EP4662508A1 - Verfahren zum bestimmen einer information eines antennenarrays, verfahren zum betreiben eines antennenarrays, antennenarray, sensorsystem sowie fahrzeug mit einem sensorsystem - Google Patents

Verfahren zum bestimmen einer information eines antennenarrays, verfahren zum betreiben eines antennenarrays, antennenarray, sensorsystem sowie fahrzeug mit einem sensorsystem

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EP4662508A1
EP4662508A1 EP24703951.4A EP24703951A EP4662508A1 EP 4662508 A1 EP4662508 A1 EP 4662508A1 EP 24703951 A EP24703951 A EP 24703951A EP 4662508 A1 EP4662508 A1 EP 4662508A1
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EP
European Patent Office
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antenna
antenna array
signal
array
signal curve
Prior art date
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Pending
Application number
EP24703951.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Heiko Gustav KURZ
Dr. Thomas GISDER
Dr. Marc-Michael MEINECKE
Dr. Dominik Maximilian Martin VOCK
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4662508A1 publication Critical patent/EP4662508A1/de
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    • G01S2013/9327—Sensor installation details

Definitions

  • Method for determining information of an antenna array Method for operating an antenna array, antenna array, sensor system and vehicle with a
  • the invention relates to a method for determining information of an antenna array having a plurality of antenna elements.
  • the invention relates to a method for operating an antenna array having a plurality of antenna elements.
  • the invention further relates to an antenna array with an evaluation unit.
  • the invention also relates to a sensor system with at least one antenna array and a vehicle with a sensor system.
  • US 2021 / 0 382 132 A1 discloses a method and apparatus for determining a direction of received signals of a radar system.
  • US 2021 / 0 080 542 A1 also discloses a method for determining a direction of a received radar signal. For this purpose, a matrix transformation can be carried out for the determination.
  • An object of the present invention is to improve, in particular to refine, a resolution of an antenna array of a sensor system.
  • One aspect of the invention relates to a method for determining information of an antenna array having a plurality of antenna elements, wherein the following steps are carried out: - In particular, receiving a received signal corresponding to a transmitted signal transmitted by the antenna array into an environment;
  • the proposed method can be used to refine or improve the resolution of an antenna array and in particular of a sensor system that has such an antenna array.
  • the antenna array can be used more efficiently, in particular in the automotive sector.
  • the accuracy of an antenna array, in particular for detecting the environment can be improved or increased using the proposed method.
  • a detection range can also be increased.
  • the antenna array which can be designed as a group antenna or as a phased array antenna, for example, can have several, in particular a large number of antenna elements.
  • the antenna element can be a single antenna, i.e. a single antenna.
  • a transmission signal in particular an electrical or electronic one, can be transmitted into the environment, i.e. into the surrounding area of the antenna array. This can be done with the help of the entire antenna array or at least one or more individual antennas of the antenna array. If the transmitted transmission signal has been reflected by an object in the environment, this signal corresponding to the transmission signal and reflected by the object can be received as a reception signal by the antenna array, in particular by one or more antennas of the antenna array.
  • This received, in particular electrical, reception signal can then be used for signal processing or for Environment detection can be processed or evaluated.
  • the received signal can be sampled using an electronic evaluation unit, in particular the sensor system.
  • a predetermined sampling frequency or sampling rate can be used, for example.
  • the sampled received signal can then be transformed or converted into a signal curve, in particular a local signal curve, in relation to the multiple antenna elements of the antenna array. This can be done using the evaluation unit.
  • the signal curve can in turn be a phase curve in relation to the arrangement or alignment of the antenna elements of the antenna array.
  • an extended signal curve can be formed or predicted.
  • a linear prediction and/or a linear error propagation can be used or applied.
  • an extended signal curve can be predicted or forecast with respect to the antenna of the antenna array.
  • the actual signal curve of the received signal is reconstructed or formed.
  • This reconstruction allows the actual signal curve to be reconstructed even if individual antennas in the antenna array fail or if antennas in antenna arrays are faulty. This is particularly advantageous for increasing the resolution and in particular the accuracy of the antenna array.
  • antenna information and/or multiple antenna information items of the antenna array can be determined or ascertained based on the reconstructed actual signal path.
  • This antenna information can be used to determine whether individual antennas of the antenna array are faulty or defective.
  • This reconstructed actual signal path can be used, for example, to compensate for failed antennas of the antenna array, so that a reliable and precise signal evaluation of the received signal, in particular for environmental detection, can still be carried out. Accordingly, the system robustness of the antenna array and in particular of a system that contains the antenna array can be increased.
  • the antenna information can be generated using the reconstructed actual signal path.
  • This antenna information which can be made available to processing units and/or computing units of the sensor system or units coupled to the sensor system, for example, can be used to carry out a diagnosis. Accordingly, the antenna information can be used to increase the diagnostic capability and reliability of the antenna array and in particular of the sensor system. This is particularly advantageous in the event of a fault, since even if the antenna array fails, signal processing can be carried out with regard to environmental detection. This is particularly advantageous if the antenna array is used in automated, particularly highly automated, vehicles, since reliable environmental detection is essential there.
  • the proposed method may be a computer-implemented method.
  • the sampled received signal is transformed into the signal curve, in particular the local one, on the basis of an azimuth angle and/or an elevation of the antenna array.
  • the azimuth angle and/or the elevation i.e. the elevation angle of the antenna array
  • a more precise and thus more accurate transformation of the sampled received signal into the signal curve can take place.
  • the signal curve, in particular as a local signal curve can be better formed.
  • the temporally sampled received signal can be transformed into the signal curve, taking into account the direction of the antenna array. This is particularly advantageous in order to be able to detect missing or faulty individual antennas in the antenna array and then compensate for them.
  • the actual signal curve is reconstructed by means of an optimization approach between the signal curve, i.e. the transformed signal curve, and the extended signal curve, i.e. the predicted or forecasted signal curve.
  • the optimization approach in particular a mathematical one, a target signal or target signal curve, i.e. the actual signal curve, can be determined or reconstructed based on the one actual signal, as the transformed signal, and the predicted signal, i.e. the extended signal curve.
  • a linear optimization approach can be used for this.
  • Other mathematical optimization approaches are also conceivable.
  • an ideal signal model for the antenna array is generated on the basis of the actual signal curve.
  • a model can thus be generated which depicts the actual signal curve and can be used, for example, for diagnosis, reliability testing and/or error analysis of the antenna array.
  • the signal model or the signal curve model can be used to determine the antenna information or further antenna information relating to the antenna array.
  • a real antenna position of at least one antenna element of the antenna array is determined on the basis of the ideal signal model.
  • the signal model and in particular with the help of the reconstructed actual signal profile, at least one position or antenna position of an antenna element within the antenna array can be determined.
  • each antenna position of a respective antenna element of the antenna array can be determined or ascertained. This is also the actual or the real antenna position of a respective antenna element.
  • determining a respective real antenna position of an antenna element it can be determined whether the antenna array has faulty, failed and/or even nonexistent individual antenna elements. This can in turn be prevented when carrying out or checking the antenna array in the event of a fault, in order to be able to compress failed or faulty antenna elements and thus increase the robustness of the antenna array and in particular the system containing the antenna array.
  • the real antenna position can be provided with the antenna information. This is particularly advantageous for the diagnostic capability and for the reliability test of the antenna array. Based on the determination of the real antenna position and in particular of faulty antenna elements, the antenna array can be reconfigured, in particular after the failure of individual antenna elements. This offers the advantage that the antenna array and in particular the individual elements of the antenna array do not have to be replaced. The antenna array can thus continue to operate as reliable use of the antenna array can still be guaranteed.
  • a further aspect of the invention relates to a method for operating an antenna array which has a plurality of antenna elements, wherein an antenna property of the antenna array is adapted depending on the specific antenna information according to the previous aspect or an advantageous development thereof. Accordingly, an antenna array can be advantageously operated using the previously described method of the previous aspect.
  • the antenna array can be referred to as an antenna arrangement or antenna group.
  • At least one antenna property can be adjusted or adapted using the antenna information.
  • the antenna property can be, for example, an antenna characteristic such as a resolution, an accuracy, a detection range or a reliability of the antenna array.
  • the reconstructed actual signal curve and/or the ideal signal model can be provided using the antenna information, so that this information can be taken into account when operating the antenna array and/or when adjusting the antenna property.
  • the antenna array can therefore be operated more efficiently and, in particular, more reliably.
  • the antenna array is calibrated depending on the antenna information.
  • the antenna array can be calibrated in such a way that the resolution or resolving power of the antenna array can be refined.
  • the antenna array can be adjusted with regard to the respective state of the individual antenna elements by means of calibration.
  • the antenna array can be calibrated in such a way that defective and/or failed antenna elements in particular are compensated for and the antenna array is set or adjusted accordingly. This allows the antenna array to be continuously checked and calibrated as required, so that the antenna array can be operated more efficiently and, in particular, the robustness of the antenna array can be increased.
  • a calibration method or a calibration option for the antenna array can be provided in a simple yet efficient manner.
  • Calibration of the antenna array is particularly advantageous when the antenna array has a sparse array configuration.
  • At least one virtual antenna element is generated for the antenna array depending on the antenna information.
  • position information of the multiple antenna elements of the antenna array can be provided or characterized.
  • the actual signal curve and/or the ideal signal model can also be used to generate or create further virtual antenna elements.
