich durchzuführen, welches insbesondere dem optischen Übertragungssignal 7 entspricht. Die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 erzeugt dabei beispielsweise die optische Trägerfrequenz. Auf diese kann das zu übertragende Signal mit einem Achtel der Radarfrequenz des Radarsystems 2 moduliert werden, was durch den Block 44 dargestellt ist, und per Glasfaser 9, insbesondere optische Phase, an die Radarsensorvorrichtung 3 gesendet werden.
  • Auf diese Weise findet eine Frequenz-Vervielfachung, beispielsweise eine Frequenz-Verachtfachung, statt, so dass die Radarstrahlung des Radarsystems von der Radarsensorvorrichtung 3 emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 prozessiert.
  • Beispielsweise kann sich die Trainerfrequenz an einem Telekommunikationsfenster der Glasfaser 9, welche bei 1300 nm und 1550 nm liegen, orientieren.
  • Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 einen optionalen 1 :N-Schalter 43 aufweisen, mittels welchem das optische Übertragungssignal 7 auf mehrere Kanäle für einzelne beziehungsweise mehrere Radarsensorvorrichtungen bereitgestellt werden kann.
  • Beispielsweise weist die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 jeweils ein zu dem optischen Eingang und optischen Ausgang 12, 13 korrespondierendes optisches Koppelelement auf. Dabei kann es sich beispielsweise ebenfalls bei dem optischen Eingang 12 und optischen Ausgang 13 um optische Koppelelemente der Radarsensorvorrichtung 3 handeln.
  • Beispielsweise kann der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 das optische Übertragungssignal 7, bestehend aus einem Radarträgersignal mit einer Trägerfrequenz und einem Radarrampensignal mit einer Rampenfrequenz erzeugt werden, indem diese auf ein optisches Trägersignal mit einer bestimmten beziehungsweise vorgegebenen Trägerfrequenz aufmoduliert werden. Dies kann beispielsweise mit der optischen Sendeeinheit 8 erfolgen.
  • Die 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Radarsensorvorrichtung 3. Insbesondere kann die Radarsensorvorrichtung 3 als ein Ein-Chip-System 15 ausgebildet werden. Mit anderen Worten weist die Radarsensorvorrichtung 3 nur einen einzigen integrierten Schaltkreis beziehungsweise einen einzigen Halbleiterchip auf. Insbesondere ist die Radarsensorvorrichtung 3 als ein photonisch-elektronisch kointegrierter Halbleiterchip ausgebildet. Insbesondere ist die Radarsensorvorrichtung 3 als Stand-Alone-Einheit ausgebildet und als Sende- und Empfangseinheit voll funktionsfähig ausgestattet. Somit ist die Radarsensorvorrichtung 3 als Ein-Chip-System 15 ausgebildet und insbesondere ist die Radarsensorvorrichtung 3 eine verschiedene und körperlich getrennte Einheit zu der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4.
  • Die Radarsensorvorrichtung 3 als Ein-Chip-System 15 kann sowohl einen Sendepfad 16 (in der 2 mittels durchgezogener Linie dargestellt) als auch einen Empfangspfad 17 (in der 2 mittels gestrichelter Linie dargestellt) beinhalten. Somit beinhaltet dieses einzige Chip-Design dieser Radarsensorvorrichtung 3, welche nur einen einzigen Halbleiterchip beziehungsweise integrierten Schaltkreis aufweist, sowohl den Sendepfad 16, auch als Tx bezeichnet, als auch den Empfangspfad 17, auch als Rx -Kanal bezeichnet. Dadurch können im Vergleich zu den Radarvorrichtungen des Stands der Technik anstelle eines jeweiligen Chips für die Empfangseinheit und eines Chips für die Sendeeinheit alle benötigten Komponenten zum Senden und Empfangen auf ein und demselben Chip, also auf dem Ein-Chip-System 15, integriert sein. Somit kann die Radarsensorvorrichtung 3 kompakter verwendet werden und insbesondere besser hergestellt werden, da nur ein einziger Chip realisiert werden muss.
  • An dem optischen Eingang 12, welcher Bestandteil des Empfangspfads 16 ist, wird von der zentralen elektronischen Recheneinheit 4 das optische Übertragungssignal 7 empfangen und bereitgestellt. An dem optischen Ausgang 13, welcher Bestandteil des Empfangspfads 17 ist, kann das optische Ausgangssignal 11 zum Aussenden beziehungsweise Übertragen an die zentrale elektronische Recheneinheit 4 bereitgestellt werden.
