EP4469823A1 - Verfahren zum betreiben eines multi-range-radarsystems für ein fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines multi-range-radarsystems für ein fahrzeug

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EP4469823A1
EP4469823A1 EP23702259.5A EP23702259A EP4469823A1 EP 4469823 A1 EP4469823 A1 EP 4469823A1 EP 23702259 A EP23702259 A EP 23702259A EP 4469823 A1 EP4469823 A1 EP 4469823A1
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EP
European Patent Office
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radar
radar system
antenna
vehicle
transmitting antenna
Prior art date
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Pending
Application number
EP23702259.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Sturm
Alexander Vanaev
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.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01S2013/93271—Sensor installation details in the front of the vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a radar system for a vehicle, in which at least one radar measurement is carried out with the radar system, in which at least one radar signal is transmitted with at least one transmitting antenna element of at least one transmitting antenna arrangement of the radar system and for at least one Receiving-antenna element of at least one receiving-antenna arrangement of the radar system is ready to receive any radar echo signals based on the at least one radar signal, wherein the at least one transmitting-antenna element is controlled according to at least one control scheme.
  • the invention relates to a radar system for a vehicle with at least one transmitting antenna arrangement, which has at least one transmitting antenna element for transmitting radar signals, with at least one receiving antenna arrangement which has at least one receiving antenna element for receiving radar echo signals, and with at least one control and detection device for controlling at least the transmitting antenna elements and for detecting radar echo signals received with the at least one receiving antenna element, the radar system having at least one setting means with at least one control scheme for setting at least one main beam axis of the at least one transmitting antenna Arrangement.
  • the invention also relates to a vehicle with at least one radar system.
  • a radar system and a method for operating a radar system are known from DE 10 2019 134 304 A1.
  • the radar system includes a plurality of transmitting antennas, with which radar signals can be sent into a surveillance area of the radar system, a plurality of receiving antennas, with which echoes of radar signals reflected in the surveillance area can be received, and at least one antenna electronics unit, with which the transmission can be transmitted via antenna feed lines. de antennas and the receiving antennas are signal-connected.
  • the radar signals can be radiated using a beamforming method and/or a beamsteering method. Additionally or alternatively, a switchover between a beamforming mode with an increased range and a classic MIMO operation with an increased angular resolution can be carried out.
  • the radar system and the method can be used in a vehicle, in particular a motor vehicle.
  • the invention is based on the object of designing a radar system, a method and a vehicle of the type mentioned at the outset, in which the possible uses of the radar system can be expanded.
  • a basic control scheme for the radar system is set at the latest at the beginning of the at least one radar measurement for at least one measurement mode of the radar system, which is specified depending on the intended use of the radar system on the vehicle, with the basic control scheme, a basic main beam axis of the at least one transmitting antenna arrangement is adapted to the intended use of the radar system and the at least one radar measurement is carried out based on the basic control scheme.
  • the object can be achieved according to the invention with the method in that the method is suitable for operating at least one radar system according to the invention.
  • a basic control scheme is specified depending on the intended use of the radar system on the vehicle.
  • the intended use implies a mounting location and/or an alignment of the radar system on the vehicle.
  • the basic control scheme is specified such that for at least one measurement mode of the radar system, the basic main beam axis of the at least one transmitting antenna arrangement is aligned with respect to at least one radar system reference range.
  • the adjustment only requires a change in the basic control scheme.
  • the adjustment can be made by software. This way there is no need to make any hardware changes.
  • the at least one radar measurement is carried out based on the basic control scheme. In this case, further control schemes, in particular control schemes based on a MIMO method and/or a beamforming method, can to a certain extent be “superimposed” on the basic control scheme.
  • the basic control scheme is set for at least one measurement mode of the radar system.
  • a measurement mode is a mode in which the radar system is operated at least part of the time. In particular, this can be a range measurement mode, in particular a short-range measurement mode or a long-range measurement mode.
  • the transmission antenna elements are controlled with coherent transmission control signals that have defined phase shifts relative to one another.
  • the individual radar signals sent out with the individual transmitting antenna elements are superimposed to form a common radar signal.
  • an opening angle of the common radar signal and thus the field of view can be reduced compared to the fields of view of the individual radar signals.
  • the energy of the individual radar signals can be bundled and the range of the combined radar signal can be increased.
  • a direction of the main beam axis of the common radar signal can be changed by changing the phase shifts accordingly.
  • the main beam axis defines the propagation direction of the joint radar signal and thus the field of view.
  • the individual radar signals of the individual transmitting antenna elements are encoded differently, so that the signal paths of the individual radar signals can be evaluated independently by the individual transmitting antenna elements. In this way, a higher angular resolution can be achieved compared to the beamforming method. There is no additional focusing of the transmission power, which means that a shorter range is achieved than with the beamforming method.
  • the basic main beam axis is the axis of the at least one transmission antenna arrangement, starting from which further adjustments of the direction of the main beam axis can be made in a radar measurement.
  • the basic main beam axis can be aligned in such a way that, in the case of a vehicle, it points in the direction of travel or against the direction of travel.
  • the radar system can be used in vehicles, in particular motor vehicles.
  • the radar system can advantageously be used in land vehicles, in particular passenger cars, trucks, buses, motorcycles or the like, aircraft, in particular drones, and/or water vehicles.
  • the radar system can also be used in vehicles that can be operated autonomously or at least partially autonomously.
  • the radar system can advantageously be connected to at least one electronic control device of a vehicle or a machine, in particular a driver assistance system and/or a chassis control system and/or a driver information device and/or a parking assistance system and/or a gesture recognition system or the like, or be part of one. In this way, at least some of the functions of the vehicle can be carried out autonomously or partially autonomously.
  • the radar system can be used to detect stationary or moving objects, in particular vehicles, people, animals, plants, obstacles, bumps in the roadway, in particular potholes or stones, roadway boundaries, traffic signs, open spaces, in particular parking spaces, precipitation or the like, and/or movements and/or gestures are used.
  • At least two transmitting antenna elements of at least one transmitting antenna arrangement can be controlled with respective transmission control signals for the transmission of respective individual radar signals that are coherent with one another and are superimposed to form the at least one radar signal, with the basic control scheme for the radar system has a basic phase shift, which can also be zero, between the respective transmission Control signals for the at least two transmitting antenna elements is specified.
  • the basic control scheme for the radar system has a basic phase shift, which can also be zero, between the respective transmission Control signals for the at least two transmitting antenna elements is specified.
  • the main beam axis of the superimposed radar signal composed of the individual radar signals can be changed, in particular pivoted.
  • the basic main beam axis can be adjusted with the basic phase shift.
  • a phase shift in particular a basic phase shift, can be set between the respective transmit control signals by means of at least one phase shifter and/or a phase shift linearly proportional to a distance between the at least two transmit antenna elements can be set.
  • Phase shifts can be easily set using phase shifters. Phase shifts that are linearly proportional to the distances between the at least two transmitting antenna elements allow constructive superimposition of individual radar signals.
  • At least one basic control scheme can be set with at least one application variable characterizing an intended use, the at least one application variable being stored in a control device for the radar system, in particular a control device of the radar system, at the latest when the radar system is installed on the vehicle.
  • a control device for the radar system in particular a control device of the radar system
  • at least one basic control scheme can be set in a control device for the radar system, in particular a control device of the radar system.
  • the at least one basic control scheme can be further processed by software with the control device.
  • the basic control scheme can advantageously be stored in a storage medium of the control device. In this way, the basic control scheme can be easily made available to the controller.
  • the basic main beam axis can be adapted to the intended use with the basic control scheme in a long-range measurement mode of the radar system and/or the radar system is operated alternately or at least partially overlapping in time in different range measurement modes, in particular a long-range measurement mode and a short-range measurement mode, and/or at least one of the transmitting antenna elements is controlled in several different range measurement modes for transmitting radar signals and/or readiness to receive echo signals is established for a plurality of receiving-antenna elements of at least one receiving-antenna arrangement.
  • specifying the direction of the basic main beam axis is particularly advantageous, since in this measurement mode the transmitted radar signals are bundled in a smaller opening angle, so that the range is increased.
  • the radar system can be operated in different range measurement modes, in particular a long-range measurement mode and a short-range measurement mode.
  • Objects in the vicinity of the radar system in particular at distances of up to 100 m, in particular up to approximately 80 m, can be detected in the short-range measurement mode. This requires a shorter range of the radar signals than in the long-range measurement mode. In this way, the transmission energy can be distributed over a correspondingly large opening angle. In this way, a correspondingly large field of view can be realized in the close-range measurement mode.
  • the long-range measurement mode objects can be detected at a greater distance, especially in the range of up to 200 m or more. This requires the energy of the radar signals to be bundled in order to achieve the appropriate range. Therefore, the opening angle and thus the field of view is smaller in the long-range measurement mode than in the close-up measurement mode.
  • the different range measurement modes can be implemented one after the other or partly simultaneously. In this way, objects can be detected both in the vicinity of the radar system in a correspondingly wide field of view, and at a greater distance can be detected in a correspondingly smaller field of view. In this way, objects that are in front of the vehicle in the direction of travel or behind the vehicle in the direction of travel can be detected early in the long-range measurement mode.
  • At least some of the transmitting antenna elements can be controlled in several different range measurement modes for transmitting radar signals.
  • some transmitting antenna elements can be used both in the long-range measurement mode and in the short-range measurement mode. In this way, the number of transmission antenna elements required can be reduced.
  • a readiness to receive can be established for a plurality of receiving-antenna elements of at least one receiving-antenna arrangement.
  • a determination of the direction of detected objects can be improved by using a plurality of receiving antenna elements.
  • the radar system can be operated at least temporarily with a control scheme based on a beamforming method and/or at least temporarily with a control scheme based on a MIMO method and/or the at least one transmitting antenna arrangement can be operated at least temporarily in at least two transmission antenna groups can be controlled, the transmission antenna elements within a transmission antenna group can be controlled together and the transmission antenna groups can be controlled separately.
  • a direction of the transmitted radar signals can be set, in particular changed, using a beamforming method.
  • a MIMO method the radar signals of the different transmitting antenna elements can be distinguished on the receiver side.
  • the transmitting antenna elements can be controlled more easily, in particular jointly. With the joint activation of two transmitting antenna elements, the individual radar signals emitted by these can be superimposed to form a joint radar signal. So the transmission energy and the range for the common radar signal can be increased.
  • a separate control of the transmission antenna groups enables coding of the respective radar signals. In this way, the radar signals and the signal paths of the transmitting antenna groups can be distinguished on the receiver side. In this way, the determination of directions of detected objects can be improved.
  • At least one corresponding basic control scheme can be specified for the use of the radar system as a front radar system, corner radar system, side radar system and/or rear radar system and/or the basic control scheme can be used -Main beam axis of the at least one transmitting antenna arrangement are aligned relative to at least one vehicle reference area, in particular a vehicle longitudinal axis, and/or the basic main beam axis of the at least one transmitting antenna arrangement relative to at least one radar system using the basic control scheme- Reference area, in particular an antenna plane, are aligned.
  • the basic main beam axis can be adjusted according to the respective basic control scheme so that it is in the direction of travel or against the direction of travel of the vehicle shows. In this way, objects in the direction of travel in front of or behind the vehicle can be detected in the basic setting of the radar system, which depends on the intended use.
  • the basic main beam axis can be aligned with respect to at least one vehicle reference area, in particular a vehicle longitudinal axis, with the basic control scheme.
  • the radar system can always be set in such a way that it can be aligned in a monitoring area of interest, in particular in the direction of travel in front of the vehicle or in the direction of travel behind the vehicle, regardless of its own orientation and/or its installation location on the vehicle .
  • the basic control scheme can be used to align the basic chief beam axis relative to at least one radar system reference range. In this way, the basic control scheme can be specified prior to assembly on the vehicle, particularly during manufacture of the radar system.
  • the at least one radar system reference range can be an imaginary axis and/or a plane based on the geometry of the radar system, in particular an antenna arrangement.
  • the at least one radar system reference range can advantageously be an antenna plane in which the respective phase centers of at least some of the transmitting antenna elements and/or the receiving antenna elements are located.
  • At least one directional variable can be determined in at least one radar measurement, which characterizes at least one direction of at least one object reflecting the at least one transmitted radar signal relative to the radar system in at least one dimension
  • at least one distance variable can be determined, which characterizes at least one distance of at least one object reflecting the at least one transmitted radar signal relative to the radar system
  • at least one speed variable is determined which characterizes at least one speed of at least one object reflecting the at least one transmitted radar signal relative to the radar system.
  • a plurality of transmitting antenna elements of an antenna arrangement can be controlled for transmitting radar signals and a readiness to receive echo signals can be established for a plurality of receiving antenna elements of the antenna arrangement by means of geometric convolution of the geometric position of the transmitting antenna elements and the receiving antenna elements of the Antenna arrangement a corresponding virtual receiving tennen array can be determined.
  • a virtual reception antenna array can be implemented which has more virtual reception antenna elements than the real antenna arrangement. In this way, the performance of the radar system can be improved.
  • the corresponding virtual receiving antenna array can be adapted by appropriate geometric arrangement of the transmitting antenna elements and the receiving antenna elements. In this way, in particular, an angular resolution can be improved when determining the direction.
  • the object is achieved according to the invention in the radar system in that the at least one setting means has at least two basic control schemes for different settings of the at least one main beam axis in at least one measurement mode of the radar system and at least one intended use specification means for specifying one of the at least two basic control schemes depending on a purpose of use of the radar system in at least one measurement mode of the radar system.
  • the object can be achieved according to the invention with the radar system in that the radar system has means for carrying out the method according to the invention.
  • the radar system has at least one setting means with which at least two basic control schemes can be set depending on the intended use of the radar system.
  • the same radar system can be adjusted for at least two purposes that require different adjustments of the at least one main beam axis.
  • the corresponding basic control scheme which suits the desired purpose, can be specified with the at least one intended use specification means.
  • the at least one setting means and/or the at least two basic control schemes and/or the at least one intended use specification means can be implemented at least partially in software, particularly in the control and detection device. In this way, one and the same radar system can be adapted to different systems without changing the hardware Purposes, in particular for different mounting locations and / or different orientations, are adapted to the vehicle.
  • the at least one adjustment means can be a basic control scheme for using the radar system as a front radar system and/or at least one basic control scheme for using the radar system as a corner radar system and/or at least one basic control scheme for the using the radar system as a side radar system and/or have a basic control scheme for using the radar system as a rear radar system.
  • the radar system can be easily adapted to the appropriate application.
  • the main beam axis can be aligned parallel to the longitudinal axis of the vehicle in this way, independently of the installation location and the alignment of the radar system on the vehicle.
  • the radar system in the long-range measurement mode, can be used to monitor a monitoring area in the direction of travel in front of the vehicle or in the direction of travel behind the vehicle.
  • the at least one transmission antenna arrangement can have at least two transmission antenna elements, with at least two of the transmission antenna elements being able to be controlled separately for the transmission of radar signals and/or with at least two of the transmission antenna elements together for the transmission of Radar signals can be controlled.
  • the radar system can be operated using a MIMO method.
  • At least two transmitting antenna elements can be controlled together.
  • the respective individual radar signals that are emitted by the transmitting antenna elements can be superimposed to form a common radar signal.
  • the transmission energy and thus the range of the radar signals can be increased by the superimposition.
  • the main beam direction can be changed by changing the phase shift of the individual radar signals. be changed.
  • the at least one transmission antenna arrangement can have at least two transmission antenna elements, with at least two of the transmission antenna elements being arranged in a transmission antenna group, with the distances between phase centers of adjacent transmission antenna elements in the same transmission antenna group being approximately half the wavelength correspond to the transmitted radar signals and the transmitting antenna elements of the same transmitting antenna group can be controlled together or separately for transmitting radar signals.
  • control of the transmitting-antenna elements can be simplified.
  • the distance between the phase centers of the transmitting antenna elements of the same transmitting antenna group of half a wavelength of the radar signals enables a beamforming method to be carried out.
  • the transmitting antenna elements of the same transmitting antenna group can be controlled together.
  • the separate control of the transmitting antenna elements enables the implementation of a MIMO method.
  • At least three transmitting antenna elements can be arranged in at least two transmitting antenna groups, with the distances between phase centers of adjacent transmitting antenna groups being greater than half the wavelength of the transmitted radar signals and/or with the distances between phase centers of adjacent transmitting antenna groups being approximately an integer multiple half the wavelength of the transmitted radar signals.
  • the radar system can also be operated with a combination of a beamforming method and a MIMO method.
  • the at least one transmission antenna arrangement can be implemented as a phased array and/or the radar system can have at least one phase shifter for realizing phase shifts between coherent transmission control signals for driving the transmission antenna elements.