  • the resolution of the antenna array can be increased with the help of the at least one virtual antenna element or with multiple virtual antenna elements.
  • the antenna array can be expanded virtually or fictitiously, so that, for example, a constant detection accuracy or detection probability can be achieved despite the failure of a real antenna element.
  • a virtual antenna position of at least one virtual antenna element is determined in such a way that the at least one virtual antenna element can be arranged between two real antenna elements of the antenna array.
  • This is particularly advantageous in the case of a thinned antenna array in a sparse array configuration.
  • the individual antenna elements are located relatively far away from one another, so that the at least one virtual antenna can be fictitiously or virtually positioned precisely in these distances or in these gaps between two real antenna elements.
  • the resolution of the antenna array can be increased in particular, since despite a smaller number of real antenna elements for signal processing or signal calculation, an extension of the number of antenna elements can be created by the additional virtual antenna elements.
  • the antenna array has to be manufactured without a large number of other real antenna elements, thus reducing manufacturing costs and thus maintenance costs.
  • the antenna array can be arranged on the vehicle or on vehicle contours and/or a vehicle body in such a way that the real antennas can also be arranged at a distance from one another and, in terms of software, at least one virtual antenna or several virtual antennas are used accordingly during processing or signal processing or environment detection.
  • a virtual antenna position of at least one virtual antenna element is determined in such a way that a missing or functionally impaired real antenna element of the plurality of antenna elements is replaced with the at least one virtual antenna element.
  • the antenna array can continue to be operated efficiently despite a failed or impaired real antenna element, since the virtual antenna element can be used to compensate for the defective real antenna element.
  • the antenna information can be used to provide, for example, which real antenna element is faulty and, for example, where it is located.
  • the virtual antenna element can be generated in such a way that the virtual position of the virtual antenna element corresponds to the position of the defective real antenna element.
  • the antenna array can be operated and, in particular, functional despite the failure of individual antenna elements. Furthermore, the antenna array can be operated for longer by using the generated virtual antenna elements, since there is no need to replace or immediately repair a defective real antenna element, as the software-based generation of the virtual antenna element can remedy the problem.
  • a further aspect of the invention relates to an antenna array with an evaluation unit, wherein the antenna array has a plurality of antenna elements and wherein the antenna array is designed to carry out a method according to one of the preceding aspects or an advantageous development thereof.
  • the antenna array can be referred to as an antenna module or antenna group, for example.
  • the antenna array can be used as a transmitting and/or receiving unit for environmental detection.
  • the antenna array has a large number of antenna elements or elementary antennas, which in turn are connected to form an array.
  • the proposed antenna array has a refined resolution.
  • the antenna array is configured as a sparsely populated antenna array.
  • the antenna array can be an irregular antenna array, in particular in a "sparse array configuration". The antenna array can thus be manufactured or produced more cost-effectively, since a smaller number of real antenna elements are required to form the antenna array.
  • a further aspect of the invention relates to a sensor system with at least one antenna array according to one of the preceding aspects or advantageous developments thereof.
  • the sensor system can have the antenna array described above or at least one such antenna array.
  • the radar system can be used for motor vehicles.
  • the radar system can also be used in a wide variety of technical applications.
  • the radar system can be used in aviation technology, shipping technology, automation technology or communications technology.
  • such a sensor system can be used in, for example, at least partially autonomous motor vehicles, but especially also in fully autonomous operated motor vehicles.
  • safe environmental perception is essential.
  • the environment or surroundings are recorded using sensors such as radar, lidar and cameras.
  • a holistic, 360-degree three-dimensional recording of the environment is particularly important so that all static and dynamic objects can be recorded.
  • redundant, robust environmental detection plays a key role, as this type of sensor can measure distances precisely in environmental detection and can also be used for classification.
  • these lidar sensors are costly and complex to construct. 360-degree three-dimensional environmental detection is particularly problematic because either many smaller individual sensors are necessary to ensure this, which usually work with many individual light sources and detector elements, or large lidar sensors are installed.
  • lidar sensors are susceptible to weather influences such as rain, fog or direct sunlight. A sensor system according to the invention can remedy this.
  • Radar sensors or radar systems are also established in automotive engineering and provide data reliably and reliably in all weather conditions. Even poor visibility conditions such as rain, fog, snow, dust and darkness hardly affect their perception reliability.
  • the resolution is currently limited, especially since the series radars in use are only designed with a resolution of around 7°.
  • the radar system is intended to provide three-dimensional images with a high resolution in the range of 0.1° and below with a high level of insensitivity to interference from their surroundings. This is not achieved with conventional radar technology because the resolution of such systems is too low.
  • the radar system according to the invention can be used.
  • the co-integration of electronic and photonic components on the single-chip system, i.e. on a single semiconductor chip, can increase the resolution of photonic sensor systems.
  • silicon photonics technology can be used for the co-integration of photonic and electronic components on the single-chip system. This enables the monolithic integration of photonic components, high-frequency electronics and digital electronics together on a single integrated circuit or chip. Such a system offers the advantage that a Signal transmission of GHz signals can be carried out using an optical carrier signal in the THz frequency range.
  • Each transmitting and receiving module consists of an electronic-photonic co-integrated chip (so-called "EPIC chip”). Silicon photonics technology is used for the cointegration. This enables the monolithic integration of photonic components, high-frequency electronics and digital electronics together on one chip (“electronic-photonic co-integration").
  • the technical innovation of such a system lies in the signal transmission of GHz signals using an optical carrier signal in the THz frequency range.
  • a central station generates an optical carrier frequency (THz).
  • the signal to be transmitted is modulated at 1/8 of the radar frequency and sent to the antenna chips via optical fiber. The frequency is multiplied eightfold on these so that the radar radiation can be emitted by the antenna chips.
  • the signal is detected in the opposite way. All data is processed at the central station.
  • the resolution can be refined to the range of 0.1°.
  • a sparse array configuration can be used. However, this results in an unfavorable contrast between the amplitude of the main and side lobes, which results in additional effort in the signal processing for target detection and can lead to ambiguities in target detection.
  • the sensor system can remedy this.
  • a further aspect of the invention relates to a vehicle with a sensor system according to the previous aspect or an advantageous development thereof.
  • the vehicle can be a highly automated, partially autonomous or fully autonomous vehicle.
  • the sensor system is used to detect the environment around the vehicle. This is particularly required for driver assistance systems or other vehicle systems.
  • An environmental sensor system in particular a sensor system, can be understood, for example, as a sensor system that is able to generate sensor data or sensor signals that depict, represent or reproduce an environment.
  • the ability to detect electromagnetic or other signals from the environment is not sufficient to consider a sensor system as an environmental sensor system.
  • cameras, radar systems, lidar systems or ultrasonic sensor systems can be understood as environmental sensor systems.
  • a computing unit in particular the evaluation unit, can be understood in particular as a data processing device which contains a processing circuit.
  • the computing unit can therefore process data in particular to carry out computing operations. This may also include operations to carry out indexed access to a data structure, for example a conversion table, LUT (English: “look-up table”).
  • LUT English: “look-up table”.
  • the computing unit can in particular contain one or more computers, one or more microcontrollers and/or one or more integrated circuits, for example one or more application-specific integrated circuits (ASICs), one or more field-programmable gate arrays (FPGAs), and/or one or more single-chip systems (SoCs).
  • the computing unit can also contain one or more processors, for example one or more microprocessors, one or more central processing units (CPUs), one or more graphics processing units (GPUs) and/or one or more signal processors, in particular one or more digital signal processors (DSPs).
  • the computing unit can also contain a physical or virtual network of computers or other of the aforementioned units.
  • the computing unit includes one or more hardware and/or software interfaces and/or one or more memory units.
  • an error message and/or a request for user feedback is issued and/or a default setting and/or a predetermined initial state is set.
  • the invention also includes further developments of the antenna array according to the invention, the sensor system according to the invention and the vehicle according to the invention, which have features as have already been described in connection with the further developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding further developments of the antenna array according to the invention, the sensor system according to the invention and the vehicle according to the invention are not described again here.
  • the invention also includes combinations of the features of the described embodiments.
  • Fig. 1 shows, by way of example, various views of a vehicle with differently arranged antenna elements of an antenna array
  • Fig. 2 is a schematic representation of a sensor system having at least one antenna array according to Fig. 1;
  • Fig. 3 shows an exemplary sequence of a method for using linear prediction in a sensor system from Fig. 2;
  • Fig. 4 shows an exemplary embodiment of how several antenna elements form an entire antenna array
  • Fig. 5 shows another exemplary embodiment of how several antenna elements form an entire antenna array
  • Fig. 6 is a schematic representation of an emission lobe formed by combining several antenna elements
  • Fig. 7 shows an exemplary transformed local signal curve 9 the sampled received signal of the antenna array
  • Fig. 8 is an exemplary representation of an arrangement of the antenna elements in sparse array configuration in azimuth;
  • Fig. 9 is an exemplary representation of an arrangement of the antenna elements 4 in sparse array configuration in elevation.
  • Fig. 10 shows an exemplary comparison of an evaluation of a predicted angular spectrum of a 32-element patch antenna compared to a method of discrete Fourier transformation and linear prediction.
  • the exemplary embodiments explained below are preferred exemplary embodiments of the invention.
  • the components described each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore to be viewed as part of the invention individually or in a combination other than that shown.
  • the exemplary embodiments described can also be supplemented by other features of the invention already described.
  • Fig. 1 schematically shows various views or side views of a vehicle 1.
