WO1998048476A1 - Radaranordnung, insbesondere für kraftfahrzeuge - Google Patents

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WO1998048476A1 PCT/EP1998/001915 EP9801915W WO9848476A1 WO 1998048476 A1 WO1998048476 A1 WO 1998048476A1 EP 9801915 W EP9801915 W EP 9801915W WO 9848476 A1 WO9848476 A1 WO 9848476A1
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Gerd Wanielik
Josef Wenger
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Definitions

  • the invention relates to a radar arrangement, in particular for motor vehicles, for obtaining spatial image information of the surveillance area.
  • imaging radar arrangements usually have a focus element, in particular a dielectric lens, and a plurality of antenna elements in its surface.
  • Each antenna element is assigned a tightly bundled solid angle section via the focus element, so that from the entirety of the radar signals of all antenna elements a flat image display is possible, which results in a spatial representation through the signal propagation time information Image information is added.
  • the present invention has for its object to provide a radar arrangement that meets these requirements.
  • the invention enables a high pixel density in the image display that can be generated from the radar signals with only little effort for the high-frequency components.
  • the invention takes advantage of the fact that the image renewal time required for a motor vehicle radar can also be achieved with the time-multiplex control of the pixels according to the invention.
  • FIG. 1 shows a top view of a rotating carrier module
  • FIG. 2 shows a side view of a radar arrangement
  • carrier module T is rotatable about an axis M and rotates in monitoring mode at a uniform rotational speed about this axis.
  • High-frequency circuit devices S and antenna elements A are fixed and connected to one another via connecting lines N, via connecting lines V the circuit devices are connected to a supply and signal line designed as a K ⁇ axial line K about the axis of rotation M.
  • the antenna elements A When the antenna elements A are actuated by the circuit devices S in different rotational angle positions of the carrier module T, there is a high number of pixels in the area covered by the antenna elements. For the arrangement of the antenna elements on the carrier module and. • There are a number of options for controlling them in time, for example a) uniform radial graduation of the
  • the pixel density can be homogenized by reducing the angular steps of successive controls for radially further-lying antenna elements
  • the pixel density can be homogenized compared to a) by arranging the antenna elements with increasing distance from the axis of rotation at a smaller radial distance or for larger radii several elements with the same center distance are provided.
  • the connecting lines between the circuit devices S and the antenna elements A can be individual parallel direct connections, but can also be a network, e.g. be in a tree structure with switchable cable sections.
  • the plurality of antenna elements can be controlled simultaneously or in time-division multiplex by the circuit devices.
  • the antenna elements can largely be distributed arbitrarily in the area of the carrier module and can be designed as transmitting and / or receiving elements with any polarization. Circular polarization offers itself as a basis largely independent of the rotary movement.
  • the circuit devices S can, for example, control devices for the correct control of the individual antenna elements, high-frequency amplifiers for transmit and / or receive signals, oscillators, frequency converters, modulators, demodulators, A / D converters, D / A converters, etc. contain. In an embodiment with a high level of functional integration in the circuit devices S, these themselves generate the transmission frequency and superposition frequency via oscillators, amplify transmission and reception signals including any modulation / demodulation, control the antenna elements and use the coaxial connection K only as a supply line and for transmission low-frequency analog or digital data signals.
  • the angle synchronization can take place, for example, via a fixed reference signal transmitter R and a co-rotating sensor R 1 , which corresponds to this, for example, optically or inductively.
  • the FIG. 2 shows a side view of a radar arrangement according to the invention with a non-planar design of the area through which the antenna elements pass when the carrier module rotates.
  • the carrier module is curved, for example, from a plane perpendicular to the axis of rotation M with the outer edges toward a focus element arranged in the main beam direction B in front of the carrier module. Due to the curvature, which is conical in the sketched embodiment, but can also be parabolic, spherical, etc., the element surface can be brought closer to a possibly non-planar focal surface of the focal element, which is designed, for example, as a dielectric lens. In addition, an improvement is achieved by centering the antenna diagrams of the antenna elements on the beam direction.
  • the focusing element is rotationally symmetrical and therefore simple and inexpensive to manufacture.
  • the focusing element as a plano-convex lens and turning the convex surface towards the antenna elements, there is advantageously a flat front surface when installing the arrangement in a vehicle.
  • the invention is not based on the examples described. limited, but can also be carried out in other forms using professional skills. In particular, a specifically inhomogeneous distribution of the pixels in the image area is also conceivable.
  • the rotating arrangement of the antenna elements can be limited to transmit or receive operation and can be combined with a further antenna arrangement, which then takes over receive or transmit function with spatial angle separation not resolved in the entire monitoring area covered by the rotating elements in connection with the focus element.
  • the basis for prediction to be preferred for this is again circular.

