WO2011101225A1 - Device and method for measuring distance and speed - Google Patents

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WO2011101225A1 PCT/EP2011/051274 EP2011051274W WO2011101225A1 WO 2011101225 A1 WO2011101225 A1 WO 2011101225A1 EP 2011051274 W EP2011051274 W EP 2011051274W WO 2011101225 A1 WO2011101225 A1 WO 2011101225A1
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Abstract

The invention relates to device for measuring distance and speed for an analysis unit and to a high-frequency transmitting and receiving device, comprising an antenna group having a plurality of individual receiving antennas and a beam pivoting device for electronically pivoting the antenna beam of the antenna group, wherein the beam pivoting device comprises an individual receiving channel connected downstream of each individual receiving antenna, comprising an IQ mixer having a phase rotator or a mixer and a phase shifter in a local oscillator branch of the mixer and an amplifier having adjustable gain in the base band. The invention further relates to a method for determining a position of an object, in particular of a moving object, using the distance and speed measuring device.

Description

Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung und -verfahrenDistance and speed measuring device and method
Technisches AnwendungsgebietTechnical application
Die Erfindung betrifft eine Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung mit einer Auswerteeinheit und einer Hochfrequenz-Sende- und Empfangseinrichtung umfassend eine Gruppenantenne. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Objektposition.The invention relates to a distance and speed measuring device with an evaluation unit and a high-frequency transmitting and receiving device comprising a group antenna. Furthermore, the invention relates to a method for determining an object position.
Millimeterwellen-Radarsensoren z.B. für automobile Anwendungen oder für den Einsatz im Luftfahrtbereich zur Hinderniserkennung im Nahbereich sollen einerseits einen großen Winkelbereich überwachen, andererseits eine hohe Auflösung vorweisen, um die Hindernisse präzise zu lokalisieren. Diese Anforderung wird durch einen Radarsensor mit einer elektronisch schwenkbaren Antenne erfüllt, welche zudem eine geringe Strahlbreite aufweist. Im automobilen Anwendungsbereich sollte der Sensor eine kompakte und kostengünstige Bauweise vorweisen, um eine breite Marktdurchdringung zu erzielen.Millimeter-wave radar sensors e.g. for automotive applications or for use in the aviation sector for obstacle detection at close range on the one hand to monitor a large angular range, on the other hand have a high resolution, to precisely locate the obstacles. This requirement is met by a radar sensor with an electronically pivotable antenna, which also has a narrow beam width. In the automotive field of application, the sensor should have a compact and low-cost construction in order to achieve a broad market penetration.
Stand der TechnikState of the art
Aus der Dissertation von Dr. Winfried Mayer mit dem Titel „Abbildender Radarsensor mit sendeseitig geschalteter Gruppenantenne“, Cuvillier Verlag, Göttingen 2008, ISBN 978-3-86727-565-1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bekannt, womit unter Anwendung der Technik der digitalen Strahlformung ein Gebiet überwacht wird, wobei ein Antennenarray mit mehreren Sendern und mehreren Empfängern eingesetzt wird,.From the dissertation of Dr. med. Winfried Mayer entitled "Imaging radar sensor with group antenna switched on the transmitting side", Cuvillier Verlag, Göttingen 2008, ISBN 978-3-86727-565-1 a method and a device are known, whereby using the technology of digital beam forming a region is monitored wherein an antenna array is used with multiple transmitters and multiple receivers.
Durch den zeitlich aufeinander folgenden Einsatz der Sender kann der Antennenöffnungswinkel verkleinert werden, ohne dass dabei die physikalische Größe der Empfangsantenne zunimmt. Im Stand der Technik wird der Einsatz zueinander parallel betriebener Empfänger und mehrerer Sender beschrieben. Eine darin beschriebene, dem Empfänger nachgeschaltete Empfängereinrichtung erzeugt ein Bild mit Hilfe einer digitalen Strahlformung, welche jedoch einen hohen Rechenaufwand und einen hohen Speicherbedarf in der Signalauswertung erfordert.By using the transmitters in chronological succession, the antenna opening angle can be reduced without the physical size of the receiving antenna increasing. In the prior art, the use of mutually parallel operated receiver and multiple transmitters is described. A described therein, the receiver downstream receiver device generates an image by means of a digital beamforming, which, however, requires a high computational effort and a high memory requirement in the signal evaluation.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie zur Bestimmung der Position eines Objekt als auch ein Radarsystem zur Verfügung zustellen, welche eine besonders zügige Strahlformung und eine besonders aufwandsarme und energieeffiziente Signalauswertung erlauben. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Phasenkorrekturvorrichtung und eine Kalibriervorrichtung zu schaffen, womit die Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie die Bestimmung der Objektposition besonders genau durchführbar sind.It is therefore an object of the invention to provide an apparatus and a method for distance and speed measurement and for determining the position of an object as well as a radar system available, which allow a particularly rapid beam shaping and a particularly low-cost and energy-efficient signal evaluation. It is another object of the invention to provide a phase correction device and a calibration device, whereby the distance and speed measurement and the determination of the object position are particularly accurate feasible.
Die Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 2 gelöst. Danach sind eine Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung mit einer Hochfrequenz-Sende- und Empfangseinrichtung und einer Auswerteeinheit angegeben, wobei die Sende- und Empfangseinrichtung eine Gruppenantenne, welche mehrere Einzelempfangsantennen umfasst, und eine Strahlschwenkeinrichtung zur elektronischen Strahlschwenkung des Antennenstrahls der Gruppenantenne aufweist, wobei die Strahlschwenkeinrichtung für jede Einzelempfangsantenne einen dieser nachgeschalteten Einzelempfangskanal umfasst, welcher einen IQ-Mischer und einen Phasenrotator oder einen Mischer mit Phasenschieber im Lokaloszillatorzweig sowie einen im Basisband angeordneten Verstärker mit einstellbarer Verstärkung aufweist. Erfindungsgemäß wird also die Strahlformung und Strahlausrichtung durch Phasenschieber und variable Verstärker und Summierverstärker im Empfänger und Basisband analog durchgeführt.The object is achieved with respect to the device according to the invention by the features of claims 1 and 2, respectively. Thereafter, a distance and speed measuring device with a high-frequency transmitting and receiving device and an evaluation unit are provided, wherein the transmitting and receiving device comprises a group antenna, which comprises a plurality of individual receiving antennas, and a beam pivoting device for electronically beaming the antenna beam of the array antenna, wherein the beam pivoting device for each individual receiving antenna comprises one of these single downstream receiving channels comprising an IQ mixer and a phase rotator or phase shifter mixer in the local oscillator arm, and an adjustable gain amplifier arranged in the baseband. Thus, according to the invention, beamforming and beam alignment are performed analogously by phase shifters and variable amplifiers and summing amplifiers in the receiver and baseband.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 34 bzw. 35 gelöst. Danach ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Objekts, wobei es sich insbesondere um ein sich bewegendes Objekts handeln kann, unter Anwendung der erfindungsgemäßen Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die Verfahrensschritte einer Bereitstellung einer Sende- und Empfangsvorrichtung, einer Aussendung von linear frequenzmodulierten Sendesignalen und eines Empfangs der am Objekt reflektierten Signale als Empfangssignale über eine Anzahl mehrerer Einzelempfangsantennen, welche eine Gruppenantenne bilden, sowie einer Verarbeitung der Empfangssignale in Einzelempfangskanälen, wobei jeder Einzelempfangsantenne ein Einzelempfangskanal nachgeschaltet ist, und die Verarbeitung jedes Empfangssignals die Verfahrensschritte der Phaseneinstellung jedes einzelnen Empfangssignals mit einem im IQ-Mischer oder im Lokaloszillatorzweig des Mischers im jeweiligen Einzelempfangskanal vorgesehenen Phasenschieber und der Amplitudengewichtung jedes einzelnen Empfangssignals im jeweiligen Einzelempfangskanal mit einem im Basisband vorgesehenen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung zur Schwenkung des Antennenstrahls der Gruppenantenne aufweist. Erfindungsgemäß werden weiter die von den Einzelempfangskanälen bereit gestellten Ausgangssignale zur Bildung eines gebündelten Antennenstrahls summiert, wobei anhand des gebündelten Antennenstrahls ein Entfernungsprofil unter Anwendung einer Range-FFT und/oder ein Geschwindigkeitsprofil unter Anwendung einer zweidimensionalen FFT, welche eine Range-FFT und eine Doppler-FFT umfasst, ermittelt werden. Erfindungsgemäß wird nachfolgend die Objektposition durch Abbildung des Geschwindigkeitsprofils anhand einer Wiedergabeeinrichtung dargestellt.With respect to the method, the object is achieved by the features of claims 34 and 35, respectively. Thereafter, a method for determining a position of an object, which may be in particular a moving object, using the distance and speed measuring device according to the invention specified. The method according to the invention comprises the method steps of providing a transmitting and receiving device, a transmission of linearly frequency-modulated transmission signals and a reception of the signals reflected at the object as received signals via a number of multiple individual receiving antennas, which form a group antenna, as well as a processing of the received signals in individual receiving channels, wherein each individual receiving antenna is followed by a single receiving channel, and the processing of each received signal comprises the steps of phasing each individual received signal with a phase shifter provided in the IQ mixer or in the local oscillator branch of the mixer in the respective single receive channel and the amplitude weighting of each receive signal in the respective single receive channel with a base band Amplifier with adjustable gain for tilting the antenna beam of the array antenna has. According to the invention, the output signals provided by the individual receiving channels are further summed to form a collimated antenna beam, a distance profile being determined using the collimated antenna beam using a Range FFT and / or a velocity profile using a two-dimensional FFT comprising a Range FFT and a Doppler. FFT can be determined. According to the invention, the object position is subsequently represented by imaging the velocity profile on the basis of a display device.
Eine Phasenverschiebung im Mischer wird durch eine so genannte I/Q-Konfiguration gewährleistet. Dabei wird das Empfangssignal in zwei um 90° versetzte Basisband-Signale umgesetzt, welche die zwei orthogonalen Komponenten eines Vektors darstellen. Durch unterschiedliche Gewichtung der orthogonalen Komponenten kann die Phase des Vektors gedreht werden. Nach der Gewichtung dieser Einzelkomponenten werden die beiden Signale einem Summierer zugeführt. Am Ausgang dieses Summierers liegt nun das phasenverschobene Empfangssignal vor.A phase shift in the mixer is ensured by a so-called I / Q configuration. In this case, the received signal is converted into two 90 ° offset baseband signals, which represent the two orthogonal components of a vector. By varying the weight of the orthogonal components, the phase of the vector can be rotated. After weighting these individual components, the two signals are fed to a summer. At the output of this summer is now the phase-shifted received signal.
