EP4720710A1

EP4720710A1 - Verfahren zum bestimmen einer zielinformation zumindest eines zielobjekts in einer umgebung eines sensorsystems auf basis eines sar-algorithmus, sowie sensorsystem und fahrzeug

Info

Publication number: EP4720710A1
Application number: EP24728047.2A
Authority: EP
Inventors: Dr. Heiko Gustav KURZ; Dr. Thomas GISDER; Dr. Marc-Michael MEINECKE
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2023-05-24
Filing date: 2024-05-22
Publication date: 2026-04-08
Also published as: WO2024240816A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Zielinformation eines Zielobjekts (12), wobei - jedes Sendeelement in zeitlich aufeinander folgenden Sendevorgängen ein Sendesignal (11) in die Umgebung (2) aussendet, - ein zu dem jeweiligen Sendesignal (11) korrespondierendes Empfangssignal (13) von den mehreren Empfangselemente (5), empfangen wird, - auf Basis der mehreren Empfangselemente (5) und eines jeweiligen empfangenen Empfangssignals (13) mehrere virtuelle Antennenelemente (14) erzeugt werden, - für einen jeweiligen Entfernungsbereich (18, 19, 20) auf Basis der zu diesem Entfernungsbereich (18, 19, 20) zugeordneten Empfangssignale ein Signalverlauf (15, 16, 17) bestimmt wird, - ein erweiterter Signalverlauf auf Basis einer linearen Prädiktion des Signalverlaufs (15, 16, 17) prädiziert wird, - auf Basis eines erweiterten Signalverlaufs eines jeweiligen Entfernungsbereichs (18, 19, 20) ein Zielsignal rekonstruiert wird, und - die Zielinformation des Zielobjekts (12) auf Basis des rekonstruierten Zielsignals bestimmt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Sensorsystem (1) und ein Fahrzeug (7).

Description

Beschreibung

Verfahren zum Bestimmen einer Zielinformation zumindest eines Zielobjekts in einer Umgebung eines Sensorsystems auf Basis eines SAR-Algorithmus, sowie Sensorsystem und Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Zielinformation zumindest eines Zielobjekts in einer Umgebung eines Sensorsystems, welches zumindest ein Antennenarray aufweist, wobei das zumindest eine Antennenarray mehrere Sendeelemente und mehrere Empfangselemente aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Sensorsystem mit zumindest einem Antennenarray, welches mehrere Sendeelemente und mehrere Empfangselemente und zumindest eine elektronische Auswerteeinheit aufweist. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem.

Für das automatische Fahren ist das möglichst sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Dabei wird das Umfeld mit Hilfe von Sensoren, wie Radar, Lida und Kamera, erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche 360-Grad-3D-Erfassung der Umwelt, sodass alle Starthilfen und dynamische Objekte erfasst werden. Insbesondere dem Lida kommt mit 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 Sensoren kostenintensiv und in dem Aufbau aufwendig. Insbesondere 360-Grad-3D-Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind, um dies zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Sensoren verbaut. Weiterhin sind Lida-Systeme anfällig gegenüber Wettereinflüsse, wie Regen, Nebel oder direkten Sonneneinstrahlung. Radarsensoren sind seit Jahren im Automobilsektor etabliert und liefern bei allen Witterungsbedingungen stabile und ausfallsichere Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse, wie Regen, Neben, Schnee, Staub oder Dunkelheit, beeinflussen kaum ihre Wahrnehmung und Zuverlässigkeit. Allerdings ist ihr Auflösungsvermögen bisher eingeschränkt. Im Einsatz befindliche Radarsensoren weisen ein Auflösungsvermögen von ca. 7 Grad auf. Um die Anforderungen für die Autonomie-Level 4 und 5 beziehungsweise Stufe 4 und 5 des automatisierten Fahrens mit sicherer Fahrfunktion zu erreichen, müssen Radarsensoren dreidimensionale Bilder mit feiner Auflösung im Bereich von 0, 1 Grad und noch feiner mit einer größeren Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefern können. Dies kann mit der konventionalen Radartechnik erreicht werden, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Auflösungsvermögen eines Sensorsystems beziehungsweise eines Erfassungssystems zu verbessern, insbesondere zu verfeinern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Sensorsystem sowie 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 Zielinformation zumindest eines Zielobjekts in einer Umgebung eines Sensorsystems, welches zumindest ein Antennenarray aufweist, wobei das zumindest eine Antennenarray mehrere Sendeelemente und mehrere Empfangselemente aufweist, wobei

- Insbesondere jedes Sendeelement der mehreren Sendeelemente in zeitlich aufeinander folgenden Sendevorgängen ein Sendesignal in die Umgebung des Sensorsystems aussendet,

- Insbesondere ein zu dem jeweiligen Sendesignal korrespondierendes Empfangssignal von den mehreren Empfangselemente, nachdem ein jeweiliges Sendeelement ein jeweiliges Sendesignal ausgesendet hat, empfangen wird,

- Insbesondere auf Basis der mehreren Empfangselemente und eines jeweiligen empfangenen Empfangssignals mehrere virtuelle Antennenelemente erzeugt werden, wobei zwischen zwei benachbarten Empfangselementen zumindest ein virtuelles Antennenelement der mehreren virtuellen Antennenelemente virtuell angeordnet werden kann,

- Insbesondere ein jeweiliges empfangenes Empfangssignal zu einem Entfernungsbereich zugeordnet wird,

- Insbesondere für einen jeweiligen Entfernungsbereich auf Basis der zu diesem Entfernungsbereich zugeordneten Empfangssignale ein Signalverlauf in Bezug zu den mehreren Empfangselementen und den mehreren virtuellen Antennenelementen bestimmt wird,

- Insbesondere ein erweiterter Signalverlauf auf Basis einer linearen Prädiktion des bestimmten Signalverlaufs eines jeweiligen Entfernungsbereich prädiziert wird,

- Insbesondere auf Basis eines jeweiligen prädizierten erweiterten Signalverlaufs eines jeweiligen Entfernungsbereichs ein tatsächliches Zielsignal betreffend das zumindest eine Zielobjekt rekonstruiert wird, und

- Insbesondere die Zielinformation des zumindest einen Zielobjekts auf Basis des rekonstruierten tatsächlichen Zielsignals bestimmt wird. Durch das vorgeschlagene Verfahren kann ein Sensorsystem effizienter betrieben werden, indem das Auflösungsvermögen des Sensorsystems verbessert, insbesondere verfeinert, wird. Des Weiteren kann durch das vorgeschlagene Verfahren eine Kompensierung von parallaxe Effekten in großen Antennenapparaturen beziehungsweisen Apparaturen des Sensorsystems durchgeführt werden. Entgegen der konventionalen Vorgehensweise eine virtuelle Apparatur durch Bewegung eines Sensors aufzuspannen, wird die virtuelle Apparatur durch zeitliche Synthese großflächig angeordneter Einzelantennen aufgespannt. Grundvoraussetzung für die Anwendbarkeit sind kohärente Empfangseigenschaften der Einzelantennen sowie das MIMO- („Multiple-Input-Multiple-Output“ bzw. „Mehrere-Eingänge-Mehrere-Ausgänge“)-Prinzip Multiple- Input-Multiple-Output. Insbesondere erzeugen dabei abwechselnde Sendevorgänge neu virtuelle Antennen, deren Positionen im Freiraum zwischen den physisch verbauten Antennen abdecken, deren räumliche Abstände zueinander allerdings nicht dem Kriterium nach Nyquist genügen. Diesbezüglich kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren Abhilfe geschaffen werden.

