WO2019211298A1 - Detektionsvorrichtung zur detektion von objekten - Google Patents

Detektionsvorrichtung zur detektion von objekten Download PDF

Info

Publication number
WO2019211298A1
WO2019211298A1 PCT/EP2019/061100 EP2019061100W WO2019211298A1 WO 2019211298 A1 WO2019211298 A1 WO 2019211298A1 EP 2019061100 W EP2019061100 W EP 2019061100W WO 2019211298 A1 WO2019211298 A1 WO 2019211298A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase
receiving
phase array
array
detection device
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/061100
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Graf
Jens Ehlermann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2019211298A1 publication Critical patent/WO2019211298A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone

Definitions

  • the invention relates to a detection device for the detection of objects by means of electromagnetic radiation with a transmitting device with a phase array.
  • the invention further relates to a method for the detection of objects by means of electromagnetic radiation.
  • the invention further relates to a LIDAR system with a detection device.
  • a phase array is essentially a phased array antenna with high directivity, which achieves bundling of electromagnetic radiation energy through the arrangement and interconnection of individual emitters / emitters. If the individual radiators can be controlled differently, the antenna pattern of the array antenna can be pivoted electronically, so that it is possible to dispense with mechanically movable parts for this purpose.
  • a beam shaping in the far field is carried out in phase arrays by a constructive and destructive superposition of the radiated from the individual emitters, usually periodically arranged in the array elements (antennas / emitters) electro-magnetic waves. Given by the distances of the individual emitter in the array and the wavelength used result in the far field one or more Po positions at which the partial waves of the individual emitter constructively interfere and produce a spot or point. These points / directions are also referred to as main lobe and possibly sidelobes.
  • By setting the phase of the individual partial waves it is possible to influence the position and / or direction at which the constructive superimposition takes place. The club can thus be moved over an angular range, for example. Furthermore, it is possible to generate about the definition of the individual phases, an almost any intensity profile in the far field.
  • the invention provides a detection device for de detection of objects by means of electromagnetic radiation, comprising a transmitting device with a phase array for scanning a Restaurantstimm th angular range for detecting an object, wherein the phase array is out forms, a radiation pattern with a main lobe and at least one To provide side lobe, a receiving device with at least two phase arrays for receiving the emitted from the transmitting device and from Electromagnetic radiation reflected objects, wherein one of the phase arrays for receiving the main lobe, the at least one further phase array for receiving at least one of the side lobes is formed.
  • the invention provides a method for the detection of objects by means of electromagnetic radiation, comprising the steps
  • the invention provides a LIDAR system with a detection device according to any one of claims 1-8.
  • One of the advantages achieved with this is that side lobes do not have to be pressed under pressure, so that a high signal-to-noise ratio is made possible.
  • Another advantage is that an angular range can be scanned by the use of side lobes even with larger emitter intervals in a simple and inexpensive way.
  • the phase array of the Empfangsein direction for receiving the main lobe of the phase array of the Sendeeinrich device is formed.
  • the same phase array is used to transmit the main lobe and to receive it.
  • an additional arrangement of a phase array for the reception of at least the main lobe is not necessary, which reduces the manufacturing cost.
  • the number of Pha senarrays the receiving device corresponds to the number of main and side lobes of the transmitting device. In this way, a particularly reliable reception of each of the individual main and side lobes is ensured.
  • the emitters of the Pha senarrays the transmitting device on the one hand and the emitter of the at least two phase arrays of the receiving device on the other hand on different periods.
  • the period of the emitter of the phase array of the transmitting device is greater than the period of the emitter of at least one, in particular all phase arrays of the receiving device. Advantage of this is that the reliability is further increased.
  • the emitters of one of the at least two phase arrays of the receiving device have a first period and the emitters of the at least one other phase array have a second period, wherein the first and second periods are different.
  • the flexibility in the formation of the receiving device is increased and at the same time the reli ability in the reception of electromagnetic radiation further improved.
  • at least one of the phase arrays of the receiving device is oriented at an angle to the phase array of the transmitting device.
  • the Empfangseffi ciency can be further improved, since the phase arrays of the receiving device and the phase array of the transmitting device can be arranged at an angle to each other, so that overlap the side lobes of the transmitting device with the main lobes of the receiving device.
  • the angle is measured in particular with respect to the inclination of the planes of the phase arrays ge each other.
  • At least one of the Pha senarrays is formed as an optical semiconductor phase array. This allows a cost-effective and compact production of the detection device.
  • Figure 2 shows a detection device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a transmission device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 shows a detection device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 shows a detection device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 shows in an abstract form a structure of a detection device according to an embodiment of the present invention and Figure 2 shows a Detekti onsvorraum according to an embodiment of the present invention.
