EP3953728A1 - Verfahren zur auswertung von radarsystemen - Google Patents

Verfahren zur auswertung von radarsystemen

Info

Publication number
EP3953728A1
EP3953728A1 EP20715035.0A EP20715035A EP3953728A1 EP 3953728 A1 EP3953728 A1 EP 3953728A1 EP 20715035 A EP20715035 A EP 20715035A EP 3953728 A1 EP3953728 A1 EP 3953728A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radar
array
evaluation
transmitting
overall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20715035.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yassen Dobrev
Peter Gulden
Mark Christmann
Michael GOTTINGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Symeo GmbH
Original Assignee
Symeo GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Symeo GmbH filed Critical Symeo GmbH
Publication of EP3953728A1 publication Critical patent/EP3953728A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/003—Bistatic radar systems; Multistatic radar systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G01S13/878—Combination of several spaced transmitters or receivers of known location for determining the position of a transponder or a reflector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems
    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/354—Extracting wanted echo-signals

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for evaluating, in particular thinned, radar systems.
  • the object of the invention is to propose a comparatively simple and yet precise method for evaluating, in particular for imaging and / or for a MIMO method, of signals from a radar system, in particular a thinned out radar system. Furthermore, a corresponding evaluation device, a corresponding radar system and a corresponding mobile device should be proposed.
  • the object is achieved by a method for evaluating (possibly for imaging and / or for a MIMO method and / or for target recognition or localization and / or for target speed determination) of signals from an, in particular thinned, radar system (Spare radar array) and / or a radar system with a large aperture, comprising at least one first radar unit for transmitting and / or receiving signals and at least one second radar unit for transmitting and / or receiving signals that have a (virtual) overall Forming a radar array (with antenna channels or physical channels and virtual channels), whereby only a partial radar array of the overall radar array is used in the (for) evaluation.
  • Each radar unit can have at least two (or at least three or at least four) receiving antennas and / or at least (or at least three) two transmitting antennas. Several, possibly all, antennas can be arranged on a (straight) line.
  • the respective radar unit can also be referred to as a transceiver unit.
  • the sub-radar array includes only virtual channels.
  • the partial radar array used is preferably (completely) between the first and the second radar unit.
  • all virtual channels between the first and the second radar unit can possibly be taken into account.
  • the sub-radar array is preferably selected such that a
  • At least one target is preferably in the near field of the overall radar array and / or in the far field of the partial radar array.
  • the evaluation preferably includes beamforming (literally translated:
  • a position of the target lies on an ellipse with the radar positions in the ellipse focal points.
  • the ellipse is not a circle.
  • the radar positions can be approximated by a center point of the antennas of the respective radar unit. The fact that an error in the radar position due to the curvature of the ellipse has only a minor influence (or only becomes relevant at a multiple of the wavelength) is thereby advantageously used.
  • the evaluation in particular the beamforming, can include the use of a window function, in particular a Hann window.
  • beamformer weights can be used, which if necessary can be determined in advance, in particular calculated, if necessary from
  • Hypothesis vectors and / or can be stored, in which case they are determined, in particular calculated, only once in the latter case and used for various radar measurements.
  • the evaluation, in particular the beamforming, is preferably adapted in such a way that it is taken into account that the far-field approximation does not apply to the entire radar array, but to the partial radar array.
  • a transmission frequency of at least one transmission antenna, possibly all transmission antennas, is preferably at least 1 GHz, preferably at least 10 GHz, for example 77 GHz.
  • an evaluation device in particular for performing the method described above or below, for evaluation (possibly for imaging and / or for a MIMO method and / or for target recognition or localization and / or for a target speed determination) of signals from a, in particular thinned, radar system, comprising at least one first radar unit for transmitting and receiving signals and at least one second radar unit for transmitting and receiving signals that form a (virtual) overall radar array (with Antenna channels or physical channels and virtual
  • the evaluation device can have at least one (electronic) memory and / or at least one (micro) processor and / or at least one connection for power transmission and / or at least one connection for data transmission.
  • a radar system comprising at least one first radar unit for transmitting and receiving signals and at least one second radar unit for transmitting and receiving signals that form a (virtual) overall radar array, as well as the
  • Evaluation device The above object is further achieved by a mobile device, in particular a vehicle, preferably a motor vehicle and / or ship and / or aircraft, more preferably a passenger or truck, comprising the evaluation device and / or the radar system.
  • a mobile device in particular a vehicle, preferably a motor vehicle and / or ship and / or aircraft, more preferably a passenger or truck, comprising the evaluation device and / or the radar system.
