DE202019005611U1 - Leitsystem basierend auf Millimeter-Wellen Radar - Google Patents

Leitsystem basierend auf Millimeter-Wellen Radar Download PDF

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Abstract

mm-Wellensystem, umfassend die eine Vorrichtung 100 mit mm-Wellen-HW-Radarfunktionalität und mindestens zwei Vorrichtungen 2000, die physikalisch im Abstand von der Vorrichtung 100 platziert sind, wobei die mm-Welle einen Betrieb zwischen 30 und 300 GHz ausübt, wobei die erste Vorrichtung 100 enthält:
• Mindestens eine flache Antenne mit hoher Verstärkung zum Übertragen von mm-Wellen-Funksignalen 21, wobei die flache Antenne mit hoher Verstärkung mindestens zwei Strahlungselemente aufweist;
• Mindestens eine flache Antenne mit hoher Verstärkung zum Empfangen von mm-Wellen-Funksignalen 110, wobei die flache Antenne mit hoher Verstärkung mindestens zwei Strahlungselemente aufweist;
• Integriertes mm-Wellen-Funk-Frontend 10, implementiert in einer beliebigen Halbleitertechnologie, mit integriertem mm-Wellen-Spannungsregelungsoszillator auf Chip, mm-Wellen-Leistungsverstärker, mindestens einem mm-Wellen-IQ-Demodulator, digitaler Steuerschnittstelle, Stromversorgung;
• Digitale Verarbeitungsfunktionalität 30 mit beliebiger, digitaler, festverdrahteter und SW-Verarbeitungsfähigkeit, die in der Lage ist, das aus der Entität 10 kommende Signal einschließlich der Steuerungsfunktionalität digital zu verarbeiten, und Berechnungs- und Speicherkapazität zum Durchführen einer digitalen Signalverarbeitung durch einen beliebigen Typ der Realisierungsoptionen
• Verdrahtete Kommunikationsschnittstelle 60 zum Verbinden der ersten Vorrichtung 100 mit der Infrastrukturentität 1000, die sich außerhalb der Vorrichtung 100 befindet, und durch die Vielzahl der Technologien und Kommunikationsprotokolle freigegeben wird
• Unterstützende Schaltung 50, einschließlich mechanischer Schnittstelle zur Infrastrukturumgebung 1000, wobei die erste Vorrichtung 100 mit der Infrastrukturumgebung verbunden ist, und unterstützende elektronische Schaltung zum Bereitstellen der Stromversorgung von der Fahrzeugumgebung 1000 für die erste Vorrichtung 100.
wobei die zweite Vorrichtung 2000:
• eine passive, ohne Stromversorgung und ohne Fähigkeit zum Laden durch die Beleuchtung der mm-Wellen ist, die durch eine Vielzahl von Realisierungsoptionen freigesetzt werden, mit einem Schlüsselmerkmal, um die einfallenden mm-Welle-Wellen, die von der Vorrichtung 100 kommen, in die gleiche Richtung zu reflektieren, wobei sich mm-Wellen der Vorrichtung 2000 nähern.
• wobei mindestens zwei Vorrichtungen 2000 an dem bekannten und vordefinierten Objekt 300 angebracht sind.

Description

  • MM-Wellenradarsensorsystem, das von Vorrichtungen zur 3D-Objektpositionsdetektion, Formdetektion, intelligentem autonomem Fahren in den vordefinierten und markierten Bereichen und für Authentifizierungsanwendungen beschrieben wird, wird eingeführt.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Satz von Anwendungen, der ein Sensorsystem anspricht: 3D-Objektausrichtung und -position des bekannten Objekts, Formdetektion und Auswahl der bekannten Objektklassen, Authentifizierung und Erkennung der Objektklassen und Personenklassen sowie autonomes Fahren und Parken in den vordefinierten und bekannten Bereichen. Das MM-WellenRadarsensorsystem wird unter Verwendung von mm-Wellen-Funkfrequenzen eingeführt.
  • Stand der Technik
  • Die spezifischen Probleme oder bekannten Objekte werden angesprochen, wobei sich der Sensor auf der sich bewegenden Plattform mit 3D-Freiheitsgraden befindet oder Objekte bekannt und stabil sind und wobei sich der Sensor in einer stabilen Position befindet und sich Objekte auf einer sich bewegenden Plattform mit 3D-Freiheitsgraden befinden. Die dritte Klasse der angesprochenen Anwendung durch das vorgeschlagene Sensorsystem besteht darin, das markierte und bekannte Objekt zu erkennen, wenn es allein ist, oder das markierte Objekt in anderen, nicht markierten Objekten zu erkennen, wobei in allen drei Anwendungsklassen das Objekt auch ein Lebewesen mit Kleidern sein kann, das durch den in dieser Erfindung beschriebenen Ansatz markiert ist.
  • Es besteht eine starke Motivation, eine neue Generation von Sensoren für die folgenden Anwendungsszenarien einzusetzen:
    1. a) Detektieren der 3D-Objektposition, der Objektausrichtung, des Objektabstands zum Sensor. Diese allgemeine Anwendung ermöglicht es, dass Unteranwendungen, wobei die bekannten Objekte mit vollständig passiven Mitteln markiert werden, ohne Hochfrequenz-Stromextraktion oder ohne andere Stromversorgung reagieren können, wie RFID:
      • • 3D-Objekte mit konstantem Abstand zum Sensor können ihre Ausrichtung in mindestens einer von drei Ebenen ändern, und der Sensor detektiert die 3D-Ausrichtung des Objekts. Praktische Unterklasse der Anwendung kann sein, dass der Roboterarm oder Gebäudekran die Ausrichtung und Abstand zur vordefinierten Objektklasse erkennt, ohne Videoinformationen zu verwenden. Da der Roboterarm des Krans die Ausrichtung kennt, nimmt er die 3D-Spur auf die Ausrichtung des Objekts auf, was ein autonomes Arbeiten der Roboter ermöglicht. In diesem Szenario beobachtet der Sensor das bestimmte vordefinierte Objekt.