  • the vehicle 1 can be a highly automated vehicle. In particular, it is essential for automatic driving that a safe and efficient perception or detection of the surroundings is carried out.
  • at least one antenna array 2 can be arranged in or on the vehicle 1.
  • the antenna array 2 and/or several such antenna arrays can be part of a sensor system 3 (see Fig. 2).
  • the sensor system 3 can be used to detect the surroundings, in particular for the vehicle 1.
  • Such a sensor system 3 can, for example, be a radar system or a radar sensor system, in particular for the automotive sector. It is also conceivable that the sensor system 3 is a LIDAR system, a camera system or a satellite communication system.
  • the antenna array 2 or the antenna module can consist of a plurality or several individual antenna elements 4 or elementary antennas. These several antenna elements 4 can be interconnected to form an array or an antenna array 2.
  • the sensor system 3 can have an evaluation unit 5, in particular an electronic one (see Fig. 2).
  • This evaluation unit 5 can be referred to, for example, as a central station or central processing unit of the sensor system 3.
  • the signal processing of the sensor system 3 can be carried out in this evaluation unit 5.
  • the antenna elements 4 can each be connected or coupled to conventional or electronic-photonic radar chips.
  • the respective data of the antenna array 2 and in particular of the antenna elements 4 can be transmitted to the evaluation unit 5 or to the central data processing unit for signal processing. This can in turn be done to control the data to be sent, for example for beam forming or wave forming.
  • the evaluation unit 5 can in turn transfer or transmit the data to an environment model, in particular for environment detection.
  • the sensor system 3 and in particular all antenna elements 4 or antenna arrays 2 can be communicatively connected to one and the same evaluation unit 5 via electronic or optical connection options. This can provide cost savings in the number of control devices and computer units.
  • the antenna array 2 is used as a sparsely populated antenna array, i.e. in a sparse array configuration. Accordingly, the individual antenna elements 4 can be placed or positioned as desired, in particular in or on the vehicle 1.
  • the proposed antenna array 2 can have a refined or improved resolution, i.e. improved accuracy, compared to a conventional antenna array.
  • a linear prediction method or a linear prediction can be used or applied. Such a procedure or method is described below in Fig. 3.
  • Fig. 3 shows an example of a possible sequence of a method for using linear prediction in the sensor system 3.
  • a transmission signal 7 emitted by the antenna array 2 into an environment 6, in particular the vehicle 1, can be received or measured, respectively.
  • Figs. 4 to 6 show how several antenna elements 4 form an entire array.
  • the reception signal or emission lobe, which is formed by combining several antenna elements 4, is shown in particular in Fig. 6.
  • the received signal 8 can be sampled, i.e. sampled in time.
  • the temporal wave front of the received signal 8 can be sampled to form a local signal.
  • an initial calibration of the antenna array 2 can be carried out if necessary.
  • the sampled received signal 8 can be used as input, for example.
  • the sampled received signal 8 can be transformed into a, in particular local, signal curve 9 (see Fig. 7) in relation to the multiple antenna elements 4 of the antenna array 2.
  • a transformation of the temporal signal, i.e. the sampled received signal 8, of the wavefront into a local signal curve, i.e. the signal curve 9, in the direction of the antenna array 2 can be carried out.
  • this takes place in relation to an azimuth angle and/or an elevation or a height angle of the antenna array 2.
  • the arrangement of the antenna elements 4 in a sparse array configuration in azimuth is shown in Fig. 8.
  • Fig. 8 the arrangement of the antenna elements 4 in a sparse array configuration in azimuth is shown in Fig. 8.
  • an extended signal curve 10 can be predicted based on the signal curve 9 on the basis of a linear prediction or a linear error propagation.
  • the expected signal 10 is mapped onto the subsequent antenna elements 11 of the antenna array 2, expecting the linear propagation of the phase curve.
  • a forward prediction 12 and a backward prediction 13 can be carried out with regard to the signal curve 9.
  • the real aperture 14 of the antenna array 2 is shown in Fig. 7, for example.
  • the real antenna aperture is to be understood in particular as an area on which the antenna elements 4 of the antenna array 2 are distributed.
  • Fig. 10 compares an evaluation of a predicted angle spectrum of a 32-element patch antenna with a method of discrete Fourier transformation 15 and linear prediction 16.
  • a finer evaluation or resolution can be achieved with linear prediction.
  • a signal curve model in particular including phase curve, can be formed.
  • intermediate positions between antenna elements 4 can be calculated or failed or defective antenna elements can be determined using this signal curve model.
  • additional virtual antenna elements can be created or generated between real antenna elements 4.
  • the distance between two real antenna elements 4 can thus be shortened by installing a virtual antenna element 17, 18 in between. This is particularly advantageous for the resolution.
  • the resolution can be improved by increasing the antenna aperture. This can be done by providing several antenna elements 4.
  • virtual antenna elements 17, 18 can be added instead of software-based ones. For example, if two objects are to be resolved in angle, i.e. in azimuth and elevation, an aperture extended in two directions is required.
  • the distances between the individual antenna elements 4 determine the clearly measurable angle range. Larger antenna distances lead to ambiguities (side lobes) in the angle measurement. This can be remedied by using such virtual antenna elements 17, 18. In this way, the contrast between the main and side lobes in the sparse array configuration of an antenna array 2 can be improved.
  • a reconstruction of the actual signal curve can be carried out by means of optimization approaches between the measured phase curve and the signal curve model.
  • a reconstruction of an actual signal curve 21 can be carried out on the basis of the predicted extended signal curve 10.
  • the signal curve 21 can be mathematically described by the following formula.
  • a model can be used to predict further signal values, thereby artificially expanding the real aperture of the antenna array. This can be described by the following formula.
  • v(m) can be defined as explainable and p(m) as not explainable.
  • an ideal model or an ideal signal model can then be generated or created. This can in turn be used in a subsequent exemplary tenth step S10 to calculate or determine real antenna positions of the antenna elements 4.
  • These real antenna positions can be used to determine which antenna elements 4 are defective or faulty. This can be remedied because a virtual antenna can be virtually positioned at the real position of the failed antenna elements 4. This means that the accuracy or function of the antenna array 2, in particular of the sensor system 3, can be maintained even in the event of a failure or error.
  • a calibration of the antenna array 2 or the sensor system 3 can again be carried out based on the real antenna position and, for example, based on the model.
  • a virtual extension of the antenna elements 4 between individual antennas can be carried out based on the execution of the previous steps S1 to S11. This can increase the contrast between the main and side lobes. Furthermore, a virtual extension beyond the physical array boundaries of the antenna array 2 can be achieved. This enables a refinement of the resolution. Furthermore, the response range can be increased. This is achieved primarily by improving the SNR (signal-to-noise ratio). Furthermore, a cross-check of the signal model can be carried out, for example by tracking real data.
  • antenna information is provided with which an improved control method for the antenna array 2 can be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Information eines Antennenarrays (2), welches mehrere Antennenelemente (4) aufweist, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: - Empfangen eines zu einem von dem Antennenarray (2) in eine Umgebung (6) ausgesendeten Aussendesignal (7) korrespondierenden Empfangssignals (8); - Abtasten des empfangenen Empfangssignals (8); - Transformation des abgetasteten Empfangssignals (8) in einen Signalverlauf (9) in Bezug zu den mehreren Antennenelementen (4) des Antennenarray (2) durch eine Auswerteeinheit (5); - Prädizieren eines erweiterten Signalverlaufs (10) auf Basis einer linearen Prädiktion des Signalverlaufs (9) durch die Auswerteeinheit (5); - Rekonstruieren eines tatsächlichen Signalverlaufs (21) des Empfangssignals (8) auf Basis des prädizierten erweiterten Signalverlaufs (10); - Bestimmen einer Antenneninformation des Antennenarrays (2) in Abhängigkeit von dem rekonstruierten tatsächlichen Signalverlaufs (21) durch die Auswerteeinheit (5). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Antennenarrays (2), ein Antennenarray (2), ein Sensorsystem (3) sowie ein Fahrzeug (1).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Bestimmen einer Information eines Antennenarrays, Verfahren zum Betreiben eines Antennenarrays, Antennenarray, Sensorsystem sowie Fahrzeug mit einem
Sensorsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Information eines Antennenarrays, welches mehrere Antennenelemente aufweist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Antennenarrays, welches mehrere Antennenelemente aufweist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Antennenarray mit einer Auswerteeinheit. Ebenso betrifft die Erfindung ein Sensorsystem mit zumindest einem Antennenarray und ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem.
Beispielsweise offenbart die US 2021 / 0 382 132 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Richtung von empfangenen Signalen eines Radarsystems.
Ferner offenbart die US 2021 / 0 080 542 A1 ebenfalls ein Verfahren zur Bestimmung einer Richtung eines empfangenen Radarsignals. Hierzu kann für die Bestimmung eine Matrixtransformation vorgenommen werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Auflösungsvermögen eines Antennenarrays eines Sensorsystems zu verbessern, insbesondere zu verfeinern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Antennenarray, ein Sensorsystem und ein Fahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Information eines Antennenarrays, welches mehrere Antennenelemente aufweist, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: - Insbesondere Empfangen eines zu einem von dem Antennenarray in eine Umgebung ausgesendeten Aussendesignal korrespondierenden Empfangssignals;
- Insbesondere Abtasten des empfangenen Empfangssignals;
- Insbesondere Transformation des abgetasteten Empfangssignals in einen Signalverlauf in Bezug zu den mehreren Antennenelementen des Antennenarray durch eine Auswerteeinheit;
- Insbesondere Prädizieren eines erweiterten Signalverlaufs auf Basis einer linearen Prädiktion des Signalverlaufs durch die Auswerteeinheit;
- Insbesondere Rekonstruieren eines tatsächlichen Signalverlaufs des Empfangssignals auf Basis des prädizierten erweiterten Signalverlaufs;
- Insbesondere Bestimmen einer Antenneninformation des Antennenarrays in Abhängigkeit von dem rekonstruierten tatsächlichen Signalverlaufs durch die Auswerteeinheit.