Bezüglich der Phasenkorrekturvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 30 gelöst. Danach ist eine Phasenkorrekturvorrichtung zur Geschwindigkeitskorrektur der mit der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung ermittelten Enfernungs- und Geschwindigkeitsprofilen angegeben.With respect to the phase correction device, the object is achieved by the features of claim 30. Thereafter, a phase correction device is provided for speed correction of the distance and velocity profiles determined by the distance and speed measurement device.
Bezüglich der Kalibriervorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 28 gelöst. Danach ist eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung, insbesondere zur Kalibrierung der an der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung vorgesehenen Einzelempfangsantennen, angegeben.With respect to the calibration device, the object is achieved by the features of claim 28. A calibration device for calibrating the distance and speed measuring device, in particular for calibrating the individual receiving antennas provided on the distance and speed measuring device, is then specified.
Bezüglich des Radarsystems wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 33 gelöst. Danach ist ein Radarsystem zur Verwendung der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung angegeben, um die Position eines Objekts, insbesondere eines sich bewegenden Objekts, zu bestimmen.With respect to the radar system, the object is achieved by the features of claim 33. Thereafter, a radar system for using the distance and speed measuring device is provided to determine the position of an object, in particular a moving object.
Die Erfindung weist unter anderem die Vorteile auf, dass auf der Signalverarbeitungsseite der Rechenaufwand und der Speicherbedarf erheblich reduziert werden. Ausgehend von einem Radar mit fast ausschließlich digitaler Strahlformung verlagert die Erfindung die rechen- und speicherplatzintensiven Signalverarbeitungsfunktionen in die analogen Hochfrequenz- und Basisbandkomponenten. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Anzahl der zu verarbeitenden Kanäle von typischerweise 16 auf 2 reduziert, was zu einer weiteren Reduktion des Aufwands in der digitalen Signalverarbeitung bei der Auswertung der Empfangssignale, insbesondere bei der Berechnung des Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofile, führt. Zwar führt diese Verlagerung zu einer geringfügigen Erhöhung der Komplexität der analogen Komponenten. Jedoch reduziert diese Verlagerung auch drastisch und im Vergleich erheblich den Aufwand, insbesondere Rechen-, Zeit- und Energieaufwand, sowie die Komplexität in der Implementierung der Komponenten auf der digitalen Seite.Amongst others, the invention has the advantages that the computational effort and the memory requirement are considerably reduced on the signal processing side. Starting from a radar with almost exclusively digital beamforming, the invention shifts the computation and memory-intensive signal processing functions into the analog high-frequency and baseband components. This advantageously reduces the number of channels to be processed from typically 16 to 2, which leads to a further reduction of the effort in the digital signal processing in the evaluation of the received signals, in particular in the calculation of the distance and speed profiles. Although this shift leads to a slight increase in the complexity of the analog components. However, this shift also drastically and in comparison significantly reduces the effort, in particular computation, time and energy expenditure, as well as the complexity in the implementation of the components on the digital side.
Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale und der jeweils beanspruchte Gegenstand stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.The features listed in the dependent claims and the claimed subject matter represent advantageous developments.
Zur Ermittlung des Abstands zwischen der Hochfrequenz-Empfangseinrichtung und dem Objekt bzw. zur Ermittlung der Position des Objekts, insbesondere eines sich bewegenden Objekts, ist es zweckmäßig, dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand von den Antennenstrahl der Gruppenantenne bildenden Ausgangssignalen der Einzelempfangskanäle ein Entfernungsprofil unter Anwendung einer Range-FFT und/oder ein Geschwindigkeitsprofil unter Anwendung einer zweidimensionalen FFT zu ermitteln, welche eine Range-FFT und eine Doppler-FFT umfasst.In order to determine the distance between the radio-frequency receiving device and the object or to determine the position of the object, in particular a moving object, it is expedient that the evaluation device is designed, based on the antenna beam of the array antenna-forming output signals of the individual receiving channels, a distance profile using a range FFT and / or a velocity profile using a two-dimensional FFT comprising a Range FFT and a Doppler FFT.
Weiterhin ist es zweckmäßig, dass die Einzelempfangsantennen in einer Antennenzeile angeordnet sind, wobei jede Einzelempfangsantenne in zweckmäßiger Weiterbildung in Spalten angeordnete Antennenpatches umfasst.Furthermore, it is expedient that the individual receiving antennas are arranged in an antenna line, with each individual receiving antenna comprising, in an expedient development, antenna patches arranged in columns.
Gemäß vorteilhafter Weiterbildung weist die Sende- und Empfangseinrichtung zwei Sendekanäle auf, welche zweckmäßigerweise abwechselnd über eine am oder in der Nähe des rechten Zeilenendes der Antennenzeile positionierte rechte Sendeantenne und eine am bzw. in der Nähe des linken Zeilenendes positionierte linke Sendeantenne abstrahlen, wobei jeweils eine der Sendeantennen zweckmäßigerweise für je eine Modulationsperiode aktiviert ist. Damit wird eine so genannte Synthetische Apertur gebildet, die näherungsweise doppelt so groß ist wie die physikalische Apertur. Damit wird die Breite des Antennenstrahls nahezu halbiert.According to an advantageous development, the transmitting and receiving device has two transmission channels, which expediently emit alternately via a right transmitting antenna positioned at or in the vicinity of the right line end of the antenna line and a left transmitting antenna positioned at or in the vicinity of the left end of the line, one each the transmit antennas is expediently activated for each one modulation period. Thus, a so-called synthetic aperture is formed, which is approximately twice as large as the physical aperture. Thus, the width of the antenna beam is almost halved.
Zur Geschwindigkeitskorrektur der Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofile umfasst die Auswerteeinrichtung zweckmäßigerweise eine Korrektureinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeitskorrektur in zweckmäßiger Weiterbildung durch Verrechnung einer das Geschwindigkeitsprofil kennzeichnenden zweidimensionalen FFT-Matrix mit einer aus Hilfssignalen errechneten Phasenkorrekturmatrix durchzuführen.For speed correction of the distance and speed profiles, the evaluation device expediently comprises a correction device which is designed to carry out the speed correction in an expedient development by offsetting a two-dimensional FFT matrix characterizing the velocity profile with a phase correction matrix calculated from auxiliary signals.
Gemäß vorteilhafter Weiterbildung entsprechen die Hilfssignale den Ausgangssignalen der Empfangskanäle, welche den in der Antennenzeile am linken Zeilenende bzw. rechten Zeilenende positionierten Einzelempfangsantennen nachgeschaltet sind. Also werden zweckmäßigerweise die jeweils äußerst links bzw. rechts liegenden Einzelempfangskanäle als Hilfskanäle zur Phasenkorrektur herangezogen.According to an advantageous development, the auxiliary signals correspond to the output signals of the receiving channels, which are connected downstream of the individual receiving antennas positioned in the antenna line on the left-hand end of the line and the right-hand end of the line, respectively. Thus, the respective leftmost and rightmost individual receive channels are expediently used as auxiliary channels for phase correction.
Dabei ist es zweckmäßig, dass die am linken Zeilenende positionierte Einzelempfangsantenne und die rechte Sendeantenne bzw. die am rechten Zeilenende positionierte Einzelempfangsantenne und die linke Sendeantenne Signalpfade jeweils gleicher Weglänge aufweisen.It is expedient that the individual receiving antenna positioned at the left-hand end of the line and the right-hand transmitting antenna or the individual receiving antenna positioned at the right-hand end of the line and the left-hand transmitting antenna each have signal paths of the same path length.
Weiterhin ist es zweckmäßig, dass die Sende- und Empfangseinrichtung dazu ausgebildet ist, bei aktivierter rechter Sendeantenne das von einem der linken Einzelempfangsantenne nachgeschalteten Empfangskanal bereit gestellte Ausgangssignal als Hilfssignal bzw. bei aktivierter linker Sendeantenne das von einem der rechten Einzelempfangsantenne nachgeschalteten Empfangskanal bereit gestellte Ausgangssignal als Hilfssignal zu empfangen, zu speichern, festzuhalten, aufzuzeichnen und/oder zwischenzuspeichern.Furthermore, it is expedient that the transmitting and receiving device is designed to, when activated right transmitting antenna provided by one of the left individual receiving antenna receiving channel ready output signal provided as auxiliary signal or activated left transmitting antenna that provided by one of the right single receiving antenna receiving channel ready output signal as Auxiliary signal to receive, store, hold, record and / or buffer.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung ist die Korrektureinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, zweckmäßigerweise jeweils eine zweidimensionale FFT-Matrix, welche eine Range-FFT und eine Doppler-FFT umfasst, aus dem Hilfssignal der rechten Einzelempfangsantenne bzw. der linken Einzelempfangsantenne zu ermitteln, zweckmäßigerweise die Phasenanteile der Matrixelemente der beiden zweidimensionalen FFT-Matrizen der Hilfssignale zur Bildung der Phasenkorrekturmatrix voneinander zu subtrahieren, d.h. eine Differenz der Phasenanteile der Matrixelemente beider zweidimensionaler FFT-Matrizen zu bilden. Zweckmäßigerweise die Korrektureinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, die Phasenkorrekturmatrix elementweise mit der das Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofil darstellenden, zweidimensionalen FFT des gebündelten Antennenstrahls zu multiplizieren bzw. die Phasenelemente der Phasenkorrekturmatrix und der das Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofil darstellenden, zweidimensionalen FFT des gebündelten Antennenstrahls zu addieren.According to an advantageous embodiment, the correction device is further configured to expediently each determine a two-dimensional FFT matrix comprising a range FFT and a Doppler FFT from the auxiliary signal of the right individual receiving antenna or the left individual receiving antenna, expediently the phase components of the matrix elements of the two two-dimensional FFT matrices of the auxiliary signals for forming the phase correction matrix to subtract from each other, ie to form a difference of the phase components of the matrix elements of both two-dimensional FFT matrices. The correcting device is expediently further configured to multiply the phase correction matrix by the distance and velocity profile representing two-dimensional FFT of the focused antenna beam and to add the phase elements of the phase correction matrix and the two-dimensional FFT of the focused antenna beam representing the distance and velocity profile.
Zur Antennenstrahlaufweitung der Gruppenantenne im Nahbereich sind Einzelempfangsantennen ist es zweckmäßig am linken bzw. rechten Zeilenende der Antennenzeile vorgesehene Empfangsantennen bzw. Zweckmäßigerweise Submodule, welche aus denjenigen Einzelempfangskanälen zusammengefasst sind, welche den am linken Zeilenende und rechten Zeilenende positionierten Einzelempfangsantennen nachgeschaltet sind, separat abzuschalten.For antenna beam expansion of the group antenna at close range are individual receiving antennas, it is appropriate on the left or right end of the line antennas line receiving antennas or conveniently submodules, which are summarized from those individual receiving channels, which are connected to the left end of the line and right end of the line positioned individual receiving antennas, disconnect separately.
