EP4710130A1 - Mehrband-sensorsystem zur umfelderfassung, sowie verfahren und kraftfahrzeug - Google Patents

Mehrband-sensorsystem zur umfelderfassung, sowie verfahren und kraftfahrzeug

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EP4710130A1
EP4710130A1 EP24722214.4A EP24722214A EP4710130A1 EP 4710130 A1 EP4710130 A1 EP 4710130A1 EP 24722214 A EP24722214 A EP 24722214A EP 4710130 A1 EP4710130 A1 EP 4710130A1
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EP
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optical
sensor system
transmission signals
signal
electro
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Application number
EP24722214.4A
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Heiko Gustav Kurz
Tobias Schwabe
Marc-Michael Meinecke
Stephan Kruse
Christoph Scheytt
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Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem (2) zur Umfelderfassung, mit — einer optischen Einrichtung (6) zum Erzeugen eines optischen Trägersignals (7), — einer Sendeeinrichtung (4), welche ausgebildet ist, elektrische Aussendesignale (16, 17, 18), welche auf dem optischen Trägersignal (7) basieren, auszusenden, aufweisend: — einen elektrooptischen Modulator (8), welcher einen vorgegebenen Arbeitspunkt (10) aufweist, — den elektrooptischen Modulator (8), welcher ausgebildet ist, auf Basis des vorgegebenen Arbeitspunkts (10) und des optischen Trägersignals (7) mehrere optische Aussendesignale (9) derart zu erzeugen, dass die mehreren optischen Aussendesignale (9) zueinander verschiedene Frequenzbänder (20, 21, 22) aufweisen, und — die Sendeeinrichtung (4), welche ausgebildet ist, die mehreren optischen Aussendesignale (9) in mehrere elektrische Aussendesignale (16, 17, 18) umzuwandeln und die mehreren elektrischen Aussendesignale (16, 17, 18) mit zumindest einer funkbasierten Sendeeinheit (12, 13, 14) auszusenden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug (2).

Description

Beschreibung
Mehrband-Sensorsystem zur Umfelderfassung, sowie Verfahren und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Umfelderfassung. Das Sensorsystem weist eine optische Einrichtung zum Erzeugen eines optischen Trägersignals auf. Ebenso weist das Sensorsystem eine Sendeeinrichtung, welche ausgebildet ist, elektrische Aussendesignale, welche auf dem optischen Trägersignal basieren, auszusenden, auf.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Sensorsystem.
Die US 2021 / 0 055 387 A1 offenbart ein kohärentes LIDAR-System. Dieses umfasst eine Lichtquelle, welche dazu ausgebildet ist, lokal oszilliertes Licht zu emittieren und Lichtpulse, welche jeweils kohärent mit einem korrespondierenden Teil des lokal oszillierten Lichts sind. Des Weiteren weist das LIDAR-System einen Laser auf und einen Verstärker. Des Weiteren weist das LIDAR-System einen Empfänger auf, welcher ausgebildet ist, das lokal oszillierte Licht und die Lichtpulse zu empfangen, um daraus eine Distanz zu einem Objekt ermitteln zu können.
Beispielsweise offenbart des Weiteren die US 2021 / 0 072 381 A1 ein System und ein Verfahren für eine verbesserte Geschwindigkeitsauflösung und ein verbessertes Signal- Rausch-Verhältnis bei einer optischen phasencodierten Entfernungserfassung. Hierbei kann ein elektrisches Signal empfangen werden, welches durch Mischen eines ersten optischen Signals und eines zweiten optischen Signals erzeugt wird, wobei das erste optische Signal durch Modulieren eines optischen Signals erzeugt wird und das zweite optische Signal als Reaktion auf das Senden des ersten optischen Signals zu einem Wert erzeugt wird. Eine Doppler-Frequenzverschiebung des zweiten optischen Signals kann bestimmt werden und ein korrigiertes elektrisches Signal durch Anpassen des elektrischen Signals basierend auf der Doppler-Frequenzverschiebung kann erzeugt werden. Auf Basis einer Kreuzkorrelation des korrelierten elektrischen Signals mit einem Hochfrequenz-Signal kann eine Entfernung zu einem Objekt bestimmt werden. Ferner offenbart die US 11 ,032,009 B1 ein Verfahren zum Übertragen eines Signals eines Benutzergeräts in einem drahtlosen Kommunikationssystem. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Erzeugen eines optischen Signals in Bezug auf die Datenübertragung, das Kombinieren eines elektrischen Signals für die Daten mit dem optischen Signal und das Senden eines kombinierten Signals.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sensorsystem zu schaffen, welches umfänglicher verwendet und dabei in seiner Komplexität minimiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Sensorsystem, ein Verfahren sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Umfelderfassung, mit einer optischen Einrichtung zum Erzeugen eines optischen Trägersignals, einer Sendeeinrichtung, welche ausgebildet ist, elektrische Aussendesignale, welche auf dem optischen Trägersignal basieren, auszusenden, aufweisend: einen elektrooptischen Modulator, welcher einen vorgegebenen Arbeitspunkt aufweist, den elektrooptischen Modulator, welcher ausgebildet ist, auf Basis des vorgegebenen Arbeitspunkts und des optischen Trägersignals mehrere optische Aussendesignale derart zu erzeugen, dass die mehreren optischen Aussendesignale zueinander verschiedene Frequenzbänder aufweisen, und die Sendeeinrichtung, welche ausgebildet ist, die mehreren optischen Aussendesignale in mehrere elektrische Aussendesignale umzuwandeln und die mehreren elektrischen Aussendesignale mit zumindest einer funkbasierten Sendeeinheit auszusenden
Durch das vorgeschlagene Sensorsystem kann ein Radarsystem oder ein LIDAR-Radar- Kombisystem geschaffen werden, welche eine geringere Komplexität aufweisen und dabei dennoch mehrere Frequenzbänder mittels eines, insbesondere eines einzigen, elektrooptischen Modulators.
Entgegen von heutigen optisch unterstützten Radarsystemen verwendet das vorgeschlagene Sensorsystem mehrere Frequenzbänder beziehungsweise Radarfrequenzbänder für die Detektion von Objekten. Durch den elektrooptischen Modulator des erfindungsgemäßen Sensorsystems kann entgegen von bekannten Mehrband-optisch-unterstützten Radarsystemen auf einen separaten Phasenschieber, um die Bänder zu generieren, verzichtet werden. Solche Radar- beziehungsweise Frequenzbänder wurden bisher anschließend mit einem optischen Filter separiert und die Radarrampe wurde in einem separaten elektrooptischen Modulator aufmoduliert. Dies kann durch das vorgeschlagene Sensorsystem verbessert werden.
Das vorgeschlagene Sensorsystem benötigt insbesondere nur einen elektrooptischen Modulator für die Erzeugung von Radarsignalen und/oder LIDAR-Signalen in verschiedenen Frequenzbändern beziehungsweise Bändern. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensorsystem um ein Radarsystem oder um ein LIDAR-Radar-System handeln. Beispielsweise kann das Sensorsystem als photonisches Mehrband-LIDAR-Radar-System verwendet werden.
Entgegen zu den Sensorsystemen im Stand der Technik verwendet das vorgeschlagene Sensorsystem nicht für jede einzelne Erzeugung eines Frequenzbandes jeweils separate Hardwarekomponenten. Mithilfe des vorgeschlagenen Sensorsystems kann mithilfe des elektrooptischen Modulators verschiedene Frequenzbänder mit derselben Komponente beziehungsweise Einheit erzeugt werden.