  • the transmission antenna elements can be driven jointly with coherent transmission control signals. In this way it is possible to implement a phase shift between the transmission control signals for the transmission antenna elements.
  • a phase shift between the transmission control signals of the transmission antenna elements can easily be implemented with a phase shifter.
  • At least one intended use specification means can have at least one intended use variable, in particular a variable characterizing a phase shift.
  • a corresponding basic control scheme can be set with the aid of the at least one intended use variable, with which the corresponding transmitting antenna elements can be controlled.
  • the at least one intended use variable can be stored in a corresponding memory device, in particular a memory device of the control and detection device.
  • a corresponding memory device in particular a memory device of the control and detection device.
  • the radar system can have at least one setting means with at least two range control schemes to implement different range measurement modes, in particular to implement a long-range measurement mode and/or a short-range measurement mode.
  • the radar system with the at least one setting means can be brought into the corresponding range measurement modes by means of the range control schemes, starting from the basic control scheme associated with the intended use.
  • the range control scheme is effectively superimposed on the corresponding base control scheme.
  • At least two range control schemes allow the radar system to operate in at least two range measurement modes, specifically a long range measurement mode and a short range measurement mode.
  • the radar system can at least have a means for operating the radar system using a MIMO method, a beamforming method and/or a combined MIMO beamforming method.
  • the radar system can be operated with the appropriate method, in particular as a function of an operating situation of the vehicle, in particular as a function of a driving situation of the vehicle.
  • the MIMO method, the beamforming method and the combined MIMO beamforming method can be implemented by appropriate control, in particular group control, of the transmitting antenna elements according to a corresponding control scheme.
  • the at least one means for operating the radar system using the MIMO method, the beamforming method and the combined MIMO beamforming method can be implemented using software. In this way, no hardware adjustment is required when the process is changed.
  • At least one receiving antenna arrangement can have at least three receiving antenna elements, the respective phase centers of which are each arranged on one of two parallel imaginary receiving antenna axes, with at least one phase center of a receiving antenna element being arranged on each receiving antenna axis and/or at least one receiving antenna arrangement has at least four receiving antenna elements whose respective phase centers are each arranged on one of three parallel imaginary receiving antennas, with at least one phase center of a receiving antenna element being arranged on each receiving antenna axis.
  • directions in which detected objects are located relative to the radar system can be determined in two dimensions, in particular in azimuth and elevation.
  • the arrangement of the receiving-antenna elements on three parallel axes enables a true resolution in the direction perpendicular to the receiving-antenna axes and a separation capability for two objects detected by the radar system.
  • a distance from adjacent imaginary receiving antenna axes corresponds approximately to the wavelength of the radar signals transmitted with the transmitting antenna elements and/or a distance in the direction of the receiving antenna axes between respective phase centers of two adjacent receiving antenna elements on different receiving antenna axes approximately half the wavelength of the correspond to the radar signals transmitted by the transmitting antenna elements and/or a distance in the direction of the receiving antenna axes between respective phase centers of two adjacent receiving antenna elements on different receiving antenna axes corresponds approximately to the wavelength of the radar signals transmitted with the transmitting antenna elements and/or a distance between phase centers two adjacent receiving-antenna elements on the same receiving-antenna axis correspond to an integer multiple of half the wavelength, in particular twice or three times the half wavelength, of the radar signals transmitted with the transmitting-antenna elements.
  • the radar system can be operated using a MIMO method, a beamforming method and a combination of beamforming methods and MIMO methods.
  • a virtual receiving antenna array can be generated by geometric folding.
  • the virtual receive antenna array may have more virtual receive antenna elements than the physically present receive antenna elements. In this way, an improvement in the performance of the radar system can be achieved.
  • the phase centers of at least two receiving-antenna elements can lie on a first receiving-antenna axis and the perpendicular to the first receiving-antenna axis through the phase center of at least one receiving-antenna element on an adjacent second receiving-antenna axis outside of a region with the at least two receiving antenna elements lie on the first receiving antenna axis and/or the phase centers of at least two receiving antenna elements lie on a first receiving antenna axis and the perpendicular to the first receiving antenna axis through the phase center of at least one receiving antenna element is on an adjacent second receiving antenna axis outside of an area with the at least two receiving -antenna elements lie on the first receiving antenna axis and the perpendicular to the first receiving antenna axis through the phase center of at least one receiving antenna element on a third receiving antenna axis opposite the second receiving antenna axis with respect to the first receiving antenna axis outside the area with the receiving - antenna elements lie on the first reception
  • the object is achieved according to the invention in the vehicle in that the vehicle has at least one radar system according to the invention and/or the vehicle has at least one radar system with means for carrying out a method according to the invention.
  • the vehicle has at least one radar system with which a monitoring area, in particular outside the vehicle, can be used to can be awakened.
  • the vehicle can advantageously have at least one driver assistance system. With the help of a driver assistance system, the vehicle can be operated autonomously or semi-autonomously.
  • At least one radar system can advantageously be functionally connected to at least one driver assistance system.
  • information about the monitoring area in particular object information, which is determined using the at least one radar system, can be used by the at least one driver assistance system to control autonomous or semi-autonomous operation of the vehicle.
  • FIG. 1 shows a plan view of a vehicle with a driver assistance system and 3 radar systems in a driving situation
  • FIG. 2 shows a side view of the vehicle from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a detailed plan view of the vehicle from FIG. 1 in the area of the radar systems
  • Figure 4 is a functional representation of one of the radar systems of the vehicle from Figure 1;
  • FIG 5 shows an arrangement of phase centers of an antenna arrangement with transmitting antenna elements and receiving antenna elements according to a first exemplary embodiment of one of the radar systems of the vehicle from FIG are shown;
  • FIG. 6 shows the arrangement of the phase centers of the antenna arrangement from FIG. 5 and the arrangement of the virtual phase centers of a corresponding virtual antenna array
  • FIG. 7 shows a two-dimensional antenna diagram for the virtual antenna array from FIG. 6;
  • FIG. 8 shows a horizontal diagram corresponding to the antenna diagram from FIG. 7;
  • FIG. 9 shows a vertical diagram corresponding to the antenna diagram from FIG. 7;
  • FIG. 10 shows the arrangement of the phase centers of the antenna arrangement according to the first exemplary embodiment from FIG. 5 during operation in a long-range measurement mode
  • FIG. 11 shows the arrangement of the phase centers of the antenna arrangement from FIG. 10 and the arrangement of the virtual phase centers of a corresponding virtual antenna array
  • FIG. 12 shows a two-dimensional antenna diagram for the virtual antenna array from FIG. 11;
  • FIG. 13 shows a horizontal diagram corresponding to the antenna diagram from FIG. 12;
  • FIG. 14 shows a vertical diagram corresponding to the antenna diagram from FIG. 12;
  • FIG. 15 shows an arrangement of phase centers of an antenna arrangement with transmitting antenna elements and receiving antenna elements according to a second exemplary embodiment of one of the radar systems of the vehicle from FIG are shown;
  • FIG. 16 shows the arrangement of the phase centers of the antenna arrangement from FIG. 15 and the arrangement of the virtual phase centers of a corresponding virtual antenna array;
  • FIG. 17 shows a two-dimensional antenna diagram for the virtual antenna array from FIG. 16;
  • FIG. 18 shows a horizontal diagram corresponding to the antenna diagram from FIG. 17;
  • FIG. 19 shows a vertical diagram corresponding to the antenna diagram from FIG. 17;
  • FIG. 20 shows the arrangement of the phase centers of the antenna arrangement according to the first exemplary embodiment from FIG. 15 during operation in a long-range measurement mode
  • FIG. 21 shows the arrangement of the phase centers of the antenna arrangement from FIG. 20 and the arrangement of the virtual phase centers of a corresponding virtual antenna array
  • FIG. 22 shows a two-dimensional antenna diagram for the virtual antenna array from FIG. 21;
  • FIG. 23 shows a horizontal diagram corresponding to the antenna diagram from FIG. 22;
  • FIG. 24 shows a vertical diagram corresponding to the antenna diagram from FIG.
  • FIG. 1 shows a top view of a vehicle 10 in the form of a passenger car in a driving situation.
  • FIG. 2 shows the vehicle 10 in a side view.
  • the vehicle 10 includes, for example, three radar systems 12 and a driver assistance system 14.
  • the radar systems 12 are arranged, for example, on the front side of the vehicle 10 in the direction of travel 16.
  • a monitoring area 18 in front of and diagonally in front of the vehicle 10 can be monitored for objects 20 with the radar systems 12 .
  • the three radar systems 12 are shown in detail in a top view in FIG. 3, the outlines of the front part of the vehicle 10 being indicated by dashed lines.
  • an object 20 is arranged in front of vehicle 10, which can be detected by radar system 12.
  • object information for example distances D
  • directions for example azimuth 0 and elevation angle ⁇
  • speeds of detected objects 20 relative to the vehicle 10 can be determined.
  • the radar systems 12 are each functionally connected to the driver assistance system 14 . Object information ascertained with the radar systems 12 can thus be transmitted to the driver assistance system 14 . With the driver assistance system 14, the vehicle 10 can be operated autonomously or less partially autonomously.
  • radar systems can also be arranged at other points of the vehicle 10, also in a different orientation.
  • radar systems can also be arranged at the rear of the vehicle 10 with which a monitoring area in the direction of travel 16 behind or diagonally behind the vehicle 10 is monitored for objects 20 .
  • radar systems can also be provided which, as side radar systems, can monitor corresponding monitoring areas on the side of vehicle 10 .
  • the x-axis of the x-y-z coordinate system runs, for example, parallel to the vehicle longitudinal axis 22 of the vehicle 10.
  • the y-axis runs parallel to a vehicle transverse axis 24 of the vehicle 10 and the z-axis runs spatially upwards perpendicular to the x-y plane.
  • One of the radar systems 12 is arranged, for example, in the center of the front bumper and serves as a front radar system.
  • the two other radar systems 12 are each arranged on opposite sides of the front radar system 12 in a front corner area of the vehicle 10 .
  • the two outer radar systems 12 serve as corner radar systems.
  • An antenna plane 26 of front radar system 12 runs perpendicular to vehicle longitudinal axis 22.
  • the respective antenna planes 26 of the radar systems 12 are virtual planes in which there are phase centers 28 of antenna elements of the respective radar system 12, namely phase centers 28t of transmitting antenna elements Tx and phase centers 28r of receiving antenna elements Rx.
  • the antenna planes 26 of all three radar systems 12 run perpendicular to the x-y plane, that is to say spatially vertical in the normal operating situation of the vehicle 10 .
  • the right-hand corner radar system 12 viewed in the direction of travel 16 is pivoted by approximately 45° to the right, so that its antenna plane 26 runs at an angle of approximately 45° to the longitudinal axis 22 of the vehicle.
  • the radar system 12 on the left viewed in the direction of travel 16 is correspondingly inclined by ⁇ 45° to the left, so that its antenna plane 26 is correspondingly inclined by ⁇ 45° to the left relative to the longitudinal axis 22 of the vehicle.
  • Radar signals 30 can be sent into the surveillance area 18 with the radar systems 12 .
  • Radar signals 32 reflected on objects 20 in the direction of the radar systems 12 can be received by the radar systems 12 as echo signals 32 .
  • the corresponding object information namely the distance D, the azimuth 0, the elevation angle ⁇ and the speed of the detected object 20 relative to the vehicle 10 can be determined from the echo signals 32 .
  • the radar systems 12 have an identical structure and function identically. The structure of the radar systems 12 is explained in more detail below using the example of the front radar system 12 with reference to FIG.
  • the radar system 12 includes an antenna arrangement 34 with the transmitting antenna elements Tx and the receiving antenna elements Rx and a control and detection device 36.
  • the control and detection device 36 can be used to control the transmitting antenna elements Tx for transmitting radar signals 30.
  • the control and detection device 36 can be used to detect and evaluate the echo signals 32 received with the receiving antenna elements Rx. be killed
  • the corresponding object information can be determined from this with the control and detection device 36 and transmitted to the driver assistance system 14 .
  • the antenna arrangement 34 comprises a plurality of transmitting antenna elements Tx, only two of which are shown as an example in FIG. 4, and a plurality of receiving antenna elements Rx, of which only two are also shown as an example.
  • the radar system 12 can be operated both with a MIMO (Multiple-In-Multiple-Out) method and with a beamforming method.
  • MIMO Multiple-In-Multiple-Out
  • the transmission antenna elements Tx are driven separately by the control and detection device 36 with transmission control signals.
  • the radar signals 30 are made distinguishable, for example by coding, with the aid of corresponding transmission control signals.
  • signal paths of the radar signals 30 and the corresponding echo signals 32 can be assigned to the respective transmitting antenna elements Tx on the receiver side.
  • a number of transmission antennas Tx are controlled together with coherent transmission control signals with corresponding phase shifts, which can also be zero.
  • the individual radar signals transmitted with the transmission antennas Tx can interfere with an overall radar signal 30 .
  • the direction of a main beam axis 42 for the radar signal 30 can be changed by appropriate phase shifts.
  • a phase shifter 43 is assigned to each transmission antenna Tx in order to implement the phase shifts.
  • the control and detection device 36 includes a setting means 38 with which a purpose of use mode and a measurement mode of the radar system 12 can be set.
  • the purpose of use mode is set depending on the use of the particular radar system 12 .
  • three uses for the radar system are shown, namely the use as a front radar system 12, as a right-corner radar system 12 or as a left-corner radar system 12.
  • Measurement modes are the modes in which the radar system makes 12 radar measurements. Two measurement modes are described below as examples. Namely, a long-range measurement mode and a short-range measurement mode.
  • the radar system 12 is operated using a combination of the MIMO method and the beamforming method.
  • objects 20 can be detected at distances of up to approximately 200 m in a long-range field of view 40f of radar system 12 indicated in FIG. 3, and their direction relative to radar system 12 and vehicle 10 can be determined.
  • the radar system 12 is operated using the MIMO method.
  • objects 20 can be detected in a short-range field of view 40n, for example at a distance of up to 100 m.
  • the close-up field of view 40n has an opening angle that is significantly larger than the opening angle of the long-range field of view 40f.
  • a main main beam axis 42 of the antenna arrangement 34 should be approximately parallel to the direction of travel 16, for example be aligned approximately parallel to the longitudinal axis 22 of the vehicle.
  • the basic chief beam axis 42 defines the alignment of the long-range field of view 40f and the main propagation direction of the transmitted radar signals 30 in the basic setting of the radar system 12 for the corresponding application.
  • the direction of propagation of the radar signals 30 in the long-range measurement mode can optionally be additionally changed, for example pivoted, relative to the main main beam axis 42 .
  • the adjustment of the orientation of the main main beam axis 42 depending on the intended use of the radar system 12 as a front radar system or corner radar system is defined with the setting means 38 via the intended use mode.
  • the setting means 38 includes, for example, three basic control schemes 44, two measurement control schemes 46 and, for example, three intended use variables 48.
  • the measurement control schemes 46 each contain the specifications under which transmission control signals are sent to the transmission antenna elements Tx in accordance with the desired measurement mode.
  • a measurement control scheme 46 is provided for the long-range measurement mode and a measurement control scheme 46 for the short-range measurement mode.
  • the basic control schemes 44 each contain the specifications under which the corresponding transmission control signals are sent to the transmission antenna elements Tx in the long-range measurement mode for aligning the basic main beam axis 42 .
  • Application variables 48 each characterize an application of radar system 12 .
  • Application variables 48 can be stored in a memory of control and detection device 14 , for example.
  • each of the purpose of use variable 48 is a phase shift.
  • the transmission-antenna elements Tx can be driven jointly with coherent transmission signals, between which the corresponding phase shift specified as intended purpose variable 48 is set. Due to the corresponding phase shift, the basic main beam axis 42 can be aligned relative to the antenna plane 26 of the radar system 12 in order to adapt it to the intended use.
  • a basic control scheme 44 and a purpose variable 48 for using radar system 12 as a front radar system a basic control scheme 44 and a purpose variable 48 for use as a left corner radar system and a basic control scheme 44 and an intended use size 48 for use as a right corner radar system.
  • the basic control scheme 44 can be implemented with the appropriate purpose of use size 48 .
  • the basic control scheme 44 for the right corner radar system 12 can drive of the transmission-antenna elements Tx with coherent transmission control signals, which are shifted by the predetermined phase shift in such a way that the main beam axis 42 of the resulting radar signal 30 is pivoted by -45° to the antenna plane 26 .
  • the alignment of the corner radar system 12, which has been pivoted by 45° can be corrected in order to align the main main beam axis 42 parallel to the direction of travel 16 or to the longitudinal axis 22 of the vehicle.
