DE102021126999A1 - Method for operating a LiDAR system, LiDAR system and vehicle having at least one LiDAR system - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems (12) insbesondere eines Fahrzeugs (10), eine LiDAR-System (12) und ein Fahrzeug (10) beschrieben. Bei dem Verfahren wird wenigstens ein kohärentes elektromagnetisches Abtastsignal (20) mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) des LiDAR-Systems (12) in wenigstens ein Sichtfelds (16) des LiDAR-Systems (12) gesendet. Wenigstens ein elektromagnetisches Echosignal (22), welches von dem in dem wenigstens einen Sichtfeld (16) reflektierten elektromagnetischen Abtastsignal (20) herrührt, wird mit wenigstens einer Empfangseinrichtung (26) des LiDAR-Systems (12) empfangen und verarbeitet. Mit wenigstens einem Empfangsbereich (44) der wenigstens einen Empfangseinrichtung (26) werden elektromagnetische Signale (46) in elektrische Signale umgewandelt. Wenigstens ein elektromagnetisches Abtastsignal (20) wird als frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal gesendet. Ein Anteil des wenigstens einen elektromagnetischen Abtastsignals (20) als wenigstens ein elektromagnetisches Referenzsignal (21) wird abgezweigt. Aus dem wenigstens einen Referenzsignal (21) und dem wenigstens einen Echosignal (22) wird wenigstens ein Mischsignal (46) erzeugt, welches mit der wenigstens einen Empfangseinrichtung (26) verarbeitet wird. Die Kohärenz wenigstens eines elektromagnetischen Abtastsignals (20) wird zur Verringerung von Übersprecheffekten wenigstens zeitweise gestört.A method for operating a LiDAR system (12), in particular a vehicle (10), a LiDAR system (12) and a vehicle (10) is described. In the method, at least one coherent electromagnetic scanning signal (20) is sent with at least one transmission device (24) of the LiDAR system (12) into at least one field of view (16) of the LiDAR system (12). At least one electromagnetic echo signal (22), which originates from the electromagnetic scanning signal (20) reflected in the at least one field of view (16), is received and processed with at least one receiving device (26) of the LiDAR system (12). Electromagnetic signals (46) are converted into electrical signals with at least one receiving area (44) of the at least one receiving device (26). At least one electromagnetic scanning signal (20) is sent as a frequency-modulated continuous wave signal. A portion of the at least one electromagnetic scanning signal (20) is branched off as at least one electromagnetic reference signal (21). At least one mixed signal (46), which is processed with the at least one receiving device (26), is generated from the at least one reference signal (21) and the at least one echo signal (22). The coherence of at least one electromagnetic scanning signal (20) is disturbed at least temporarily in order to reduce crosstalk effects.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems insbesondere eines Fahrzeugs, bei dem wenigstens ein kohärentes elektromagnetisches Abtastsignal mit wenigstens einer Sendeeinrichtung des LiDAR-Systems in wenigstens ein Sichtfeld des LiDAR-Systems gesendet wird, wenigstens ein elektromagnetisches Echosignal, welches von dem in dem wenigstens einen Sichtfeld reflektierten elektromagnetischen Abtastsignal herrührt, mit wenigstens einer Empfangseinrichtung des LiDAR-Systems empfangen und verarbeitet wird, wobei mit wenigstens einem Empfangsbereich der wenigstens einen Empfangseinrichtung elektromagnetische Signale in elektrische Signale umgewandelt werden und wobei wenigstens zeitweise Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten auf wenigstens einen Empfangsbereich durchgeführt werden.The invention relates to a method for operating a LiDAR system, in particular a vehicle, in which at least one coherent electromagnetic scanning signal is sent with at least one transmission device of the LiDAR system into at least one field of view of the LiDAR system, at least one electromagnetic echo signal, which is emitted by the in the electromagnetic scanning signal reflected in at least one field of view, is received and processed with at least one receiving device of the LiDAR system, with at least one receiving area of the at least one receiving device converting electromagnetic signals into electrical signals and with at least intermittent measures to reduce crosstalk effects on at least one Reception area to be carried out.

Ferner betrifft die Erfindung ein LiDAR-System insbesondere eines Fahrzeugs, mit wenigstens einer Sendeeinrichtung zum Senden wenigstens eines kohärenten elektromagnetischen Abtastsignals in wenigstens ein Sichtfeld des LiDAR-Systems, mit wenigstens einer Empfangseinrichtung zum Empfangen und Verarbeiten von elektromagnetischen Echosignalen, welche von wenigstens einem in dem wenigstens einen Sichtfeld reflektierten elektromagnetischen Abtastsignal herrühren, mit Mitteln zum wenigstens zeitweise Durchführen von Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten von elektromagnetischen Signalen auf wenigstens einen Empfangsbereich der wenigstens einen Empfangseinrichtung.Furthermore, the invention relates to a LiDAR system, in particular of a vehicle, with at least one transmitting device for transmitting at least one coherent electromagnetic scanning signal into at least one field of view of the LiDAR system, with at least one receiving device for receiving and processing electromagnetic echo signals, which are transmitted by at least one in the electromagnetic scanning signal reflected in at least one field of view, with means for at least temporarily carrying out measures to reduce crosstalk effects of electromagnetic signals on at least one receiving area of the at least one receiving device.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug aufweisend wenigstens ein LiDAR-System, mit wenigstens einer Sendeeinrichtung zum Senden wenigstens eines kohärenten elektromagnetischen Abtastsignals in wenigstens ein Sichtfeld des LiDAR-Systems, mit wenigstens einer Empfangseinrichtung zum Empfangen und Verarbeiten von elektromagnetischen Echosignalen, welche von wenigstens einem in dem wenigstens einen Sichtfeld reflektierten elektromagnetischen Abtastsignal herrühren, mit Mitteln zum wenigstens zeitweise Durchführen von Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten von elektromagnetischen Signalen auf wenigstens einen Empfangsbereich der wenigstens einen Empfangseinrichtung.The invention also relates to a vehicle having at least one LiDAR system, with at least one transmitting device for transmitting at least one coherent electromagnetic scanning signal into at least one field of view of the LiDAR system, with at least one receiving device for receiving and processing electromagnetic echo signals, which are emitted by at least one in the electromagnetic scanning signal reflected in the at least one field of view, with means for at least temporarily carrying out measures to reduce crosstalk effects of electromagnetic signals on at least one receiving area of the at least one receiving device.

Stand der TechnikState of the art

Aus der WO 2020/086142 A2 sind Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Erkennung von Lichtsignalen mit mehreren Rückläufen und insbesondere zur Verringerung des optischen Übersprechens in einem LIDAR-System (Light Detection And Ranging) bekannt. Die Verfahren können den zyklischen Wechsel zwischen einem passiven Zustand, in dem das LIDAR-System Rückmeldungen von anderen optischen Quellen empfängt, und einem aktiven Zustand, in dem das LIDAR-System Rückmeldungen von seinem Laserschuss und von den anderen optischen Quellen empfängt, umfassen. Durch den Vergleich der Rückmeldungen aus dem passiven Zustand und dem aktiven Zustand kann das Übersprechen der anderen optischen Quellen entfernt werden.From the WO 2020/086142 A2 systems and methods are known for improving the detection of light signals with multiple returns and in particular for reducing optical crosstalk in a LIDAR (Light Detection And Ranging) system. The methods may include cycling between a passive state in which the LIDAR system receives feedback from other optical sources and an active state in which the LIDAR system receives feedback from its laser shot and from the other optical sources. By comparing the responses from the passive state and the active state, crosstalk from the other optical sources can be removed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein LiDAR-System und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen die Verringerung von Übersprecheffekten von elektromagnetischen Signalen, insbesondere auf Basis von Echosignalen, auf Empfangsbereiche des LiDAR-Systems weiter verringert werden können.The invention is based on the object of designing a method, a LiDAR system and a vehicle of the type mentioned above, in which the reduction of crosstalk effects of electromagnetic signals, in particular based on echo signals, on reception areas of the LiDAR system can be further reduced .

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass wenigstens ein elektromagnetisches Abtastsignal als frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal gesendet wird, ein Anteil des wenigstens einen elektromagnetischen Abtastsignals als wenigstens ein elektromagnetisches Referenzsignal abgezweigt wird, aus dem wenigstens einen Referenzsignal und dem wenigstens einen Echosignal wenigstens ein Mischsignal erzeugt wird, welches mit der wenigstens einen Empfangseinrichtung verarbeitet wird, wobei die Kohärenz wenigstens eines elektromagnetischen Abtastsignals zur Verringerung von Übersprecheffekten wenigstens zeitweise gestört wird.This object is achieved according to the invention in the method in that at least one electromagnetic scanning signal is sent as a frequency-modulated continuous wave signal, a portion of the at least one electromagnetic scanning signal is branched off as at least one electromagnetic reference signal, at least one mixed signal is generated from the at least one reference signal and the at least one echo signal which is processed with the at least one receiving device, the coherence of at least one electromagnetic scanning signal being disturbed at least temporarily in order to reduce crosstalk effects.

Erfindungsgemäß wird ein Anteil wenigstens eines elektromagnetischen Abtastsignals in Form eines frequenzmodulierten Dauerstrichsignals abgezweigt und mit dem wenigstens einen Echosignal, welches von dem reflektierten elektromagnetischen Abtastsignal stammt, zu einem Mischsignal gemischt. Aus dem Mischsignal können Informationen über einen Ort, insbesondere über ein Objekt, gewonnen werden, an dem das wenigstens eine Abtastsignal reflektiert wurde.According to the invention, a portion of at least one electromagnetic scanning signal is branched off in the form of a frequency-modulated continuous-wave signal and mixed with the at least one echo signal, which originates from the reflected electromagnetic scanning signal, to form a mixed signal. Information about a location, in particular about an object, at which the at least one scanning signal was reflected can be obtained from the mixed signal.