  • the first and / or second radar unit possibly the radar system, can be arranged (integrated) in / on a bumper.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • FIG. 2 shows a detail from FIG. 1;
  • Fig. 5 shows a pseudo spectrum
  • Fig. 6 shows a pseudo spectrum
  • Fig. 7 shows a pseudo spectrum
  • Fig. 8 shows a pseudo spectrum
  • the first and / or the Second radar units can have several (for example four or more) receiving antennas 15 and / or several (for example three or more) transmitting antennas 16.
  • the additional virtual channels can be designed as spatial convolution as long as a far-field approximation is given. Basically only applies from one
  • a sub-arrangement is preferably selected which lies between the two arrays and is less thinned out (channel group 12 in FIG. 1).
  • the achievable resolution is reduced by the smaller size, but the side lobes are smaller.
  • Fig. 4 illustrates this on the basis of two close
  • Array elements in the middle of the array as these always come to lie in the middle of the two radars due to the spatial folding of the subarrays.
  • the relative distance between the virtual channels in the middle depends (at least essentially or at least in a first approximation) only on that of the antennas in the modules (radar units 10, 11) from one another. This eliminates the need to know the exact distance between the modules and, if necessary, to recalibrate changes due to thermal expansion.
  • a comparatively more complex than in the prior art is thus preferably dispensed with Step.
  • this distance can also be inconstant, for example in the event of vibrations.
  • any type of beamformer can be used on the entire and / or on the partial array.
  • extensive (sparse array) antenna arrangements due to the large size and the high transmission and
  • Receiving frequency of 77 GHz for example, the far field approximation is no longer given.
  • a holographic reconstruction is generally necessary if a target appears in different bins due to the size of the antenna array or the bandwidth used according to the range FFT. Then a hypothesis has to be created for both the target frequency and the target phase, what
  • the advantage of the thinned array considered here is that, even if the target lies in the near field of the overall antenna arrangement, it lies in the far field of the partial apertures that are formed from the apertures of the two radar units. It is particularly advantageous here that the target is then at the same range FFT bin in both cross paths. This enables a computationally efficient calculation of cross-path spectra of both radars (radar units) with the help of a suitable beamformer. Although the classic MIMO approach cannot be used here if the target is in the near field of the overall antenna arrangement, the combination of the Tx and Rx antenna arrays can be used to advantage with the help of the beamformer.
  • the distance information for the cross path of an arrangement consisting of two radar units limits the position of the target to an ellipse with the
  • the linear eccentricity is with the distance between the two radar stations b.
  • the minor axis of the ellipse is
  • the hypothetical target position p hyp in the Cartesian coordinate system can be calculated as follows:
  • 2 With the ramp start frequency and bandwidth f 0 and B or the speed of light c 0 , the phase hypothesis F hyp can be calculated:
  • 0.5B takes into account the influence of a (FMCW) bandwidth on the phase.
  • the radar image I (d hyp , f hyp ) results from the comparison of the hypothesis with the measurement s m, n (d hyp ):
  • FIGS. 5 and 6 A simulation result is shown in FIGS. 5 and 6 for a target in the near field at 15 ° or 40 ° as "NFBF". If the beamforming is expanded by a window w (e.g. a Hann window)
  • w e.g. a Hann window
  • the window reduces the side lobes in some areas of the spectrum.
  • the remaining side lobes of up to -15 dB are, however, inadmissibly high for imaging applications. This is because the combination of two partial apertures not a fully occupied uniform linear array (ULA), but a thinned out array.
  • the optimized weights H 0 can be calculated as follows:
  • H 0 H (H H H + mI), with the regularization parameter m and the identity matrix I.
  • the optimized weights are independent of the measurement data. Therefore they can only be calculated and saved once and then applied to each measurement. The computational effort for the use of the optimized beamformer is consequently the same as that of the simplest delay-and-sum beamformer.
  • the main points of the invention are: 1) Use of sub-arrays with better overall properties than the main array.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung, insbesondere zur Bildgebung und/oder für ein MIMO-Verfahren, eines Radarsystemen, umfassend mindestens eine erste Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen und mindestens eine zweite Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen, die ein Gesamt-Radar-Array ausbilden, wobei bei der Auswertung nur ein Teil-Radar-Array des Gesamt-Radar-Arrays herangezogen wird.

Description

Verfahren zur Auswertung von Radarsystemen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Auswertung von, insbesondere ausgedünnten, Radarsystemen.