Des Weiteren ermöglicht das vorgeschlagene Sensorsystem, mehrere Bänder beziehungsweise Frequenzbänder mit einer speziellen Hardware, insbesondere einer einzigen Hardware, wie dem elektrooptischen Modulator, anzusteuern. Dadurch können die Kosten und die Komplexität des Gesamtsystems, insbesondere des Sensorsystems, zur Umfelderfassung minimiert werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorsystems ist beispielsweise der, dass das Sensorsystem auf einen modengekoppelten Laser (MLL) und auf separat angesteuerte Phasenschieber für die Erzeugung von verschiedenen Frequenzbändern verzichten kann. Ebenfalls kann dadurch auch auf optische Bandpassfilter verzichtet werden, welche die Bänder voneinander trennen, bevor dann jedes einzelne Frequenzband separat angesteuert wird. Dies kann durch das vorgeschlagene Sensorsystem verzichtet werden.
Da mithilfe des elektrooptischen Modulators des Sensorsystems mittels einer Einheit beziehungsweise einer Hardwarekomponente mehrere Frequenzbänder beziehungsweise Radarbänder erzeugt beziehungsweise angesteuert werden können, kann die Komplexität, die Ausfallwahrscheinlichkeit sowie die Kosten des erfindungsgemäßen Sensorsystems im Vergleich zu Sensorsystemen im Stand der Technik verringert werden.
Durch den Verzicht eines Phasenschiebers, wie dies im Stand der Technik nicht möglich ist, können Kosten und Komplexität verringert werden. Durch den Verzicht eines modengekoppelten Lasers (MLL), welcher bei bekannten Systemen zur Erzeugung der Frequenzbänder verwendet wird, ergeben sich weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Sensorsystems. MLL’s haben aufgrund ihres Aufbaus nur eine geringe Lebensdauer und sind sehr teuer. Dadurch wird die Ausfallwahrscheinlichkeit des Systems, welches das MLL aufweist, erhöht und das System ist nicht kostengünstig implementierbar. Für die Separation der Frequenzbänder werden zusätzliche optische Bandpassfilter benötigt, die diskret sehr teuer sind und erzeugen zusätzliche Energie, wie zum Beispiel zusätzliche Wärmeabgabe, welche wiederum kompensiert werden muss. Dies erhöht die Verlustleistung des Systems beziehungsweise die Kosten des Systems. Diese genannten Nachteile bei der Verwendung eines MLL’s können mit dem vorgeschlagenen Sensorsystem gelöst werden.
Im Gegensatz zum Stand der Technik benötigt das vorgeschlagene Sensorsystem nur einen elektrooptischen Modulator für die Erzeugung von mehreren Frequenzbändern beziehungsweise Radarbändern. Durch die optische Taktverteilung kann des Weiteren das Sensorsystem auch für Systeme für Großapparaturen verwendet werden.
Durch leichte Modifikationen der Hardware kann das Sensorsystem als Radar-System als auch für Radar-LIDAR-Kombisysteme verwendet werden. Durch eine Wahl der benötigten Komponente des Sensorsystems kann das Sensorsystem sowohl in diskreter, integrierter wie auch in teilintegrierter Lösung realisiert werden.
Im Gegensatz zu den Lebensdauerproblemen eines modengekoppelten Lasers weist der elektrooptische Modulator eine längere Lebensdauer auf, was wiederum sich positiv für das Sensorsystem aufweist.
Insbesondere ist der elektrooptische Modulator derart ausgestaltet, dass er mehrere optische Signale erzeugen kann, welche zueinander verschiedene Frequenzbänder aufweisen. Hierzu kann der elektrooptische Modulator in einem vorgegebenen beziehungsweise speziellen Arbeitspunkt betrieben werden. Beispielsweise kann der elektrooptische Modulator als Arbeitspunkt in einem Punkt gefahren beziehungsweise betrieben werden, in dem viele, zumindest einige, Harmonische von möglichen identischen Amplituden erzeugt werden können. Hierbei kann vor allem der elektrooptische Modulator in einem Arbeitspunkt betrieben werden, in welchem zumindest zwei harmonische Signale erzeugt werden können. Unter einer Harmonischen kann eine harmonische Schwingung verstanden werden, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches einer Grundfrequenz ist. Hierbei kann die Grundfrequenz durch das optische Trägersignal vorgegeben werden. Speziell kann als Arbeitspunkt der Nyquist verwendet werden. Dementsprechend kann der elektrooptische Modulator eine Arbeitsform aufweisen, welche auf Basis des Nyquist-Punkts festgelegt werden kann beziehungsweise ist. Als Nyquist-Punkt beziehungsweise kritischer Punkt ist ein Punkt unter Berücksichtigung des Nyquist-Kriteriums zu verstehen, bis zu dem ein System stabil ist. Des Weiteren können unter Berücksichtigung des Nyquist-Shannon- Abtasttheorems alle Anteile in einem Signal kleinere Frequenzen als die Nyquist-Frequenz haben, damit das abgetastete Signal beliebig genau rekonstruiert werden kann. Dies ist vorteilhaft für das vorliegende Sensorsystem, da für die Detektion von Objekten, insbesondere für die Umfelderfassung, die entsprechenden Radar- beziehungsweise Sensorinformationen entsprechend ausgewertet beziehungsweise rekonstruiert werden können.
Mithilfe des elektrooptischen Modulators können beispielsweise gleichzeitig drei Frequenzbänder beziehungsweise dementsprechend die dazu entsprechenden Signale zur Umfelderfassung beispielsweise verwendet werden. Die ist insbesondere für eine verbesserte Ortsklassifikation vorteilhaft.
Die mehreren optischen Aussendesignale können kohärent zueinander erzeugt werden, wodurch diese Phasen gleich sind. Somit sind die erzeugten mehreren Aussendesignale phasensynchron zueinander gekoppelt.
Das vorgeschlagene Sensorsystem kann in den verschiedensten Anwendungsgebieten, wie zum Beispiel der Raumfahrt, Schifffahrt, Landwirtschaft, Automobilindustrie oder in Automotive-Systemen verwendet werden.
Insbesondere kann das Sensorsystem bei zumindest teilweise autonom bewegbaren Kraftfahrzeugen, insbesondere jedoch auch bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Um eine solch automatisierte Fahrt zu ermöglichen, ist eine sichere Umfeldwahrnehmung unabdingbar. Dabei wird das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mithilfe von Sensoren wie Radar und/oder LIDAR, erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung, sodass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können. Hierzu kann das Sensorsystem verwendet werden. Beispielsweise kann das Sensorsystem als photonisches Radarsystem oder photonisches LI DAR- Radarsystem ausgebildet sein, indem die elektronischen und photonischen Komponenten in einem, insbesondere einzigen, Halbleiterchip co-integriert werden. Die Verfolgung eines FMCW-Signals sowie die gesamte Signalverarbeitung und Signalauswertung können dabei in einer Zentralstation beziehungsweise zentralen Recheneinrichtung durchgeführt werden. Beispielsweise kann mittels der optischen Einrichtung eine Signalübertragung eines Gigahertz-Signals als optisches Trägersignal, insbesondere im Terahertz-Frequenzbereich, durchgeführt werden. Eine Zentralstation, welche auch als zentrale elektronische Recheneinrichtung bezeichnet werden kann, erzeugt eine optische Trägerfrequenz, insbesondere das optische Trägersignal. Insbesondere können alle Daten, insbesondere für die Umfelderfassung, auf der Zentralstation prozessiert werden.
Speziell können spektrale Eigenschaften der optischen Aussendesignale gleich der elektrischen Aussendesignale sein.