Jede virtuelle Empfangsantenne (reales Empfangselement) empfängt nach Durchlauf eines Sendevorgangs innerhalb eines Ml MO- Zyklus ein Empfangssignal, das gegenüber dem Sendesignal zeitlich verschoben ist. Für die Anwendbarkeit beispielsweise eines SAR- Algorithmus ist die Anzahl virtueller Empfangsantennen beziehungsweise realer Empfangselemente zu spärlich, sodass die fehlenden Empfangssignale mittels einer Modellfunktion durch lineare Prädiktion oder nicht-lineare Prädiktion kompensiert werden müssen. Das basierend auf den Empfangssignalen gestützte Modellsignal berechnet ein hypothetisches Empfangssignal für jede Empfangsantenne, die für die Einhaltung des Nyquist- Kriteriums und somit für die Anwendbarkeit beispielsweise der SAR-(„Synthetic-Aperture-Radar“ bzw. „Synthetisches Apertur Radar“)-Algorithmen erforderlich wären.

Diesbezüglich kann in zeitlich aufeinanderfolgenden Sendevorgängen jedes Sendeelement, also eine Sendeantenne, der mehrere Sendeelemente ein jeweiliges beziehungsweise eigenes Sendesignal, insbesondere ein elektrisches Signal, in die Umgebung des Sensorsystems aussenden. Nach einem jeweiligen durchgeführten Sendevorgang kann von den mehreren Empfangselementen, also Empfangsantennen, ein jeweiliges zu dem ausgesendeten Sendesignal korrespondierendes Empfangssignal empfangen beziehungsweise detektiert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt können die ausgesendeten Sendesignale in der Umgebung, beispielsweise bei Auftreffen auf das zumindest eine Zielobjekt oder mehreren Zielobjekten, wiederum reflektiert werden, sodass diese Rückreflektion durch ein oder mehrere Empfangselemente empfangen werden können. Hierzu kann das Sensorsystem, bei welchem es sich um ein Erfassungssystem, wie ein Radarsystem, handeln kann, zumindest ein Antennenarray oder mehrere Antennenarrays aufweisen. Ein solches Antennenarray beziehungsweise Array weist eine Anzahl von realen Sendeelementen und realen Empfangselementen auf. Diese können verteilt zueinander je nach Anwendungsfall angeordnet sein. Bei Verwendung des Sensorsystems im Kraftfahrzeugbereich können die Sendeelemente als auch die Empfangselemente verteilt am Fahrzeug beispielsweise angeordnet sein. Hier kann es der Fall sein, dass die Anzahl und besonders die Anordnung der realen Sendeelemente als auch der realen Empfangselemente zu spärlich ist, sodass eine ungenaue Zieldetektion beziehungsweise Erfassung vorliegen könnte. Um hier nun wiederum Abhilfe zu schaffen, kann auf Basis der mehreren Empfangselemente und ein jeweiliges empfangene Empfangssignal und der mehreren virtuellen Antennenelemente mehrere virtuelle Antennenelemente erzeuge werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann nach jedem Sendevorgang auf Basis des einen empfangenen Empfangssignals oder mehrere empfangenen Empfangssignalen und den jeweils dazu entsprechenden Empfangselementen virtuelle Antennenelemente, also systemseitig generierte Antennenelemente, erzeugt werden. Dies kann beispielsweise mittels einer elektronischen Auswerteeinheit des Sensorsystems oder einer sonstigen Recheneinheit des Sensorsystems erfolgen. Mit anderen Worten ausgedrückt kann nach einem jeweiligen Sendevorgang die von einem oder mehreren empfangenen Signale der Empfangselemente überprüft werden, ob eine ausreichende Anzahl an realen Empfangselementen vorliegt, um eine entsprechende Signalauswertung durchführen zu können. Um die hier wiederum zu schaffen, kann ein oder mehrere virtuelle Antennenelement systemseitig generiert werden. Hierbei erfolgt ja die Generierung dieser virtuellen Antennenelemente derart, dass beispielsweise zwischen zwei benachbart angeordneten realen Empfangselementen zumindest ein virtuelles Antennenelement erzeugt wird, um virtuell betrachtet diesen Freiraum zwischen den realen Empfangselementen systemseitig ausgleichen beziehungsweise auffüllen zu können.

Auf Basis eines jeweiligen empfangenen Empfangssignals kann eine Zuordnung beziehungsweise Klassifizierung zu einem Entfernungsbereich durchgeführt werden. Dies kann durch die Auswerteeinheit beispielsweise erfolgen. Bei den Entfernungsbereichen kann es sich um Entfernungstore beziehungsweise „Range Gates“ handeln. Da die verschiedensten Signale in die Umgebung ausgesendet werden und je nach Aussendung und je nach Beschaffenheit in der Umgebung können die Signale verschiedene Distanzen zurücklegen, sodass zu einem jeweiligen Empfangssignal ein spezieller Empfangsentfernungsbereich, also beispielsweise einer Distanz zwischen dem empfangenen Empfangselement und dem jeweiligen Zielobjekt vorliegt. Vor allem können hier solche Empfangssignale zu einem dazugehörigen Entfernungsbereich zugeordnet werden, welche einen gleichen Entfernungstor-Index aufweisen. Anschließend können für einen jeweiligen Entfernungsbereich ein Signalverlauf, insbesondere ein örtlicher Signalverlauf bestimmt beziehungsweise generiert werden. Hierbei können insbesondere Index-gleiche Empfangssignale im Hinblick auf den jeweiligen Entfernungsbereich zu einem Signalverlauf in Bezug zu den mehreren realen Empfangselementen und den mehreren virtuellen Antennenelementen generiert werden. Anschließend kann auf Basis einer linearen Prädiktion oder auf Basis einer nicht-linearen Prädiktion ein erweiterter Signalverlauf beziehungsweise ein Modellsignal für einen jeweiligen Entfernungsbereich prädiziert werden. Dies kann abhängig von einem Nyquist-Kriterium erfolgen. Mit der elektronischen Auswerteeinheit beispielsweise oder einer sonstigen Recheneinheit kann anschließend, insbesondere systemseitig und/oder automatisch, ein tatsächliches Zielsignal hinsichtlich des zumindest einen Zielobjekts dekonstruiert beziehungsweise abgebildet beziehungsweise nachgebildet werden. Dies bringt den Vorteil mit, dass das Auflösungsvermögen erhöht werden kann, obwohl die Anzahl an realer Antennenelemente ungenügend ist, aber durch die Erzeugung virtueller Antennenelemente und die Selektierung beziehungsweise Analyse hinsichtlich der einzelnen Entfernungsbereiche kompensiert werden kann. Auf Basis des rekonstruierten tatsächlichen Zielsignals können die jeweils benötigten Zielinformationen, wie ein Zielwinkel oder eine Zielgeschwindigkeit, hinsichtlich des Zielobjekts erzeugt werden, und beispielsweise einem Umfeldmodell zur Umfelderfassung bereitgestellt beziehungsweise übermittelt werden. Beispielsweise kann auf Basis der linearen Prädiktion das Sensorsystem kalibriert werden.

Durch das vorgeschlagene Verfahren kann die Diagnosefähigkeit und eine Zuverlässigkeitsprüfung am Fehlerfall durchgeführt werden. Des Weiteren kann eine Kompensation bei Ausfall einzelner realer Elemente durchgeführt werden, sodass die Systemrobustheit des Sensorsystems erhöht werden kann. Beispielsweise kann nach Ausfall einzelner realer Antennenelemente eine Rekonfiguration des Antennenarrays durchgeführt werden, sodass das Array nicht getauscht werden muss. Dies kann durch die Erzeugung der virtuellen Antennenelemente erreicht werden. Durch die Vorgehensweise des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Auflösungsvermögen und insbesondere die Genauigkeit des Sensorsystems verfeinert beziehungsweise erhöht werden. Somit kann ebenfalls eine Detektionsreichweite des Sensorsystems erhöht werden. Durch die geringere Anzahl benötigter realer Antennenelemente kann eine kostengünstige Fertigung des Antennenarrays erfolgen bei dennoch einem verfeinerten Auflösungsvermögen des Gesamtsystems beziehungsweise des Sendesystems. Des Weiteren kann beispielsweise das tatsächliche Zielsignal beispielsweise als Kalibrierungsmethode verwendet werden. Des Weiteren biete das vorgeschlagene Verfahren für Sensorsysteme den Vorteil, dass eine Kostenersparnis bei Steuergeräten und Recheneinheiten vorgenommen werden kann.