Stand der Technik für Radar mit einem ausgedünnten Antennenanordnungen, oft als Sparse Array bezeichnet, sind Auswerteverfahren z.B. nach Hardware
Realization of a 2 m x 1 m Fully Electronic Real-Time mm-Wave Imaging System, A. Schiessl, A. Genghammer, S. Ahmed, L.-P. Schmidt, EUSAR 2012 zur
Bildgebung und für MiMo Verfahren. Dabei entstehen insbesondere bei stark ausgedünnten Arrays hohe Nebenkeulen/Beugungsmuster, die eine praktische Auswertung sehr schwierig machen. Zudem sind solche Arrays häufig stark ausgedehnt und daher nicht mit klassischen Beamformer-Ansätzen aus der Beamformer-Literatur lösbar. Besonders häufig treten solche ausgedehnten Sparse Arrays in verteilten Radarsystemen, z.B. nach WO 2018/158281 A1, auf, die die Kohärenz erst im Postprocessing hersteilen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein vergleichsweise einfaches und dennoch präzises Verfahren zur Auswertung, insbesondere zur Bildgebung und/oder für ein MIMO- Verfahren, von Signalen eines, insbesondere ausgedünnten, Radarsystems, vorzuschlagen. Weiterhin soll eine entsprechende Auswertevorrichtung, ein entsprechendes Radarsystem und eine entsprechende mobile Einrichtung vorgeschlagen werden.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Auswertung (ggf. für die Bildgebung und/oder für ein MIMO-Verfahren und/oder zur Zielerkennung bzw. -lokalisierung und/oder für eine Ziel-Geschwindigkeitsbestimmung) von Signalen eines, insbesondere ausgedünnten, Radarsystems (Spare-Radar-Array) und/oder eines Radarsystems mit großer Apertur, umfassend mindestens eine erste Radareinheit zum Aussenden und/oder Empfangen von Signalen und mindestens eine zweite Radareinheit zum Aussenden und/oder Empfangen von Signalen, die ein (virtuelles) Gesamt-Radar-Array ausbilden (mit Antennenkanälen bzw. physischen Kanälen und virtuellen Kanälen), wobei bei der (zur) Auswertung nur ein, Teil-Radar-Array des Gesamt-Radar-Array herangezogen wird.
Jede Radareinheit kann mindestens zwei (oder mindestens drei oder mindestens vier) Empfangsantennen und/oder mindestens (oder mindestens drei) zwei Sendeantennen. Mehrere, ggf. sämtliche, Antennen können auf einer (geraden) Linie angeordnet sein.
Die jeweilige Radareinheit kann auch als Sende-Empfangseinheit bezeichnet werden.
Insgesamt und/oder zwischen den beiden Radareinheiten können mindestens sechs, vorzugsweise mindestens zwölf, ggf. mindestens 20 virtuelle Kanäle ausgebildet sein. In Ausführungsformen umfasst das Teil-Radar-Array nur virtuelle Kanäle.
Vorzugsweise liegt das herangezogene Teil-Radar-Array (vollständig) zwischen der ersten und der zweiten Radareinheit.
Für das Teil-Radar-Array können ggf. sämtliche virtuellen Kanäle zwischen der ersten und der zweiten Radareinheit berücksichtigt werden.
Vorzugsweise wird das Teil-Radar-Array derart ausgewählt, dass eine
Fernfeldnäherung verwendet werden kann.
Mindestens ein Ziel liegt vorzugsweise im Nahfeld des Gesamt-Radar-Arrays und/oder im Fernfeld des Teil-Radar-Arrays.
Die Auswertung umfasst vorzugsweise ein Beamforming (wörtlich übersetzt:
Strahl-Formung).
Vorzugsweise wird in einem Auswerteschritt angenommen, dass eine Position des Ziels auf einer Ellipse mit den Radarpositionen in den Ellipsenbrennpunkten liegt. Die Ellipse ist insbesondere kein Kreis. Die Radarpositionen können durch einen Mittelpunkt der Antennen der jeweiligen Radareinheit angenähert werden. Dabei wird auch vorteilhafterweise ausgenutzt, dass eine Fehler in der Radarposition aufgrund der Krümmung der Ellipse einen nur geringen Einfluss hat (bzw. erst bei einem Vielfachen der Wellenlänge relevant wird).
Die Auswertung, insbesondere das Beamforming, kann die Anwendung einer Fensterfunktion, insbesondere ein Hann-Fenster, umfassen.
Bei der Auswertung können Beamformer-Gewichte herangezogen werden, die ggf. vorher bestimmt, insbesondere berechnet, werden können, ggf. aus
Hypothesenvektoren, und/oder abgespeichert sein können, wobei sie im letzteren Fall insbesondere nur einmal bestimmt, insbesondere berechnet, werden und für verschiedenen Radar-Messungen herangezogen werden. Vorzugsweise ist die Auswertung, insbesondere das Beamforming derart angepasst, dass berücksichtigt wird, dass die Fernfeldnäherung nicht für das Gesamt-Radar-Array gilt, jedoch für das Teil-Radar-Array.