Beispielsweise kann die optische Einrichtung beziehungsweise ein optischer Laser ein 77- Gigahertz-FMCW-Signal als Trägersignal erzeugen.
Beispielsweise kann zumindest die optische Einrichtung vorgesehen sein, um das optische Übertragungssignal beziehungsweise das optische Trägersignal direkt und/oder mittels externer Komponenten zu modulieren.
Speziell kann der elektrooptische Modulator als elektrooptische Wandlereinheit beziehungsweise elektrooptische Wandlereinrichtung bezeichnet werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der elektrooptische Modulator ausgebildet ist, für das Erzeugen der mehreren optischen Aussendesignale zusätzlich ein dem elektrooptischen Modulator bereitgestelltes Hochfrequenz-Signal zu berücksichtigen. Der elektrooptische Modulator kann derart ausgestaltet und insbesondere betrieben werden, sodass mehrere optische Aussendesignale, welche zueinander verschiedene Frequenzbänder aufweisen, erzeugt beziehungsweise generiert werden können. Hierzu wird der elektrooptische Modulator zum einen in dem vorgegebenen Arbeitspunkt betrieben und der elektrooptische Modulator kann mit dem Hochfrequenz-Signal, insbesondere zusätzlich, moduliert werden.
Bei dem Hochfrequenz-Signal kann es sich beispielsweise um ein RF-Signal (Radio Frequency Signal) handeln. Dieses Hochfrequenz-Signal kann einen Frequenzbereich von neun Kilohertz bis in den Terahertz-Frequenzbereich umfassen.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung zumindest eine optisch-elektronische-Wandlereinheit aufweist, mit welcher die mehreren optischen Aussendesignale in die mehreren elektrischen Aussendesignale umwandelbar sind. Beispielsweise können die mehreren optischen Aussendesignale mittels optischer Übertragungswege beziehungsweise optischen Übertragungsstrecken an die Sendeeinrichtung übertragen werden. Beispielsweise kann dies über Glasfaserverbindungen erfolgen. Anschließend können die übertragenen mehreren optischen Aussendesignale mittels einer oder mehreren optischen-elektronischen- Wandlereinheiten beziehungsweise optisch-elektrischen- Wandlereinrichtungen umgewandelt werden, sodass die mehreren elektrischen Aussendesignale der zumindest einen funkbasierten Sendeeinheit, wie zum Beispiel einem Radarsensor, zur Aussendung bereitgestellt beziehungsweise zur Verfügung gestellt werden können.
Zusätzlich oder anstatt weist die Sendeeinrichtung zumindest einen Frequenzmanipulator auf, mit welchem zumindest ein Frequenzband eines der mehreren elektrischen Aussendesignale veränderbar ist. Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung mehrere Frequenzmanipulatoren beziehungsweise Mischer aufweisen. Mithilfe des zumindest einen Frequenzmanipulators kann ein Frequenzband eines der mehreren Aussendesignale oder mehrere Frequenzbänder die mehreren elektrischen Aussendesignale auf Basis einer definierten Bandbreite in ein höheres oder niedrigeres Frequenzband umgesetzt werden. Somit kann mithilfe des Frequenzmanipulators eine Frequenzumsetzung durchgeführt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann mithilfe des Frequenzmanipulators zumindest ein Frequenzband eines der mehreren elektrischen Aussendesignale für das Aussenden, insbesondere zur Umfelderfassung, manipuliert werden.
Zusätzlich oder anstatt weist die Sendeeinrichtung zumindest einen elektrischen Verstärker zum Verstärken zumindest eines Frequenzbands eines der mehreren elektrischen Aussendesignale auf. Die Sendeeinrichtung kann neben dem zumindest einen elektrischen Verstärker weitere elektrische Verstärker aufweisen. Insbesondere kann für jedes der mehreren elektrischen Aussendesignale ein Verstärker vorgesehen sein, sodass ein jeweiliges Frequenzband eines jeweiligen elektrischen Aussendesignals elektrisch für das Aussenden verstärkt werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Sensorsystem eine optische Sendeeinheit der Sendeeinrichtung aufweist. Die optische Sendeeinheit ist dazu ausgebildet, zumindest eines der mehreren optischen Aussendesignale direkt auszusenden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Sendeeinrichtung verschiedene Aussendemöglichkeiten aufweisen. Somit kann die Sendeeinrichtung und somit das Sensorsystem sowohl zumindest eine optische Sendeeinheit als auch zumindest eine funkbasierte Sendeeinheit aufweisen. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Sensorsystem als Radar-LIDAR- Kombisystem ausgebildet sein. Somit weist das Sensorsystem eine erweiterte Funktionalität auf, sodass es umfangreicher verwendet werden kann. Somit weist das Sensorsystem zwei Messprinzipien auf. Dies wirkt sich vorteilhaft bei der Umfelderfassung und insbesondere bei der Erfassung von Objekten in einer Umgebung aus. Dies hat vor allem für den Einsatz in autonom betriebenen Fahrzeugen Vorteile.
Die Sendeeinrichtung kann beispielsweise als Kombieinrichtung bezeichnet werden, welche mittels funkbasierter, elektrischer, elektromagnetischer oder optischer Signale die Erfassung eines Objekts und/oder des Umfelds vornehmen kann.
Die funkbasierte Sendeeinheit kann eine Einrichtung sein, welche mittels funkbasierter, elektrischer und/oder elektromagnetischer Signale eine Umfelderfassung vornehmen kann. Somit kann es sich beispielsweise bei der funkbasierten Sendeeinheit um eine Radareinheit handeln. Bei der optischen Sendeeinheit beziehungsweise einer optisch basierten Sendeeinheit kann es sich um eine Einheit und/oder um eine Einrichtung handeln, welche mittels optischer Signale, zum Beispiel dem Licht eines Lasers und/oder lichtemittierenden Dioden (LEDs), die Erfassung eines Objekts und/oder des Umfelds vornimmt. Beispielsweise kann es sich bei der optischen Sendeeinheit um eine LIDAR-Einheit handeln.
Die erzeugten beziehungsweise generierten mehreren optischen Aussendesignale können über optische Übertragungsstrecken der funkbasierten Sendeeinheit als auch der optischen Sendeeinheit bereitgestellt beziehungsweise übertragen werden, sodass die verschiedenen Signale, welche unterschiedliche Frequenzbänder aufweisen, zum einen direkt als optische Aussendesignale zur Umfelderfassung ausgesendet werden können als auch mittels Umwandlung und/oder Manipulation als elektrische Signale indirekt ausgesendet werden. Somit kann ein Sensorsystem bereitgestellt werden, welches sowohl als LIDAR- als auch als Radarsystem verwendet werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass das Sensorsystem eine Empfangseinrichtung aufweist, welche zumindest eine funkbasierte Empfangseinheit zum Empfangen zumindest eines elektrischen Empfangssignals aufweist. Zusätzlich kann die Empfangseinrichtung zumindest einen Mischer aufweisen, mit welchem ein Frequenzband des zumindest einen elektrischen Empfangssignals veränderbar ist. Des Weiteren weist das Sensorsystem eine Recheneinrichtung auf, welche ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal zu verarbeiten. Mithilfe der funkbasierten Empfangseinheit können elektrische Signale, wie das zumindest eine elektrische Empfangssignal, empfangen werden.
Beispielsweise kann es sich bei dem zumindest einen elektrischen Empfangssignal um eines von den mehreren elektrischen Aussendesignalen korrespondierendes Signal handeln.