Das vorgeschlagene Verfahren kann auf Lida-, Kamera- und Satellitenkommunikationssystemen anwendet beziehungsweise übertragen werden.

Insbesondere kann es sich bei dem vorgeschlagenen Verfahren um ein computerimplementiertes Verfahren handeln.

Vor allem biete das vorgeschlagene Verfahren den Vorteil, dass bei Sensorsystemen, welche in einer Sparse-Array-Konfiguration ausgebildet sind dennoch das Nyquist-Kriterium erfüllt werden kann. Dadurch kann verhindert werden, dass es zu Mehrdeutigkeiten im Antennendiagramm kommen kann, sodass die Zieldirektion dennoch verbessert werden kann. Des Weiteren können mittels des vorgeschlagenen Verfahrens große Apparaturen hinsichtlich des Antennenarrays verwendet werden, sodass im Gegensatz zu herkömmlichen Anwendungen Abstandsänderungen zwischen den einzelnen Antennenelementen und einem Zielobjekt linear nachgebildet werden kann.

In dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das jeweilige tatsächliche Zielsignal auf Basis eines Synthetischer-Apertur-Radar-Algorithmus (engl. „Synthetic-Aperture-Radar-Algorithmus“), eines Rückprojektions-Algorithmus, ein Bereich-Zellen-Migrations-Algorithmus (eng. „Range- Cell-Migrations-Algorithmus“) oder eines Robuster-Mehrfeld-Analyse-Algorithmus (engl.

„Robust-Multiarray-Analysis-Algorithmus“) rekonstruiert wird. Somit können die verschiedensten Algorithmen verwendet werden, um bei einer Sparse-Array-Konfiguration eines Sensorsystems dennoch eine verbesserte Zieldetektion und insbesondere ein verbessertes Auflösungsvermögen erreichen zu können. Vor allem kann durch die Verwendung eines soeben genannten Algorithmus trotz der spärlich besetzten realen Antennenelemente des Antennenarrays dennoch eine genaue Zielerfassung mit einer insgesamt hohen Detektionsreichweite erreicht werden.

Die Anwendung von Algorithmen, insbesondere aus der Familie der Synthetik-Aperture-Radar (SAR)-Algorithmen ermöglicht die Konstruktion großer virtueller Apparaturen durch Synthese vieler Radar-Einzelmessungen entlang einer zurückgelegten Strecke eines bewegten Sendesystems, wie eines Radarsystems. Nach Anwendung er Rekonstruktionsschritte eines SAR-Algorithmus besitzt die konstruierte virtuelle Apparatur die gleiche Eigenschaft wie eine äquivalente physische Apparatur gleicher Dimension. Dies nimmt die vorliegende Anwendung vorteilhaft auf. Unabdingbar für den Konstruktionsschritt ist die Einhaltung des Niquist- Kriteriums, welches sich im Falle einer synthetischen Apparatur auf den räumlichen Abstand aufeinanderfolgender Einzelmessungen bezieht.

A As = -

4 mit As als räumliche Abstand aufeinanderfolgender Messpositionen und A einer Wellenlänge des Trägersignals.

Charakteristisch für die Anwendung von SAR-Algorithmen während des Konstruktionsschrittes ist die Ausrichtung eines Sensors beziehungsweise der jeweiligen Einzelsende- oder Empfangselemente senkrecht zur Bewegungsrichtung einer Trägerplattform, um eine möglichst große Apparatur abzudecken. Mit der vorliegenden Erfindung kann die konventionelle Anwendung der SAR-Algorithmen durch Ausrichtung des Sensors beispielsweise in Fahrtrichtung der Trägerplattform erweitert werden. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn das Sensorsystem im Automobilbereich eingesetzt wird.

Entgegen der konventionellen Vorgehensweise eine virtuelle Apparatur durch Bewegung eines Sensors aufzuspannen, wird die virtuelle Apparatur durch zeitliche Synthese großflächig angeordneter Einzelantennen aufgespannt. Grundvoraussetzung für die Anwendbarkeit, sind kohärente Empfangseigenschaften der Einzelantennen sowie das MIMO-Prinzip. Hierzu erzeugen abwechselnde Sendevorgänge neue virtuelle Antennenelemente, deren Position im Freiraum zwischen den physisch verbauten Antennen, insbesondere in realen Empfangselementen, abdeckt, deren räumlicher Abstand zueinander nicht allein das Kriterium nach Niquist erfüllen. Dies kann mit der vorliegenden Erfindung entsprechend gelöst werden.

Das Antennenarray kann beispielsweise als Gruppenantenne oder als Phased-Array-Antenne ausgebildet sein.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis eines jeweiligen prädizierten erweiterten Signalverlaufs eines jeweiligen Entfernungsbereichs, den mehreren Sendelementen, den mehreren Empfangselementen und den mehreren virtuellen Antennenelemente ein synthetisches Antennenarray generiert wird, wobei das synthetische Antennenarray beim Rekonstruieren des tatsächlichen Zielsignals berücksichtigt wird. Mit anderen Worten kann ein virtuelles Antennen-Array, welches als synthetisches Antennenarray bezeichnet werden kann, über einen Ml MO- Zyklus erzeugt werden. Dies kann somit systemseitig erfolgen, sodass es sich bei dem synthetischen Antennenarray um ein solches antennensystemseitig generiertes Antennenarray handelt, welches reale Antennenelemente als auch virtuelle Antennenelemente erzeugt. Somit kann eine systemseitige Synthetisierung eines vollbesetzten Arrays durchgeführt werden, sodass hierbei die Nachteile eines Sensorsystems mit einer Sparse-Array-Konfiguration gelöst beziehungsweise reduziert werden können. Mittels der systemseitigen generierten synthetischen Antennenarray kann wiederum die Rekonstruktion des tatsächlichen Zielsignals, insbesondere auf Basis eines SAR-Algorithmus, durchgeführt werden.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis eines jeweiligen prädizierten erweiterten Signalverlaufs eines jeweiligen Entfernungsbereichs beziehungsweise Entfernungstors für zumindest ein virtuelles Antennenelement und mehreren virtuellen Antennenelemente ein hypothetisches Empfangssignal bestimmt wird. Dieses zumindest eine hypothetische Empfangssignal kann beim Rekonstruieren des tatsächlichen Zielsignals berücksichtigt werden. Nachdem die mehreren virtuellen Antennenelemente generiert wurden und zwischen beispielsweise zwei benachbart angeordneten realen Empfangselemente zumindest ein virtuelles Antennenarray dort virtuell positioniert wurde, kann auf Basis der benachbarten realen Empfangselemente und der von diesen empfangenen Empfangssignalen oder von sonstigen Empfangssignalen der mehreren realen Empfangselemente ein jeweiliges systemseitig generiertes, insbesondere hypothetisches, Empfangssignal für das jeweilige virtuelle Antennenelement erzeugt werden. Somit kann vor allem das als synthetische Antennenarray beziehungsweise das virtuelle Antennenarray für die systemseitige Betrachtung eine ausreichende Anzahl von entsprechenden Signalen aufweisen, um anschließend wiederum das tatsächliche Zielsignal für die jeweilige Zieldetektion bereitstellen zu können.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis eines jeweiligen empfangenen Empfangssignals der mehreren Empfangselementen und/oder der mehreren virtuellen Antennenelemente ein Entfernungsspektrum bestimmt wird. Bei dem Entfernungsspektrum handelt es sich um ein „Range-Spektrum“. Beispielsweise kann auf Basis der empfangenen Signale und der virtuell generierten, insbesondere hypothetischen, Signale ein entsprechendes Entfernungsspektrum berechnet beziehungsweise generiert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann auf Basis der Empfangssignale der realen als auch der virtuellen Antennen ein Range-Spektrum berechnet werden. Dies kann dazu verwendet werden, um die lineare Prädiktion besser durchführen zu können. Für die lineare Prädiktion ist es von Vorteil, dass störende Phasenterme kompensiert werden. Dies kann mit Hilfe des Entfernungsspektrums entsprechend realisiert werden.