Vorzugsweise ist ein/das Ziel (in Bezug auf durch die erste und zweite
Radareinheit gebildete Kreuzpfade) beim/im selben Range-FFT-Bin.
Eine Sendfrequenz mindestens einer Sendeantenne, ggf. aller Sendeantenne beträgt vorzugsweise mindestens 1 GHz, vorzugswiese mindestens 10 GHz, beispielsweise 77 GHz.
Die obige Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Auswertevorrichtung, insbesondere zur Durchführung des obigen bzw. nachfolgen beschriebenen Verfahrens, zur Auswertung (ggf. für die Bildgebung und/oder für ein MIMO- Verfahren und/oder zur Zielerkennung bzw. -lokalisierung und/oder für eine Ziel- Geschwindigkeitsbestimmung) von Signalen eines, insbesondere ausgedünnten, Radarsystems, umfassend mindestens eine erste Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen und mindestens eine zweite Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen, die ein (virtuelles) Gesamt-Radar-Array ausbilden (mit Antennenkanälen bzw. physischen Kanälen und virtuellen
Kanälen), wobei bei der (zur) Auswertung nur ein Teil-Radar-Array des Gesamt- Radar-Array herangezogen wird.
Die Auswerteeinrichtung kann mindestens einen (elektronischen) Speicher und/oder mindestens einen (Mikro-)Prozessor und/oder mindestens einen Anschuss zur Stromübertragung und/oder mindestens einen Anschluss zur Datenübertragung aufweisen.
Die obige Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Radarsystem, umfassend mindestens eine erste Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen und mindestens eine zweite Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen, die ein (virtuelles) Gesamt-Radar-Array ausbilden, sowie die
Auswertevorrichtung. Die obige Aufgabe wird weiter gelöst durch eine mobile Einrichtung, insbesondere Fahrzeug, vorzugsweise Kraftfahrzeug und/oder Schiff und/oder Flugzeug, weiter vorzugsweise Personen- oder Lastkraftwagen, umfassend die Auswertevorrichtung und/oder das Radarsystem. In Ausführungsformen kann/können die erste und/oder zweite Radareinheit, ggf. das Radarsystem, in/an einer Stoßstange angeordnet (integriert) sein.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In der nachfolgenden Beschreibung, werden auch unter Bezugnahme auf beiliegende Figuren, weitere Grundlagen, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Radarsystems;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1;
Fig. 3 ein Bild mit ausgeprägten Nebenkeulen;
Fig. 4 Radarbilder;
Fig. 5 ein Pseudospektrum;
Fig. 6 ein Pseudospektrum;
Fig. 7 ein Pseudospektrum;
Fig. 8 ein Pseudospektrum;
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 und 2 zeigen hochschematisch ein Radarsystem 9 mit zwei Radareinheiten 10 und 11, sowie Gruppen von virtuellen Kanälen 12, 13 und 14. Die Gruppe von virtuellen Kanälen 12 ist zwischen den Radareinheiten 10 und 11 angeordnet. Jede Gruppe von virtuellen Kanälen kann mehr als die durch Stern-Symbole dargestellten Kanäle 17 aufweisen (z. B. 24 Kanäle). Die erste und/oder die zweite Radareinheit können mehrere (z. B. vier oder mehr) Empfangsantennen 15 und/oder mehrere (z. B. drei oder mehr) Sendeantennen 16 aufweisen.
Bei einem Sparse Array gemäß Figuren 1 und 2, das als MIMO-System mit mehreren Sende- und Empfangskanälen ausgeführt sein kann, kann man die zusätzlichen virtuellen Kanäle als räumliche Faltung ausgeführt darstellen, solange eine Fernfeldnäherung gegeben ist. Grundsätzlich gilt erst ab einem
Zielabstand von eine Nahfeldnäherung, wobei L die räumliche
Ausdehnung der Antennenapertur ist, f die Sendefrequenz und c die
Lichtgeschwindigkeit.
In Fig. 1 wird deutlich, wie die realen und virtuellen Kanäle ein Sparse Array formen.
Üblicherweise haben solche Anordnungen eine schmale Hauptkeule und hohe und zahlreiche Nebenkeulen. Ein mit einem sehr augsedünnten Array aufgenommenes Bild wird beispielhaft in Fig. 3 dargestellt.