  • Für das Aussenden und das Empfangen von Signalen weist die Radarsensorvorrichtung 3 eine Antenne 18 auf. Mittels der Antenne 18 kann zum einen ein elektrisches Aussendesignal 19 ausgesendet werden oder ein elektrisches Empfangssignal 20 empfangen werden.
  • Bei dem elektrischen Aussendesignal 19 handelt es sich insbesondere um ein elektrisches Signal auf Basis des optischen Übertragungssignals 7. Mit anderen Worten wird das optische Übertragungssignal 7 in das elektrische Aussendesignal 19 umgewandelt. Das von dem optischen Übertragungssignal 7 umgewandelte elektrische Aussendesignal 19 kann mittels der Antenne 18 in eine Umgebung 21 des Kraftfahrzeugs 1 beispielsweise ausgesendet werden. Das ausgesendete Aussendesignal 19 kann beispielsweise auf ein Objekt 22 in der Umgebung 21 auftreffen. Dabei kann mittels der Antenne 18 wiederum das zum elektrischen Aussendesignal 19 korrespondierende und reflektierte elektrische Empfangssignal 20 empfangen werden.
  • Damit die Radarsensorvorrichtung 3 mittels einer einzigen Antenne 18 entweder das elektrische Aussendesignal 19 aussenden oder das elektrische Empfangssignal 20 empfangen kann, ist eine Digitalschnittstelleneinheit 23 vorgesehen. Mittels der Digitalschnittstelleneinheit 23, welche als digitale Schnittstelle in dem Ein-Chip-System 15 integriert ist, kann die Radarsensorvorrichtung 3 entweder in einem Sendemodus oder in einem Empfangsmodus betrieben werden. Dies kann dadurch erfolgen, indem die Digitalschnittstelleneinheit 23 zwischen dem Sendepfad 16 zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals 19 und dem Empfangspfad 17 zum Empfangen des elektrischen Aussendesignals 20 umschaltet. Dieses Umschalten kann insbesondere in einer Zeitspanne im Mikrosekunden-Bereich erfolgen. Beispielsweise kann das Umschalten zwischen dem Sendepfad 16 und dem Empfangspfad 17 mittels des Funktionsprinzips „MIMO“ oder „SISO“ erfolgen.
  • Beispielsweise kann die Antenne 18 und die Digitalschnittstelleneinheit 23 sowohl Bestandteil des Sendepfads 16 als auch des Empfangspfads 17 sein. Somit dienen die Antenne 18 und die Digitalschnittstelleneinheit 23 als Funktionseinheiten für den Sendemodus als auch für den Empfangsmodus.
  • Um das Umschalten zwischen dem Sendepfad 16 und dem Empfangspfad 17 effizient steuern zu können, kann eine Steuereinrichtung 24 auf dem Ein-Chip-System 15 der Radarsensorvorrichtung 3 integriert werden. Die Steuereinrichtung 24 kann sowohl für den Sendepfad 16 als auch für den Empfangspfad 17 verwendet werden. Die Steuereinrichtung 24 kann beispielsweise mit der zentralen elektronischen Recheneinheit 4 oder mit einer anderen elektronischen Recheneinheit des Radarsystems 2 oder des Kraftfahrzeugs 1 vernetzt sein. Insbesondere handelt es sich bei der Steuereinrichtung 24 um ein Diagnose- und Control-Interface. Mit anderen Worten kann mithilfe der elektronischen Steuereinrichtung 24 die Digitalschnittstelleneinheit 23 zum Umschalten zwischen dem Sendepfad 16 und dem Empfangspfad 17 angesteuert werden. Für dieses Ansteuern kann die Steuereinrichtung 24 über ein Datenübertragungs-Bussystem 25 mit der Digitalschnittstelleneinheit 23 kommunikativ miteinander vernetzt werden. Bei dem Datenübertragungs-Bussystem 25 handelt es sich um ein Datenübertragungs-Netzwerk. Mithilfe des Datenübertragungs-Bussystems 25 können Steuersignale der Steuereinrichtung 24 zum Umschalten zwischen dem Sendepfad 16 und dem Empfangspfad 17 an die Digitalschnittstelleneinheit 23 übertragen werden. Insbesondere können alle Komponenten der Radarsensorvorrichtung 3 mithilfe des Datenübertragungs-Bussystems 25 miteinander beziehungsweise untereinander vernetzt werden. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 24 auf dem Ein-Chip-System 15 integriert.