  • the detection device 1 in this case has a Lichtbe reit eins worn 100, in particular a light source, optionally with components for a Lichteinkopplung.
  • the light supply device 100 is in this case connected to a light distribution device 101, for example in the form of waveguides 101a, beam splitters 101b or the like.
  • the light distribution device 101 is in turn connected to a phase shifter 102 comprising one or more phase shifters and a phase shift berkontroll issued connected.
  • the phase shifter 102 is then provided with respective transmit and receive antennas 3, 3a, 3b, 3c in the form of Phase arrays or the like connected.
  • a light beam via waveguide 101a and beam splitter 101b of the light distribution device 101 extends to phase shifters 102a of the phase shifter 102, which are connected to emitters 6 of a transmitting antenna array 2a.
  • the transmitting antenna array 2a with emitters 6 is substantially flat with dimensions in the x direction 110 and the y direction 111.
  • the respective emitters 6 have along a direction 111 individual emitters 6 'which are arranged at a distance 21 or with a (grating -) Period a are arranged.
  • the emitters 6 are arranged with a period or distance 20.
  • phase shifters 102a can be based on different physical effects, for example on the electro-optical effect. After passing through the phase shifter 102a, the light is guided into an array of emitters 6. These can radiate the light to the environment.
  • This can e.g. be implemented by emitters in the form of lattice structures in waveguides. In the same way, light can also be received again via the antennas.
  • the arrangement shown in Figure 2 then serves as a receiving device.
  • phase shifters 102a are adjusted so that the phase in all emitters 6 is the same, one or more radiation lobes are radiated upwards from the chip surface 60.
  • the angle 200 in the yz plane is given by the wavelength and the grating period a of the antenna array 2a.
  • the width of the lobes, or the divergence of the coupled-out wave, is influenced by the array surface 110, 111.
  • Figure 3 shows a transmitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a transmitting device 2 with a phase array 2a.
  • the phase array 2a scans an angular region 300 with its main lobe 10 and adjacent left and right adjacent the angular regions 301, 302 with the respective left or right side lobe 11, 12. Overall, so a total angle range 300, 301, 302 are scanned.
  • Figure 4 shows a detection device according to an embodiment of the prior invention.
  • FIG. 4 shows a detection device 1 with a transmitting device 2 according to FIG.
  • the detection device 1 has a receiving device 3 with three side-by-side, flat-shaped phase arrays 3a, 3b, 3c.
  • the period of the area-formed phase array 2a of the transmitting device 2 is denoted by the reference numeral 20 and the respec gene periods of the emitter 5a, 5b, 5c of the phase arrays 3a, 3b, 3c of the receiving device 3 are denoted by the reference numerals 30, 31 and 32.
  • the emitters 6 of the phase array 2 a of the transmitting device 2 have a period 20 different from the period 30, 31, 32 of the respective phase arrays 3 a, 3 b, 3 c of the receiving device 3.
  • the phase array 2a of the transmitting device 2 and that of the receiving device 3 in principle have the structure described in FIG. 1 or FIG.
  • the phase shifter 102 b of the receiving device 3 whose main lobes 30 a, 30 b, 30 c can be set in each case to the direction of the transmitting lobes 10, 11, 12 of the transmitting device 2.
  • the Emit ter 5a, 5b, 5c of the phase arrays 3a, 3b, 3c of the receiving device 3 one of the phase array 2a of the transmitting device 2 with emitter period 20, dix, ver different period 30, 31, 32, d R x on.
  • the periods d R x 30, 31, 32 may also differ from each other.
  • the respective reception lobes 30a, 30b, 30c are traced accordingly.
  • the periods d R x, 30, 31 32 are to be selected such that the respective reception sidelobes 30b, 30c, 31b,
  • phase array 3b the phase array 3b of the receiving device 3. Due to the different transmission and Emp starting periods of the emitter 5a, 5b, 5c, 6, the phase array 3b in the Richtun conditions of the other emission lobes 10, 12 blind. For the phase array 3c accordingly applies.
  • the phase arrays 3 a, 3 b, 3 c of the receiving device 3 have a smaller period 30, 31, 32 than the phase array 2 a of the transmitting device 2.
  • Figure 5 shows a detection device according to an embodiment of the prior invention.
  • FIG. 5 a detection device 1 according to FIG. 4 is essentially shown.
  • two of the three phase arrays 3a, 3b, 3c of the receiving device 3 are arranged at an angle 40 to the phase array 2a of the transmitting device 2, so that the side lobes 11, 12 of the Sendeein device 2 with the main lobes 30a, 31a, 32a superimpose, which improves the efficiency of reception.
  • the main lobes 30a, 31a, 32a are the Receiving device 3 aligned to the Gite lobes of the phase array 2a of the Sendeein device 2.