Da jede Einzelempfangsantenne eine herstellungsbedingte Phasenabweichung aufweist, ist es weiterhin zweckmäßig, diese Phasenabweichung dadurch zu berücksichtigen, dass ein der jeweiligen Einzelempfangsantenne nachgeschalteter Einzelempfangskanal, insbesondere jeder darin vorgesehene Phasenschieber, dazu ausgebildet ist, das Empfangssignal der jeweiligen Einzelempfangsantenne unter Berücksichtigung der herstellungsbedingten Phasenabweichung zu korrigieren. Since each individual receiving antenna has a production-related phase deviation, it is furthermore appropriate to take this phase deviation into account by configuring a single receiving channel downstream of the respective individual receiving antenna, in particular each phase shifter provided therein, to correct the received signal of the respective individual receiving antenna taking into account the production-related phase deviation.
Dies geschieht zweckmäßigerweise mittels einer Kalibriervorrichtung zur Ermittlung der herstellungsbedingter Phasenabweichung für jede Einzelempfangsantenne. Die herstellungsbedingte Phasenabweichung jeder Einzelempfangsantenne wird zweckmäßigerweise in einer reflexionsarmen Umgebung ermittelt, worin ein in Blickrichtung θ = 0 positionierter Reflektor vorgesehen ist.This is done expediently by means of a calibration device for determining the production-related phase deviation for each individual receiving antenna. The production-related phase deviation of each individual receiving antenna is expediently determined in a low-reflection environment, in which a reflector positioned in the viewing direction θ = 0 is provided.
In zweckmäßiger Weiterbildung ist die Kalibriervorrichtung dazu ausgebildet, die Sende- und Empfangseinrichtung derart anzusteuern, dass separat an jeder der Einzelempfangsantennen der Gruppenantenne ein für die Dauer von jeweils einer Modulationsperiode über die linke bzw. rechte Sendeantenne als linear frequenzmoduliertes Sendesignal abgestrahltes und am Reflektor reflektiertes Signal empfangen wird. Im Gegensatz dazu wird an den jeweils anderen Einzelempfangsantennen zweckmäßigerweise kein Empfangssignal abgenommen.In an expedient development, the calibration device is designed to control the transmitting and receiving device such that separately at each of the individual receiving antennas of the array antenna for a period of one modulation period via the left and right transmitting antenna emitted as a linearly frequency-modulated transmit signal and reflected at the reflector signal Will be received. In contrast, it is expediently not received at the other individual receiving antennas received signal.
Um das oben gesagte zu bewirken und jede Einzelempfangsantenne separat von den anderen Einzelempfangsantennen in der Gruppenantenne zu untersuchen, ist die Sende- und Empfangseinrichtung zweckmäßigerweise dazu ausgebildet ist, von der zu untersuchenden Einzelempfangsantenne das Signal zu empfangen, indem sie zweckmäßigerweise denjenigen Verstärker aktiviert, welcher im der zu untersuchenden Einzelempfangsantenne nachgeschalteten Einzelempfangskanal vorgesehen ist, wohingegen die Verstärker der den jeweils anderen Einzelempfangsantennen nachgeschalteten Einzelempfangskanäle zweckmäßigerweise abgeschaltet bzw. deaktiviert sind. Zweckmäßigerweise findet eine Kalibrierung der Einzelkanäle durch sequentielle Datenaufzeichnung der Kanäle bei Abschaltung der nicht benutzten Kanäle stattfindet.In order to accomplish the above and to examine each individual receiving antenna separately from the other individual receiving antennas in the array antenna, the transmitting and receiving device is expediently adapted to receive the signal from the individual receiving antenna to be examined by suitably activating the amplifier which is in the the individual receiving antenna downstream of the individual receiving antenna is provided, whereas the amplifiers of the individual receiving channels connected downstream of the respective other individual receiving antennas are expediently switched off or deactivated. Conveniently, a calibration of the individual channels takes place by sequential data recording of the channels when the unused channels are switched off.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung ist die Kalibriervorrichtung weiter dazu ausgebildet, anhand der Amplitude und Phase des empfangenen Signals für jede Einzelempfangsantenne der Gruppenantenne separat eine herstellungsbedingte Phasenabweichung zu ermitteln.According to an advantageous embodiment, the calibration device is further configured to separately determine a production-related phase deviation based on the amplitude and phase of the received signal for each individual receiving antenna of the array antenna.
Zweckmäßigerweise ist eine Phasenverschiebung am Phasenschieber durch Schalten von Leitungslängen über MEMS-Schalter einstellbar, welche als mikroelektromechanisches System realisiert sind. Advantageously, a phase shift on the phase shifter is adjustable by switching line lengths via MEMS switches, which are implemented as a microelectromechanical system.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung ist der Phasenschieber als digitaler Phasenschieber ausgebildet. According to an advantageous embodiment of the phase shifter is designed as a digital phase shifter.
Zweckmäßigerweise ist dem digitalen Phasenschieber ein analoger Phasenschieber nachgeschaltet, womit in zweckmäßiger Weiterbildung eine Feineinstellung der Phasenverschiebung und/oder ein Ausgleich von durch Temperaturänderungen verursachten Phasenschwankungen und/oder eine Kalibrierung der Einzelempfangskanäle durchgeführt werden kann.Conveniently, the digital phase shifter an analog phase shifter downstream, which in an appropriate refinement, a fine adjustment of the phase shift and / or compensation caused by temperature changes phase fluctuations and / or calibration of the individual receiving channels can be performed.
Zur Unterdrückung von Nebenzipfeln der Gruppenantenne sind die jeweiligen in den Einzelempfangskanälen vorgesehenen Verstärker in der Verstärkung zweckmäßigerweise derart einstellbar, dass die Amplituden der von den Einzelempfangsantennen bereitgestellten Empfangssignale in Bezug auf die Gruppenantenne mit einer Funktion, insbesondere einer Kosinus-Funktion, gewichtet werden. In order to suppress side lobes of the group antenna, the amplifiers provided in the individual reception channels are expediently adjustable in the amplification such that the amplitudes of the reception signals provided by the individual reception antennas are weighted with respect to the group antenna with a function, in particular a cosine function.
Zweckmäßigerweise können bis zu acht der Einzelempfangskanäle jeweils als Submodul zusammengefasst werden. Es kann auch zweckmäßig sein, alle Einzelempfangskanäle jeweils zu Submodulen mit je bis zu acht Einzelempfangskanälen zusammenzufassen Conveniently, up to eight of the individual receive channels can each be summarized as a submodule. It may also be convenient to combine all individual receive channels into sub-modules each with up to eight individual receive channels
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung weist das jeweilige Submodul einen Ausgang zur Bereitstellung eines Ausgangssignals auf, welches als Zwischenfrequenzsignal ausgebildet ist und zweckmäßigerweise ein Signal im Basisband darstellt. In zweckmäßiger Weiterbildung stellt das Ausgangssignal ein Summensignal der von den Einzelempfangskanälen des Submoduls verarbeiteten Empfangssignale dar.According to an advantageous embodiment, the respective submodule has an output for providing an output signal, which is designed as an intermediate frequency signal and expediently represents a signal in the baseband. In an expedient development, the output signal represents a sum signal of the received signals processed by the individual receiving channels of the submodule.
Zweckmäßigerweise ist das Submodul monolithisch in einem integrierten Empfängerschaltkreis ausgebildet.Conveniently, the submodule is monolithically formed in an integrated receiver circuit.
In zweckmäßiger Weiterbildung ist der Empfängerschaltkreis in Silizium-Germanium-Technik ausgeführt.In an expedient development of the receiver circuit is carried out in silicon-germanium technology.
Zur Bildung eines gebündelten Antennenstrahls der Strahlschwenkeinrichtung ist zweckmäßigerweise mindestens ein Summierer zur Summierung von Ausgangssignalen der Einzelempfangskanäle bzw. zur Summierung von Ausgangssignalen eines oder mehrerer Submodule, welche aus Einzelempfangskanälen zusammengefasst sind, den Einzelempfangskanälen bzw. Submodulen nachgeschaltet.To form a bundled antenna beam of the beam sweeping device is expediently at least one summer for summing output signals of the individual receiving channels or for summing output signals of one or more submodules, which are combined from individual receiving channels, the individual receiving channels or submodules downstream.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung ist der Summierer im Basisband vorgesehen.According to an advantageous embodiment, the summer is provided in the baseband.
In zweckmäßiger Weiterbildung umfasst eine analoge Signalverarbeitung, welche zweckmäßigerweise auf die Summierung der Ausgangssignale der Einzelempfangskanäle und/oder der zur Submodulen zusammengefassten Einzelempfangskanäle zu einem gebündelten Antennenstrahl der Gruppenantenne folgt, Funktionsbausteine nach Art eines Hochpassfilters, eines 1/f²-Filters, eines AGC und/oder eines Antialisingfilters.In an expedient refinement, analog signal processing, which expediently follows the summation of the output signals of the individual receive channels and / or the individual receive channels combined into submodules to form a bundled antenna beam of the group antenna, includes function blocks in the form of a high-pass filter, a 1 / f 2 filter, an AGC and / or an anti-aliasing filter.
Zweckmäßigerweise werden auch die von den Einzelempfangskanälen bzw. Submodulen bereitgestellten Hilfssignale einer analogen Signalverarbeitung unterzogen, welche zweckmäßigerweise folgende Funktionsbausteine umfasst: Hochpassfilter, 1/f²-Filter, AGC und/oder Antialisingfilter.Expediently, the auxiliary signals provided by the individual receiving channels or submodules are also subjected to analog signal processing, which expediently comprises the following function modules: high-pass filter, 1 / f 2 filter, AGC and / or anti-aliasing filter.
Zweckmäßig ist der Abstrahlöffnungswinkel von an der Sendeeinrichtung vorgesehenen Sendeantennen derart dimensioniert, dass das Beobachtungsfeld der Gruppenantenne der Empfängereinrichtung vollständig ausgeleuchtet ist.Suitably, the Abstrahlöffnungswinkel is provided by transmitting antennas provided at the transmitting device such that the observation field of the array antenna of the receiver device is completely illuminated.
In zweckmäßiger Weiterbildung sind die Antennen, insbesondere die Sendeantennen und/oder Empfangsantennen, als Streifenleitungsantennen ausgebildet.In an expedient development, the antennas, in particular the transmitting antennas and / or receiving antennas, are designed as stripline antennas.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung liegt die Sende- und Empfangsfrequenz an der Sende- und Empfangseinrichtung im Bereich von 75 GHz bis 85 GHz.According to an advantageous embodiment, the transmission and reception frequency at the transmitting and receiving device is in the range of 75 GHz to 85 GHz.