  • Bei dem Datenübertragungs-Bussystem 25 handelt es sich insbesondere um ein zum Sendepfad 16 und Empfangspfad 17 separates Netzwerk beziehungsweise Übertragungspfad.
  • Insbesondere können die Bauelemente beziehungsweise Komponenten des Sendepfads 16 und des Empfangspfads 17 über elektrische Signalleitungen, insbesondere Kupferkabel oder Kupferbahnen, miteinander verbunden beziehungsweise verdrahtet beziehungsweise vernetzt werden.
  • Beispielsweise kann auf dem Ein-Chip-System 15 der Radarsensorvorrichtung 3 eine Transformationseinrichtung 26 integriert beziehungsweise ausgebildet sein. Die Transformationseinrichtung 26 ist insbesondere unmittelbar nach dem optischen Eingang 12, insbesondere mit einer Ausgangsseite des optischen Eingangs 12, verschaltet beziehungsweise verdrahtet. Insbesondere ist die Transformationseinrichtung 26 zwischen dem optischen Eingang 12 und der Digitalschnittstelleneinheit 23 verschaltet. Mithilfe der Transformationseinrichtung 26 kann das elektrische Aussendesignal 19 in Abhängigkeit von dem empfangenen optischen Übertragungssignal 7 erzeugt beziehungsweise generiert werden. Dazu weist die Transformationseinrichtung 26 zumindest eine optische Photodiode 27 auf. Insbesondere ist die Transformationseinrichtung 26 und die optische Photodiode 27 Bestandteil des Sendepfads 16. Mithilfe der optischen Photodiode 27 können optische Signale in elektrische Signale, also hier das optische Übertragungssignal 7 in das elektrische Aussendesignal 19, umgewandelt werden.
  • Des Weiteren kann die Transformationseinrichtung 26 eine Verstärkereinheit 28, insbesondere eine Frequenz-Vervielfacher-Einheit, aufweisen. Mithilfe der Verstärkereinheit 28 kann eine Frequenz des von der optischen Photodiode 27 erzeugten Aussendesignals 19 in dessen Frequenz erhöht werden. Dabei wird insbesondere die Frequenz des umgewandelten Aussendesignals 19 an die Trägerfrequenz angepasst. Somit wird hier eine Frequenzerhöhung des Aussendesignals 19 durchgeführt. Die Umwandlung des optischen Übertragungssignals 7 und insbesondere die Frequenzerhöhung können beispielsweise durch eine Kontrolleinheit 29, welche als TIA bezeichnet werden kann, erfolgen. Die Kontrolleinheit 29 ist insbesondere Bestandteil der Transformationseinrichtung 26.
  • Ein weiterer Bestandteil des Sendepfads 16 ist eine Sendeverstärkereinheit 30. Die Sendeverstärkereinheit 30 kann zwischen der Digitalschnittstelleneinheit 23 und der Antenne 18 angeordnet beziehungsweise integriert beziehungsweise verdrahtet sein. Mithilfe der Sendeverstärkereinheit 30 kann für das Aussenden des elektrischen Aussendesignals 19 eine Sendeleistung der Antenne erhöht beziehungsweise verstärkt werden. Insbesondere handelt es sich bei der Sendeverstärkereinheit 30 um einen Leistungsverstärker („Power Amplifier“).
  • Im Folgenden werden nun die Komponenten beziehungsweise Bauelemente des Empfangspfads 17 näher erläutert. Der Empfangspfad 17 kann eine Demodulationsschaltung 31 aufweisen. Diese kann insbesondere zwischen der Antenne 18 und der Digitalschnittstelleneinheit 23 verschaltet sein.
  • Insbesondere sind der Sendepfad 16 und Empfangspfad 17 zwei voneinander körperlich getrennte Pfade.