Bei der Verwendung von LiDAR-Systemen insbesondere bei Fahrzeugen kommt es vor, dass elektromagnetische Abtastsignale an stark reflektierenden Oberflächen insbesondere von retroreflektiven Objekten, wie beispielsweise Straßenschildern oder dergleichen, reflektiert und als entsprechend starke Echosignale zum LiDAR-System gesendet werden. Die Stärke der Echosignale kann dazu führen, dass die Dynamikbereiche von angestrahlten Empfangsbereichen der wenigstens ein Empfangseinrichtung überschritten wird. Dies kann zu Übersprecheffekten, sogenanntem Crosstalk, bei benachbarten Empfangsbereichen führen. Mithilfe der Erfindung werden Übersprecheffekte verringert, so dass die Genauigkeit von Messungen mit dem LiDAR-System verbessert wird.When using LiDAR systems, in particular in vehicles, it happens that electromagnetic scanning signals are reflected on highly reflective surfaces, in particular of retroreflective objects such as street signs or the like, and are sent to the LiDAR system as correspondingly strong echo signals. The strength of the echo signals can lead to the dynamic ranges of illuminated reception areas of the at least one reception device is exceeded. This can lead to crosstalk effects, so-called crosstalk, in neighboring reception areas. Crosstalk effects are reduced with the aid of the invention, so that the accuracy of measurements with the LiDAR system is improved.

Erfindungsgemäß wird zur Verringerung von Übersprecheffekten die Kohärenz wenigstens eines elektromagnetischen Abtastsignals wenigstens zeitweise gestört. Dadurch werden die Kohärenzlänge des wenigstens einen elektromagnetischen Abtastsignals, des wenigstens einen Referenzsignals und des wenigstens einen Echosignals verringert. Auf diese Weise verändert sich die Frequenzbreite des wenigstens einen elektromagnetischen Abtastsignals und damit die jeweiligen Frequenzbreiten des wenigstens einen Referenzsignals und des wenigstens einen Echosignals. In der Folge verringert sich die Amplitude des aus dem wenigstens einen Referenzsignal und dem wenigstens einen Echosignale gemischten wenigstens einen Mischsignals. Die Amplitude des wenigstens einen Mischsignals wird auf diese Weise so verringert, dass sie innerhalb der Dynamikbereiche der Empfangsbereiche der wenigstens eine Empfangseinrichtung liegt. Auf diese Weise werden Übersprecheffekte auf Empfangsbereiche, welche zu dem wenigstens einen das Mischsignal empfangenden Empfangsbereich benachbart sind, auf den das wenigstens eine Mischsignal trifft, verringert.According to the invention, the coherence of at least one electromagnetic scanning signal is disturbed at least temporarily in order to reduce crosstalk effects. This reduces the coherence length of the at least one electromagnetic scanning signal, the at least one reference signal and the at least one echo signal. In this way, the frequency width of the at least one electromagnetic scanning signal changes and thus the respective frequency widths of the at least one reference signal and the at least one echo signal. As a result, the amplitude of the at least one mixed signal mixed from the at least one reference signal and the at least one echo signal decreases. In this way, the amplitude of the at least one mixed signal is reduced in such a way that it lies within the dynamic ranges of the reception ranges of the at least one reception device. In this way, crosstalk effects on reception areas which are adjacent to the at least one reception area receiving the mixed signal and on which the at least one mixed signal impinges are reduced.

Bei einem LiDAR-System (Light Detection and Ranging) werden bekanntermaßen elektromagnetische Abtastsignale in ein Sichtfeld gesendet und im Sichtfeld reflektierte Echosignale empfangen. Aus der Laufzeit der Signale vom Aussenden der Abtastsignale bis zum Empfang der Echosignale wird eine Entfernung zwischen dem LiDAR-System und dem Ort der Reflexion, insbesondere einem Objekt, ermittelt. It is known in a LiDAR (Light Detection and Ranging) system to send electromagnetic scanning signals into a field of view and receive echo signals reflected in the field of view. A distance between the LiDAR system and the location of the reflection, in particular an object, is determined from the propagation time of the signals from the transmission of the scanning signals to the reception of the echo signals.

Vorteilhafterweise kann das LiDAR-System nach einem indirekten Signal-Laufzeitverfahren arbeiten. Dabei kann aus wenigstens einem Mischsignal eine Laufzeit des wenigstens einen elektromagnetischen Abtastsignals und des entsprechenden an einem Objekt reflektierten elektromagnetischen Echosignals und aus dieser die Entfernung des Objekts relativ zum LiDAR-System ermittelt werden.The LiDAR system can advantageously work according to an indirect signal transit time method. A propagation time of the at least one electromagnetic scanning signal and of the corresponding electromagnetic echo signal reflected by an object can be determined from at least one mixed signal and the distance of the object relative to the LiDAR system can be determined from this.

Vorteilhafterweise kann das LiDAR-System als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit elektromagnetischen Abtastsignalen das wenigstens eine Sichtfeld abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die Ausbreitungsrichtung der Abtastsignale über das wenigstens eine Sichtfeld geschwenkt werden. Hierbei kann wenigstens Signal-Umlenkeinrichtung, insbesondere eine Scaneinrichtung, eine Umlenkspiegeleinrichtung oder dergleichen, zum Einsatz kommen.The LiDAR system can advantageously be designed as a scanning system. The at least one field of view can be scanned, ie scanned, with electromagnetic scanning signals. For this purpose, the direction of propagation of the scanning signals can be pivoted over the at least one field of view. At least a signal deflection device, in particular a scanning device, a deflection mirror device or the like, can be used here.

Alternativ kann das LiDAR-System als sogenanntes Flash-System, insbesondere als Flash-LiDAR, ausgestaltet sein. Dabei können entsprechende elektromagnetische Abtastsignale gleichzeitig einen größeren Teil des wenigstens einen Sichtfelds oder das gesamte Sichtfeld anstrahlen.Alternatively, the LiDAR system can be designed as a so-called flash system, in particular as a flash LiDAR. Corresponding electromagnetic scanning signals can simultaneously illuminate a larger part of the at least one field of view or the entire field of view.

Vorteilhafterweise kann das LiDAR-System als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Laserbasierte Entfernungsmesssysteme können Laser, insbesondere Diodenlaser, als Signalquellen aufweisen. Mit Lasern können kontinuierlich frequenzmodulierte Laserstrahlen als Abtastsignale gesendet werden. Laserstrahlen sind kohärente elektromagnetische Abtastsignale. Mit Lasern können elektromagnetische Abtastsignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereichen emittiert werden. Entsprechend können Empfangsbereiche der wenigstens eine Empfangseinrichtung für die Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Abtastsignale ausgelegt sein.The LiDAR system can advantageously be designed as a laser-based distance measuring system. Laser-based distance measuring systems can have lasers, in particular diode lasers, as signal sources. With lasers, continuously frequency-modulated laser beams can be sent as scanning signals. Laser beams are coherent electromagnetic scanning signals. Lasers can be used to emit electromagnetic scanning signals in wavelength ranges that are visible or not visible to the human eye. Correspondingly, the receiving areas of the at least one receiving device can be designed for the wavelength of the transmitted electromagnetic scanning signals.

Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei Landfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Motorrädern oder dergleichen, Luftfahrzeugen, insbesondere Drohnen, und/oder Wasserfahrzeugen 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. Die Erfindung kann auch im stationären Betrieb, in der Robotik und/oder bei Maschinen, insbesondere Bau- oder Transportmaschinen, wie Kränen, Baggern oder dergleichen, eingesetzt werden.The invention can advantageously be used in vehicles, in particular motor vehicles. The invention can advantageously be used in land vehicles, in particular passenger cars, trucks, buses, motorcycles or the like, aircraft, in particular drones, and/or water vehicles. The invention can also be used in vehicles that can be operated autonomously or at least partially autonomously. However, the invention is not limited to vehicles. The invention can also be used in stationary operation, in robotics and/or in machines, in particular construction or transport machines such as cranes, excavators or the like.

Das LiDAR-System kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs oder einer Maschine, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein Teil der Funktionen des Fahrzeugs oder der Maschine, insbesondere Fahrfunktionen, autonom oder teilautonom ausgeführt werden.The LiDAR system can advantageously be connected to at least one electronic control device of a vehicle or a machine, in particular a driver assistance system or the like, or be part of such. In this way, at least some of the functions of the vehicle or machine, in particular driving functions, can be carried out autonomously or partially autonomously.

Das LiDAR-System kann zur Erfassung von stehenden oder bewegten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, Personen, Tieren, Pflanzen, Hindernissen, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöchern oder Steinen, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräumen, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, und/oder von Bewegungen und/oder Gesten eingesetzt werden.The LiDAR system can be used to detect stationary or moving objects, in particular vehicles, people, animals, plants, obstacles, bumps in the roadway, in particular potholes or stones, roadway boundaries, traffic signs, open spaces, in particular parking spaces, precipitation or the like, and/or used by movements and/or gestures.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens ein elektromagnetisches Mischsignal als Interferenz des wenigstens einen elektromagnetischen Referenzsignals und des wenigstens einen elektromagnetischen Echosignals realisiert werden. Auf diese Weise können das wenigstens eine elektromagnetische Referenzsignal und das wenigstens eine elektromagnetische Echosignal direkt ohne vorherige Umwandlung in elektrische Signale gemischt werden. Das wenigstens eine elektromagnetische Mischsignal kann anschließend mit dem wenigstens einen Empfangsbereich in ein elektrisches Empfangssignal umgewandelt und auf elektronischem Wege verarbeitet werden.In an advantageous embodiment of the method, at least one electromagnetic mixed signal can be implemented as an interference of the at least one electromagnetic reference signal and the at least one electromagnetic echo signal. In this way, the at least one electromagnetic reference signal and the at least one electromagnetic echo signal can be mixed directly into electrical signals without prior conversion. The at least one electromagnetic mixed signal can then be converted into an electrical reception signal with the at least one reception area and processed electronically.

Durch die Interferenz des wenigstens einen Referenzsignals und des wenigstens einen Echosignals kann wenigstens ein Mischsignal erzeugt werden, welches insbesondere für indirekte Laufzeitmessungen verwendet werden kann.At least one mixed signal can be generated by the interference of the at least one reference signal and the at least one echo signal, which mixed signal can be used in particular for indirect transit time measurements.