Bevorzugt wird davon eine Teilanordnung ausgewählt, die zwischen den beiden Arrays liegt und weniger ausgedünnt ist (Kanal-Gruppe 12 in Fig. 1). Durch die geringere Ausdehnung wird die erreichbare Auflösung reduziert, dafür sind die Nebenkeulen kleiner. Fig. 4 verdeutlicht das an Hand von zwei dicht
nebeneinanderliegenden Zielen. Es ist gut zu erkennen, das keine starken
Nebenlinien auftreten.
Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung ausschließlich virtueller
Arrayelemente in der Mitte des Arrays, da diese durch die räumliche Faltung der Subarrays immer in der Mitte der beiden Radare zum Liegen kommen. Der relative Abstand der virtuellen Kanäle in der Mitte hängt dabei (zumindest im Wesentlichen bzw. zumindest in erster Näherung) nur von dem der Antennen in den Modulen (Radareinheiten 10, 11) untereinander ab. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, den Abstand zwischen den Modulen exakt zu kennen, und ggf. Änderungen durch thermische Ausdehnung nachzukalibrieren. Somit entfällt vorzugswiese ein gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise aufwändiger Schritt. Im Übrigen kann dieser Abstand auch, beispielsweise bei Vibrationen, inkonstant sein.
Grundsätzlich ist jede Art von Beamformer auf das gesamte und/oder auf das Teilarray anwendbar. Bei ausgedehnten (sparse array) Antennenanordnungen ist jedoch auf Grund der großen Ausdehnung und der hohen Sende- und
Empfangsfrequenz von beispielsweise 77 GHz die Fernfeldnäherung nicht mehr gegeben.
In solchen Fällen wurde gemäß Stand der Technik, z.B. nach A Rotating Synthetic Aperture Radar Imaging Concept for Robot Navigation, F. Ali, G. Bauer und M. Vossiek, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWA VE THEORY AND TECHNIQUES, VOL 62, NO. 7, JUL Y 2014. eine komplett holographische Lösung gewählt. Damit wurden gute Ergebnisse erzielt, denen jedoch ein sehr hoher Rechenaufwand gegenübersteht. Besonders vorteilhaft ist daher die Realisierung als angepasster beamformer.
Eine holographische Rekonstruktion ist im allgemeinen notwendig, wenn ein Ziel aufgrund der Größe des Antennenarrays oder der verwendeten Bandbreite nach der Range-FFT in unterschiedlichen Bins auftaucht. Dann ist eine Hypothese sowohl für die Zielfrequenz als auch für die Zielphase zu erstellen, was
rechenaufwändig ist.
Der Vorteil bei dem hier betrachteten ausgedünnten Array ist, dass, auch wenn das Ziel im Nahfeld der Gesamtantennenanordnung liegt, es im Fernfeld der Teilaperturen liegt, die aus den Aperturen der beiden Radareinheiten gebildet werden. Besonders vorteilhaft ist hier, dass das Ziel dann in beiden Kreuzpfaden beim selben Range-FFT-Bin ist. Dies ermöglicht eine recheneffiziente Verrechnung von Kreuzpfad-Spektren beider Radare (Radareinheiten) mithilfe eines geeigneten Beamformers. Obwohl der klassische MIMO-Ansatz hier nicht angewendet werden kann, wenn das Ziel im Nahfeld der Gesamtantennenanordnung ist, kann mithilfe des Beamformers die Kombination der Tx- und Rx-Antennenarrays vorteilhaft genutzt werden. Die Abstandsinformation für den Kreuzpfad einer Anordnung bestehend aus zwei Radareinheiten beschränkt die Position des Ziels auf eine Ellipse mit den
Radarpositionen in den Ellipsenbrennpunkten. Die Ellipsenparameter sind wie folgt:
Die lineare Exzentrizität ist mit dem Abstand zwischen beiden Radarstationen b.
Für einen hypothetischen round-trip-Kreuzpfad-Abstand dhyp, z. B. von Tx (Sendeantenne) von Radareinheit 10 zum Ziel zum Rx (Empfangsantenne) von Radareinheit 11 (oder ungekehrt), ergibt sich für die Ellipsenhauptachse
Die Ellipsennebenachse ist
Damit kann für einen hypothetischen Azimutwinkel fhyp, die hypothetische Zielposition phyp im kartesischen Koordinatensystem wie folgt berechnet werden:
Mit der Positio pTx,n der Tx Antenne n bzw. pRx,m der Rx Antenne m, kann der round-trip-Abstand von der jeweiligen Tx-Antenne zum Ziel und vom Ziel zur jeweiligen Rx-Antenne berechnet werden zu dn,m = IIpTx,n- phyp||2 + ||pRx,m- phyp||2' mit dem euklidischen Abstand || ||2. Mit der Rampenstartfrequenz und -bandbreite f0 und B bzw. der Lichtgeschwindigkeit c0 lässt sich die Phasen hypothese Fhyp berechnen:
Der Term 0.5B berücksichtigt den Einfluss einer (FMCW-)Bandbreite auf die Phase.