  • Mithilfe der Demodulationsschaltung 31 kann das empfangene elektrische Empfangssignal 20 aufbereitet werden. Beispielsweise kann die Demodulationsschaltung 31 zumindest einen IQ-Mischer 32 aufweisen. Mithilfe des IQ-Mischers kann das empfangene elektrische Empfangssignal 20 digital moduliert werden. Dabei können verschiedenste Modulationsverfahren angewendet werden. Mithilfe des IQ-Mischers 32 kann das empfangene elektrische Empfangssignal 20 mit dem elektrischen Aussendesignal 19 gemischt werden. Dieses gemischte Signal kann anschließend in Form von I- und Q-Daten in einer Basisband-Signal-Verarbeitungseinheit 33 der Demodulationsschaltung 31 verarbeitet werden. Die Basisband-Signal-Verarbeitungseinheit 33 moduliert die I- und Q-Daten beispielsweise auf eine elektrische Trägerfrequenz auf. Insbesondere wird das Empfangen mittels der Digitalschnittstelleneinheit 23 gesteuert.
  • Insbesondere ist noch zu erwähnen, dass mittels der Steuereinrichtung 24 und der Digitalschnittstelleneinheit 23 beim Senden des Aussendesignals 19 alle Komponenten des Empfangspfads 17 deaktiviert sind und nur die Komponenten für das Senden des Aussendesignals 19 aktiviert sind. Umgekehrt verhält es sich beim Empfangen des Empfangssignals 20.
  • Zur Weiterverarbeitung des empfangenen und insbesondere aufbereiteten elektrischen Empfangssignals 20 kann die Radarsensorvorrichtung 3 eine Modulationseinrichtung 34 aufweisen. Die Modulationseinrichtung 34 ist insbesondere ebenfalls Bestandteil des Empfangspfads 17. Beispielsweise kann das gemischte und bearbeitete Signal, von der Demodulationsschaltung 31, anschließend mittels einer Treibereinheit 35 der Modulationseinrichtung 34 durch eine optische Modulationseinheit 36 der Modulationseinrichtung 34 auf das optische Übertragungssignal 7 aufmoduliert werden. Beispielsweise kann es sich bei der Modulationseinheit 36 um einen Mach-Zehnder-Modulator handeln. Das optische Übertragungssignal 7 kann der Modulationseinheit 36 über einen optischen Zweig 37 von dem optischen Eingang 12 bereitgestellt beziehungsweise zugeführt werden. Folglich kann das in der Modulationseinheit 36 der Modulationseinrichtung 34 modulierte optische Ausgangssignal 11 über den optischen Ausgang 13 in die Glasfaser 9 eingekoppelt und an die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 übertragen beziehungsweise übermittelt werden.
  • Insbesondere ist die Modulationseinrichtung 34 zwischen dem optischen Ausgang 13 und der Digitalschnittstelleneinheit 23 verschaltet.
  • Des Weiteren kann die Modulationseinrichtung 34 eine Kontrolleinheit 38, auch als „bias“ bezeichnet, aufweisen. Mit dieser kann der Modulationsvorgang überwacht werden.
  • Damit die Datenübertragung in dem Sendepfad 16 und dem Empfangspfad 17 besser und schneller durchgeführt werden kann, ist es von Vorteil, wenn bei der Übertragung der jeweiligen Signale eine jeweilige digitale Datenlast reduziert werden kann. Dies wird zum einen durch die Digitalschnittstelleneinheit 23 erreicht.
  • Um die Datenlast während des Sendemodus und des Empfangsmodus gering zu halten, kann die Digitalschnittstelleneinheit 23 einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 39 aufweisen. Zusätzlich kann die Digitalschnittstelleneinheit 23 eine Datenkompressionseinheit 40 beziehungsweise Kompressionsschnittstelle aufweisen. Mit dem Analog-Digital-Umsetzer 39 und/oder der Datenkompressionseinheit 40 können die elektrischen Signale digital konvertiert und digital komprimiert werden. Somit kann eine Datenlast für das Senden und Empfangen komprimiert und insbesondere reduziert werden. Somit kann die Digitalschnittstelleneinheit 23 effizienter betrieben werden.
  • Eine weitere Möglichkeit, um die Datenlast in dem Sendemodus und Empfangsmodus reduzieren zu können, ist die Verwendung einer optionalen Datenvorverarbeitungseinrichtung 41 der Radarsensorvorrichtung 3. Die Datenvorverarbeitungseinrichtung 41 ist insbesondere Bestandteil des Empfangspfads 20. Die Datenvorverarbeitungseinrichtung 41 kann insbesondere als „Low-Level-Signal-Processing-Unit“ bezeichnet werden. Für die Datenkomprimierung beziehungsweise die Datenreduzierung kann die Datenvorverarbeitungseinrichtung 41 einen Algorithmus zum Durchführen eines FFT-Prozesses („Fast-Fourier-Transformation“) verwendet werden. Mit anderen Worten kann mithilfe der Datenvorverarbeitungseinrichtung 41 das elektrische Empfangssignal 20 aufbereitet werden.