  • the phase shift can also be zero.
  • the corresponding intended purpose variable 48 can be set when the radar system 12 is installed on the vehicle 10 or in front of it. In the radar system 12, more or fewer than the three purpose variables 48 can also be stored. For example, intended use sizes can be provided for uses on different vehicles and/or at different locations and/or with different orientations on vehicles. The radar system 12 can thus be used universally for different vehicles and different uses on or in vehicles and adapted accordingly.
  • the setting means 38 is implemented, for example, by software in the control and detection device 36 . In this way, no change to the hardware of the radar system 12 is required to adapt the radar system 12 to different uses.
  • the operation of the radar system 12 with an antenna arrangement 34 according to a first exemplary embodiment is explained in more detail below with reference to FIGS. 5 to 9 in the short-range measurement mode and in the long-range measurement mode with reference to FIGS.
  • phase centers 28t of the transmitting antenna elements Tx and the phase centers 28r of the receiving antenna elements Rx of the antenna arrangement 34 are shown in FIG. 5 and FIG. 6 below.
  • FIG. 5 shows the transmitting antenna arrangement 34t on the left side separately from the receiving antenna arrangement 34r on the right.
  • the transmit antenna assembly 34t and the receiving antenna arrangement 34r can also be arranged in other ways with respect to one another.
  • the transmitting antenna arrangement 34t and the receiving antenna arrangement 34r can also overlap, as shown in FIG. 6 below.
  • the phase centers 28t of the transmitting antenna elements Tx are shown with circles and the phase centers 28r of the receiving antenna elements Rx with black triangles.
  • the transmission antenna arrangement 24s comprises four transmission antenna elements Tx.
  • the phase centers 28 t are arranged on an imaginary transmitter-antenna axis 50 .
  • the transmitter antenna axis 50 runs in the antenna plane 26 and, for example, horizontally, parallel to the x-y plane.
  • the four phase centers 28t are arranged in two transmission antenna groups SG.
  • a distance 52 between the phase centers 28t of the same transmitting antenna group SG corresponds approximately to half the wavelength X of the radar signals 30 transmitted with the transmitting antenna elements Tx.
  • a distance 54 between the phase centers 28t of the two transmitting antenna elements Tx on the sides facing the two transmitting antenna groups SG is approximately 3/2 the wavelength X
  • the receiving antenna arrangement 34r includes a total of four receiving antenna elements Rx. Three of the phase centers 28r are arranged on a first receive antenna axis 56 . In the exemplary embodiment shown, the first receiving-antenna axis 56 runs coaxially to the transmitting-antenna axis 50 of the transmitting-antenna arrangement 34t in the antenna plane 26.
  • the three transmitting antenna elements Tx on the first receiving antenna axis 56 form a group of three.
  • a distance 58 between the phase center 28r on the left in FIGS. 5 and 6 and the middle phase center 28r of the group of three on the first receiving antenna axis 56 corresponds approximately to the wavelength X of the radar signals 30.
  • a distance 60 between the phase center 28r of the middle receiving antenna element Rx and the phase center 28r of the right receiving antenna element Rx corresponds to about 3/2 of the wavelength X of the radar signals 30.
  • the phase center 28r of the fourth receiving antenna element Rx is arranged on a second receiving antenna axis 62 .
  • the second receiving antenna axis 62 runs parallel to the first receiving antenna axis 56 in the antenna plane 26.
  • a distance 64 between the first receiving antenna axis 56 and the second receiving antenna axis 62 corresponds to the wavelength X of the radar signals 30.
  • a perpendicular 66 through the phase center 28r of the fourth receiving-antenna element Rx onto the first receiving-antenna axis 56 is located outside the group of three of the phase centers 28r of the receiving-antenna elements Rx on the first receiving-antenna axis 56.
  • the phase center is 28r of the receiving antenna element Rx on the second receiving antenna axis 62 compared to the group of three of the phase centers 28r on the first receiving antenna axis 56 offset to the left.
  • a distance 68 between the perpendicular 66 on the first reception-antenna axis 56 through the phase center 28r on the second reception-antenna axis 62 and the phase center 28r of the left-hand reception-antenna element Rx in Figure 5 on the first reception-antenna axis 56 corresponds to half the wavelength X of the radar signals 30.
  • the radar system 12 is operated using the MIMO method.
  • the transmitting-antenna elements Tx are operated separately, for example with transmission control signals encoded relative to one another, so that the transmitting-antenna elements Tx emit radar signals 30 that can be distinguished.
  • a virtual antenna array 70 shown at the top of FIG. 6 is generated by geometric convolution of the geometric positions of the phase centers 28t of the transmitting antenna elements Tx and phase centers 28r of the receiving antenna elements Rx.
  • the virtual phase centers 72 of the virtual antenna elements of the virtual antenna array 70 are indicated as black squares in FIG.
  • a total of 14 virtual antennas are antenna elements with corresponding virtual phase centers 72 are generated.
  • the virtual phase centers 72 are arranged on a first virtual antenna axis 74 and a second virtual antenna axis 76 .
  • the virtual antenna axes 74 and 76 run parallel to the transmitter antenna axes 50, 56 and 62 in the antenna plane 26.
  • the azimuth 0 can be determined by the distribution of the virtual phase centers 72 along the virtual antenna axes 74 and 76 in each case.
  • the distribution of the virtual phase centers 72 on the two spaced virtual antenna axes 74 and 76 that is to say on two elevation planes, enables the elevation angle ⁇ to be determined.
  • FIG. 7 shows an example of a two-dimensional antenna diagram for the virtual antenna array 70 in the short-range measurement mode using the MIMO method in grayscale in the two directional dimensions elevation angle ⁇ and azimuth 0.
  • the assignment of the gray levels to normalized intensities is shown in dB in an intensity scale on the right-hand side.
  • the azimuth 0 is shown in degrees in the direction of the abscissa axis.
  • the elevation angle ⁇ t> is also shown in degrees on the ordinate axis.
  • the normalized intensity curve 80 for the virtual array 70 is shown in FIG. 8 with solid lines 80.
  • the normalized intensity profile 82 for the transmitting antenna arrangement 34t is shown with dashed lines only for comparison.
  • the normalized intensity curve 84 for the receiving antenna arrangement 34r is shown with dotted lines.
  • FIG. 10 shows the transmitting antenna arrangement 34t and the receiving antenna arrangement 34r next to one another, analogously to the illustration in FIG.
  • the antenna arrangement 34 is shown in FIG. 11 analogously to the representation in FIG.
  • the transmitting antenna elements Tx of the same transmitting antenna group SG are driven with the same coherent transmission control signals with a phase shift which is predetermined by the intended use variable 48 .
  • the main main beam axis 42 is set according to the intended use.
  • the two transmission antenna groups SG are driven with different transmission control signals, for example coded to one another, so that the echo signals 32 of the radar signals 30 transmitted by the two transmission antenna groups SG can be assigned to the respective transmission antenna group SG on the side of the reception antenna elements Rx.
  • a group phase center 28SG is implemented for each transmission antenna group SG, which is geometrically located between the individual phase centers 28t of the transmission antenna elements Tx of the respective transmission antenna group SG.
  • a distance 86 between the group phase centers 28SG is approximately twice the wavelength X of the transmitted radar signals 30.
  • a virtual array is created by the geometric folding of the positions of the group phase centers 28SG of the transmission groups SG and the reception phase centers 28r of the reception antenna elements Rx in the MIMO beamforming method 70 realized, whose virtual phase centers 72 are shown in FIG. 11 above.
  • the total number of virtual array elements whose virtual phase centers 72 are shown in FIG. 11 totals eight, and is therefore lower than the total number of virtual array elements in the MIMO method explained in connection with FIGS. In this way, the sidelobe levels increase. This can be seen from the antenna diagrams in FIGS. However, a higher range is also achieved, which is required in the long-range measurement mode.
  • FIG. 12 shows an example of a two-dimensional antenna diagram for the virtual antenna array 70 in long-range measurement mode using the MIMO beamforming method in grayscale in the two directional dimensions elevation angle ⁇ and azimuth 0.
  • the assignment of the gray levels to normalized intensities is shown in dB in an intensity scale on the right-hand side.
  • the azimuth 0 is shown in degrees in the direction of the abscissa axis.
  • the elevation angle is also shown in degrees on the ordinate axis.
  • the normalized intensity curve 80 for the virtual array 70 is shown in FIG. 13 with solid lines 80 .
  • the normalized intensity profile 82 for the transmitting antenna arrangement 34t is shown with dashed lines only for comparison.
  • the normalized intensity curve 84 for the receiving antenna arrangement 34r is shown with dotted lines.
  • the antenna arrangement 34 shown at the bottom in Figure 15 and Figure 16 according to the second exemplary embodiment differs from the antenna arrangement 34 according to the first exemplary embodiment from Figures 5 and 6 in that the phase center 28r of the receiving antenna element Rx on the right in Figure 15 is is arranged on the first reception-antenna axis 56 on a third reception-antenna axis 88 .
  • the third receiving antenna axis 88 runs parallel to the first receiving antenna axis 56, on the opposite side of the second receiving antenna axis 62 of the first receiving antenna axis 56.
  • the third receiving antenna axis 88 is also located in the antenna plane 26.
  • a distance 90 between the first receiving antenna axis 56 and the third receiving antenna axis 90 corresponds to the distance 64 between the first receiving antenna axis 56 and the second receiving antenna axis 62.
  • the distance 90 corresponds approximately to the wavelength X of the transmitted radar signals 30.
  • a distance 92 between the perpendicular 94 on the first antenna axis 56 through the phase center 28r of the receiving antenna element Rx on the third receiving antenna axis 88 to the phase center 28r of the adjacent receiving antenna element Rx, namely the right phase center 28r on the first receiving antenna axis 56 corresponds approximately to the wavelength X of the transmitted radar signals 30.
  • the perpendicular 94 is outside of the range of the phase centers 28r of the two inner receiving antenna elements Rx on the first receiving antenna axis 56.
  • the perpendicular 94 through the phase center 28r on the third receiving antenna axis 88 is on the perpendicular 66 through the first Phase center 28r on the opposite side of the second reception-antenna axis 94 of the area with the two middle reception-antenna centers 28r on the first reception-antenna axis 56.
  • FIG. 16 shows the phase centers 28 of the antenna arrangement 34 according to the second exemplary embodiment, below, and the corresponding virtual array 70, above, during operation of the radar system 12 in the short-range measurement mode using the MIMO method.
  • FIG. 16 shows the virtual phase centers 72 of the virtual array 70 belonging to the antenna arrangement 34 according to the second exemplary embodiment in the short-range measurement mode.
  • An extent 96 of the virtual array 70 in elevation which runs parallel to the z-axis, is greater than the corresponding extent 96 in the antenna arrangement 34 according to the first exemplary embodiment from FIGS for the measurement of the elevation angle ⁇ t>, a resolution in the elevation direction with the ability to separate two detected objects can be achieved.
  • the middle row of the virtual array 70 is fully occupied in the azimuth 0 direction, exemplarily in the y-axis direction, thereby reducing sidelobe levels.
  • FIG. 17 shows an example of a two-dimensional antenna diagram for the virtual antenna array 70 according to the second exemplary embodiment in the short-range measurement mode using the MIMO method in grayscale in the two directional dimensions elevation angle ⁇ and azimuth 0.
  • the assignment of the gray levels to normalized intensities is shown in dB in an intensity scale on the right-hand side.
  • the azimuth 0 is shown in degrees in the direction of the abscissa axis.
  • the elevation angle is also shown in degrees on the ordinate axis.
  • the normalized intensity curve 80 for the virtual array 70 is shown in FIG. 18 with solid lines 80 .
  • the normalized intensity profile 82 for the transmitting antenna arrangement 34t is shown with dashed lines only for comparison.
  • the normalized intensity curve 84 for the receiving antenna arrangement 34r is shown with dotted lines.
  • the transmitting antenna elements Tx are operated analogously to operation in the long-range measurement mode with the antenna arrangement 34 according to the first exemplary embodiment from FIGS. 11 to 14.
  • the virtual phase centers 72 of the resulting virtual antenna array 70 are shown in FIG. 21 at the top. As with the operation of the radar system 12 with the antenna arrangement 34 according to the second exemplary embodiment in the short-range measurement mode, illustrated in FIGS. 15 to 19, the virtual phase centers 72 are distributed over three elevation levels.
  • the total number of virtual antenna arrays 70 is reduced to 8.
  • the intensity of the side lobe levels therefore increases, as shown in FIGS.
  • the beamforming within the MIMO beamforming process enables a greater range with almost unchanged angular resolution compared to operation in the short-range measurement mode.
  • FIG. 22 shows an example of a two-dimensional antenna diagram for the virtual antenna array 70 in the long-range measurement mode using the MIMO beamforming method in grayscale in the two directional dimensions elevation angle ⁇ t> and azimuth 0.
  • the assignment of the gray levels to normalized intensities is shown in dB in an intensity scale on the right-hand side.
  • the azimuth 0 is shown in degrees in the direction of the abscissa axis.
  • the elevation angle is also shown in degrees on the ordinate axis.
  • the normalized intensity curve 80 for the virtual array 70 is shown in FIG. 23 with solid lines 80 .
  • the normalized intensity profile 82 for the transmitting antenna arrangement 34t is shown with dashed lines only for comparison.
  • the normalized intensity curve 84 for the receiving antenna arrangement 34r is
  • a half-value width 98 of the main lobe in the direction of the azimuth 0 is 10.5° at the 3 dB limit.
  • the corresponding half-width 98 in the direction of the azimuth 0 is only 9.5°, as can be seen from FIGS.
  • the FWHM 100 of the main lobe at the 3 dB limit is 21° in the antenna arrangement 34 according to the second exemplary embodiment, as can be seen from FIGS.
  • the corresponding FWHM 100 at the 3 dB limit in the direction of the elevation angle ⁇ is 35.5°.

Landscapes

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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems (12) für ein Fahrzeug (10), ein Radarsystem (12) und ein Fahrzeug (10) beschrieben. Bei dem Verfahren wird mit dem Radarsystem (12) wenigstens eine Radarmessung durchgeführt, bei der mit wenigstens einem Sende-Antennenelement wenigstens einer Sendeantennen-Anordnung des Radarsystems (12) wenigstens ein Radarsignal gesendet wird und für wenigstens ein Empfangs-Antennenelement wenigstens einer Empfangsantenne-Anordnung des Radarsystems (12) eine Empfangsbereitschaft für etwaige auf das wenigstens eine Radarsignal basierende Radar-Echosignale hergestellt wird, wobei das wenigstens eine Sende-Antennenelement nach wenigstens einem Steuerschema angesteuert wird. Spätestens zu Beginn der wenigstens einen Radarmessung wird für wenigstens einen Messmodus des Radarsystems (12) ein Grund-Steuerschema für das Radarsystem (12) eingestellt, welches abhängig von einem Verwendungszweck des Radarsystems (12) an dem Fahrzeug (10) vorgegeben wird, wobei mit dem Grund-Steuerschema eine Grund-Hauptstrahlachse (42) der wenigstens einen Sendeantennen-Anordnung an den Verwendungszweck des Radarsystems (12) angepasst wird und ausgehend von dem Grund-Steuerschema die wenigstens eine Radarmessung durchgeführt wird.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES MULTI-RANGE-RADARSYSTEMS FÜR EIN FAHRZEUG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems für ein Fahrzeug, bei dem mit dem Radarsystem wenigstens eine Radarmessung durchgeführt wird, bei der mit wenigstens einem Sende-Antennenelement wenigstens einer Sende- antennen-Anordnung des Radarsystems wenigstens ein Radarsignal gesendet wird und für wenigstens ein Empfangs-Antennenelement wenigstens einer Empfangsantennen- Anordnung des Radarsystems eine Empfangsbereitschaft für etwaige auf das wenigstens eine Radarsignal basierende Radar-Echosignale hergestellt wird, wobei das wenigstens eine Sende-Antennenelement nach wenigstens einem Steuerschema angesteuert wird.
