DE102021201283A1

DE102021201283A1 - Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor

Info

Publication number: DE102021201283A1
Application number: DE102021201283.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Kern; Sebastian BANZHAF
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-11
Filing date: 2021-02-11
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor (200), umfassend: Bestimmen (101) von Schwebungsfrequenzen (FB) eines demodulierten Interferenzsignals eines LiDAR-Sensors (200), wobei das demodulierte Interferenzsignal auf einem Interferenzprozess zwischen einem von einem Objekt (213) reflektierten und vom LiDAR-Sensor (200) empfangen Empfangssignal (206) und einem Referenzsignal (208) des LiDAR-Sensors (200) basiert, wobei das Empfangssignal (206) und das Referenzsignal (208) eine Frequenzmodulation (FM) aufweisen, und wobei das Empfangssignal (206) ferner eine Phasenmodulation (PM) in Form eines Phasencodes aufweist;Ermitteln (103) einer ersten möglichen Entfernung (d1) und einer zweiten möglichen Entfernung (d2) des Objekts (213) basierend auf der Schwebungsfrequenz (FB) gemäß einer Relation (R1, R2) zwischen Schwebungsfrequenz (FB) und Entfernung (d) des Objekts (213);Identifizieren (105) der ersten möglichen Entfernung (d1) oder der zweiten möglichen Entfernung (d2) als übereinstimmend mit einer realen Entfernung (d) des Objekts (213) unter Berücksichtigung einer Information des Phasencodes der Phasenmodulation (PM);Bereitstellen (107) der ersten möglichen Entfernung (d1) und/oder einer entsprechenden ersten Geschwindigkeit oder der zweiten möglichen Entfernung (d2) und/oder einer entsprechenden zweiten Geschwindigkeit als reale Entfernung (d) und/oder reale Geschwindigkeit (v) des Objekts (213).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor.
Stand der Technik
LiDAR-Sensoren sind ein wichtiger Bestandteil in den Bereichen der Fahrassistenz und des autonomen Fahrens von Fahrzeugen, indem LiDAR-Sensoren präzise Entfernungsinformationen von Objekten im Sichtbereich des Fahrzeugs bereitstellen können. FMCW - Frequency Modulated Continuous Wave- LiDAR-Sensoren stellen hierbei aus dem Stand der Technik bekannte Systeme dar.
FMCW LiDAR-Sensoren weisen jedoch den Nachteil auf, dass basierend auf den ermittelten Schwebungsfrequenzen der frequenzmodulierten LiDAR-Signale und ebenfalls frequenzmodulierter Referenzsignale des LiDAR-Sensors nicht in jeder Situation eindeutige Entfernungen bzw. Geschwindigkeiten der durch den LiDAR-Sensor detektierten Objekte ermittelbar sind.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor und den LiDAR-Sensor der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor bereitgestellt, umfassend: Bestimmen von Schwebungsfrequenzen eines demodulierten Interferenzsignals eines LiDAR-Sensors, wobei das demodulierte Interferenzsignal auf einem Interferenzprozess zwischen einem von einem Objekt reflektierten und vom LiDAR-Sensor empfangen Empfangssignal und einem Referenzsignal des LiDAR-Sensors basiert, wobei das Empfangssignal und das Referenzsignal eine Frequenzmodulation aufweisen, und wobei das Empfangssignal ferner eine Phasenmodulation in Form eines Phasencodes aufweist; Ermitteln einer ersten möglichen Entfernung und einer zweiten möglichen Entfernung des Objekts basierend auf den Schwebungsfrequenzen gemäß einer Relation zwischen Schwebungsfrequenz und Entfernung des Objekts; Identifizieren der ersten möglichen Entfernung oder der zweiten möglichen Entfernung als übereinstimmend mit einer realen Entfernung des Objekts unter Berücksichtigung einer Information des Phasencodes der Phasenmodulation; Bereitstellen der ersten möglichen Entfernung und/oder einer entsprechenden ersten Geschwindigkeit oder der zweiten möglichen Entfernung und/oder einer entsprechenden zweiten Geschwindigkeit als reale Entfernung und/oder reale Geschwindigkeit des Objekts.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor bereitgestellt werden kann, bei dem durch die Berücksichtigung von Information einer Phasenmodulation der LiDAR-Signale eine Uneindeutigkeit in der Entfernungs- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung basiert auf Schwebungsfrequenzen der demodulierten Interferenzsignale des LiDAR-Sensors aufgehoben werden kann. Unter Berücksichtigung der Information der Phasenmodulation der LiDAR-Signale kann somit für ermittelte Schwebungsfrequenzpaare, bestehend aus zwei assoziierten Schwebungsfrequenzen, die jeweils identischen Empfangssignalen basieren, eindeutig eine reale Entfernung bzw. Geschwindigkeit eines jeweils detektierten Objekts bestimmt werden.
Durch die Auflösung der Uneindeutigkeit der Entfernungs- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung basierend auf den Schwebungsfrequenzen der demodulierten Interferenzsignale kann ferner eine Multi-Target-Fähigkeit erreicht werden, bei der mehrere Objekte identifiziert und eine entsprechende eindeutige Entfernungs- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung der jeweiligen Objekte erreicht werden kann. Darüber hinaus ist eine Multiplexing-Fähigkeit des Verfahrens bzw. des jeweiligen LiDAR-Sensors ermöglicht.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Identifizieren:
Erstellen eines ersten Frequenzspektrums und eines zweiten Frequenzspektrums, wobei das erste Frequenzspektrum auf einer Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit dem bezüglich der ersten möglichen Entfernung entfernungskorrigierten Phasencode basiert, und wobei das zweite Frequenzspektrum auf einer Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit dem bezüglich der zweiten möglichen Entfernung entfernungskorrigierten Phasencode basiert;
Bestimmen einer Signalqualität eines Signals der Schwebungsfrequenz innerhalb des ersten Frequenzspektrums gemäß eines quantitativen Qualitätsmaßes und Bestimmen einer Signalqualität eines Signals der Schwebungsfrequenz innerhalb des zweiten Frequenzspektrums gemäß des quantitativen Qualitätsmaßes; und Identifizieren der ersten möglichen Entfernung und/oder einer entsprechenden ersten Geschwindigkeit als reale Entfernung und/oder reale Geschwindigkeit des Objekts, falls das Signal der Schwebungsfrequenz innerhalb des ersten Frequenzspektrums eine höhere Signalqualität aufweist als das Signal der Schwebungsfrequenz innerhalb des zweiten Frequenzspektrums, und Identifizieren der zweiten möglichen Entfernung und/oder einer entsprechenden zweiten Geschwindigkeit als reale Entfernung und/oder reale Geschwindigkeit des Objekts, falls das Signal der Schwebungsfrequenz innerhalb des zweiten Frequenzspektrums eine höhere Signalqualität als das Signal der Schwebungsfrequenz innerhalb des ersten Frequenzspektrums aufweist.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Identifizierung der realen Entfernung bzw. Geschwindigkeit basierend auf den für jede Schwebungsfrequenz ermittelten möglichen Entfernungen bzw. möglichen Geschwindigkeiten des Objekts ermöglicht ist. Durch die Multiplikation der Signale der Schwebungsfrequenzen mit den jeweils zeitverschobenen Phasencodes in Gestalt eines Entfaltungsprozesses und der darauffolgenden Ermittlung der Signalqualität der aus dem Entfaltungsprozess resultierenden Signale der Schwebungsfrequenzen kann eine technisch einfache und präzise Ermittlung der realen Entfernung bzw. Geschwindigkeit in Form der möglichen Entfernung bzw. Geschwindigkeit, die zu dem Signal der Schwebungsfrequenz mit höherer Signalqualität führt, erreicht werden.
Nach einer Ausführungsform umfasst die Entfernungskorrektur des Phasencodes eine Zeitverschiebung u_1,2T_S=2d_1,2/c eines Codetemplates des Phasencodes, wobei d_1,2 die ersten und zweiten möglichen Entfernungen darstellt, wobei T_s ein Abtastintervall darstellt, wobei c eine Lichtgeschwindigkeit darstellt, wobei die Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit dem entfernungskorrigierten Phasencode gemäß einem Entfaltungsprozess erfolgt und die Relation erfüllt: m_1,2(k) = c_RX,c(k)c_T(k,u_1,2) = [A_ĉ · cos(ατkT_s ± ω_DkT_s + ω₀τ -1/2·ατ² - ϕ(kTs - τ))] · cos(ϕ((k - u_1,2)T_s)), wobei c_RX,c das demodulierte (und diskretisierte) Interferenzsignal und c_T das Codetemplate des Phasencodes darstellen, wobei k eine digitale Laufvariable darstellt, wobei Ts das Abtastintervall darstellt, wobei A^_c eine Signalamplitude darstellt, wobei ω_D eine Dopplerfrequenz darstellt, wobei a ein Verhältnis zwischen einer Modulationsbandbreite und einer Modulationsdauer der Frequenzmodulation darstellt, wobei ω₀τ eine aus einer Time of Flight resultierenden Phasenverschiebung darstellt, wobei 1/2·ατ² eine weitere Phasenverschiebung resultierend aus der Time of Flight und dem Verhältnis aus Modulationsbreite und Modulationsdauer darstellt, und wobei ϕ(kT_s - τ) eine zeitverschobenen Codesequenz darstellt.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Entfernungskorrektur des Phasencodes in Form einer Zeit bzw. Phasenverschiebung und damit verbunden eine präzise Identifikation der realen Entfernung bzw. Geschwindigkeit des detektierten Objekts bereitgestellt werden kann.