Vorteilhafterweise kann das Mischsignal aus dem wenigstens einen elektromagnetischen Referenzsignal und dem wenigstens einen elektromagnetischen Echosignal mit wenigstens einem integrierten optischen Bauteil, insbesondere wenigstens einem Mischer, erzeugt werden. Auf diese Weise kann die Empfangseinrichtung insgesamt kompakter realisiert werden.The mixed signal can advantageously be generated from the at least one electromagnetic reference signal and the at least one electromagnetic echo signal with at least one integrated optical component, in particular at least one mixer. In this way, the receiving device can be made more compact overall.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das wenigstens eine Echosignal und/oder das wenigstens eine Referenzsignal, insbesondere das wenigstens eine Mischsignal, in wenigstens einem Empfangsbereich wenigstens eines Empfangsfeldes mit mehreren Empfangsbereichen empfangen werden. Auf diese Weise kann mithilfe von mehreren Empfangsbereichen zusätzlich eine Ortsauflösung erreicht werden.In a further advantageous embodiment of the method, the at least one echo signal and/or the at least one reference signal, in particular the at least one mixed signal, can be received in at least one reception area of at least one reception field with several reception areas. In this way, a spatial resolution can also be achieved with the help of several reception areas.

Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Empfangseinrichtung wenigstens einen Empfänger mit mehreren Empfangsbereichen aufweisen. Als Empfänger können Detektoren, insbesondere Punktsensoren, Zeilensensoren und/oder Flächensensoren, im Besonderen (Lawinen)fotodioden, Photodiodenzeilen, CCD-Sensoren, Active-Pixel-Sensoren, insbesondere CMOS-Sensoren oder dergleichen, verwendet werden. Mit derartigen Empfängern können mehrere Empfangsbereiche flexibel realisiert werden.At least one receiving device can advantageously have at least one receiver with a plurality of receiving areas. Detectors, in particular point sensors, line sensors and/or area sensors, in particular (avalanche) photodiodes, photodiode lines, CCD sensors, active pixel sensors, in particular CMOS sensors or the like, can be used as receivers. With such receivers, multiple reception areas can be flexibly implemented.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens eine elektromagnetische Signalquelle wenigstens einer Sendeeinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines kohärenten elektromagnetischen Abtastsignals in Form eines frequenzmodulierten Dauerstrichsignals mit wenigstens einem elektrischen Steuersignal angesteuert werden, wobei das wenigstens eine elektrische Steuersignal zur Störung der Kohärenz des wenigstens einen elektromagnetischen Abtastsignals wenigstens zeitweise verändert werden kann, insbesondere wenigstens zeitweise mit einer hochfrequenten elektrischen Breitbandstörung überlagert werden kann. Auf diese Weise kann die Sendeeinrichtung, insbesondere die Signalquelle, mithilfe elektrischer Bauteile, insbesondere einer elektrischen Steuereinrichtung des LiDAR-Systems, gesteuert werden. Elektrische Steuersignale können einfach entsprechend verändert, insbesondere überlagert, werden. Insbesondere können die Steuersignale wenigstens zeitweise mit einer hochfrequenten elektrischen Breitbandstörung überlagert werden. Mit hochfrequenten elektrischen Breitbandstörungen kann effizient die Kohärenz der Abtastsignale gestört werden.In a further advantageous embodiment of the method, at least one electromagnetic signal source of at least one transmission device for generating at least one coherent electromagnetic scanning signal in the form of a frequency-modulated continuous wave signal can be controlled with at least one electrical control signal, the at least one electrical control signal for disrupting the coherence of the at least one electromagnetic scanning signal can be changed at least temporarily, in particular can be superimposed at least temporarily with a high-frequency electrical broadband interference. In this way, the transmission device, in particular the signal source, can be controlled using electrical components, in particular an electrical control device of the LiDAR system. Electrical control signals can easily be changed accordingly, in particular superimposed. In particular, the control signals can be superimposed at least at times with a high-frequency electrical broadband interference. The coherence of the scanning signals can be efficiently disturbed with high-frequency electrical broadband interference.

Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine elektrische Steuersignal wenigstens zeitweise mit einer elektrischen Breitbandstörung in Form eines weißen Rauschens oder eines Rauschens einer anderen Art überlagert werden. Auf diese Weise ist eine einfache und zuverlässige Veränderung des elektrischen Steuersignals und damit eine entsprechende Störung der Kohärenz des wenigstens einen elektromagnetischen Abtastsignals realisierbar.Advantageously, the at least one electrical control signal can be superimposed, at least at times, with broadband electrical interference in the form of white noise or noise of another type. In this way, a simple and reliable change in the electrical control signal and thus a corresponding disruption in the coherence of the at least one electromagnetic scanning signal can be implemented.

Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Sendeeinrichtung mehrere elektromagnetische Signalquellen aufweisen. Aus den jeweiligen elektromagnetischen Signalen, die mit den Signalquellen jeweils erzeugt werden, kann das insgesamt mit der Sendeeinrichtung gesendete wenigstens eine Abtastsignal zusammengesetzt werden. Auf diese Weise kann die Energie des wenigstens einen Abtastsignals vergrößert werden.At least one transmission device can advantageously have a plurality of electromagnetic signal sources. The at least one scanning signal sent overall with the transmitting device can be composed of the respective electromagnetic signals that are respectively generated with the signal sources. In this way, the energy of the at least one scanning signal can be increased.

Vorteilhafterweise können wenigstens zwei Signalquellen wenigstens einer Sendeeinrichtung separat angesteuert werden. Auf diese Weise kann die Erzeugung der elektromagnetischen Abtastsignale flexibler gesteuert werden. So können die Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten individueller an die aktuelle Situation angepasst werden.Advantageously, at least two signal sources of at least one transmission device can be controlled separately. In this way, the generation of the electromagnetic scanning signals can be controlled more flexibly. In this way, the measures to reduce crosstalk effects can be individually adapted to the current situation.

Alternativ oder zusätzlich können mehrere Signalquellen der wenigstens einen Sendeeinrichtung gemeinsam insbesondere mit dem gleichen elektrischen Steuersignal angesteuert werden. Auf diese Weise können diese Signalquellen einfacher angesteuert werden.Alternatively or additionally, several signal sources of the at least one transmission device can be controlled together, in particular with the same electrical control signal. In this way, these signal sources can be controlled more easily.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens eine Signalquelle wenigstens einer Sendeeinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines elektromagnetischen Abtastsignals mit wenigstens einem Chirp angesteuert werden. Ein Chirp ist ein frequenzmoduliertes Signal. Mit Chirps können präzise Laufzeitmessungen realisiert werden.In a further advantageous embodiment of the method, at least one signal source of at least one transmitting device for generating at least one electromagnetic scanning signal with at least one chirp can be controlled. A chirp is a frequency modulated signal. With chirps, precise runtime measurements can be realized.

Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Abtastsignal aus einer Folge von Chirps realisiert sein. Auf diese Weise kann die zeitliche Länge des Abtastsignals vergrößert werden. Vorteilhafterweise wenigstens ein Abtastsignal aus Folgen von positiven Chirps und negativen Chirps bestehen.At least one sampled signal can advantageously be implemented from a sequence of chirps. In this way, the time length of the scanning signal can be increased. Advantageously, at least one sample signal consists of sequences of positive chirps and negative chirps.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann aus wenigstens einem Mischsignal eine Entfernung und/oder eine Geschwindigkeit und/oder eine Richtung eines mit dem LiDAR-System erfassten Objekts relativ zu dem LiDAR-System ermittelt werden. Auf diese Weise können genauere Informationen über das Sichtfeld gewonnen werden. Die gewonnenen Informationen über erfasste Objekte können mit einem Fahrerassistenzsystem zum wenigstens teilweise autonomen Betrieb des Fahrzeugs herangezogen werden können.In a further advantageous embodiment of the method, a distance and/or a speed and/or a direction of an object detected with the LiDAR system relative to the LiDAR system can be determined from at least one mixed signal. In this way, more accurate information about the field of view can be obtained. The information obtained about detected objects can be used with a driver assistance system for at least partially autonomous operation of the vehicle.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Störung der Kohärenz wenigstens eines Abtastsignals durchgeführt werden, sobald ein Übersprecheffekt bei wenigstens einem Empfangsbereich festgestellt wird. Auf diese Weise können die Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten bedarfsgerecht durchgeführt werden. Insgesamt kann so die Leistungsfähigkeit des LiDAR-Systems weiter verbessert werden.In a further advantageous embodiment of the method, the disruption of the coherence of at least one scanning signal can be carried out as soon as a crosstalk effect is detected in at least one reception area. In this way, the measures to reduce crosstalk effects can be carried out as required. Overall, the performance of the LiDAR system can be further improved in this way.

Vorteilhafterweise kann ab der Feststellung eines Übersprecheffekts die Kohärenz wenigstens eines Abtastsignals für eine vorgegebene Dauer gestört werden. Auf diese Weise kann ein Aufwand zur Durchführung der Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten verringert werden.Advantageously, once a crosstalk effect has been detected, the coherence of at least one sampled signal can be disturbed for a predetermined period. In this way, the effort involved in carrying out the measures to reduce crosstalk effects can be reduced.

Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise ab der Feststellung eines Übersprecheffekts die Kohärenz wenigstens eines Abtastsignals bis zur Feststellung der Beendigung des den Übersprecheffekt erzeugenden Zustands gestört werden. Auf diese Weise kann die Dauer der Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten besser angepasst werden.As an alternative or in addition, the coherence of at least one sampled signal can advantageously be disrupted from the time a crosstalk effect is detected until the end of the state generating the crosstalk effect is detected. In this way, the duration of the measures to reduce crosstalk effects can be better adjusted.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem LiDAR-System dadurch gelöst, dass das LiDAR-System wenigstens eine Signalquelle zur Erzeugung von elektromagnetischen Abtastsignalen in Form von frequenzmodulierten Dauerstrichsignalen, wenigstens eine Abzweigeinrichtung zum Abzweigen von Anteilen von elektromagnetischen Abtastsignalen als elektromagnetische Referenzsignale, wenigstens eine Mischeinrichtung zur Mischung von elektromagnetischen Referenzsignalen und elektromagnetischen Echosignalen und wenigstens eine Störeinrichtung zum wenigstens zeitweisen Stören von Kohärenzen von elektromagnetischen Abtastsignalen aufweist.Furthermore, the object is achieved according to the invention with the LiDAR system in that the LiDAR system has at least one signal source for generating electromagnetic scanning signals in the form of frequency-modulated continuous wave signals, at least one branching device for branching off portions of electromagnetic scanning signals as electromagnetic reference signals, at least one mixing device for Mixing of electromagnetic reference signals and electromagnetic echo signals and at least one jamming device for at least temporarily disturbing coherences of electromagnetic scanning signals.