      • • Das 3D-Objekt ändert seine Ausrichtung in mindestens einer von drei Ebenen, und der Sensor detektiert die 3D-Ausrichtung des Objekts und dessen Abstand zu den Sensoren. In diesem Szenario beobachtet der Sensor das bestimmte vordefinierte Objekt.
    2. b) Detektieren der Klassen der Objektformen, wobei die verschiedenen Klassen der Objektformen vordefiniert sind, wobei mindestens eine bekannte Form vordefiniert ist. Diese allgemeine Anwendung ermöglicht es, dass Unteranwendungen, wobei die bekannten Objekte mit vollständig passiven Mitteln markiert werden, ohne Hochfrequenz-Stromextraktion oder ohne andere Stromversorgung reagieren können, wie RFID:
      • • Zwei Objekte derselben Form befinden sich in demselben Abstand zum Sensor. Aufgrund der spezifisch eingeführten Markierung erkannte der Sensor, dass sich das markierte und vordefinierte Objekt den Sensoren nähert, und unterscheidet von demselben Objekt, das nicht markiert ist. Die konkrete Subsystemanwendung kann sein, wenn sich zwei Personen, und eine mit werksseitig zugelassener Kleidung und eine als Gast, dem Detektionsbereich des Sensors nähern. Die Person, die Werkskleidung hat, hat markierte Kleider, die es ermöglichen, mit diesem einfachen Mittel ohne Videoverarbeitung zu detektieren, ob die detektierte Person Teil des eigenen Personals ist, oder zu detektieren, dass diese Person, die nicht Teil des eigenen Personals ist, an dem spezifischen Ort anwesend ist, was zur Sicherheit beiträgt, allgemeines Anwendungsfeld.
      • • Mehr als zwei Objekte, wobei jedes Objekt markiert ist und eine eigene vordefinierte Markierungsstruktur aufweist, befinden sich ungefähr in demselben Abstand zum Sensor, und der Sensor erkennt, wenn das Objekt von einer zu anderen vordefinierten Objektklassen unterschiedlich passiv markiert wird. Anwendungsbeispiel kann sein, dass wir Objekte beispielsweise in quadratischen, dreieckigen und ovalen Formen in einer Ebene haben, die mit verschiedenen Kombinationen von mindestens zwei Markern passiv markiert sind. Sie liegen auf dem Boden und der Sensor ist darüber und schaut sie vom Greifkran aus an. Der Sensor erkannte, welche Form auf dem Boden beobachtet wird, und initialisiert vordefinierte Aktionen.
    3. c) Detektieren der 3D-Position des Fahrzeugs mit dem Sensor unter Verwendung einer markierten und bekannten vordefinierten Umgebung. Klassen oder verwandte Anwendungen sind, das Fahrzeug weist einen Radarsensor und statische Objekte in der vordefinierten Umgebung auf, auf folgende Weise markiert:
      • • einfach passiv markiert. In diesem Fall haben wir möglicherweise einen allgemeinen Parkplatz mit der spezifischen Höhe an den Wandkanten oder vorgeschriebene passiven Flächenmarkierungen. Das Fahrzeug erkannte Markierungen und ermöglicht unter Verwendung dieser Informationen und der Kenntnis der vordefinierten Aussicht auf den Parkplatz das autonome Fahren im abgesicherten Modus ohne Auswertung des Videosignals. Das System kann auch autonomes Parken ermöglichen.
      • • passiv markiert mit Sätzen der mehr als einen Markierungsklasse mit einer spezifischen individuellen räumlichen Position von mindestens zwei passiven Markierungen in jeder Parkklasse. Dies kann eine Navigationsredundanz der Fahrzeugposition durch Durchfahren oder Fahren in einem vordefinierten Umgebungsszenario ermöglichen.
      Anwendungsszenario c) kann explizit vorteilhaft sein, um die Sicherheit zu erhöhen, wenn Autopiloten, die auf Videoerkennung basieren, nicht, oder nicht in voller Kapazität funktionieren, wie im Fall von Rauch, Nebel oder sehr dichtem direktem Licht.
    4. d) Detektion, ob der Sitz besetzt ist und ob der Sicherheitsgurt verriegelt ist, ohne dass in der Sitzumgebung eine Stromversorgung notwendig ist. Lösungen nach dem Stand der Technik verwenden die Stromversorgung in den Sitzen zur Sicherheitsgurtverriegelung, oder Sensorfusionsradar plus Videodetektion des Sicherheitsgurts.
  • Das Objekt ist bekannt, und das verallgemeinerte Objekt kann ein beliebiges, nicht lebendes Objekt, oder ein lebendes Objekt mit Kleidung oder einer markierten Umgebung nahe an dessen Oberfläche sein. Während des Entscheidungsverfahrens können die maschinellen Lernverfahren angewendet werden.
  • Die Lösungen nach dem Stand der Technik decken drahtlose Systeme ab, wobei die Reflektoren die an sie gesendeten Funkwellen reflektieren. Das beliebteste System dieser Art sind RFID-Systeme, wobei passive RFID-Reflektoren ohne Strom sind, aber die vom RFID-Sender gesendete Energie verwenden und ihre Identifizierung durch Senden ihres Codes vornehmen, was bedeutet, dass jeder Reflektor eine eindeutige Identifikation aufweist, und der RFID-Leser ein Konzept zum Auslesen dieser Identifikationscodes aufweist. Hier wird in dieser Erfindung vorgeschlagen, das System des Radarsensors zu verwenden, der als normaler Radarsensor zum Messen von Abständen, Geschwindigkeit und Vibrationen als Teil des Systems verwendet wird, wobei der vollständig passive Reflektor ohne eigene Reflektorcodeidentifikation, mindestens einer, und vorzugsweise mehr als ein vollständig identischer, verwendet wird. Wenn mehr als einer verwendet wird, bestimmt die spezielle Anordnung der identischen passiven Reflektoren die 3D-Position des bekannten Objekts, dessen Form und dessen mögliche Identifizierung, bezogen auf die Klassen desselben Objekts, und nicht zur Identifizierung der Objekte, die sich in derselben Klasse befinden. Dieser Ansatz ermöglicht eine sehr kostengünstige Bereitstellung der vorgeschlagenen Systemlösung. Der folgende Satz der Patentanmeldungen und erteilten Patente sowie die dazugehörigen ausgewählten Veröffentlichungen beschreiben den Stand der Technik auf dem Gebiet.