In zweckmäßiger Weiterbildung ist in jedem Sendekanal ein als spannungsgesteuerter Oszillator ausgebildeter Sendeoszillator vorgesehen ist, welcher in vorteilhafter Ausgestaltung dazu ausgebildet ist, unter anderem ein Lokaloszillatorsignal zweckmäßigerweise der halben Sendefrequenz der Sendefrequenz im Bereich von 75GHz bis 85 GHz zur Verfügung stellen.In an expedient refinement, a transmitting oscillator designed as a voltage-controlled oscillator is provided in each transmitting channel, which in an advantageous embodiment is designed, inter alia, to provide a local oscillator signal of half the transmitting frequency of the transmitting frequency in the range from 75 GHz to 85 GHz.
Zur Geschwindigkeitskorrektur des Geschwindigkeitsprofils wird die Phasenkorrekturmatrix zweckmäßigerweise elementsweise, d.h. für jedes einzelne Matrixelement, mit der das Geschwindigkeitsprofil darstellenden zweidimensionalen FFT-Matrix des gebündelten Antennenstrahls multipliziert. Die Geschwindigkeitskorrektur kann zweckmäßigerweise auch durch Addition der Phasenanteile der Matrixelemente der Phasenkorrekturmatrix und der Phasenanteile der Matrixelemente der zweidimensionalen FFT-Matrix erfolgen. Zur Durchführung der Korrektur der Bildverzerrungen durch Objektbewegung aus den Hilfskanälen wird also zweckmäßigerweise eine komplexe Phasenkorrekturmatrix gebildet, welche in zweckmäßiger Weiterbildung mit einer der komplexen Summenmatrizen elementweise multipliziert wird.For velocity correction of the velocity profile, the phase correction matrix is conveniently elementally, i. for each individual matrix element with which the velocity profile representing two-dimensional FFT matrix of the collimated antenna beam multiplies. The speed correction can also be carried out expediently by adding the phase components of the matrix elements of the phase correction matrix and the phase components of the matrix elements of the two-dimensional FFT matrix. To carry out the correction of the image distortions due to object movement from the auxiliary channels, a complex phase correction matrix is thus expediently formed, which in an expedient development is multiplied element by element with one of the complex sum matrices.
Zweckmäßigerweise wird die Phasenkorrekturmatrix aus der Differenz zweier zweidimensionaler FFT-Matrizzen berechnet, welche als Hilfssignale fungierende Ausgangssignale von denjenigen zwei Einzelempfangskanälen darstellen, welche den an den gegenüberliegenden Zeilenenden der als Antennenzeile angeordneten Gruppenantenne vorgesehenen zwei Einzelempfangsantennen nachgeschaltet sind.Expediently, the phase correction matrix is calculated from the difference between two two-dimensional FFT matrices which represent output signals acting as auxiliary signals from those two individual receive channels which are connected downstream of the two individual receive antennas provided at the opposite row ends of the array antenna arranged as antenna line.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1A ein funktionales Blockschaltbild eines Radarsensors,1A is a functional block diagram of a radar sensor,
Fig. 1B ein funktionales Blockschaltbild eines Empfängerchips des Radarsensors gemäß Fig. 1A,1B is a functional block diagram of a receiver chip of the radar sensor according to FIG. 1A,
Fig. 1C ein funktionales Blockschaltbild eines Empfängerchips des Radarsensors gemäß Fig. 1A,1C is a functional block diagram of a receiver chip of the radar sensor according to FIG. 1A,
Fig. 1D ein funktionales Blockschaltbild eines Senders des Radarsensors gemäß Fig. 1A,1D is a functional block diagram of a transmitter of the radar sensor according to FIG. 1A,
Fig. 1E ein funktionales Blockschaltbild der Signalaufbereitung im Basisband des Radarsensors gemäß Fig. 1A,1E is a functional block diagram of the signal processing in the baseband of the radar sensor according to FIG. 1A,
Fig. 2 eine prinzipielle Strahlschwenkung an einer Gruppenantenne gemäß dem Stand der Technik,2 shows a principal beam pivoting on a group antenna according to the prior art,
Fig. 3 eine beispielhafte Anordnung von Sende- und Empfangsantennen gemäß dem Stand der Technik,3 shows an exemplary arrangement of transmitting and receiving antennas according to the prior art,
Fig. 4 eine reale Apertur und eine synthetische Apertur gemäß dem Stand der Technik, welche sich bei einer Antennenanordnung gemäß Fig. 3 ergibt,4 shows a real aperture and a synthetic aperture according to the prior art, which results in an antenna arrangement according to FIG. 3, FIG.
Fig. 5A eine Modulationsform und den zeitlichen Ablauf der Funktionen des Radarsensors gemäß Fig. 1AFig. 5A shows a modulation form and the timing of the functions of the radar sensor according to Fig. 1A
Fig. 5B eine Modulationsform und den zeitlichen Ablauf der Funktionen des Radarsensors gemäß Fig. 1A5B shows a modulation form and the time sequence of the functions of the radar sensor according to FIG. 1A
Fig. 6 ein Flussdiagramm der Signalverarbeitung am Radarsensor gemäß Fig. 1A und der damit verbundenen Radarsteuerung undFig. 6 is a flowchart of the signal processing at the radar sensor according to FIG. 1A and the associated radar control and
Fig. 7 ein funktionales Blockschaltbild eines Radarsensors zur adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregulierung im Kraftfahrzeug.Fig. 7 is a functional block diagram of a radar sensor for adaptive distance and speed regulation in the motor vehicle.
Fig. 1A zeigt das funktionale Blockschaltbild des Radarfrontends. Der Sensor umfasst zwei abwechselnd aktivierte Sender sowie eine Vielzahl von Empfängern - typischerweise 8, 16 oder 32 – welche jeweils an eine Einzelzeile eines Antennenarrays angeschlossen sind. Wie gezeigt in Figuren 1B und 1C, umfasst jeder Empfangskanal einen IQ-Mischer zur Frequenzumsetzung des Hochfrequenzsignals in eine Zwischenfrequenz- oder Basisband-Lage und einen Phasenrotator oder alternativ einen Mischer zur Frequenzumsetzung des Hochfrequenzsignals in eine Zwischenfrequenz- oder Basisband-Lage und einen Phasenschieber im so genannten Lokaloszillatorzweig sowie einen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung auf der Basisband-Seite. Der Phasenschieber kann sowohl im Hochfrequenzpfad als auch im Lokaloszillatorpfad untergebracht werden. Die Auswirkung auf das auszuwertende Basisband-Signal ist bei beiden zuvor erläuterten Verschaltungen des Phasenschiebers im Radarsensor identisch. Jedoch hat die Platzierung des Phasenschiebers im Lokaloszillatorpfad den Vorteil, dass das Hochfrequenzsignal nicht zusätzlich gedämpft und verrauscht wird. Damit wird die Empfindlichkeit des Empfängers gesteigert.Fig. 1A shows the functional block diagram of the radar front end. The sensor comprises two alternately activated transmitters and a plurality of receivers - typically 8, 16 or 32 - which are each connected to an individual line of an antenna array. As shown in Figs. 1B and 1C, each receive channel includes an IQ mixer for frequency translation of the high frequency signal into an intermediate frequency or baseband position and a phase rotator or alternatively a mixer for frequency translation of the high frequency signal into an intermediate frequency or baseband position and phase shifter so-called Lokaloszillatorzweig and an amplifier with adjustable gain on the baseband side. The phase shifter can be accommodated both in the high-frequency path and in the local oscillator path. The effect on the baseband signal to be evaluated is identical in the case of the above-explained interconnections of the phase shifter in the radar sensor. However, the placement of the phase shifter in the local oscillator path has the advantage that the high frequency signal is not additionally attenuated and noisy. This increases the sensitivity of the receiver.
Um die Nebenzipfel des Antennenstrahls des gesamten Arrays zu unterdrücken, sind die Amplituden der einzelnen Kanäle beispielsweise mit einer Kosinus-Funktion zu gewichten. Dies geschieht durch Verstärker mit einstellbarer Verstärkung am Zwischenfrequenz- bzw. Basisbandausgang des Mischers eines jeden Einzelempfangskanals.In order to suppress the sidelobes of the antenna beam of the entire array, the amplitudes of the individual channels are to be weighted, for example, with a cosine function. This is done by adjustable gain amplifiers at the IF output of the mixer of each individual receive channel.
Die Empfänger werden jeweils bevorzugt in Gruppen zu beispielsweise je 4 Empfängern zusammengefasst und in einem Millimeterwellen-Chip integriert. Hier findet auch bereits eine erste Summierung des Basisband-Signals statt. In dem dem Millimeterwellen-Chip nachgeschalteten Basisbandchip, wie gezeigt in Fig. 1E, werden zunächst die Teilsummen der Empfängergruppen aufsummiert und das Signal pegelmäßig für die Analog-Digitalwandlung aufbereitet. Somit liegt am Analog-Digitalwandler bereits das Signal des geschwenkten hoch auflösenden Antennenstrahls des gesamten Antennenarrays vor. Eine Berechnung des Signals des geschwenkten hoch auflösenden Antennenstrahls aus den Signalen der Einzelzeilen ist nicht mehr erforderlich.The receivers are preferably combined in groups of, for example, each 4 receivers and integrated in a millimeter wave chip. Here also a first summation of the baseband signal already takes place. In the millimeter-wave chip downstream base-band chip, as shown in Fig. 1E, the partial sums of the receiver groups are first summed up and the signal is level-processed for the analog-to-digital conversion. Thus, the analog-to-digital converter already has the signal of the tilted high-resolution antenna beam of the entire antenna array. A calculation of the signal of the panned high-resolution antenna beam from the signals of the individual lines is no longer necessary.
Die Richtung des Summenstrahls wird durch die Phasenschieberfunktion gewährleistet, indem gemäß Fig. 2 die Phase des Empfangssignals eines jeden Einzelempfangskanals um den Wert α bzw. um ein Vielfaches davon verschoben wird.The direction of the sum beam is ensured by the phase shifter function, as shown in FIG. 2, the phase of the received signal of each individual receiving channel is shifted by the value α or a multiple thereof.