  • the angle 40 in this case is about 45 ° for the side phase arrays 3b, 3c for the side lobes 11, 12, whereas for the main lobe 10, the phase array 3a of the receiving device 3 is arranged parallel to the phase array 2a of the transmitting device 2, in other words not below an angle is arranged.
  • At least one of the embodiments of the present invention has at least one of the following advantages:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung zur Detektion von Objekten mittels elektromagnetischer Strahlung, umfassend eine Sendeeinrichtung mit einem Phasenarray zum Scannen eines vorbestimmten Winkelbereichs zur Detektion eines Objekts,wobei das Phasenarray ausgebildet ist, eine Strahlungscharakteristik mit einer Hauptkeule und zumindest einer Nebenkeule bereitzustellen, eine Empfangseinrichtung mit zumindest zwei Phasenarrays zum Empfangen der von der Sendeeinrichtung ausgesandten und von Objekten reflektierten elektromagnetischen Strahlung, wobei eines der Phasenarrays zum Empfangen der Hauptkeule, das zumindest eine weitere Phasenarray zum Empfangen zumindest einer der Nebenkeulen ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel:
Detektionsvorrichtung zur Detektion von Objekten
Tech nisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung zur Detektion von Objekten mit tels elektromagnetischer Strahlung mit einer Sendeeinrichtung mit einem Pha- senarray.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Detektion von Objekten mittels elektromagnetischer Strahlung.
Die Erfindung betrifft weiter ein LIDAR-System mit einer Detektionsvorrichtung.
Stand der Technik
Ein Phasenarray ist im Wesentlichen eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit starker Richtwirkung, die eine Bündelung von elektromagnetischer Strah lungsenergie durch die Anordnung und Verschaltung von Einzelstrahlern/-emit- tern erreicht. Wenn sich die Einzelstrahler unterschiedlich ansteuern lassen, ist das Antennendiagramm der Gruppenantenne elektronisch schwenkbar, sodass auf mechanisch bewegliche Teile hierfür verzichtet werden kann.
Eine Strahlformung im Fernfeld erfolgt bei Phasenarrays durch eine konstruktive und destruktive Überlagerung der von den einzelnen Emittern, meist periodisch im Array angeordneten Elementen (Antennen/Emitter) ausgestrahlten elektro magnetischen Wellen. Gegeben durch die Abstände der Einzelemitter im Array und die verwendete Wellenlänge ergeben sich im Fernfeld eine oder mehrere Po sitionen, an welchen die Teilwellen der Einzelemitter konstruktiv interferieren und einen Spot beziehungsweise Punkt erzeugen. Diese Punkte/Richtungen werden auch als Hauptkeule und gegebenenfalls Nebenkeulen bezeichnet. Über das Ein stellen der Phase der einzelnen Teilwellen lässt sich die Position und/oder Rich tung, an welcher die konstruktive Überlagerung stattfindet, beeinflussen. Die Keule kann so z.B. über einen Winkelbereich bewegt werden. Weiterhin ist es möglich, über die Festlegung der Einzelphasen ein nahezu beliebiges Intensitäts profil im Fernfeld zu erzeugen.
Aus der EP 2 115 899 Bl ist ein System zum Empfangen von Nebenkeulensig nalen eines GPS-Signals zur Positions- und Geschwindigkeitsabstimmung von Raumfahrzeugen unter Benutzung einer Conical-Mode Helix-Antenne bekannt geworden. Die Helixantenne weist Windungsumfänge von mehreren Zentimetern auf.
Aus der US 2016/0049765A1 ist weiter eine Vorrichtung mit einer Sendevorrich tung zur Aussendung von Licht in einer Dimension bekannt geworden, deren Phase so gesteuert wird, dass diese auch in einer zweiten Dimension ausgesen det werden und mit einer Empfangsvorrichtung zum Empfangen von Objekten re flektierten Lichts.