Ferner betrifft die Erfindung ein Radarsystem für ein Fahrzeug mit wenigstens einer Sendeantennen-Anordnung, welche wenigstens ein Sende-Antennenelement zum Senden von Radarsignalen aufweist, mit wenigstens einer Empfangsantennen-Anordnung welche wenigstens ein Empfangs-Antennenelement zum Empfangen von Radar- Echosignalen aufweist, und mit wenigstens einer Steuer- und Erfassungseinrichtung zum Ansteuern wenigstens der Sende-Antennenelemente und zum Erfassen von mit dem wenigstens einen Empfangs-Antennenelement empfangenden Radar- Echosignalen, wobei das Radarsystem wenigstens ein Einstellmittel mit wenigstens einem Steuerschema aufweist zur Einstellung wenigstens einer Hauptstrahlachse der wenigstens einen Sendeantennen-Anordnung.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem Radarsystem.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2019 134 304 A1 sind ein Radarsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems bekannt. Das Radarsystem umfasst eine Mehrzahl von Sendeantennen, mit denen Radarsignale in einen Überwachungsbereich des Radarsystems gesendet werden können, eine Mehrzahl von Empfangsantennen, mit denen Echos von im Überwachungsbereich reflektierten Radarsignalen empfangen werden können, und wenigstens eine Antennenelektronikeinheit, mit der über Antennenzuleitungen die Sen- deantennen und die Empfangsantennen signaltechnisch verbunden sind. Die Radarsignale können unter Verwendung eines Beamforming-Verfahrens und/oder eines Beams- teering-Verfahrens abgestrahlt werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Umschaltung zwischen einem Beamforming-Modus mit einer erhöhten Reichweite und einem klassischen MIMO-Betrieb mit einer erhöhten Winkelauflösung durchgeführt werden. Das Radarsystem und das Verfahren können bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radarsystem, ein Verfahren und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen die Verwendungsmöglichkeiten des Radarsystems erweitert werden können.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass spätestens zu Beginn der wenigstens einen Radarmessung für wenigstens einen Messmodus des Radarsystems ein Grund-Steuerschema für das Radarsystem eingestellt wird, welches abhängig von einem Verwendungszweck des Radarsystems an dem Fahrzeug vorgegeben wird, wobei mit dem Grund-Steuerschema eine Grund-Hauptstrahlachse der wenigstens eine Sendeantennen-Anordnung an den Verwendungszweck des Radarsystems angepasst wird und ausgehend von dem Grund-Steuerschema die wenigstens eine Radarmessung durchgeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst werden, dass das Verfahren geeignet ist zum Betreiben wenigstens eines erfindungsgemäßen Radarsystems.
Erfindungsgemäß wird abhängig vom Verwendungszweck des Radarsystems an dem Fahrzeug ein Grund-Steuerschema vorgegeben. Der Verwendungszweck impliziert einen Montageort und/oder eine Ausrichtung des Radarsystems an dem Fahrzeug. Abhängig von dem Verwendungszweck wird das Grund-Steuerschema so vorgegeben, dass für wenigstens einen Messmodus des Radarsystems die Grund-Hauptstrahlachse der wenigstens einen Sendeantennen-Anordnung bezogen auf wenigstens einen Radarsystem-Referenzbereich ausgerichtet wird. Auf diese Weise kann ein und dasselbe Radarsystem an unterschiedliche Verwendungszwecke, insbesondere unterschiedliche Montageorte und/oder unterschiedliche Ausrichtungen, an dem Fahrzeug angepasst werden. Für die Anpassung ist lediglich eine Änderung des Grund-Steuerschemas erforderlich. Die Anpassung kann auf softwaremäßigem Wege erfolgen. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, Änderungen an der Hardware vorzunehmen. Ausgehend von dem Grund-Steuerschema wird die wenigstens eine Radarmessung durchgeführt. Dabei können weitere Steuerschemata, insbesondere Steuerschemata auf Basis eines MIMO-Verfahrens und/oder eines Beamforming-Verfahrens, gewissermaßen auf das Grund-Steuerschema „aufgesetzt“ werden.
Das Grund-Steuerschema wird für wenigstens einen Messmodus des Radarsystems eingestellt. Ein Messmodus ist ein Modus, in dem das Radarsystem wenigstens zeitweise betrieben wird. Insbesondere kann es sich dabei um einen Reichweiten- Messmodus, insbesondere eines Nahbereichs-Messmodus oder einen Fernbereichs- Messmodus, handeln.
Bei einem Beamforming-Verfahren werden die Sende-Antennenelemente mit kohärenten Sende-Steuersignalen angesteuert, welche definierte Phasenverschiebungen zueinander aufweisen. Die mit den einzelnen Sende-Antennenelementen ausgesendeten Einzel-Radarsignale überlagern sich zu einem gemeinsamen Radarsignal. Durch die Überlagerung kann ein Öffnungswinkel des gemeinsamen Radarsignals und damit das Sichtfeld gegenüber den Sichtfeldern der Einzel-Radarsignale verkleinert werden. So kann die Energie der Einzel-Radarsignale gebündelt und die Reichweite des gemeinsam Radarsignals vergrößert werden. Ferner kann durch entsprechende Veränderung der Phasenverschiebungen eine Richtung der Hauptstrahlachse des gemeinsam Radarsignals verändert werden. Die Hauptstrahlachse definiert die Ausbreitungsrichtung des gemeinsam Radarsignals und damit das Sichtfeld.
Bei einem MIMO-Verfahren (multiple-in-multiple-out-Verfahren) werden die Einzel- Radarsignale der einzelnen Sende-Antennenelemente unterschiedlich codiert, sodass die Signalwege der Einzel-Radarsignale von den einzelnen Sende-Antennenelementen unabhängig voneinander ausgewertet werden können. So kann eine höhere Winkelauflösung im Vergleich zu dem Beamforming-Verfahren erzielt werden. Eine zusätzliche Fokussierung der Sendeleistung findet dabei nicht statt, wodurch eine geringere Reichweite als bei dem Beamforming-Verfahren erzielt wird. Die Grund-Hauptstrahlachse ist die Achse der wenigstens einen Sendeantennen- Anordnung, von der ausgehend bei einer Radarmessung weitere Einstellungen der Richtung der Hauptstrahlachse erfolgen können. Insbesondere kann die Grund- Hauptstrahlachse so ausgerichtet sein, dass sie bei einem Fahrzeug in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung zeigt.
Das Radarsystem kann bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann das Radarsystem bei Landfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Motorrädern oder dergleichen, Luftfahrzeugen, insbesondere Drohnen, und/oder Wasserfahrzeugen verwendet werden. Das Radarsystem kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können.
Das Radarsystem kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs oder einer Maschine, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer- Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und/oder einem Gestenerkennungssystem oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein Teil der Funktionen des Fahrzeugs autonom oder teilautonom ausgeführt werden.
Das Radarsystem kann zur Erfassung von stehenden oder bewegten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, Personen, Tieren, Pflanzen, Hindernissen, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöchern oder Steinen, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräumen, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, und/oder von Bewegungen und/oder Gesten eingesetzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können wenigstens zwei Sende- Antennenelemente wenigstens einer Sendeantennen-Anordnung mit jeweiligen Sende- Steuersignalen zum Aussenden von jeweiligen zueinander kohärenten Einzel- Radarsignalen angesteuert werden, die zu dem wenigstens einen Radarsignal überlagert werden, wobei in dem Grund-Steuerschema für das Radarsystem eine Grund- Phasenverschiebung, die auch null sein kann, zwischen den jeweiligen Sende- Steuersignalen für die wenigstens zwei Sende-Antennenelemente vorgegeben wird. Mit der Phasenverschiebung zweier kohärenter Einzel-Radarsignale kann die Hauptstrahlachse des aus den Einzel-Radarsignalen zusammengesetzten überlagerten Radarsignals verändert, insbesondere geschwenkt, werden. Mit der Grund-Phasenverschiebung kann die Grund-Hauptstrahlachse eingestellt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Phasenverschiebung, insbesondere eine Grund-Phasenverschiebung, zwischen den jeweiligen Sende-Steuersignalen mittels wenigstens einem Phasenschieber eingestellt werden und/oder eine zu einem Abstand der wenigstens zwei Sende-Antennenelemente linear proportionale Phasenverschiebung eingestellt werden. Mittels Phasenschiebern können Phasenverschiebungen einfach eingestellt werden. Phasenverschiebungen, die linear proportional zu den Abständen der wenigstens zwei Sende-Antennenelemente sind, ermöglichen konstruktive Überlagerungen von Einzel-Radarsignalen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens ein Grund-Steuerschema mit wenigstens einer einen Verwendungszweck charakterisierenden Verwendungszweckgröße eingestellt werden, wobei die wenigstens eine Verwendungszweckgröße spätestens bei der Montage des Radarsystems an dem Fahrzeug in einer Steuereinrichtung für das Radarsystem, insbesondere einer Steuereinrichtung des Radarsystems, vorgegeben werden kann, und/oder wenigstens ein Grund-Steuerschema in einer Steuereinrichtung für das Radarsystem, insbesondere einer Steuereinrichtung des Radarsystems, eingestellt werden. Auf diese Weise kann mit der Steuereinrichtung das wenigstens eine Grund-Steuerschema auf softwaremäßigem Wege weiterverarbeitet werden.
Vorteilhafterweise kann das Grund-Steuerschema in einem Speichermedium der Steuereinrichtung hinterlegt werden. Auf diese Weise kann das Grund-Steuerschema einfach der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann mit dem Grund-Steuerschema die Grund-Hauptstrahlachse in einem Fernbereichs- Messmodus des Radarsystems an den Verwendungszweck angepasst werden und/oder das Radarsystem wechselweise oder zeitlich wenigstens teilweise überschneidend in unterschiedlichen Reichweiten-Messmodi, insbesondere einem Fernbereichs- Messmodus und einem Nahbereichs-Messmodus, betrieben werden und/oder wenigstens eines der Sende-Antennenelemente in mehreren unterschiedlichen Reichweiten-Messmodi zum Senden von Radarsignalen angesteuert werden und/oder für mehrere Empfangs-Antennenelemente wenigstens einer Empfangsantennen- Anordnung eine Empfangsbereitschaft für Echosignale hergestellt werden.
In einem Fernbereichs-Messmodus ist die Richtungsvorgabe der Grund- Hauptstrahlachse besonders vorteilhaft, da in diesem Messmodus die gesendeten Radarsignale in einem kleineren Öffnungswinkel gebündelt werden, sodass die Reichweite vergrößert wird.
Das Radarsystem kann in unterschiedlichen Reichweiten-Messmodi, insbesondere eine Fernbereichs-Messmodus und einem Nahbereichs-Messmodus, betrieben werden.
Im Nahbereichs-Messmodus können Objekte in der Nähe des Radarsystems, insbesondere in Entfernungen von bis zu 100 m, insbesondere bis etwa 80 m , erfasst werden. Hierzu ist eine kürzere Reichweite der Radarsignale erforderlich als im Fernbereichs-Messmodus. So kann die Sendeenergie auf einen entsprechend großen Öffnungswinkel verteilt werden. Auf diese Weise kann ein entsprechend großes Sichtfeld im Nahbereichs-Messmodus realisiert werden.
Im Fernbereichs-Messmodus können Objekte in größerer Entfernung, insbesondere im Bereich von bis zu 200 m oder mehr, erfasst werden. Hierzu ist eine Bündelung der Energie der Radarsignale erforderlich, um die entsprechende Reichweite zu realisieren. Daher ist der Öffnungswinkel und damit das Sichtfeld im Fernbereichs-Messmodus kleiner als im Nahbereichs-Messmodus.
Die unterschiedlichen Reichweiten-Messmodi können nacheinander oder zum Teil gleichzeitig realisiert werden. Auf diese Weise können Objekte sowohl in der Nähe des Radarsystems in einem entsprechend breiten Sichtfeld, als auch in größerer Entfernung in einem entsprechend kleineren Sichtfeld erfasst werden. So können Objekte, welche sich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug oder in Fahrtrichtung hinter dem Fahrzeug befinden, im Fernbereichs-Messmodus frühzeitig erkannt werden.
Wenigstens ein Teil der Sende-Antennenelemente kann in mehreren unterschiedlichen Reichweiten-Messmodi zum Senden von Radarsignalen angesteuert werden. Insbesondere können manche Sende-Antennenelemente sowohl im Fernbereichs- Messmodus als auch im Nahbereichs-Messmodus verwendet werden. Auf diese Weise kann die Anzahl der erforderlichen Sende-Antennenelemente verringert werden.
Für mehrere Empfangs-Antennenelemente wenigstens einer Empfangsantennen- Anordnung kann eine Empfangsbereitschaft hergestellt werden. Durch die Verwendung von mehreren Empfangs-Antennenelementen kann eine Richtungsbestimmung von erfassten Objekten verbessert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Radarsystem wenigstens zeitweise mit einem Steuerschema auf Basis eines Beamforming-Verfahrens und/oder wenigstens zeitweise mit einem Steuerschema auf Basis eines MIMO-Verfahrens betrieben werden und/oder die wenigstens eine Sendeantennen-Anordnung wenigstens zeitweise in wenigstens zwei Sendeantennengruppen angesteuert werden, wobei die Sende-Antennenelemente innerhalb einer Sendeantennengruppe gemeinsam angesteuert werden können und die Sendeantennengruppen separat angesteuert werden können.
Mit einem Beamforming-Verfahren kann eine Richtung der gesendeten Radarsignale eingestellt, insbesondere verändert, werden. Mit einem MIMO-Verfahren können die Radarsignale der unterschiedlichen Sende-Antennenelemente auf der Empfängerseite unterschieden werden.
In Sendeantennengruppen können die Sende-Antennenelemente einfacher, insbesondere gemeinsam, angesteuert werden. Mit der gemeinsamen Ansteuerung von zwei Sende-Antennenelementen können die von diesen ausgesendeten Einzel-Radarsignale zu einem gemeinsamen Radarsignal überlagert werden. So kann die Sendeenergie und die Reichweite für das gemeinsame Radarsignal vergrößert werden.
Eine separate Ansteuerung der Sendeantennengruppen ermöglicht eine Codierung der jeweiligen Radarsignale. So können die Radarsignale und die Signalwege der Sendeantennengruppen auf der Empfängerseite unterschieden werden. Auf diese Weise kann die Ermittlung von Richtungen von erfassten Objekten verbessert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann für die Verwendung des Radarsystems als Front-Radarsystem, Eck-Radarsystem, Seiten- Radarsystem und/oder Heck-Radarsystem jeweils wenigstens ein entsprechendes Grund-Steuerschema vorgegeben werden und/oder mit dem Grund-Steuerschema die Grund-Hauptstrahlachse der wenigstens einen Sen- deantennen-Anordnung relativ zu wenigstens einem Fahrzeug-Referenzbereich, insbesondere einer Fahrzeuglängsachse, ausgerichtet werden und/oder mit dem Grund-Steuerschema die Grund-Hauptstrahlachse der wenigstens einen Sen- deantennen-Anordnung relativ zu wenigstens einem Radarsystem-Referenzbereich, insbesondere eine Antennenebene, ausgerichtet werden. Auf diese Weise kann unabhängig von dem Verwendungszweck des Radarsystems als Front-Radarsystem, Eck- Radarsystem, Seiten-Radarsystem oder Heck-Radarsystem die Grund- Hauptstrahlachse nach dem jeweiligen Grund-Steuerschema jeweils so eingestellt werden, dass diese in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs zeigt. So können Objekte in Fahrtrichtung vor oder hinter dem Fahrzeug in der von dem Verwendungszweck abhängigen Grundeinstellung des Radarsystems erfasst werden.
Vorteilhafterweise kann mit dem Grund-Steuerschema die Grund-Hauptstrahlachse bezüglich wenigstens einem Fahrzeug-Referenzbereich, insbesondere einer Fahrzeuglängsachse, ausgerichtet werden. Auf diese Weise kann das Radarsystem je nach Verwendungszweck immer so eingestellt sein, dass dieses unabhängig von seiner eigenen Orientierung und/oder seinem Montageort an dem Fahrzeug in einen interessierenden Überwachungsbereich, insbesondere in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug oder in Fahrtrichtung hinter dem Fahrzeug, ausgerichtet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann mit dem Grund-Steuerschema die Grund- Hauptstrahlachse relativ zu wenigstens einem Radarsystem-Referenzbereich ausgerichtet werden. Auf diese Weise kann das Grund-Steuerschema vor der Montage am Fahrzeug, insbesondere bei der Herstellung des Radarsystems, vorgegeben werden.