Insbesondere werden die elektrischen Aussendesignale in die Umgebung ausgesendet und wenn diese auf ein Objekt auftreffen, so kann ein reflektiertes Signal rückreflektiert werden. Dieses kann beispielsweise das elektrische Empfangssignal sein. Insbesondere enthält das elektrische Empfangssignal Umfeldinformationen, insbesondere Radarinformationen.
Beispielsweise kann zu jedem ausgesendeten elektrischen Aussendesignal ein dazu korrespondierendes und in der Umgebung reflektiertes elektrisches Empfangssignal durch die Sendeeinrichtung empfangen werden.
Das zumindest eine empfangene elektrische Empfangssignal oder die mehreren empfangenen elektrischen Empfangssignale können entsprechend aufbereitet werden und beispielsweise mit dem zumindest einen Mischer beziehungsweise einem Frequenzmanipulator in dessen Frequenzband verändert, insbesondere hochgemischt oder tiefgemischt, werden.
Bei der Recheneinrichtung kann es sich insbesondere um eine zentrale Recheneinrichtung handeln. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise mit der Sendeeinrichtung und/oder Empfangseinrichtung signaltechnisch beziehungsweise datentechnisch verbunden beziehungsweise gekoppelt sein. Die Empfangseinrichtung kann entsprechende Ausgänge und Eingänge aufweisen, sodass beispielsweise die empfangenen elektrischen Empfangssignale der Recheneinrichtung übertragen werden können, sodass die jeweiligen Signale ausgewertet beziehungsweise verarbeitet werden können. Somit kann eine Umfelderfassung vorgenommen werden.
Beispielsweise erfolgt die Zentralverarbeitung beziehungsweise Prozessierung von Daten, Signalen und Informationen, insbesondere hinsichtlich der Umfelderfassung, in der zentralen Recheneinrichtung.
Beispielsweise kann mithilfe der Recheneinrichtung die Sendeeinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung gesteuert werden. Insbesondere kann die Recheneinrichtung als Ansteuerungs- und Auswerteeinheit des Sensorsystems und insbesondere für die Sendeeinrichtung und für die Empfangseinrichtung verwendet werden. Dementsprechend können beispielsweise die verschiedensten Sendeeinrichtungen und/oder Empfangseinrichtungen mit ein und derselben zentralen Recheneinrichtung gesteuert beziehungsweise betrieben beziehungsweise angesteuert werden.
Die Recheneinrichtung kann über ein oder mehrere Glasfasern und/oder elektrische Leitungen mit der Sendeeinrichtung und/oder Empfangseinrichtung gekoppelt werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Empfangseinrichtung zumindest eine optische Empfangseinheit zum Empfangen eines optischen Empfangssignals aufweist, wobei die Recheneinrichtung ausgebildet ist, das optische Empfangssignal zu verarbeiten und insbesondere die Empfangseinrichtung einen optischen Demodulator zum Demodulieren des optischen Empfangssignals aufweist. Folglich kann das Sensorsystem als LIDAR-Radar- Kombisystem verwendet werden. Neben der funkbasierten Empfangseinheit kann die Empfangseinrichtung zumindest eine optische Empfangseinheit beziehungsweise optische Empfangseinrichtung aufweisen. Mithilfe der optischen Empfangseinheit kann ein optisches Signal, welches beispielsweise zu einem der mehreren optischen Aussendesignale direkt ausgesendeten korrespondiert, empfangen werden. Somit weist das Sensorsystem als Messprinzip neben einem Radar-Messprinzip ebenfalls ein LIDAR-Messprinzip auf.
Die optische Empfangseinheit kann beispielsweise mit der funkbasierten Empfangseinheit in oder auf der Empfangseinrichtung integriert sein. Ebenfalls denkbar ist, dass die optische Empfangseinheit und die funkbasierte Empfangseinheit separate Einheiten der Empfangseinrichtung sind.
Des Weiteren kann die Empfangseinrichtung mehrere optische Empfangseinheiten aufweisen, sodass in analoger Weise zu den mehreren ausgesendeten optischen Aussendesignalen entsprechende empfangene optische Signale empfangen werden können.
Mit dem optischen Demodulator kann eine Widergewinnung eines Nutzsignals, beispielsweise des Trägersignals im Basisband, das zuvor durch Modulation auf einen Träger aufmoduliert wurde, durchgeführt werden. Speziell kann ein In-Phase-Quadratur- Phase-Verfahren (I&Q-Verfahren) durchgeführt werden, wodurch bei einer Demodulation eines hochfrequenten Trägersignals die Phaseninformation erhalten werden kann.
Zusätzlich oder anstatt kann die Empfangseinrichtung zumindest eine optische-elektronische Wandlereinheit aufweisen, mit welcher auf Basis zumindest eines der mehreren optischen Aussendesignale und des zumindest einen elektrischen Empfangssignals ein optisches Ausgangssignal moduliert werden kann. Bei der optischen-elektronischen Wandlereinheit beziehungsweise optischen-elektronischen-Wandlereinrichtung, welche beispielsweise als Detektor bezeichnet werden kann, kann das zumindest eine empfangene elektrische Empfangssignal und zumindest eines der optischen Aussendesignale moduliert werden. Somit können der optischen-elektronischen Wandlereinheit neben zumindest einem elektrischen Empfangssignal auch entsprechendes optisches Aussendesignal zugeführt werden, sodass mittels Modulation ein optisches Ausgangssignal erzeugt werden kann. Dieses kann wiederum Umfeldinformationen enthalten, sodass dieses optische Ausgangssignal der Recheneinrichtung zur weiteren Auswertung beziehungsweise Verarbeitung übertragen werden kann.
Insbesondere kann der optischen-elektronischen Wandlereinheit ein elektrisches Empfangssignal und ein optisches Aussendesignal zugeführt werden, welche zumindest im Wesentlichen ein selbiges Frequenzband aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Sensorsystem eine weitere optische Einrichtung zum Erzeugen eines weiteren optischen Trägersignals auf. Des Weiteren weist das Sensorsystem einen weiteren elektrooptischen Modulator auf, welcher ausgebildet ist, auf Basis des weiteren optischen Trägersignals mehrere optische Signale derart zu erzeugen, dass die mehreren optischen Signale zueinander verschiedene Frequenzbänder aufweisen. Zusätzlich weist das Sensorsystem zumindest eine optische-elektronische-Wandlereinheit der Empfangseinrichtung auf, mit welcher auf Basis zumindest eines der mehreren optischen Signale und des zumindest einen elektrischen Empfangssignals ein optisches Ausgangssignal moduliert werden kann. Somit können hier optional für das Erzeugen beziehungsweise Modulieren des optischen Ausgangssignals auf die mehreren optischen Ausgangssignale des elektrooptischen Modulators verzichtet werden, da die Empfangseinrichtung von einer weiteren breitbandigen, optischen Quelle mit verschiedenen optischen Signalen versorgt wird, welche verschiedene Frequenzbänder zueinander aufweisen.
Mithilfe der optischen Einrichtung, welche beispielsweise als optische Quelle bezeichnet werden kann, kann die Empfangseinrichtung mit einem weiteren optischen Trägersignal versorgt werden. Das weitere optische Übertragungssignal kann identisch zu dem optischen Trägersignal sein. Der weitere elektrooptische Modulator kann ähnlich ausgebildet sein wie der bereits erwähnte elektrooptische Modulator. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems nach dem vorhergehenden Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung daraus. Der elektrooptische Modulator wird in einem spezifischen Betriebsmodus betrieben, wobei in dem spezifischen Betriebsmodus des elektrooptischen Modulators die mehreren optischen Aussendesignale derart erzeugt werden, dass die mehreren optischen Aussendesignale zueinander verschiedene Frequenzbänder aufweisen.