Nach einer Ausführungsform umfasst das quantitative Qualitätsmaß eine Signal-Rausch-Verhältnis.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein aussagekräftiges und einfach zu detektierendes quantitatives Qualitätsmaß bereitgestellt werden kann.
Nach einer Ausführungsform sind ein Frequenzspektrum des demodulierten Interferenzsignals und/oder das erste Frequenzspektrum und/oder das zweite Frequenzspektrum durch eine Fast-Fourier-Transformation des demodulierten Interferenzsignals und/oder der Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit dem bezüglich der ersten oder zweiten möglichen Entfernung entfernungskorrigierten Phasencode generiert.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine effiziente und schnelle Generierung der Frequenzspektren bereitgestellt werden kann.
Nach einer Ausführungsform ist auf das Frequenzspektrum des Interferenzsignals und/oder auf das erste Frequenzspektrum und/oder auf das zweite Frequenzspektrum ein spektraler Mittelungsprozess angewendet.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch den spektralen Mittelungsprozess die Qualität der Frequenzspektren erhöht und damit verbunden die Beurteilung der Signalqualität der Schwebungsfrequenzen verbessert werden kann. Hierdurch ist eine präzisere Identifikation der realen Entfernung bzw. Geschwindigkeit des detektierten Objekts basierend auf der Signalqualität der Schwebungsfrequenz ermöglicht.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Identifizieren:

Generieren basierend auf jeder der Schwebungsfrequenzen einer Korrelation R_sc(u) = Σ_k=0 ^NCS c_RX(k)c_T(k - u) zwischen dem Interferenzsignal c_RX und einem komplexen frequenzabhängigen Codetemplate c_T des Phasencodes, wobei für das Codetemplate gilt c_T(k) = cos(ω^∼ _BkT_s - ϕ(kT_s)) + jsin(ω^∼ _BkT_s - ϕ(kT_s)), wobei j eine imaginäre Zahl ist, wobei ω^∼ _B die Schwebungsfrequenz ist, wobei k eine digitale Laufvariable ist, wobei T_s ein Abtastintervall ist, und wobei ϕ(kT_s) eine Codesequenz der Phasenmodulation darstellt;
Ermitteln eines Signalpeaks in einem Absolutwert-Korrelogramm entsprechend |R_SC(u)| = (real(R_SC(u))² + im(R_SC(u))^1/2 der Korrelation R_sc(u) bei einer ersten Templateverschiebung von u₁=2d₁/(c₀T_s) oder einer zweiten Templateverschiebung von u₂=2d₂/(c₀T_s), wobei real(R_SC(u)) ein Realteil und im(R_SC(u)) ein Imaginärteil der Korrelation R_SC(u) sind, wobei d eine Entfernung eines Objekts zum LiDAR-Sensor, c₀ eine Lichtgeschwindigkeit und T_s das Abtastintervall darstellen; und
Identifizieren der ersten möglichen Entfernung und/oder einer entsprechenden ersten Geschwindigkeit als reale Entfernung und/oder reale Geschwindigkeit des Objekts, falls für die erste Templateverschiebung von u₁=2d₁/(c₀T_s) ein Signalpeak detektiert wird, und Identifizieren der zweiten möglichen Entfernung und/oder einer entsprechenden zweiten Geschwindigkeit als reale Entfernung und/oder reale Geschwindigkeit des Objekts, falls für die zweite Templateverschiebung von u₂=2d₂/(c₀T_s) ein Signalpeak detektiert wird.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine weitere präzise und leistungsfähige Alternative zur Identifikation der realen Entfernung bzw. Geschwindigkeit der detektierten Objekte bereitgestellt werden kann.
Nach einer Ausführungsform umfasst die Frequenzmodulation eine aufsteigende Modulationsrampe mit aufsteigender Frequenz und eine absteigende Modulationsrampe mit absteigender Frequenz, wobei die Phasenmodulation in der aufsteigenden Modulationsrampe und/oder der absteigenden Modulationsrampe ausgeführt ist.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die aufsteigende bzw. absteigende Modulationsrampe eine effektive Frequenzmodulation bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus kann durch die Phasenmodulation in einer der beiden oder beiden Modulationsrampen eine effiziente und flexibel gestaltbare Phasenmodulation bereitgestellt werden.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Phasencode binäre Sequenzen, wobei die binären Sequenzen Maximum Length-Sequenzen, Gold-Sequenzen oder Kasami-Sequenzen umfassen.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine robuste und technisch einfach zu realisierende und einfach zu interpretierende Phasenmodulation bereitgestellt werden kann.
Nach einer Ausführungsform wird für jede aufsteigende und absteigende Modulationsrampe der Frequenzmodulation wenigstens eine Schwebungsfrequenz ermittelt, wobei für jedes derart generierte Schwebungsfrequenzpaar einer Schwebungsfrequenz einer aufsteigenden Modulationsrampe und einer Schwebungsfrequenz einer absteigenden Modulationsrampe zwei mögliche Entfernungen bestimmt werden, und wobei basierend auf den zwei möglichen Entfernungen für jedes Schwebungsfrequenzpaar eine reale Entfernung bestimmt wird.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Entfernungs- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung der detektierten Objekte ermöglicht ist, indem für jede Modulationsrampe der Frequenzmodulation eine entsprechende Schwebungsfrequenz bestimmt wird und für jedes derart generierte Schwebungsfrequenzpaar nach den oben genannten Ausführungsformen entsprechend eine Entfernungs- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung durchgeführt wird.
Nach einer Ausführungsform wird für jede Modulationsrampe eine Mehrzahl von Schwebungsfrequenzen ermittelt, wobei die Mehrzahl von Schwebungsfrequenzen auf einer Mehrzahl von Empfangssignalen basiert, die von einer Mehrzahl von Objekten reflektiert sind, wobei für jedes mögliche Schwebungsfrequenzpaar einer Schwebungsfrequenz einer aufsteigenden Modulationsrampe und einer Schwebungsfrequenz einer absteigenden Modulationsrampe zwei mögliche Entfernungen bestimmt werden, und wobei basierend auf den zwei möglichen Entfernungen für jedes mögliche Schwebungsfrequenzpaar eine reale Entfernung bestimmt wird.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass für eine Mehrzahl verschiedener Objekte eine entsprechende Entfernungs- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung in Gestalt eines MultiTarget-Modus bereitgestellt werden kann.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Recheneinheit bereitgestellt, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, das Verfahren Reichweitenbestimmung eines LiDAR-Sensors nach einer der voranstehenden Ausführungsformen auszuführen.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wir ein LiDAR-Sensor bereitgestellt, wobei der LiDAR-Sensor als ein FMCW LiDAR-Sensor ausgebildet ist und umfasst:

eine Laserquelle zum Erzeugen frequenzmodulierter LiDAR-Signale;
wenigstes eine Sendeeinheit zum Aussenden der LiDAR-Signale;
eine Empfangseinheit zum Empfangen von Empfangssignalen;
eine Koppeleinheit zum Ausführen eines Interferenzprozesses zwischen einem frequenzmodulierten Referenzsignal und den Empfangssignalen;
eine Demodulatoreinheit zum Demodulieren von Interferenzsignalen der Koppeleinheit; und
eine Phasenmodulationseinheit zum Generieren einer Phasenmodulation der frequenzmodulierten LiDAR-Signale der Laserquelle.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbesserter FMCW LiDAR-Sensor bereitgestellt werden kann, der eingerichtet ist, eine Phasenmodulation der frequenzmodulierten LiDAR-Signale durchzuführen.
Nach einer Ausführungsform umfasst der LiDAR-Sensor eine erfindungsgemäße Recheneinheit und ist eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor nach einer der oben genannten Ausführungsformen auszuführen.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass der LiDAR-Sensor eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor mit den oben genannten technischen Vorteilen auszuführen.