  • US20090058638 , „Methods and apparatus for a pervasive locationing and presence detection systems/Verfahren und Vorrichtungen für ein allgegenwärtiges Ortungs- und Anwesenheitsdetektionssystem“, offenbarte ein Ortungssystem zur Verwendung in einem drahtlosen Netzwerk, das im Allgemeinen einen drahtlosen Schalter und ein globales Ortungssystem (GPS, global positioning system) mit RFID-Netzwerk einschließt. Mindestens ein RFID-Lesegerät (mobil und/oder fest) ist für die Kommunikation mit dem Zugangsport konfiguriert, und das RFID-Lesegerät ist so konfiguriert, dass es ein RFID-Tag liest und RFID-Tag-Daten an den Funkschalter übermittelt. Der RFID-Leser sendet Daten und empfängt IDs vom RFID-Transponder, wobei Leistung von der HF-Signalstärke des Senders genommen wird.
  • US9325077B2 , „Radar level gauge system and reflector/Radarfüllstandsmesssystem und Reflektor“, Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reflektoranordnung zum Prüftesten eines Radarfüllstandsmessgeräts und eines Radarfüllstandsmesssystems, das eine derartige Reflektoranordnung umfasst, für eine Kraftstofftankanwendung.
  • US8350752B2 , „Radar level gauge system with bottom/Radarfüllstandsmesssystem mit Boden ..“ führt ein Radarfüllstandsmesssystem ein, um einen Füllstand eines in einem Tank enthaltenen Produkts zu bestimmen, wobei das Radarfüllstandsmesssystem umfasst: einen Sender-Empfänger zum Erzeugen, Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale; eine Ausbreitungsvorrichtung, die elektrisch mit dem Sender-Empfänger verbunden und so angeordnet ist, dass sie ein übertragenes elektromagnetisches Signal in Richtung einer Oberfläche des Produkts ausbreitet, das enthalten ist in ...
  • US5387916 , „Automotive Navigation system and Method/Automobilnavigationssystem und Verfahren“, führt ein, dass die Antwortbake eine Van-Atta-Array-Antenne verwendet, die zur Verbesserung der Navigation verwendet wird. Die Antwortbake umfasst Codierungsmittel, die mit den Empfangsantennenmitteln gekoppelt sind, um dem gesammelten Abfragesignal Kfz-Navigationsinformationen aufzuerlegen, wobei die Antwortbake retrodirektive Mittel einschließt, die mit den Codierungsmitteln verbunden sind, um das codierte gesammelte Abfragesignal erneut zu übertragen. Dieser Abfragesender sendet absichtlich ein codiertes Signal, das ein Fahrzeug anspricht, das auf einer Autobahn fährt, und nicht Teil der auf Radar basierenden Abstandserfassungssysteme ist.
  • US20150145711 , „Retro-reflective radar patch antenna target for vehicle and road infrastructure identification/Retroreflektierendes Radar-Patch-Antennenziel zur Identifizierung von Fahrzeugen und Straßeninfrastrukturen“, führt ein Systemkonzept ein, bei dem Marker vorzugsweise Mittel zur Identifizierung aufweisen, wie beispielsweise RFID-Systeme. Die Antwortbaken senden ein eindeutiges Rücksignal aus, sodass die zentrale Steuerung das interessierende Straßenfahrbahnelement identifiziert und eine Antwortaktion bestimmt.
  • Allgemeine Hintergrundquellen erläutern die flachen Reflektoransätze:
  • IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS/RUNDSCHREIBEN ZU IEEE-ANTENNEN UND DRAHTLOSER AUSBREITUNG, BAND. XX, 2018, „A Passive Re-Directing Van Atta Type Reflector/Passive Van Atta-Reflektor-Umlenkung“. In diesem Schreiben wird gezeigt, wie der zurückgestrahlte Strahl durch passive Änderung dieses Phasengradienten umgelenkt werden kann. Zu diesem Zweck ist eine sich quer ausbreitende Isolation zwischen dem Weg des einfallenden und des wieder abgestrahlten Signals erforderlich. Zu diesem Zweck kann Polarisationsduplex verwendet werden, um diese Isolation mit einer passiven und reziproken Struktur zu erreichen.
  • IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES/IEEE-TRANSAKTIONEN ZU MIKROWELLENTHEORIE UND -TECHNIKEN, BAND 64, NR. 12. DEZEMBER 2016 4763. „Inkjet-Printed Flexible mm-Wave Van-Atta Reflectarrays/Tintenstrahlgedruckte flexible mm-Wellen-Van-Atta-Reflektarrays“ führt RFID-Implementierungen für loT-Smart-Skins ein.
  • Thales Communications UK, „Design and Manufacture of a Low-Profile Radar Retro-Reflector/Konstruktion und Herstellung eines Radar-Retro-Reflektors mit niedrigem Profil“, führt ein System ein, wobei häufig passive Retro-Reflektoren aktive Elemente enthalten können, die eingeschlossen sein können, um das rückgestreute Signal zu verbessern oder es auf irgendeine Weise zu modifizieren, wie beispielsweise durch die Einführung der Modulation zu Identifikationszwecken erfolgen kann.