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Abstract

Es wird eine Radaranordnung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, beschrieben, bei welcher mit einer geringen Anzahl von Elementen eine hohe Auflösung einer Bildrepräsentation der Radarinformation dadurch erreicht wird, daß die Antennenelemente auf einem rotierenden Trägermodul angeordnet sind und während einer Umdrehung des Moduls mehrfach angesteuert werden.

Description

Radaranordnuncr, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Radaranordnung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zur Gewinnung einer räumlichen Bildin- formation des überwachungsbereichs.
Diese sogennanten bildgebenden Radaranordnungen weisen üblicherweise ein Fokuselement, insbesondere eine dielektrische Linse, und in dessen Fo usflache eine Vielzahl von Antennenelementen auf. Über das Fokuselement ist jedem Antennenelement ein eng gebündelter Raumwinkelausschnitt zugeordnet, so daß aus der Gesamtheit der Radarsignale aller Antennenelemente eine flächige Bilddarstellung möglich ist, die durch die Signallaufzeitinformation zu einer räumlichen Bildinformation ergänzt ist.
Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen werden an solche Radaranordnungen ergänzend die Anforderungen nach geringem Platzbedarf und niedrigen Herstellungskosten gestellt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaranordnung anzugeben, die diesen Anforderungen gerecht wird.
Die Erfindung ist- im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un- teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung ermöglicht eine hohe Bildpunktdichte in der aus den Radarsignalen erzeugbaren Bilddarstellung mit nur geringem Aufwand bei den Hochfrequenzkomponenten. Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, daß die für ein Kfz-Radar erforderliche Bilderneuerungszeit auch mit der erfindungsgemäßen Zeitmultiplex-Ansteuerung 'der Bildpunkte erreichbar ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend beschrieben. Dabei zeigt
FIG. 1 eine Draufsicht auf ein rotierendes Trägermodul FIG. 2 eine Seitenansicht auf eine Radaranordnung
Das in FIG. 1 skizzierte Trägermodul T ist um eine Achse M drehbar und rotiert im Überwachungsbetrieb mit gleichförmiger Drehgeschwindigkeit um diese Achse. Auf dem Träger- modul T. sind Hochfrequenzschaltungseinrichtungen S und Antennenelemente A fest angeordnet und über Verbindungsleitungen N miteinander verbunden, über Anschlußleitungen V sind die Schaltungseinrichtungen mit einer als Kσaxiallei- tung K um die Drehachse M ausgeführten Versorgungs- und Signalleitung verbunden.
Bei Ansteuerung der Antennenelemente A durch die Schaltungseinrichtungen S in verschiedenen Drehwinkelpositionen des Trägermoduls T ergibt sich eine hohe Bildpunktzahl in der von den Antennenelementen überstrichenen Fläche. Für die Anordnung der Antennenelemente auf dem Trägermodul und. •deren zeitliche Ansteuerung sind eine Vielzahl von Möglichkeiten gegeben, beispielsweise a) gleichmäßige radiale Staffelung der
Antennenelemente wie skizziert und gleich häufige Ansteuerung in konstanten Drehwinkelschritten zu einer radial nach außen abnehmenden Bildpunktdichte in der Fläche
b) bei der Anordnung nach a) kann die Bildpunktdichte homogenisiert werden, indem die Winkelschritte aufeinananderfolgender Ansteuerungen für radial weiter außen liegende Antennenelemente veringert werden
c) die Bildpunktdichte kann gegenüber a) homogenisiert werden, indem die Antennenelemente mit zunehmendem Abstand von der Drehachse in geringerem radialem Abstand angeordnet oder für größere Radien mehrere Elemente mit gleichem Achsenabstand vorgesehen sind.
Die beispielhaft genannten Möglichkeiten können in sich weiter variiert sowie untereinander oder mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden. Wesentlich ist die während einer Umdrehung mehrfache Ansteuerung von Antennenelementen zur Erhöhung der Bildpunktzahl der Bilddarstellung des Überwachungsbereichs , wobei die Bilddarstellung nicht notwendigerweise eine flächige Anzeige einschließt, sondern die Repräsentation der Radarsignale in Form von als Bildpunkte einer Bildfläche beschreibbaren Information bedeuten soll.
Die Verbindungsleitungen zwischen den Schaltungseinrich- tungen S und den Antennenelementen A können einzelne parallele Direktverbindungen sein, können aber auch ein Netzwerk, z.B. in Baumstruktur, mit schaltbaren Leitungsab- schnitten sein. Die mehreren Antennenelemente können gleichzeitig oder im Zeitmultiplex durch die Schaltungseinrichtungen angesteuert werden. Die Antennenelemente können weitgehend beliebig in der Fläche des Trägermσduls verteilt sein und als Sende- und/oder Empfangselemente mit beliebiger Polarisation ausgeführt sein. Als eine von der Drehbewegung weitgehend unabhängige Basis bietet sich die zirkulare Polarisation an.
Die Schaltungseinrichtungen S können beispielsweise Steuereinrichtungen zur zeitrichtigen Ansteuerung der ein- zelnen Antennenelemente, Hochfrequenzverstärker für Sende- und/αder Empfangssignale, Oszillatoren, Frequenzumsetzer, Modulatoren, Demodulatoren, A/D-Wandler, D/A-Wandler etc. enthalten. In einer Ausführungsform mit hoher FunktionsIntegration in den Schaltungseinrichtungen S erzeugen diese über Oszillatoren die Sendefrequenz und Überlagerungsfre- qτienz selbst, verstärken Sende- und Empfangssignale ein- schließlich einer eventuellen Modulation/Demodulation, steuern die Antennenelemente und benutzen die Koaxialverbindung K lediglich als Versorgungsleitung und zur Übertragung niederfrequenter analoger oder digitaler Datensignale. Die Winkelsynchronisation kann beispielsweise über einen feststehenden ReferenzSignalgeber R und einen mit diesem z.B. optisch oder induktiv korrespondierenden mitrotierenden Sensor R1 erfolgen.
Die FIG. 2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsge- mäßen Radaranordnung mit einer nichtebenen Ausführung der von den Antennenelementen bei rotierendem Trägermodul durchlaufenen Fläche. Das Trägermodul ist dabei z.B. aus einer zur Drehachse M senkrechten Ebene mit den äußeren Rändern zu einem in Hauptstrahlrichtung B vor dem Träger- odul angeordneten Fokuselement hin gewölbt'. Durch die Wölbung, die bei der skizzierten Ausführung kegelförmig verläuft, aber auch parabolisch, sphärisch, etc. sein kann, kann eine Annäherung der Elementfläche an eine ggf. nicht ebene Fokusfläche des z.B. als dielektrische Linse ausgeführten Fokuselements erreicht werden. Zudem wird eine Verbesserung durch Zentrierung der Antennendiagramme der Antennenelemente auf die Strahlrichtung erreicht. Das Fokussierungselement ist rotationssymmetrisch und somit einfach und kostengünstig herstellbar. Durch die Ausfüh- rung des Fokussieirungselements als plankonvexe Linse und Zuwendung der konvexen Fläche zu den Antennenelementen er- gibt sich vorteilhafterweise eine ebene Vorderfläche beim Einbau der Anordnung in ein Fahrzeug.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele . beschränkt, sondern im Ralimen fachmännischen Könnens auch in anderen Formen ausführbar. Insbesondere ist auch eine gezielt inhomogene Verteilung der Bildpunkte in der Bildfläche denkbar. Die rotierende Anordnung der Antennenelemente kann auf Sende- oder Empfangsbetrieb beschränkt und mit einer weiteren Antennenanordnung, die dann Empfangs- bzw. Sendefunktion mit nicht weiter aufgelöster Raumwinkeltrennung im gesamten von den rotierenden Elementen in Vebindung mit dem Fokuselement abgedeckten Überwachungsbereich übernimmt, kombiniert sein. Die hierfür zu bevorzu- gende Pαlarisationsbasis ist wiederum zirkulär.