Der wenigstens eine Radarsystem-Referenzbereich kann eine gedachte Achse und/oder eine Ebene bezogen auf die Geometrie des Radarsystems, insbesondere einer Antennenanordnung, sein. Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Radarsystem-Referenzbereich eine Antennenebene sein, in welcher sich die jeweiligen Phasenzentren wenigstens eines Teils der Sende-Antennenelemente und/oder der Empfangs- Antennenelemente befinden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann bei wenigstens einer Radarmessung wenigstens eine Richtungsgröße ermittelt werden, welche wenigstens eine Richtung wenigstens eines das wenigstens eine gesendete Radarsignal reflektierenden Objekts relativ zu dem Radarsystem in wenigstens einer Dimension charakterisiert, und/oder wenigstens eine Entfernungsgröße ermittelt werden, welche wenigstens eine Entfernung wenigstens eines das wenigstens eine gesendete Radarsignal reflektierenden Objekts relativ zu dem Radarsystem charakterisiert, und/oder wenigstens eine Geschwindigkeitsgröße ermittelt werden, welche wenigstens eine Geschwindigkeit wenigstens eines das wenigstens eine gesendete Radarsignal reflektierenden Objekts relativ zu dem Radarsystem charakterisiert. Auf diese Weise können Objektinformationen in Form von Richtungen und/oder Entfernungen und/oder Geschwindigkeiten von Objekten relativ zu dem Radarsystem, also auch relativ zu dem Fahrzeug, ermittelt werden. Die so gewonnenen Objektinformationen können an ein Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs übermittelt werden. Mit dem Fahrerassistenzsystem können Fahrfunktionen des Fahrzeugs auf Basis der Objektinformationen gesteuert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mehrere Sende- Antennenelemente einer Antennenanordnung zum Senden von Radarsignalen angesteuert werden und für mehrere Empfangs-Antennenelemente der Antennenanordnung Empfangsbereitschaft für Echosignale hergestellt werden, mittels geometrischer Faltung der geometrischen Position der Sende-Antennenelemente und der Empfangs- Antennenelemente der Antennenanordnung ein entsprechendes virtuelles Empfangsan- tennen-Array ermittelt werden. Auf diese Weise kann ein virtuelles Empfangsantennen- Array realisiert werden, welches mehr virtuelle Empfangs-Antennenelemente aufweist, als die reale Antennenanordnung. So kann die Leistungsfähigkeit des Radarsystems verbessert werden. Durch entsprechende geometrische Anordnung der Sende- Antennenelemente und der Empfangs-Antennenelemente kann das entsprechende virtuelle Empfangsantennen-Array angepasst werden. So kann insbesondere eine Winkelauflösung bei der Richtungsbestimmung verbessert werden.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Radarsystem dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Einstellmittel wenigstens zwei Grund-Steuerschemata für unterschiedliche Einstellungen der wenigstens einen Hauptstrahlachse in wenigstens einem Messmodus des Radarsystems und wenigstens ein Verwendungszweck-Vorgabemittel zur Vorgabe von einem der wenigstens zwei Grund-Steuerschemata abhängig von einem Verwendungszweck des Radarsystems in wenigstens einem Messmodus des Radarsystems aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Radarsystem dadurch gelöst werden, dass das Radarsystem Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Erfindungsgemäß weist das Radarsystem wenigstens ein Einstellmittel auf, mit dem abhängig vom Verwendungszweck des Radarsystems wenigstens zwei Grund- Steuerschemata eingestellt werden können. Auf diese Weise kann dasselbe Radarsystem für wenigstens zwei Verwendungszwecke eingestellt werden, welche unterschiedliche Einstellungen der wenigstens einen Hauptstrahlachse erfordern. Mit dem wenigstens einen Verwendungszweck-Vorgabemittel kann das entsprechende Grund- Steuerschema, welches zu dem gewünschten Verwendungszweck passt, vorgegeben werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Einstellmittel und/oder die wenigstens zwei Grund-Steuerschemata und/oder das wenigstens eine Verwendungszweck-Vorgabemittel wenigstens zum Teil auf softwaremäßigem Wege, insbesondere in der Steuer- und Erfassungseinrichtung, realisiert sein. Auf diese Weise kann ein und dasselbe Radarsystem ohne Änderung der Hardware an unterschiedliche Verwendungszwecke, insbesondere für unterschiedliche Montageorte und/oder unterschiedliche Ausrichtungen, am Fahrzeug angepasst werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Einstellmittel ein Grund-Steuerschema für die Verwendung des Radarsystems als Front- Radarsystem und/oder wenigstens ein Grund-Steuerschema für die Verwendung des Radarsystems als Eck- Radarsystem und/oder wenigstens ein Grund-Steuerschema für die Verwendung des Radarsystems als Seiten- Radarsystem und/oder ein Grund- Steuerschema für die Verwendung des Radarsystems als Heck- Radarsystem aufweisen. Auf diese Weise kann das Radarsystem einfach an den entsprechenden Verwendungszweck angepasst werden.
Vorteilhafterweise kann so unabhängig vom Montageort und der Ausrichtung des Radarsystems am Fahrzeug die Grund-Hauptstrahlachse parallel zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet werden. So kann insbesondere im Fernbereichs-Messmodus mit dem Radarsystem ein Überwachungsbereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug beziehungsweise inm Fahrtrichtung hinter dem Fahrzeug überwacht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Sendean- tennen-Anordnung wenigstens zwei Sende-Antennenelemente aufweisen, wobei wenigstens zwei der Sende-Antennenelemente separat zur Sendung von Radarsignalen angesteuert werden können und/oder wobei wenigstens zwei der Sende- Antennenelemente gemeinsam zur Sendung von Radarsignalen angesteuert werden können.
Mit der separaten Ansteuerung von wenigstens zwei Sende-Antennenelementen kann das Radarsystem nach einem MIMO-Verfahren betrieben werden.
Alternativ oder zusätzlich können wenigstens zwei Sende-Antennenelemente gemeinsam angesteuert werden. Auf diese Weise können die jeweiligen Einzel-Radarsignale, die von den Sende-Antennenelementen ausgesendet werden, zu einem gemeinsamen Radarsignal überlagert werden. Durch die Überlagerung kann die Sendeenergie und damit die Reichweite der Radarsignale vergrößert werden. Außerdem kann durch Änderung der Phasenverschiebung der Einzel-Radarsignale die Hauptstrahlrichtung verän- dert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Sendean- tennen-Anordnung wenigstens zwei Sende-Antennenelemente aufweisen, wobei wenigstens zwei der Sende-Antennenelemente in einer Sendeantennengruppe angeordnet sind, wobei die Abstände von Phasenzentren von benachbarten Sende- Antennenelementen derselben Sendeantennengruppe etwa der halben Wellenlänge der ausgesendeten Radarsignale entsprechen und die Sende-Antennenelemente derselben Sendeantennengruppe gemeinsam oder separat zum Senden von Radarsignalen angesteuert werden können. Mit der Anordnung von Sende-Antennenelemente in Sendeantennengruppen kann eine Ansteuerung der Sende-Antennenelemente vereinfacht werden.
Der Abstand der Phasenzentren der Sende-Antennenelemente derselben Sendeantennengruppe von einer halben Wellenlänge der Radarsignale ermöglicht die Durchführung eines Beamforming-Verfahrens. Bei dem Beamforming-Verfahren können die Sende- Antennenelemente derselben Sendeantennengruppe gemeinsam angesteuert werden.
Die separate Ansteuerung der Sende-Antennenelemente ermöglicht die Realisierung eines MIMO Verfahrens.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens drei Sende- Antennenelemente in wenigstens zwei Sendeantennengruppe angeordnet sein, wobei die Abstände von Phasenzentren von benachbarten Sendeantennengruppen größer sind als die halbe Wellenlänger der gesendeten Radarsignale und/oder wobei die Abstände von Phasenzentren von benachbarten Sendeantennengruppen etwa ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der gesendeten Radarsignale sind. Auf diese Weise ist es möglich, das Radarsystem sowohl mit einem Beamforming- Verfahren als auch mit einem MIMO-Verfahren zu betreiben. Ferner kann das Radarsystem auch mit einer Kombination aus einem Beamforming-Verfahren und einem MIMO-Verfahren betrieben werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Sendean- tennen-Anordnung als Phased-Array realisiert sein und/oder das Radarsystem wenigs- tens einen Phasenschieber aufweisen zum Realisieren von Phasenverschiebungen zwischen kohärenten Sende-Steuersignalen zur Ansteuerung der Sende- Antennenelemente. Bei einem Phased-Array können die Sende-Antennenelemente gemeinsam mit kohärenten Sende-Steuersignalen angesteuert werden. Dabei ist es möglich, eine Phasenverschiebung zwischen den Sende-Steuersignalen für die Sende- Antennenelemente zu realisieren. Mit einem Phasenschieber kann einfach eine Phasenverschiebung zwischen den Sende-Steuersignalen der Sende-Antennenelemente realisiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Verwendungszweck-Vorgabemittel wenigstens eine Verwendungszweckgröße, insbesondere eine eine Phasenverschiebung charakterisierende Größe, aufweisen. Mithilfe der wenigstens einen Verwendungszweckgröße kann ein entsprechendes Grund-Steuerschema eingestellt werden, mit dem die entsprechenden Sende-Antennenelemente angesteuert werden können.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Verwendungszweckgröße in einem entsprechenden Speichermittel, insbesondere einem Speichermittel der Steuer- und Erfassungseinrichtung, hinterlegt sein. Auf diese Weise kann einfach und schnell auf die entsprechende wenigstens eine Verwendungszweckgröße zugegriffen werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Radarsystem wenigstens ein Einstellmittel mit wenigstens zwei Reichweiten-Steuerschemata aufweisen zur Realisierung von unterschiedlichen Reichweiten-Messmodi, insbesondere zur Realisierung eines Fernbereichs-Messmodus und/oder eines Nahbereichs-Messmodus. Auf diese Weise kann das Radarsystem mit dem wenigstens einen Einstellmittel ausgehend von dem zu dem Verwendungszweck gehörenden Grund-Steuerschema mittels den Reichweiten-Steuerschemata in die entsprechenden Reichweiten-Messmodi gebracht werden. Das Reichweiten-Steuerschema wird gewissermaßen auf das entsprechende Grund-Steuerschema aufgesetzt. Wenigstens zwei Reichweiten-Steuerschemata erlauben das Betreiben des Radarsystems in wenigstens zwei Reichweiten-Messmodi, insbesondere in einem Fernbereichs-Messmodus und einem Nahbereichs-Messmodus.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Radarsystem wenigstens ein Mittel aufweisen zum Betreiben des Radarsystems mit einem MIMO-Verfahren, einem Beamforming-Verfahren und/oder einem kombinierten MIMO-Beamforming- Verfahren. Auf diese Weise kann das Radarsystem, insbesondere abhängig von einer Betriebssituation des Fahrzeugs, insbesondere abhängig von einer Fahrsituation des Fahrzeugs, mit den entsprechenden Verfahren betrieben werden.
Das MIMO-Verfahren, das Beamforming-Verfahren und das kombinierte MIMO- Beamforming-Verfahren können durch entsprechende Ansteuerung, insbesondere gruppenweise Ansteuerung, der Sende-Antennenelemente nach einem entsprechenden Steuerschema realisiert werden.
Das wenigstens eine Mittel zum Betreiben des Radarsystems mit dem MIMO- Verfahren, dem Beamforming-Verfahren und dem kombinierten MIMO-Beamforming- Verfahren kann auf softwaremäßigem Wege realisiert sein. Auf diese Weise ist keine Anpassung der Hardware bei der Änderung des Verfahrens erforderlich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Empfangsan- tennen-Anordnung wenigstens drei Empfangs-Antennenelemente aufweisen, deren jeweilige Phasenzentren jeweils auf einer von zwei parallelen gedachten Empfangs- Antennenachsen angeordnet sind, wobei auf jeder Empfangs-Antennenachse wenigstens ein Phasenzentrum eines Empfangs-Antennenelements angeordnet ist, und/oder wenigstens eine Empfangsantennen-Anordnung wenigstens vier Empfangs- Antennenelemente aufweisen, deren jeweilige Phasenzentren jeweils auf einer von drei parallelen gedachten Empfangsantennen angeordnet sind, wobei auf jeder Empfangs- Antennenachse wenigstens ein Phasenzentrum eines Empfangs-Antennenelements angeordnet ist. Auf diese Weise können Richtungen, in denen sich erfasste Objekte relativ zum Radarsystem befinden, in zwei Dimensionen, insbesondere in Azimut und Elevation, ermittelt werden. Die Anordnung der Empfangs-Antennenelemente auf drei parallelen Achsen ermöglicht eine echte Auflösung in Richtung senkrecht zu den Empfangs-Antennenachsen und eine Trennfähigkeit für zwei Objekte, die mit dem Radarsystem erfasst werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein Abstand von benachbarten gedachten Empfangs-Antennenachsen etwa der Wellenlänge der mit dem Sende-Antennenelementen gesendeten Radarsignale entsprechen und/oder ein Abstand in Richtung der Empfangs-Antennenachsen zwischen jeweiligen Phasenzentren zweier benachbarter Empfangs-Antennenelemente auf unterschiedlichen Empfangs-Antennenachsen etwa der halben Wellenlänge der mit den Sende- Antennenelementen gesendeten Radarsignale entsprechen und/oder ein Abstand in Richtung der Empfangs-Antennenachsen zwischen jeweiligen Phasenzentren zweier benachbarter Empfangs-Antennenelemente auf unterschiedlichen Empfangs-Antennenachsen etwa der Wellenlänge der mit den Sende-Antennenelementen gesendeten Radarsignalen entsprechen und/oder ein Abstand zwischen Phasenzentren zweier benachbarter Empfangs- Antennenelemente auf derselben Empfangs-Antennenachse einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge, insbesondere dem Doppelten oder Dreifachen der halben Wellenlänge, der mit den Sende-Antennenelementen gesendeten Radarsignalen entsprechen. Auf diese Weise kann das Radarsystem nach einem MIMO-Verfahren, nach einem Beamforming-Verfahren und einer Kombination aus Beamforming- Verfahren und MIMO-Verfahren betrieben werden. Durch entsprechende Vorgabe der geometrischen Positionen der Empfangs-Antennenelemente und der geometrischen Positionen der Sende-Antennenelemente kann durch eine geometrische Faltung ein virtuelles Empfangsantennen-Array erzeugt werden. Das virtuelle Empfangsantennen- Array kann mehr virtuelle Empfangs-Antennenelemente aufweisen als die physisch vorhandenen Empfangs-Antennenelemente. Auf diese Weise kann eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Radarsystems erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Phasenzentren von wenigstens zwei Empfangs-Antennenelementen auf einer ersten Empfangs-Antennenachse liegen und das Lot auf die erste Empfangs- Antennenachse durch das Phasenzentrum wenigstens eines Empfangs- Antennenelements auf einer benachbarten zweiten Empfangs-Antennenachse außerhalb eines Bereichs mit den wenigstens zwei Empfangs-Antennenelementen auf der ersten Empfangs-Antennenachse liegen und/oder die Phasenzentren von wenigstens zwei Empfangs-Antennenelementen auf einer ersten Empfangs-Antennenachse liegen und das Lot auf die erste Empfangs- Antennenachse durch das Phasenzentrum wenigstens eines Empfangs- Antennenelements auf einer benachbarten zweiten Empfangs-Antennenachse außerhalb eines Bereichs mit den wenigstens zwei Empfangs-Antennenelementen auf der ersten Empfangs-Antennenachse liegen und das Lot auf die erste Empfangs- Antennenachse durch das Phasenzentrum wenigstens eines Empfangs- Antennenelements auf einer bezüglich der ersten Empfangs-Antennenachse der zweiten Empfangs-Antennenachse gegenüberliegenden dritten Empfangs-Antennenachse außerhalb des Bereichs mit den Empfangs-Antennenelementen auf der ersten Empfangs-Antennenachse liegen und/oder die Phasenzentren von wenigstens zwei Empfangs-Antennenelementen auf einer ersten Empfangs-Antennenachse liegen, das Phasenzentrum von wenigstens einem Empfangs-Antennenelement auf einer zweiten Empfangs-Antennenachse liegen und das Phasenzentrum von wenigstens einem Empfangs-Antennenelement auf einer dritten Empfangs-Antennenachse liegen, wobei die erste Empfangs-Antennenachse, die zweite Empfangs-Antennenachse und die dritte Empfangs-Antennenachse parallel verlaufen und wobei das wenigstens eine Empfangs-Antennenelement auf der zweiten Empfangs-Antennenachse und das wenigstens eine Empfangs-Antennenelement auf der dritten Empfangs-Antennenachse auf diagonal gegenüberliegenden Seiten der wenigstens zwei Empfangs-Antennenelemente auf der ersten Empfangs-Antennenachse liegen. Auf diese Weise kann die Leistungsfähigkeit des Radarsystems in einem Beam- forming-Verfahren, einem MIMO-Verfahren und einer Kombination aus Beamforming- Verfahren und MIMO-Verfahren weiter verbessert werden.
Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Fahrzeug wenigstens ein erfindungsgemäßes Radarsystem aufweist und/oder das Fahrzeug wenigstens ein Radarsystem mit Mitteln zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug wenigstens ein Radarsystem auf, mit dem ein Überwachungsbereich insbesondere außerhalb des Fahrzeugs auf Objekte hin über- wacht werden kann.
Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug wenigstens ein Fahrerassistenzsystem aufweisen. Mithilfe eines Fahrerassistenzsystems kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Radarsystem funktional mit wenigstens einem Fahrerassistenzsystem verbunden sein. Auf diese Weise können Informationen über den Überwachungsbereich, insbesondere Objektinformationen, die mit dem wenigstens einen Radarsystem ermittelt werden, von dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem zur Steuerung eines autonomen oder teilautonomen Betriebs des Fahrzeuges herangezogen werden.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Radarsystem und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
Figur 1 eine Draufsicht auf einen Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem und 3 Radarsystemen in einer Fahrsituation;
Figur 2 eine Seitenansicht des Fahrzeugs aus der Figur 1 ;
Figur 3 eine detaillierte Draufsicht auf das Fahrzeug aus der Figur 1 im Bereich der Radarsysteme;
Figur 4 eine Funktionsdarstellung eines der Radarsysteme des Fahrzeugs aus der Figur 1 ;
Figur 5 eine Anordnung von Phasenzentren einer Antennenanordnung mit Sende- Antennenelementen und Empfangs-Antennenelementen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines der Radarsysteme des Fahrzeugs aus der Figur 1 beim Betrieb in einem Nahbereichs-Messmodus, wobei Phasenzentren der Sende-Antennenelementen neben der Phasenzentren der Empfangs-Antennenelemente gezeigt sind;
Figur 6 die Anordnung der Phasenzentren der Antennenanordnung aus der Figur 5 und die Anordnung der virtuellen Phasenzentren eines entsprechenden virtuellen Antennenarrays;
Figur 7 ein zweidimensionales Antennendiagramm für das virtuelle Antennenarray aus der Figur 6;
Figur 8 ein dem Antennendiagramm aus der Figur 7 entsprechendes Horizontaldiagramm;
Figur 9 ein dem Antennendiagramm aus der Figur 7 entsprechendes Vertikaldiagramm;
Figur 10 die Anordnung der Phasenzentren der Antennenanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus der Figur 5 beim Betrieb in einem Fernbereichs-Messmodus;
Figur 11 die Anordnung der Phasenzentren der Antennenanordnung aus der Figur 10 und die Anordnung der virtuellen Phasenzentren eines entsprechenden virtuellen Antennenarrays;
Figur 12 ein zweidimensionales Antennendiagramm für das virtuelle Antennenarray aus der Figur 11 ;
Figur 13 ein dem Antennendiagramm aus der Figur 12 entsprechendes Horizontaldiagramm;
Figur 14 ein dem Antennendiagramm aus der Figur 12 entsprechendes Vertikaldiagramm;
Figur 15 eine Anordnung von Phasenzentren einer Antennenanordnung mit Sende- Antennenelementen und Empfangs-Antennenelementen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines der Radarsysteme des Fahrzeugs aus der Figur 1 beim Betrieb in einem Nahbereichs-Messmodus, wobei Phasenzentren der Sende-Antennenelementen neben der Phasenzentren der Empfangs-Antennenelemente gezeigt sind; Figur 16 die Anordnung der Phasenzentren der Antennenanordnung aus der Figur 15 und die Anordnung der virtuellen Phasenzentren eines entsprechenden virtuellen Antennenarrays;
Figur 17 ein zweidimensionales Antennendiagramm für das virtuelle Antennenarray aus der Figur 16;
Figur 18 ein dem Antennendiagramm aus der Figur 17 entsprechendes Horizontaldiagramm;
Figur 19 ein dem Antennendiagramm aus der Figur 17 entsprechendes Vertikaldiagramm;
Figur 20 die Anordnung der Phasenzentren der Antennenanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus der Figur 15 beim Betrieb in einem Fernbereichs-Messmodus;
Figur 21 die Anordnung der Phasenzentren der Antennenanordnung aus der Figur 20 und die Anordnung der virtuellen Phasenzentren eines entsprechenden virtuellen Antennenarrays;
Figur 22 ein zweidimensionales Antennendiagramm für das virtuelle Antennenarray aus der Figur 21 ;
Figur 23 ein dem Antennendiagramm aus der Figur 22 entsprechendes Horizontaldiagramm;
Figur 24 ein dem Antennendiagramm aus der Figur 22 entsprechendes Vertikaldiagramm.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in einer Fahrsituation in der Draufsicht gezeigt. Figur 2 zeigt das Fahrzeug 10 in einer Seitenansicht.
Das Fahrzeug 10 umfasst beispielhaft drei Radarsysteme 12, und ein Fahrerassistenzsystem 14. Die Radarsysteme 12 sind beispielhaft an der in Fahrtrichtung 16 vorderen Seite des Fahrzeugs 10 angeordnet. Mit den Radarsystemen 12 kann ein Überwa- chungsbereich 18 vor und schräg vor dem Fahrzeug 10 auf Objekte 20 hin überwacht werden. In der Figur 3 sind die drei Radarsysteme 12 in der Draufsicht in Detail gezeigt, wobei Umrisse des vorderen Teils des Fahrzeugs 10 gestrichelt angedeutet sind. In den Figuren 1 und 2 ist beispielhaft ein Objekt 20 vor dem Fahrzeug 10 angeordnet, welches mit den Radarsystem 12 erfasst werden kann.
Mit den Radarsystemen 12 können Objektinformationen, beispielsweise Entfernungen D, Richtungen, beispielhaft Azimut 0 und Elevationswinkel <t>, und Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 20 relativ zu dem Fahrzeug 10, ermittelt werden.
Die Radarsysteme 12 sind jeweils funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 14 verbunden. Mit den Radarsystemen 12 ermittelte Objektinformationen können so an das Fahrerassistenzsystem 14 übermittelt werden. Mit dem Fahrerassistenzsystem 14 kann das Fahrzeug 10 autonom oder weniges teilautonom betrieben werden.
Zusätzlich oder alternativ zu den beispielhaft gezeigten Radarsystemen 12 können Radarsysteme auch an anderen Stellen des Fahrzeugs 10 auch anders ausgerichtet angeordnet sein. Beispielsweise können auch am Heck des Fahrzeugs 10 Radarsysteme angeordnet sein, mit welchen ein Überwachungsbereich in Fahrtrichtung 16 hinter oder schräg hinter dem Fahrzeug 10 auf Objekte 20 hin überwacht wird. Außerdem können auch Radarsysteme vorgesehen sein, welche als Seiten-Radarsysteme entsprechende Überwachungsbereiche seitlich des Fahrzeugs 10 überwachen können.
Der einfacheren Orientierung wegen sind in den Figuren 1 bis 6, 10, 11 , 15, 16, 20 und 21 die entsprechenden Koordinaten eines kartesischen x-y-z-Koordinatensystems angedeutet. Die x-Achse des x-y-z-Koordinatensystems verläuft beispielhaft parallel zur Fahrzeuglängsachse 22 des Fahrzeugs 10. Die y-Achse verläuft parallel zu einer Fahrzeugquerachse 24 des Fahrzeugs 10 und die z-Achse verläuft senkrecht zur x-y-Ebene nach räumlich oben.
Eines der Radarsysteme 12 ist beispielhaft in der Mitte der vorderen Stoßstange angeordnet und dient als Front-Radarsystem. Die beiden anderen Radarsysteme 12 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Front-Radarsystems 12 jeweils in einem vorderen Eckbereich des Fahrzeugs 10 angeordnet. Die beiden äußeren Radarsysteme 12 dienen als Eck-Radarsysteme. Eine Antennenebene 26 des Front-Radarsystems 12 verläuft senkrecht zur Fahrzeuglängsachse 22.
Die jeweilige Antennenebene 26 der Radarsysteme 12 sind virtuelle Ebenen, in der sich Phasenzentren 28 von Antennenelementen des jeweiligen Radarsystems 12, nämlich Phasenzentren 28t von Sende-Antennenelementen Tx und Phasenzentren 28r Empfangs-Antennenelementen Rx, befinden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die Antennenebenen 26 aller drei Radarsysteme 12 senkrecht zur x-y-Ebene, also in normalen Betriebssituation des Fahrzeugs 10 räumlich vertikal.
Das in Fahrtrichtung 16 betrachtet rechte Eck- Radarsystem 12 ist um etwa 45° nach rechts geschwenkt, sodass dessen Antennenebene 26 unter einem Winkel von etwa 45° zur Fahrzeuglängsachse 22 verläuft. Das in Fahrtrichtung 16 betrachtet linke Radarsystem 12 ist entsprechend um -45° nach links geneigt, sodass dessen Antennenebene 26 entsprechend um -45° gegenüber der Fahrzeuglängsachse 22 nach links geneigt ist.
Mit den Radarsystemen 12 können Radarsignale 30 in den Überwachungsbereich 18 gesendet werden. An Objekten 20 in Richtung der Radarsysteme 12 reflektierte Radarsignale 32 können als Echosignale 32 von den Radarsystemen 12 empfangen werden. Aus den Echosignalen 32 können die entsprechenden Objektinformationen, nämlich die Entfernung D, der Azimut 0, der Elevationswinkel <t> und die Geschwindigkeit des erfassten Objekts 20 relativ zum Fahrzeug 10 ermittelt werden.
Die Radarsysteme 12 sind identisch aufgebaut und haben die identische Funktionsweise. Der Aufbau der Radarsysteme 12 wird im Folgenden beispielhaft anhand des Front- Radarsystems 12 anhand der Figur 4 näher erläutert.
Das Radarsystem 12 umfasst eine Antennenanordnung 34 mit den Sende- Antennenelementen Tx und den Empfangs-Antennenelementen Rx und eine Steuer- und Erfassungseinrichtung 36. Mit der Steuer- und Erfassungseinrichtung 36 können die Sende-Antennenelemente Tx zur Aussendung von Radarsignalen 30 angesteuert werden. Außerdem können mit der Steuer- und Erfassungseinrichtung 36 die mit den Empfangs-Antennenelementen Rx empfangenen Echosignale 32 erfasst und ausgewer- tet werden. Mit der Steuer- und Erfassungseinrichtung 36 können daraus die entsprechenden Objektinformationen ermittelt und an das Fahrerassistenzsystem 14 übermittelt werden.
Die Antennenanordnung 34 umfasst eine Mehrzahl von Sende-Antennenelementen Tx, von denen beispielhaft in der Figur 4 lediglich zwei dargestellt sind, und eine Mehrzahl von Empfangs-Antennenelementen Rx, von denen ebenfalls beispielhaft nur zwei dargestellt sind. Das Radarsystem 12 kann sowohl mit einem MIMO (Multiple-In-Multiple- Out)-Verfahren, als auch mit einem Beamforming-Verfahren betrieben werden.
Bei dem MIMO-Verfahren werden die Sende-Antennenelemente Tx separat mit Sende- Steuersignalen von der Steuer- und Erfassungseinrichtung 36 angesteuert. Mithilfe entsprechender Sende-Steuersignale werden die Radarsignale 30 beispielsweise durch codieren, unterscheidbar gemacht. So können auf der Empfängerseite Signalwege der Radarsignale 30 und der entsprechenden Echosignale 32 den jeweiligen Sende- Antennenelementen Tx zugeordnet werden.
Bei den Beamforming-Verfahren werden mehrere Sendeantennen Tx gemeinsam mit kohärenten Sende-Steuersignalen mit entsprechenden Phasenverschiebungen, die auch Null sein können, angesteuert. So können die mit den Sendeantennen Tx jeweils ausgesendeten Einzel-Radarsignale zu einem gesamten Radarsignal 30 interferieren. Durch entsprechende Phasenverschiebungen kann die Richtung einer Hauptstrahlachse 42 für das Radarsignal 30 verändert werden. Zur Realisierung der Phasenverschiebungen ist jeder Sendeantenne Tx ein Phasenschieber 43 zugeordnet.
Die Steuer- und Erfassungseinrichtung 36 umfasst ein Einstellmittel 38, mit dem ein Verwendungszweckmodus und ein Messmodus des Radarsystems 12 eingestellt werden können.
Der Verwendungszweckmodus wird abhängig vom Verwendungszweck des entsprechenden Radarsystems 12 eingestellt. Bei dem beschriebenen Fahrzeug 10 sind beispielsweise drei Verwendungszwecke für das Radarsystem gezeigt, nämlich der Verwendungszweck als Front-Radarsystem 12, als rechtes Eck- Radarsystem 12 oder als linkes Eck-Radarsystem 12. Messmodi sind die Modi, in denen das Radarsystem 12 Radarmessungen durchführt. Beispielhaft werden im Folgenden zwei Messmodi beschrieben. Nämlich ein Fernbereichs-Messmodus und ein Nahbereichs-Messmodus.
Im Fernbereichs-Messmodus wird das Radarsystem 12 mit einer Kombination des MIMO-Verfahrens und des Beamforming-Verfahrens betrieben. Im Fernbereichs- Messmodus können Objekte 20 in Entfernungen von bis zu etwa 200 m in einem in der Figur 3 angedeuteten Fernbereichs-Sichtfeld 40f des Radarsystems 12 erfasst und deren Richtung relativ zum Radarsystem 12 und zum Fahrzeug 10 ermittelt werden.
Im Nahbereichs-Messmodus wird das Radarsystem 12 mit dem MIMO-Verfahren betrieben. In dem Nahbereichs-Messmodus können Objekte 20 in einem Nahbereichs- Sichtfeld 40n, beispielsweise in einer Entfernung von bis zu 100 m, erfasst werden. Das Nahbereichs-Sichtfeld 40n hat einen Öffnungswinkel, der deutlich größer ist als der Öff- nungswinkel des Fernbereichs-Sichtfelds 40f.
Um Objekte 20 in Fahrtrichtung 16 vor dem Fahrzeug frühzeitig erkennen zu können, sollen unabhängig vom Verwendungszweck des Radarsystems 12 als Front- Radarsystem 12 oder Eck-Radarsystem 12 eine Grund-Hauptstrahlachse 42 der Antennenanordnung 34 im Fernbereichs-Messmodus etwa parallel zur Fahrtrichtung 16, beispielsweise etwa parallel zur Fahrzeuglängsachse 22, ausgerichtet sein. Die Grund- Hauptstrahlachse 42 definiert die Ausrichtung des Fernbereichs-Sichtfelds 40f und die Haupt-Ausbreitungsrichtung der gesendeten Radarsignale 30 in der Grundeinstellung des Radarsystems 12 für den entsprechenden Verwendungszweck.
Optional kann bei Radarmessungen die Ausbreitungsrichtung der Radarsignale 30 im Fernbereichs-Messmodus gegenüber der Grund-Hauptstrahlachse 42 zusätzlich verändert, beispielsweise geschwenkt, werden.
Die Anpassung der Ausrichtung der Grund-Hauptstrahlachse 42 abhängig vom Verwendungszweck des Radarsystems 12 als Front-Radarsystem oder Eck- Radarsystem wird mit dem Einstellmittel 38 über den Verwendungszweckmodus festgelegt. Das Einstellmittel 38 umfasst beispielhaft drei Grund-Steuerschemata 44, zwei Mess- Steuerschemata 46 und beispielhaft drei Verwendungszweckgrößen 48.
Die Mess-Steuerschemata 46 beinhalten jeweils die Vorgaben, unter welchen Sende- Steuersignale entsprechend des gewünschten Messmodus an die Sende- Antennenelementen Tx gesendet werden. Beispielhaft ist ein Mess-Steuerschema 46 für den Fernbereichs-Messmodus und ein Mess-Steuerschema 46 für den Nahbereichs- Messmodus vorgesehen.
Die Grund-Steuerschemata 44 beinhalten jeweils die Vorgaben, unter welchen die entsprechenden Sende-Steuersignale im Fernbereichs-Messmodus zur Ausrichtung der Grund-Hauptstrahlachse 42 an die Sende-Antennenelemente Tx gesendet werden.
Die Verwendungszweckgrößen 48 charakterisieren jeweils einen Verwendungszweck des Radarsystems 12. Beispielhaft können die Verwendungsgrößen 48 in einem Speicher der Steuer- und Erfassungseinrichtung 14 hinterlegt sein. Beispielhaft handelt es sich bei jeder der Verwendungszweckgröße 48 um eine Phasenverschiebung. In dem Beamforming-Verfahren zur Realisierung des Fernbereichs-Messmodus können die Sende-Antennenelemente Tx gemeinsam mit kohärenten Sendesignalen angesteuert werden, zwischen denen die entsprechende als Verwendungszweckgröße 48 vorgegebene Phasenverschiebung eingestellt wird. Durch die entsprechende Phasenverschiebung kann die Grund-Hauptstrahlachse 42 zur Anpassung an den Verwendungszweck des Radarsystems 12 relativ zu dessen Antennenebene 26 ausgerichtet werden.