Offenbaru ng der Erfindu ng
In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine Detektionsvorrichtung zur De tektion von Objekten mittels elektromagnetischer Strahlung bereit, umfassend eine Sendeeinrichtung mit einem Phasenarray zum Scannen eines vorbestimm ten Winkelbereichs zur Detektion eines Objekts, wobei das Phasenarray ausge bildet ist, eine Strahlungscharakteristik mit einer Hauptkeule und zumindest einer Nebenkeule bereitzustellen, eine Empfangseinrichtung mit zumindest zwei Pha- senarrays zum Empfangen der von der Sendeeinrichtung ausgesandten und von Objekten reflektierten elektromagnetischen Strahlung, wobei eines der Pha- senarrays zum Empfangen der Hauptkeule, das zumindest eine weitere Pha- senarray zum Empfangen zumindest einer der Nebenkeulen ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Detek tion von Objekten mittels elektromagnetischer Strahlung bereit, umfassend die Schritte
- Aussenden von elektromagnetischer Strahlung in einen vorbestimmten Winkel bereich zur Detektion von Objekten mit einem ersten Phasenarray, wobei mittels des Phasenarrays eine Strahlungscharakteristik mit einer Hauptkeule und zumin dest einer Nebenkeule bereitgestellt wird, und
- Empfangen der von einem Phasenarray einer Sendeeinrichtung ausgesandten und von Objekten reflektierten elektromagnetischen Strahlung mittels einer Emp fangseinrichtung mit zumindest zwei Phasenarrays, wobei mittels einem der Pha senarrays die Hauptkeule, mit dem zumindest einen weiteren Phasenarray zu mindest eine der Nebenkeulen empfangen wird.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein LIDAR-System mit ei ner Detektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-8 bereit.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass Nebenkeulen nicht aufwendig unter drückt werden müssen, sodass ein hohes Signal-zu- Rausch- Verhältnis ermög licht wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Winkelbereich durch die Verwendung von Nebenkeulen auch mit größeren Emitter-Abständen auf einfache und kosten günstige Weise gescannt werden kann. Darüber hinaus ist ein Vorteil, dass meh rere Richtungen gleichzeitig aufgenommen beziehungsweise gescannt werden können, sodass die jeweilige Messzeit pro Richtung erhöht werden kann, was zu einem besseren Signal-zu- Rausch- Verhältnis führt beziehungsweise die Zeit für ein Scannen des Winkelbereichs erheblich reduziert.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Phasenarray der Empfangsein richtung zum Empfangen der Hauptkeule des Phasenarrays der Sendeeinrich tung ausgebildet. Mit anderen Worten wird zum Aussenden der Hauptkeule und zum Empfangen derselben das gleiche Phasenarray verwendet. Auf diese Weise ist eine zusätzliche Anordnung eines Phasenarrays für den Empfang zumindest der Hauptkeule nicht notwendig, was die Herstellungskosten senkt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung entspricht die Anzahl der Pha senarrays der Empfangseinrichtung der Anzahl der Haupt- und Nebenkeulen der Sendeeinrichtung. Auf diese Weise ist ein besonders zuverlässiger Empfang je der einzelnen Haupt- und Nebenkeulen sichergestellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen die Emitter des Pha senarrays der Sendeeinrichtung einerseits und die Emitter der zumindest zwei Phasenarrays der Empfangseinrichtung andererseits unterschiedliche Perioden auf. Vorteil hiervon ist, dass die Zuverlässigkeit beim Empfang erhöht werden kann, da zwischen Reflexionen aus verschiedenen Strahlungsrichtungen der Sendeeinrichtung unterschieden werden kann. Ebenso wird die Flexibilität er höht, da jeweilige Perioden der Phasenarrays zum Aussenden bzw. zum Emp fangen aufeinander abgestimmt werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Periode der Emitter des Phasenarrays der Sendeeinrichtung größer als die Periode der Emitter zumindest eines, insbesondere sämtlicher Phasenarrays der Empfangseinrichtung. Vorteil hiervon ist, dass die Zuverlässigkeit weiter erhöht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen die Emitter eines der zumindest zwei Phasenarrays der Empfangseinrichtung eine erste Periode und die Emitter des zumindest einen anderen Phasenarrays eine zweite Periode auf, wobei erste und zweite Periode unterschiedlich sind. Damit wird die Flexibilität bei der Ausbildung der Empfangseinrichtung erhöht und gleichzeitig die Zuverläs sigkeit beim Empfang von elektromagnetischer Strahlung weiter verbessert. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest eines der Pha- senarrays der Empfangseinrichtung unter einem Winkel zu dem Phasenarray der Sendeeinrichtung orientiert angeordnet. Auf diese Weise kann die Empfangseffi zienz weiter verbessert werden, da die Phasenarrays der Empfangseinrichtung und das Phasenarray der Sendeeinrichtung so unter einem Winkel zueinander angeordnet werden können, sodass sich die Nebenkeulen der Sendeeinrichtung mit den Hauptkeulen der Empfangsvorrichtung überlagern. Der Winkel wird ins besondere bezüglich der Neigung der Ebenen der Phasenarrays zueinander ge messen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest eines der Pha senarrays als optisches Halbleiter- Phasenarray ausgebildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige und kompakte Herstellung der Detektionsvorrichtung.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschrei bung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funkti onal gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Ku rze Beschreibu ng der Zeichnu ngen
Dabei zeigen in schematischer Form Figur 1 in abstrakter Form einen Aufbau einer Detektionsvorrichtung gemäß ei ner Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung;
Figur 3 eine Sendeeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 eine Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung; und
Figur 5 eine Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.