Für diese Kompensation der störenden Phasenterme kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel auf Basis des Entfernungsspektrums, auf Basis eines jeweiligen empfangenen Empfangssignals, auf Basis der mehreren Empfangselemente und/oder auf Basis der mehreren virtuellen Antennenelemente ein Entfernungs-Dopplerspektrum bestimmt werden. Durch dieses Entfernungs-Dopplerspektrum beziehungsweise „Range-Doppler-Spektrum“ kann die entsprechende Kompensation der störenden Phasenterme durchgeführt werden, sodass die Anwendbarkeit der SAR-Algorithmen verbessert beziehungsweise ermöglicht werden kann.

Auf Basis des Entfernungs-Dopplerspektrums können in einem weiteren Ausführungsbeispiel potentielle Zielobjekte, also hypothetische Zielobjekte, in der Umgebung bestimmt werden. Zusätzlich kann eine Dopplergeschwindigkeit eines jeweiligen potentiellen Zielobjekts bestimmt werden. Beispielsweise kann mittels geeigneter Detektionsalgorithmen, wie einen CFAR- Schwellwert, nach der Range- als auch Range-Doppler-Spektrumberechnung, potentielle Ziele bestimmt werden und insbesondere deren Dopplergeschwindigkeit berechnet werden. Auf Grundlage der bestimmten Dopplergeschwindigkeit kann wiederum die Kompensation der störenden Phasenterme durchgeführt werden.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis der Dopplergeschwindigkeit und der potentiellen Zielobjekte ein Phasenfilter bestimmt wird, wobei abhängig von dem Phasenfilter ein jeweiliges empfangenes Empfangssignal angepasst werden kann. Mit anderen Worten ausgedrückt kann auf Grundlage der bestimmten Dopplergeschwindigkeit ein entsprechender Phasenfilter berechnet werden, welche den Dopplerphasenterm aus jedem Empfangssignal kompensieren kann. Die Ausgangsbasis für die Anwendung der SAR- Algorithmen kann im Anschluss ein Empfangssignal ohne störenden Phasenterm bilden.

Bei dem vorgestellten Verfahren kann es sich um ein computerinduziertes Verfahren handeln. Daher betrifft ein weiterer (unabhängiger) Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm mit Programm-Code-Mittel, welche eine elektronische Recheneinrichtung dazu veranlassen, wenn die Programm-Code-Mittel von der elektronischen Recheneinrichtung abgearbeitet werden, ein Verfahren nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Ausgestaltung durchzuführen. Dementsprechend betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium mit einem Computerprogrammprodukt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit zumindest einem Antennenarray, welches mehrere Sendeelemente und mehrere Empfangselemente und zumindest eine elektronische Auswerteeinheit aufweist, wobei das Sensorsystem zur Durchführung eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon ausgebildet ist.

Insbesondere kann es sich bei dem Sensorsystem um ein Erfassungssystem, wie ein Radarsystem, Lidasystem, Kamerasystem oder sonstiges Umfelderfassungssystem handeln. Das Antennenarray kann beispielsweise als dünn besetztes Antennenarray konfiguriert sein.

Mit Hilfe des vorgeschlagenen Sensorsystems kann eine verbesserte Umfelderfassung und insbesondere eine verbesserte Zieldetektion durchgeführt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem nach dem vorherigen Aspekt und einer vorteilhaften Weiterbildung. Vor allem kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug, wie ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftwagen handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug um ein hochautomatisiertes Fahrzeug, wie ein zumindest teilweise autonom betriebenes oder vollautonom betriebenes Fahrzeug handeln.

Hierzu kann mit Hilfe des Sensorsystems die Umgebung beziehungsweise das Umfeld des Fahrzeugs erfasst werden, sodass eine entsprechende Umfelderfassung durchgeführt werden kann, um dies wiederum Fahrassistenzsystemen, Fahrzeugführungssystem oder sonstigen Assistenzsystem des Fahrzeuges bereitstellen zu können.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele eines Aspekts können als vorteilhafte Ausführungsbeispiele der anderen Aspekte oder aller anderen Aspekte angesehen werden. Dies gilt in umgekehrter Art und Weise 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 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 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 eine schematische Darstellung, insbesondere eine Darstellung in Blockschaltbildern, eines Sensorsystems;

Fig. 2 eine schematische Anordnung von Sendeelementen und Empfangselementen des Sensorsystems aus Fig. 1 an einem Fahrzeug;

Fig. 3 zeigt ausgehend von der Fig. 2 das Erstellen von virtuellen Antennenelementen durch zeitlich aufeinanderfolgende Sendevorgänge unterschiedlicher Sendelemente;

Fig. 4 zeigt einen weiteren Sendevorgang ausgehend von der Fig. 3;

Fig. 5 zeigt ausgehend von der Fig. 4 wiederum einen weiteren Sendevorgang um weitere virtuelle Antennenelemente generieren zu können;

Fig. 6 zeigt schematische Signalverläufe der empfangenen Signale der Empfangselemente als auch der virtuellen Antennenelemente;

Fig. 7 zeigt ausgehend von der Fig. 6 wie die fehlenden Signalbereiche beziehungsweise Signalbestandteile durch lineare Prädiktion aufgefüllt werden können;

Fig. 8 zeigt einen schematischen Ablauf zur Bestimmung einer Zielinformation eines Zielobjekts durch Einsatz eines SAR-Algorithmus im Sensorsystem aus der Fig. 1 mit einer „Sparse-Array-Konfiguration“; Fig. 9 zeigt einen Beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zum Einsatz linearer Prädiktion in dem Sensorsystem aus Fig. 1 ;

Fig. 10 zeigt einen beispielhaften transformierten, örtlichen Signalverlauf eines abgetasteten Empfangssignals des Antennenarrays des Sensorsystems aus Fig. 1;

Fig. 11 zeigt einen beispielhaften Vergleich einer Auswertung eines prädizierten Winkelspektrums einer 32-elementigen Patch-Antenne gegenüber einem Verfahren der diskreten Fourier-Transformation und der linearen Prädiktion;

Fig. 12 zeigt beispielhaft verschiedene Ansichten eines Fahrzeugs mit verschiedenen Anordnungen, Antennenelemente des Antennen-Arrays;

Fig. 13zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Anordnung der Sende- und Empfangselemente in Sparse-Array-Konfiguration in Azimut;

Fig. 14zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Anordnung der Sende- und Empfangselemente in Sparse-Array-Konfiguration in Elevation;

Fig. 15 zeigt eine beispielhafte Ausführung, wie mehrere Antennenelemente ein gesamtes Antennenarray bilden;

Fig. 16zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung, wie mehrere Antennen ein gesamtes Antennenarray bilden; und

Fig. 17. zeigt eine schematische Darstellung einer Emissionskeule, welche durch Kombination mehrerer Antennenelemente geformt ist.

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.

Die Fig. 1 zeigt eine beispielhafte und mitunter schematische Darstellung eines Sensorsystems 1. Bei dem Sensorsystem 1 kann es sich um ein Radarsystem für den Automobilbereich handeln. Ebenfalls denkbar ist, dass es sich bei dem Sensorsystem 1 um ein Lidarsystem, Kamerasystem und/oder Satellitenkommunikationssystem handeln kann. Mithilfe des Sensorsystems 1 kann insbesondere eine Umfelderfassung beziehungsweise Umfeldwahrnehmung einer Umgebung 2 des Sensorsystems 1 durchgeführt werden. Dies ist insbesondere im Automobilbereich von Vorteil.