Insbesondere kann mit dem soeben geschilderten Verfahren ein vorhin beschriebenes Sensorsystem betrieben werden. Hierbei kann der elektrooptische Modulator in einem Arbeitspunkt betrieben werden, in dem möglichst viele Harmonische von möglichen identischen Amplituden erzeugt werden können. Dadurch kann mit einem elektrooptischen Modulator verschiedene Frequenzbänder erzeugt werden. Somit kann das Sensorsystem umfangreicher, insbesondere zur besseren Detektion der Umgebung, verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts (Verfahren) ist vorgesehen, dass der elektrooptische Modulator in dem spezifischen Betriebsmodus derart betrieben wird, indem der Nyquist-Punkt als Arbeitspunkt des elektrooptischen Modulators festgelegt wird. Hierdurch können folglich mehrere harmonische Signale erzeugt werden. Insbesondere bietet der Nyquist-Punkt den Vorteil, dass die mehrere optische Aussendesignale phasengleich zueinander sind. Somit können stabile Signale erzeugt und für die Umfelderfassung ausgesendet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Sensorsystem nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildungen daraus. Insbesondere beinhaltet das soeben beschriebene Kraftfahrzeug ein Sensorsystem nach dem vorherigen Aspekt.
Insbesondere handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein assistiertes oder zumindest teilweise autonom betriebenes Fahrzeug. Insbesondere handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein hochautomatisiertes Kraftfahrzeug, welches verschiedene Fahrerassistenzsysteme beinhaltet. Diese Fahrerassistenzsysteme können auf das vorgeschlagene Sensorsystem zurückgreifen und beispielsweise Umfeldinformationen abrufen. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug mehrere solcher Sensorsysteme aufweisen.
Insbesondere können in und/oder am Kraftfahrzeug mehrere Sendeeinrichtungen und mehrere Empfangseinrichtungen angeordnet sein. Diese wiederum können mit der zentralen Recheneinrichtung, welche beispielsweise zentral im Kraftfahrzeug integriert ist, gekoppelt sein.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Darüber hinaus können auch Straßenbahnen, U-Bahnen, Eisenbahnen, Boote, Flugzeuge, Satelliten und andere mobil Einheiten mit dieser Sensortechnologie ausgestattet werden.
Beispielsweise können die Einheiten des Sensorsystems verteilt am Kraftfahrzeug angeordnet sein, insbesondere zur Umfelderfassung. Insbesondere kann es sich bei dem Sensorsystem um ein Umfelderfassungssystem handeln.
Solch ein Sensorsystem kann insbesondere in Kraftfahrzeugen, schienengebundenen Fahrzeugen, Wasserfahrzeuge oder in automatisierten Systemen oder in der Luftfahrttechnik oder in der Raumfahrttechnik eingesetzt werden. Insbesondere kann das Sensorsystem zur Umfelderfassung beziehungsweise zur Detektion von Objekten oder Umweltverschmutzung verwendet werden.
Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte der Erfindung sind als vorteilhafte Ausführungsbeispiele anderer Aspekte, insbesondere aller anderen Aspekte, anzusehen. Insbesondere können die jeweiligen Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte als vorteilhafte Ausführungsbeispiele aller anderen Aspekte angesehen werden und umgekehrt ebenfalls.
Ein Umfeldsensorsystem kann beispielsweise als Sensorsystem verstanden werden, das dazu in der Lage ist, Sensordaten oder Sensorsignale zu erzeugen, welche die Umgebung des 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 und/oder Ultraschallsensorsysteme als Umfeldsensorsysteme aufgefasst werden.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sensorsystems beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, welches ein erfindungsgemäßes Sensorsystem aufweist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Recheneinrichtung und einer Sendeeinrichtung des Sensorsystems aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Sendeeinrichtung aus Fig. 2, welche zusätzliche eine optische Sendeeinrichtung aufweist;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Empfangseinrichtung des Sensorsystems 2 aus Fig. 1;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Empfangseinrichtung des Sensorsystems 2 aus Fig. 1 ; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Empfangseinrichtung des Sensorsystems 2 aus Fig. 1.
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.
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordenbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1% bis zu +/- 10 %.
Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikationen, die im Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - im Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten/ galten zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen zu verstehen."
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als hochautomatisiertes Fahrzeug oder als zumindest teilautonom betriebenes Fahrzeug ausgebildet sein.
Das Kraftfahrzeug 1 kann beispielsweise ein Sensorsystem 2 aufweisen. Mithilfe des Sensorsystems 2 kann eine Umfelderfassung einer Umgebung 3 des Kraftfahrzeugs 1 durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Sensorsystem 2 Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs 1 sein. Insbesondere liefert das Sensorsystem 2 entsprechend Informationen, insbesondere bezüglich der Umgebung 3, für das Fahrerassistenzsystem oder ein Fahrzeugführungssystem. Neben dem Einsatz des Sensorsystems 2 in dem Kraftfahrzeug 1 kann dieses ebenfalls in fahrzeugexternen Systemen eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Sensorsystem 2 in automatisierten Systemen, in der Raumfahrttechnik, in der Luftfahrttechnik oder in der Kommunikationstechnik angewendet werden.
In der Fig. 1 ist wiederum zur Veranschaulichung das Beispiel gezeigt, bei welchem das Sensorsystem 2 in dem Kraftfahrzeug 1 integriert ist.
In der Fig. 2 ist beispielhaft eine von mehreren Ausführungsformen des Sensorsystems 2 in einer Darstellung, insbesondere in einem Blockschaltbild, dargestellt.
Hierbei ist in der Fig. 2 beispielhaft eine Sendeeinrichtung 4 und eine Recheneinrichtung 5 des Sensorsystems 2 dargestellt. Die Recheneinrichtung 5 dient insbesondere zur Signalverarbeitung, Signalprozessierung und/oder Signalauswertung für das Sensorsystem 2.
Bei der Recheneinrichtung 5 kann es sich beispielsweise um eine Zentraleinheit beziehungsweise um eine zentrale Steuerungs- beziehungsweise zentrale Ansteuerungseinheit des Sensorsystems 2 handeln.
Das Sensorsystem 2 weist insbesondere eine optische Einrichtung 6 auf, mit welcher ein optisches Trägersignal 7 beziehungsweise ein optisches Übertragungssignal bereitgestellt beziehungsweise erzeugt werden kann. Die optische Einrichtung 6 kann, wie in der Fig. 2 beispielhaft dargestellt, in der Recheneinrichtung 5 integriert sein.
Die optische Einrichtung 6 kann beispielsweise eine Lasereinrichtung beziehungsweise eine optische Quelle sein.
In der dargestellten Fig. 2 ist die optische Einrichtung 6 in der Recheneinrichtung 5 integriert. Dies ist jedoch nur ein mögliches Beispiel. Ebenso kann die optische Einrichtung 6 als eigenständige Einheit ausgebildet sein.