Durch das vorgeschlagene Verfahren kann ein Auflösungsvermögen eines Antennenarrays und insbesondere eines Sensorsystems, welches ein solches Antennenarray aufweist, verfeinert beziehungsweise verbessert werden. Demzufolge kann das Antennenarray effizienter, insbesondere im Automobilbereich, eingesetzt werden. Des Weiteren kann mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens die Genauigkeit eines Antennenarrays, insbesondere zur Umfelderfassung, verbessert beziehungsweise erhöht werden. Ebenfalls kann eine Detektionsreichweite erhöht werden. Durch die Verfeinerung des Auflösungsvermögens des Antennenarrays und insbesondere des Sensorsystems kann eine kostengünstigere Fertigung des Antennenarrays erreicht werden, was sich auch positiv auf das gesamte Sensorsystem beziehungsweise das Gesamtsystem auswirkt.
Das Antennenarray, welches beispielsweise als Gruppenantenne oder als Phased-Array- Antenne ausgebildet sein kann, kann mehrere, insbesondere eine Vielzahl, von Antennenelementen aufweisen. Bei dem Antennenelement kann es sich um eine einzelne Antenne, also um eine Einzelantenne, handeln. Mithilfe des Antennenarrays kann in die Umgebung, also in den Umgebungsbereich, des Antennenarrays ein, insbesondere elektrisches beziehungsweise elektronisches, Aussendesignal ausgesendet werden. Dies kann mithilfe von dem gesamten Antennenarray oder von zumindest einer oder mehreren einzelnen Antennen des Antennenarrays erfolgen. Sollte das ausgesendete Aussendesignal in der Umgebung von einem Objekt reflektiert worden sein, so kann dieses zum Aussendesignal korrespondierende und von dem Objekt reflektierte Signal als Empfangssignal von dem Antennenarray, insbesondere von einer oder mehreren Antennen des Antennenarrays, empfangen werden. Dieses empfangene, insbesondere elektrische, Empfangssignal kann anschließend zur Signalverarbeitung beziehungsweise zum Umfelderfassung verarbeitet beziehungsweise ausgewertet werden. Hierzu kann beispielsweise mithilfe einer elektronischen Auswerteeinheit, insbesondere des Sensorsystems, das empfangene Empfangssignal abgetastet werden. Optional kann beispielsweise eine vorgegebene Abtastfrequenz beziehungsweise Abtastrate angewendet werden. Das abgetastete Empfangssignal kann anschließend in einen Signalverlauf, insbesondere einen örtlichen Signalverlauf, in Bezug zu den mehreren Antennenelementen des Antennenarrays transformiert beziehungsweise umgewandelt werden. Dies kann mithilfe der Auswerteeinheit erfolgen.
Bei dem Signalverlauf kann es sich wiederum um einen Phasenverlauf in Bezug zu der Anordnung beziehungsweise Ausrichtung der Antennenelemente des Antennenarrays handeln. Auf Basis dieses transformierten Signalverlaufs kann ein erweiterter Signalverlauf gebildet beziehungsweise prädiziert beziehungsweise vorhergesagt werden. Hierzu kann ein Einsatz einer linearen Prädiktion und/oder einer linearen Fehlerfortpflanzung verwendet beziehungsweise angewendet werden. Somit erfolgt mithilfe der linearen Prädiktion ein Prädizieren beziehungsweise Vorhersagen eines erweiterten Signalverlaufs bezüglich der Antenne des Antennenarrays.
Abhängig von diesem prädizierten beziehungsweise vorhergesagten erweiterten Signalverlauf erfolgt ein Rekonstruieren beziehungsweise ein Bilden des tatsächlichen Signalverlaufs des Empfangssignals. Durch dieses Rekonstruieren kann auch bei Ausfall von einzelnen Antennen des Antennenarrays oder bei fehlerhaften Antennen von Antennenarrays trotzdem der tatsächliche Signalverlauf rekonstruiert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, um das Auflösungsvermögen und insbesondere die Genauigkeit des Antennenarrays zu erhöhen.
Mithilfe der Auswerteeinheit kann auf Basis des rekonstruierten tatsächlichen Signalverlaufs eine Antenneninformation und/oder mehrere Antenneninformationen des Antennenarrays bestimmt beziehungsweise ermittelt werden. Mithilfe dieser Antenneninformation kann zum einen festgestellt werden, ob einzelne Antennen des Antennenarrays fehlerhaft oder defekt sind. Durch diesen rekonstruierten tatsächlichen Signalverlauf können beispielsweise ausgefallene Antennen des Antennenarrays kompensiert werden, sodass trotzdem eine zuverlässige und genaue Signalauswertung des empfangenen Signals, insbesondere für die Umfelderfassung, durchgeführt werden kann. Dementsprechend kann beispielsweise die Systemrobustheit des Antennenarrays und insbesondere eines Systems, welches das Antennenarray enthält, erhöht werden. Mithilfe des rekonstruierten tatsächlichen Signalverlaufs kann also die Antenneninformation generiert werden. Mit dieser Antenneninformation, welche beispielsweise Verarbeitungseinheiten und/oder Recheneinheiten des Sensorsystems oder mit dem Sensorsystem gekoppelter Einheiten, zur Verfügung gestellt werden kann, kann eine Diagnose durchgeführt werden. Dementsprechend kann mithilfe der Antenneninformation die Diagnosefähigkeit und die Zuverlässigkeit des Antennenarrays und insbesondere des Sensorsystems erhöht werden. Dies ist besonders im Fehlerfall vorteilhaft, da auch bei einem Fehlerfall des Antennenarrays eine Signalverarbeitung hinsichtlich der Umfelderfassung vorgenommen werden kann. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Antennenarray in automatisierten, insbesondere in hochautomatisierten, Fahrzeugen eingesetzt wird, da dort eine sichere Umfelderfassung essentiell ist.
Insbesondere kann es sich bei dem vorgeschlagenen Verfahren um ein computerimplementiertes Verfahren handeln.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das abgetastete Empfangssignal auf Basis eines Azimutwinkels und/oder einer Elevation des Antennenarrays in den, insbesondere örtlichen, Signalverlauf transformiert wird. Durch das Berücksichtigen des Azimutwinkels und/oder der Elevation, also des Höhenwinkels des Antennenarrays, kann eine präzisere und somit genauere Transformierung des abgetasteten Empfangssignals in den Signalverlauf erfolgen. Durch Berücksichtigung der Winkel und insbesondere der Ausrichtung beziehungsweise der Richtung des Antennenarrays kann der Signalverlauf, insbesondere als örtlicher Signalverlauf, besser gebildet werden. Hierzu kann das zeitlich abgetastete Empfangssignal unter Berücksichtigung der Richtung des Antennenarrays in den Signalverlauf transformiert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, um fehlende oder fehlerhafte einzelne Antennen des Antennenarrays erkennen zu können und anschließend kompensieren zu können.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der tatsächliche Signalverlauf mittels eines Optimierungsansatzes zwischen dem Signalverlauf, also der transformierte Signalverlauf, und dem erweiterten Signalverlauf, also der prädizierte beziehungsweise vorhergesagte Signalverlauf, rekonstruiert wird. Somit kann mithilfe des, insbesondere mathematischen, Optimierungsansatzes anhand des einen Ist-Signals, als das transformierte Signal, und dem vorhergesagten Signal, also dem erweiterten Signalverlauf, ein Soll-Signal beziehungsweise Soll-Signalverlauf, also der tatsächliche Signalverlauf, ermittelt beziehungsweise rekonstruiert werden. Beispielsweise kann hierzu ein linearer Optimierungsansatz verwendet werden. Weitere mathematische Optimierungsansätze sind ebenso denkbar. Durch diese Bestimmung des tatsächlichen Signalverlaufs kann ein Signalverlauf auch bei Ausfall von einzelnen Antennen des Antennenarrays bestimmt und anschließend zur Signalauswertung verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis des tatsächlichen Signalverlaufs ein ideales Signalmodell für das Antennenarray erzeugt wird. Somit kann ein Modell erzeugt beziehungsweise generiert werden, welches den tatsächlichen Signalverlauf abbildet und beispielsweise zur Diagnose, Zuverlässigkeitsprüfung und/oder Fehleranalyse des Antennenarrays verwendet werden kann. Insbesondere kann das Signalmodell beziehungsweise das Signalverlaufmodell dazu verwendet werden, die Antenneninformation oder weitere Antenneninformation bezüglich des Antennenarrays zu bestimmen.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis des idealen Signalmodells eine reale Antennenposition zumindest eines Antennenelements des Antennenarrays bestimmt wird. Somit kann mithilfe des Signalmodells und insbesondere mithilfe des rekonstruierten tatsächlichen Signalverlaufs zumindest eine Position beziehungsweise Antennenposition eines Antennenelements innerhalb des Antennenarrays bestimmt werden. Insbesondere kann mithilfe des Signalmodells jede Antennenposition eines jeweiligen Antennenelements des Antennenarrays bestimmt beziehungsweise ermittelt werden. Dabei handelt es sich ebenso um die tatsächliche beziehungsweise um die real vorliegende Antennenposition eines jeweiligen Antennenelements. Durch diese Bestimmung einer jeweiligen realen Antennenposition eines Antennenelements kann festgestellt werden, ob das Antennenarray fehlerhafte, ausgefallene und/oder sogar nicht vorhandene einzelne Antennenelemente aufweist. Dies kann wiederum bei Durchführung beziehungsweise Überprüfung des Antennenarrays im Fehlerfall verhindert werden, um somit ausgefallene beziehungsweise fehlerhafte Antennenelemente kompressieren zu können und somit die Robustheit des Antennenarrays und insbesondere das System, welches das Antennenarray enthält, zu erhöhen.