Nach einer Ausführungsform umfasst der LiDAR-Sensor eine Mehrzahl von Sendeeinheiten, wobei der LiDAR-Sensor in einem Multiplexing-Modus betreibbar ist.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein Multiplexingfähiger LiDAR-Sensor bereitgestellt werden kann.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle bereitgestellt, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor nach einer der voranstehenden Ausführungsformen auszuführen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines LiDAR-Sensors gemäß einer Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung einer Kombination zwischen Frequenzmodulation und Phasenmodulation von LiDAR-Signalen eines LiDAR-Sensors gemäß einer Ausführungsform;
3 ein Diagramm eines Frequenzspektrums eines Interferenzsignals für eine aufsteigende Modulationsrampe und eine absteigende Modulationsrampe;
4 eine weitere schematische Darstellung eines LiDAR-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor gemäß einer Ausführungsform;
5 ein weiteres Flussdiagramm des Verfahrens zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor gemäß einer weiteren Ausführungsform;
7 ein Diagramm eines ersten Frequenzspektrums gemäß einer ersten Entfernungshypothese und eines zweiten Frequenzspektrums gemäß einer ersten Entfernungshypothese für eine absteigende Modulationsrampe;
8 ein weiteres Flussdiagramm des Verfahrens zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor gemäß einer weiteren Ausführungsform;
9 ein weiteres Flussdiagramm des Verfahrens zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
10 eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines LiDAR-Sensors 200 gemäß einer Ausführungsform.
Kern der Erfindung ist die Kombination linearer Frequenzmodulation mit Phasencodes für ein kohärentes Lidar-System. Selbst bei Verwendung eines einfachen Aufbaus ohne komplexen Demodulator ermöglicht dies die eindeutige Schätzung von Entfernung und Geschwindigkeit, MultiTarget-Fähigkeit und Multiplexing mittels orthogonaler Codes. Der Grundgedanke dabei ist, die eigentlich uneindeutige Schätzung der möglichen Entfernung und Geschwindigkeiten detektierter Objekte eines typischen FMCW LiDAR-Sensors mit reellem Demodulator mit Hilfe des überlagerten Phasencodes zu plausibilisieren und die tatsächlich realen Entfernungen und Geschwindigkeiten detektierter Objekte zu ermitteln.
1 zeigt einen FMCW LiDAR-Sensor 200 mit einer Laserquelle 201, die eingerichtet ist, eine frequenzmodulierte Laserstrahlung als LiDAR-Signale 204 zu erzeugen. Der LiDAR-Sensor 200 umfasst ferner eine Sendeeinheit 203 zum Aussenden der LiDAR-Signale 204 und eine Empfangseinheit 205 zum Empfangen von Empfangssignalen 206, die aus einer Reflexion der LiDAR-Signale 204 an zu detektierenden Objekten 213 resultieren. Darüber hinaus umfasst der LiDAR-Sensor 200 eine Koppeleinheit 207 zur Durchführung eines Interferenzprozesses zwischen den Empfangssignalen 206 und einem Referenzsignal 208 des LiDAR-Sensors 200. Zur Erzeugung des Referenzsignals 208 umfasst der LiDAR-Sensor 200 eine Strahlteilereinheit 209, die eingerichtet ist, Teile der frequenzmodulierten LiDAR-Signale 204 der Laserquelle 201 in die Koppeleinheit 207 einzuleiten.
Innerhalb der Koppeleinheit 207 kann mittels eines Interferenzprozesses zwischen den Empfangssignalen 206, die über den Empfangskanal RX in die Koppeleinheit 207 eingeleitet werden, und dem Referenzsignal 208 ein entsprechendes Interferenzsignal erzeugt werden. Das Interferenzsignal weist aufgrund der Frequenzmodulation FM sowohl des Referenzsignals 208 als auch des Empfangssignals 206 und aufgrund der Phasenverschiebung des Empfangssignals relativ zum Referenzsignal aufgrund des Gangunterschieds beider Signale eine entsprechende Schwebungsfrequenz auf. Mittels der Schwebungsfrequenz kann wie für FMCW LiDAR-Sensoren üblich eine entsprechende Entfernungs- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung der jeweils detektierten Objekte 213 erfolgen.
Darüber hinaus umfasst der LiDAR-Sensor 200 eine Phasenmodulationseinheit 211, die in der gezeigten Ausführungsform in einem Sendekanal TX zur Übertragung der auszusenden LiDAR-Signale 204 in Aussenderichtung nach der Strahlteilereinheit 209 angeordnet ist. Die Phasenmodulationseinheit 211 ist eingerichtet, die frequenzmodulierten LiDAR-Signale 204 der Laserquelle 201 mit einer entsprechenden Phasenmodulation PM zu versehen.
Ferner umfasst der LiDAR-Sensor 200 eine Demodulatoreinheit 212, die mit der Koppeleinheit 207 verbunden und eingerichtet, ist eine Demodulation des Interferenzsignals der Koppeleinheit 207 auszuführen.
Darüber hinaus umfasst der LiDAR-Sensor 200 eine Recheneinheit 300, die eingerichtet ist, basierend auf den durch die Demodulatoreinheit 212 demodulierten Interferenzsignalen das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen LiDAR-Sensor 200 auszuführen.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Frequenzmodulation FM eine aufsteigende Modulationsrampe FM1 mit zeitlich aufsteigender Frequenz und eine absteigende Modulationsrampe FM2 mit zeitlich absteigender Frequenz. Die Frequenzmodulation FM der LiDAR-Signale 204 der Laserquelle 201 kann beispielsweise durch entsprechende Ansteuerung der Laserquelle 201 erfolgen.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Phasenmodulation PM einen binären Phasencode.
Die Sendeeinheit 203 und/oder die Empfangseinheit 205 können gemäß einer Ausführungsform eine Mehrzahl verschiedener und in 1 nicht explizit dargestellter Optikelemente umfassen.
Das digitalisierte und demodulierte Interferenzsignal nach Digitalisierungs-, Demodulations- und Interferenzprozess zwischen dem Empfangssignal 206 und dem Referenzsignal 208 des LiDAR-Sensors 200 innerhalb der Koppeleinheit 207 kann folgendermaßen mathematisch beschrieben werden. Für eine Modulationsrampe gemäß 2, die nicht mit einer entsprechenden Phasenmodulation versehen ist gilt für das digitalisierte und demodulierte Interferenzsignal c_RX,nc(k): c_RX,nc(k)=A^_c·cos(ατkT_s±ω_DkT_s+ω₀τ-1/2·ατ₂)+n(k)
Eine Phasenmodulation PM einer Modulationsrampe FM1, FM2 der Frequenzmodulation FM des Interferenzsignals führt hierbei zu: $c_{R X, c} (k) = A_{c} \cdot cos (α τ k T_{s} \pm ω_{D} k T_{s} + ω_{0} τ - 1 / 2 \cdot α τ^{2} - ϕ (k T_{s} - τ)) + n (k) .$
Hierbei sind:

k: eine digitale Laufvariable, wobei k eine natürliche Zahl ist, k ∈ N₀;
T_s: ein Abtastintervall und entspricht einer invertierten Abtastfrequenz: f_s = 1/T_s;
A^_c: eine Signalamplitude, die eine Dämpfung über eine Signalpfad umfasst und im Interferenzprozess und durch entsprechende Verstärker verstärkt sein kann;
ω_D: eine Kreisfrequenz der Doppler-Frequenz; Operator (+) gilt bei absteigender Modulationsrampe FM2 und (-) gilt bei aufsteigender Modulationsrampe FM1;
α: ein FMCW Parameter, der ein Verhältnis aus einer Modulationsbandbreite BM und einer Modulationsrampendauer TM beschreibt, α=BM/TM;
ω₀τ: eine Phasenverschiebung resultierend aus einer Time of Flight des Empfangssignals bezogen auf eine Kreisträgerfrequenz;
1/2·ατ²: eine Phasenverschiebung resultierend aus einer Time of Flight und FMCW;
n(k): ein zusammengefasstes diskretisiertes Rauschen (Schrotrauschen, Thermisches Rauschen, Phasenrauschen); und
ϕ(kT_s-τ): eine. zeitverschobene Codesequenz des Phasencodes des Phasenmodulation PM.