  • Um die Radarsensorvorrichtung 3 umfangreicher und effektiver nutzen zu können, kann die Radarsensorvorrichtung 3 alternativ oder zusätzlich zum optischen Ausgang 13 einen elektrischen Ausgang 42 aufweisen. Der optische Ausgang 42 kann Bestandteil des Empfangspfads 17 sein. Mithilfe des elektrischen Ausgangs 42 kann das elektrische Empfangssignal 20 oder das gemischte Signal der Demodulationsschaltung 31 ohne die optische Umwandlung in das optische Ausgangssignal 11 direkt der zentralen elektronischen Recheneirichtung 4 oder einer anderen elektrischen Recheneinheit ausgegeben werden. Somit kann je nach Anwendungsfall das elektrische Empfangssignal 20 direkt, ohne Zwischenverarbeitung oder Umwandlungsschritte weiter übermittelt werden.
  • Insbesondere kann die Datenvorverarbeitungseinrichtung 41 zwischen der Modulationseinrichtung 34 und der Digitalschnittstelleneinheit 23 verschaltet sein. Insbesondere kann die Datenvorverarbeitungseinrichtung 41 zwischen der Digitalschnittstelleneinheit 23 und dem elektrischen Ausgang 42 verschaltet sein.
  • Ein hier nicht dargestelltes Verfahren kann zur Herstellung der Radarsensorvorrichtung 3 verwendet werden. Bei diesem Herstellungsverfahren kann die Radarsensorvorrichtung 3 als primärer Herstellungsprozessschritt als ein Ein-Chip-System 15 hergestellt werden. Somit wird die Radarsensorvorrichtung 3 als ein einziger Halbleiterchip beziehungsweise elektronisch-photonischer integrierter Schaltkreis hergestellt. Zusätzlich wird bei dem Herstellungsprozess der Radarsensorvorrichtung 3 der elektrische Sendepfad 16, der elektrische Empfangspfad 17, der optische Eingang 12, der optische Ausgang 13, die Antenne 18, der elektrische Ausgang 42, die Transformationseinrichtung 26, die Digitalschnittstelleneinheit 23, die Sendeverstärkereinheit 30, die Demodulationsschaltung 31, die Modulationseinrichtung 34, die Datenvorverarbeitungseinrichtung 41 sowie die Steuereinrichtung 24 auf dem Ein-Chip-System 15 bei dem Herstellungsprozess der Radarsensorvorrichtung 3 erzeugt beziehungsweise aufgebracht. Mit anderen Worten sind alle elektronischen, elektrischen und photonischen Bauelemente beziehungsweise Funktionseinheiten der Radarsensorvorrichtung 3 auf ein und demselben Ein-Chip-System 15 angeordnet beziehungsweise aufgebracht beziehungsweise verbaut beziehungsweise integriert. Somit werden bei ein und demselben Herstellungsprozess alle Bauelemente der Radarsensorvorrichtung 3 auf ein und demselben Chip aufgebracht.
  • Des Weiteren kann ein hier nicht dargestelltes Verfahren dazu verwendet werden, die Digitalschnittstelleneinheit 23, insbesondere mithilfe der Steuereinrichtung 24, entsprechend anzusteuern beziehungsweise zu verwenden, so dass entweder auf den Sendepfad 16 oder den Empfangspfad 17 umgeschaltet werden kann. Beispielsweise kann mit der Digitalschnittstelleneinheit 23 der Empfangspfad 17 zum Empfangen des elektrischen Empfangssignals 20 mit der Antenne 18 freigegeben werden. Dabei ist in diesem Zustand der Empfangsmodus der Radarsensorvorrichtung 3 eingestellt. In diesem Zustand ist kein Senden des Aussendesignals 19 möglich. Insbesondere sind hierbei die Komponenten des Sendepfads 16 abgeschaltet beziehungsweise deaktiviert. Nach beziehungsweise unmittelbar nach dem Empfangen der letzten Signalempfangsrampe des Empfangssignals 20 kann das Umschalten von dem Empfangsmodus in den Sendemodus durch die Digitalschnittstelleneinheit 23 eingeleitet werden. Insbesondere können mittels des Übertragungs-Bussystems 25 die Komponenten des Empfangspfads 17 aktiviert und die Komponenten des Sendepfads 16 deaktiviert werden.