Wie in Detail A (siehe Fig. 1C) von Fig. 1A ausgeführt, werden parallel zum Summenkanal die Signale der jeweils äußersten Empfangskanäle, vorliegend die Empfangskanäle 1 und 4, als Hilfskanäle herausgeführt. Wie in Fig. 1A gezeigt, werden von den Hilfskanälen nur jeweils die äußerst links bzw. rechts liegenden Kanäle dem Basisband-Chip zugeführt. Je nachdem ob der rechte Sender Tx_R, auch als Tx_2 bezeichnet, oder der linke Sender Tx_L , auch als Tx_1 bezeichnet, aktiv ist, wird über den in Fig. 1E gezeigten Schalter das Hilfssignal separat aufbereitet und einem Analog-Digitalwandler zugeführt. Dieses Hilfssignal wird zu Kalibierzwecken benötigt.As shown in detail A (see FIG. 1C) of FIG. 1A, the signals of the outermost receiving channels, in the present case the receiving channels 1 and 4, are led out as auxiliary channels parallel to the sum channel. As shown in Fig. 1A, only the leftmost and rightmost channels of the subchannels are supplied to the baseband chip. Depending on whether the right transmitter Tx_R, also referred to as Tx_2, or the left transmitter Tx_L, also referred to as Tx_1, is active, the auxiliary signal is processed separately via the switch shown in Fig. 1E and fed to an analog-to-digital converter. This auxiliary signal is needed for calibration purposes.
Durch Einsatz von zwei Sendern im zeitlichen Wechsel kann die Apertur der Antenne virtuell fast um den Faktor 2 vergrößert werden. Es wird eine so genannte synthetische Apertur gebildet. Fig. 3 zeigt dazu eine beispielhafte Anordnung der Antennen in Micorstrip-Patch-Ausführung.By using two transmitters in temporal change, the aperture of the antenna can be increased virtually by a factor of almost two. A so-called synthetic aperture is formed. FIG. 3 shows an exemplary arrangement of the antennas in micorstrip patch design.
Wichtig ist, dass der Signalpfad vom linken Sender zum Radarziel und weiter zur äußerst rechten Empfangsantenne die gleiche Länge aufweist wie der Signalpfad vom rechten Sender zum Radarziel und weiter zur äußerst linken Empfangsantenne. In Fig. 3 wird dies dadurch gelöst, dass die Sendeantennen jeweils auf der gleichen x-Koordinate wie die äußeren Empfangsantennen angeordnet sind. Dadurch wird eine synthetische Apertur, wie in Fig. 4 gezeigt, erzeugt, bei der sich die Kanäle S1/Rx16 und S2/Rx1 überlagern. Dieser Umstand wird ausgenutzt, um eine hochdynamische Kalibrierung des Radarsensors durchzuführen. Die Signale der überlagerten Kanäle müssen gleich sein. Ist dies nicht der Fall, beispielsweise durch eine Bewegung der Radarobjekte oder durch Temperatureffekte oder Alterung der Hardware, so kann eine Phasenkorrektur berechnet werden, mit der die vorab eingestellten Phasenverschiebungen der Einzelempfangskanäle beaufschlagt werden. Diese Korrektur erfolgt nach jedem Modulationszyklus, also hochdynamisch.It is important that the signal path from the left transmitter to the radar target and further to the far right receiver antenna has the same length as the signal path from the right transmitter to the radar target and on to the far left receiver antenna. In Fig. 3, this is achieved in that the transmitting antennas are each arranged on the same x-coordinate as the outer receiving antennas. Thereby, a synthetic aperture as shown in Fig. 4 is generated in which the channels S1 / Rx16 and S2 / Rx1 are superimposed. This circumstance is exploited to carry out a highly dynamic calibration of the radar sensor. The signals of the superimposed channels must be the same. If this is not the case, for example as a result of a movement of the radar objects or due to temperature effects or aging of the hardware, a phase correction can be calculated with which the preset phase shifts of the individual receive channels are applied. This correction takes place after each modulation cycle, ie highly dynamic.
In Figuren 5A und 5B sind die Modulationsform und der zeitlicher Ablauf der Funktionen gezeigt.Figures 5A and 5B show the form of modulation and the timing of the functions.
Der Sender wird linear in der Frequenz moduliert. Dies geschieht entsprechend Fig. 5A sägezahnförmig oder dreiecksförmig. Während der Modulation werden das Basisband-Signal und der Hilfskanal abgetastet.The transmitter is linearly modulated in frequency. This is done according to Fig. 5A sawtooth or triangular. During modulation, the baseband signal and the auxiliary channel are sampled.
Parallel und zeitlich versetzt zur Abtastung erfolgt die Berechnung der Echoprofile versus der Entfernung eines Objekts (so genanntes Range-Processing). Um eine hohe Geschwindigkeitsauflösung zu erhalten, werden mehrere Modulationsperioden durchfahren. Durch die Bewegung des Objekts ändert sich die Phase eines jeden Echos von Modulationszyklus zu Modulationszyklus. Ordnet man nun die einzelnen Echoprofile in einem Spektrogramm an und rechnet über die Zeilen dieser Matrix eine zweite FFT, so erhält man zusätzlich zum Entfernungsprofil auch ein Geschwindigkeitsprofil, also eine dreidimensionale Darstellung – Echoamplitude versus Geschwindigkeit versus Entfernung. Diese Form der Signalverarbeitung ist auch als 2D-FFT bekannt. Dieser zweite FFT-Schritt erfolgt nach jeder elektronisch eingestellten Position des Antennenstrahls (siehe Fig. 5B). Sind alle Antennenpositionen durchfahren, so können die Ergebnisse zu einem Radarbild zusammengefasst werden, welches der Hinderniserkennung zugeführt wird.The calculation of the echo profiles versus the distance of an object (so-called range processing) takes place parallel to and temporally offset from the scan. In order to obtain a high speed resolution, several modulation periods are passed through. The movement of the object changes the phase of each echo from modulation cycle to modulation cycle. If one now arranges the individual echo profiles in a spectrogram and calculates a second FFT over the lines of this matrix, one obtains in addition to the distance profile also a velocity profile, ie a three-dimensional representation - echo amplitude versus velocity versus distance. This form of signal processing is also known as 2D FFT. This second FFT step occurs after each electronically adjusted position of the antenna beam (see FIG. 5B). Once all antenna positions have been traversed, the results can be combined into a radar image, which is fed to the obstacle detection.
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm der Signalverarbeitung und der damit verbundenen Radarsteuerung.Fig. 6 shows a flowchart of the signal processing and the associated radar control.
Zunächst werden die Phasenschieber für die gewünschte Blickrichtung der Antenne, wie in Fig. 2 gezeigt, eingestellt. Ferner wird die Verstärkung der Basisband-Verstärker entsprechend der gewünschten Amplitudenbelegung eingestellt. Dann erfolgen die lineare Modulation des linken Senders und gleichzeitig die dazugehörige Datenerfassung. Es werden dabei sowohl die Daten des Summenkanals als auch die des rechten Hilfskanals erfasst. Die Daten werden nun in einem Zwischenspeicher abgelegt.First, the phase shifters for the desired viewing direction of the antenna as shown in Fig. 2, are set. Further, the gain of the baseband amplifiers is adjusted according to the desired amplitude occupancy. Then the linear modulation of the left transmitter and simultaneously the associated data acquisition done. Both the data of the sum channel and the right auxiliary channel are recorded. The data is now stored in a buffer.
Nun wird der linke Sender abgeschaltet. Der zweite Modulationszyklus wird mit dem rechten Sender durchfahren. Dabei sind die Phasenschieber der Einzelempfangskanäle und die Verstärkungsfaktoren, wie in Fig. 2 gezeigt, umzustellen.Now the left transmitter is switched off. The second modulation cycle is traversed by the right transmitter. In this case, the phase shifters of the individual receive channels and the gain factors, as shown in Fig. 2, change over.
Auch hier werden die Daten des Summenkanals sowie die Daten des linken Hilfskanals aufgezeichnet und abgespeichert.Here, too, the data of the sum channel as well as the data of the left auxiliary channel are recorded and stored.
Parallel und zeitlich versetzt zur Datenerfassung erfolgt nun die Berechung des Entfernungsprofils aus den Abtastwerten unter Anwendung einer schnellen Fouriertransformation, so genannten Entfernungs-FFT. Diese Operation wird sowohl für den Summenkanal als auch für den jeweiligen Hilfskanal durchgeführt. Danach erfolgen die Bildung eines Spektrogramms und die Berechnung der Doppler-FFT für jeden Datensatz.The calculation of the distance profile from the sampled values using a fast Fourier transformation, so-called distance FFT, now takes place in parallel and with a time offset to the data acquisition. This operation is performed both for the sum channel and for the respective auxiliary channel. This is followed by the formation of a spectrogram and the calculation of the Doppler FFT for each data set.
Um Phasenverschiebungen durch Objektbewegungen, Parameterschwankungen der Bauteile usw. zu kompensieren, werden nun die Phasenwerte der beiden komplexen Range-Doppler-Matrizen der Hilfskanäle voneinander subtrahiert und eine Phasenkorrekturmatrix gebildet. Nun erfolgt eine elementweise Multiplikation der Range-Doppler-Matrix des Summenkanals bei aktivem rechten Sender mit dieser Phasenkorrekturmatrix. Die Phasenverschiebungen durch eine Objektbewegung zwischen den beiden Modulationszyklen sind nun kompensiert und die beiden Matrizen können zum synthetischen Antennenstrahl addiert werden.In order to compensate phase shifts by object movements, parameter fluctuations of the components, etc., the phase values of the two complex range Doppler matrices of the auxiliary channels are subtracted from one another and a phase correction matrix is formed. Now an element-wise multiplication of the range Doppler matrix of the sum channel takes place with the right-hand transmitter active with this phase correction matrix. The phase shifts due to an object movement between the two modulation cycles are now compensated and the two matrices can be added to the synthetic antenna beam.
Im Folgenden wird der Kalibriervorgang des Radarsensor und dessen Notwendigkeit erläutert. Der oben beschriebene Vorgang der elektronischen Strahlschwenkung setzt voraus, dass beim Geradeaus-Blick alle Empfangskanäle phasengleich sind. Dies ist jedoch aufbaubedingt nur schwer zu realisieren. Ferner können Schwankungen von Baureihe zu Baureihe vorliegen. In der Praxis ist deshalb ein Kalibriervorgang für jedes Fertigungslos notwendig. Dieser wird vorteilhaft wie folgt durchgeführt:In the following, the calibration process of the radar sensor and its necessity will be explained. The above-described process of electronic beam steering requires that all receiving channels are in phase when looking straight ahead. However, this is structurally difficult to realize. There may also be variations from series to series. In practice, therefore, a calibration process is necessary for each production lot. This is advantageously carried out as follows:
Im Blockschaltbild von Fig. 1C (siehe auch Detail A von Fig. 1A) ist zu erkennen, dass jeder Mischerausgang mit einem variablen Verstärker bestückt ist. Dies erlaubt die sequentielle Vermessung eines Einzelempfangskanals bei Abschaltung aller anderen Kanäle. Diese Messung wird vorzugsweise in einem reflexionsarmen Raum durchgeführt, wobei ein einzelnes stark reflektierendes und punktförmiges Ziel beleuchtet wird. Die Phasenverschiebung der Einzelnen Empfangskanäle kann nun aufgezeichnet und in einem nichtflüchtigen Speicher (in den Figuren nicht gezeigt) der Radar-Steuereinheit abgelegt werden. Diese Kalibrierwerte werden nun von den nominal einzustellenden Phasenwerten α bei der Ausrichtung des Summenstrahls subtrahiert.In the block diagram of Fig. 1C (see also detail A of Fig. 1A) it can be seen that each mixer output is equipped with a variable amplifier. This allows the sequential measurement of a single receive channel at shutdown of all other channels. This measurement is preferably performed in an anechoic room, illuminating a single highly reflective and punctiform target. The phase shift of the individual receive channels can now be recorded and stored in a non-volatile memory (not shown in the figures) of the radar control unit. These calibration values are now subtracted from the nominal phase values α to be set in the alignment of the sum beam.