  • Maritime electronics 1978 „Radar reflectors for boats/Radarreflektoren für Boote“, erklärt die Grundlagen für die Vergrößerung der Radarquerschnitte und die Sichtbarkeit der Boote, um durch die radarbasierte Suche besser detektiert zu werden. Diese sperrigen Vorrichtungen haben keine praktische Relevanz für die mm-Wellen-Systeme mit kleinem Radar und werden immer als eine einzige passive Vorrichtung verwendet. Diese Erfindung führte passive Reflektoren ein, immer mehr als einen und vorteilhafterweise mehr als 10, die in der Fahrzeuginfrastruktur so eingebettet sind, dass sie nicht sichtbar sind, und vorteilhafterweise mit der Metallisierungsbeschichtung. Mit diesem Ansatz kann die Sichtbarkeit und Detektion des Autos, das von einem anderen Auto-Radarsensor beobachtet wird, dramatisch erhöht werden.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Diese Erfindung schlägt ein System vor, wobei Vorrichtungsteil 100 und Vorrichtungsteil 2000 in der Lage sind zum:
    • • Detektieren des Abstands zu dem bekannten vordefinierten Objekt mit Ausrichtung des bekannten Objekts, d. h. Änderungen der 3D-Ausrichtung des bekannten Objekts. Dieses Anwendungsszenario ist in 1 dargestellt.
    • • Bereitstellen der Führung des Fahrzeugs durch die Position der bekannten Objekte in einem bekannten markierten Bereich, wie: Garagen, Parkplätzen und ähnlichen Umgebungen. Dieses Anwendungsszenario ist in 2 dargestellt.
    • • Bereitstellen des Auswählens und Erkennens der verschiedenen Formen der markierten Objekte über verschiedene Klassen der markierten Objekte, wobei sich das Objekt in ähnlichem oder gleichem Abstand zum Beobachtungspunkt befindet, was eine Anwendung wie die intelligente Krandetektion ermöglicht, wobei der Kran oder intelligente Roboter eines der bevorzugten markierten Objekte auswählen und Aktionen darauf ausführen. Dieses Anwendungsszenario ist in 3 und 4 dargestellt. In 4 ist das Objekt ein Mensch mit markierten Kleidern.
    • • Bereitstellen vergrößerter Radarquerschnitte des Objekts, was die Sicherheit und Detektion des Objekts verbessern kann, für Anwendungen, wobei beispielsweise Radar zur Detektion des toten Winkels das Fahrzeug in größeren Abständen leichter erkennt, als wenn das vorgeschlagene System nicht eingesetzt ist. Dies kann die Sicherheit bei autonomem Fahren, Auto-zu-Auto-Kommunikations- und Fahrerassistenz-Anwendungsfamilien verbessern. Dies gilt insbesondere für Fälle, wobei sich die Fahrzeuge nicht auf derselben Fahrspur befinden und das klassische Radarsystem die Situation beobachtet und nach einem Auto in der Nähe sucht, die aufgrund des Winkels einen verringerten Querschnitt aufweisen. Dieses Anwendungsszenario ist in 5 dargestellt, wobei der Stoßfänger des Fahrzeugs an dessen Ecken eine Lösung mit vergrößerten Querschnitten aufweist, wie dies heute eine Lösung nach dem Stand der Technik bei Fahrzeugen ist, wobei eine künstliche Markierung des Fahrzeugs mit vergrößertem Querschnitt nicht genutzt und verwendet wird
    • • Bereitstellen einer passiven Markierung für die Verkehrsinfrastruktur, die die Qualität der globalen Navigations- und Fahrzeugbewusstseinsposition verbessern kann, mit zusätzlicher Redundanz bei der Positionierung und besseren Qualität der autonomen Fahrnavigation oder der Navigation unter schlechten visuellen Bedingungen wie Nebel unter Verwendung vorhandener Automobilradarsysteme nach dem Stand der Technik. Dieses Anwendungsszenario ist in 6 dargestellt.
    • • Bereitstellen von Informationen darüber, ob der Sicherheitsgurt im Fahrzeug angelegt ist oder nicht. In den Sicherheitsgurt sind passive Reflektoren eingebettet, und reflektierte Wellen in bekannt sind der menschlichen Brust, gibt Auskunft darüber, ob der Gurt angelegt ist oder nicht, wie in 7 beschrieben.
  • Im Allgemeinen sprechen die Merkmale des vorgeschlagenen Systems Objekte auch als Menschen mit markierten Kleidern in dessen verallgemeinerter Bedeutung an.
  • Die Grundmerkmale der Vorrichtung 100 sind in 8 beschrieben. Vorrichtung 100 ist ein Radarsystem mit mindestens einer Sender- und zwei Empfängerkette(n) mit Antennen mit hoher Verstärkung, die mit der Fahrzeuginfrastruktur 1000 verbunden sind, und durch die beliebigen Technologielösungen realisiert werden. Die Vorrichtung 2000 ist ein passives System mit willkürlichen Realisierungsoptionen, wobei passiv bedeutet, dass die Vorrichtung 2000 keine Stromversorgung aufweist, wobei die Vorrichtung 2000 ein Merkmal aufweist, dass die auf die Vorrichtungsempfangsfläche einfallenden Funkwellen durch Annäherung an die Vorrichtung 2000 in demselben Winkel reflektiert werden, wie empfangen. In der vorgeschlagenen Erfindung kann die Vorrichtung 2000 die Wellen in derselben Polarisation wie empfangen, oder in einer orthogonalen Radiowellenpolarisation reflektieren. In 9 sind verschiedene Realisierungsoptionen der Vorrichtung 2000 umrissen, die durch metallisierte Eckreflektoren oder gedruckte flache Strukturen ohne und mit Änderung der Polarisation der einfallenden Radiowellen realisiert werden.
  • Durch Beobachtung eines bestimmten Objekts durch ein Radarsystem hängt die insgesamt zu den Radarsystemen reflektierte Energie vom Niveau der gestreuten Wellen in anderen Richtungen als der Richtung der einfallenden Wellen ab. Aufgrund der Tatsache, dass, wenn das Radar Empfangsantennen ist, und sich an derselben Stelle befindet, an der sich Sendeantennen befinden, hängt das Empfangsleistungsniveau von bestimmten Reflexionen vom Niveau des Streuens von Wellen ab. Wenn das Objekt Merkmale zur Verringerung der parasitären Streuung aufweisen und mehr Leistung in die Richtungen reflektieren würde, wobei es beleuchtet wird, wäre sein effektiver Radarquerschnitt größer und die Empfangsantenne am Radar registriert mehr Empfangsleistung. Mit anderen Worten, ein Objekt mit Merkmalen für eine geringere parasitäre Streuung und eine bessere Reflexion der beleuchteten Funkleistung in Richtung der Beleuchtung ist in der Radarsignalverarbeitung besser sichtbar als die Umgebung in dessen Gehäuse ohne dieses Merkmal. Selbst wenn die Umgebung metallisierte Oberflächen aufweist, ist die Sichtbarkeit davon größer, wenn Wellen auf die gleiche Weise reflektiert werden können, wobei die Beleuchtung des Signals gezeigt wird.