Ausfü hru ngsformen der Erfind u ng
Figur 1 zeigt in abstrakter Form einen Aufbau einer Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Figur 2 zeigt eine Detekti onsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Detail sind in Figur 1 schematisch und abstrakt Komponenten einer Detekti onsvorrichtung 1 gezeigt. Die Detektionsvorrichtung 1 weist dabei eine Lichtbe reitstellungseinrichtung 100 auf, insbesondere eine Lichtquelle, gegebenenfalls mit Komponenten für eine Lichteinkopplung. Die Lichtbereitstellungseinrichtung 100 ist dabei mit einer Lichtverteilungseinrichtung 101, beispielsweise in Form von Wellenleitern 101a, Strahlteilern 101b oder dergleichen verbunden. Die Licht verteilungseinrichtung 101 ist wiederum mit einer Phasenschiebereinrichtung 102, umfassend einen oder mehrere Phasenschieber und mit einer Phasenschie berkontrolleinrichtung, verbunden. Die Phasenschiebereinrichtung 102 ist dann mit entsprechenden Sende- und Empfangsantennen 3, 3a, 3b, 3c in Form von Phasenarrays oder dergleichen verbunden.
In Figur 2 sind nun die in Figur 1 dargestellten abstrakten Komponenten im Detail dargestellt. Ausgehend von einer Lichtquelle 100a verläuft ein Lichtstrahl über Wellenleiter 101a und Strahlteiler 101b der Lichtverteilungseinrichtung 101 zu Phasenschiebern 102a der Phasenschiebereinrichtung 102, die mit Emittern 6 eines Sendeantennenarrays 2a verbunden sind. Das Sendeantennenarray 2a mit Emittern 6 ist dabei im Wesentlichen flächig ausgebildet mit Abmessungen in x- Richtung 110 und y-Richtung 111. Die jeweiligen Emitter 6 weisen entlang einer Richtung 111 Einzel Emitter 6‘ auf, die mit einem Abstand 21 beziehungsweise mit einer (Gitter-) Periode a angeordnet sind. In x- Richtung 110 sind die Emitter 6 mit einer Periode beziehungsweise Abstand 20 angeordnet.
Mit anderen Worten wird Licht einer externen Lichtquelle über eine Einkoppel struktur, zum Beispiel ein Gitterkoppler in Wellenleiter 101a eingekoppelt. Alter nativ kann auch eine Lichtquelle in der Detektionsvorrichtung 1 angeordnet wer den. Mit einer Wellenleiterstruktur in Form einer Baumstruktur von Wellenleitern 101a, 101b und Strahlteilern 101b wird das Licht verteilt. Mit einzelnen Wellenlei tern 101a sind jeweils Komponenten 102a zur Manipulation der Phase verbun den. Diese sogenannten Phasenschieber 102a können auf unterschiedlichen physikalischen Effekten beruhen, beispielsweise auf dem elektro-optischen Ef fekt. Nach Durchgang durch die Phasenschieber 102a wird das Licht in ein Array von Emittern 6 geführt. Diese können das Licht an die Umgebung abstrahlen.
Dies kann z.B. durch Emitter in Form von Gitterstrukturen in Wellenleitern reali siert werden. Genauso kann Licht auch wieder über die Antennen empfangen werden. Die in Figur 2 gezeigte Anordnung dient dann als Empfangseinrichtung.
Werden die Phasenschieber 102a so eingestellt, dass die Phase in allen Emittern 6 gleich ist, werden eine oder mehrere Strahlungskeulen aus der Chipfläche 60 nach oben abgestrahlt. Der Winkel 200 in der yz-Ebene ist gegeben durch die Wellenlänge und die Gitterperiode a des Antennenarrays 2a. Die Winkel 201 der emittierten Strahlungskeulen in xz- Ebene ergeben sich aus der Emitterperiode d und der Wellenlänge l gemäß 0±1 = sin-1 - . Über eine Variation der Phasen durch die Phasenschieber 102a können nun die einzelnen Keulen bewegt wer den. Die Breite der Keulen, beziehungsweise die Divergenz der ausgekoppelten Welle, wird von der Arrayfläche 110, 111 beeinflusst.
Figur 3 zeigt eine Sendeeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.
In Figur 3 ist eine Sendevorrichtung 2 mit einem Phasenarray 2a gezeigt. Das Phasenarray 2a scannt dabei einen Winkelbereich 300 mit seiner Hauptkeule 10 und jeweils links und rechts benachbart die Winkelbereiche 301,302 mit der je weils linken beziehungsweise rechten Nebenkeule 11, 12. Insgesamt kann so ein Gesamtwinkelbereich 300, 301, 302 gescannt werden.