Beispielsweise kann die reale Antennenposition mit der Antenneninformation bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere für die Diagnosefähigkeit und für die Zuverlässigkeitsprüfung des Antennenarrays vorteilhaft. Anhand der Feststellung der realen Antennenposition und insbesondere von fehlerhaften Antennenelementen kann eine Rekonfiguration des Antennenarrays, insbesondere nach Ausfall einzelner Antennenelemente, vorgenommen werden. Dies bietet den Vorteil, dass das Antennenarray und insbesondere die einzelnen Elemente des Antennenarrays, ausgetauscht werden muss. Somit kann das Antennenarray weiterhin betrieben werden, da trotzdem eine zuverlässige Verwendung des Antennenarrays gewährleistet werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antennenarrays, welches mehrere Antennenelemente aufweist, wobei eine Antenneneigenschaft des Antennenarrays in Abhängigkeit von der bestimmten Antenneninformation nach dem vorhergehenden Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung daraus angepasst wird. Dementsprechend kann mithilfe des vorher geschilderten Verfahrens des vorherigen Aspekts ein Antennenarray vorteilhaft betrieben werden.
Beispielsweise kann das Antennenarray als Antennenanordnung oder Antennengruppe bezeichnet werden. Mithilfe der Antenneninformation kann zumindest eine Antenneneigenschaft angepasst beziehungsweise adaptiert werden. Bei der Antenneneigenschaft kann es sich beispielsweise um eine Antennencharakteristik, wie ein Auflösungsvermögen, eine Genauigkeit, eine Detektionsreichweite oder um eine Zuverlässigkeit des Antennenarrays handeln. Hierzu kann beispielsweise mithilfe der Antenneninformation der rekonstruierte tatsächliche Signalverlauf und/oder das ideale Signalmodell bereitgestellt werden, sodass diese Informationen zum einen beim Betreiben des Antennenarrays und/oder bei dem Anpassen der Antenneneigenschaft berücksichtigt werden kann. Somit kann das Antennenarray effizienter und insbesondere ausfallsicherer betrieben werden.
In einem Ausführungsbeispiel, insbesondere des weiteren Aspekts, ist vorgesehen, dass abhängig von der Antenneninformation das Antennenarray kalibriert wird. Mithilfe der Antenneninformation und/oder mit mehreren Antenneninformationen kann das Antennenarray derart kalibriert werden, dass das Auflösungsvermögen beziehungsweise Auflösevermögen des Antennenarrays verfeinert werden kann. Des Weiteren kann durch das Kalibrieren das Antennenarray hinsichtlich des jeweiligen Zustands der einzelnen Antennenelemente justiert werden. Somit kann durch die eingangs bestimmte Antenneninformation anhand des rekonstruierten tatsächlichen Signalverlaufs das Antennenarray so kalibriert werden, dass vor allem defekte und/oder ausgefallene Antennenelemente kompensiert werden und das Antennenarray dementsprechend eingestellt beziehungsweise justiert wird. Somit kann eine fortlaufende Überprüfung des Antennenarrays vorgenommen werden und je nach Bedarf eine Kalibrierung erfolgen, sodass das Antennenarray effizienter betrieben werden kann und insbesondere die Robustheit des Antennenarrays erhöht werden kann. Optional kann mithilfe der Antenneninformation und somit mithilfe des rekonstruierten tatsächlichen Signalverlaufs eine Kalibrierungsmethode beziehungsweise eine Kalibrierungsmöglichkeit für das Antennenarray auf einfachste und dennoch effiziente Art und Weise zur Verfügung gestellt werden.
Die Kalibrierung des Antennenarrays ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Antennenarray eine Sparse-Array-Konfiguration, also eine dünn besetzte Array- Konfiguration, aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel, insbesondere des weiteren Aspekts, ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der Antenneninformation zumindest ein virtuelles Antennenelement für das Antennenarray erzeugt wird. Mithilfe des Antennenarrays können beispielsweise Positionsinformationen der mehreren Antennenelemente des Antennenarrays bereitgestellt beziehungsweise charakterisiert werden. Hierzu kann des Weiteren der tatsächliche Signalverlauf und/oder das ideale Signalmodell dazu verwendet werden, um weitere virtuelle Antennenelemente zu erzeugen beziehungsweise zu generieren. Beispielsweise kann mithilfe des zumindest einen virtuellen Antennenelements oder mit mehreren virtuellen Antennenelementen das Auflösungsvermögen des Antennenarrays erhöht werden. Somit kann mithilfe des zumindest einen virtuell erzeugten Antennenelements das Antennenarray virtuell beziehungsweise fiktiv erweitert werden, sodass beispielsweise trotz Ausfalls eines realen Antennenelements eine gleichbleibende Detektionsgenauigkeit beziehungsweise Detektionswahrscheinlichkeit vorgenommen werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, insbesondere des weiteren Aspekts, ist vorgesehen, dass eine virtuelle Antennenposition zumindest eines virtuellen Antennenelements derart bestimmt wird, dass das zumindest eine virtuelle Antennenelement zwischen zwei realen Antennenelementen des Antennenarrays angeordnet werden kann. Dies ist vor allem bei einem ausgedünnten Antennenarray in Sparse-Array-Konfiguration vorteilhaft. Bei einem solch ausgebildeten Antennenarray befinden sich die einzelnen Antennenelemente relativ weit weg zueinander, sodass genau in diesen Abständen beziehungsweise in diesen Lücken zwischen zwei realen Antennenelementen eine die zumindest eine virtuelle Antenne fiktiv beziehungsweise virtuell positioniert werden kann. Somit kann vor allem das Auflösungsvermögen des Antennenarrays erhöht werden, da trotz einer geringeren Anzahl an realen Antennenelementen für die Signalverarbeitung beziehungsweise Signalberechnung eine Erweiterung der Anzahl der Antennenelemente durch die zusätzlichen virtuellen Antennenelemente geschaffen werden kann. Dies hat ebenfalls den Vorteil, da das Antennenarray ohne eine Vielzahl von weiteren realen Antennenelementen hergestellt werden muss und somit Herstellungskosten und somit Wartungskosten reduziert werden können. Vor allem ist es ebenfalls vorteilhaft für den Einsatz im Automobilbereich, da das Antennenarray so am Fahrzeug beziehungsweise an Fahrzeugkonturen und/oder einer Fahrzeugkarosserie angeordnet werden kann, dass die realen Antennen auch zueinander beabstandet angeordnet werden können uns softwaretechnisch bei einer Verarbeitung beziehungsweise Signalverarbeitung beziehungsweise Umfelderfassung die zumindest eine virtuelle Antenne oder mehrere virtuelle Antennen entsprechend verwendet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, insbesondere des weiteren Aspekts, ist vorgesehen, dass eine virtuelle Antennenposition zumindest eines virtuellen Antennenelements derart bestimmt wird, dass mit dem zumindest einen virtuellen Antennenelement ein fehlendes oder funktionsbeeinträchtigtes reales Antennenelement der mehreren Antennenelemente ersetzt wird. Durch dies kann das Antennenarray trotz eines ausgefallenen oder beeinträchtigendes realen Antennenelements weiterhin effizient betrieben werden, da mithilfe des virtuellen Antennenelements eine Kompensation des defekten realen Antennenelements vorgenommen werden kann. Hierzu kann mithilfe der Antenneninformation beispielsweise bereitgestellt werden, welches reales Antennenelement fehlerhaft ist und beispielsweise wo sich dieses befindet. Dementsprechend kann, insbesondere mithilfe der elektronischen Auswerteeinheit, das virtuelle Antennenelement so erzeugt werden, dass die virtuelle Position des virtuellen Antennenelements der Position des defekten realen Antennenelements entspricht. Somit kann trotz Ausfalls von einzelnen Antennenelementen das Antennenarray betrieben und insbesondere funktionsfähig betrieben werden. Des Weiteren kann durch die Verwendung der erzeugten virtuellen Antennenelemente das Antennenarray länger betrieben werden, da auf einen Austausch beziehungsweise eine sofortige Reparatur eines defekten realen Antennenelements verzichtet werden kann, da durch die softwarebasierte Erzeugung des virtuellen Antennenelements die Abhilfe geschaffen werden kann.