Das Sensorsystem 1 , bei welchem es sich insbesondere um ein elektronisches System beziehungsweise eine elektronische Vorrichtung handelt, kann zumindest ein Antennenarray 3 oder mehrere solcher Antennenarrays aufweisen. Ein solches Antennenarray 3 kann wiederum mehrere, insbesondere reale, Sendeelemente 4 und mehrere, insbesondere reale, Empfangselemente 5 aufweisen. Diesbezüglich ist in der Fig. 1 schematisch als eine denkbare Ausführungsform ein Aufbau eines Sendeelementes 4, als auch ein Aufbau eines Empfangselements 5 dargestellt. Analog können die weiteren beziehungsweise vielzähligen Sende- und Empfangselemente 4, 5 ausgestaltet sein.

Neben dem zumindest einen Antennenarray 3 kann das Sensorsystem 1 eine elektronische Auswerteeinheit 6 aufweisen. Diese elektronische Auswerteeinheit 5 kann als Zentralstation beziehungsweise Zentralverarbeitungseinheit des Sensorsystems 1 bezeichnet werden. Mit dieser elektronischen Auswerteeinheit 6 kann die Signalverarbeitung im Sensorsystem 1 vorgenommen werden. Beispielsweise können die Sende-und Empfangselemente 4, 5 jeweils an konventionellen oder elektronischen EPIC-„electronic photonic integrated circuit“ bzw. elektronisch-photonischer integrierter Schaltkreis“)-Radar-Chips angebunden beziehungsweise gekoppelt werden. Die jeweiligen Daten des Antennenarrays 3 und insbesondere der Sende- und Empfangselemente 4,5 können der elektronischen Auswerteeinheit 6 beziehungsweise an die zentrale Datenverarbeitungseinheit zur Signalverarbeitung übertragen werden.

Die elektronische Auswerteeinheit 6 kann wiederum die Daten an ein Umfeldmodell, insbesondere zur Umfelderfassung, übergeben beziehungsweise übertragen. Insbesondere kann das Sensorsystem 1 und insbesondere alle Sende- und Empfangselemente 4, 5 kommunikativ über elektronische oder optische Verbindungsmöglichkeiten verbunden sein. Somit kann ein Kostenersparnis erreicht werden, da die Anzahl an Steuergeräten und Recheneinheiten geringer ist. Um das Antennenarray 3 besondere Effizienz im Automobilbereich einsetzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Antennenarray 3 als dünnbesetztes Antennenarray, also in einer Sparse-Array-Konfiguration bzw. Dünnbesetzte- Matrix-Konfiguration verwenden wird. Dementsprechend können die einzelnen Sende- und Empfangselemente 4, 5, beliebig platziert beziehungsweise positioniert, insbesondere im oder an einem Fahrzeug 7 (vergleiche Fig. 11) werden. Hierzu kann das vorgeschlagene Antennenarray 3 ein vereinfachtes 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.

Beispielsweise kann die elektronische Auswerteeinheit 6 als elektronische Recheneinrichtung bezeichnet werden. Bei den Sendeelementen 4 kann es sich um Sendeantennen und bei den Empfangselementen 5 wiederum um Empfangsantennen handeln. Beispielsweise sind vorliegend die elektronisch-photonisch integrierten Schaltkreise (EPIC) und deren Bauteile mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Hier sind spezielle Gitterkoppler und Fotodioden für einen Transmitter sowie zwei Gitterkoppler, Fotodioden und einen Modulator für den Receiver (Empfangselement 5) dargestellt. Die elektronischen Komponenten sind mit dem Bezugszeichen 9 versehen. Hierbei können Analog-Digital-Umsetzer, Quadraturamplitudenmodulatoren, Signalverarbeitungseinheiten, „Bias“, Frequenzmultiplikatoren oder Verstärkereinheiten gemeint sein. Des Weiteren sind die optischen Komponenten 10, insbesondere optische Fasern, entsprechend dargestellt.

Beispielsweise zeigt die Fig. 1 , das eine Zentralstation, insbesondere die elektronischen Auswerteeinheit 6, eine optische T rägerfrequenz erzeugt. Auf dieser wird mit beispielsweise einem Achtel der Trägerfrequenz moduliert und die optische Faser an die Antennenchips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, sodass die Strahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Dabei werden alle Daten wiederum an der elektronischen Auswerteeinheit 6 prozessiert.

Insbesondere kann es sich bei dem Sensorsystem 1 um ein photonisches Radarsystem zur Erhöhung des Auflösungsvermögens handeln. Hierbei erfolgt eine Kointegration von elektronischen und photonischen Komponenten in einem einzigen Halbleiter.

Beispielsweise kann die Erzeugung eines FMCW-Signals („Dauerstrichradarsignal“) oder eines vergleichbaren Signals, wie zum Beispiel PNCW („ununterbrochene Welle)“)- CDMA („Code Division Mehrfachzugriff)-, oder Pulssignals, sowie die gesamte Signalverarbeitung und Signalauswertung können dabei durch die elektronische Auswerteeinheit 6 zentral durchgeführt werden. Jedes Sende- und Empfangsmodul, also die Sende- und Empfangselemente 4, 5, bestehen aus einem elektronisch-photonisch kointegrierten Chip. Für die Kointegration kann eine Silizium-Photonen-Technologie verwendet werden. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik gemeinsam auf einem Chip, also eine elektronisch-photonische Kointegration. Die technische Integration eines solchen Systems liegt dabei in der Signalübertragung von Gigahertzsignalen mittels eines optischen Trägersignals im Terahertz-Frequenzbereich. Eine Zentralstation erzeugt eine optische Trägerfrequenz im Terahertzbereich beispielsweise. Auf dieser wird das zu übertragende Signal mit beispielsweise einem Achtel einer Frequenz moduliert.

Beispielweise kann durch die großflächige Verteilung der EPIC-Chips auf der Fahrzeugoberfläche und der kohärenten Signalprozessierung der einzelnen Antennen das Auflösungsvermögen in dem Bereich von 0,1 Grad verfeinert werden. Dabei wird eine Sparse- Array-Konfiguration verwendet. Diesbezüglich mithilfe des vorgeschlagenen Sensorsystems 1 und insbesondere dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht werden, dass unvorteilhafte Kontraste zwischen der Amplitude der Haupt- und Nebenkeule verhindert werden können, sodass Mehraufwand in der Signalprozessierung zur Zieldetektion und Mehrdeutigkeiten in der Zieldetektion vermieden beziehungsweise verhindert werden können.

In der Fig. 2 ist eine schematische Anordnung des Antennenarrays 3 und insbesondere der Sende- und Empfangsantennen 4, 5 schematisch dargestellt. Hierbei können sich diese Elemente 4, 5 verteilt und insbesondere beabstandet zueinander am Fahrzeug 7 befinden. Wie dort beispielsweise dargestellt sind die Elemente 4, 5 nicht gleichmäßig verteilt und weisen zueinander jeweilige verschiedene Abstände auf.