  • In umgekehrter Weise verhält es sich bei dem Sendemodus, welcher durch die Digitalschnittstelleneinheit durch Freigeben des Sendepfades 16 aktiviert werden kann. Nach beziehungsweise unmittelbar nach der Emission der letzten Signalsenderampe, insbesondere des Duty-Cycles, des elektrischen Aussendesignals 19, können mit und/oder Zeitverzögerung über ein Bussignal des Datenübertragungs-Bussystems 25 die Komponenten des Sendepfads 16 mithilfe der Steuereinrichtung 24 abgeschaltet beziehungsweise deaktiviert werden und die Komponenten des Empfangspfads 17 eingeschaltet werden. Somit sind entweder die Komponenten des Sendepfads 16 oder die Komponenten des Empfangspfads 17 aktiv geschaltet.
  • Insbesondere kann durch die geschilderten Ausführungsformen der 1 und 2 eine Reduktion einer Datenübertragungslast in einem Radarsystem mit verteilten Antennen durchgeführt werden. Dazu kann eine Integration von Digitalschnittstellen im photonisch, elektronisch kointegrierten Halbleiterchip zum Empfang von Radar-Strahlung zur Digitalisierung, Signalvorverarbeitung und Datenkompression der Rohsignale angewendet werden. Beispielsweise können diese Rohsignale sowohl über optische Schnittstellen, als auch über elektronische Schnittstellen zeitlich hochpräzise gestempelt werden, sodass eine kohärente oder quasi-kohärente oder inkohärente Prozessierung in der Zentralstation durchgeführt werden kann.

Claims (15)

  1. Radarsensorvorrichtung (3) mit - einem Sendepfad (16), - einem zum Sendepfad (16) verschiedenen Empfangspfad (17), - einem optischen Eingang (12), welcher Bestandteil des Sendepfads (16) ist und welcher zum Empfangen eines optischen Übertragungssignals (7) ausgebildet ist, - einem optischen Ausgang (13), welcher Bestandteil des Empfangspfads (17) ist und welcher zum Bereitstellen eines optischen Ausgangssignals (11) ausgebildet ist, - einer Antenne (18), welche dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Aussendesignal (19), welches auf dem optischen Übertragungssignal (7) basiert, auszusenden und ein elektrisches Empfangssignal (20) zu empfangen, - einer Digitalschnittstelleneinheit (23), welche dazu eingerichtet ist, zwischen dem Sendepfad (16) zum Aussenden des elektrischen Aussendessignals (19) und dem Empfangspfad (17) zum Empfangen des elektrischen Empfangssignals (20) umzuschalten, wobei - die Radarsensorvorrichtung (3) als ein Ein-Chip-System (15) ausgebildet ist, und - der Sendepfad (16), der Empfangspfad (17), der optische Eingang (12), der optische Ausgang (13), die Antenne (18) und die Digitalschnittstelleneinheit (23) auf dem Ein-Chip-System (15) angeordnet sind.
  2. Radarsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 1, aufweisend eine Transformationseinrichtung (26), welche auf dem Ein-Chip-System (15) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, das elektrische Aussendesignal (19) in Abhängigkeit von dem empfangenen optischen Übertragungssignal (7) zu erzeugen, insbesondere die Transformationseinrichtung (26) eine optische Photodiode (27) zum Erzeugen des elektrischen Aussendesignals (19) in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal (7) aufweist.
  3. Radarsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 2, wobei die Transformationseinrichtung (26) zusätzlich eine Verstärkereinheit (28) aufweist, wobei die Verstärkereinheit (28) dazu ausgebildet ist, eine Frequenz des von der optischen Photodiode (27) erzeugten elektrischen Aussendesignals (19) in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Trägerfrequenz zu erhöhen.
  4. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne (18) und die Digitalschnittstelleneinheit (23) Bestandteile des Sendepfades (16) und des Empfangspfades (17) sind.
  5. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sendepfad (16) zwischen der Digitalschnittstelleneinheit (23) und der Antenne (18) zumindest eine Sendeverstärkereinheit (30) aufweist, wobei die Sendeverstärkereinheit (30) dazu ausgebildet ist, eine Sendeleistung der Antenne (18) zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals (19) zu erhöhen.