Die Elemente des Hypothesenvektors lassen sich dann wie folgt berechnen: hm,n(dhyp, fhyp) = exp ( -jFhyp(dhyp, fhyp))·
Das Radarbild I(dhyp,fhyp) ergibt sich aus dem Vergleich der Hypothese mit der Messung sm,n(dhyp):
Ein Simulationsergebnis ist in den Figuren 5 und 6 für ein Ziel im Nahfeld bei 15° bzw. 40° als„NFBF" dargestellt. Wenn man das Beamforming um ein Fenster w erweitert (z. B. ein Hann Fenster )
erhält man das Spektrum„NFBF WND". Wie man sieht, verringert das Fenster die Sidelobes in manchen Bereichen des Spektrums. Die verbleibenden Sidelobes von bis zu -15 dB sind jedoch für Imaging-Anwendungen unzulässig hoch. Dies liegt daran, dass die Kombination der zwei Teilaperturen kein vollbesetztes uniform linear array (ULA), sondern ein ausgedünntes Array ergibt.
Um den Sidelobe-Level zu reduzieren, kann eine Optimierung der Beamformer- Gewichte wie z. B. in P. Gerstoft, A. Xenaki, and C. F. Mecklenbräuker, "Multiple and single snapshot compressive beamforming," The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 138, no. 4, pp. 2003-2014, Oct. 2015, beschrieben durchgeführt werden. Dies entspricht einem einfachen nicht-iterativen
Compressed Sensing Ansatz bzw. einer least-squares Optimierung.
Wenn man die Hypothesen für einen Abstand und alle Winkel in einer Matrix H zusammenfasst, lassen sich die optimierten Gewichte H0 wie folgt berechnen:
H0 = H(HHH + mI), mit dem Regularisierungsparameter m und der Einheitsmatrix I. Die optimierten Gewichte sind von den Messdaten unabhängig. Deswegen können sie nur einmal berechnet und gespeichert werden und dann auf jede Messung angewendet werden. Der Rechenaufwand für die Anwendung des optimierten Beamformers ist folglich gleich dem des einfachsten delay-and-sum Beamformers.
Das Ergebnis der Anwendung der optimierten Gewichte ist in den Figuren 7 und 8 als„NFBF CS" für ein Ziel im Nahfeld bei 15° bzw. 40° dargestellt. Wie ersichtlich, werden dadurch die Nebenkeulen weit vom Hauptpeak auf ca. -25 dB reduziert. Eine zusätzliche Fensterung, z. B. mit dem Hann Fenster, führt zu einer weiteren Reduzierung der Nebenkeulen auf -35 dB auf Kosten einer Aufweitung der Hauptkeule.
Kernpunkte der Erfindung sind: 1) Verwendung von Subarrays mit besseren Gesamteigenschaften als das Hauptarray.
2) Berechnung von/der Subarrays mit angepasstem Beamformer, der a)
berücksichtigt, dass die Fernfeldnäherung nicht für die Gesamtapertur gilt und b) dass für eine Subapertur die Fernfeldnäherung gilt.