Beispielhaft können in dem Einstellmittel 38 ein Grund-Steuerschema 44 und eine Verwendungszweckgröße 48 für die Verwendung des Radarsystems 12 als Front- Radarsystem, ein Grund-Steuerschema 44 und eine Verwendungszweckgröße 48 für die Verwendung als linkes Eck-Radarsystem und ein Grund-Steuerschema 44 und eine Verwendungszweckgröße 48 für die Verwendung als rechtes Eck-Radarsystem vorgesehen sein.
Zur Einstellung des Verwendungszweckmodus kann das Grund-Steuerschema 44 mit der entsprechenden Verwendungszweckgröße 48 realisiert werden. Beispielsweise kann das Grund-Steuerschema 44 für das rechte Eck- Radarsystem 12 die Ansteuerung der Sende-Antennenelemente Tx mit kohärenten Sende-Steuersignalen beinhalten, welche um die vorgegebene Phasenverschiebung so verschoben sind, dass die Grund- Hauptstrahlachse 42 des resultierenden Radarsignals 30 um -45° zu der Antennenebene 26 geschwenkt ist. So kann die um 45° geschwenkte Ausrichtung des Eck Radarsystems 12 korrigiert werden, um die Grund-Hauptstrahlachse 42 parallel zur Fahrtrichtung 16 beziehungsweise zur Fahrzeuglängsachse 22 auszurichten.
Je nach Anordnung der Sende-Antennenelemente Tx und den Verwendungszweck des Radarsystems 12 kann die Phasenverschiebung auch Null sein.
Die entsprechende Verwendungszweckgröße 48 kann beim Einbau des Radarsystems 12 am Fahrzeug 10 oder davor eingestellt werden. Im Radarsystem 12 können auch mehr oder weniger als die drei Verwendungszweckgrößen 48 gespeichert werden. So können beispielsweise Verwendungszweckgrößen für Verwendungen an unterschiedlichen Fahrzeugen und/oder an unterschiedlichen Stellen und/oder mit unterschiedlichen Orientierungen an Fahrzeugen vorgesehen sein. So kann das Radarsystem 12 universell für unterschiedliche Fahrzeuge und unterschiedliche Verwendungen an oder in Fahrzeugen eingesetzt und entsprechend angepasst werden.
Das Einstellmittel 38 ist beispielsweise auf softwaremäßigem Wege in der Steuer- und Erfassungseinrichtung 36 realisiert. Auf diese Weise ist zur Anpassung des Radarsystems 12 an unterschiedliche Verwendungszwecke keine Änderung an der Hardware des Radarsystems 12 erforderlich.
Im Folgenden wird der Betrieb des Radarsystems 12 mit einer Antennenanordnung 34 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Nahbereichs-Messmodus anhand der Figuren 5 bis 9 und im Fernbereichs-Messmodus anhand der Figuren 10 bis 14 näher erläutert.
In der Figur 5 und der Figur 6 unten sind die Phasenzentren 28t der Sende- Antennenelemente Tx und die Phasenzentren 28r der Empfangs-Antennenelemente Rx der Antennenanordnung 34 gezeigt. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist in der Figur 5 die Sende-Antennenanordnung 34t auf der linken Seite separat von der Emp- fangsantennen-Anordnung 34r rechts dargestellt. Die Sende-Antennenanordnung 34t und die Empfangsantennen-Anordnung 34r können auch in anderer Weise zueinander angeordnet sein. Die Sende-Antennenanordnung 34t und die Empfangsantennen- Anordnung 34r können sich auch überlappen, wie in der Figur 6 unten gezeigt. Dort sind der besseren Unterscheidung wegen die Phasenzentren 28t der Sende- Antennenelemente Tx mit Kreisen dargestellt und die Phasenzentren 28r der Empfangs-Antennenelemente Rx mit schwarzen Dreiecken.
Die Sende-Antennenanordnung 24s umfasst vier Sende-Antennenelemente Tx. Die Phasenzentren 28 t sind auf einer gedachten Sender-Antennenachse 50 angeordnet sind. Die Sender-Antennenachse 50 verläuft in der Antennenebene 26 und beispielhaft horizontal, parallel zur x-y-Ebene.
Die vier Phasenzentren 28t sind in zwei Sendeantennengruppen SG angeordnet. Ein Abstand 52 zwischen den Phasenzentren 28t derselben Sendeantennengruppe SG entspricht etwa der halben Wellenlänge X der mit den Sende-Antennenelementen Tx ausgesendeten Radarsignale 30. Ein Abstand 54 zwischen den Phasenzentren 28t der beiden Sende-Antennenelemente Tx auf der den beiden Sendeantennengruppen SG zugewandten Seiten beträgt etwa 3/2 der Wellenlänge X.
Die Empfangsantennen-Anordnung 34r umfasst insgesamt vier Empfangs- Antennenelemente Rx. Drei der Phasenzentren 28r sind auf einer ersten Empfangs- Antennenachse 56 angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die erste Empfangs-Antennenachse 56 koaxial zu der Sender-Antennenachse 50 der Sende-Antennenanordnung 34t in der Antennenebene 26.
Die drei Sende-Antennenelemente Tx auf der ersten Empfangs-Antennenachse 56 bilden eine Dreiergruppe.
Ein Abstand 58 zwischen dem in den Figuren 5 und 6 linken Phasenzentrum 28r und dem mittleren Phasenzentrum 28r der Dreiergruppe auf der ersten Empfangs- Antennenachse 56 entspricht etwa der Wellenlänge X der Radarsignale 30. Ein Abstand 60 zwischen dem Phasenzentrum 28r des mittleren Empfangs-Antennenelementes Rx und dem Phasenzentrum 28r des rechten Empfangs-Antennenelements Rx entspricht etwa 3/2 der Wellenlänge X der Radarsignale 30. Das Phasenzentrum 28r des vierten Empfangs-Antennenelements Rx ist auf einer zweiten Empfangs-Antennenachse 62 angeordnet. Die zweite Empfangs-Antennenachse 62 verläuft parallel zu der ersten Empfangs-Antennenachse 56 in der Antennenebene 26. Ein Abstand 64 zwischen der ersten Empfangs-Antennenachse 56 und der zweiten Empfangs-Antennenachse 62 entspricht der Wellenlänge X der Radarsignale 30.
Ein Lot 66 durch das Phasenzentrum 28r des vierten Empfangs-Antennenelements Rx auf die erste Empfangs-Antennenachse 56 befindet sich außerhalb der Dreiergruppe der Phasenzentren 28r der Empfangs-Antennenelemente Rx auf der ersten Empfangs- Antennenachse 56. In den Figuren 5 und 6 ist das Phasenzentrum 28r des Empfangs- Antennenelements Rx auf der zweiten Empfangs-Antennenachse 62 gegenüber der Dreiergruppe der Phasenzentren 28r auf der ersten Empfangs-Antennenachse 56 nach links versetzt.
Ein Abstand 68 zwischen dem Lot 66 auf die erste Empfangs-Antennenachse 56 durch das Phasenzentrum 28r auf der zweiten Empfangs-Antennenachse 62 und dem Phasenzentrum 28r des in der Figur 5 linken Empfangs-Antennenelements Rx auf der ersten Empfangs-Antennenachse 56 entspricht der halben Wellenlänge X der Radarsignale 30.
Im Nahbereichs-Messmodus wird das Radarsystem 12 nach dem MIMO-Verfahren betrieben. Dabei werden die Sende-Antennenelemente Tx getrennt, beispielsweise mit zueinander codierten Sende-Steuersignalen, betrieben, sodass die Sende- Antennenelemente Tx unterscheidbare Radarsignale 30 aussenden.
Durch geometrische Faltung der geometrischen Positionen der Phasenzentren 28t der Sende-Antennenelemente Tx und Phasenzentren 28r der Empfangs-Antennenelemente Rx wird ein in der Figur 6 oben gezeigtes virtuelles Antennen-Array 70 erzeugt. Die virtuellen Phasenzentren 72 der virtuellen Antennenelemente des virtuellen Antennen- Arrays 70 sind in der Figur 6 als schwarze Quadrate angedeutet.
Für die Antennenanordnung 34 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden beim Betrieb des Radarsystems 12 im Nahbereichs-Messmodus insgesamt 14 virtuelle An- tennenelemente mit entsprechenden virtuellen Phasenzentren 72 erzeugt. Die virtuellen Phasenzentren 72 sind auf einer ersten virtuellen Antennenachse 74 und einer zweiten virtuellen Antennenachse 76 angeordnet. Die virtuellen Antennenachsen 74 und 76 verlaufen in der Antennenebene 26 parallel zu den Sender-Antennenachsen 50, 56 und 62. Durch die Verteilung der virtuellen Phasenzentren 72 entlang jeweils der virtuellen Antennenachsen 74 und 76 kann der Azimut 0 bestimmt werden. Die Verteilung der virtuellen Phasenzentren 72 auf den zwei beabstandeten virtuellen Antennenachsen 74 und 76, also auf zwei Elevationsebenen, ermöglicht die Ermittlung des Elevationswinkels <t>.
Ein Abstand 78 zwischen dem in der Figur 6 am weitesten links gelegenen virtuellen Phasenzentrum 72, welches sich auf der zweiten virtuellen Antennenachse 74 befindet, und einem am weitesten rechts gelegenen virtuellen Phasenzentrum 72, welches sich auf der ersten virtuellen Antennenachse 74 befindet, definiert die Apertur der Antennenanordnung 34.
In der Figur 7 ist beispielhaft ein zweidimensionales Antennendiagramm für das virtuelle Antennenarray 70 im Nahbereichs-Messmodus unter Verwendung des MIMO- Verfahrens in Graustufen in den zwei Richtungsdimensionen Elevationswinkel <t> und Azimut 0 gezeigt. Die Zuordnung der Graustufen zu normierten Intensitäten ist in einer Intensitätsskala auf der rechten Seite in dB dargestellt. In Richtung der Abszissenachse ist der Azimut 0 in Grad dargestellt. In der Ordinatenachse ist der Elevationswinkel <t> ebenfalls in Grad dargestellt.
In der Figur 8 ist ein dem zweidimensionalen Antennendiagramm aus der Figur 7 entsprechendes Horizontaldiagramm als Funktion des Azimut 0 für den Elevationswinkel = 0°, entlang der Schnittlinie VIII aus der Figur 7, gezeigt. Der normierte Intensitätsverlauf 80 für das virtuelle Array 70 ist in der Figur 8 mit durchgezogenen Linien 80 dargestellt. Lediglich zum Vergleich sind der normierte Intensitätsverlauf 82 für die Sende- Antennenanordnung 34t mit gestrichelten Linien gezeigt. Der normierte Intensitätsverlauf 84 für die Empfangsantennen-Anordnung 34r ist mit gepunkteten Linien gezeigt.
In der Figur 9 ist ein dem zweidimensionalen Antennendiagramm aus der Figur 7 entsprechendes Vertikaldiagramm als Funktion des Elevationswinkels für den Azimut 0 = 0°, entlang der dortigen Schnittlinie IX aus der Figur 7, gezeigt.
Der Betrieb des Radarsystems 12 mit der Antennenanordnung 34 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Fernbereichs-Messmodus wird im Folgenden unter Betrachtung der Figuren 10 bis 14 näher erläutert. Dabei ist die Antennenanordnung 34 der Figur 10 oder Figur 11 unten gezeigt. Wobei in der Figur 10 analog zu der Darstellung in der Figur 5 die Sende-Antennenanordnung 34t und die Empfangsantennen-Anordnung 34r nebeneinander gezeigt sind. In der Figur 11 ist die Antennenanordnung 34 analog zu der Darstellung in der Figur 6 dargestellt.
Im Fernbereichs-Messmodus wird eine Kombination aus dem im Zusammenhang mit den Figuren 5 bis 9 erläuterten MIMO-Verfahren und dem Beamforming-Verfahren durchgeführt, welches im Folgenden als „MIMO-Beamforming-Verfahren“ bezeichnet wird. Dabei werden die Sende-Antennenelemente Tx derselben Sendeantennengruppe SG werden mit dem gleichen kohärenten Sende-Steuersignalen mit einer Phasenverschiebung, welche durch die Verwendungszweckgröße 48 vorgegeben ist, angesteuert. Durch Vorgabe der entsprechenden Phasenverschiebung wird die Grund- Hauptstrahlachse 42 entsprechend dem Verwendungszweck eingestellt.
Die beiden Sendeantennengruppen SG werden mit unterschiedlichen, beispielsweise zueinander codierten Sende-Steuersignalen angesteuert, sodass die Echosignale 32 der von den beiden Sendeantennengruppen SG gesendeten Radarsignale 30 auf der Seite der Empfangs-Antennenelemente Rx der jeweiligen Sendeantennengruppe SG zugeordnet werden können.
Für jede Sendeantennengruppe SG wird ein Gruppen-Phasenzentrum 28SG realisiert, welches geometrisch zwischen den einzelnen Phasenzentren 28t der Sende- Antennenelemente Tx der jeweiligen Sendeantennengruppe SG liegt. Ein Abstand 86 zwischen den Gruppen-Phasenzentren 28SG beträgt etwa das Zweifache der Wellenlänge X der gesendeten Radarsignale 30.
Durch die geometrische Faltung der Positionen der Gruppen-Phasenzentren 28SG der Sendegruppen SG und der Empfangs-Phasenzentren 28r der Empfangs- Antennenelemente Rx bei dem MIMO-Beamforming-Verfahren wird ein virtuelles Array 70 realisiert, dessen virtuelle Phasenzentren 72 in der Figur 1 1 oben gezeigt ist. Die Gesamtzahl der virtuellen Array-Elemente, deren virtuelle Phasenzentren 72 in Figur 1 1 gezeigt sind, beläuft sich insgesamt auf acht, und ist damit geringer als die Gesamtzahl der virtuellen Arrayelemente bei dem in Verbindung mit den Figuren 5 bis 9 erläuterten MIMO-Verfahren. Auf diese Weise vergrößern sich die Nebenkeulenlevel. Dies ist aus den Antennendiagramm der Figuren 12 und 13 ersichtlich. Allerdings wird auch eine höhere Reichweite erreicht, welche im Fernbereichs-Messmodus erforderlich ist.
In der Figur 12 ist beispielhaft ein zweidimensionales Antennendiagramm für das virtuelle Antennenarray 70 im Fernbereichs-Messmodus unter Verwendung des MIMO- Beamforming-Verfahrens in Graustufen in den zwei Richtungsdimensionen Elevationswinkel <t> und Azimut 0 gezeigt. Die Zuordnung der Graustufen zu normierten Intensitäten ist in einer Intensitätsskala auf der rechten Seite in dB dargestellt. In Richtung der Abszissenachse ist der Azimut 0 in Grad dargestellt. In der Ordinatenachse ist der Elevationswinkel ebenfalls in Grad dargestellt.
In der Figur 13 ist ein dem zweidimensionalen Antennendiagramm aus der Figur 12 entsprechendes Horizontaldiagramm als Funktion des Azimut 0 für den Elevationswinkel = 0°, in der Figur 12 entlang der dortigen Schnittlinie XIII, gezeigt. Der normierte Intensitätsverlauf 80 für das virtuelle Array 70 ist in der Figur 13 mit durchgezogenen Linien 80 gezeigt. Lediglich zum Vergleich sind der normierte Intensitätsverlauf 82 für die Sende-Antennenanordnung 34t mit gestrichelten Linien gezeigt. Der normierte Intensitätsverlauf 84 für die Empfangsantennen-Anordnung 34r ist mit gepunkteten Linien gezeigt.
In der Figur 14 ist ein dem zweidimensionalen Antennendiagramm aus der Figur 12 entsprechendes Vertikaldiagramm als Funktion des Elevationswinkels 0 für den Azimut 0 = 0°, in der Figur 12 entlang der dortigen Schnittlinie XIV, gezeigt.
Im Folgenden wird der Betrieb des Radarsystems 12 mit einer Antennenanordnung 34 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel anhand der Figuren 15 bis 19 im Nahbe- reichs-Messmodus unter Verwendung des MIMO-Verfahrens und anhand der Figuren 20 bis 24 im Fernbereichs-Messmodus unter Verwendung des MIMO-Beamforming- Verfahrens näher erläutert. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausfüh- rungsbeispiels aus den Figuren 6 bis 14 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die in der Figur 15 und der Figur 16 unten gezeigte Antennenanordnung 34 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Antennenanordnung 34 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus den Figuren 5 und 6 dadurch, dass das Phasenzentrum 28r des in der Figur 15 rechten Empfangs-Antennenelements Rx statt auf der ersten Empfangs-Antennenachse 56 auf einer dritten Empfangs-Antennenachse 88 angeordnet ist.