Im Folgenden soll näher auf die zwei Hypothesen eingegangen werden, welche generell im Single Target Fall bei einem FMCW LiDAR-Sensor 200 mit reellem Demodulator im Hinblick auf die Berechnung von Entfernung d und Geschwindigkeit v detektierter Objekte 213 auftreten. Der Begriff Hypothese soll in diesem Zusammenhang verdeutlichen, dass basierend den Schwebungsfrequenzen der demodulierten Interferenzsignale aufgrund einer im folgenden beschriebenen Uneindeutigkeit lediglich mögliche Entfernung und mögliche Geschwindigkeiten der detektierten Objekte 213 hypothetisch bestimmt werden können, eine exakte Bestimmung der realen Entfernung bzw. Geschwindigkeit hingegen nicht möglich ist.
Zur Bestimmung der Hypothesen werden über die Frequenzspektren zwei Schwebungsfrequenzen F_B1 und F_B2 detektiert, jeweils eine Schwebungsfrequenz F_B1 für die aufsteigenden Modulationsflanke FM1 und eine Schwebungsfrequenz F_B2 für die absteigenden Modulationsflanke FM2 der Phasenmodulation FM. Diese sind entsprechend folgender Relationen R1, R2 von Entfernung d und Geschwindigkeit v des Objekts 213 abhängig: $F_{B 1} = | B_{M} / T M \cdot τ - F_{D} | = | B_{M} / T M \cdot 2 d / c_{0} - 2 v / λ_{0} |$
$F_{B 2} = | B_{M} / T_{M} \cdot τ - F_{D} | = | B_{M} / T M \cdot 2 d / c_{0} + 2 v λ_{0} |$
Tritt kein Doppler-Effekt auf, ist im „Normalzustand“ F_B1 positiv und F_B2 negativ. Aufgrund der Tatsache, dass ausschließlich Beträge der Frequenzen F_B1, F_B2 detektiert werden, ist eine eindeutige Bestimmung der Entfernung d und Geschwindigkeiten v nicht immer möglich und es können die folgenden Szenarien auftreten:

S1) F_B1 ist positiv und F_B2 ist negativ („Normalzustand“);
S2) F_B1 ist negativ und F_B2 ist negativ, wobei eine positive Dopplerverschiebung dazu führt, dass F_B1 einen negativen Wert annimmt;
S3) F_B1 ist positiv und F_B2 ist positiv, wobei eine negative Dopplerverschiebung dazu führt, dass F_B2 einen positiven Wert annimmt.

Ein Szenario, in dem F_B1 negativ und F_B2 positiv sind, kann hingegen nicht eintreten, da die Dopplerverschiebung auf beide Sequenzen gleichermaßen einwirkt.
Die oben genannten drei Szenarien lassen sich zu zwei Entfernungshypothesen H1, H2 zusammenfassen, da jeweils eines der drei Szenarien vernachlässigbar ist, da dieses zu einer negativen Entfernung d führen würde und somit zur Entfernungsbestimmung unbrauchbar ist.
Eine Hypothese H1 würde beispielsweise das Szenario S1) berücksichtigen und unter Erfüllung der Voraussetzung des Szenarios S1) gemäß den Formeln für F_B1 und/oder F_B2 entsprechend eine erste mögliche Entfernung d₁ und erste mögliche Geschwindigkeit v₁ bestimmen. Eine zweite Hypothese H2 würde hingegen beispielsweise das Szenario b) berücksichtigen und unter Erfüllung der Voraussetzung des Szenarios S2) gemäß den Formeln für F_B1 und/oder F_B2 entsprechend eine zweite mögliche Entfernung d₂ und zweite mögliche Geschwindigkeit v₂ bestimmen.
Im Folgenden wird in Gestalt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor ein Verfahren beschrieben, wie basierend auf Information einer Phasenmodulation PM der LiDAR-Signale 204 des LiDAR-Sensors 200 die Uneindeutigkeit der Entfernungshypothesen H1, H2 aufgelöst und eine eindeutige Bestimmung der realen Entfernung d und/oder realen Geschwindigkeit v eines detektierten Objekts 213 erreicht werden kann.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Kombination zwischen Frequenzmodulation FM und Phasenmodulation PM von LiDAR-Signalen eines LiDAR-Sensors 200 gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt drei mögliche beispielhafte Kombination einer Frequenzmodulation FM mit entsprechenden Phasenmodulationen PM der LiDAR-Signale 204 des LiDAR-Sensors 200, der gemäß der Ausführungsform in 1 ausgeführt sein kann.
In den gezeigten Beispielen umfasst die Frequenzmodulation FM eine aufsteigende Modulationsrampe FM1, in der linear ein Frequenzanstieg bewirkt wird, und eine absteigende Modulationsrampe FM2, in der in einer linearen Abhängigkeit eine Reduzierung der Frequenz bewirkt wird.
Darüber hinaus sind in den Graphiken a), b), c) drei mögliche Varianten der Phasenmodulation PM der entsprechend der gezeigten Frequenzmodulation FM frequenzmodulierten LiDAR-Signale des LiDAR-Sensors 200 dargestellt.
In Graphik a) werden die LiDAR-Signale sowohl in der aufsteigenden Modulationsrampe FM1 als auch in der absteigenden Modulationsrampe FM2 mit einer entsprechenden Phasenmodulation PM versehen. In Graphik b) werden die LiDAR-Signale ausschließlich in der aufsteigenden Modulationsrampe FM1 mit einer entsprechenden Phasenmodulation PM versehen. In der Graphik c) werden die LiDAR-Signale ausschließlich in der absteigenden Modulationsrampe FM2 mit einer entsprechenden Phasenmodulation PM versehen.
Für den Phasencode kommen vorzugsweise binäre Sequenzen wie Maximum Length Sequence (MLS)-, Gold- oder Kasami-Sequenzen zum Einsatz. Entsprechend der Folge der Sequenz wird die Phase des Signals um 0° oder um 180° gedreht. Die Bandbreite des Codes kann gering gewählt werden, da dieses lediglich eine Plausibilisierung möglich machen soll. Simulationen zeigen, dass Bandbreiten im Bereich von 650kHz bis zu 2.75MHz für ein Lidar System mit einer Sequenzdauer von 10µs zu guten Ergebnissen führen.
3 zeigt ein Diagramm eines Frequenzspektrums FS eines demodulierten Interferenzsignals für eine aufsteigende Modulationsrampe FM1 und eine absteigende Modulationsrampe FM2.
3 zeigt zwei Frequenzspektren FS, sowohl für die aufsteigende Modulationsrampe FM1, in Diagramm a) gezeigt, als auch für die absteigende Modulationsrampe FM2, in Diagramm b) gezeigt.
In der gezeigten Ausführungsform ist das Frequenzspektrum FS der absteigenden Modulationsrampe FM2 im Diagramm b) mit einer spektralen Mitteilung korrigiert worden, wodurch ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden konnte.
Sowohl das Frequenzspektrum FS im Diagramm a) als auch das Frequenzspektrum FS im Diagramm b) weisen jeweils ein Signal SFB einer entsprechenden Schwebungsfrequenz F_B auf, die auf der Interferenz zwischen den Empfangssignalen 206 und dem Referenzsignal 208 basieren. Die Signale SFB der Schwebungsfrequenz F_B, die für beide Modulationsrampen FM1, FM2 auftreten, sind in den jeweiligen Frequenzspektren FS als entsprechende Signal-Peaks ersichtlich und detektierbar.
4 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines LiDAR-Sensors 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Der in 4 gezeigte LiDAR-Sensor 200 basiert auf dem LiDAR-Sensor 200 aus 1 und umfasst alle dort gezeigten Merkmale. Sofern dieser in der in 4 gezeigten Ausführungsform unverändert bleiben, wird von einer erneuten Beschreibung abgesehen.
Abweichend zu der Ausführungsform in 1 umfasst der LiDAR-Sensor 200 in 4 eine Mehrzahl von Sendeeinheiten 203 und ist eingerichtet, eine Mehrzahl von LiDAR-Signalen 204 auszusenden. Die Mehrzahl von Sendeinheiten weisen entsprechende Sendekanäle TX auf. Jeder Sendekanal TX weist eine individuelle Phasenmodulationseinheit 211 auf, sodass die LiDAR-Signale der Laserquelle 201 der verschiedenen Sendekanäle TX individuell phasenmoduliert werden können. Die LiDAR-Signale der Laserquelle 201 werden über die Strahlteilereinheit 209 in die entsprechenden Sendekanäle geleitet. Entsprechend der Ausführungsform in 1 weist der LiDAR-Sensor 200 in der gezeigten Ausführungsform weiterhin nur eine Empfangseinheit und einen entsprechenden Empfangskanal RX auf.
In der gezeigten Ausführungsform ist der LiDAR-Sensor 200 eingerichtet, Messvorgänge in einem Multiplexing-Modus durchzuführen.