  • In der vorgeschlagenen Erfindung schlagen wir ein System vor, wobei auf einer Seite eine aktive Radarvorrichtung 100 ein bekanntes Objekt beleuchtet, das absichtlich mit einer und mehr als einer Vorrichtung 2000 markiert ist, die ein Merkmal zum Reflektieren der von der Vorrichtung 100 kommenden Wellen zurück zur Vorrichtung 100 aufweist. Das heißt, wenn wir das Objekt kennen, können wir es absichtlich mit der spezifischen und vordefinierten Position der drei Vorrichtungen 2000 markieren, die sich nicht in derselben Linie befinden. Wenn sich dieses System nicht bewegt, kann die Vorrichtung 100 die Winkelposition der drei Vorrichtungen 2000 detektieren, die es uns aufgrund des bekannten Objekts und der bekannten Position der Markierungen auf dem bekannten Objekt ermöglichen kann, die Ausrichtung des Objekts zu berechnen, wie in 1 dargestellt. Wenn das beobachtete Objekt eine Rotation in demselben Abstand aufweisen würde, hätte das innovative vorgeschlagene System die Fähigkeit, Rotation und Position im Gegensatz zu Radarsystemen nach dem Stand der Technik zu detektieren, den Abstand mit Radarquerschnittsklassifizierungen zu berechnen. Heute werden Reflektoren zur Vergrößerung der Radarquerschnitte verwendet, um die Sichtbarkeit der Objekte durch Radarbeobachtung über große Entfernungen zu erhöhen, beispielsweise durch eine bessere Sichtbarkeit der schwimmenden und segelnden Objekte auf dem Meer. In dieser innovativen Lösung werden vorgeschlagene Marker mit besserer Reflexion träge verwendet, um die Ausrichtung des bekannten Objekts, und nicht den Abstand zu detektieren. Sie werden auch verwendet, um Objektformen und Objektklassifizierungen innerhalb verschiedener Klassen markierter Objekte zu detektieren. Der wichtige Vorteil des vorgeschlagenen Systems und Betriebsverfahrens besteht darin, dass das vorgeschlagene System das Erkennen der Objekte, von deren Position oder Klassifizierung ermöglicht, auch in dem Fall, in dem das Objekt Wellen stark reflektiert, aus metallisierten Strukturen besteht oder in dessen Gehäuse und Umgebung viele metallisierte Strukturen vorhanden sind.
  • Die wichtigsten systemrelevanten Komponenten der vorgeschlagenen Vorrichtung 100 sind:
    • • Flaches Antennensystem mit hoher Verstärkung, realisiert durch die Vielzahl der Technologien, mit mindestens einem Empfangsantennensystem 110, 120, 130, 140 und mindestens einem der Sendeantennensysteme 21 und 22, wovon jedes mehr als ein Antennenstrahlungselement aufweist, und Betrieb im mm-Wellenfrequenzband.
    • • Millimeterwellenradar mit integriertem Frontend auf Silicium 10, System auf Chip, das eine analoge Verarbeitung des mm-Wellensignals und die Bereitstellung der Analog-Digital-Wandlungsfunktion vorsieht;
    • • Digitale Signalverarbeitungsfunktion 30
    • • Mechanische Anordnung mit Stromversorgungsschnittstelle zur Stromversorgungsinfrastruktur im Fahrzeug oder den Vordersitzen, die eine mechanisch integrierte Antenne, digitale und analoge Funktionen enthält und eine mechanische Verbindung zum Fahrzeug oder zur Sitzinfrastruktur aufweist
    • • Die unterstützende Schaltung 50 als Teil der Vorrichtung 100 kann aufgrund der Vielzahl der Realisierungsoptionen Funktionen wie eine Lichtwarnquelle einschließen
    • • Schnittstellen-Subsystem 60, das die Verbindung mit der Fahrzeuginfrastruktur 1000 ermöglicht.
  • Die Wahl, das mm-Wellen-Frequenzband (30 GHz bis 300 GHz) zu verwenden und vorteilhafterweise das nicht lizenzierte 60-GHz-Band, das ISM-60-GHz-Band und das 79-GHz-Automobilband zu verwenden, hängt hauptsächlich von der Größe des Antennensystems ab, das eine sehr kleine und kompakte Vorrichtung ermöglicht, obwohl es die Antenne mit hoher Verstärkung mit mehr als einem Strahlungselement enthält. Die Verwendung höherer Frequenzen ermöglicht es, auf vordefinierten Objekten mehr Vorrichtungen 2000 zu haben, wobei ihre Strahlungsgröße im Betrieb mindestens 10 x 10 Wellenlängen beträgt, für die praktischen Realisierungszwecke und für verbessertes Reflexionsvermögen. Aufgrund von mm-Wellenfrequenzen in den praktischen Anwendungen wird vorteilhafterweise mehr als eine Vorrichtung 2000 verwendet.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine erste Klasse der vorgeschlagenen Systemanwendungsszenarien:
      • 1a) wobei die Vorrichtung 100 ein mm-Wellenradarsystem ist, das einen bekannten Objektmarkt mit Vorrichtungen 2000 beobachtet, die an dem bekannten Objekt auf dessen Oberfläche angebracht sind, die einer mm-Wellenradarvorrichtung 100 zugewandt ist, wobei Vorrichtungen 2000 passive metallbeschichtete oder Metallstrukturen der spezifischen Form sind, und sie geometrisch positioniert sind, um virtuelle geometrische Ebene definieren zu können.