Diese Kernpunkte werden als unabhängige und beanspruchte Lösungen der obigen Aufgabe angesehen und können optional mit Merkmalen aus einem oder mehreren der beilegenden Ansprüche und/oder der obigen Beschreibung kombiniert werden.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichenliste
9 Radarsystem
10 erste Radareinheit
11 zweite Radareinheit
12 Gruppe von virtuellen Kanälen
13 Gruppe von virtuellen Kanälen
14 Gruppe von virtuellen Kanälen
15 Sendeantenne
16 Empfangsantenne
17 virtueller Kanal

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Auswertung, insbesondere zur Bildgebung und/oder für ein MIMO-Verfahren, von Signalen eines, insbesondere ausgedünnten, Radarsystems, umfassend mindestens eine erste Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen und mindestens eine zweite Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen, die ein Gesamt-Radar-Array ausbilden, wobei bei der Auswertung nur ein Teil- Radar-Array des Gesamt-Radar-Array herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei das herangezogene Teil-Radar-Array zwischen der ersten und der zweiten Radareinheit liegt.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Teil-Radar-Array derart ausgewählt wird, dass eine
Fernfeldnäherung verwendet werden kann.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei mindestens ein Ziel im Nahfeld des Gesamt-Radar-Arrays liegt und im Fernfeld des Teil-Radar-Arrays.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Auswertung ein Beamforming umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei in einem Auswerteschritt angenommen wird, dass eine Position des Ziels auf einer Ellipse mit den Positionen der ersten und zweiten
Radareinheit in den Ellipsenbrennpunkten.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Auswertung, insbesondere das Beamforming, eine
Fensterfunktion, insbesondere ein Hann-Fenster, umfasst.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei bei der Auswertung Beamformer-Gewichte herangezogen werden, die vorher bestimmt, insbesondere berechnet, werden können, ggf. aus Hypothesenvektoren, und/oder abgespeichert sein können, wobei sie im letzteren Fall insbesondere nur einmal bestimmt, insbesondere berechnet, werden und für verschiedenen Radar-Messungen herangezogen werden.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Auswertung, insbesondere das Beamforming derart angepasst ist, dass berücksichtigt wird, dass die Fernfeldnäherung nicht für das Gesamt-Radar-Array gilt, jedoch für das Teil-Radar-Array.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei ein/das Ziel in durch die erste und zweite Radareinheit gebildeten
Kreuzpfaden im selben Bin, insbesondere Range-FFT-Bin, ist.
11. Auswertevorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, zur Auswertung, insbesondere zur Bildgebung und/oder für ein MIMO-Verfahren, von Signalen eines, insbesondere ausgedünnten, Radarsystems, umfassend mindestens eine erste Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen und mindestens eine zweite Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen, die ein Gesamt-Radar-Array ausbilden, wobei bei der Auswertung nur ein Teil-Radar-Array des Gesamt-Radar-Array herangezogen wird.
12. Radarsystem, umfassend mindestens eine erste Radareinheit zum
Aussenden und Empfangen von Signalen und mindestens eine zweite Radareinheit zum Aussenden und Empfangen von Signalen, die ein
Gesamt-Radar-Array ausbilden sowie eine Auswertevorrichtung nach Anspruch 11.
13. Mobile Einrichtung, insbesondere Fahrzeug, vorzugsweise Personen- oder Lastkraftwagen, umfassend eine Auswertevorrichtung nach Anspruch 11 und/oder ein Radarsystem nach Anspruch 12.
EP20715035.0A 2019-04-10 2020-03-26 Verfahren zur auswertung von radarsystemen Pending EP3953728A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019002662.4A DE102019002662A1 (de) 2019-04-10 2019-04-10 Verfahren zur Auswertung von Radarsystemen
PCT/EP2020/058574 WO2020207814A1 (de) 2019-04-10 2020-03-26 Verfahren zur auswertung von radarsystemen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3953728A1 true EP3953728A1 (de) 2022-02-16

Family

ID=70050119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20715035.0A Pending EP3953728A1 (de) 2019-04-10 2020-03-26 Verfahren zur auswertung von radarsystemen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220043111A1 (de)
EP (1) EP3953728A1 (de)
CN (1) CN113811789A (de)
DE (1) DE102019002662A1 (de)
WO (1) WO2020207814A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113778136A (zh) * 2021-11-09 2021-12-10 清华大学 一种目标回波数据采集系统及方法
US12085640B2 (en) 2021-12-20 2024-09-10 Aptiv Technologies AG Fuzzy labeling of low-level electromagnetic sensor data
CN115642941B (zh) 2022-10-14 2023-08-11 山东大学 一种多天线一体化系统发射波束赋形方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7307579B2 (en) * 2004-11-03 2007-12-11 Flight Safety Technologies, Inc. Collision alerting and avoidance system