Das Sensorsystem 2 kann einen elektrooptischen Modulator 8 aufweisen, welcher beispielsweise in der Recheneinrichtung 5 integriert beziehungsweise angeordnet ist. Mithilfe des elektrooptischen Modulators 8 können auf Basis des optischen Trägersignals 7 mehrere optische Aussendesignale 9 (hier vereinfacht dargestellt) erzeugt beziehungsweise generiert werden. Insbesondere ist der elektrooptische Modulator 8 derart ausgestaltet, dass Radarrampen beziehungsweise Radarsignale beziehungsweise Aussendesignale in unterschiedlichen Bändern beziehungsweise Frequenzbändern realisiert werden können. Dementsprechend benötigt hierfür das Sensorsystem nur einen einzigen elektrooptischen Modulator 8. Um dies realisieren zu können, wird der elektrooptische Modulator 8 in einem vorgegebenen beziehungsweise spezifischen Arbeitspunkt betrieben. Hierbei wird ein Arbeitspunkt gefahren beziehungsweise angesteuert, indem möglichst viele Harmonische, also harmonische Schwingungen, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches einer Grundfrequenz ist, erzeugt. Die Grundfrequenz kann wiederum mittels des optischen Trägersignals 7 bereitgestellt werden. Diese Harmonischen können eine identische Amplitude aufweisen. Um dies besonders vorteilhaft realisieren zu können, kann als Arbeitspunkt 10 der Nyquist-Punkt verwendet werden.
Auf Basis des Arbeitspunkts 10 und des optischen Trägersignals 7 können die mehreren optischen Aussendesignale 9 derart erzeugt werden, dass die mehreren optischen Aussendesignale 9 zueinander verschiedene Frequenzbänder aufweisen. Hierzu kann optional der elektrooptische Modulator 8 zusätzlich mit einem Hochfrequenz-Signal 11 moduliert werden. Hierbei kann es sich vor allem um ein RF-Signal handeln.
Für die Umfelderfassung weist das Sensorsystem 2 die zumindest eine Sendeeinrichtung 4 auf, welche zumindest eine funkbasierte Sendeeinheit 12 aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei beziehungsweise mehrere funkbasierte Sendeeinheiten 12, 13, 14 dargestellt. Bei der funkbasierten Sendeeinheit 12, 13, 14 kann es sich um eine Einheit beziehungsweise Einrichtung handeln, welche auf einem Radarsensor basiert.
Die erzeugten mehreren optischen Aussendesignale 9 können beispielsweise über optische Übertragungsstrecken, wie zum Beispiel über Glasfaser, an die Sendeeinrichtung 4 oder weitere Sendeeinrichtungen des Sensorsystems 2, übertragen beziehungsweise übersendet werden.
Die Sendeeinrichtung 4 kann beispielsweise zumindest eine optisch-elektronische- Wandlereinheit 15 aufweisen. Diese Wandlereinheit 15 dient zur opto-elektronischen Wandlung der mehreren optischen Aussendesignale 9 in mehrere elektrische Aussendesignale 16, 17, 18. Nach der Wandlung können die elektrischen Aussendesignale 16, 17, 18 mittels eines Verteilers 19 entsprechend separiert, insbesondere entsprechend ihres Frequenzbandes, werden. Bei dem Verteiler 19 kann es sich beispielsweise um einen „1x3 Power Devider“ handeln. Des Weiteren kann als Verteiler 19 ein schmalbandiger optoelektronischer Wandler oder ein elektrischer Bandpassfilter verwendet werden. Im Anschluss zu dem Verteiler 19 können die elektrischen Aussendesignale 16, 17, 18 entsprechend ihrer Frequenzbänder 20, 21 , 22 separiert beziehungsweise aufgeteilt werden. Beispielsweise können die elektrischen Aussendesignale 16, 17, 18 und ebenso die mehreren optischen Aussendesignale 9 kohärent zueinander und insbesondere phasengleich zueinander sein. Dementsprechend kann das vorgeschlagene Sensorsystem 2 derart betrieben beziehungsweise verwendet werden, indem gleichzeitig beziehungsweise synchron auf mehrere, wie in der Fig. 2 dargestellt auf drei, verschiedenen Frequenzbändern gemessen werden. Dies ist besonders vorteilhaft für eine Ortsklassifikation hinsichtlich der Umfelderfassung.
Nachdem die elektrischen Aussendesignale 16, 17, 18 separiert wurden, können diese jeweils mit einem Frequenzmanipulator 23, 24, 25 beziehungsweise einem Frequenzmischer in ihrem jeweiligen Frequenzband 20, 21 , 22 verändert, insbesondere hochgemischt, werden. Des Weiteren kann anschließend eine Verstärkung beziehungsweise ein Verstärken der jeweiligen Frequenzbänder 20, 21, 22 mittels eines jeweiligen elektrischen Verstärkers 26, 27, 28 erfolgen. Nachdem die elektrischen Aussendesignale 16, 17, 18 hochgemischt und verstärkt worden sind, können diese mittels einer jeweiligen funkbasierten Sendeeinheit 16, 17, 18, welche beispielsweise als Antennen bezeichnet werden können, zur Umfelderfassung in die Umgebung 3 ausgesendet beziehungsweise abgestrahlt werden.
Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung 4 als Sendemodul bezeichnet werden. Die Sendeeinrichtung 4 kann beispielsweise mithilfe der Recheneinrichtung 5 gesteuert beziehungsweise betrieben werden, sodass zumindest ein radarbasiertes Signal, also die Signale 16, 17, 18, ausgesendet werden können. Insbesondere zeigt die Ausführungsform in der Fig. 2 die Verwendung des Sensorsystems 2 als Radarsystem. Hierbei kann mithilfe des erfindungsgemäßen elektrooptischen Modulators 8 ein Mehrbandradar geschaffen werden. Insbesondere kann dies als „Nyquist-Puls-Multiband-Radar“ bezeichnet werden.
Die Recheneinrichtung 5 kann gegenüber der Sendeeinrichtung 4 eine räumlich und/oder körperlich getrennte Einheit sein. In diesem Fall kann die Recheneinrichtung 5 und die Sendeeinrichtung 4 über mehrere optische Übertragungswege beziehungsweise optische Übertragungsstrecken verbunden werden, um die optischen Signale austauschen beziehungsweise übertragen zu können. In einer weiteren Ausgestaltung kann es ebenfalls vorkommen, dass die Sendeeinrichtung 4 als auch die Recheneinheit 5 in einer gemeinsamen Einheit integriert sind. In der Fig. 2 ist beispielsweise dargestellt, dass mit einer Sendeeinrichtung 4 die unterschiedlichen Frequenzbänder 20, 21, 22 der Aussendesignale aussenden lassen können. Ebenfalls ist es denkbar, dass pro Aussendesignal beziehungsweise pro Frequenzband eine eigene Sendeeinrichtung 4 verwendet wird.
Insbesondere kann je nach Anwendungsfall das Sensorsystem 2 entsprechend konzipiert beziehungsweise gestaltet werden.
In der Fig. 3 ist in einer weiteren Ausführungsform des Sensorsystems 2 die Verwendung des Sensorsystems 2 als LIDAR-Radar-Kombisystem dargestellt. Hinsichtlich der Erzeugung der mehreren optischen Aussendesignale 9 und dem Aussenden der mehreren elektrischen Aussendesignale 16, 17, 18 wird auf die Ausführungen in der Fig. 2 nochmals verwiesen. Die Ausführungsform in der Fig. 3 unterscheidet sich gegenüber der Ausführungsform in der Fig. 2 darin, dass das Sensorsystem 2 zusätzlich zumindest eine optische Sendeeinheit 29 aufweist. Bei dieser optischen Sendeeinheit 29 kann es sich insbesondere um einen LIDAR- basierten Sensor handeln. Mithilfe der optischen Sendeeinheit 29 kann zumindest eines der mehreren optischen Aussendesignale 9 direkt zur Umfelderfassung ausgesendet werden. Hierbei kann nach der Erzeugung der mehreren optischen Aussendesignale 9 mittels einer optischen Einheit 30, welche beispielsweise als „1x2-Splitter“ ausgebildet sein kann, eine Verteilung beziehungsweise Abzweigung der optischen Aussendesignale 9 erfolgen. Somit können zum einen die optischen Aussendesignale 9, wie in der Fig. 2 bereits erläutert, für die Umwandlung in die elektrischen Aussendesignale 16, 17, 18 zu den funkbasierten Sendeeinheiten 12, 13, 14 übertragen werden. Zusätzlich können die optischen Aussendesignale 9 der zumindest einen optischen Sendeeinheit 29 oder weiteren optischen Sendeeinheiten übertragen werden.