Das Ziel von Multiplexing bei LiDAR-Sensor ist, mehrere Sendekanäle TX mit Hilfe eines Empfangskanals RX verarbeiten zu können. Dadurch werden LiDAR-Sensoren mit einer höheren Messrate ermöglicht. Im Vergleich zu einem Aufbau, wo jeder Sendekanal TX mit einem eigenen Empfangskanal RX assoziiert ist, können durch Multiplexing Komponenten und damit verbunden Kosten eingespart werden.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor 200 gemäß einer Ausführungsform.
Das erfindungsgemäße Verfahren 100 zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor 200 ist auf einen LiDAR-Sensor 200 gemäß der Ausführungsform in 1 oder gemäß der Ausführungsform in 4 anwendbar.
Zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor 200 wird erfindungsgemäß in einem ersten Verfahrensschritt 101 zunächst Schwebungsfrequenzen F_B eines demodulierten Interferenzsignals des LiDAR-Sensor 200 bestimmt. Das Interferenzsignal basiert hierbei auf einem Interferenzprozess zwischen einem von einem Objekt 213 reflektierten und vom LiDAR-Sensor 200 empfangenen Empfangssignals 206 und einem Referenzsignal 208 des LiDAR-Sensors 200. Der Interferenzprozess findet hierbei wie oben bereits beschrieben innerhalb der Koppeleinheit 207 des LiDAR-Sensors 200 statt. Gemäß den oben angeführten Ausführungsformen weisen sowohl das Empfangssignal 206 als auch das Referenzsignal 208 eine wie oben beschriebene Frequenzmodulation FM auf, die beispielsweise eine aufsteigende Modulationsrampe FM1 und/oder eine absteigende Modulationsrampe FM2 aufweisen kann. Darüber hinaus weist das Empfangssignal 206 ferner eine Phasenmodulation PM in Form eines Phasencodes auf. Die Phasenmodulation PM kann hierbei in der aufsteigenden Modulationsrampe FM1, in der absteigenden Modulationsrampe FM2 und in beiden Modulationsrampen FM1, FM2 realisiert sein. Der Phasencode kann gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen als ein binärer Phasencode ausgebildet sein.
Darauffolgend wird in einem Verfahrensschritt 103 eine erste mögliche Entfernung d₁ und eine zweite mögliche Entfernung d₂ des Objekts 213 basierend auf den Schwebungsfrequenzen F_B gemäß den oben gezeigten Relationen R1, r2 zwischen Schwebungsfrequenz F_B und Entfernung d des Objekts 213 bestimmt. Für jede ermittelte Schwebungsfrequenz F_B werden somit gemäß den oben beschriebenen möglichen Szenarien S1),S2), S3) zwei Hypothesen H1, H2 zwei mögliche Entfernungen d₁, d₂ ermittelt, die gemäß der oben beschriebenen Problematik bezüglich der Uneindeutigkeit zwei gleichwertige, mögliche Entfernungshypothesen H1, H2 darstellen.
Darauffolgend wird in einem Verfahrensschritt 105 unter Berücksichtigung der Information des Phasencodes der Phasenmodulation PM eine der beiden möglichen Entfernungen d₁, d₂ der beiden möglichen Entfernungshypothesen H1, H2 als reale Entfernung d des Objekts 213 identifiziert.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 107 wird die als reale Entfernung d identifizierte erste oder zweite mögliche Entfernung d₁, d₂ bereitgestellt. Zusätzlich oder alternativ kann eine entsprechende erste oder zweite mögliche Geschwindigkeit als reale Geschwindigkeit v des Objekts 213 bereitgestellt werden. Die erste oder zweite mögliche Geschwindigkeit entspricht hierbei den gemäß den oben genannten Hypothesen H1, H2 mit den jeweils detektierten Schwebungsfrequenzen F_B assoziierten Geschwindigkeiten.
6 zeigt ein weiteres Flussdiagramm des Verfahrens 100 zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die in 6 gezeigte Ausführungsform des Verfahrens 100 basiert auf der Ausführungsform in 5 und umfasst alle dort beschriebenen Verfahrensschritte. Sofern diese in der folgenden Ausführungsform unverändert bleiben, wird von einer erneuten detaillierten Beschreibung abgesehen.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt 105 einen Verfahrensschritt 109. Im Verfahrensschritt 109 wird basierend auf einem Entfaltungsprozess ein erstes Frequenzspektrum FS1 und in zweites Frequenzspektrum FS2 generiert. Das erste Frequenzspektrum FS1 basiert hierbei auf einer Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit den bezüglich der ersten möglichen Entfernung d₁ einer ersten Entfernungshypothese H1 zeitverschobenen Phasencodes der Phasenmodulation PM. Das zweite Frequenzspektrum FS2 basiert hingegen auf einer Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit den bezüglich der zweiten möglichen Entfernung d₂ einer zweiten Entfernungshypothese H2 zeitverschobenen Phasencodes der Phasenmodulation PM. Die Phasencodes der Phasenmodulation PM werden hierbei durch eine Zeitverschiebung bzw. Phasenverschiebung des jeweiligen Phasencodes bezüglich der entsprechenden möglichen Entfernung d₁, d₂ modifiziert, die aufgrund des Gangunterschieds bzw. der Time of Flight des phasenmodulierten LiDAR-Signals 204 zwischen dem LiDAR-Sensor 200 und dem jeweils zu detektierenden Objekt 213 entstandene Phasenverschiebung berücksichtigt.
Unter Vernachlässigung des Rauschens ergibt sich mit den zeitlichen Verzögerungen gemäß der ersten und zweiten möglichen Entfernung der ersten und zweiten Entfernungshypothesen H1, H2 u₁T_S=2d₁/c und u₂T_S = 2d₂/C für das digitalisierte und demodulierte Interferenzsignal c_RX,c(k) die folgenden Beziehung: $\begin{array}{l} m_{1,2} (k) = c_{R X, c} (k) c_{T} (k, u_{1,2}) = \\ [A_{c} \cdot c o s (α τ k T_{s} \pm ω_{D} k T_{s} + ω_{0} τ - 1 / 2 α τ_{2} - ϕ (k T_{s} - τ))] \cdot cos (ϕ ((k - u_{1,2}) T_{s})) \end{array}$
Darauffolgend wird in einem Verfahrensschritt 111 eine Signalqualität eines Signals SFB der Schwebungsfrequenz F_B innerhalb des ersten Frequenzspektrums FS1 gemäß eines quantitativen Qualitätsmaßes bestimmt. Zusätzlich wird eine Signalqualität eines Signals SFB der Schwebungsfrequenz F_B innerhalb des zweiten Frequenzspektrums FS2 gemäß des quantitativen Qualitätsmaßes bestimmt. Das quantitative Qualitätsmaß kann hierbei beispielsweise ein Signal-Rausch-Verhältnis PN zwischen dem Signal-Peak der Schwebungsfrequenz F_B und dem Spektrumsuntergrund des jeweiligen Frequenzspektrums FS1, FS2 umfassen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das qualitative Qualitätsmaß eine Halbwertsbreite des jeweiligen Signal-Peaks der Schwebungsfrequenz F_B umfassen.
Die Entfaltung bzw. die Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit dem entfernungskorrigierten Phasencode bezüglich der beiden möglichen Entfernungen d₁, d₂ der beiden Entfernungshypothesen H1, H2 führt dazu, dass bei Übereinstimmung der möglichen Entfernung d₁, d₂ mit der realen Entfernung d eine Verbesserung der Signalqualität des Signal-Peaks der Schwebungsfrequenz F_B innerhalb des jeweiligen Frequenzspektrums FS erreicht wird, indem durch die Entfaltung bzw. Multiplikation m_1,2(k) der im Interferenzsignal c_RX,c(k) enthaltene Phasencode durch den entsprechend phasenverschobenen multiplizierten Phasencode c_T(k,u_1,2) nahezu vollständig neutralisiert wird. Für die jeweils andere Entfernungshypothese H1, H2, deren mögliche Entfernung d₁, d₂ nicht mit der realen Entfernung d übereinstimmt, führt eine Entfaltung bzw. Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit dem jeweils phasenverschobenen Phasencode zu einer vergleichsweise schlechteren Signalqualität des Signal-Peaks der Schwebungsfrequenz F_B, indem die Multiplikation des Phasencodes nicht zur Neutralisation des im Interferenzsignal c_RX,c(k) enthaltenen Phasencodes führt. Zwei entsprechende Beispiele für Frequenzspektren FS sind in 7 dargestellt.
Je exakter die reale auf der Time of Flight zwischen Objekt und LiDAR-Sensor und der FMCW Interferenz basierenden Phasenverschiebung τ des demodulierten Interferenzsignals c_RX,c(k) mit Phasenmodulation der Templateverschiebung u=2d/(cT_s) des Phasencodes c_T(k,u_1,2) entspricht, desto vollständiger wird der binäre Phasencode c_T aus dem resultierenden Signal entfernt.