      • 1b) das vorgeschlagene System ist in der Lage, den Abstand des bekannten Objekts zur Vorrichtung 100 und seine 3D-Ausrichtung im Raum unter Verwendung des vorgeschlagenen Betriebsverfahrens zu berechnen
    • 2 zeigt eine zweite Klasse vorgeschlagener Systemanwendungsszenarien, wobei das autonome Fahren in einer bekannten Umgebung durchgeführt wird, wobei das Gehäuse zum Fahren mit vorgeschlagenen Vorrichtungen 2000 an den Wänden oder an bestimmten Bereichspositionen in dem vordefinierten und bekannten Bereich markiert ist, wobei sich der Radarsensor 100 in dem sich bewegenden Objekt befindet, das sich dem bekannten Bereich nähert und sich innerhalb desselben bewegt. Die Umgebung kann vorteilhafterweise ein Parkplatz oder eine Garagenumgebung sein.
    • 3 zeigt eine dritte Klasse vorgeschlagener Systemanwendungsszenarien, wobei Vorrichtungen 2000 Positionen auf der spezifischen Oberfläche der verschiedenen bekannten Objekte in unterschiedlicher geometrischer Form sind, die ihre Klassifizierung und Identifizierung ermöglichen, durch die Vorrichtung 100 beobachtet werden, wobei die Vorrichtung 100 den Zweck hat, das Vorhandensein, die Position und 3D der spezifischen Formklasse von Objekten zu identifizieren.
    • 4 zeigt eine vierte Klasse vorgeschlagener Systemanwendungsszenarien, wobei:
      • 4a) wobei das vorgeschlagene System durch Beobachtung einer Person in einer spezifischen Position differenziert, wenn die Person Kleider mit integrierter Vorrichtung 2000 hat und eine Person keine Kleider mit integrierter Vorrichtung 2000 hat.
      • 4b) wobei das vorgeschlagene System durch Beobachtung einer Person in einer spezifischen Position differenziert, wenn die Person Kleider mit integrierten Vorrichtungen 2000, und eine Person mit Kleidern mit mehr Vorrichtungen 2000 oder die gleiche Anzahl von Vorrichtungen 2000, jedoch mit unterschiedlichen Positionen hat.
    • 5 zeigt eine fünfte Klasse vorgeschlagener Systemanwendungsszenarien, wobei:
      • 5a) wobei das vorgeschlagene System verwendet wird, um die Radarquerschnitte des Fahrzeugs in der spezifischen kritischen Richtung wie Fahrzeugecken absichtlich zu vergrößern. Dies ermöglicht, dass die Totwinkeldetektionssysteme eines anderen Fahrzeugs ein Fahrzeug mit einer integrierten Vorrichtung 2000 in einem viel größeren Abstand oder in einer kritischen Umgebungssituation mit einer viel größeren Detektionswahrscheinlichkeit erkennen können, was die Gesamtsicherheit beim autonomen Fahren direkt verbessert.
      • 5b) wobei die Sätze von mehr als einer Vorrichtung 2000 hinter dem Fahrzeugkunststoffgehäuse vorhanden sind.
      • 5c) wobei hinter der Kunststoffbeschichtung des Stoßfängers 3D-Kunststoffteile mit spezifischer Metallbeschichtung realisiert werden, um auf kostengünstige Weise die Sätze von vorgeschlagenen Vorrichtungen 2000 zu erhalten.
    • 6 zeigt eine sechste Klasse vorgeschlagener Systemanwendungsszenarien, wobei:
      • 6a) wobei das vorgeschlagene System verwendet wird, um die Verkehrsstraßennavigation zu verbessern, indem Navigationsverbesserungsobjekte 315 entlang der Straßen und neben den Straßenlinien platziert werden.
      • 6b) wobei die Navigationsverbesserungsobjekte 315 mehr als eine Vorrichtung 2000 aufweisen.
      • 6c) wobei die Navigationsverbesserungsobjekte 315 mehr als eine Gruppe der Vorrichtungen 2000 aufweisen, die in der Lage sind, eine spezifische codierte Nachricht, die sich auf den Verkehr bezieht, an das Radarsystem zu senden.
    • 7 zeigt die siebte Klasse der vorgeschlagenen Systemanwendungen, wobei das vorgeschlagene System für die Sitze angewendet wird, ohne dass eine notwendige Stromversorgung erforderlich ist, wobei das vorgeschlagene System gleichzeitig detektiert wird, wenn der Sitz besetzt ist, und wenn der Sicherheitsgurt verriegelt ist, wobei eine Vorrichtung 2000 in den Sicherheitsgurt integriert ist.
    • 8 zeigt Funktionsblöcke der vorgeschlagenen Vorrichtung 100
    • 9 zeigt mögliche Realisierungsoptionen der Vorrichtung 2000, wobei:
      • 9a) zeigt eine metallisierte Eckstruktur
      • 9b) zeigt eine flache, passive, gedruckte Struktur, die die Polarisation reflektierender Wellen in der gleichen Richtung der Ankunft einfallender Wellen ändert 9c) zeigt eine flache, passive, gedruckte Struktur, die durch Patch-Antennen realisiert wird
      • 9d) flache, passive, gedruckte Struktur, die durch Patch-Antennen realisiert wird, die die Polarisation reflektierter Wellen in der gleichen Richtung der Ankunft einfallender Wellen ändern
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Das mm-Wellen-System, das die eine Vorrichtung 100 mit mm-Wellen-HW-Radarfunktionalität und mindestens zwei Vorrichtungen 2000 umfasst, ist physikalisch im Abstand von der Vorrichtung 100 angeordnet, wobei die mm-Welle den Betrieb zwischen 30 und 300 GHz ausübt, wie in 1. Vorrichtung 100 enthält:
    • • Mindestens eine flache Antenne mit hoher Verstärkung zum Übertragen von mm-Wellen-Funksignalen 21, wobei die flache Antenne mit hoher Verstärkung mindestens zwei Strahlungselemente aufweist;
    • • Mindestens eine flache Antenne mit hoher Verstärkung zum Empfangen von mm-Wellen-Funksignalen 110, wobei die flache Antenne mit hoher Verstärkung mindestens zwei Strahlungselemente aufweist;
    • • Integriertes mm-Wellen-Funk-Frontend 10, implementiert in einer beliebigen Halbleitertechnologie, mit integriertem mm-Wellen-Spannungsregelungsoszillator auf Chip, mm-Wellen-Leistungsverstärker, mindestens einem mm-Wellen-IQ-Demodulator, digitaler Steuerschnittstelle, Stromversorgung;
    • • Digitale Verarbeitungsfunktionalität 30 mit beliebiger, digitaler, festverdrahteter und SW-Verarbeitungsfähigkeit, die in der Lage ist, das aus der Entität 10 kommende Signal einschließlich der Steuerungsfunktionalität digital zu verarbeiten, und Berechnungs- und Speicherkapazität zum Durchführen einer digitalen Signalverarbeitung durch einen beliebigen Typ der Realisierungsoptionen
    • • Verdrahtete Kommunikationsschnittstelle 60 zum Verbinden der ersten Vorrichtung 100 mit der Infrastrukturentität 1000, die sich außerhalb der Vorrichtung 100 befindet, und durch die Vielzahl der Technologien und Kommunikationsprotokolle freigegeben wird
    • • Unterstützende Schaltung 50, einschließlich mechanischer Schnittstelle zur Infrastrukturumgebung 1000, wobei die erste Vorrichtung 100 mit der Infrastrukturumgebung verbunden ist, und unterstützende elektronische Schaltung zum Bereitstellen der Stromversorgung von der Fahrzeugumgebung 1000 für die erste Vorrichtung 100.