Erfindungsgemäß weist das LiDAR-System wenigstens eine Signalquelle zur Erzeugung von frequenzmodulierten elektromagnetischen Dauerstrichsignalen auf. Mit frequenzmodulierten Dauerstrichsignalen können indirekte Laufzeitverfahren durchgeführt werden.According to the invention, the LiDAR system has at least one signal source for generating frequency-modulated electromagnetic continuous-wave signals. Indirect transit time methods can be carried out with frequency-modulated continuous-wave signals.

Ferner weist das LiDAR-System wenigstens eine Abzweigeinrichtung zum Abzweigen von Anteilen von elektromagnetischen Abtastsignalen als Referenzsignale auf. Die Referenzsignale können zu einer Mischeinrichtung gesendet werden und mit den Echosignalen zu Mischsignalen gemischt werden. Auf Basis der Mischsignale können insbesondere nach einem Laufzeitverfahren, insbesondere einem indirekten Laufzeitverfahren, Entfernungen von Objekten ermittelt werden, an welchen die Abtastsignale reflektiert werden.Furthermore, the LiDAR system has at least one branching device for branching off portions of electromagnetic scanning signals as reference signals. The reference signals can be sent to a mixing device and mixed with the echo signals to form mixed signals. On the basis of the mixed signals, distances from objects at which the scanning signals are reflected can be determined, in particular using a transit time method, in particular an indirect transit time method.

Vorteilhafterweise kann das LiDAR-System Mittel aufweisen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit des LiDAR-Systems verbessert werden.The LiDAR system can advantageously have means for carrying out the method according to the invention. In this way, the reliability of the LiDAR system can be improved.

Vorteilhafterweise können die Mittel zur Durchführung von Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten, insbesondere wenigstens eine Abzweigeinrichtung, wenigstens eine Mischeinrichtung und wenigstens eine Störeinrichtung auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Wege realisiert sein. Auf diese Weise können die Mittel flexibel realisiert werden.Advantageously, the means for carrying out measures to reduce crosstalk effects, in particular at least one branching device, at least one mixing device and at least one interference device, can be implemented using software and/or hardware. In this way, the funds can be implemented flexibly.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Sendeeinrichtung mehrere Signalquellen zur Erzeugung von kohärenten elektromagnetischen Abtastsignalen in Form eines frequenzmodulierten Dauerstrichsignalen aufweisen und/oder wenigstens eine Empfangseinrichtung mehrere Empfangsbereiche zum Empfangen von elektromagnetischen Signalen, insbesondere eines Echosignalen und/oder Mischsignalen, aufweisen. Auf diese Weise kann die Leistungsfähigkeit des LiDAR-Systems weiter verbessert werden.In an advantageous embodiment, at least one transmitting device can have multiple signal sources for generating coherent electromagnetic scanning signals in the form of frequency-modulated continuous wave signals and/or at least one receiving device can have multiple receiving areas for receiving electromagnetic signals, in particular an echo signal and/or mixed signals. In this way, the performance of the LiDAR system can be further improved.

Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Sendeeinrichtung mehrere Signalquellen aufweisen. Auf diese Weise kann die Ausleuchtung des wenigstens einen Sichtfelds des LiDAR-Systems mit Abtastsignalen verbessert werden. Zum einen kann die Energie der Abtastsignale, welche sich aus den mit den einzelnen Signalquellen erzeugten elektromagnetischen Signalen zusammensetzt, vergrößert werden. Außerdem kann das wenigstens eine Sichtfeld, welches mit der wenigstens eine Sendeeinrichtung ausgeleuchtet wird, vergrößert werden.At least one transmission device can advantageously have a plurality of signal sources. In this way, the illumination of the at least one field of view of the LiDAR system can be improved with scanning signals. On the one hand, the energy of the scanning signals, which is generated from the electromag composed of netic signals. In addition, the at least one field of view, which is illuminated with the at least one transmission device, can be enlarged.

Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Empfangseinrichtung mehrere Empfangsbereiche aufweisen. Auf diese Weise können die elektromagnetischen Signale, insbesondere Echosignale und/oder Mischsignale, ortsaufgelöst empfangen werden. So können mit dem LiDAR-System Richtungen von erfassten Objekten ermittelt werden.Alternatively or additionally, at least one receiving device can have a number of receiving areas. In this way, the electromagnetic signals, in particular echo signals and/or mixed signals, can be received with spatial resolution. The directions of detected objects can be determined with the LiDAR system.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Empfangseinrichtung mehrere Empfangsbereiche aufweisen, wobei wenigstens zwei Empfangsbereiche nebeneinander angeordnet sein können und/oder zwischen wenigstens zwei der Empfangsbereichen wenigstens eine Signalquelle der wenigstens einen Sendeeinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines kohärenten elektromagnetischen Abtastsignals angeordnet sein kann. Auf diese Weise kann das LiDAR-System insgesamt kompakter aufgebaut werden.In a further advantageous embodiment, at least one receiving device can have a plurality of receiving areas, in which case at least two receiving areas can be arranged next to one another and/or at least one signal source of the at least one transmitting device for generating at least one coherent electromagnetic scanning signal can be arranged between at least two of the receiving areas. In this way, the LiDAR system can be made more compact overall.

Durch die Anordnung von mehreren Empfangsbereiche nebeneinander kann eine Ortsauflösung verbessert werden.Positional resolution can be improved by arranging a plurality of reception areas next to one another.

Die wechselweise Anordnung von Empfangsbereichen und Signalquellen ermöglicht eine Empfangseinrichtung und eine Sendeeinrichtung mit gemeinsamer Achse.The alternating arrangement of receiving areas and signal sources enables a receiving device and a transmitting device with a common axis.

Vorteilhafterweise können Teile des LiDAR-Systems mithilfe von integrierter Optik, sogenannten Photonic Integrated Circuits (PIC), realisiert werden. Auf diese Weise kann das LiDAR-System noch kompakter realisiert werden.Advantageously, parts of the LiDAR system can be implemented using integrated optics, so-called Photonic Integrated Circuits (PIC). In this way, the LiDAR system can be made even more compact.

Vorteilhafterweise kann die wechselweise Anordnung von Empfangsbereichen und Signalquellen mit einer integrierten Optik realisiert werden.Advantageously, the alternating arrangement of reception areas and signal sources can be implemented with integrated optics.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das LiDAR-System, insbesondere wenigstens eine Sendeeinrichtung und/oder wenigstens eine Empfangseinrichtung und/oder wenigstens eine Abzweigeinrichtung und/oder wenigstens eine Mischeinrichtung und/oder wenigstens eine Störeinrichtung, wenigstens ein integriertes optisches Bauteil aufweisen, daraus wenigstens mitgebildet sein oder daraus bestehen. Auf diese Weise kann das LiDAR-System insgesamt kompakter aufgebaut sein.In a further advantageous embodiment, the LiDAR system, in particular at least one transmitting device and/or at least one receiving device and/or at least one branching device and/or at least one mixing device and/or at least one jamming device, can have at least one integrated optical component, at least also formed therefrom be or consist of. In this way, the LiDAR system can have a more compact design overall.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Sendeeinrichtung mehrere Signalquellen aufweisen, wobei wenigstens ein Teil der Signalquellen separat ansteuerbar ist und/oder wenigstens ein Teil der Signalquellen gemeinsam ansteuerbar ist. Auf diese Weise kann das LiDAR-System flexibler an seinen Einsatzzweck angepasst werden.In a further advantageous embodiment, at least one transmission device can have a plurality of signal sources, with at least some of the signal sources being able to be controlled separately and/or at least some of the signal sources being able to be controlled together. In this way, the LiDAR system can be more flexibly adapted to its intended use.

Durch separate Ansteuerung von Signalquellen kann insbesondere beim Auftreten von Übersprecheffekten eine gezieltere Ausleuchtung des wenigstens einen Sichtfelds erreicht werden.A more targeted illumination of the at least one field of view can be achieved by separate activation of signal sources, in particular when crosstalk effects occur.

Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das wenigstens eine LiDAR-System wenigstens eine Signalquelle zur Erzeugung von elektromagnetischen Abtastsignalen in Form von frequenzmodulierten Dauerstrichsignalen, wenigstens eine Abzweigeinrichtung zum Abzweigen von Anteilen von elektromagnetischen Abtastsignalen als elektromagnetische Referenzsignale, wenigstens eine Mischeinrichtung zur Mischung von elektromagnetischen Referenzsignalen und elektromagnetischen Echosignalen und wenigstens eine Störeinrichtung zum wenigstens zeitweisen Stören von Kohärenzen von elektromagnetischen Abtastsignalen aufweist.In addition, the object is achieved according to the invention in a vehicle in that the at least one LiDAR system has at least one signal source for generating electromagnetic scanning signals in the form of frequency-modulated continuous wave signals, at least one branching device for branching off portions of electromagnetic scanning signals as electromagnetic reference signals, at least one mixing device for Mixing of electromagnetic reference signals and electromagnetic echo signals and at least one jamming device for at least temporarily disturbing coherences of electromagnetic scanning signals.

Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug wenigstens ein LiDAR-System, insbesondere ein erfindungsgemäßes LiDAR-System, auf, mit dem eine Umgebung und/oder ein Innenraum des Fahrzeugs auf Objekte überwacht werden kann.According to the invention, the vehicle has at least one LiDAR system, in particular a LiDAR system according to the invention, with which an environment and/or an interior of the vehicle can be monitored for objects.

Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug wenigstens ein Fahrerassistenzsystem aufweisen. Mithilfe eines Fahrerassistenzsystems kann wenigstens ein Teil der Funktionen des Fahrzeugs, insbesondere Fahrfunktionen, autonom oder teilautonom betrieben werden.The vehicle can advantageously have at least one driver assistance system. At least some of the functions of the vehicle, in particular driving functions, can be operated autonomously or partially autonomously with the aid of a driver assistance system.

Vorteilhafterweise kann wenigstens ein LiDAR-System funktional mit wenigstens einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs verbunden sein. Auf diese Weise können Informationen über das Sichtfeld, insbesondere über Objekte im Sichtfeld, die mit dem wenigstens einen LiDAR-System ermittelt werden, von dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem zum autonomen oder teilautonomen Betrieb des Fahrzeuges herangezogen werden.At least one LiDAR system can advantageously be functionally connected to at least one driver assistance system of the vehicle. In this way, information about the field of view, in particular about objects in the field of view, which is determined with the at least one LiDAR system, can be used by the at least one driver assistance system for autonomous or semi-autonomous operation of the vehicle.

Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen LiDAR-System und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.Otherwise, the features and advantages shown in connection with the method according to the invention, the LiDAR system according to the invention and the vehicle according to the invention and their respective advantageous configurations apply to one another and vice versa. The individual features and advantages can of course be combined with one another, in which case further advantageous effects can arise that go beyond the sum of the individual effects.

Figurenlistecharacter list

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 eine Vorderansicht eines Fahrzeugs in Form eines Personenkraftwagens mit einem Fahrerassistenzsystem und einem LiDAR-System zur Überwachung eines Sichtfeldes in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug;
  • 2 eine Funktionsdarstellung des LiDAR-Systems und des Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs aus der 1 ;
  • 3 eine Ansicht einer Signalquelle und eines Empfängers in einer biaxialen Anordnung, welche bei dem LiDAR-System aus den 1 und 2 Verwendung finden;
  • 4 eine Ansicht einer Signalquelle und eines Empfängers in Form einer integrierten Optik mit gemeinsame Achse, welche bei dem LiDAR-System aus den 1 und 2 Verwendung finden können;
  • 5 den zeitlichen Frequenzverlauf eines Ausschnitts eines elektromagnetischen Abtastsignals, welches beim regulären Betrieb mit dem LiDAR-System aus den 1 und 2 zur Überwachung des Sichtfelds gesendet wird;
  • 6 die Frequenzverteilung des elektromagnetischen Abtastsignals aus der 5 zu einem Zeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 beim regulären Betrieb des LiDAR-Systems;
  • 7 den zeitlichen Intensitätsverlauf eines Mischsignals aus einer Interferenz eines von dem elektromagnetischen Abtastsignal aus der 5 abgezweigten Referenzsignals und eines Echosignals, welches von dem in dem Sichtfeld reflektierten Abtastsignal stammt;
  • 8 die Frequenzverteilung des elektromagnetischen Abtastsignals aus der 5 zu einem Zeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 beim Betrieb des LiDAR-Systems, wobei hier zur Verringerung von Übersprecheffekten die Kohärenz des Abtastsignals gestört wurde;
  • 9 den zeitlichen Intensitätsverlauf des Mischsignals aus der Interferenz des von dem Abtastsignal aus der 8 abgezweigten Referenzsignal und dem Echosignale, welches von dem reflektierten Abtastsignalstrahlen.
Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. The person skilled in the art will expediently also consider the features disclosed in combination in the drawing, the description and the claims individually and combine them into further meaningful combinations. It show schematic
  • 1 a front view of a vehicle in the form of a passenger car with a driver assistance system and a LiDAR system for monitoring a field of vision in the direction of travel in front of the vehicle;
  • 2 a functional representation of the LiDAR system and the driver assistance system of the vehicle from FIG 1 ;
  • 3 a view of a signal source and a receiver in a biaxial arrangement, which is used in the LiDAR system of FIGS 1 and 2 find use;
  • 4 a view of a signal source and a receiver in the form of an integrated optics with a common axis, which in the LiDAR system from the 1 and 2 can be used;
  • 5 the frequency response over time of a section of an electromagnetic scanning signal, which during regular operation with the LiDAR system from the 1 and 2 is sent to monitor the field of view;
  • 6 the frequency distribution of the electromagnetic scanning signal from the 5 at a time t 0 and a time t 1 during regular operation of the LiDAR system;
  • 7 the temporal intensity curve of a mixed signal from an interference of the electromagnetic scanning signal from the 5 branched reference signal and an echo signal derived from the scanning signal reflected in the field of view;
  • 8th the frequency distribution of the electromagnetic scanning signal from the 5 at a point in time t 0 and a point in time t 1 during operation of the LiDAR system, the coherence of the scanning signal being disturbed here in order to reduce crosstalk effects;
  • 9 the intensity profile over time of the mixed signal from the interference of the sampled signal from the 8th branched reference signal and the echo signal, which rays from the reflected scanning signal.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.The same components are provided with the same reference symbols in the figures.

Ausführungsform(en) der Erfindungembodiment(s) of the invention

In der 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst ein LiDAR-System 12 und ein Fahrerassistenzsystem 14. In der 2 ist ein Funktionsschaubild des LiDAR-Systems 12 und des Fahrerassistenzsystems 14 in dem Fahrzeug 10 gezeigt.In the 1 a vehicle 10 in the form of a passenger car is shown in front view. The vehicle 10 includes a LiDAR system 12 and a driver assistance system 14. In the 2 1, a functional diagram of the LiDAR system 12 and the driver assistance system 14 in the vehicle 10 is shown.

Das LiDAR-System 12 ist beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. Das Sichtfeld 16 des LiDAR-Systems 12 ist in einen Überwachungsbereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 10 gerichtet. Mit dem LiDAR-System 12 kann ein Überwachungsbereich, beispielsweise auf Objekte 18 hin, überwacht werden. Das LiDAR-System 12 kann auch an anderer Stelle des Fahrzeugs 10 auch anders ausgerichtet angeordnet sein. Das Fahrzeug 10 kann auch mehrere identische oder ähnliche LiDAR-Systeme 12 aufweisen.By way of example, the LiDAR system 12 is arranged in the front bumper of the vehicle 10 . The field of view 16 of the LiDAR system 12 is directed into a monitoring area in front of the vehicle 10 in the direction of travel. A surveillance area, for example for objects 18, can be monitored with the LiDAR system 12. The LiDAR system 12 can also be arranged at a different point of the vehicle 10, also in a different orientation. The vehicle 10 may also have multiple identical or similar LiDAR systems 12 .

Mit dem LiDAR-System 12 können stehende oder bewegte Objekte 18, beispielsweise Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, beispielsweise Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, und/oder von Bewegungen und/oder Gesten erfasst werden.With the LiDAR system 12, stationary or moving objects 18, for example vehicles, people, animals, plants, obstacles, bumps in the road, for example potholes or stones, road boundaries, traffic signs, open spaces, in particular parking spaces, precipitation or the like, and/or from movements and /or gestures are recorded.

Mit dem LiDAR-System 12 können Informationen über Objekte 18, beispielsweise Entfernungen, Richtungen und/oder Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 18 relativ zu dem LiDAR-System 12 und damit relativ zu dem Fahrzeug 10, ermittelt werden.The LiDAR system 12 can be used to determine information about objects 18, for example distances, directions and/or speeds of detected objects 18 relative to the LiDAR system 12 and thus relative to the vehicle 10.

Das LiDAR-System 12 ist funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 14 verbunden. Auf diese Weise können Informationen aus dem Sichtfeld 16, welche mit dem LiDAR-System 12 gewonnen werden können, an das Fahrerassistenzsystem 14 übermittelt werden.The LiDAR system 12 is functionally connected to the driver assistance system 14 . In this way, information from the field of view 16 that can be obtained with the LiDAR system 12 can be transmitted to the driver assistance system 14 .

Mit dem Fahrassistenzsystem 14 können Funktionen des Fahrzeugs 10, beispielsweise Fahrfunktionen, beispielsweise unter anderem auf Basis der mit dem LiDAR-System 12 gewonnen Informationen autonom oder teilautonom gesteuert werden.With the driver assistance system 14, functions of the vehicle 10, for example driving functions, can be controlled autonomously or partially autonomously, for example based on the information obtained with the LiDAR system 12, among other things.

Das LiDAR-System 12 ist als sogenanntes FMCW-Flash-LiDAR-System ausgestaltet. Mit dem LiDAR-System 12 können elektromagnetische Abtastsignale 20 in Form von frequenzmodulierten Dauerstrichsignalen (FMCW) in das Sichtfeld 16 gesendet werden, wobei die Abtastsignale 20 gleichzeitig - ähnlich einem Blitz (Flash) - das gesamte Sichtfeld 16 ausstrahlen.The LiDAR system 12 is designed as a so-called FMCW flash LiDAR system. With the LiDAR system 12, electromagnetic scanning signals 20 may be transmitted into the field of view 16 in the form of frequency modulated continuous wave (FMCW) signals, where the scanning signals 20 are the same time - similar to a flash (flash) - emit the entire field of view 16.

Die elektromagnetischen Abtastsignale 20 können an etwaigen Objekten 18 reflektiert und als elektromagnetische Echosignale 22 mit dem LiDAR-System 12 empfangen werden. Auf Basis der Abtastsignale 20 und der Echosignale 22 können mit dem LiDAR-System 12 Entfernungen, Richtungen und Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 18 relativ zu dem LiDAR-System 12 ermittelt werden. Dabei können Entfernungen aus Laufzeiten der Abtastsignale 20 und der Echosignale 22 vom Aussenden der Abtastsignale 20 bis zum Empfang der Echosignale 22 ermittelt werden.The electromagnetic scanning signals 20 can be reflected from any objects 18 and can be received as electromagnetic echo signals 22 with the LiDAR system 12 . Distances, directions and speeds of detected objects 18 relative to the LiDAR system 12 can be determined with the LiDAR system 12 on the basis of the scanning signals 20 and the echo signals 22 . Distances can be determined from the propagation times of the scanning signals 20 and the echo signals 22 from the transmission of the scanning signals 20 to the reception of the echo signals 22 .

Das LiDAR-System 12 umfasst, wie in der 2 gezeigt, eine Sendeeinrichtung 24, eine Empfangseinrichtung 26 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 28.The LiDAR system 12 includes, as in FIG 2 shown, a transmitting device 24, a receiving device 26 and a control and evaluation device 28.

Die Sendeeinrichtung 24 umfasst eine Signalquelle 30, eine Sendeoptik 32 und eine Abzweigeinrichtung 34 beispielsweise in Form eines Strahlteilers.The transmission device 24 comprises a signal source 30, transmission optics 32 and a branching device 34, for example in the form of a beam splitter.

Die Signalquelle 30 weist beispielhaft eine Mehrzahl von Diodenlasern 36 auf, mit denen jeweilige Lasersignale erzeugt werden können, welche zu einem gemeinsamen elektromagnetischen Abtastsignal 20 vereint werden können.The signal source 30 has, for example, a plurality of diode lasers 36 with which respective laser signals can be generated, which can be combined to form a common electromagnetic scanning signal 20 .