Beispielsweise kann die optische Sendeeinheit 29 Bestandteil der Sendeeinrichtung 4 sein. Ebenso denkbar ist, dass die optische Sendeeinheit 29 separat zur Sendeeinrichtung 4 ausgebildet ist.
Somit kann mit der Ausführungsform in der Fig. 3 eine Kombination eines Radarsystems und eines LIDAR-Systems vorgenommen werden, nämlich mit dem Sensorsystem 2. Mithilfe der Recheneinrichtung 5 kann eine gemeinsame Ansteuerung und Auswertung erfolgen. Des Weiteren können Radar- und LIDAR-Signale beziehungsweise die funkbasierten Signale und die optikbasierten Signale kohärent zueinander sein und mithilfe der Recheneinrichtung 5 kann eine kombinierte Signalverarbeitung für die Sendeeinheiten 12, 13, 14, 29 bereitgestellt werden. In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform einer Empfangseinrichtung 31 des Sensorsystems 2 dargestellt. Beispielsweise kann die Empfangseinrichtung 31 in Kombination mit der Sendeeinrichtung 4 sein. Hierbei können diese zumindest teilweise in einer Einrichtung integriert sein. Beispielsweise kann in einer Kombination die Sendeeinrichtung 4 und die Empfangseinrichtung 31 durch wechselbare beziehungsweise ansteuerbare Komponenten kombiniert werden, sodass beispielsweise je nach Fall zwischen einem Empfangsbetrieb und einem Sendebetrieb umgeschaltet werden kann.
Die Empfangseinrichtung 31 kann zumindest eine funkbasierte Empfangseinheit 32, 33, 34 aufweisen. Hierbei kann es sich um radarbasierte Empfangseinheiten handeln. Mithilfe der funkbasierten Empfangseinheiten 32, 33, 34 kann zumindest ein elektrisches Empfangssignal 35, 36, 37 empfangen werden. Bei dem Empfangssignal beziehungsweise Empfangssignalen 35, 36, 37 kann es sich um zu den elektrischen Aussendesignalen 16, 17, 18 korrespondierende und in der Umgebung 3 reflektierte Signale handeln.
Insbesondere können die Sendeeinrichtung 4 und die Empfangseinrichtung 31 komplementär zueinander sein.
Beispielsweise können die empfangenen elektrischen Empfangssignale 35, 36, 37 mittels zumindest eines Mischers 38, 39, 40 heruntergemischt werden. Hierbei erfolgt insbesondere eine Veränderung beziehungsweise Anpassung des jeweiligen Frequenzbands der Empfangssignale 35, 36, 37. Zusätzlich kann je nach Signalstärke der empfangenen Empfangssignale 35, 36, 37 ein Verstärken mittels eines jeweiligen Verstärkers 41, 42, 43 erfolgen. Anschließend können die elektrischen Empfangssignale 35, 36, 37 an elektrischen Ausgängen bereitgestellt werden. Hierbei können diese insbesondere der Recheneinrichtung 5 oder einer sonstigen Auswerte- beziehungsweise Verarbeitungseinheit übertragen werden.
In der Fig. 5 ist in einer weiteren Ausführungsform eine Erweiterung der Empfangseinrichtung 31 aus der Fig. 4 dargestellt.
In der Ausführungsform in der Fig. 5 ist die Empfangseinrichtung 31 insbesondere derart ausgestaltet, dass eine optische Rückübertragung erfolgen kann. Hierbei können die mehrbändigen optischen Aussendesignale 9 mittels optischer Filter 44, 45, 46 wieder in die einzelnen optischen Träger beziehungsweise die einzelnen Frequenzbänder aufgespaltet werden. Hierzu können wiederum die optischen Aussendesignale 9 über eine Einheit 59, beispielsweise einem „1x4 Power-Splitter“, aufgeteilt beziehungsweise selektiert werden. Beispielsweise können sich die optischen Filter 44, 45, 46 einem Laufzeit-Verfahren, wie zum Beispiel „Time-of-Flight (ToF)“ bedienen. Die aufgeteilten und somit gefilterten Aussendesignale 9 können dann auf beziehungsweise mit den empfangenen elektrischen Empfangssignalen 35, 36, 37 moduliert werden. Hierzu kann wiederum zumindest eine optisch-elektronische Wandlereinheit 47, 48, 49 verwendet werden. Somit erfolgt beispielsweise hier auf Basis der Aussendesignale 9 und der Empfangssignale 35, 36, 37 eine Modulation eines optischen Ausgangssignals 50. Hierzu können wiederum nach den Vorgängen der Wandlereinheiten 47, 48, 48 die Signale mittels einer Einheit 51 , wie zum Beispiel einem „1x3 Power-Combiner“, eine Kombination stattfinden, sodass das optische Ausgangssignal 50 beispielsweise an einem optischen Ausgang bereitgestellt werden kann. Dies kann wiederum der Recheneinrichtung 5 oder einer sonstigen Verarbeitungseinheit zur Verfügung gestellt beziehungsweise übertragen werden.
In der Fig. 6 ist eine Alternative zu der Empfangseinrichtung 31 in der Fig. 5 dargestellt. Hierbei ist wiederum eine Empfangsschaltung mit optischem Ausgang wie in der Fig. 5 dargestellt, wobei hier jedoch die jeweiligen Frequenzbänder einer weiteren breitbandigen optischen Quelle verwendet werden. Hierzu kann eine weitere optische Einrichtung 52 verwendet werden. Diese kann ein weiteres optisches Trägersignal 53 erzeugen. Das Trägersignal 53 kann wiederum gleich dem Trägersignal 7 sein. Bei der weiteren optischen Einrichtung 52 kann es sich um eine weitere optische Quelle handeln. Mittels eines weiteren elektrooptischen Modulators 54, welcher beispielsweise identisch zu dem elektrooptischen Modulator 8 ausgebildet sein kann, kann auf Basis des Trägersignals 53 mehrere optische Signale 55, 56, 57 erzeugt werden. Somit kann hier wiederum das Trägersignal 53 in mehrere Bänder beziehungsweise Frequenzbänder aufgeteilt werden. Hierzu kann ein Verteiler 58, wie ein „1x3 Power Splitter“, verwendet werden. Der Modulator 54 kann ebenfalls in dem Arbeitspunkt 10 ähnlich des Modulators 8 betrieben werden. Anschließend können die Bänder beziehungsweise Frequenzbänder der Signale 55, 56, 57 mittels der optischen Filter 44, 45, 46 wieder aufgeteilt und anschließend moduliert werden. Hierbei können wiederum die Wandlereinheiten 47, 48, 48 verwendet werden. Somit kann hier auf Basis der optischen Signale 55, 56, 57 und den empfangenen elektrischen Empfangssignalen 35, 36, 37 das optische Ausgangssignal mittels Modulation erzeugt werden.
Eine weitere Alternative zu der Einrichtung 52 wäre die Verwendung einer breitbandigen optischen Quelle. Ebenso denkbar ist, das für jedes Empfangssignal 35, 36, 37 das Licht einer oder mehrerer optischen Quellen separat zu modulieren.