Fig. 7 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel eines Radarsensors zur adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregulierung in einem Kraftfahrzeug.Fig. 7 shows an example of an embodiment of a radar sensor for adaptive distance and speed regulation in a motor vehicle.
Über eine so genannte Electronic-Control-Unit (ECU) werden Brems- und Beschleunigungssignale an das Fahrzeug gesendet. Andererseits erhält die ECU über den bordeigenen Signalbus Informationen zur Eigengeschwindigkeit und zur Lenkrad-Position.Braking and acceleration signals are sent to the vehicle via a so-called Electronic Control Unit (ECU). On the other hand, the ECU receives information about the airspeed and the steering wheel position via the on-board signal bus.
Diese Informationen werden zur Unterstützung der Signalauswertung an die Radarsignalverarbeitungseinheit weitergeleitet. Über eine geräteinterne Schnittstelle (SPI) wird der Sender angesteuert. Über eine zweite Schnittstelle werden die Phasenschieber und Verstärker im Empfänger angesteuert. Dies trägt zur Strahlschwenkung bei. Wie in Figuren 1A bis 1E gezeigt, werden anschließend die Empfangssignale durch die Basisbandkette aufbereitet, abgetastet und der Signalvorverarbeitung zugeführt. Diese muss massiv parallel arbeiten, um die Entfernungs- und Geschwindigkeitsberechnungen zeitnah zur Signalabtastung durchzuführen. Dies wird bevorzugt durch ein so genannntes „field programmable gate array“ (FPGA), wie in Fig. 7 gezeigt, ausgeführt.This information is forwarded to the radar signal processing unit to assist the signal evaluation. The transmitter is controlled via a device-internal interface (SPI). A second interface controls the phase shifters and amplifiers in the receiver. This contributes to the beam pivoting. As shown in FIGS. 1A to 1E, the received signals are subsequently processed by the baseband chain, sampled and fed to the signal preprocessing. It has to work massively in parallel in order to carry out the distance and speed calculations in a timely manner for signal sampling. This is preferably carried out by a so-called "field programmable gate array" (FPGA), as shown in FIG.

Claims (38)

  1. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung mit einer Auswerteeinheit und einer Hochfrequenz-Sende- und Empfangseinrichtung, welche eine mehrere Einzelempfangsantennen umfassende Gruppenantenne und eine Strahlschwenkeinrichtung zur elektronischen Strahlschwenkung des Antennenstrahls der Gruppenantenne aufweist, wobei die Strahlschwenkeinrichtung für jede Einzelempfangsantenne einen dieser nachgeschalteten Einzelempfangskanal umfasst, welcher einen IQ-Mischer mit Phasenrotator und einen im Basisband vorgesehenen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung aufweist.Distance and speed measuring device having an evaluation unit and a high-frequency transmitting and receiving device, which comprises a plurality of individual receiving antennas comprising group antenna and a beam pivoting device for electronically beaming the antenna beam of the array antenna, wherein the beam pivoting device comprises for each individual receiving antenna one of these downstream individual receiving channel, which an IQ- Having a phase rotator mixer and a baseband amplifier with adjustable gain.
  2. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung mit einer Auswerteeinheit und einer Hochfrequenz-Sende- und Empfangseinrichtung, welche eine mehrere Einzelempfangsantennen umfassende Gruppenantenne und eine Strahlschwenkeinrichtung zur elektronischen Strahlschwenkung des Antennenstrahls der Gruppenantenne aufweist, wobei die Strahlschwenkeinrichtung für jede Einzelempfangsantenne einen dieser nachgeschalteten Einzelempfangskanal umfasst, welcher einen Mischer, einen Phasenschieber im Lokaloszillatorzweig des Mischers und einen im Basisband vorgesehenen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung aufweist.A distance and speed measuring device comprising an evaluation unit and a high-frequency transmitting and receiving device comprising a group antenna comprising a plurality of individual receiving antennas and a beam swiveling device for electronically beaming the antenna beam of the group antenna, wherein the beam swiveling device for each individual receiving antenna comprises a single receiving channel following this, which comprises a mixer, a phase shifter in the local oscillator branch of the mixer and an amplifier provided with adjustable gain provided in the baseband.
  3. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines Abstands zwischen der Hochfrequenz-Empfangseinrichtung und einem Objekt bzw. zur Ermittlung einer Position eines Objekts, insbesondere eines sich bewegenden Objekts, die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand von den Antennenstrahl der Gruppenantenne bildenden Ausgangssignalen der Einzelempfangskanäle ein Entfernungsprofil unter Anwendung einer Range-FFT und/oder ein Geschwindigkeitsprofil unter Anwendung einer zweidimensionalen FFT zu ermitteln, welche eine Range-FFT und eine Doppler-FFT umfasst.Distance and speed measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that for determining a distance between the high-frequency receiving device and an object or for determining a position of an object, in particular a moving object, the evaluation device is adapted to, based on the Antenna beam of the array antenna output signals of the individual receiving channels to determine a range profile using a range FFT and / or a velocity profile using a two-dimensional FFT comprising a range FFT and a Doppler FFT.
  4. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bzw. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelempfangsantennen in einer Antennenzeile angeordnet sind.Distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 or 2 or 3, characterized in that the individual receiving antennas are arranged in an antenna array.
  5. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinrichtung zwei Sendekanäle aufweist, welche abwechselnd über eine am oder in der Nähe des rechten Zeilenendes der Antennenzeile positionierte rechte Sendeantenne und eine am bzw. in der Nähe des linken Zeilenendes positionierte linke Sendeantenne abstrahlen.Distance and speed measuring device according to claim 4, characterized in that the transmitting and receiving device comprises two transmission channels, which alternately positioned over a right transmitting antenna positioned at or in the vicinity of the right line end of the antenna line and one positioned at or in the vicinity of the left end of the line radiate left transmitter antenna.
  6. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung eine Korrektureinrichtung zur Geschwindigkeitskorrektur der Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofile umfasst, welche dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeitskorrektur durch Verrechnung einer das Geschwindigkeitsprofil kennzeichnenden zweidimensionalen FFT-Matrix mit einer aus Hilfssignalen errechneten Phasenkorrekturmatrix durchzuführen.Distance and speed measuring device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the evaluation device comprises a correction device for speed correction of the distance and speed profiles, which is adapted to speed correction by offsetting a two-dimensional FFT matrix characterizing the velocity profile with one of auxiliary signals calculated phase correction matrix perform.
  7. Abstands- und Geschwindigkeitsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung der Hilfssignale von Ausgangssignalen der in der Antennenzeile am linken Zeilenende bzw. rechten Zeilenende positionierten Einzelempfangsantennen die am linken Zeilenende positionierte Einzelempfangsantenne und die rechte Sendeantenne bzw. die am rechten Zeilenende positionierte Einzelempfangsantenne und die linke Sendeantenne Signalpfade jeweils gleicher Weglänge aufweisen, die Sende- und Empfangseinrichtung dazu ausgebildet ist, bei aktivierter rechter Sendeantenne das von einem der linken Einzelempfangsantenne nachgeschalteten Empfangskanal bereitgestellte Ausgangssignal als Hilfssignal bzw. bei aktivierter linker Sendeantenne das von einem der rechten Einzelempfangsantenne nachgeschalteten Empfangskanal bereitgestellte Ausgangssignal als Hilfssignal zu empfangen, zu speichern und/oder aufzuzeichnen, und die Korrektureinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, jeweils eine zweidimensionale FFT-Matrix, welche eine Range-FFT und eine Doppler-FFT umfasst, aus dem Hilfssignal der rechten Einzelempfangsantenne bzw. der linken Einzelempfangsantenne zu ermitteln, die Phasenanteile der Matrixelemente der beiden zweidimensionalen FFT-Matrizen der Hilfssignale zur Bildung der Phasenkorrekturmatrix voneinander zu subtrahieren und die Phasenkorrekturmatrix elementweise mit der das Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofil darstellenden, zweidimensionalen FFT des gebündelten Antennenstrahls zu multiplizieren bzw. die Phasenelemente der Phasenkorrekturmatrix und der das Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofil darstellenden, zweidimensionalen FFT des gebündelten Antennenstrahls zu addieren.Distance and speed device according to claim 6, characterized in that for obtaining the auxiliary signals of output signals of the antenna line at the left end of the line and the right end of the line positioned individual receiving antennas positioned at the left end of the line single receiving antenna and the right transmitting antenna or positioned at the right end of the line single receiving antenna and the left transmitting antenna signal paths each have the same path length, the transmitting and receiving device is designed to be activated at the right transmitting antenna provided by one of the left individual receiving antenna receiving channel output signal as an auxiliary signal or activated left transmit antenna provided by one of the right single receive antenna downstream receiving channel output signal as an auxiliary signal to receive, store and / or record, and the correction means is further adapted to each zweidimensi to determine the phase components of the matrix elements of the two two-dimensional FFT matrices of the auxiliary signals for forming the phase correction matrix from each other from the auxiliary signal of the right single receive antenna and the left individual receive antenna FFT matrix, which includes a range FFT and a Doppler FFT and multiplying the phase correction matrix by the two-dimensional FFT of the collimated antenna beam representing the range and velocity profile, and adding the phase elements of the phase correction matrix and the distance and velocity profile representing two-dimensional FFT of the collimated antenna beam.
  8. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Antennenstrahlaufweitung der Gruppenantenne im Nahbereich Submodule, welche aus denjenigen Einzelempfangskanälen zusammengefasst sind, welche den am linken Zeilenende und rechten Zeilenende positionierten Einzelempfangsantennen nachgeschaltet sind, separat abschaltbar sind.Distance and speed measuring device according to one of claims 4 to 7, characterized in that for antenna beam expansion of the group antenna in the vicinity of submodules, which are summarized from those individual receiving channels, which are connected downstream of the left end of the line and the right end of line individual receiving antennas, are switched off separately.