In der 3 sind die Sendeeinrichtung 24 und die Empfangseinrichtung 26 in biaxialer Ausgestaltung gezeigt, bei der die Sendeeinrichtung 24 und die Empfangseinrichtung 26 jeweils eine gedachte Achse aufweisen. Dabei sind die Diodenlaser 36 als Matrix flächenhaft nebeneinander angeordnet.In the 3 the transmitting device 24 and the receiving device 26 are shown in a biaxial configuration, in which the transmitting device 24 and the receiving device 26 each have an imaginary axis. In this case, the diode lasers 36 are arranged next to one another in a planar manner as a matrix.

Die Diodenlaser 36 sind separat über die steuernde Auswerteeinrichtung 28 ansteuerbar, sodass die jeweils mit ihnen ausgesendeten Lasersignale separat gesteuert werden können.The diode lasers 36 can be controlled separately via the controlling evaluation device 28 so that the laser signals emitted with them can be controlled separately.

Die Abzweigeinrichtung 34 kann beispielsweise als Strahlteiler realisiert sein. Mit der Abzweigeinrichtung 34 kann ein Anteil der mit den Diodenlasern 36 erzeugten Abtastsignale 20 als Referenzsignal 21 abgezweigt werden. Das Referenzsignal 21 kann zu einem optischen Mischer 42 der Empfangseinrichtung 26 gesendet werden.The branching device 34 can be implemented as a beam splitter, for example. A proportion of the scanning signals 20 generated with the diode lasers 36 can be branched off as a reference signal 21 with the branching device 34 . The reference signal 21 can be sent to an optical mixer 42 of the receiving device 26 .

Die nicht abgezweigten Anteile der Abtastsignale 20 können mit der Sendeoptik 32 aufgeweitet in das Sichtfeld 16 gesendet werden. Auf diese Weise kann das Sichtfeld 16 großflächig mit den jeweiligen Abtastsignalen 20 ausgeleuchtet und damit gleichzeitig auf Objekte 18 hin abgetastet werden.The parts of the scanning signals 20 that are not branched off can be sent expanded into the field of view 16 with the transmitting optics 32 . In this way, the field of view 16 can be illuminated over a large area with the respective scanning signals 20 and thus scanned for objects 18 at the same time.

Die Empfangseinrichtung 26 weist einen Empfänger 38, eine Empfangsoptik 40 und einen optischen Mischer 42 auf. Der Empfänger 38 weist eine Mehrzahl von Empfangsbereichen 44 auf, mit denen elektromagnetische Signale, beispielsweise aus den Referenzsignalen 21 und den Echosignalen 22 gebildete elektromagnetische Mischsignale 46, empfangen und in elektrische Signale umgewandelt werden können. Die elektrischen Signale können an die steuernde Auswerteeinrichtung 28 übermittelt und mit dieser verarbeitet werden.The receiving device 26 has a receiver 38 , receiving optics 40 and an optical mixer 42 . The receiver 38 has a plurality of reception areas 44 with which electromagnetic signals, for example electromagnetic mixed signals 46 formed from the reference signals 21 and the echo signals 22, can be received and converted into electrical signals. The electrical signals can be transmitted to the controlling evaluation device 28 and processed with it.

Der Empfänger 38 ist in der biaxialen Ausgestaltung gemäß 3 beispielhaft als Flächensensor in Form eines CCD-Sensors oder eines Active-Pixel-Sensors realisiert. Die Empfangsbereiche 44 in Form von Pixeln sind nebeneinander in einer flächigen Matrix angeordnet.The receiver 38 is in the biaxial configuration according to FIG 3 implemented as an area sensor in the form of a CCD sensor or an active pixel sensor, for example. The reception areas 44 in the form of pixels are arranged next to one another in a planar matrix.

Die Empfangsoptik 40 befindet sich zwischen dem Empfänger 38 und dem Sichtfeld 16. Mit der Empfangsoptik 40 können aus dem Sichtfeld 16 kommende Echosignale 22 auf den dem Mischer 42 fokussiert werden.The receiving optics 40 are located between the receiver 38 and the field of view 16. The receiving optics 40 can be used to focus echo signals 22 coming from the field of view 16 onto the mixer 42.

Mit dem Mischer 42 können von der Abzweigeinrichtung 34 der Sendeeinrichtung 24 kommende abgezweigte Referenzsignale 21 mit den ankommenden Echosignalen 22 zu den elektromagnetischen Mischsignale 46 gemischt werden. Die Mischsignale 46 können auf den Empfänger 38 fokussiert werden. Die Mischsignale 46 sind die Interferenzsignale aus der Interferenz der Referenzsignale 21 und der Echosignale 22. In der 7 ein Ausschnitt des zeitlichen Verlaufs eines beispielhaften Mischsignals 46 gezeigt.The mixer 42 can be used to mix branched reference signals 21 coming from the branching device 34 of the transmitting device 24 with the incoming echo signals 22 to form the electromagnetic mixed signals 46 . The mixed signals 46 can be focused on the receiver 38 . The mixed signals 46 are the interference signals from the interference of the reference signals 21 and the echo signals 22. In the 7 a section of the time curve of an exemplary mixed signal 46 is shown.

Beim regulären Betrieb des LiDAR-Systems 12 wird die Signalquelle 30 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 so angesteuert, dass mit den Diodenlasern 36 jeweils Lasersignale erzeugt werden, welche sich zu einem kohärenten elektromagnetischen Abtastsignal 20 vereinen.During regular operation of the LiDAR system 12, the signal source 30 is controlled by the control and evaluation device 28 in such a way that the diode lasers 36 generate laser signals which combine to form a coherent electromagnetic scanning signal 20.

Der einfacheren Unterscheidung sind in den 6 bis 9 einige Bezugszeichen, welche sich auf den regulären Betrieb des LiDAR-Systems 12 beziehen, mit Index „reg“ versehen. Im Unterschied dazu sind einige Bezugszeichen, welche sich auf einen weiter unten beschriebenen Betrieb des LiDAR-Systems 12 beziehen, bei dem Maßnahmen gegen Übersprecheffekte getroffen werden, mit dem Index „kor“ versehen.The simpler distinction are in the 6 until 9 some reference symbols which relate to the regular operation of the LiDAR system 12 are provided with the index "reg". In contrast to this, some reference symbols which relate to an operation of the LiDAR system 12 described further below, in which measures are taken against crosstalk effects, are provided with the index “kor”.

Das Abtastsignal 20 ist ein frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal aus Folgen von wechselweise positiven Chirps 48p und negativen Chirps 48n. In der 5 ist der zeitliche Verlauf des Frequenzmittelwerts FS,AV eines zeitlichen Ausschnitts des Abtastsignals 20 mit einem positiven Chirp 48p und einem negativen Chirp 48n gezeigt.The sample signal 20 is a frequency modulated continuous wave signal made up of sequences of alternating positive chirps 48p and negative chirps 48n. In the 5 is the time course of the mean frequency value F S,AV of a time segment of sample signal 20 with a positive chirp 48p and a negative chirp 48n.

In der 6 sind die Frequenzverteilungen des Abtastsignals 20, respektive 20reg, zu zwei beispielhaften Zeitpunkten t0 und t1 gezeigt. Die mittlere Frequenz zum Zeitpunkt t0 ist mit fS,AV(t0) bezeichnet. Die mittlere Frequenz zum Zeitpunkt t1 ist mit fS,AV(t1) bezeichnet. Die jeweilige Halbwertsbreite 50 des Abtastsignals 20 zu einem beliebigen Zeitpunkt, beispielhaft den Zeitpunkten t0 und t1, ist abhängig von der Kohärenzlänge des Abtastsignals 20. Je größer die Kohärenzlänge des Abtastsignals 20 ist, desto kleiner ist die Halbwertsbreite 50.In the 6 the frequency distributions of the sampling signal 20, respectively 20 reg , are shown at two exemplary times t 0 and t 1 . The average frequency at time t 0 is denoted by f S,AV (t 0 ). The average frequency at time t 1 is denoted by f S,AV (t 1 ). The respective half-value width 50 of the sampling signal 20 at any point in time, for example the times t 0 and t 1 , depends on the coherence length of the sampling signal 20. The greater the coherence length of the sampling signal 20, the smaller the half-value width 50.

Das Abtastsignal 20 wird durch die Abzweigeinrichtung 34 gesendet. Dabei wird ein Anteil des Abtastsignals 20 abgezweigt und als Referenzsignal 21 zu dem optischen Mischer 42 der Empfangseinrichtung 26 gesendet.The sampling signal 20 is sent through the branch device 34 . In this case, a portion of the scanning signal 20 is branched off and sent as a reference signal 21 to the optical mixer 42 of the receiving device 26 .

Der nicht abgezweigte Anteil des Abtastsignals 20 wird mit der Sendeoptik 32 aufgeweitet und in das Sichtfeld 16 gesendet.The part of the scanning signal 20 that is not branched off is widened with the transmission optics 32 and sent into the field of view 16 .

An dem in der 2 beispielhaften Objekt 18 wird das Abtastsignal 20 reflektiert. Das elektromagnetische Echosignal 22, welches in Richtung der Empfangseinrichtung 26 reflektiert wird, wird mit der Empfangsoptik 40 auf den optischen Mischer 42 fokussiert. In dem Mischer 42 wird aus der Interferenz des Echosignals 22 und des Referenzsignals 21 ein in der 7 beispielhaft gezeigtes Mischsignal 46, respektive 46reg, gebildet. Das Mischsignal 46 schwingt im zeitlichen Verlauf sinusförmig um ein Rauschniveau NLreg.On the in the 2 exemplary object 18, the scanning signal 20 is reflected. The electromagnetic echo signal 22, which is reflected in the direction of the receiving device 26, is focused onto the optical mixer 42 with the receiving optics 40. In the mixer 42 is from the interference of the echo signal 22 and the reference signal 21 in the 7 mixed signal 46, respectively 46 reg shown as an example. The mixed signal 46 oscillates sinusoidally over time around a noise level NL reg .

Der optische Mischer 42 wirkt ortsauflösend. Das Mischsignal 46 wird ortsaufgelöst auf die entsprechenden Empfangsbereiche 44 des Empfängers 38 abgebildet. Die jeweils empfangenen Anteile des elektromagnetischen Mischsignals 46 werden mit den entsprechenden Empfangsbereichen 44 in elektrische Signale umgewandelt und zur Weiterverarbeitung an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt.The optical mixer 42 has a spatial resolution. The mixed signal 46 is imaged spatially resolved on the corresponding reception areas 44 of the receiver 38 . The components of the electromagnetic mixed signal 46 that are received in each case are converted into electrical signals by the corresponding receiving areas 44 and are transmitted to the control and evaluation device 28 for further processing.