Claims

Patentansprüche
1. Radaranordnung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Hochfrequenz-Schaltungseinrichtungen zur Verarbeitung und Umsetzung hochfrequenter Signale und mit einer Antennenanordnung, die ein strahlungsbundelndes Fokussierungselement und in dessen Fokusfläche eine Elementanordnung mit mehreren Antennenelementen zur Gewinnung einer räumlichen Bildinformation des überwachten Raumbereichs umfaßt, dadurch g-ekennzeichnet, daß die Elementanordnung um eine Rotationsachse drehbar ist, daß das Fokuselement rotationssymmetrisch bezüglich der genannten Rotationsachse ausgebildet ist, und daß Mittel zur mehrfachen Ansteuerung von Antennenelementen während einer Umdrehung der Elementanordnung bei unterschiedlichen Positionen der Antennenelemente in der Fokusfläche vorgesehen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfreguenz-Schaltungseinrichtungen ganz oder teilweise mit der Elementanordnung mitrotierend auf einem Trägermodul verbunden sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Fokussierungselement eine dielektrische Linse ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche l bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Antennnenelemente sich entlang einer nicht ebenen Fläche bewegen, die der Fokusfläche des Fokussierungselements angenähert geformt ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , gekennzeichnet durch eine Koaxialleitung als Versorgungsleitung und/oder Signalleitung.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Antennenelemente über ein Leitungsnetzwerk mit den Hochfrequenz-Schaltungseinrich- tungen verbindbar sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Antennenelemente im Zeit- multiplex mit gemeinsamen Hochfrequenz-Schaltungseinrichtungen verbindbar sind.
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