  9. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8 bzw. 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einzelempfangskanal, insbesondere jeder darin vorgesehene Phasenrotator bzw. Phasenschieber, dazu ausgebildet ist, eine die Einzelempfangsantenne, welcher der Einzelempfangskanal nachgeschaltet ist, betreffende herstellungsbedingte Phasenabweichung zu berücksichtigen. Distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 8 or 2 to 8, characterized in that each individual receiving channel, in particular each provided therein phase rotator or phase shifter is adapted to a individual receiving antenna, which is the individual receiving channel downstream, concerned to account for production-related phase deviation.
  10. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Kalibriervorrichtung zur Ermittlung einer herstellungsbedingten Phasenabweichung separat für jede Einzelempfangsantenne, wofür eine reflexionsarme Umgebung mit einem in Phasenrichtung θ = 0 positionierten Reflektor vorgesehen ist, wobei die Kalibriervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Sende- und Empfangseinrichtung anzusteuern, separat an jeder der Einzelempfangsantennen der Gruppenantenne ein für die Dauer von jeweils einer Modulationsperiode über die linke bzw. rechte Sendeantenne als linear frequenzmoduliertes Sendesignal abgestrahltes und am Reflektor reflektiertes Signal zu empfangen, wobei die jeweils anderen Einzelempfangsantennen nicht betrieben werden, und anhand der Amplitude und Phase des empfangenen Signals für jede Einzelempfangsantenne der Gruppenantenne separat eine herstellungsbedingte Phasenabweichung zu ermitteln.Distance and speed measuring device according to claim 9, characterized by a calibration device for determining a production-related phase deviation separately for each individual receiving antenna, for which a low-reflection environment is provided with a reflector in the phase direction θ = 0, wherein the calibration device is adapted to the transmitting and receiving device to separately receive at each of the individual receiving antennas of the array antenna for the duration of one modulation period via the left and right transmitting antenna emitted as linear frequency modulated transmit signal and the reflector reflected signal, the other individual receiving antennas are not operated, and the amplitude and phase of the received signal for each individual receiving antenna of the array antenna separately to determine a production-related phase deviation.
  11. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinrichtung zum Empfang des Signals von der Einzelempfangsantenne dazu ausgebildet ist, den Verstärker des der Einzelempfangsantenne nachgeschalteten Einzelempfangskanals zu aktivieren, wobei die Verstärker der den jeweils anderen Einzelempfangsantennen nachgeschalteten Einzelempfangskanäle abgeschaltet sind.Distance and speed measuring device according to claim 10, characterized in that the transmitting and receiving means for receiving the signal from the individual receiving antenna is adapted to activate the amplifier of the individual receiving antenna downstream single receiving channel, wherein the amplifiers of the respective other individual receiving antennas downstream individual receiving channels are turned off ,
  12. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 11 bzw. 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterdrückung von Nebenzipfeln der Gruppenantenne die jeweiligen Verstärker in der Verstärkung derart einstellbar sind, dass die Amplituden der von den Einzelempfangsantennen bereitgestellten Empfangssignale in Bezug auf die Gruppenantenne mit einer Funktion, insbesondere einer Kosinus-Funktion, gewichtet werden. Distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 11 or 2 to 11, characterized in that for suppressing side lobes of the array antenna, the respective amplifiers in the gain are adjustable so that the amplitudes of the received signals provided by the individual receiving antennas with respect to the group antenna with a function, in particular a cosine function.
  13. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 12 bzw. 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu acht der Einzelempfangskanäle jeweils als Submodul zusammengefasst sind bzw. zusammengefasst werden können.Distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 12 or 2 to 12, characterized in that up to eight of the individual receiving channels are each combined as a sub-module or can be summarized.
  14. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Submodul einen Ausgang zur Bereitstellung eines Ausgangssignals, insbesondere eines zum Basisbandsignal identischen Zwischenfrequenzsignals, aufweist, welches ein Summensignal der von den Einzelempfangskanälen des Submoduls verarbeiteten Empfangssignale darstellt.Distance and speed measuring device according to claim 13, characterized in that the submodule has an output for providing an output signal, in particular an identical to the baseband signal intermediate frequency signal, which represents a sum signal of the received signals processed by the individual receiving channels of the submodule.
  15. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Submodul monolithisch in einem integrierten Empfängerschaltkreis ausgebildet ist.Distance and speed measuring device according to claim 13 or 14, characterized in that the submodule is formed monolithically in an integrated receiver circuit.
  16. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfängerschaltkreis in Silizium-Germanium-Technik ausgeführt ist.Distance and speed measuring device according to claim 15, characterized in that the receiver circuit is implemented in silicon-germanium technology.
  17. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 16 bzw. 2 bis 16 bzw. 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines gebündelten Antennenstrahls der Strahlschwenkeinrichtung mindestens ein Summierer zur Summierung von Ausgangssignalen der Einzelempfangskanäle bzw. zur Summierung von Ausgangssignalen eines oder mehrerer Submodule, welche aus Einzelempfangskanälen zusammengefasst sind, nachgeschaltet ist.Distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 16 or 2 to 16 or 13 to 16, characterized in that for forming a collimated antenna beam of the beam pivoting device at least one summer for summing output signals of the individual receiving channels or for summing output signals one or more sub-modules, which are combined from individual receiving channels, is connected downstream.
  18. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Summierer im Basisband vorgesehen ist.Distance and speed measuring device according to claim 17, characterized in that the summer is provided in the baseband.
  19. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 3 bis 18 bzw. 2 bis 18 bzw. 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine analoge Signalverarbeitung, welche auf die Summierung der Ausgangssignale der Einzelempfangskanäle und/oder der zur Submodulen zusammengefassten Einzelempfangskanäle zu einem gebündelten Antennenstrahl der Gruppenantenne folgt, bzw. eine analoge Signalverarbeitung, welche auf die Bereitstellung der Hilfssignale folgt, jeweils oder zusammen die Funktionsbausteine umfasst: Hochpassfilter, 1/f²-Filter, AGC, Antialisingfilter.Distance and speed measuring device according to claims 1 or 3 to 18 or 2 to 18 or 6 to 18, characterized in that an analog signal processing, which on the summation of the output signals of the individual receiving channels and / or submodules combined individual receiving channels to a bundled Antenna beam of the group antenna follows, or an analog signal processing, which follows the provision of the auxiliary signals, each or together includes the function blocks: high-pass filter, 1 / f² filter, AGC, antialising filter.
  20. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 19 bzw. 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlöffnungswinkel von an der Sendeeinrichtung vorgesehenen Sendeantennen derart dimensioniert ist, dass das Beobachtungsfeld der Gruppenantenne der Empfängereinrichtung vollständig ausgeleuchtet ist.Distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 19 or 2 to 19, characterized in that the Abstrahlöffnungswinkel is provided by provided on the transmitting device transmitting antennas such that the field of observation of the array antenna of the receiver device is completely illuminated.
  21. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 20 bzw. 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen, insbesondere die Sendeantennen und/oder Empfangsantennen, als Streifenleitungsantennen ausgebildet sind.Distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 20 or 2 to 20, characterized in that the antennas, in particular the transmitting antennas and / or receiving antennas, are designed as stripline antennas.
  22. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 21 bzw. 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangsfrequenz an der Sende- und Empfangseinrichtung im Bereich von 75 GHz bis 85 GHz liegt.Distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 21 or 2 to 21, characterized in that the transmission and reception frequency at the transmitting and receiving device in the range of 75 GHz to 85 GHz.
  23. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 3 bis 22 bzw. 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Sendekanal ein als spannungsgesteuerter Oszillator ausgebildeter Sendeoszillator vorgesehen ist, welcher dazu ausgebildet ist, unter anderem ein Lokaloszillatorsignal der halben Sendefrequenz der Sendefrequenz im Bereich von 75GHz bis 85 GHz zur Verfügung stellen.Distance and speed measuring device according to claims 1 or 3 to 22 or 2 to 22, characterized in that in each transmission channel designed as a voltage controlled oscillator transmitter oscillator is provided, which is designed, inter alia, a local oscillator signal half the transmission frequency of the transmission frequency in the field from 75GHz to 85GHz.
  24. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 3 bis 23 bzw. 2 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einzelempfangantenne in Spalten angeordnete Antennenpatches umfasst.Distance and speed measuring device according to claims 1 or 3 to 23 or 2 to 23, characterized in that each individual receiving antenna comprises arranged in columns antenna patches.
  25. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenverschiebung am Phasenschieber durch Schalten von Leitungslängen über MEMS-Schalter (Mikroelektromechanisches System) einstellbar ist. Distance and speed measuring device according to one of claims 2 to 24, characterized in that a phase shift at the phase shifter by switching of cable lengths via MEMS switch (microelectromechanical system) is adjustable.
  26. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber als digitaler Phasenschieber ausgebildet ist.Distance and speed measuring device according to one of claims 2 to 25, characterized in that the phase shifter is designed as a digital phase shifter.
  27. Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass dem digitalen Phasenschieber ein analoger Phasenschieber zur Feineinstellung der Phasenverschiebung und/oder zum Ausgleich von durch Temperaturänderungen verursachten Phasenschwankungen und/oder zum Kalibrieren der Einzelempfangskanäle nachgeschaltet ist.Distance and speed measuring device according to claim 26, characterized in that the digital phase shifter is followed by an analog phase shifter for fine adjustment of the phase shift and / or to compensate for phase fluctuations caused by temperature changes and / or for calibrating the individual receive channels.
  28. Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 27 bzw. 2 bis 27.Calibration device for calibrating the distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 27 or 2 to 27.
  29. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriervorrichtung zur Ermittlung einer herstellungsbedingten Phasenabweichung separat für jede der Einzelempfangsantennen der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 27 bzw. 2 bis 27 gemäß der Kalibriervorrichtung der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ausgebildet ist.Calibration device according to claim 28, characterized in that the calibration device for determining a production-related phase deviation separately for each of the individual receiving antennas of the distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 27 and 2 to 27 according to the calibration of the distance and speed measuring device after a of claims 9 to 11 is formed.
  30. Phasenkorrekturvorrichtung zur Geschwindigkeitskorrektur von mit einer Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 27 bzw. 2 bis 27 ermittelten Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofilen.Phase correcting device for speed correction of range and velocity profiles determined by a distance and speed measuring device according to any one of claims 1 or 3 to 27 and 2 to 27, respectively.
  31. Phasenkorrekturvorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch eine Korrektureinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeitskorrektur durch Verrechnung einer das Geschwindigkeitsprofil kennzeichnenden zweidimensionalen FFT-Matrix mit einer aus Hilfssignalen errechneten Phasenkorrekturmatrix durchzuführen.Phase correction device according to claim 30, characterized by a correction device, which is designed to perform the speed correction by offsetting a two-dimensional FFT matrix characterizing the velocity profile with a phase correction matrix calculated from auxiliary signals.