  6. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Empfangspfad (17) zwischen der Digitalschnittstelleneinheit (23) und der Antenne (18) eine Demodulationsschaltung (31) aufweist, wobei die Demodulationsschaltung (31) dazu eingerichtet ist, das empfangene elektrische Empfangssignal (20) mit dem eklektischen Aussendesignal (19) zu mischen.
  7. Radarsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 6, aufweisend eine Modulationseinrichtung (34), welche auf dem Ein-Chip-System (15) angeordnet ist und eingerichtet ist, das optische Ausgangssignals (11) in Abhängigkeit von dem elektrischen Empfangssignal (20) zu erzeugen, insbesondere die Modulationseinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, das gemischte Signal auf das optische Übertragungssignal (7) aufzumodulieren und als optisches Ausgangsignal (11) am optischen Ausgang (13) bereitzustellen.
  8. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Digitalschnittstelleneinheit (23) einen Analog-Digital-Umsetzer (39) aufweist, wobei der Analog-Digital-Umsetzer (39) dazu eingerichtet ist, das empfangene elektrische Empfangssignal (20) digital zu konvertieren und digital zu komprimieren.
  9. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: - zumindest einen zum optischen Ausgang (13) verschiedenen elektrischen Ausgang (42), welche auf dem Ein-Chip-System (15) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal (20) des Empfangspfades (17) auszugeben, und - eine Datenvorverarbeitungseinrichtung (41), welche auf dem Ein-Chip-System (15) angeordnet ist und mit welcher das empfangene elektrische Empfangssignal (20) aufbereitet werden kann.
  10. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Steuereinrichtung (24), welche auf dem Ein-Chip-System (15) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Digitalschnittstelleneinheit (23) der Radarsensorvorrichtung (3) so anzusteuern, dass die Radarsensorvorrichtung (3) entweder auf den Sendepfad (16) oder auf den Empfangspfad (17) geschaltet ist, insbesondere wobei die Steuereinrichtung (24) ein Datenübertragungs-Bussystem (25) aufweist, wobei mit dem Datenübertragungs-Bussystem (25) die Steuereinrichtung (24) mit der Digitalschnittstelleneinheit (23) kommunikativ miteinander vernetzt ist.
  11. Radarsystem (2) mit zumindest einer Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 10 und einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung (4), wobei - die zentrale elektronische Recheneinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, das optische Übertragungssignal (7) für die Radarsensorvorrichtung (3) zu erzeugen und das optische Ausgangssignal (11) zu empfangen, und - die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) jeweils über zumindest eine Glasfaser (9) mit dem optischen Eingang (12) und dem optischen Ausgang (13) der Radarsensorvorrichtung (3) gekoppelt ist.
  12. Radarsystem (2) nach Anspruch 11, wobei - die zentral elektronische Recheneinrichtung (3) eine optische Sendeeinheit (8) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das optische Übertragungssignal (7) zu erzeugen und in die zumindest eine Glasfaser (9), welche mit dem optischen Eingang (12) der Radarsensorvorrichtung (3) gekoppelt ist, einzukoppeln, und - die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) eine optische Empfangseinheit (10) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das optische Ausgangssignal (11) über die zumindest eine Glasfaser (9), welche mit dem optischen Ausgang (13) der Radarsensorvorrichtung (3) gekoppelt ist, zu empfangen und eine hieraus abgeleitete Radarinformation zu bestimmten.
  13. Kraftfahrzeug (1) mit einem Radarsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei mit der Digitalschnittstelleneinheit (23) zwischen dem Sendepfads (16) und dem Empfangspfad (17) umgeschaltet wird, und - mit der Digitalschnittstelleneinheit (23) der Empfangspfad (17) zum Empfangen des elektrischen Empfangssignals (20) mit der Antenne (18) freigegeben wird, oder - mit der Digitalschnittstelleneinheit (23) der Sendepfad (16) zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals (19) mit der Antenne (18) freigegeben wird.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei - die Radarsensorvorrichtung (3) als Ein-Chip-System (15) hergestellt wird, und - der elektrische Sendepfad (16), der elektrische Empfangspfad (17), der optische Eingang (12), der optische Ausgang (13), die Antenne (18) und die Digitalschnittstelleneinheit (23) auf dem Ein-Chip-System (15) erzeugt werden.
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