    wobei die zweite Vorrichtung 2000 eine passive, ohne Stromversorgung und ohne Fähigkeit zum Laden durch die Beleuchtung der mm-Wellen ist, die durch eine Vielzahl von Realisierungsoptionen freigesetzt werden, mit einem Schlüsselmerkmal, um die einfallenden mm-Welle-Wellen, die von der Vorrichtung 100 kommen, in die gleiche Richtung zu reflektieren, wobei sich mm-Wellen der Vorrichtung 2000 nähern.
  • Mindestens zwei Vorrichtungen 2000 sind an dem bekannten und vordefinierten Objekt 300 angebracht.
  • Ferner können für beschriebene Anwendungen, wobei ein vorgeschlagenes System verwendet wird, das durch dessen Vorrichtungen und Betriebsverfahren definiert wird, die berechneten Informationen und Ereignisse zur statistischen Auswertung der Daten verwendet werden.
  • Dies beinhaltet:
    • • Statistische Auswertung der Objektpositionen, die mit Daten abgebildet sind, die für die Berechnung verwendet werden, und Profilierung der Ereignisse und gemessenen Objekte.
    • • Statistische Auswertung der zu erkennenden Objektklasse mit den für die Berechnung verwendeten Daten, um maschinelles Lernen beim Erkennen der Daten mit besserer Genauigkeit zu ermöglichen
    • • Zählen des Objekts oder der Objektklasse, die detektiert werden
    • • Statistische Auswertung der beobachteten Objektklassen
  • Durch Verwendung von Algorithmen für künstliche Intelligenz mit maschinellem Lernen vor Ort kann das vorgeschlagene System, das durch dessen Vorrichtungen definiert wird, vorteilhafterweise zum Bewegen von Robotern und Maschinen in industriellen und alltäglichen Umgebungen verwendet werden.
  • Durch Verwenden von Algorithmen für künstliche Intelligenz mit maschinellem Lernen vor Ort kann das vorgeschlagene System, das durch dessen Vorrichtungen definiert wird, vorteilhafterweise für autonomes Fahren verwendet werden.
  • Durch Verwenden von Algorithmen für künstliche Intelligenz mit maschinellem Lernen vor Ort kann das vorgeschlagene System, das durch dessen Vorrichtungen definiert wird, vorteilhafterweise zum Aktualisieren von Echtzeit-Kartierungsdaten verwendet werden, wobei das Fahrzeug auf der Bordvorrichtung 100 ist und Vorrichtungen 2000 nahe an, oder über die Straßen positioniert sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20090058638 [0007]
    • US 9325077 B2 [0008]
    • US 8350752 B2 [0009]
    • US 5387916 [0010]
    • US 20150145711 [0011]

Claims (11)

  1. mm-Wellensystem, umfassend die eine Vorrichtung 100 mit mm-Wellen-HW-Radarfunktionalität und mindestens zwei Vorrichtungen 2000, die physikalisch im Abstand von der Vorrichtung 100 platziert sind, wobei die mm-Welle einen Betrieb zwischen 30 und 300 GHz ausübt, wobei die erste Vorrichtung 100 enthält: • Mindestens eine flache Antenne mit hoher Verstärkung zum Übertragen von mm-Wellen-Funksignalen 21, wobei die flache Antenne mit hoher Verstärkung mindestens zwei Strahlungselemente aufweist; • Mindestens eine flache Antenne mit hoher Verstärkung zum Empfangen von mm-Wellen-Funksignalen 110, wobei die flache Antenne mit hoher Verstärkung mindestens zwei Strahlungselemente aufweist; • Integriertes mm-Wellen-Funk-Frontend 10, implementiert in einer beliebigen Halbleitertechnologie, mit integriertem mm-Wellen-Spannungsregelungsoszillator auf Chip, mm-Wellen-Leistungsverstärker, mindestens einem mm-Wellen-IQ-Demodulator, digitaler Steuerschnittstelle, Stromversorgung; • Digitale Verarbeitungsfunktionalität 30 mit beliebiger, digitaler, festverdrahteter und SW-Verarbeitungsfähigkeit, die in der Lage ist, das aus der Entität 10 kommende Signal einschließlich der Steuerungsfunktionalität digital zu verarbeiten, und Berechnungs- und Speicherkapazität zum Durchführen einer digitalen Signalverarbeitung durch einen beliebigen Typ der Realisierungsoptionen • Verdrahtete Kommunikationsschnittstelle 60 zum Verbinden der ersten Vorrichtung 100 mit der Infrastrukturentität 1000, die sich außerhalb der Vorrichtung 100 befindet, und durch die Vielzahl der Technologien und Kommunikationsprotokolle freigegeben wird • Unterstützende Schaltung 50, einschließlich mechanischer Schnittstelle zur Infrastrukturumgebung 1000, wobei die erste Vorrichtung 100 mit der Infrastrukturumgebung verbunden ist, und unterstützende elektronische Schaltung zum Bereitstellen der Stromversorgung von der Fahrzeugumgebung 1000 für die erste Vorrichtung 100. wobei die zweite Vorrichtung 2000: • eine passive, ohne Stromversorgung und ohne Fähigkeit zum Laden durch die Beleuchtung der mm-Wellen ist, die durch eine Vielzahl von Realisierungsoptionen freigesetzt werden, mit einem Schlüsselmerkmal, um die einfallenden mm-Welle-Wellen, die von der Vorrichtung 100 kommen, in die gleiche Richtung zu reflektieren, wobei sich mm-Wellen der Vorrichtung 2000 nähern. • wobei mindestens zwei Vorrichtungen 2000 an dem bekannten und vordefinierten Objekt 300 angebracht sind.