Des Weiteren kann das Sensorsystem 2 für die Verwendung als LIDAR-Radar-Kombisystem zumindest eine optische Empfangseinheit zum Empfangen eines optischen Empfangssignals aufweisen. Dieses optische Empfangssignal kann korrespondierend zu einem direkt ausgesendeten Aussendesignal 9 sein. Hierzu kann wiederum die Recheneinrichtung 5 ausgebildet sein, das optische Empfangssignal zu verarbeiten. Des Weiteren kann mittels eines optischen Demodulators das optische Empfangssignal demoduliert werden.
Die Ausführungsformen in den Fig. 2 bis 6 können je nach Anwendungsfall beziehungsweise Anwendungsgebiet des Sensorsystems 2 und verschieden miteinander kombiniert werden.
Insbesondere können die Recheneinrichtung 5, die Sendeeinrichtung 4 und die Empfangseinrichtung 31 zueinander körperlich und/oder räumlich getrennte Einheiten sein. Alternativ kann die Sendeeinrichtung 4, die Empfangseinrichtung 31 und die Recheneinrichtung 5 zusammen als gemeinsame Einheit gebildet sein.
Bezugszeichenliste
Kraftfahrzeug Sensorsystem Umgebung Sendeeinrichtung Recheneinrichtung optische Einrichtung optisches Trägersignal elektrooptischer Modulator mehrere optische Aussendesignale Arbeitspunkt
Hochfrequenz-Signal , 13, 14 funkbasierte Sendeeinheit optische-elektronische- Wandlereinheit, 17, 18 mehrere elektrische Aussendesignale
Verteiler , 21 , 22 Frequenzbänder , 24, 25 Frequenzmanipulator , 27, 28 Verstärker optische Sendeeinheit optische Einheit Empfangseinrichtung , 33, 34 funkbasierte Empfangseinheit , 36, 37 elektrische Empfangssignale , 39, 40 Mischer , 42, 43 Verstärker , 45, 46 optische Filter , 48, 49 optische-elektronische Wandlereinheit optisches Ausgangssignal Einheit weitere optische Einrichtung weiteres optisches Trägersignal weiterer elektrooptischer Modulator 55, 56, 57 mehrere optische Signale
58 Verteiler
59 Verteiler

Claims

Patentansprüche
1. Sensorsystem (2) zur Umfelderfassung, mit
- einer optischen Einrichtung (6) zum Erzeugen eines optischen Trägersignals (7),
- einer Sendeeinrichtung (4), welche ausgebildet ist, elektrische Aussendesignale (16, 17, 18), welche auf dem optischen Trägersignal (7) basieren, auszusenden, gekennzeichnet durch
- einen elektrooptischen Modulator (8), welcher einen vorgegebenen Arbeitspunkt (10) aufweist,
- den elektrooptischen Modulator (8), welcher ausgebildet ist, auf Basis des vorgegebenen Arbeitspunkts (10) und des optischen Trägersignals (7) mehrere optische Aussendesignale (9) derart zu erzeugen, dass die mehreren optischen Aussendesignale (9) zueinander verschiedene Frequenzbänder (20, 21, 22) aufweisen, und
- die Sendeeinrichtung (4), welche ausgebildet ist, die mehreren optischen Aussendesignale (9) in mehrere elektrische Aussendesignale (16, 17, 18) umzuwandeln und die mehreren elektrischen Aussendesignale (16, 17, 18) mit zumindest einer funkbasierten Sendeeinheit (12, 13, 14) auszusenden.
2. Sensorsystem (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrooptische Modulator (8) ausgebildet ist, für das Erzeugen der mehreren optischen Aussendesignale (9) zusätzlich ein dem elektrooptischen Modulator (8) bereitgestelltes Hochfrequenz-Signal (11) zu berücksichtigen.
3. Sensorsystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Sendeeinrichtung (4) zumindest eine optische-elektronische- Wandlereinheit (15) aufweist, mit welcher die mehreren optischen Aussendesignale (9) in die mehreren elektrischen Aussendesignale (16, 17, 18) umwandelbar sind, und/oder - die Sendeeinrichtung (4) zumindest einen Frequenzmanipulator (23, 24, 25) aufweist, mit welchem zumindest ein Frequenzband (20, 21 , 22) eines der mehreren elektrischen Aussendesignale (16, 17, 18) veränderbar ist, und/oder
- die Sendeeinrichtung (4) zumindest einen elektrischen Verstärker (26, 27, 28) zum Verstärken zumindest eines Frequenzband (20, 21 , 22) eines der mehreren elektrischen Aussendesignale (16, 17, 18) aufweist.
4. Sensorsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, eine optische Sendeeinheit (29) der Sendeeinrichtung (4), welche dazu ausgebildet ist, zumindest eines der mehreren optischen Aussendesignale (9) direkt auszusenden.
5. Sensorsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch
- eine Empfangseinrichtung (31), welche zumindest eine funkbasierte Empfangseinheit (32, 33, 34) zum Empfangen zumindest eines elektrischen Empfangssignals (35, 36, 37) aufweist, insbesondere die Empfangseinrichtung (31) zumindest einen Mischer (38, 39, 40) aufweist, mit welchem ein Frequenzband (20, 21, 22) des zumindest einen elektrischen Empfangssignals (35, 36, 37) veränderbar ist, und
- eine Recheneinrichtung (5), welche ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal (35, 36, 37) zu verarbeiten.
6. Sensorsystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Empfangseinrichtung (31) zumindest eine optische Empfangseinheit zum Empfangen eines optischen Empfangssignals aufweist, wobei die Recheneinrichtung (5) ausgebildet ist, das optische Empfangssignale zu verarbeiten, insbesondere die Empfangseinrichtung (31) einen optischen Demodulator zum Demodulieren des optischen Empfangssignals aufweist, und/oder
- die Empfangseinrichtung (31) zumindest eine optische-elektronische- Wandlereinheit aufweist, mit welcher auf Basis zumindest eines der mehreren optischen Aussendesignale (9) und des zumindest einen elektrischen Empfangssignals (35, 36, 37) ein optisches Ausgangssignal (50) moduliert werden kann.
7. Sensorsystem (2) nach Anspruch 5, gekennzeichnet, durch
- eine weitere optische Einrichtung (52) zum Erzeugen eines weiteren optischen Trägersignals (53),
- einen weiteren elektrooptischen Modulator (54), welcher ausgebildet ist, auf Basis des weiteren optischen Trägersignals (53) mehrere optische Signale (55, 56, 57) derart zu erzeugen, dass die mehreren optischen Signale (55, 56, 57) zueinander verschiedene Frequenzbänder (20, 21, 22) aufweisen, und
- zumindest eine optische-elektronische-Wandlereinheit ( 47, 48, 49) der Empfangseinrichtung (31), mit welcher auf Basis zumindest eines der mehreren optischen Signale (55, 56, 57) und des zumindest einen elektrischen Empfangssignals (35, 36, 37) ein optisches Ausgangssignal (50) moduliert werden kann.
8. Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der elektrooptische Modulator (8) in einem spezifischen Betriebsmodus betrieben wird, wobei in dem spezifischen Betriebsmodus des elektrooptischen Modulators (8) die mehrere optische Aussendesignale (9) derart erzeugt werden, dass die mehreren optischen Aussendesignale (9) zueinander verschiedene Frequenzbänder (20, 21, 22) aufweisen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrooptische Modulator (8) in dem spezifischen Betriebsmodus derart betrieben wird, indem der Nyquist-Punkt als Arbeitspunkt (10) des elektrooptischen Modulators (8) festgelegt wird.
10. Kraftfahrzeug (1) mit einem Sensorsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7.
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