Figur 4 zeigt eine Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vor liegenden Erfindung.
In Figur 4 ist eine Detektionsvorrichtung 1 mit einer Sendevorrichtung 2 gemäß Figur 2 gezeigt. Zusätzlich weist die Detektionsvorrichtung 1 eine Empfangsein richtung 3 mit drei nebeneinander angeordneten, flächig ausgebildeten Pha- senarrays 3a, 3b, 3c auf. Die Periode des flächig ausgebildeten Phasenarrays 2a der Sendeeinrichtung 2 ist mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet und die jeweili gen Perioden der Emitter 5a, 5b, 5c der Phasenarrays 3a, 3b, 3c der Empfangs einrichtung 3 sind mit den Bezugszeichen 30, 31 und 32 bezeichnet. Die Emitter 6 des Phasenarrays 2a der Sendeeinrichtung 2 weisen dabei eine von der Peri ode 30, 31, 32 der jeweiligen Phasenarrays 3a, 3b, 3c der Empfangseinrichtung 3 verschiedene Periode 20 auf. Im Wesentlichen weisen also das Phasenarray 2a der Sendeeinrichtung 2 und die der Empfangseinrichtung 3 prinzipiell den in Figur 1 beziehungsweise Figur 2 beschriebenen Aufbau auf.
Über die Phasenschieber 102b der Empfangseinrichtung 3 können deren Haupt keulen 30a, 30b, 30c jeweils auf die Richtung der Sendekeulen 10, 11, 12 der Sendeeinrichtung 2 eingestellt werden. Um zwischen den Reflexionen aus den Strahlungsrichtungen der Sendeeinrichtung 2 zu unterscheiden, weisen die Emit ter 5a, 5b, 5c der Phasenarrays 3a, 3b, 3c der Empfangseinrichtung 3 eine von dem Phasenarray 2a der Sendeeinrichtung 2 mit Emitterperiode 20, dix, ver schiedene Periode 30, 31, 32, dRx auf. Die Perioden dRx 30, 31, 32 können sich auch untereinander unterscheiden. Werden die Sendekeulen 10, 11, 12 nun über einen Winkelbereich 300, 301, 302 gescannt, werden die jeweiligen Empfangs keulen 30a, 30b, 30c entsprechend nachgefahren. Die Perioden dRx , 30, 31 32 sind so zu wählen, dass die jeweiligen Empfangsnebenkeulen 30b, 30c, 31b,
31c, 32b, 32c auch beim Scannen der Sendekeulen 10, 11, 12 immer nur eine Sendekeule 10, 11, 12 empfangen können. In Figur 4 sind drei Sendekeulen 10, 11, 12 gezeigt. Vom Phasenarray 2a der Sendeeinrichtung 2 in die Richtung der Nebenkeule 11 gesendetes Licht wird reflektiert und mit dem Phasenarray 3b der Empfangseinrichtung 3 empfangen. Durch die verschiedenen Sende- und Emp fangsperioden der Emitter 5a, 5b, 5c, 6 ist das Phasenarray 3b in den Richtun gen der weiteren Sendekeulen 10, 12 blind. Für das Phasenarray 3c gilt entspre chendes. In Figur 4 weisen die Phasenarrays 3a, 3b, 3c der Empfangseinrichtung 3 eine kleinere Periode 30, 31, 32 als das Phasenarray 2a der Sendeeinrichtung 2 auf.
Beispielhaft weisen die Phasenarrays 3a, 3b, 3c der Empfangseinrichtung 3 eine Periode dRX = 2,485 pm auf, wohingegen das Phasenarray 2a der Sendeeinrich tung 2 eine Periode von dix = 2,685 pm aufweist.
Figur 5 zeigt eine Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vor liegenden Erfindung.
In Figur 5 ist im Wesentlichen eine Detektionsvorrichtung 1 gemäß Figur 4 ge zeigt. Im Unterschied zur Detektionsvorrichtung 1 gemäß Figur 4 sind bei der De tektionsvorrichtung 1 gemäß Figur 5 nun zwei der drei Phasenarrays 3a, 3b, 3c der Empfangseinrichtung 3 in einem Winkel 40 zu dem Phasenarray 2a der Sen deeinrichtung 2 angeordnet, sodass sich die Nebenkeulen 11, 12 der Sendeein richtung 2 mit den Hauptkeulen 30a, 31a, 32a überlagern, was die Effizienz beim Empfang verbessert. Mit anderen Worten sind die Hauptkeulen 30a, 31a, 32a der Empfangseinrichtung 3 auf die Giterkeulen des Phasenarrays 2a der Sendeein richtung 2 ausgerichtet. Der Winkel 40 beträgt hierbei ca. 45° für die seitlichen Phasenarrays 3b, 3c für die Nebenkeulen 11, 12, wohingegen für die Hauptkeule 10 das Phasenarray 3a der Empfangseinrichtung 3 parallel zum Phasenarray 2a der Sendeeinrichtung 2 angeordnet ist, mit anderen Worten also nicht unter ei nem Winkel angeordnet ist.
Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen der vorliegen den Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf:
• Hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis.
• Einfache Herstellbarkeit durch mögliche höhere Emiter-Abstände.
• kürzere Zeit zum Scannen eines vorgegebenen Winkelbereichs. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele be schrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Detektionsvorrichtung (1) zur Detektion von Objekten mittels elektro magnetischer Strahlung, umfassend
eine Sendeeinrichtung (2) mit einem Phasenarray (2a) zum Scannen eines vor bestimmten Winkelbereichs (300) zur Detektion eines Objekts, wobei das Pha senarray (2a) ausgebildet ist, eine Strahlungscharakteristik mit einer Hauptkeule (10) und zumindest einer Nebenkeule (11, 12) bereitzustellen,
eine Empfangseinrichtung (3) mit zumindest zwei Phasenarrays (3a, 3b, 3c) zum Empfangen der von der Sendeeinrichtung (2) ausgesandten und von Objekten reflektierten elektromagnetischen Strahlung, wobei eines der Phasenarrays (3a) zum Empfangen der Hauptkeule (10), das zumindest eine weitere Phasenarray (3b, 3c) zum Empfangen zumindest einer der Nebenkeulen (11, 12) ausgebildet ist.
2. Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Phasenarray (3a) der Empfangseinrichtung (3) zum Empfangen der Hauptkeule (10) des Phasen arrays (2a) der Sendeeinrichtung (2) ausgebildet ist.
3. Detektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-2, wobei die An zahl der Phasenarrays (3a, 3b, 3c) der Empfangsvorrichtung (3) der Anzahl der Haupt- und Nebenkeulen (10, 11, 12) der Sendeeinrichtung (2) entspricht.
4. Detektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei die Emit ter (4) des Phasenarrays (2a) der Sendeeinrichtung (2) einerseits und die Emitter (5) der zumindest zwei Phasenarrays (3a, 3b, 3c) der Empfangseinrichtung (3) andererseits unterschiedliche Perioden (20, 21) aufweisen.
5. Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Periode (20) der Emitter (4) des Phasenarrays (2a) der Sendeeinrichtung (2) größer ist als die Pe riode (21) der Emitter (5) zumindest eines, insbesondere sämtlichen, Pha senarrays (3a, 3b, 3c) der Empfangseinrichtung (3).
6. Detektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei die Emit ter (5a, 5b, 5c) eines der zumindest zwei Phasenarrays (3a, 3b, 3c) in der Emp fangseinrichtung (3) eine erste Periode (30) und die Emitter (5a, 5b, 5c) des zu mindest einen anderen Phasenarrays (3a, 3b, 3c) eine zweite Periode (30, 31,
32) aufweisen, wobei erste und zweite Periode (30, 31, 32) unterschiedlich sind.
7. Detektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei zumin dest eines der Phasenarrays (3a, 3b, 3c) der Empfangseinrichtung (3) zu dem Phasenarray (2a) der Sendeeinrichtung (2) unter einem Winkel (40) orientiert an geordnet ist.
8. Detektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei zumin dest eins der Phasenarrays (2a, 3a, 3b, 3c) als optisches Halbleiter- Phasenarray ausgebildet ist.
9. LIDAR-System mit einer Detektionsvorrichtung (1) gemäß einem der An sprüche 1-8.
10. Verfahren zur Detektion von Objekten mittels elektromagnetischer Strah lung, umfassend die Schritte
- Aussenden von elektromagnetischer Strahlung in einen vorbestimmten Winkel bereich (300) zur Detektion eines Objekts mit einem ersten Phasenarray (2a), wobei mittels des Phasenarrays (2a) eine Strahlungscharakteristik mit einer Hauptkeule (10) und zumindest einer Nebenkeule (11, 12) bereitgestellt wird, und
- Empfangender von einem Phasenarray (2a) einer Sendeeinrichtung (2) ausge sandten und von Objekten reflektierten elektromagnetischen Strahlung mittels ei ner Empfangseinrichtung (3) mit zumindest zwei Phasenarrays (3a, 3b, 3c), wo bei mittels einem der Phasenarrays (3a) die Hauptkeule (10), mit dem zumindest einen weiteren Phasenarray (3b, 3c) zumindest eine der Nebenkeulen (11, 12) empfangen wird.