  32. Phasenkorrekturvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung der Hilfssignale von Ausgangssignalen von in der Antennenzeile am linken Zeilenende bzw. rechten Zeilenende positionierten Einzelempfangsantennen der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 27 bzw. 2 bis 27 die am linken Zeilenende positionierte Einzelempfangsantenne und die rechte Sendeantenne der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 27 bzw. 2 bis 27 bzw. die am rechten Zeilenende positionierte Einzelempfangsantenne und die linke Sendeantenne der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 27 bzw. 2 bis 27 Signalpfade jeweils gleicher Weglänge aufweisen, die Sende- und Empfangseinrichtung der Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 27 bzw. 2 bis 27 dazu ausgebildet ist, bei aktivierter rechter Sendeantenne das von einem der linken Einzelempfangsantenne nachgeschalteten Empfangskanal bereitgestellte Ausgangssignal als Hilfssignal bzw. bei aktivierter linker Sendeantenne das von einem der rechten Einzelempfangsantenne nachgeschalteten Empfangskanal bereitgestellte Ausgangssignal als Hilfssignal zu empfangen, zu speichern und/oder aufzuzeichnen, und die Korrektureinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, jeweils eine zweidimensionale FFT-Matrix, welche eine Range-FFT und eine Doppler-FFT umfasst, aus dem Hilfssignal der rechten Einzelempfangsantenne bzw. der linken Einzelempfangsantenne zu ermitteln, die Phasenanteile der Matrixelemente der beiden zweidimensionalen FFT-Matrizen der Hilfssignale zur Bildung der Phasenkorrekturmatrix voneinander zu subtrahieren und die Phasenkorrekturmatrix elementweise mit der das Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofil darstellenden, zweidimensionalen FFT des gebündelten Antennenstrahls zu multiplizieren bzw. die Phasenelemente der Phasenkorrekturmatrix und der das Entfernungs- und Geschwindigkeitsprofil darstellenden, zweidimensionalen FFT des gebündelten Antennenstrahls zu addieren.Phase correction device according to claim 31, characterized in that for obtaining the auxiliary signals of output signals of in the antenna line at the left end of the line or the right end of the line positioned Einzelempfangsantennen the distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 27 and 2 to 27 on the left The line end positioned single receive antenna and the right transmitting antenna of the distance and speed measuring apparatus according to any one of claims 1 or 3 to 27 and 2 to 27 and the right end of the line positioned single receiving antenna and the left transmitting antenna of the distance and speed measuring device according to any one of claims 1 or 3 to 27 or 2 to 27 signal paths each have the same path length, the transmitting and receiving device of the distance and speed measuring device is designed according to one of claims 1 or 3 to 27 or 2 to 27, with a right transmitting antenna activated by a d he left individual receiving antenna downstream receiving channel provided output signal as an auxiliary signal or activated left transmit antenna to receive the received from one of the right single receive antenna receiving channel provided as auxiliary signal, store and / or record, and the correction device is further adapted to each of a two-dimensional FFT Matrix, which includes a range FFT and a Doppler FFT, to determine from the auxiliary signal of the right single receive antenna or the left individual receive antenna, the phase components of the matrix elements of the two two-dimensional FFT matrices of the auxiliary signals to form the phase correction matrix to subtract from each other and the phase correction matrix element by element with the distance and velocity profile representing two-dimensional FFT of the collimated antenna beam to multiply or the phase elements of the phase correction matrix and the removal To add ungs and velocity profile representing two-dimensional FFT of the collimated antenna beam.
  33. Radarsystem zur Verwendung einer Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung, um die Position eines Objekts, insbesondere eines sich bewegenden Objekts, zu bestimmen, nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 27 bzw. 2 bis 27.Radar system for using a distance and speed measuring device to determine the position of an object, in particular a moving object, according to one of claims 1 or 3 to 27 or 2 to 27.
  34. Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Objekts, insbesondere eines sich bewegenden Objekts, unter Anwendung einer Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 27, umfassend die Verfahrensschritte: Bereitstellung einer Sende- und Empfangsvorrichtung, Aussendung von linear frequenzmodulierten Sendesignalen und Empfang der am Objekt reflektierten Empfangssignale über eine Anzahl mehrerer eine Gruppenantenne bildender Einzelempfangsantennen und Verarbeitung der Empfangssignale in Einzelempfangskanälen, wobei jeder Einzelempfangsantenne ein Einzelempfangskanal nachgeschaltet ist, durch Phaseneinstellung jedes einzelnen Empfangssignals mit einem IQ-Mischer mit Phasenrotator im jeweiligen Einzelempfangskanal und durch Amplitudengewichtung jedes einzelnen Empfangssignals im jeweiligen Einzelempfangskanal mit einem im Basisband vorgesehenen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung zur Schwenkung des Antennenstrahls der Gruppenantenne, Bildung eines gebündelten Antennenstrahls durch Summierung von an den Einzelempfangskanälen bereit gestellten Ausgangssignalen und anhand des gebündelten Antennenstrahls Ermittlung eines Entfernungsprofils unter Anwendung einer Range-FFT und/oder Ermittlung eines Geschwindigkeitsprofils unter Anwendung einer zweidimensionalen FFT, welche eine Range-FFT und eine Doppler-FFT umfasst, und Darstellung der Position des Objekts durch Abbildung des Geschwindigkeitsprofils anhand einer Wiedergabeeinrichtung.Method for determining a position of an object, in particular a moving object, using a distance and speed measuring device according to one of claims 1 or 3 to 27, comprising the method steps: provision of a transmitting and receiving device, transmission of linearly frequency-modulated transmission signals and reception of the Reflected on the object received signals via a number of a group antenna forming individual receiving antennas and processing the received signals in individual receiving channels, each individual receiving antenna is followed by a single receiving channel, by phasing each individual received signal with an IQ mixer with phase rotator in each individual receive channel and by amplitude weighting of each received signal in the respective Single receive channel with a base band amplifier with adjustable gain to sweep the antenna beam of the array antenna, forming a collimated antenna beam by summing output signals provided on the individual receive channels and using the collimated antenna beam, determining a range profile using a Range FFT and / or determining a velocity profile using a two-dimensional FFT comprising a Range FFT and a Doppler FFT; and representation of the position of the object by mapping the velocity profile from a display device.
  35. Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Objekts, insbesondere eines sich bewegenden Objekts, unter Anwendung einer Abstands- und Geschwindigkeitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 27, umfassend die Verfahrensschritte: Bereitstellung einer Sende- und Empfangsvorrichtung, Aussendung von linear frequenzmodulierten Sendesignalen und Empfang der am Objekt reflektierten Empfangssignale über eine Anzahl mehrerer eine Gruppenantenne bildender Einzelempfangsantennen und Verarbeitung der Empfangssignale in Einzelempfangskanälen, wobei jeder Einzelempfangsantenne ein Einzelempfangskanal nachgeschaltet ist, durch Phaseneinstellung jedes einzelnen Empfangssignals mit einem im Lokaloszillatorzweig des Mischer im jeweiligen Einzelempfangskanal vorgesehenen Phasenschieber und durch Amplitudengewichtung jedes einzelnen Empfangssignals im jeweiligen Einzelempfangskanal mit einem im Basisband vorgesehenen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung zur Schwenkung des Antennenstrahls der Gruppenantenne, Bildung eines gebündelten Antennenstrahls durch Summierung von an den Einzelempfangskanälen bereit gestellten Ausgangssignalen und anhand des gebündelten Antennenstrahls Ermittlung eines Entfernungsprofils unter Anwendung einer Range-FFT und/oder Ermittlung eines Geschwindigkeitsprofils unter Anwendung einer zweidimensionalen FFT, welche eine Range-FFT und eine Doppler-FFT umfasst, und Darstellung der Position des Objekts durch Abbildung des Geschwindigkeitsprofils anhand einer Wiedergabeeinrichtung.Method for determining a position of an object, in particular a moving object, using a distance and speed measuring device according to one of claims 2 to 27, comprising the method steps: provision of a transmitting and receiving device, transmission of linearly frequency-modulated transmission signals and reception of the object Reflected received signals via a plurality of a plurality of individual receiving antennas forming a group antenna and processing the received signals in individual receiving channels, each individual receiving antenna is followed by phase adjustment of each individual received signal with a phase shifter provided in Lokaloszillatorzweig the mixer in the respective individual receive channel and by amplitude weighting of each receive signal in the respective individual receive channel with a base amplifier provided with adjustable gain for the pivoting of the antenna beam d he group antenna, formation of a bundled antenna beam by summation of output signals provided on the individual receiving channels and the bundled antenna beam determination of a range profile using a range FFT and / or determination of a velocity profile using a two-dimensional FFT, which a range FFT and a Doppler -FFT and representation of the position of the object by mapping the velocity profile from a display device.
  36. Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, wobei die Aussendung der linear frequenzmodulierten Sendesignale unter Anwendung von zwei zueinander im Wechsel betriebenen Sendeantennen erfolgt, wobei jeweils eine der Sendeantennen für je eine Modulationsperiode aktiviert ist.The method of claim 34 or 35, wherein the transmission of the linearly frequency-modulated transmission signals using two mutually operated alternately transmitting antennas takes place, each one of the transmission antennas is activated for each one modulation period.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 oder 36 bzw. 35 oder 36, wobei zur Geschwindigkeitskorrektur des Geschwindigkeitsprofils eine Phasenkorrekturmatrix elementsweise mit der das Geschwindigkeitsprofil darstellenden zweidimensionalen FFT-Matrix des gebündelten Antennenstrahls multipliziert wird bzw. die Phasenanteile der Matrixelemente der Phasenkorrekturmatrix und der zweidimensionalen FFT-Matrix addiert werden.Method according to one of claims 34 or 36 or 35 or 36, wherein for speed correction of the velocity profile, a phase correction matrix is multiplied by elements with the velocity profile representing two-dimensional FFT matrix of the collimated antenna beam or the phase components of the matrix elements of the phase correction matrix and the two-dimensional FFT matrix be added.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Phasenkorrekturmatrix aus der Subtrahierung zweier zweidimensionaler FFT-Matrizzen berechnet wird, welche als Hilfssignale fungierende Ausgangssignale von denjenigen zwei Einzelempfangskanälen darstellen, welche den an den gegenüberliegenden Zeilenenden der als Antennenzeile angeordneten Gruppenantenne vorgesehenen zwei Einzelempfangsantennen nachgeschaltet sind.A method according to claim 37, wherein the phase correction matrix is calculated from the subtraction of two two-dimensional FFT matrices representing output signals acting as auxiliary signals from those two individual receive channels which are connected downstream of the two single receive antennas provided at the opposite row ends of the antenna array array antenna.
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