US7701380B2 (en) * 2007-03-07 2010-04-20 Chirp Corporation Beam phase modulation for improved synthetic aperture detection and estimation
KR101137038B1 (ko) * 2010-01-05 2012-04-19 주식회사 만도 레이더 장치, 안테나 장치 및 데이터 획득 방법
EP2541679A1 (de) * 2011-06-30 2013-01-02 Sony Corporation Breitbandstrahlformungsvorrichtung, Breitbandstrahllenkvorrichtung und zugehörige Verfahren
KR20140144826A (ko) * 2013-06-12 2014-12-22 주식회사 만도 레이더 장치 및 안테나 장치
JP6630978B2 (ja) * 2014-03-28 2020-01-15 日本無線株式会社 レーダ装置、信号処理装置及び信号処理方法
US9733340B2 (en) * 2014-11-21 2017-08-15 Texas Instruments Incorporated Techniques for high arrival angle resolution using multiple nano-radars
WO2017157483A1 (de) * 2016-03-18 2017-09-21 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zur verbesserung einer erfassung zumindest eines objekts in einer umgebung eines kraftfahrzeugs durch eine indirekte messung mit sensoren, steuereinrichtung, fahrerassistenzsystem sowie kraftfahrzeug
CN106662645B (zh) * 2016-07-18 2020-01-17 深圳大学 一种波束-多普勒通道自适应选择stap方法
CN106199529B (zh) * 2016-08-19 2018-08-21 西安电子科技大学 最小冗余多输入多输出雷达的天线阵列设置方法
US9869762B1 (en) * 2016-09-16 2018-01-16 Uhnder, Inc. Virtual radar configuration for 2D array
US10884113B2 (en) * 2016-12-08 2021-01-05 Iee International Electronics & Engineering S.A. Direction of arrival estimation for automotive spread radar systems
US20180166794A1 (en) * 2016-12-14 2018-06-14 GM Global Technology Operations LLC 2d-mimo radar antenna array geometry and design method
DE102017110063A1 (de) 2017-03-02 2018-09-06 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Verfahren und Vorrichtung zur Umfelderfassung
DE102017114223A1 (de) * 2017-06-27 2018-12-27 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Nahfeld-Radareinrichtung, Land-, Luft- oder Wasser-Fahrzeug, Verwendung einer Radareinrichtung, Verfahren zum Betrieb einer Radareinrichtung sowie Computerprogramm
JP7190261B2 (ja) * 2018-04-27 2022-12-15 日立Astemo株式会社 位置推定装置
DE102018121987A1 (de) * 2018-09-10 2020-03-12 Infineon Technologies Ag Frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radarsystem
US11448754B2 (en) * 2018-11-20 2022-09-20 KMB Telematics, Inc. Object sensing from a potentially moving frame of reference with virtual apertures formed from sparse antenna arrays

Also Published As

Publication number Publication date
US20220043111A1 (en) 2022-02-10
DE102019002662A1 (de) 2020-10-15
WO2020207814A1 (de) 2020-10-15
CN113811789A (zh) 2021-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017210137B4 (de) Radarvorrichtung und Verfahren zum Verarbeiten eines Radarsignals
EP3803454B1 (de) Synthetik-apertur-radarverfahren und synthetik-apertur-radarvorrichtung
EP2753950B1 (de) Abbildender radarsensor mit synthetischer vergrösserung der antennenapertur und zweidimensionaler strahlschwenkung
DE102010040438B4 (de) Radarvorrichtung
WO2020207814A1 (de) Verfahren zur auswertung von radarsystemen
EP3673292B1 (de) Abbildendes radarsystem mit einem empfangsarray zur winkelbestimmung von objekten in zwei dimensionen durch eine gespreizte anordnung der empfangsantennen einer dimension
DE102016224505B4 (de) Radarvorrichtung für Fahrzeuge und Verfahren zum Entfernen von Geisterbildern derselben
EP2718740B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erweiterung der ausleuchtung eines prüfobjekts
DE102018118863A1 (de) Radarvorrichtung und Verfahren zum Erzeugen unterschiedlicher Richtcharakteristika
DE102013204628A1 (de) Radarvorrichtung
DE102014222837A1 (de) Radarsystem
EP3982161A2 (de) Verfahren zur erstellung eines erdbeobachtungsbildes einer region mittels eines radars mit synthetischer apertur
WO2007115650A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung eines oder mehrerer objekte in der umgebung eines fahrzeuges
DE102010014457A1 (de) Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Mediums in einem Behälter und Messeinrichtung hierzu
DE102016007386A1 (de) Radarsystem zur Umfelderfassung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
DE102021100694A1 (de) Antennenanordnung für ein topologieerfassendes Radarsystem
WO2021213843A1 (de) Radar-verfahren und radar-system zur phasenkohärenten auswertung
DE102017212722A1 (de) Radarsensor mit mehreren Hauptstrahlrichtungen
DE69901144T2 (de) Funkempfangsgerät mit erhöhter Antennenauflösung
DE102021201073A1 (de) MIMO-Radarsensor
DE102019219649A1 (de) Kooperatives Radarsensorsystem mit winkelauflösenden Radarsensoren
DE102004017268A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Positionsbestimmung eines Objekts
DE102021131059A1 (de) Verfahren zur Auswertung eines Messsignals
DE102011016337B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abbildung von mit Clutter überlagerten bewegten Objekten mit Radar oder Sonar
DE102021118076A1 (de) Radar-System sowie entsprechendes Verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211005

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)