Durch die Durchführung einer solchen Initialkalibrierung, insbesondere nachdem das empfangene Empfangssignal abgetastet wurde, kann eine verbesserte Signalverarbeitung anschließend vorgenommen werden. Somit kann mithilfe der Initialkalibrierung das Antennenarray zunächst mit einer ersten Kalibrierung genauer beziehungsweise verbessert werden. Bei der Initialkalibrierung handelt es sich beispielsweise um eine Erstkalibrierung. Somit kann bereits frühzeitig eine Verbesserung für die anschließende Verarbeitung der Signale vorgenommen werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Antennenarray mit einer Auswerteeinheit, wobei das Antennenarray mehrere Antennenelemente aufweist und wobei das Antennenarray zum Durchführen eines Verfahrens nach einen der vorhergehenden Aspekte oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon ausgebildet ist.
Insbesondere können die Ausführungsformen der vorherigen Aspekte als vorteilhafte Ausführungsformen für das Antennenarray verwendet werden. Das Antennenarray kann beispielsweise als Antennenmodul oder Antennengruppe bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Antennenarray als Sende- und/oder Empfangseinheit für die Umfelderfassung verwendet werden.
Das Antennenarray weist eine Vielzahl von Antennenelementen beziehungsweise Elementarantennen auf, welche wiederum zu einem Array verschaltet sind. Insbesondere weist das vorgeschlagene Antennenarray ein verfeinertes Auflösungsvermögen auf.
In einem Ausführungsbeispiel, insbesondere des weiteren Aspekts, ist vorgesehen, dass das Antennenarray als dünn besetztes Antennenarray konfiguriert ist. Insbesondere kann es sich bei dem Antennenarray um ein unregelmäßiges Antennenarray, insbesondere in einer „Sparse-Array-Konfiguration“, handeln. Somit kann das Antennenarray kostengünstiger hergestellt beziehungsweise gefertigt werden, da eine geringere Anzahl von realen Antennenelementen zur Bildung des Antennenarrays notwendig ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit zumindest einem Antennenarray nach einem der vorhergehenden Aspekte oder vorteilhaften Weiterbildungen daraus. Insbesondere kann das Sensorsystem das vorhin geschilderte Antennenarray beziehungsweise zumindest ein solch geschildertes Antennenarray aufweisen.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Sensorsystems kann eine Reduktion einer Datenübertragungslast in Radarsystemen, in welchen die Radarsensorvorrichtung bestimmungsgemäß eingesetzt wird, mit verteilten Antennen realisiert werden.
Beispielsweise kann das Radarsystem für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Ebenfalls kann das Radarsystem in den verschiedensten technischen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Radarsystem in der Luftfahrttechnik, Schiffsfahrttechnik, in der Automatisierungstechnik oder in der Kommunikationstechnik angewendet werden.
Insbesondere kann ein solches Sensorsystem bei beispielsweise zumindest teilweise betriebenen autonomen Kraftfahrzeugen, insbesondere jedoch auch bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Um jedoch eine solche automatisierte Fahrt zu ermöglichen, ist eine sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Dabei wird das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mithilfe von Sensoren wie Radar, Lidar und Kameras erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche, 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung, sodass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können. Insbesondere beim Lidar kommt der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zugute, da dieser Sensortyp präzise in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Lidarsensoren kostenintensiv und in ihrem Aufbau aufwändig. Insbesondere 360-Grad-dreidimensionale Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind, um dieses zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Lidarsensoren verbaut. Weiterhin sind Lidarsensoren anfällig gegenüber Wettereinflüssen wie Regen, Nebel oder direkter Sonneneinstrahlung. Hierbei kann ein erfindungsgemäßes Sensorsystem Abhilfe schaffen.
Radarsensoren beziehungsweise Radarsysteme, insbesondere das Sensorsystem, sind ebenfalls aus dem Kraftfahrzeugbau etabliert und liefern bei allen Witterungsbedingungen zuverlässig und ausfallsicher Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse wie beispielsweise Regen, Nebel, Schnee, Staub und Dunkelheit beeinflussen kaum ihre Wahrnehmungszuverlässigkeit. Allerdings ist das Auflösungsvermögen bisher beschränkt, insbesondere da sich im Einsatz befindliche Serienradare lediglich mit einem Auflösungsvermögen von etwa 7° ausgebildet sind. Um die Anforderungen für eine erhöhte Automatisierungsstufe im Kraftfahrzeugbau mit sicheren Fahrfunktionen zu erreichen, ist vorgesehen, dass das Radarsystem dreidimensionale Bilder mit einer hohen Auflösung im Bereich von 0,1° und darunter mit einer großen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefert. Dies wird mit der konventionellen Radartechnik nicht erreicht, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist. Um das Auflösungsvermögen deutlich erhöhen zu können, kann das erfindungsgemäße Radarsystem verwendet werden. Durch die Kointegration von elektronischen und photonischen Komponenten auf dem Ein-Chip- System, also auf einem einzigen Halbleiterchip, kann das Auflösungsvermögen von photonischen Sensorsystemen erhöht werden.
Beispielsweise kann für die Kointegration der photonischen und elektronischen Bauteile auf dem Ein-Chip-System eine Silizium-Photonik-Technologie verwendet werden. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und digitaler Elektronik gemeinsam auf einem einzigen integrierten Schaltkreis beziehungsweise Chip. Solch ein System bietet den Vorteil, dass eine Signalübertragung von GHz-Signalen mittels eines optischen Trägersignals im THz- Frequenzbereich durchgeführt werden kann.
Die Erzeugung des FMCW-Signals, sowie die gesamte Signalverarbeitung und -auswertung werden dabei durch eine Zentralstation, beispielsweise die Recheneinrichtung durchgeführt. Jedes Sende- und Empfangsmodul besteht aus einem elektronisch-photonisch kointegrierten Chip (sog. „EPIC-Chip“) für die Kointegration wird eine Siliziumphotonik-Technologie verwendet. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik gemeinsam auf einem Chip („elektronisch- photonische Kointegration“). Die technische Innovation eines solchen Systems liegt dabei in der Signalübertragung von GHz-Signalen mittels eines optischen Trägersignals im THz- Frequenzbereich. Eine Zentralstation erzeugt eine optische Trägerfrequenz (THz). Auf diese wird das zu übertragende Signal mit 1/8 der Radarfrequenz moduliert und per optische Faser an die Antennenchips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, so dass die Radarstrahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation prozessiert.
Durch eine großflächige Verteilung der EPIC-Chips beziehungsweise Antennenelemente auf einer Fahrzeugoberfläche und einer kohärenten Signalprozessierung der einzelnen Antennen kann das Auflösungsvermögen in den Bereich von 0,1° verfeinert werden. Dabei kann eine Sparse-Array-Konfiguration verwendet werden. Diese bedingt jedoch einen unvorteilhaften Kontrast zwischen Amplitude der Haupt- und Nebenkeule, sodass Mehraufwände in der Signalprozessierung zur Zieldetektion entstehen und Mehrdeutigkeiten in der Zieldetektion auftreten können. Diesbezüglich kann das Sensorsystem Abhilfe schaffen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung daraus.
Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug um ein hochautomatisiertes, teilweise autonom betriebenes oder vollautonom betriebenes Fahrzeug handeln. Insbesondere dient das Sensorsystem zur Umfelderfassung des Umfelds des Fahrzeugs. Dies wird insbesondere für Fahrerassistenzsysteme oder anderweitige Fahrzeugsysteme benötigt.
Ein weiterer Einsatz der vorliegenden Erfindung wäre die Anwendung des bereits Geschilderten in LIDAR-Systemen, Kamerasystemen oder Satellitenkommunikationssystemen. Ein Umfeldsensorsystem, insbesondere einem Sensorsystem, kann beispielsweise als Sensorsystem verstanden werden, das dazu in der Lage ist, Sensordaten oder Sensorsignale zu erzeugen, welche eine Umgebung Umfeldsensorsystems abbilden, darstellen oder wiedergeben. Insbesondere ist die Fähigkeit, elektromagnetische oder sonstige Signale aus der Umgebung zu erfassen, nicht hinreichend, um ein Sensorsystem als Umfeldsensorsystem zu erachten. Beispielsweise können Kameras, Radarsysteme, Lidarsysteme oder Ultraschallsensorsysteme als Umfeldsensorsysteme aufgefasst werden.
Unter einer Recheneinheit, insbesondere unter der Auswerteeinheit, kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, das einen Verarbeitungsschaltkreis enthält.
Die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Darunter fallen gegebenenfalls auch Operationen, um indizierte Zugriffe auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Umsetzungstabelle, LUT (englisch: „look-up table“), durchzuführen.
Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere integrierte Schaltkreise enthalten, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“). Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere digitale Signalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstellen und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele eines Aspekts der Erfindung können als vorteilhafte Ausführungsbeispiele aller anderen Aspekte der Erfindung angesehen werden. Dies gilt umgekehrt ebenso.
Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antennenarrays, des erfindungsgemäßen Sensorsystems und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antennenarrays, des erfindungsgemäßen Sensorsystems und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
Fig. 1 beispielhaft, verschiedene Ansichten eines Fahrzeugs mit verschieden angeordneten Antennenelemente eines Antennenarrays;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Sensorsystems, welches zumindest ein Antennenarray gemäß Fig. 1 aufweist;
Fig. 3 einen beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zum Einsatz lineare Prädiktion in einem Sensorsystem aus Fig. 2;
Fig. 4 eine beispielhafte Ausführung wie mehrere Antennenelemente ein gesamtes Antennenarray bilden;
Fig. 5 eine weitere beispielhafte Ausführung wie mehrere Antennenelemente ein gesamtes Antenennarray bilden;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Emissionskeule, welche durch Kombination mehrerer Antennenelemente geformt ist;
Fig. 7 einen beispielhaften transformierten, örtlichen Signalverlauf 9 das abgetastete Empfangssignal des Antennenarrays; Fig. 8 eine beispielhafte Darstellung einer Anordnung der Antennenelemente in Sparse- Array-Konfiguration in Azimut ;
Fig. 9 eine beispielhafte Darstellung einer Anordnung der Antennenelemente 4 in Sparse- Array-Konfiguration in Elevation; und
Fig. 10 einen beispielhaften Vergleich einer Auswertung eines prädizierten Winkelspektrums einer 32-elementigen Patch-Antenne gegenüber einem Verfahren der diskreten Fourier-Transformation und der linearen Prädiktion.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der Fig. 1 sind schematisch verschiedene Ansichten beziehungsweise Seitenansichten eines Fahrzeugs 1 dargestellt. Bei dem Fahrzeug 1 kann es sich um ein hochautomatisiertes Fahrzeug handeln. Insbesondere ist es für das automatische Fahren unabdinglich, dass eine sichere beziehungsweise effiziente Umfeldwahrnehmung beziehungsweise Umfelderfassung vorgenommen wird. So kann hierzu im oder am Fahrzeug 1 zumindest ein Antennenarray 2 angeordnet sein. Das Antennenarray 2 und/oder mehrere solcher Antennenarrays können Bestandteil eines Sensorsystems 3 (vergleiche Fig. 2) sein. Mithilfe des Sensorsystems 3 kann eine Umfelderfassung, insbesondere für das Fahrzeug 1 , vorgenommen werden.
Bei einem solchen Sensorsystem 3 kann es sich beispielsweise um ein Radarsystem beziehungsweise um ein Radarsensorsystem, insbesondere für den Automobilbereich, handeln. Ebenfalls denkbar ist, dass es sich bei dem Sensorsystem 3 um ein LIDAR-System, ein Kamerasystem oder um ein Satellitenkommunikationssystem handelt.
Das Antennenarray 2 beziehungsweise das Antennenmodul kann aus einer Vielzahl beziehungsweise aus mehreren einzelnen Antennenelementen 4 beziehungsweise Elementarantennen bestehen. Diese mehreren Antennenelemente 4 können zu einem Array beziehungsweise zu einem Antennenarray 2 verschaltet werden.
Neben dem zumindest einen Antennenarray 2 kann das Sensorsystem 3 eine, insbesondere elektronische, Auswerteeinheit 5 (vergleiche Fig. 2) aufweisen. Diese Auswerteeinheit 5 kann beispielsweise als Zentralstation beziehungsweise Zentralverarbeitungseinheit des Sensorsystems 3 bezeichnet werden. In dieser Auswerteeinheit 5 kann die Signalverarbeitung des Sensorsystems 3 vorgenommen werden.
Beispielsweise können die Antennenelemente 4 jeweils an konventionellen oder elektronisch-photonischen Radarchips angebunden beziehungsweise gekoppelt werden. Die jeweiligen Daten des Antennenarrays 2 und insbesondere der Antennenelemente 4 kann an die Auswerteeinheit 5 beziehungsweise an die zentrale Datenverarbeitungseinheit zur Signalverarbeitung übertragen werden. Dies kann wiederum zur Ansteuerung der zu sendenden Daten, beispielsweise für Beam-Forming oder Wave-Forming, vorgenommen werden. Die Auswerteeinheit 5 kann wiederum die Daten an ein Umfeldmodell, insbesondere zur Umfelderfassung, übergeben beziehungsweise übertragen. Insbesondere kann das Sensorsystem 3 und insbesondere alle Antennenelemente 4 beziehungsweise Antennenarrays 2 mit ein und derselben Auswerteeinheit 5 kommunikativ, über elektronische oder optische Verbindungsmöglichkeiten verbunden sein. Somit kann eine Kostenersparnis an der Anzahl an Steuergeräten und Rechnereinheiten bereitgestellt werden. Um das Antennenarray 2 besonders effizient im Automobilbereich einsetzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Antennenarray 2 als dünn besetztes Antennenarray, also in einer Sparse-Array-Konfiguration, verwendet wird. Dementsprechend können die einzelnen Antennenelemente 4 beliebig platziert beziehungsweise positioniert, insbesondere im oder am Fahrzeug 1 , werden. Hierzu kann das vorgeschlagene Antennenarray 2 ein verfeinertes beziehungsweise verbessertes Auflösungsvermögen, also eine verbesserte Genauigkeit, gegenüber einem herkömmlichen Antennenarray aufweisen. Hierzu kann ein lineares Prädiktionsverfahren beziehungsweise eine lineare Prädiktion eingesetzt beziehungsweise angewendet werden. Ein solches Vorgehen beziehungsweise Verfahren ist nachfolgend in der Fig. 3 geschildert. Hierzu zeigt die Fig. 3 beispielhaft einen möglichen Ablauf eines Verfahrens zum Einsatz lineare Prädiktion im Sensorsystem 3.
Diesbezüglich kann in einem beispielhaften ersten Schritt S1 ein von dem Antennenarray 2 in eine Umgebung 6, insbesondere des Fahrzeugs 1, ausgesendetes Aussendesignal 7 korrespondierenden Empfangssignal 8 empfangen beziehungsweise gemessen werden. Hierzu ist beispielsweise in den Fig. 4 bis 6 dargestellt, wie mehrere Antennenelemente 4 ein gesamtes Array formen. Hierzu ist vor allem in der Fig. 6 das Empfangssignal beziehungsweise Emissionskeule, welche durch Kombination mehrerer Antennenelemente 4 geformt ist, dargestellt.
In einem optionalen nachfolgenden zweiten Schritt S2 kann das Empfangssignal 8 abgetastet, also zeitlich abgetastet, werden. Hierzu kann insbesondere die Abtastung der zeitlichen Wellenfront des Empfangssignals 8 zur Bildung eines örtlichen Signals vorgenommen werden.
In einem optionalen dritten Schritt S3 kann gegebenenfalls eine Initialkalibrierung des Antennenarrays 2 vorgenommen werden. Hierzu kann beispielsweise das abgetastete Empfangssignal 8 als Input verwendet werden.
In einem optionalen vierten Schritt S4 kann das abgetastete Empfangssignal 8 in einen, insbesondere örtlichen, Signalverlauf 9 (vergleiche Fig. 7) in Bezug zu den mehreren Antennenelementen 4 des Antennenarrays 2 transformiert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann eine Transformation des zeitlichen Signals, also das abgetastete Empfangssignal 8, der Wellenfront in einen örtlichen Signalverlauf, also der Signalverlauf 9, in Richtung des Antennenarrays 2 durchgeführt werden. Diesbezüglich erfolgt dies in Bezug zu einem Azimutwinkel und/oder einer Elevation beziehungsweise einem Höhenwinkel des Antennenarrays 2. Hierzu ist beispielsweise in der Fig. 8 die Anordnung der Antennenelemente 4 in Sparse-Array-Konfiguration in Azimut dargestellt. In der Fig. 9 ist wiederum die Anordnung der Antennenelemente 4 in Sparse-Array-Konfiguration in Elevation zu sehen. In der Fig. 8 ist des Weiteren dargestellt, insbesondere schematisch, dass die Antennenelemente 4 zueinander einen Abstand aufweisen. Insbesondere weisen die einzelnen Antennenelemente 4 zueinander einen Abstand auf, welcher ein Vielfaches von ein 1 Lambda ist. In einem nachfolgenden optionalen Schritt S5 kann auf Basis einer linearen Prädiktion oder einer linearen Fehlerfortpflanzung ein erweiterter Signalverlauf 10 auf Basis des Signalverlaufs 9 prädiziert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt erfolgt eine Abbildung des erwarteten Signals 10 auf die nachfolgenden Antennenelemente 11 des Antennenarrays 2 unter Erwartung der linearen Fortpflanzung des Phasenverlaufs. Hierzu kann eine Vorwärtsprädiktion 12 und eine Rückwärtsprädiktion 13 hinsichtlich des Signalverlaufs 9 durchgeführt werden. Dies ist beispielsweise in der Fig. 7 zu sehen. Des Weiteren ist in der Fig. 7 beispielsweise die reale Apertur 14 des Antennenarrays 2 dargestellt. Bei der realen Antennenapertur ist insbesondere eine Fläche zu verstehen, auf welcher die Antennenelemente 4 des Antennenarrays 2 verteilt angeordnet sind.
Mithilfe der linearen Prädiktion kann das Auflösungsvermögen des Antennenarrays 2 insbesondere des Sensorsystems 3 verfeinert beziehungsweise verbessert werden. Mithilfe der linearen Prädiktion beziehungsweise eines linearen Prädiktionsalgorithmus kann eine Berechnung eines Richtungsspektrums anhand von realen Daten feiner vorgenommen werden. Hierzu ist beispielsweise in der Fig. 10 der Vergleich einer Auswertung eines prädizierten Winkelspektrums einer 32-elementigen Patch-Antenne gegenüber einem Verfahren der diskreten Fourier-Transformation 15 und der linearen Prädiktion 16. Hier ist zu sehen, dass mit der linearen Prädiktion eine feinere Auswertung beziehungsweise Auflösung erreichbar ist.
In einem optionalen sechsten Schritt S6 kann ein Signalverlaufmodell, insbesondere inklusive Phasenverlauf, gebildet werden.