Die dritte Empfangs-Antennenachse 88 verläuft parallel zu der ersten Empfangs- Antennenachse 56, auf der der zweiten Empfangs-Antennenachse 62 gegenüberliegenden Seite der ersten Empfangs-Antennenachse 56. Die dritte Empfangs- Antennenachse 88 befindet sich ebenfalls in der Antennenebene 26.
Ein Abstand 90 zwischen der ersten Empfangs-Antennenachse 56 und der dritten Empfangs-Antennenachse 90 entspricht dem Abstand 64 zwischen der ersten Empfangs- Antennenachse 56 und der zweiten Empfangs-Antennenachse 62. Der Abstand 90 entspricht etwa der Wellenlänge X der ausgesendeten Radarsignale 30.
Ein Abstand 92 zwischen dem Lot 94 auf die ersten Antennenachse 56 durch das Phasenzentrum 28r des Empfangs-Antennenelements Rx auf der dritten Empfangs- Antennenachse 88 zu dem Phasenzentrum 28r des benachbarten Empfangs- Antennenelements Rx, nämlich dem rechten Phasenzentrum 28r auf der ersten Empfangs-Antennenachse 56, entspricht etwa der Wellenlänge X der ausgesendeten Radarsignale 30.
Das Lot 94 befindet sich außerhalb des Bereichs der Phasenzentren 28r der beiden inneren Empfangs-Antennenelemente Rx auf der ersten Empfangs-Antennenachse 56. Das Lot 94 durch das Phasenzentrum 28r auf der dritten Empfangs-Antennenachse 88 befindet sich auf der dem Lot 66 durch das erste Phasenzentrum 28r auf der zweiten Empfangs-Antennenachse 94 gegenüberliegenden Seite des Bereichs mit den beiden mittleren Empfangsantennenzentren 28r auf der ersten Empfangs-Antennenachse 56. In Figur 16 sind die Phasenzentren 28 der Antennenanordnung 34 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, unten, und das entsprechende virtuelle Array 70, oben, im Betrieb des Radarsystems 12 im Nahbereichs-Messmodus mit dem MIMO-Verfahren gezeigt.
In der Figur 16 oben sind die virtuellen Phasenzentren 72 des zu der Antennenanordnung 34 gemäß den zweiten Ausführungsbeispiel im Nahbereichs-Messmodus gehörenden virtuellen Arrays 70 gezeigt.
Eine Ausdehnung 96 des virtuellen Arrays 70 in Elevation, welche parallel zur z-Achse verläuft, ist größer als die entsprechender Ausdehnung 96 bei der Antennenanordnung 34 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus den Figuren 5 bis 14. mit der Antennenanordnung 34 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann zusätzlich zu der Messung des Elevationswinkels <t> eine Auflösung in Elevationsrichtung mit Trennfähigkeit für zwei erfasste Objekte erreicht werden.
Die mittlere Reihe des virtuellen Arrays 70 ist in Richtung des Azimut 0, beispielhaft in Richtung der y-Achse, vollständig besetzt, wodurch die Nebenkeulenlevel verringert werden.
In der Figur 17 ist beispielhaft ein zweidimensionales Antennendiagramm für das virtuelle Antennenarray 70 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Nahbereichs- Messmodus unter Verwendung des MIMO-Verfahrens in Graustufen in den zwei Richtungsdimensionen Elevationswinkel <t> und Azimut 0 gezeigt. Die Zuordnung der Graustufen zu normierten Intensitäten ist in einer Intensitätsskala auf der rechten Seite in dB dargestellt. In Richtung der Abszissenachse ist der Azimut 0 in Grad dargestellt. In der Ordinatenachse ist der Elevationswinkel ebenfalls in Grad dargestellt.
In der Figur 18 ist ein dem zweidimensionalen Antennendiagramm aus der Figur 17 entsprechendes Horizontaldiagramm als Funktion des Azimut 0 für den Elevationswinkel = 0°, entlang der Schnittlinie XVIII aus der Figur 17, gezeigt. Der normierte Intensitätsverlauf 80 für das virtuelle Array 70 ist in der Figur 18 mit durchgezogenen Linien 80 gezeigt. Lediglich zum Vergleich sind der normierte Intensitätsverlauf 82 für die Sen- de-Antennenanordnung 34t mit gestrichelten Linien gezeigt. Der normierte Intensitätsverlauf 84 für die Empfangsantennen-Anordnung 34r ist mit gepunkteten Linien gezeigt. In der Figur 19 ist ein dem zweidimensionalen Antennendiagramm aus der Figur 17 entsprechendes Vertikaldiagramm als Funktion des Elevationswinkels <t> für den Azimut 0 = 0°, entlang der Schnittlinie XIX aus der Figur 17, gezeigt.
Der Betrieb des Radarsystems 12 mit der Antennenanordnung 34 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Fernbereichs-Messmodus unter Verwendung des MIMO- Beamforming-Verfahrens wird im Folgenden anhand der Figuren 20 bis 24 beschrieben.
Im Fernbereichs-Messmodus werden die Sende-Antennenelemente Tx analog zu dem Betrieb im Fernbereichs-Messmodus mit der Antennenanordnung 34 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus den Figuren 11 bis 14 betrieben.
Die virtuellen Phasenzentren 72 des sich dabei ergebenden virtuellen Antennenarrays 70 sind in der Figur 21 oben dargestellt. Wie beim Betrieb des Radarsystems 12 mit der Antennenanordnung 34 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Nahbereichs- Messmodus, dargestellt in den Figuren 15 bis 19, verteilen sich die virtuellen Phasenzentren 72 auf drei Elevationsebenen.
Durch die gruppenweise Ansteuerung der Sende-Antennenelemente Tx verringert sich die Gesamtzahl der virtuellen Antennenarrays 70 auf 8. Daher erhöht sich die Intensität der Nebenkeulenlevel, wie in den Figuren 22 bis 24 gezeigt. Durch das Beamforming innerhalb des MIMO-Beamforming-Verfahrens wird im Vergleich zum Betrieb im Nahbe- reichs-Messmodus jedoch eine größere Reichweite bei nahezu unveränderter Winkelauflösung ermöglicht.
In der Figur 22 ist beispielhaft ein zweidimensionales Antennendiagramm für das virtuelle Antennenarray 70 im Fernbereichs-Messmodus unter Verwendung des MIMO- Beamforming-Verfahrens in Graustufen in den zwei Richtungsdimensionen Elevationswinkel <t> und Azimut 0 gezeigt. Die Zuordnung der Graustufen zu normierten Intensitäten ist in einer Intensitätsskala auf der rechten Seite in dB dargestellt. In Richtung der Abszissenachse ist der Azimut 0 in Grad dargestellt. In der Ordinatenachse ist der Elevationswinkel ebenfalls in Grad dargestellt. In der Figur 23 ist ein dem zweidimensionalen Antennendiagramm aus der Figur 22 entsprechendes Horizontaldiagramm als Funktion des Azimut 0 für den Elevationswinkel <t> = 0°, entlang der Schnittlinie XXIII aus der Figur 22, gezeigt. Der normierte Intensitätsverlauf 80 für das virtuelle Array 70 ist in der Figur 23 mit durchgezogenen Linien 80 gezeigt. Lediglich zum Vergleich sind der normierte Intensitätsverlauf 82 für die Sen- de-Antennenanordnung 34t mit gestrichelten Linien gezeigt. Der normierte Intensitätsverlauf 84 für die Empfangsantennen-Anordnung 34r ist mit gepunkteten Linien gezeigt.
In der Figur 24 ist ein dem zweidimensionalen Antennendiagramm aus der Figur 22 entsprechendes Vertikaldiagramm als Funktion des Elevationswinkels <t> für den Azimut 0 = 0°, entlang der Schnittlinie XXIV aus der Figur 22, gezeigt.
Wie aus den Figuren 18 und 23 ersichtlich ist, beträgt bei der Antennenanordnung 34 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Halbwertsbreite 98 der Hauptkeule in Richtung des Azimut 0 bei der 3-dB-Grenze 10,5°. Bei der Antennenanordnung 34 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt die entsprechende Halbwertsbreite 98 in Richtung des Azimut 0 lediglich 9,5°, wie aus den Figuren 7 und 13 ersichtlich ist.
In Richtung des Elevationswinkels <t> beträgt bei der Antennenanordnung 34 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Halbwertsbreite 100 der Hauptkeule bei der 3 dB- Grenze 21 °, wie aus den Figuren 19 und 24 ersichtlich ist. Bei der Antennenanordnung 34 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt die entsprechende Halbwertsbreite 100 bei der 3-dB-Grenze in Richtung des Elevationswinkels <t>, wie aus den Figuren 9 und 14 ersichtlich ist, 35,5°.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems (12) für ein Fahrzeug (10), bei dem mit dem Radarsystem (12) wenigstens eine Radarmessung durchgeführt wird, bei der mit wenigstens einem Sende-Antennenelement (Tx) wenigstens einer Sendeanten- nen-Anordnung (34t) des Radarsystems (12) wenigstens ein Radarsignal (30) gesendet wird und für wenigstens ein Empfangs-Antennenelement (Rx) wenigstens einer Emp- fangsantennen-Anordnung (34r) des Radarsystems (12) eine Empfangsbereitschaft für etwaige auf das wenigstens eine Radarsignal (30) basierende Radar-Echosignale (32) hergestellt wird, wobei das wenigstens eine Sende-Antennenelement (Tx) nach wenigstens einem Steuerschema (44, 46) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens zu Beginn der wenigstens einen Radarmessung für wenigstens einen Messmodus des Radarsystems (12) ein Grund-Steuerschema (44) für das Radarsystem (12) eingestellt wird, welches abhängig von einem Verwendungszweck des Radarsystems (12) an dem Fahrzeug (10) vorgegeben wird, wobei mit dem Grund- Steuerschema (44) eine Grund-Hauptstrahlachse (42) der wenigstens eine Sendean- tennen-Anordnung (34t) an den Verwendungszweck des Radarsystems (12) angepasst wird und ausgehend von dem Grund-Steuerschema (44) die wenigstens eine Radarmessung durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Sende-Antennenelemente (Tx) wenigstens einer Sendeantennen-Anordnung (34t) mit jeweiligen Sende-Steuersignalen zum Aussenden von jeweiligen zueinander kohärenten Einzel-Radarsignalen angesteuert werden, die zu dem wenigstens einen Radarsignal (30) überlagert werden, wobei in dem Grund-Steuerschema (44) für das Radarsystem (12) eine Grund-Phasenverschiebung, die auch null sein kann, zwischen den jeweiligen Sende-Steuersignalen für die wenigstens zwei Sende-Antennenelemente (Tx) vorgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenverschiebung, insbesondere eine Grund-Phasenverschiebung, zwischen den jeweiligen Sende-Steuersignalen mittels wenigstens einem Phasenschieber (43) eingestellt wird und/oder eine zu einem Abstand (52) der wenigstens zwei Sende- Antennenelemente (Tx) linear proportionale Phasenverschiebung eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Grund-Steuerschema (44) mit wenigstens einer einen Verwendungszweck charakterisierenden Verwendungszweckgröße (48) eingestellt wird, wobei die wenigstens eine Verwendungszweckgröße (48) spätestens bei der Montage des Radarsystems (12) an dem Fahrzeug (10) in einer Steuereinrichtung (36) für das Radarsystem (12), insbesondere einer Steuereinrichtung (36) des Radarsystems (12), vorgegeben wird, und/oder wenigstens ein Grund-Steuerschema (44) in einer Steuereinrichtung (36) für das Radarsystem (12), insbesondere einer Steuereinrichtung (36) des Radarsystems (12), eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Grund-Steuerschema (44) die Grund-Hauptstrahlachse (42) in einem Fernbereichs-Messmodus des Radarsystems (12) an den Verwendungszweck angepasst wird und/oder das Radarsystem (12) wechselweise oder zeitlich wenigstens teilweise überschneidend in unterschiedlichen Reichweiten-Messmodi, insbesondere einem Fernbereichs- Messmodus und einem Nahbereichs-Messmodus, betrieben wird und/oder wenigstens eines der Sende-Antennenelemente (Tx) in mehreren unterschiedlichen Reichweiten-Messmodi zum Senden von Radarsignalen (30) angesteuert wird und/oder für mehrere Empfangs-Antennenelemente (Rx) wenigstens einer Empfangsantenne- Anordnung (34r) eine Empfangsbereitschaft für Echosignale (32) hergestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem (12) wenigstens zeitweise mit einem Steuerschema (44, 46) auf Basis eines Beamforming-Verfahrens und/oder wenigstens zeitweise mit einem Steuerschema (44, 46) auf Basis eines MIMO-Verfahrens betrieben wird und/oder die wenigstens eine Sendeantennen-Anordnung (34t) wenigstens zeitweise in wenigstens zwei Sendeantennengruppen (SG) angesteuert wird, wobei die Sende- Antennenelemente (Tx) innerhalb einer Sendeantennengruppe (SG) gemeinsam angesteuert werden und die Sendeantennengruppen (SG) separat angesteuert werden.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verwendung des Radarsystems (12) als Front-Radarsystem (12), Eck- Radarsystem, Seiten-Radarsystem und/oder Heck- Radarsystem jeweils wenigstens ein entsprechendes Grund-Steuerschema (44) vorgegeben wird und/oder mit dem Grund-Steuerschema (44) die Grund-Hauptstrahlachse (42) der wenigstens einen Sendeantennen-Anordnung (34t) relativ zu wenigstens einem Fahrzeug- Referenzbereich, insbesondere einer Fahrzeuglängsachse (22), ausgerichtet wird und/oder mit dem Grund-Steuerschema (44) die Grund-Hauptstrahlachse (42) der wenigstens einen Sendeantennen-Anordnung (34t) relativ zu wenigstens einem Radarsystem- Referenzbereich (26), insbesondere eine Antennenebene, ausgerichtet wird.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einer Radarmessung wenigstens eine Richtungsgröße (0, ) ermittelt wird, welche wenigstens eine Richtung wenigstens eines das wenigstens eine gesendete Radarsignal (30) reflektierenden Objekts (20) relativ zu dem Radarsystem (12) in wenigstens einer Dimension charakterisiert, und/oder wenigstens eine Entfernungsgröße (D) ermittelt wird, welche wenigstens eine Entfernung wenigstens eines das wenigstens eine gesendete Radarsignal (30) reflektierenden Objekts (20) relativ zu dem Radarsystem (12) charakterisiert, und/oder wenigstens eine Geschwindigkeitsgröße ermittelt wird, welche wenigstens eine Geschwindigkeit wenigstens eines das wenigstens eine gesendete Radarsignal (30) reflektierenden Objekts (20) relativ zu dem Radarsystem (12) charakterisiert.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sende-Antennenelemente (Tx) einer Antennenanordnung (34) zum Senden von Radarsignalen (30) angesteuert werden und für mehrere Empfangs- Antennenelemente (Rx) der Antennenanordnung (34) Empfangsbereitschaft für Echosignale (32) hergestellt wird, mittels geometrischer Faltung der geometrischen Position der Sende-Antennenelemente (Tx) und der Empfangs-Antennenelemente (Rx) der Antennenanordnung (34) ein entsprechendes virtuelles Empfangsantennen-Array (70) ermittelt wird.
10. Radarsystem (12) für ein Fahrzeug (10) mit wenigstens einer Sendeantennen- Anordnung (34t), welche wenigstens ein Sende-Antennenelement (Tx) zum Senden von Radarsignalen (30) aufweist, mit wenigstens einer Empfangsantenne-Anordnung (34r) welche wenigstens ein Empfangs-Antennenelement (Rx) zum Empfangen von Radar- Echosignalen (32) aufweist, und mit wenigstens einer Steuer- und Erfassungseinrichtung zum Ansteuern wenigstens der Sende-Antennenelemente (Tx) und zum Erfassen von mit dem wenigstens einen Empfangs-Antennenelement (Rx) empfangenden Radar- Echosignalen (32), wobei das Radarsystem (12) wenigstens ein Einstellmittel (38) mit wenigstens einem Steuerschema (44, 46) aufweist zur Einstellung wenigstens einer Hauptstrahlachse (42) der wenigstens einen Sendeantennen-Anordnung (34t), dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem (12) Mittel aufweist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche.
11. Fahrzeug (10) mit wenigstens einem Radarsystem (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) wenigstens ein Radarsystem (12) mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
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