PCT/EP2019/061100 2018-05-04 2019-04-30 Detektionsvorrichtung zur detektion von objekten WO2019211298A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018206888.7 2018-05-04
DE102018206888.7A DE102018206888A1 (de) 2018-05-04 2018-05-04 Detektionsvorrichtung zur Detektion von Objekten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019211298A1 true WO2019211298A1 (de) 2019-11-07

Family

ID=66397233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/061100 WO2019211298A1 (de) 2018-05-04 2019-04-30 Detektionsvorrichtung zur detektion von objekten

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018206888A1 (de)
WO (1) WO2019211298A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3842417A (en) * 1972-02-14 1974-10-15 Hughes Aircraft Co Bistatic radar system
EP2115899A2 (de) 2007-01-29 2009-11-11 Lockheed Martin Corporation OPTIMIERTE EMPFANGSANTENNE UND SYSTEM FÜR GPS-at-GEO-PRÄZISIONSNAVIGATION
US20160049765A1 (en) 2014-08-15 2016-02-18 Quanergy Systems, Inc. Three-dimensional-mapping two-dimensional-scanning lidar based on one-dimensional-steering optical phased arrays and method of using same
US20180107091A1 (en) * 2016-10-14 2018-04-19 Analog Photonics LLC Large scale optical phased array

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9201141B1 (en) * 2012-07-13 2015-12-01 Lockheed Martin Corporation Multiple simultaneous transmit track beams using phase-only pattern synthesis

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3842417A (en) * 1972-02-14 1974-10-15 Hughes Aircraft Co Bistatic radar system
EP2115899A2 (de) 2007-01-29 2009-11-11 Lockheed Martin Corporation OPTIMIERTE EMPFANGSANTENNE UND SYSTEM FÜR GPS-at-GEO-PRÄZISIONSNAVIGATION
US20160049765A1 (en) 2014-08-15 2016-02-18 Quanergy Systems, Inc. Three-dimensional-mapping two-dimensional-scanning lidar based on one-dimensional-steering optical phased arrays and method of using same
US20180107091A1 (en) * 2016-10-14 2018-04-19 Analog Photonics LLC Large scale optical phased array

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018206888A1 (de) 2019-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2176681B1 (de) Radarsensor für kraftfahrzeuge
EP3140882B1 (de) Antennenvorrichtung für ein fahrzeug
EP2322944B1 (de) Hochfrequenz-Messanlage und Verfahren zum Vermessen eines Hochfrequenz- Testobjekts, insbesondere einer Antenne
DE102020114938A1 (de) Sender- und empfängerkalibrierung in 1d-abtastlidar
DE102019120460A1 (de) Wanderwellen-bildverteiler für ein hochauflösendes radarsystem
EP3633405A1 (de) Messgerät zur geometrischen 3d-abtastung einer umgebung mit einer vielzahl sendekanäle und semiconductor-photomultiplier sensoren
DE102009047303A1 (de) Einrichtung für die Kalibrierung eines Sensors
EP3701280B1 (de) Radarsensor mit mehreren hauptstrahlrichtungen
DE102017223471A1 (de) Vorrichtung zum Aussenden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung
DE112020003906T5 (de) Mehrzielradaremulatorsystem
EP3169505B1 (de) Messvorrichtung und verfahren zur vermessung von prüfobjekten
DE102020208141A1 (de) Lasersende- und Empfangsmodul für Lidar
DE102020001153A1 (de) Flugkörper, insbesondere Lenkflugkörper, mit einer Radarsensoreinheit
DE3311349C2 (de) Verfahren zur Vermessung eines an einem bewegten Körper angeordneten optischen Empfängers
WO2021170798A1 (de) Verfahren und fotodiodenvorrichtung zur kohärenten detektion eines optischen signals
WO2019211298A1 (de) Detektionsvorrichtung zur detektion von objekten
EP3699640B1 (de) Optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung eines objekts
DE3638879C2 (de) Mikrowellenradarantennenanordnung
WO2019007947A1 (de) Vorrichtung zur räumlichen detektion, insbesondere lidar-vorrichtung
DE10112894B4 (de) Verfahren und Anordnung zur Überprüfung der Sende- und Empfangseigenschaften eines Radarsensors
DE102016224962B3 (de) Synthetik-Apertur-Radarverfahren und Synthetik-Apertur-Radarsystem
EP3884299A1 (de) Verfahren zur bestimmung der position eines objektes, vorrichtung zur bestimmung der position eines objektes und system
DE102018216775B4 (de) Optisches Phasenarray und Verfahren zum Herstellen eines Phasenarrays
EP3529862B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur niederschlagsmessung
DE19701041C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines Richtdiagramms

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19721596

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19721596

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1