Beispielsweise ist in der nachfolgenden Fig. 3 ausgehend von der Fig. 2 dargestellt, dass in einem Sendevorgang eines der Sendeelemente 4 ein Sendesignal 11 in die Umgebung 2 aussendet. Dieses ausgesendete Sendesignal 11 , bei welchen es sich um ein elektrisches beziehungsweise elektronisches Signal handeln kann, kann beispielsweise von einem Zielobjekt 12 in der Umgebung 2, also dem Umgebungsbereich des Fahrzeuges 7, reflektiert werden. Insbesondere können sich auch weitere solcher Zielobjekte 12 in der Umgebung 2 befinden. Im realen Straßenverkehr könnte es sich bei einem solchen Zielobjekt 12 um einen Verkehrsteilnehmer wie ein anderweitiges Fahrzeug oder um ein Lebewesen handeln. Ebenso kann es sich bei dem Zielobjekt 12 um ein statisches Recht, wie eine Verkehrsbegrenzung oder ein Bauwerk handeln. Mit einem oder mehreren der Empfangselemente 5 kann wiederum ein zu den ausgesendeten Sendesignalen 11 korrespondierendes Empfangssignal 13 empfangen werden. Dies kann entsprechend sukzessiv verfolgen. Insbesondere erfolgt dies nach jedem durchgeführten Sendevorgang, bei welchem immer ein Sendeelement einen entsprechenden Sendevorgang durchgeführt hat. Beispielsweise kann jedes Empfangselement 5 nach Durchlauf eines Sendevorgangs innerhalb eines MIMO-Zyklus ein solches Empfangssignal 13 empfangen, welches gegenüber dem Sendesignal 11 zeitlich verschoben ist aufgrund der Aussendung und der Reflexion. Für die Anwendbarkeit beispielsweise eines SAR-Algorithmus ist die Anzahl der realen Empfangselement 5 zu spärlich, sodass die fehlenden Empfangssignale mittels einer Modellfunktion durch lineare oder nicht-lineare Prädiktion kompensiert werden müssen. Diesbezüglich können durch die abwechselnden Sendevorgänge virtuelle Antennenelemente 14 generiert werden.

Wie in der Fig. 3 beispielhaft dargestellt, kann ein jeweiliges virtuelles Antennenelement 14 so erzeugt werden, dass es zwischen zwei benachbarten Empfangselementen 5 angeordnet werden kann. Dies geschieht beispielsweise systemseitig beziehungsweise softwarebasiert. Mithilfe der virtuellen Antennenelemente kam also ein das Antennenarray 2 virtuell beziehungsweise softwarebasiert erweitert werden. Dieser Vorgang hinsichtlich der Erzeugung der virtuellen Antennenelemente 14 kann abwechselnd und insbesondere nach einem jeweiligen Sendevorgang eines der Sendeelemente 4 durchgeführt werden. Somit kann eine virtuelle Apparatur durch zeitlich aufeinanderfolgende Sendevorgänge unterschiedlicher Sendeelemente 4 erstellt werden. Eine solche fortlaufende Aussendung von einem jeweiligen Sendesignal 11 von einem jeweiligen Sendeelement 4 in zeitlich aufeinanderfolgenden Sendevorgängen ist beispielsweise in der Fig. 4 und der Fig. 5 des Weiteren schematisch dargestellt.

Wie in der Fig. 4 und in der Fig. 5 ausgehend von der Fig. 3 zu sehen ist, sendet jeweils eine andere Sendeantenne 4 ein Sendesignal 11 aus, sodass wiederum ein jeweiliges Empfangssignal 13 von verschiedensten Empfangselementen 5 empfangen werden kann. Diesbezüglich ist in der Fig. 4 ausgehend von der Fig. 3 und in der Fig. 5 ausgehend von der Fig. 4 zu erkennen, dass die Anzahl der virtuellen Antennenelemente 14 stetig erhöht wird, sodass das virtuelle beziehungsweise synthetische Antennenarray stetig erweitert werden kann. In der Fig. 6 sind nun ausgehend von den durchgeführten Sendevorgängen und den erzeugten virtuellen Antennenelementen 14 Signalverläufe dargestellt. Hierbei sind Signalverläufe 15, 16, 17 hinsichtlich eines jeweiligen Empfangssignals 11 in unterschiedlichen Entfernungsbereichen 18, 19, 20 dargestellt.

Hierbei sind die Signalverläufe 15, 16, 17, insbesondere wertige Signalverläufe, tatsächlich empfangener Signale hinsichtlich der realen Empfangselemente 5 als auch der virtuellen Antennenelemente 14. Mit anderen Worten können hier hinsichtlich der Entfernungsbereiche 15, 16, 17 die Amplitudenverläufe dargestellt werden. Vor allem ist hier in der Fig. 6 die empfangenen Amplituden innerhalb eines Index- gleichen Entfernungstores beziehungsweise Entfernungsbereichs über basierend auf physischen und virtuellen Antennen. Wie in der Fig. 6 dargestellt, weisen die Signalverläufe 15, 16, 17 Lücken beziehungsweise unvollständige Signalbereiche auf, wodurch die Einhaltung des Nyquist-Kriteriums und somit die Anwendbarkeit eines SAR-Algorithmus nicht gegen ist.

Um dieses Problem entsprechend lösen zu können, können die fehlenden Empfangssignale beziehungsweise Signalbereiche mittels einer Modellfunktion linear- oder nicht-lineare Prädiktion kompensiert werden. Hierbei kann basierend auf dem Empfangssignal 13 ein Modellsignal geschätzt werden, wobei ein hypothetisches Empfangssignal für eine jeweilige virtuelle Antenne berechnet werden kann, die für die Einhaltung des Nyquist-Kriteriums und somit für Anwendbarkeit des SAR-Algorithmus erforderlich ist. Insbesondere zeigt hierzu die nachfolgende Fig. 7 ausgehend von der Fig. 6 wie fehlende Signalbestandteile durch lineare Prädiktion zur Stellung einer vollbesetzten Apertur zur Erfüllung des Nyquist-Kriteriums geschätzt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt können hinsichtlich der Signalverläufe 15, 16, 17 ein jeweiliger erweiterter Signalverlauf auf Basis einer linearen Prädiktion prädiziert werden. Die diesbezüglich prädizierten Bereiche 21 sind zwischen den fehlenden Bereichen in der Fig. 7 nun ergänzt, sodass eine quasi voll besetzte Apertur vorliegt. Mit anderen Worten ausgedrückt kann durch die lineare Prädiktion und insbesondere die virtuellen Antennenelemente 14 eine Rekonstruktion vorgenommen werden, sodass ein tatsächliches Zielsignal, mit welchen beispielsweise Informationen sowie das Zielobjekt 12 ermittelt werden können, bereitsteht.

In der nachfolgenden Fig. 8 ist ein schematischer Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Zielinformation des zumindest einen Zielobjekts 12 oder mehrerer Zielobjekte, insbesondere in der Umgebung 2 des Fahrzeugs 7.

Insbesondere wird hier in diesem Ablauf der beispielhafte Einsatz von SAR-Algorithmus (Synthetik-Apertur-Radar)-Algorithmen mit Sensorsystemen mit Sparse-Array-Konfiguration. In einem optionalen Schritt S10 können Elementarantennen, wie die Sende- und Empfangselemente 4, 5, zu dem Antennenarray 3 verschaltet werden. Hierbei kann eine Uniform-Linear-Array-Konfiguration oder eine „Sparse-Konfiguration“ verwendet werden.

In einem optionalen nachfolgenden Schritt S11 kann eine Anbindung konventioneller oder elektronisch-photonischer Radarchips an die Elemente 4, 5 erfolgen.

Für einen nachfolgenden beispielhaften Schritt S12 kann eine Datenübertragung an eine zentrale Datenverarbeitungseinheit, wie die elektronische Auswerteeinheit 6, zur Signalverarbeitung der empfangenen Daten und/oder zur Ansteuerung der zu sendenden Daten (Beam-/Waveform) erfolgen.

In einem optionalen Schritt S13 kann wie vorhergehend erläutert, ein virtuelles oder synthetisches Antennenarray über einen Ml MO- Zyklus erstellt beziehungsweise aufgespannt werden.

Um die Anwendbarkeit der SAR-Algorithmen zu ermöglichen, ist es vor Anwendung der linearen Prädiktion notwendig eine Kompensation störender Phasenterme durchzuführen. Diese Phasenterme gehen auf die Eigenbewegung des Trägersystems, also hier die Bewegung des Fahrzeugs 7, als auch auf Grundlage bewegter Objekte während eines MIMO-Zyklus zurück. Zur Kompensation dieser Phasenterme werden die Empfangssignale der physischen Elemente 5 als auch die hypothetischen Signale der virtuellen Antennenelemente 14 ausgewertet. Hierzu kann in einem Schritt S14 zunächst ein Entfernungs-Spektrum berechnet werden.