Darauffolgend wird in einem Verfahrensschritt 113 die erste mögliche Entfernung d₁ und/oder die erste mögliche Geschwindigkeit v₁ gemäß der ersten Entfernungshypothese H1 als reale Entfernung d und/oder als reale Geschwindigkeit v des Objekts 213 identifiziert, falls das Signal SFB der Schwebungsfrequenz F_B innerhalb des ersten Frequenzspektrums FS1 eine höhere Signalqualität aufweist als das Signal SFB der Schwebungsfrequenz F_B innerhalb des zweiten Frequenzspektrums FS2. Alternativ wird die zweite mögliche Entfernung d₂ bzw. die zweite mögliche Geschwindigkeit v₂ gemäß der zweiten Entfernungshypothese H2 als reale Entfernung d bzw. reale Geschwindigkeit v des Objekts 213 identifiziert, falls das Signal SFB der Schwebungsfrequenz F_B innerhalb des zweiten Frequenzspektrums FS2 eine höhere Signalqualität als das Signal SFB der Schwebungsfrequenz F_B innerhalb des ersten Frequenzspektrums FS1 aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform wird im Verfahrensschritt 101 für jede Modulationsrampe FM1, FM2 der Frequenzmodulation FM eine entsprechende Schwebungsfrequenz F_B ermittelt. Für jede ermittelte Schwebungsfrequenz F_B wird damit den gemäß oben beschriebenen Verfahrensschritten eine entsprechende Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird für jede Modulationsrampe FM1, FM2 der Phasenmodulation PM eine Mehrzahl von Schwebungsfrequenzen F_B bestimmt und für jede der Mehrzahl von Schwebungsfrequenzen F_B gemäß den oben beschriebenen Verfahrensschritten eine entsprechende Entfernungs- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung durchgeführt. Die Mehrzahl von Schwebungsfrequenzen F_B basiert hierbei auf der Detektion einer Mehrzahl von Objekten 213, die gemäß einem MultiTargeting-Prozess detektiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform können auf die ersten und zweiten Frequenzspektren FS1, FS2 entsprechende spektrale Mittelungsprozesse angewendet werden.
7 zeigt exemplarisch erste und zweite Frequenzspektren FS1, FS2, welche durch Entfaltung mit der jeweiligen Entfernungs-Hypothese H1, H2 aus einem phasencodierten Interferenzsignal einer absteigenden Modulationsrampe PM2 resultieren.
7 zeigt ein Diagramm eines ersten Frequenzspektrums FS1 gemäß einer ersten Entfernungshypothese H1 und eines zweiten Frequenzspektrums FM2 gemäß einer zweiten Entfernungshypothese H2 für eine absteigende Modulationsrampe FM2.
7 zeigt ein erstes Frequenzspektrum FS1 für eine erste Entfernungshypothese H1 und ein zweites Frequenzspektrum FS2 für eine zweite Entfernungshypothese H2, wobei die Hypothesen H1, H2 wie durchgehend in der Anmeldung aus zwei der drei oben beschriebenen Szenarien S1, S2, S3 bestehen. Beide Frequenzspektren FS1, FS2 sind jeweils für eine absteigende Modulationsrampe FM2 der Frequenzmodulation FM des Interferenzsignals generiert. Die gewählten Entfernungshypothesen H1, H2 sind in der gezeigten Figur lediglich beispielhaft. Durch die Erwähnung der zwei verschiedenen jedoch nicht explizit genannten Entfernungshypothesen H1, H2 soll lediglich ausgedrückt werden, dass nur eine Entfernungshypothese H1, H2 die reale Entfernung d des Objekts 213 darstellen kann, während die jeweils andere Entfernungshypothese eine falsche mögliche Entfernung d₁, d₂ angibt. Ferner ist in 7 ein entsprechender Effekt des Entfaltungsprozesses bzw. der Multiplikation m_1,2(k) des entsprechend gemäß der jeweiligen Entfernungshypothese H1, H2 und der entsprechenden möglichen Entfernung d₁, d₂ entfernungskorrigierten Phasencodes der Phasenmodulation PM und des jeweiligen Interferenzsignals auf die Signalgüte des Signals SFB der jeweiligen Schwebungsfrequenz F_B dargestellt.
In dem gezeigten Beispiel stellt die erste Entfernungshypothese H1 des Diagramms a) die falsche Hypothese dar, deren erste mögliche Entfernung d₁ nicht der realen Entfernung d des Objekts 213 entspricht. Die zweite mögliche Entfernung d₂ der zweiten Entfernungshypothese H2 entspricht in dem gezeigten Beispiel b) hingegen der realen Entfernung d des Objekts 213. Dies ist anhand der Signalqualität der Schwebungsfrequenzen beider Frequenzspektren ersichtlich. Die Multiplikation m_1,2(k) bzw. Entfaltung des Demodulierten Interferenzsignals c_RX,c(k) mit dem jeweils bezüglich der zweiten möglichen Entfernung d₂ entfernungskorrigierten Phasencodes c_T(k,u₂) führt somit zur Neutralisation des Phasencodes des demodulierten Interferenzsignals und zu einer Verbesserung der Signalqualität des Signals SFB der Schwebungsfrequenz F_B. Im Gegensatz hierzu führt die Entfaltung des Interferenzsignals c_RX,c(k) mit dem bezüglich der ersten möglichen Entfernung d₁ der ersten Entfernungshypothese H1 entfernungskorrigierten Phasencode c_T(k,u₁) nicht zur Neutralisation des Phasencodes des demodulierten Interferenzsignals und somit zu einer vergleichsweise schlechteren Signalqualität des Signals SFB der Schwebungsfrequenz F_B, wie dies in Diagramm a) anhand der geringeren Signalqualität der Schwebungsfrequenz F_B im Vergleich zum Signal SFB in Diagramm b) ersichtlich.
In dem gezeigten Beispiel ist das quantitative Qualitätsmaß der Signalqualität als ein Signal-Rausch-Verhältnis PN dargestellt. Wie in den Diagrammen a) und b) ersichtlich, führt die Entfaltung des Interferenzsignals c_RX,c(k) mit den bezüglich der zweiten Entfernungshypothese H2 entfernungskorrigierten Phasencodes c_T(k,u₂) zu einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis PN und damit zu einer besseren Signalqualität des Signals SFB der Schwebungsfrequenz F_B als eine Entfaltung mit den bezüglich der ersten Entfernungshypothese H1 entfernungskorrigierten Phasencodes c_T(k,u₁), wie in Diagramm a) dargestellt. Anhand des Signal-Rausch-Verhältnisses PN kann somit in quantitativer Form das Signal SFB der Schwebungsfrequenz F_B des jeweiligen ersten oder zweiten Frequenzspektrums FS1, FS2 mit höherer Signalqualität ermittelt und damit verbunden die jeweilige erste oder zweite mögliche Entfernung d₁, d₂ als reale Entfernung d des jeweiligen Objekts 213 beziehungsweise die jeweilige Entfernungshypothese H1, H2 als korrekte Hypothese bestimmt werden.
Entsprechende erste und zweite Frequenzspektren FS1, FS2 können abweichend zu dem hier dargestellten Beispiel ebenfalls für die aufsteigenden Modulationsrampen FM1 generiert werden.
8 zeigt ein weiteres Flussdiagramm des Verfahrens 100 zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Ausführungsform des Verfahrens 100 in 8 basiert auf der Ausführungsform des Verfahrens 100 in 6 und umfasst alle dort beschriebenen Verfahrensschritte. Sofern diese in der folgenden Ausführungsform unverändert bleiben, wird von einer erneuten detaillierten Beschreibung abgesehen.
Die gezeigte Ausführungsform umfasst einen Verfahrensschritt 121. Im Verfahrensschritt 121 wird zunächst mittels einer Fast-Fourier-Transformation FFT ein entsprechendes Frequenzspektrum FS des demodulierten Interferenzsignals c_RX,c(k) und insbesondere der aufsteigenden und absteigenden Modulationsrampen FM1, FM2 der Frequenzmodulation FM generiert.
In einem Verfahrensschritt 123 wird überprüft, ob ein spektraler Mittelungsprozess des Frequenzspektrums FS auszuführen ist.