  2. System nach Anspruch 1, • wobei mindestens zwei Vorrichtungen 2000 an den bekannten und vordefinierten Vorrichtungspositionen 2000 innerhalb einer bekannten und vordefinierten Umgebung für Fahrzeug 301, Bewegung und Parken angebracht sind.
  3. System nach Anspruch 1, wobei mindestens drei Vorrichtungen 2000 an den bekannten und vordefinierten, mindestens zwei Klassen bekannter Objektklassen 304 und 305 angebracht sind, wobei sie auf jeder Objektoberfläche in der Weise platziert sind, dass eine eindeutige Kombination der Form definiert wird, wodurch einer Objektklasse Erkennen durch Erkennen eindeutiger Positionen der Vorrichtungen 2000 an der Objektklassenoberfläche ermöglicht wird.
  4. System nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Vorrichtung 2000 an Kleidern des Menschen 307 angebracht ist, wodurch deren Markierung ermöglicht wird, und stärkere Radarquerschnittsreflexion auf dem vordefinierten Abstand zur Vorrichtung 100, im Vergleich zu dem Fall, in dem bei demselben Abstand keine verwandte Markierung 308 vorhanden ist.
  5. System nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Vorrichtung 2000 an Kleidern des Menschen 307 und des Menschen 308 angebracht ist, wodurch deren Markierung in der Weise ermöglicht wird, dass sie unterschiedliche geometrische Positionen auf den Kleidern aufweisen, wodurch der Vorrichtung 100 ermöglicht wird, mindestens zwei unterschiedliche geometrische Positionen der Vorrichtungen 2000 zu detektieren.
  6. System nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Vorrichtungen 2000 dicht aneinander und in die Fahrzeugumgebungsinfrastruktur 311 und 310 integriert angebracht sind, um sicherzustellen, dass ein größerer Radarquerschnitt, wie in dem Fall, wenn sie nicht vorhanden sind, von der Vorrichtung 100 beleuchtet wird, wobei die Vorrichtung 100 auf der anderen Fahrzeugplattform ist.
  7. System nach Anspruch 6, wobei sich die Vorrichtung 100 auf der anderen statischen Verkehrsinfrastruktur befindet und das Fahrzeug 311, das integrierte Vorrichtungen 2000 aufweist, beobachtet, und durch mm-Wellen beleuchtet wird.
  8. System nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Vorrichtungen 2000 dicht aneinander, und in die statische Verkehrsinfrastruktur bekannter Objekte 315 integriert, mit bekannten genauen Positionen nahe den Verkehrsstraßen 316 angebracht sind, um einen größeren Radarquerschnitt sicherzustellen, wie im Fall, wenn Vorrichtungen 2000 auf dem Objekt 315 nicht vorhanden sind, die von der Vorrichtung 100 beleuchtet werden, wobei sich die Vorrichtung 100 auf der sich bewegenden Fahrzeugplattform befindet und die bekannten Objekte 315 eine beliebige Form und Größe und eine beliebige, aber bekannte Mikroposition in Bezug auf die Verkehrsstraßen 316 aufweisen.
  9. System nach Anspruch 8, wobei mindestens zwei Gruppen von Vorrichtungen 2000, jede Gruppe mehr als zwei Vorrichtungen 2000 aufweist, an den bekannten Objekten 315 realisiert werden, die durch die Beleuchtung durch die Vorrichtung 100 mit dem gleichen Abstand zum Objekt 315 in der Lage sind, eine klare Differenzierung in dem Empfangssignalmuster zu erzeugen, in der Lage sind, verschiedene Klassen von Objekten 315 der geometrischen Anordnungen der Gruppen von Vorrichtungen 2000 zwischen ihnen zu unterscheiden.
  10. System nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Vorrichtung 2000 in den Sicherheitsgurt integriert ist, die ein Teil des Fahrzeugsitzes 317 ist, und wobei die Vorrichtung 100 den Fahrzeugsitz 317 beleuchtet, in die Fahrzeugumgebung integriert, und mit der Fahrzeuginfrastruktur 1000 verbunden ist.
  11. System nach den vorstehenden Ansprüchen, wobei die passive Vorrichtung 2000 als Ecke realisiert ist, wobei die Vorderseite zur Beleuchtung hin metallbeschichtet ist, und durch die Vielzahl der Realisierungsoptionen realisiert wird, oder wobei die passive Vorrichtung 2000 als gedruckte, flache Struktur realisiert ist, reflektierte Bahnen in der gleichen Polarisation wie empfangen, oder wobei die passive Vorrichtung 2000 als gedruckte, flache Struktur realisiert wird, reflektierte Bahnen in der Querpolarisation wie empfangen.
DE202019005611.4U 2018-11-26 2019-11-25 Leitsystem basierend auf Millimeter-Wellen Radar Active DE202019005611U1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/199,411 US20200166636A1 (en) 2018-11-26 2018-11-26 MM-wave radar based guiding system
US16/199,411 2018-11-26

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