Anschließend kann in einem optionalen Schritt S15 wiederum basierend auf dem Entfernungs- Spektrum ein Entfernungs-Doppler-Spektrum berechnet beziehungsweise erzeugt werden.

Anschließend kann in einem optionalen Schritt S16 mittels Detektionsalgorithmen wie einen CFAR-(„Falschalarmrate“)-Schwellwert, potentielle Ziele, also potentielle beziehungsweise hypothetische Zielobjekte bestimmt werden.

In einem optionalen nachfolgenden Schritt S17 kann eine Kompensierung hinsichtlich detektierter Doppler-Geschwindigkeiten aus dem Entfernungs-Spektrum oder Beat-Signal erfolgen. Dabei kann für ein jeweiliges potentielles Ziel eine jeweilige Doppler-Geschwindigkeit berechnet werden. Die Kompensation kann auf Grundlage eines Phasenfilters erfolgen. Mittels des Phasenfilters können die Dopplerphasen Termen aus einem jeweiligen Empfangssignal kompensiert werden. Somit kann eine Ausgangsbasis für die Anwendung der SAR-Algorithmen im Anschluss gebildet werden, sodass ein Empfangssignal ohne störende Empfangsterme vorliegt.

In einem Schritt S18 kann nachfolgend die Anwendung einer Modellfunktion durch lineare Prädiktionen (Index-Gleicher) Abtastwerte oder Index-gleiche Entfernungstore beziehungsweise Entfernungsbereiche 18, 19, 20 erfolgen. Hierbei kann die lineare Detektion zusätzlich zur Kalibrierung des Sensorsystems 1 als auch zur Verfeinerung des Auslösevermögens über indexgleiche Entfernungsbereiche 18, 19, 20 hinsichtlich der virtuellen Apertur verwendet werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann vor Rekonstruktion durch die SAR-Algorithmen im Vorfeld für jedes Index-gleiche Entfernungstor beziehungsweise Entfernungsbereich 18, 19, 20 über die Empfangssignale hinweg durch lineare Prädiktion eines Modellsignals bestimmt werden, welches die fehlenden Signalbestandteile zur Erfüllung des Nyquist-Kriteriums schätzt. Dieses Ergebnis der Schätzung bildet die Ausgangsbasis für die Anwendung der SAR- Rekonstruktion und entspricht dem Datenvorkommen eines vollbesetzten Antennenarrays. Hierzu kann als Zwischenergebnis, insbesondere in einem optionalen Schritt S19, eine Synthetisierung eines vollbesetzten Arrays erfolgen.

Anschließend kann in einem optionalen Schritt S20 Synthetik Apertur Radar Algorithmen, wie zum Beispiel „Back-Projection“ oder „Robust-Multiarray-Analysis-Algorithmus“ verwendet beziehungsweise angewendet werden. Somit kann unter der Anwendung eines SAR- Algorithmus beispielsweise als Zielinformation ein Zielwinkel hinsichtlich des Zielobjekts 12, also eines Radarziels, durchgeführt werden. Anschließend kann in einem Schritt S21 die entsprechenden Daten an ein Umfeldmodell übergeben beziehungsweise übertragen werden.

Nachfolgend wird ein beispielhafter Ablauf hinsichtlich einer linearen Prädiktion erläutert.

Diesbezüglich kann in einem beispielhaften Schritt S30 ein von dem Antennenarray 3 in die Umgebung 2, insbesondere des Fahrzeugs 7, ausgesendetes Sendesignal 11 korrespondierenden Empfangssignal 13 empfangen beziehungsweise gemessen werden. Hierzu ist beispielsweise in den Fig. 15 bis 17 dargestellt, wie mehrere .Sende- und Empfangselemente 4,5 ein gesamtes Array formen. Hierzu ist vor allem in der Fig. 17 das Empfangssignal beziehungsweise Emissionskeule, welche durch Kombination mehrerer Antennenelemente geformt ist, dargestellt. In einem optionalen nachfolgenden Schritt S31 kann das Empfangssignal 13 abgetastet, also zeitlich abgetastet, werden. Hierzu kann insbesondere die Abtastung der zeitlichen Wellenfront des Empfangssignals zur Bildung eines örtlichen Signals vorgenommen werden.

In einem optionalen Schritt S32 kann gegebenenfalls eine Initialkalibrierung des Antennenarrays 3 vorgenommen werden. Hierzu kann beispielsweise das abgetastete Empfangssignal als Input verwendet werden.

In einem optionalen Schritt S33 kann das abgetastete Empfangssignal in einen, insbesondere örtlichen, Signalverlauf (vergleiche Fig. 10) in Bezug zu den mehreren Elementen 4,5 des Antennenarrays 3 transformiert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann eine Transformation des zeitlichen Signals, also das abgetastete Empfangssignal, der Wellenfront in einen örtlichen Signalverlauf, also der Signalverlauf 15, 16, 17, in Richtung des Antennenarrays 3 durchgeführt werden. Diesbezüglich erfolgt dies in Bezug zu einem Azimutwinkel und/oder einer Elevation beziehungsweise einem Höhenwinkel des Antennenarrays 3. Hierzu ist beispielsweise in der Fig. 13 die Anordnung der Antennenelemente 4, 5 in Sparse-Array- Konfiguration in Azimut dargestellt. In der Fig. 14 ist wiederum die Anordnung der Antennenelemente 4,5 in Sparse-Array-Konfiguration in Elevation zu sehen. In der Fig. 13 ist des Weiteren dargestellt, insbesondere schematisch, dass die Antennenelemente 4, 5 zueinander einen Abstand aufweisen. Insbesondere weisen die einzelnen Antennenelemente 4, 5 zueinander einen Abstand auf, welcher ein Vielfaches von ein 1 Lambda ist.

In einem nachfolgenden optionalen Schritt S34 kann auf Basis einer linearen Prädiktion oder einer linearen Fehlerfortpflanzung ein erweiterter Signalverlauf auf Basis des Signalverlaufs prädiziert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt erfolgt eine Abbildung des erwarteten Signals auf die nachfolgenden Antennenelemente des Antennenarrays 3 unter Erwartung der linearen Fortpflanzung des Phasenverlaufs. Hierzu kann eine Vorwärtsprädiktion und eine Rückwärtsprädiktion hinsichtlich des Signalverlaufs durchgeführt werden. Dies ist beispielsweise in der Fig. 10 zu sehen. Des Weiteren ist in der Fig. 10 beispielsweise die reale Apertur des Antennenarrays 3 dargestellt. Bei der realen Antennenapertur ist insbesondere eine Fläche zu verstehen, auf welcher die Antennenelemente 4, 5 des Antennenarrays 3 verteilt angeordnet sind.

Mithilfe der linearen Prädiktion kann das Auflösungsvermögen des Antennenarrays 3 insbesondere des Sensorsystems 1 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. 11 der Vergleich einer Auswertung eines prädizierten Winkelspektrums einer 32-elementigen Patch-Antenne gegenüber einem Verfahren der diskreten Fourier-Transformation 22 und der linearen Prädiktion 23. Hier ist zu sehen, dass mit der linearen Prädiktion eine feinere Auswertung beziehungsweise Auflösung erreichbar ist.

In einem optionalen Schritt S35 kann ein Signalverlaufmodell, insbesondere inklusive Phasenverlauf, gebildet werden.