In einem weiteren optionalen weiteren siebten Schritt S7 kann beispielsweise anhand dieses Signalverlaufmodells Zwischenpositionen zwischen Antennenelementen 4 berechnet werden oder ausgefallenen beziehungsweise defekte Antennenelemente ermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise bei der Ausgestaltung des Antennenarrays 2 in einer ausgedünnten- Array-Konfiguration zwischen realen Antennenelementen 4 zusätzliche virtuelle Antennenelemente erzeugt beziehungsweise generiert werden. Somit kann der Abstand zwischen zwei realen Antennenelementen 4 durch das Einbauen eines virtuellen Antennenelements 17, 18 dazwischen verkürzt werden. Dies ist besonders vorteilhaft für das Auslösevermögen. Insbesondere kann sich das Auflösungsvermögen dadurch verbessern, indem die Antennenapertur vergrößert wird. Dies kann dadurch erfolgen, indem mehrere Antennenelemente 4 vorgesehen sind. Um aus Kosten- und Platzgründen jedoch auf reale Antennenelemente 4 verzichten zu können, können anstelle softwaretechnisch virtueller Antennenelemente 17, 18 hinzugefügt werden. Sollen beispielsweise zwei Objekte im Winkel, also in Azimut und Elevation, aufgelöst werden, wird eine in zwei Richtungen ausgedehnte Apertur benötigt.
Die Abstände zwischen den einzelnen Antennenelementen 4 bestimmen den eindeutig messbaren Winkelbereich. Größere Antennenabstände führen zu Mehrdeutigkeiten (Nebenpeeks) in der Winkelmessung. Durch den Einsatz solcher virtuelle Antennenelemente 17, 18 kann hier Abhilfe geschaffen werden. Somit kann vor allem der Kontrast zwischen Haupt- und Nebenkeulen in Sparse-Array-Konfiguration eines Antennenarrays 2 verbessert werden.
In einem weiteren achten Schritt S8 kann eine Rekonstruierung des tatsächlichen Signalverlaufs durch Optimierungsansätze zwischen gemessenem Phasenverlauf und dem Signalverlaufsmodell erfolgen. Mit anderen Worten ausgedrückt kann ein Rekonstruieren eines tatsächlichen Signalverlaufs 21 (vergleiche Fig. 7) auf Basis des prädizierten erweiterten Signalverlaufs 10 erfolgen.
Beispielsweise kann der Signalverlauf 21 durch folgende Formel mathematisch beschrieben werden.
Hierzu kann ein Modell zur Prädiktion weitere Signalwerte identifiziert werden und dadurch eine künstliche Erweiterung der reellen Apertur des Antennenarray erfolgen. Dies ist durch die nachfolgende Formel beschreibbar.
Das örtliche Apertursignal kann durch folgende Formel p(m) = v(m) + r](m) beschrieben werden. Dabei kann v(m) als erklärbar und p(m) als nicht erklärbar definiert werden.
Mit der folgenden Formeln kann eine Existenz eines linearen Zusammenhangs zwischen Signalwerten und Modellkoeffizienten beschrieben werden. Dies kann durch Minimierung der Prädiktionsleistung erreicht werden, wie es in der nachfolgenden Formel beispielhaft dargestellt ist.
In einem neunten Schritt S9 kann beispielsweise anschließend ein ideales Modell beziehungsweise ein ideales Signalmodell erzeugt beziehungsweise erstellt werden. Dies kann wiederum in einem nachfolgenden beispielhaften zehnten Schritt S10 dazu verwendet werden, um reale Antennenpositionen der Antennenelemente 4 berechnen beziehungsweise bestimmen zu können.
Mithilfe dieser realen Antennenpositionen kann wiederum festgestellt werden, welche Antennenelemente 4 defekt beziehungsweise fehlerhaft sind. Hierzu kann wiederum Abhilfe geschaffen werden, da an dieser realen Position der ausgefallenen Antennenelemente 4 wiederum eine virtuelle Antenne dort virtuell positioniert werden kann. Somit kann auch bei einem Ausfall beziehungsweise Fehlerfall die Genauigkeit beziehungsweise die Funktion des Antennenarrays 2, insbesondere des Sensorsystems 3, aufrechterhalten werden.
In einem nachfolgenden beispielhaften zwölften Schritt S11 kann wiederum anhand der realen Antennenposition und beispielsweise anhand des Modells eine Kalibrierung des Antennenarrays 2 beziehungsweise des Sensorsystems 3 durchgeführt werden.
In einem optionalen zwölften Schritt S12 kann beispielsweise anhand der Ausführungen der vorhergegangenen Schritte S1 bis S11 beispielsweise eine virtuelle Erweiterung der Antennenelemente 4 zwischen einzelnen Antennen vorgenommen werden. Somit kann eine Erhöhung des Kontrasts zwischen Haupt- und Nebenkeulen erreicht werden. Des Weiteren kann eine virtuelle Erweiterung über physikalische Array-Grenzen des Antennenarrays 2 hinaus erreicht werden. Dies ermöglicht eine Verfeinerung des Auflösungsvermögens. Des Weiteren kann eine Erhöhung der Reaktionsreichweite erreicht werden. Dies geschieht vor allem durch eine Verbesserung des SNR (Signal-Rausch-Verhältnis). Des Weiteren kann wiederum ein Crosscheck des Signalmodells, beispielsweise mittels Tracking von Realdaten, vorgenommen werden.
Des Weiteren denkbar ist, dass anhand der Informationen, welche aus den Schritten S1 bis S11 gewonnen werden konnten, Antenneninformationen bereitgestellt werden, mit welchen eine verbesserte Ansteuerungsmethode für das Antennenarray 2 bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste
Fahrzeug
Antennenarray Sensorsystem Antennenelement Auswerteeinheit Umgebung
Aussendesignal
Empfangssignal Signalverlauf erweiterter Signalverlauf nachfolgende Antennenelemente Vorwärtsprädiktion
Rückwärtsprädiktion reale Apertur diskrete Fourier-Transformation lineare Prädiktion , 18, 20 virtuelle Antennenelemente defektes reales Antennenelement tatsächlicher Signalverlauf

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Information eines Antennenarrays (2), welches mehrere Antennenelemente (4) aufweist, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
- Empfangen eines zu einem von dem Antennenarray (2) in eine Umgebung (6) ausgesendeten Aussendesignal (7) korrespondierenden Empfangssignals (8);
- Abtasten des empfangenen Empfangssignals (8);
- Transformation des abgetasteten Empfangssignals (8) in einen Signalverlauf (9) in Bezug zu den mehreren Antennenelementen (4) des Antennenarray (2) durch eine Auswerteeinheit (5);
- Prädizieren eines erweiterten Signalverlaufs (10) auf Basis einer linearen Prädiktion des Signalverlaufs (9) durch die Auswerteeinheit (5);
- Rekonstruieren eines tatsächlichen Signalverlaufs (21) des Empfangssignals (8) auf Basis des prädizierten erweiterten Signalverlaufs (10);
- Bestimmen einer Antenneninformation des Antennenarrays (2) in Abhängigkeit von dem rekonstruierten tatsächlichen Signalverlaufs (21) durch die Auswerteeinheit (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abgetastete Empfangssignal (8) auf Basis eines Azimutwinkels und/oder einer Elevation des Antennenarrays (2) in den, insbesondere örtlichen, Signalverlauf transformiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der tatsächliche Signalverlauf (21) mittels eines Optimierungsansatzes zwischen dem Signalverlauf (9) und dem erweiterten Signalverlauf (10) rekonstruiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis des tatsächlichen Signalverlaufs (21) ein ideales Signalmodell für das Antennenarray (2) erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis des idealen Signalmodells eine reale Antennenposition zumindest eines Antennenelements (4) des Antennenarray (2) bestimmt wird.
6. Verfahren zum Betreiben eines Antennenarrays (2), welches mehrere Antennenelemente (4) aufweist, wobei eine Antenneneigenschaft des Antennenarrays (2) in Abhängigkeit von der bestimmten Antenneninformation nach einen der vorhergehenden Ansprüchen angepasst wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Antenneninformation das Antennenarray (2) kalibriert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Antenneninformation zumindest ein virtuelles Antennenelement (17, 18, 20) für das Antennenarray (2) erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine virtuelle Antennenposition zumindest eines virtuellen Antennenelements (17, 18, 20) derart bestimmt wird, dass das zumindest eine virtuelle Antennenelement (17, 18, 20) zwischen zwei realen Antennenelementen (4) des Antennenarray (2) angeordnet werden kann.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine virtuelle Antennenposition zumindest eines virtuellen Antennenelements (17, 18, 20) derart bestimmt wird, dass mit dem zumindest einen virtuellen Antennenelement (17, 18, 20) ein fehlendes oder funktionsbeeinträchtigtes reales Antennenelement (19) der mehreren Antennenelemente (4) ersetz wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von dem abgetasteten Empfangssignal (8) eine Initialkalibrierung des Antennenarrays (2) durchgeführt wird.
12. Antennenarray (2) mit einer Auswerteeinheit (5), wobei das Antennenarray (2) mehrere Antennenelemente (4) aufweist, und wobei das Antennenarray (1) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 11 ausgebildet ist.
13. Antennenarray (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenarray (2) als dünnbesetztes Antennenarray konfigurier ist.
14. Sensorsystem (3) mit zumindest einem Antennenarray (2) nach Anspruch 12 oder 13.
15. Fahrzeug (1) mit einem Sensorsystem (3) nach Anspruch 14.
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