Aus dem Mischsignal 46 wird in hier nicht weiter interessierender Weise für jeden Empfangsbereich 44 die Entfernung des erfassten Objekts 18 relativ zum LiDAR-System 12 ermittelt.The distance of the detected object 18 relative to the LiDAR system 12 is determined from the mixed signal 46 in a way that is of no further interest here for each reception area 44 .

In manchen Fällen, wenn beispielsweise das erfasste Objekt 18 eine stark reflektierende Oberfläche aufweist, wie dies beispielsweise bei retroreflektiven Objekten 18, wie Straßenschildern oder dergleichen, der Fall ist, kann die Amplitude 52 des Mischsignals 46 so hoch sein, dass der Dynamikbereich der jeweils angestrahlten Empfangsbereiche 44 überschritten werden. In solchen Fällen kann das empfangene Mischsignal 46 überstrahlen, was zu Übersprecheffekten in benachbarte Empfangsbereiche 44 führen kann. Derartige Übersprecheffekte können auch als „Crosstalk“ bezeichnet werden.In some cases, for example if the detected object 18 has a highly reflective surface, as is the case for example with retroreflective objects 18, such as street signs or the like, the amplitude 52 of the mixed signal 46 can be so high that the dynamic range of the respectively illuminated Reception areas 44 are exceeded. In such cases, the mixed signal 46 received can radiate, which can lead to crosstalk effects in neighboring reception areas 44 . Such crosstalk effects can also be referred to as “crosstalk”.

Falls Übersprecheffekte mit dem LiDAR-System 12 erkannt werden, werden beim Betrieb des LiDAR-Systems 12 Maßnahmen zur Verringerung der Übersprecheffekte auf die Empfangsbereiche 44 durchgeführt. Hierzu wird die Kohärenz der Abtastsignale 20, nämlich 20kor, wenigstens für die Dauer, in der die Übersprecheffekte hervorrufende Situation vorliegt, beispielsweise solange das retroreflektive Objekt 18 mit dem LiDAR-System 12 erfasst wird, gestört.If crosstalk effects are detected with the LiDAR system 12, measures to reduce the crosstalk effects on the reception areas 44 are carried out during the operation of the LiDAR system 12. For this purpose, the coherence of the scanning signals 20, namely 20 kor , is disrupted at least for the duration in which the situation causing the crosstalk effects is present, for example as long as the retroreflective object 18 is detected with the LiDAR system 12 .

Zur Steuerung der Kohärenz des Abtastsignals 20 werden die elektrischen Ansteuersignale, mit denen die Diodenlaser 36 der Signalquelle 30 jeweils angesteuert werden, mit einer hochfrequenten elektrischen Breitbandstörung, beispielsweise einem weißen Rauschen, überlagert. Zur Erzeugung der Breitbandstörung weist die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 ein Störmittel 29 auf.In order to control the coherence of the scanning signal 20, the electrical drive signals, with which the diode lasers 36 of the signal source 30 are driven in each case, are superimposed with high-frequency broadband electrical interference, for example white noise. To generate the broadband interference, the control and evaluation device 28 has an interference device 29 .

Mit der Breitbandstörung wird erreicht, dass die Kohärenzlänge des Abtastsignals 20 und damit des Referenzsignals 21 und des Echosignals 22 verkürzt wird. Dies hat zur Folge, dass die Frequenzbreite der Laserlinie des Abtastsignals 20, des Referenzsignals 21 und des Echosignals 22 verbreitert wird.What is achieved with the broadband interference is that the coherence length of the scanning signal 20 and thus of the reference signal 21 and the echo signal 22 is shortened. As a result, the frequency width of the laser line of the scanning signal 20, the reference signal 21 and the echo signal 22 is widened.

In der 8 ist die Frequenzverteilung des Abtastsignals 20, respektive 20kor, beim korrigierten Betrieb des LiDAR-Systems 12 mit kürzerer Kohärenzlänge zu den beispielhaften Zeitpunkten t0 und t1 aus der 5 gezeigt. Lediglich zum Vergleich ist der Frequenzverlauf des Abtastsignals 20reg beim regulären Betrieb zum Zeitpunkt t0 gestrichelt gezeigt.In the 8th is the frequency distribution of the sampled signal 20, or 20 kor , in the corrected operation of the LiDAR system 12 with a shorter coherence length at the exemplary times t 0 and t 1 from FIG 5 shown. The frequency curve of the sampling signal 20 reg during regular operation at the time t 0 is shown as a dashed line only for comparison.

Durch die Verkürzung der Kohärenzlänge des Abtastsignals 20, des Referenzsignals 21 und des Echosignals 22 verringert sich, wie in 9 gezeigt, die Amplitude 52, respektive 52kor, des Mischsignals 46kor im Vergleich zum regulären Betrieb. Außerdem erhöht sich das Rauschniveau NLkor im Vergleich zum regulären Betrieb. Die Amplitude 52kor des Mischsignals 46 im korrigierten Betrieb liegt innerhalb des Dynamikbereichs der Empfangsbereiche 44. So wird ein Übersprechen auf benachbarte Empfangsbereichen 44 vermindert.By shortening the coherence length of the sampled signal 20, the reference signal 21 and the echo signal 22 is reduced, as in 9 shown, the amplitude 52, or 52 kor , of the mixed signal 46 kor compared to regular operation. In addition, the noise level NL kor increases compared to regular operation. The amplitude 52 kor of the mixed signal 46 in corrected operation lies within the dynamic range of the reception areas 44. Crosstalk to neighboring reception areas 44 is thus reduced.

Durch die separate Ansteuerung können die Diodenlaser 36 individuell so angesteuert werden, dass die Kohärenzlänge des in das Sichtfeld 16 gesendeten Abtastsignals 20 räumlich variieren kann. Das gesamte Abtastsignal 20, welches sich aus den Lasersignalen zusammensetzt, die mit den einzelnen Diodenlasern 36 erzeugt werden, kann so zur Verminderung von Übersprecheffekten aufseiten der Empfangsbereiche 40 gezielter angepasst werden.Due to the separate control, the diode lasers 36 can be controlled individually in such a way that the coherence length of the scanning signal 20 sent into the field of view 16 can vary spatially. The entire scanning signal 20, which is composed of the laser signals with the Individual diode lasers 36 are generated can thus be adjusted more specifically to reduce crosstalk effects on the part of the reception areas 40.

Alternativ können die Diodenlaser 36 gemeinsam angesteuert werden. Auf diese Weise kann die Steuerung vereinfacht werden.Alternatively, the diode lasers 36 can be driven together. In this way, the control can be simplified.

In der 4 ist eine Anordnung eines Empfängers 38 und einer Signalquelle 30 in Form einer integrierten Optik, beispielsweise einem Photonic Integrated Circuit (PIC) gezeigt. Im Unterschied zu der biaxialen Anordnung aus der 3 haben hier die Signalquelle 30 und der Empfänger 38 eine gemeinsame Achse. Beispielhaft sind Reihen mit Diodenlasern 36 wechselweise mit Reihen mit Empfangsbereichen 44 angeordnet.In the 4 1 shows an arrangement of a receiver 38 and a signal source 30 in the form of integrated optics, for example a photonic integrated circuit (PIC). In contrast to the biaxial arrangement from the 3 here the signal source 30 and the receiver 38 have a common axis. For example, rows with diode lasers 36 are arranged alternately with rows with receiving areas 44 .

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 2020/086142 A2 [0004]WO 2020/086142 A2 [0004]

Claims (13)

Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems (12) insbesondere eines Fahrzeugs (10), bei dem wenigstens ein kohärentes elektromagnetisches Abtastsignal (20) mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) des LiDAR-Systems (12) in wenigstens ein Sichtfelds (16) des LiDAR-Systems (12) gesendet wird, wenigstens ein elektromagnetisches Echosignal (22), welches von dem in dem wenigstens einen Sichtfeld (16) reflektierten elektromagnetischen Abtastsignal (20) herrührt, mit wenigstens einer Empfangseinrichtung (26) des LiDAR-Systems (12) empfangen und verarbeitet wird, wobei mit wenigstens einem Empfangsbereich (44) der wenigstens einen Empfangseinrichtung (26) elektromagnetische Signale (46) in elektrische Signale umgewandelt werden und wobei wenigstens zeitweise Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten auf wenigstens einen Empfangsbereich (44) durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektromagnetisches Abtastsignal (20) als frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal gesendet wird, ein Anteil des wenigstens einen elektromagnetischen Abtastsignals (20) als wenigstens ein elektromagnetisches Referenzsignal (21) abgezweigt wird, aus dem wenigstens einen Referenzsignal (21) und dem wenigstens einen Echosignal (22) wenigstens ein Mischsignal (46) erzeugt wird, welches mit der wenigstens einen Empfangseinrichtung (26) verarbeitet wird, wobei die Kohärenz wenigstens eines elektromagnetischen Abtastsignals (20) zur Verringerung von Übersprecheffekten wenigstens zeitweise gestört wird.Method for operating a LiDAR system (12), in particular a vehicle (10), in which at least one coherent electromagnetic scanning signal (20) is transmitted with at least one transmitting device (24) of the LiDAR system (12) into at least one field of view (16) of the LiDAR system (12), at least one electromagnetic echo signal (22), which originates from the electromagnetic scanning signal (20) reflected in the at least one field of view (16), is received with at least one receiving device (26) of the LiDAR system (12). and is processed, with at least one receiving area (44) of the at least one receiving device (26) converting electromagnetic signals (46) into electrical signals and with at least intermittent measures being taken to reduce crosstalk effects on at least one receiving area (44), characterized in that that at least one electromagnetic scanning signal (20) is sent as a frequency-modulated continuous wave signal, a portion of the at least one electromagnetic scanning signal (20) is branched off as at least one electromagnetic reference signal (21), from the at least one reference signal (21) and the at least one echo signal ( 22) at least one mixed signal (46) is generated, which is processed with the at least one receiving device (26), the coherence of at least one electromagnetic scanning signal (20) being disturbed at least temporarily in order to reduce crosstalk effects. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektromagnetisches Mischsignal (46) als Interferenz des wenigstens einen elektromagnetischen Referenzsignals (21) und des wenigstens einen elektromagnetischen Echosignals (22) realisiert wird.procedure after claim 1 , characterized in that at least one electromagnetic mixed signal (46) is realized as an interference of the at least one electromagnetic reference signal (21) and the at least one electromagnetic echo signal (22). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Echosignal (22) und/oder das wenigstens eine Referenzsignal (21), insbesondere das wenigstens eine Mischsignal (46), in wenigstens einem Empfangsbereich (44) wenigstens eines Empfangsfeldes mit mehreren Empfangsbereichen (44) empfangen wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the at least one echo signal (22) and/or the at least one reference signal (21), in particular the at least one mixed signal (46), is received in at least one reception area (44) of at least one reception field with a plurality of reception areas (44). . Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine elektromagnetische Signalquelle (30) wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) zur Erzeugung wenigstens eines kohärenten elektromagnetischen Abtastsignals (20) in Form eines frequenzmodulierten Dauerstrichsignals mit wenigstens einem elektrischen Steuersignal angesteuert wird, wobei das wenigstens eine elektrische Steuersignal zur Störung der Kohärenz des wenigstens einen elektromagnetischen Abtastsignals (20) wenigstens zeitweise verändert wird, insbesondere wenigstens zeitweise mit einer hochfrequenten elektrischen Breitbandstörung überlagert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electromagnetic signal source (30) of at least one transmitting device (24) for generating at least one coherent electromagnetic scanning signal (20) in the form of a frequency-modulated continuous wave signal is controlled with at least one electrical control signal, the at least an electrical control signal for disrupting the coherence of the at least one electromagnetic scanning signal (20) is changed at least temporarily, in particular superimposed at least temporarily with a high-frequency electrical broadband interference. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Signalquelle (30) wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) zur Erzeugung wenigstens eines elektromagnetischen Abtastsignals (20) mit wenigstens einem Chirp angesteuert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one signal source (30) of at least one transmission device (24) for generating at least one electromagnetic scanning signal (20) is controlled with at least one chirp. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus wenigstens einem Mischsignal (46) eine Entfernung und/oder eine Geschwindigkeit und/oder eine Richtung eines mit dem LiDAR-System (12) erfassten Objekts (18) relativ zu dem LiDAR-System (12) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that from at least one mixed signal (46) a distance and/or a speed and/or a direction of an object (18) detected with the LiDAR system (12) relative to the LiDAR system (12) is determined. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Störung der Kohärenz wenigstens eines Abtastsignals (20) durchgeführt wird, sobald ein Übersprecheffekt bei wenigstens einem Empfangsbereich (44) festgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the disruption of the coherence of at least one scanning signal (20) is carried out as soon as a crosstalk effect is detected in at least one reception area (44). LiDAR-System (12) insbesondere eines Fahrzeugs (10), mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) zum Senden wenigstens eines kohärenten elektromagnetischen Abtastsignals (20) in wenigstens ein Sichtfelds (16) des LiDAR-Systems (12), mit wenigstens einer Empfangseinrichtung (26) zum Empfangen und Verarbeiten von elektromagnetischen Echosignalen (22), welche von wenigstens einem in dem wenigstens einen Sichtfelds (16) reflektierten elektromagnetischen Abtastsignal (20) herrühren, mit Mitteln zum wenigstens zeitweise Durchführen von Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten von elektromagnetischen Signalen auf wenigstens einen Empfangsbereich (44) der wenigstens einen Empfangseinrichtung (26), dadurch gekennzeichnet, dass das LiDAR-System (12) wenigstens eine Signalquelle (30) zur Erzeugung von elektromagnetischen Abtastsignalen (20) in Form von frequenzmodulierten Dauerstrichsignalen, wenigstens eine Abzweigeinrichtung (34) zum Abzweigen von Anteilen von elektromagnetischen Abtastsignalen (20) als elektromagnetische Referenzsignale (21), wenigstens eine Mischeinrichtung (42) zur Mischung von elektromagnetischen Referenzsignalen (21) und elektromagnetischen Echosignalen (22) und wenigstens eine Störeinrichtung (29) zum wenigstens zeitweisen Stören von Kohärenzen von elektromagnetischen Abtastsignalen (20) aufweist.LiDAR system (12), in particular of a vehicle (10), with at least one transmitting device (24) for transmitting at least one coherent electromagnetic scanning signal (20) into at least one field of view (16) of the LiDAR system (12), with at least one receiving device ( 26) for receiving and processing electromagnetic echo signals (22), which originate from at least one electromagnetic scanning signal (20) reflected in the at least one field of view (16), with means for at least temporarily implementing measures to reduce crosstalk effects of electromagnetic signals to at least a receiving area (44) of the at least one receiving device (26), characterized in that the LiDAR system (12) has at least one signal source (30) for generating electromagnetic scanning signals (20) in the form of frequency-modulated continuous wave signals, at least one branching device (34) for branching off portions of electromagnetic scanning signals (20) as electromagnetic reference signals (21), at least one mixing device (42) for mixing electromagnetic reference signals (21) and electromagnetic echo signals (22) and at least one disrupting device (29) for disrupting coherences at least temporarily of electromagnetic scanning signals (20). LiDAR-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sendeeinrichtung (24) mehrere Signalquellen (30) zur Erzeugung von kohärenten elektromagnetischen Abtastsignalen (20) in Form eines frequenzmodulierten Dauerstrichsignalen aufweist und/oder wenigstens eine Empfangseinrichtung (26) mehrere Empfangsbereiche (44) zum Empfangen von elektromagnetischen Signalen, insbesondere eines Echosignalen (22) und/oder Mischsignalen (46), aufweist.LiDAR system after claim 8 , characterized in that at least one transmitting device (24) for generating a plurality of signal sources (30). transmission of coherent electromagnetic scanning signals (20) in the form of a frequency-modulated continuous wave signal and/or at least one receiving device (26) has a plurality of receiving areas (44) for receiving electromagnetic signals, in particular an echo signal (22) and/or mixed signals (46). LiDAR-System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Empfangseinrichtung (26) mehrere Empfangsbereiche (44) aufweist, wobei wenigstens zwei Empfangsbereiche (44) nebeneinander angeordnet sind und/oder zwischen wenigstens zwei der Empfangsbereichen (44) wenigstens eine Signalquelle (30) der wenigstens einen Sendeeinrichtung (24) zur Erzeugung wenigstens eines kohärenten elektromagnetischen Abtastsignals (20) angeordnet ist.LiDAR system after claim 8 or 9 , characterized in that at least one receiving device (26) has a plurality of receiving areas (44), at least two receiving areas (44) being arranged next to one another and/or between at least two of the receiving areas (44) at least one signal source (30) of the at least one transmitting device ( 24) for generating at least one coherent electromagnetic scanning signal (20). LiDAR-System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das LiDAR-System (12), insbesondere wenigstens eine Sendeeinrichtung (24) und/oder wenigstens eine Empfangseinrichtung (26) und/oder wenigstens eine Abzweigeinrichtung (34) und/oder wenigstens eine Mischeinrichtung (42) und/oder wenigstens eine Störeinrichtung (29), wenigstens ein integriertes optisches Bauteil aufweist, daraus wenigstens mitgebildet ist oder daraus besteht.LiDAR system according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that the LiDAR system (12), in particular at least one transmitting device (24) and/or at least one receiving device (26) and/or at least one branching device (34) and/or at least one mixing device (42) and/or at least one interference device (29), has at least one integrated optical component, is at least formed from it or consists of it. LiDAR-System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sendeeinrichtung (24) mehrere Signalquellen (30) aufweist, wobei wenigstens ein Teil der Signalquellen (30) separat ansteuerbar ist und/oder wenigstens ein Teil der Signalquellen (30) gemeinsam ansteuerbar ist.LiDAR system according to one of the Claims 8 until 11 , characterized in that at least one transmitting device (24) has a plurality of signal sources (30), at least some of the signal sources (30) being controllable separately and/or at least some of the signal sources (30) being controllable together. Fahrzeug (10) aufweisend wenigstens eine LiDAR-System (12), mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) zum Senden wenigstens eines kohärenten elektromagnetischen Abtastsignals (20) in wenigstens ein Sichtfelds (16) des LiDAR-Systems (12), mit wenigstens einer Empfangseinrichtung (26) zum Empfangen und Verarbeiten von elektromagnetischen Echosignalen (22), welche von wenigstens einem in dem wenigstens einen Sichtfelds (16) reflektierten elektromagnetischen Abtastsignal (20) herrühren, mit Mitteln zum wenigstens zeitweise Durchführen von Maßnahmen zur Verringerung von Übersprecheffekten von elektromagnetischen Signalen auf wenigstens einen Empfangsbereich (44) der wenigstens einen Empfangseinrichtung (26), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine LiDAR-System (12) wenigstens eine Signalquelle (30) zur Erzeugung von elektromagnetischen Abtastsignalen (20) in Form von frequenzmodulierten Dauerstrichsignalen, wenigstens eine Abzweigeinrichtung (34) zum Abzweigen von Anteilen von elektromagnetischen Abtastsignalen (20) als elektromagnetische Referenzsignale (21), wenigstens eine Mischeinrichtung (42) zur Mischung von elektromagnetischen Referenzsignalen (21) und elektromagnetischen Echosignalen (22) und wenigstens eine Störeinrichtung (29) zum wenigstens zeitweisen Stören von Kohärenzen von elektromagnetischen Abtastsignalen (20) aufweist.Vehicle (10) having at least one LiDAR system (12), with at least one transmitting device (24) for transmitting at least one coherent electromagnetic scanning signal (20) into at least one field of view (16) of the LiDAR system (12), with at least one receiving device (26) for receiving and processing electromagnetic echo signals (22), which originate from at least one electromagnetic scanning signal (20) reflected in the at least one field of view (16), with means for at least temporarily implementing measures to reduce crosstalk effects of electromagnetic signals at least one receiving area (44) of the at least one receiving device (26), characterized in that the at least one LiDAR system (12) has at least one signal source (30) for generating electromagnetic scanning signals (20) in the form of frequency-modulated continuous wave signals, at least one branching device (34) for branching off portions of electromagnetic scanning signals (20) as electromagnetic reference signals (21), at least one mixing device (42) for mixing electromagnetic reference signals (21) and electromagnetic echo signals (22) and at least one interference device (29) at least temporarily Disturbance of coherences of electromagnetic scanning signals (20).
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