In einem weiteren optionalen weiteren Schritt S36 kann beispielsweise anhand dieses Signalverlaufmodells Zwischenpositionen zwischen Antennenelementen 4 ,5 berechnet werden oder ausgefallene beziehungsweise defekte Antennenelemente 24 ermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise bei der Ausgestaltung des Antennenarrays 3 in einer ausgedünnten-Array- Konfiguration zwischen realen Antennenelementen 4, 5 zusätzliche virtuelle Antennenelemente erzeugt beziehungsweise generiert werden. Somit kann der Abstand zwischen zwei realen Antennenelementen 4, 5 durch das Einbauen eines virtuellen Antennenelements 14 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, 5 vorgesehen sind. Um aus Kosten- und Platzgründen jedoch auf reale Antennenelemente 4, 5 verzichten zu können, können anstelle softwaretechnisch virtueller Antennenelemente 14 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, 5 bestimmen den eindeutig messbaren Winkelbereich. Größere Antennenabstände führen zu Mehrdeutigkeiten (Nebenpeeks) in der Winkelmessung. Durch den Einsatz solcher virtuellen Antennenelemente 14 kann hier Abhilfe geschaffen werden. Somit kann vor allem der Kontrast zwischen Haupt- und Nebenkeulen in Sparse-Array-Konfiguration eines Antennenarrays 3 verbessert werden.

In einem weiteren Schritt S37 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 auf Basis des prädizierten erweiterten Signalverlaufs erfolgen. Beispielsweise kann der Signalverlauf 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. f i i²)

E j lp(m + 1) — p(m + 1) f

In einem Schritt S38 kann beispielsweise anschließend ein ideales Modell beziehungsweise ein ideales Signalmodell erzeugt beziehungsweise erstellt werden. Dies kann wiederum in einem nachfolgenden beispielhaften Schritt S39 dazu verwendet werden, um reale Antennenpositionen der Antennenelemente 4, 5 berechnen beziehungsweise bestimmen zu können.

Mithilfe dieser realen Antennenpositionen kann wiederum festgestellt werden, welche Antennenelemente 4 ,5 defekt beziehungsweise fehlerhaft sind. Hierzu kann wiederum Abhilfe geschaffen werden, da an dieser realen Position der ausgefallenen Antennenelemente 4, 5 wiederum eine virtuelle Antenne dort virtuell positioniert werden kann. Somit kann auch bei einem Ausfall beziehungsweise Fehlerfall die Genauigkeit beziehungsweise die Funktion des Antennenarrays 3, insbesondere des Sensorsystems 1 , aufrechterhalten werden.

In einem nachfolgenden beispielhaften Schritt S40 kann wiederum anhand der realen Antennenposition und beispielsweise anhand des Modells eine Kalibrierung des Antennenarrays 3 beziehungsweise des Sensorsystems 1 durchgeführt werden.

In einem optionalen Schritt S41 kann beispielsweise anhand der Ausführungen der vorhergegangenen Schritte beispielsweise eine virtuelle Erweiterung der Antennenelemente 4 ,5 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 3 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.

Bezugszeichenliste

1 Sensorsystem

Umgebung

Antennenarray

Sendeelemente

5 Empfangselemente

Elektronische Auswerteeinheit

7 Fahrzeug

8 Photonische Komponenten

9 Elektronische Komponenten

10 Optische Komponenten

11 Sendesignal

12 Zielobjekt

13 Empfangssignal

14 Virtuelle Antennenelemente

15 Signalverläufe

16 Signalverläufe

17 Signalverläufe

18 Entfernungsbereich

19 Entfernungsbereich

20 Entfernungsbereich

21 Modellfunktion

22 Diskrete Fourier-Transformation

23 Lineare Prädiktion

24 Fehlende Antennenelemente

S10 - S21 Schritte

S30 - S41 Weitere Schritte

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen einer Zielinformation zumindest eines Zielobjekts (12) in einer Umgebung (2) eines Sensorsystems (1), welches zumindest ein Antennenarray (3) aufweist, wobei das zumindest eine Antennenarray (3) mehrere Sendeelemente (4) und mehrere Empfangselemente (5) aufweist, wobei

- jedes Sendeelement der mehreren Sendeelemente (4) in zeitlich aufeinander folgenden Sendevorgängen ein Sendesignal (11) in die Umgebung (2) des Sensorsystems (1) aussendet,

- ein zu dem jeweiligen Sendesignal (11) korrespondierendes Empfangssignal (13) von den mehreren Empfangselemente (5), nachdem ein jeweiliges Sendeelement (4) ein jeweiliges Sendesignal (11) ausgesendet hat, empfangen wird,

- auf Basis der mehreren Empfangselemente (5) und eines jeweiligen empfangenen Empfangssignals (13) mehrere virtuelle Antennenelemente (14) erzeugt werden, wobei zwischen zwei benachbarten Empfangselementen (5) zumindest ein virtuelles Antennenelement der mehreren virtuellen Antennenelemente (14) virtuell angeordnet werden kann,

- ein jeweiliges empfangenes Empfangssignal (13) zu einem Entfernungsbereich (18, 19, 20) zugeordnet wird,

- für einen jeweiligen Entfernungsbereich (18, 19, 20) auf Basis der zu diesem Entfernungsbereich (18, 19, 20) zugeordneten Empfangssignale ein Signalverlauf (15, 16, 17) in Bezug zu den mehreren Empfangselementen (5) und den mehreren virtuellen Antennenelementen (14) bestimmt wird,

- ein erweiterter Signalverlauf auf Basis einer linearen Prädiktion des bestimmten Signalverlaufs (15, 16, 17) eines jeweiligen Entfernungsbereich (18, 19, 20) prädiziert wird,

- auf Basis eines jeweiligen prädizierten erweiterten Signalverlaufs eines jeweiligen Entfernungsbereichs (18, 19, 20) ein tatsächliches Zielsignal betreffend das zumindest eine Zielobjekt (12) rekonstruiert wird, und

- die Zielinformation des zumindest einen Zielobjekts (12) auf Basis des rekonstruierten tatsächlichen Zielsignals bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das jeweilige tatsächliche Zielsignal auf Basis eines Synthetischer-Apertur-Radar- Algorithmus, eines Rückprojektions-Algorithmus, ein Bereich-Zellen-Migrations- Algorithmus oder eines Robuster-Mehrfeld-Analyse-Algorithmus rekonstruiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf Basis eines jeweiligen prädizierten erweiterten Signalverlaufs eines jeweiligen Entfernungsbereichs (18, 19, 20), der mehreren Sendeelemente (4), der mehreren Empfangselemente (5) und den mehreren virtuellen Antennenelemente (14) ein synthetisches Antennenarray generiert wird, wobei das synthetische Antennenarray beim Rekonstruieren des tatsächlichen Zielsignals berücksichtigt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf Basis eines jeweiligen prädizierten erweiterten Signalverlaufs eines jeweiligen Entfernungsbereichs (18, 19, 20) für zumindest ein virtuelles Antennenelement der mehreren virtuellen Antennenelemente (14) ein hypothetisches Empfangssignal bestimmt wird, wobei das zumindest eine hypothetische Empfangssignal beim Rekonstruieren des tatsächlichen Zielsignals berücksichtigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf Basis eines jeweiligen empfangenen Empfangssignals (13), der mehreren Empfangselemente (4) und/oder der mehreren virtuellen Antennenelemente (14) ein Entfernungsspektrum bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei auf Basis des Entfernungsspektrums, eines jeweiligen empfangenen Empfangssignals (13), der mehreren Empfangselemente (5) und/oder der mehreren virtuellen Antennenelemente (14) ein Entfernungs-Dopplerspektrum bestimmt wird

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei auf Basis des Entfernungs-Dopplerspektrums potentielle Zielobjekte in der Umgebung (2) und eine Dopplergeschwindigkeit eines jeweiligen potentiellen Zielobjekts bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei auf Basis der Dopplergeschwindigkeiten der potentiellen Zielobjekte ein Phasenfilter bestimmt wird, wobei abhängig von dem Phasenfilter ein jeweiliges empfangene Empfangssignal (13) angepasst wird.

9. Sensorsystem (1) mit zumindest einem Antennenarray (3), welches mehrere Sendeelemente (4) und mehrere Empfangselemente (5) aufweist, und zumindest einer elektronischen Auswerteeinheit (6) aufweist, wobei das Sensorsystem (1) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.

10. Fahrzeug (7) mit einem Sensorsystem (1) nach Anspruch 9.