In einem Verfahrensschritt 125 wird ein entsprechendes spektrales Mitteln des Frequenzspektrums FS des demodulierten Interferenzsignals ausgeführt.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt 109 ferner einen Verfahrensschritt 127. Zum Generieren der ersten und zweiten Frequenzspektren FS1, FS2 wird im Verfahrensschritt 127 die Entfaltung des Phasencodes bzw. die Multiplikation m_1,2(k) des demodulierten Interferenzsignals c_RX,c(k)C_T(k,u_1,2) mit den jeweils bezüglich der ersten und zweiten Entfernungshypothesen H1, H2 entsprechend entfernungskorrigierten Phasencodes c_T(k,u_1,2) ausgeführt.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 129 wird ferner eine entsprechende Fast-Fourier-Transformation FFT zur Generierung der ersten und zweiten Frequenzspektren FS1, FS2 und eine Peak-Detektion zur Ermittlung der Signale SFB der Schwebungsfrequenzen F_B der ersten und zweiten Frequenzspektren FS1, FS2 durchgeführt.
In einem Verfahrensschritt 131 wird ferner entschieden, ob das Signal SFB der Schwebungsfrequenz F_B des ersten Frequenzspektrums FS1 oder des zweiten Frequenzspektrums FS2 eine bessere Signalqualität aufweist.
Hierauf basierend wird im Verfahrensschritt 113 die erste bzw. zweite mögliche Entfernung d₁, d₂ der ersten bzw. zweiten Entfernungshypothese H1, H2 als reale Entfernung bzw. die jeweils entsprechenden möglichen Geschwindigkeiten v₁, v₂ als reale Geschwindigkeit v des Objekts 213 identifiziert.
9 zeigt ein weiteres Flussdiagramm des Verfahrens 100 zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die in 9 dargestellte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform in 6 und umfasst alle dort beschriebenen Verfahrensschritte. Sofern diese im folgenden Ausführungsbeispiel unverändert bleiben, wird von einer erneuten detaillierten Beschreibung abgesehen.
Abweichend zu der Ausführungsform in 6 stellt die Ausführungsform in 9 eine Alternative zum Entfaltungsprozess der Verfahrensschritte 109 bis 113 dar. Hierzu umfasst in der gezeigten Ausführungsform der Verfahrensschritt 105 einen Verfahrensschritt 115.
Im Verfahrensschritt 115 wird basierend auf den Schwebungsfrequenzen F_B des Interferenzsignals ein komplexes frequenzabhängiges Codetemplate des Phasencodes c_T(k) der Phasenmodulation generiert, wobei das komplexe Codetemplate der folgenden Relation entspricht: $c_{T} (k) = cos (ω_{B}^{~} k T_{s} - ϕ (k T_{s})) + j \cdot sin (ω_{B}^{~} k T_{s} - ϕ (k T_{s})) .$
Hierbei beschreibt ω^∼B eine entsprechende Schwebungsfrequenz in einer Kreisfrequenzdarstellung. Die Korrelation mit dem Interferenzsignal c_RX kann nun mathematisch wie folgt beschrieben werden: $R_{s c} (u) = \sum_{k = 0}^{NCS} c_{R X} (k) c_{T} (k - u) .$
Hierbei beschreibt Ncs die Länge der entsprechenden Codesequenz des Phasencodes der Phasenmodulation PM und ergibt sich über: N_CS=T_CS·ƒ_S, wobei Tcs die Gesamtdauer der Codesequenz ist und f_s die Abtastrate des Systems beschreibt. Das Ergebnis der Korrelation Rsc ist ein komplexes Korrelogramm, dessen Amplitude entsprechend |R_SC(u)|=(Re(R_SC(u))²+(Im(R_SC(u))²)_1/2 berechnet werden kann, wobei Re den Realteil und Im den Imaginärteil der komplexen Korrelation Rsc darstellen.
In einem Verfahrensschritt 117 wird ein Signalpeak im Absolutwert-Korrelogramm entsprechend |R_SC(u)|=(Re(R_SC(u))²+(Im(R_SC(u))²)_1/2 bei einer ersten Templateverschiebung von u₁=2d₁/(c₀T_s) oder einer zweiten Templateverschiebung von u₂=2d₂/(c₀T_s) für eine erste oder zweite mögliche Entfernung d_1,2 ermittelt. Ein Signalpeak im Frequenzspektrum tritt für den Fall auf, dass u= 2d/(c₀T_S) gilt und liefert somit eine Schätzung für die reale Entfernung d. Mit dieser zusätzlichen Entfernungsschätzung können die Hypothesen H1, H2 mit den jeweiligen möglichen Entfernungen d_1,2 aus dem Verfahrensschritt 205 plausibilisiert und die tatsächliche Entfernung d bestimmt werden.
In einem Verfahrensschritt 119 wird die erste mögliche Entfernung d₁ und/oder eine entsprechende erste Geschwindigkeit v₁ als reale Entfernung d und/oder reale Geschwindigkeit v des Objekts 213 identifiziert, falls für die erste Templateverschiebung von u₁=2d₁/(c₀T_s) ein Signalpeak detektiert wird. Alternativ wird die zweite mögliche Entfernung d₂ und/oder eine entsprechende zweite mögliche Geschwindigkeit als reale Entfernung d und/oder reale Geschwindigkeit v des Objekts 213 identifiziert, falls für die zweite Templateverschiebung von u₂=2d₂/(c₀T_s) ein Signalpeak detektiert wird.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts 500.
10 zeigt ein Computerprogrammprodukt 400, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinheit dieses veranlassen, das Verfahren 100, 200 zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor 200 nach einer der oben genannten Ausführungsformen auszuführen. Das Computerprogrammprodukt 400 ist in der gezeigten Ausführungsform auf einem Speichermedium 401 gespeichert. Das Speichermedium 401 kann hierbei ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Speichermedium sein.

Claims

Verfahren (100) zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor (200), umfassend: Bestimmen (101) von Schwebungsfrequenzen (F_B) eines demodulierten Interferenzsignals eines LiDAR-Sensors (200), wobei das demodulierte Interferenzsignal auf einem Interferenzprozess zwischen einem von einem Objekt (213) reflektierten und vom LiDAR-Sensor (200) empfangen Empfangssignal (206) und einem Referenzsignal (208) des LiDAR-Sensors (200) basiert, wobei das Empfangssignal (206) und das Referenzsignal (208) eine Frequenzmodulation (FM) aufweisen, und wobei das Empfangssignal (206) ferner eine Phasenmodulation (PM) in Form eines Phasencodes aufweist; Ermitteln (103) einer ersten möglichen Entfernung (d₁) und einer zweiten möglichen Entfernung (d₂) des Objekts (213) basierend auf den Schwebungsfrequenzen (F_B) gemäß einer Relation (R1, R2) zwischen Schwebungsfrequenz (F_B) und Entfernung (d) des Objekts (213); Identifizieren (105) der ersten möglichen Entfernung (d₁) oder der zweiten möglichen Entfernung (d₂) als übereinstimmend mit einer realen Entfernung (d) des Objekts (213) unter Berücksichtigung einer Information des Phasencodes der Phasenmodulation (PM); Bereitstellen (107) der ersten möglichen Entfernung (d₁) und/oder einer entsprechenden ersten Geschwindigkeit oder der zweiten möglichen Entfernung (d₂) und/oder einer entsprechenden zweiten Geschwindigkeit als reale Entfernung (d) und/oder reale Geschwindigkeit (v) des Objekts (213).
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren (105) umfasst: Generieren (109) eines ersten Frequenzspektrums (FS1) und eines zweiten Frequenzspektrums (FS2), wobei das erste Frequenzspektrum (FS1) auf einer Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit dem bezüglich der ersten möglichen Entfernung (d₁) entfernungskorrigierten Phasencode basiert, und wobei das zweite Frequenzspektrum (FS2) auf einer Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit dem bezüglich der zweiten möglichen Entfernung (d₂) entfernungskorrigierten Phasencode basiert; Bestimmen (111) einer Signalqualität eines Signals (SF_B) der Schwebungsfrequenz innerhalb des ersten Frequenzspektrums (FS1) gemäß eines quantitativen Qualitätsmaßes und Bestimmen einer Signalqualität eines Signals (SF_B) der Schwebungsfrequenz innerhalb des zweiten Frequenzspektrums (FS2) gemäß des quantitativen Qualitätsmaßes; und Identifizieren (113) der ersten möglichen Entfernung (d₁) und/oder einer entsprechenden ersten Geschwindigkeit als reale Entfernung (d) und/oder reale Geschwindigkeit (v) des Objekts (213), falls das Signal (SF_B) der Schwebungsfrequenz innerhalb des ersten Frequenzspektrums (FS1) eine höhere Signalqualität aufweist als das Signal (SF_B) der Schwebungsfrequenz innerhalb des zweiten Frequenzspektrums (FS2), oder Identifizieren der zweiten möglichen Entfernung (d₂) und/oder der entsprechenden zweiten Geschwindigkeit als reale Entfernung (d) und/oder reale Geschwindigkeit (v) des Objekts (213), falls das Signal (SF_B) der Schwebungsfrequenz innerhalb des zweiten Frequenzspektrums (FS2) eine höhere Signalqualität als das Signal (SF_B) der Schwebungsfrequenz innerhalb des ersten Frequenzspektrums (FS1) aufweist.
Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei die Entfernungskorrektur des Phasencodes eine Zeitverschiebung u_1,2T_S=2d_1,2/c eines Codetemplates des Phasencodes umfasst, wobei d_1,2 die ersten und zweiten möglichen Entfernungen darstellt, wobei T_S ein Abtastintervall darstellt, wobei c eine Lichtgeschwindigkeit darstellt, wobei die Multiplikation des demodulierten Interferenzsignals mit dem entfernungskorrigierten Phasencode gemäß einem Entfaltungsprozess erfolgt und die Relation erfüllt: m₁,₂(k) = c_RX,c(k)c_T(k,u_1,2) = [A^_c • cos(ατkT_s ± ω_DkT_s + ω₀τ -1/2·ατ² - ϕ(kT_s - τ))] • cos(ϕ((k - u_1,2)T_s)), wobei c_RX,c das Interferenzsignal und c_T das Codetemplate des Phasencodes darstellen, wobei k eine digitale Laufvariable darstellt, wobei Ts das Abtastintervall darstellt, wobei A_ĉ eine Signalamplitude darstellt, wobei ω_D eine Dopplerfrequenz darstellt, wobei a ein Verhältnis zwischen einer Modulationsbandbreite und einer Modulationsdauer der Frequenzmodulation darstellt, wobei ω₀τ eine aus einer Time of Flight resultierenden Phasenverschiebung darstellt, wobei 1/2·ατ² eine weitere Phasenverschiebung resultierend aus der Time of Flight und dem Verhältnis aus Modulationsbreite und Modulationsdauer darstellt, und wobei ϕ(kT_s - τ) eine zeitverschobenen Codesequenz darstellt.
Verfahren (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das quantitative Qualitätsmaß eine Signal-Rausch-Verhältnis (PN) umfasst.
Verfahren (100) nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei ein Frequenzspektrum (FS) des demodulierten Interferenzsignals und/oder das erste Frequenzspektrum (FS1) und/oder das zweite Frequenzspektrum (FS2) durch eine Fast-Fourier-Transformation des Interferenzsignals und/oder der Multiplikation des Interferenzsignals mit dem bezüglich der ersten oder zweiten möglichen Entfernung (d_1,2) entfernungskorrigierten Phasencode generiert sind.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei auf das Frequenzspektrum (FS) des demodulierten Interferenzsignals und/oder auf das erste Frequenzspektrum (FS1) und/oder auf das zweite Frequenzspektrum (FS2) ein spektraler Mittelungsprozess angewendet ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren (105) umfasst: Generieren (115) basierend auf der Schwebungsfrequenz (F_B) einer Korrelation R_sc(u) = Σ_k=0 ^NCS c_Rx(k)c_T(k - u) zwischen dem demodulierten Interferenzsignal c_RX und einem komplexen frequenzabhängigen Codetemplate CT des Phasencodes, wobei für das Codetemplate gilt c_T(k) = cos(ω^∼ _BkT_s - ϕ(kT_s)) + jsin(_UJ- _BkT_s - ϕ{kT_s)), wobei j eine imaginäre Zahl ist, wobei ω^∼ _B die Schwebungsfrequenz ist, wobei k eine digitale Laufvariable ist, wobei T_s ein Abtastintervall ist, und wobei ϕ(kT_s) eine Codesequenz der Phasenmodulation darstellt; Ermitteln (117) eines Signalpeaks in einem Frequenzspektrum einer Amplitude |R_SC(u)|=(Re(R_SC(u))²+Im(R_SC(_u))²)^1/2 der Korrelation R_sc(u) bei einer ersten Templateverschiebung von u₁=2d₁/(c₀T_s) oder einer zweiten Templateverschiebung von u₂=2d₂/(c₀T_s) für eine erste oder zweite mögliche Entfernung d_1,2, wobei Re(Rsc(u)) ein Realteil und Im(R_SC(u)) ein Imaginärteil der Korrelation R_sc(u) sind, wobei c₀ eine Lichtgeschwindigkeit und T_s das Abtastintervall darstellen; und Identifizieren (119) der ersten möglichen Entfernung (d₁) und/oder einer entsprechenden ersten Geschwindigkeit als reale Entfernung (d) und/oder reale Geschwindigkeit (v) des Objekts (213), falls für die erste Templateverschiebung von u₁=2d₁/(c₀T_s) ein Signalpeak detektiert wird, und Identifizieren der zweiten möglichen Entfernung (d₂) und/oder einer entsprechenden zweiten Geschwindigkeit als reale Entfernung (d) und/oder reale Geschwindigkeit (v) des Objekts (213), falls für die zweite Templateverschiebung von u₂=2d₂/(c₀T_s) ein Signalpeak detektiert wird.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Frequenzmodulation (FM) eine aufsteigende Modulationsrampe (FM1) mit aufsteigender Frequenz und eine absteigende Modulationsrampe (FM2) mit absteigender Frequenz umfasst, und wobei die Phasenmodulation (PM) in der aufsteigenden Modulationsrampe (FM1) und/oder der absteigenden Modulationsrampe (FM2) ausgeführt ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 8, wobei für jede aufsteigende oder absteigende Modulationsrampe (FM1, FM2) der Frequenzmodulation (FM) wenigstens eine Schwebungsfrequenz (F_B) ermittelt wird, wobei für jede Schwebungsfrequenz (F_B) zwei mögliche Entfernungen (d_1,2) bestimmt werden, und wobei basierend auf den zwei möglichen Entfernungen (d_1,2) für jede Schwebungsfrequenz (F_B) eine reale Entfernung (d) bestimmt wird.
Verfahren (100) Anspruch 8, wobei für eine Modulationsrampe (FM1, FM2) Mehrzahl von Schwebungsfrequenzen (F_B) ermittelt wird, wobei die Mehrzahl von Schwebungsfrequenzen (F_B) auf einer Mehrzahl von Empfangssignalen (206) basiert, die von einer Mehrzahl von Objekten (213) reflektiert sind, wobei für jedes mögliche Schwebungsfrequenzpaar einer Schwebungsfrequenz (F_B) einer aufsteigenden Modulationsrampe (FM1) und einer Schwebungsfrequenz (F_B) einer absteigenden Modulationsrampe (FM2) erste und zweite mögliche Entfernungen (d1,2) bestimmt werden, und wobei basierend auf den zwei möglichen Entfernungen (d_1,2) für jedes Schwebungsfrequenzpaar eine reale Entfernung (d) bestimmt wird.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Phasencode binäre Sequenzen umfasst, und wobei die binären Sequenzen Maximum Length-Sequenzen, Gold-Sequenzen oder Kasami-Sequenzen umfassen.
Recheneinheit (400), wobei die Recheneinheit (400) eingerichtet ist, das Verfahren (100) zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
LiDAR-Sensor (200), wobei der LiDAR-Sensor (200) als ein FMCW LiDAR-Sensor ausgebildet ist und umfasst: eine Laserquelle (201) zum Erzeugen frequenzmodulierter LiDAR-Signale (204); wenigstes eine Sendeeinheit (203) zum Aussenden der LiDAR-Signale (204); eine Empfangseinheit (205) zum Empfangen von Empfangssignalen (206); eine Koppeleinheit (207) zum Ausführen eines Interferenzprozesses zwischen einem frequenzmodulierten Referenzsignal (208) und den Empfangssignalen (206); eine Demodulatoreinheit (212) zum Demodulieren von Interferenzsignalen der Koppeleinheit (207) und zum Generieren von demodulierten Interferenzsignalen; und eine Phasenmodulationseinheit (211) zum Generieren einer Phasenmodulation (PM) der frequenzmodulierten LiDAR-Signale (204) der Laserquelle (201).
LiDAR-Sensor (200) nach Anspruch 13, wobei der LiDAR-Sensor (200) eine Recheneinheit (400) nach Anspruch 12 umfasst und eingerichtet ist, das Verfahren (100) zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
LiDAR-Sensor (200) nach Anspruch 13 oder 14, wobei der LiDAR-Sensor eine Mehrzahl von Sendeeinheiten umfasst, und wobei der LiDAR-Sensor in einem Multiplexing-Modus betreibbar ist.
Computerprogrammprodukt (500) umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit (400) diese veranlassen, das Verfahren (100) zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung für einen FMCW LiDAR-Sensor (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.