WO2019229047A2 - Verfahren zur funktionsprüfung eines radarsensors sowie zur durchführung des verfahrens geeignete einrichtung - Google Patents

Verfahren zur funktionsprüfung eines radarsensors sowie zur durchführung des verfahrens geeignete einrichtung Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for functional testing of a radar sensor or
  • Radar system in particular an automotive radar, in which simulated by generating and emitting response signals to a radar sensor emitted by the radar sensor, hereinafter also referred to as transmit radar signal, a reflection of the transmitted radar signal to a scene and the correct detection of the scene by the radar sensor is checked.
  • the invention also relates to a device for generating and transmitting one or more linear frequency modulated
  • Radar signals that can be transmitted to a radar sensor as response signals for simulating a given scene.
  • the proposed method can be used, for example, for functional testing of the radar sensor of a
  • Automotive radars use, especially with regard to the future autonomous driving.
  • Autonomous driving is based on the use of sensor information.
  • Radar sensors play an essential role in the assessment of the route and to gain information about other road users such. other vehicles involved in traffic or
  • a signal generator can be used, which provides a signal with predetermined
  • the radar signal is then called
  • Radar sensor processed values compared with the actual values. It is also possible in this way to feed several signals with different parameters with a time delay in order to check the correctness of the radar signal processing.
  • Radar simulators are capable of doing that
  • the object of the present invention is to provide a method for functional testing of a
  • Radar signals are given, which can be transmitted to a transmitter radar signal emitting radar sensor as response signals for simulating a given scene, and which is suitable for carrying out the proposed method.
  • the task is with the method and the
  • one or more groups of antenna elements are inserted before
  • Radar sensor arranged and upon receipt of a transmission radar signal of the radar sensor response signals via the antenna elements in the direction of the radar sensor
  • the method is characterized by the fact that for the simulation of the
  • Backscatter is calculated or provided a distribution of radar scattering centers on objects and the background of the given scene.
  • This distribution of the radar scattering centers thus contains not only one radar scattering center per moving object in the scene, but one for each of the moving objects Distribution of several scattering centers that allow classification or differentiation of the individual objects of the scene.
  • the calculation of such a distribution of radar scattering centers on individual objects and the background of a scene can be achieved by suitable radar simulation programs, so-called CEM programs (Computational ElectroMagnetic Simulation Program), which are also commercially available.
  • CEM programs Computational ElectroMagnetic Simulation Program
  • Programs also referred to as radar simulators, simulate the backscattering on objects that cause the
  • Simulation program can be provided for example as CAD models with additional information about material properties or reflective properties for the radar signals.
  • Target speed but also the accuracy of the estimation of intrinsic movements on or at the target object, such as arm movements of a person, rotation of the wheels of a vehicle, etc., to be checked, the contribute to an object classification.
  • the verification of the estimation and classification accuracies can be carried out in different target environments, which are characterized by different return-beam properties (clutter) as well as by interferences from one another
  • the individual groups can be moved relative to each other in the scene, in particular, moved or moved.
  • one or more of the groups preferably represent in each case one moving object in the scene, for example one in each case
  • antenna elements can be used in the process also antennas, which are stationary and thus not arranged to move with them
  • Antenna elements to simulate the rigid background of the scene.
  • Antenna elements to be sent by the response signals signal generating devices calculated from the distribution of radar scattering centers. It is assumed that the signal emitted by the radar sensor a linear frequency modulated radar signal with known frequency bandwidth, frequency, phase and
  • a signal generating device which generates a corresponding to the properties of the radar scattering center modified artificial replica of the transmit radar signal.
  • the properties of the radar scattering center are to understand its position relative to the radar sensor, its movement speed and its reflection properties. The position determines the time delay, the speed the Frequenzver shift and the reflection properties of the amplitude of the modified replica of the transmit radar signal. This replica is in the proposed
  • Radar signal must be able to process. Furthermore, this technique reduces the complexity of the signal generating devices.
  • the modified replicas of the transmitted radar signal generated in this way are then brought back to the bandwidth of the transmitted radar signal after the digital-to-analog conversion prior to transmission via the antenna elements by appropriate frequency multiplication. ever according to location of the scattering centers from the perspective of the radar sensor is either only the response signal of a
  • the position of the radar sensor relative to the antenna elements is known, so that the distribution of the modified replicas of the transmitted radar signal to the individual antenna elements can be calculated in a simple manner.
  • modulated radar signals that can be transmitted to a transmission radar signal emitting radar sensor as response signals for simulating a given scene, correspondingly has one or more antenna elements and a transmitting and Empfangsein direction, received by the radar sensor radiated transmit radar signal and upon receipt of the transmitting radar signal can be transmitted via the antenna elements response signals in the direction of the radar sensor.
  • the response signals are generated so that they a backscatter of the given scene
  • the decor is characterized mainly by several signal-generating facilities, and frequency multipliers and possibly frequency mixer that usammenmple Z in the following manner.
  • the signal-generating devices which can each be assigned to one of the radar scattering centers, a simulation of the transmitted radar signal modified according to the properties of the radar scattering center is included compared to the transmit radar signal reduced frequency bandwidth generated that can be brought by analog Frequenzmultipli cation back to the frequency bandwidth and frequency of the transmit radar signal.
  • the shape, frequency, frequency bandwidth and amplitude of the transmit radar signal are provided to the device in advance.
  • the device has a frequency mixer and possibly a
  • Frequency multiplier over which the modified replica of the transmitting radar signal or an overlay of several of the modified replicas of the transmitted radar signal before the radiation through the
  • Antenna element is brought to the bandwidth of the transmit radar signal.
  • the assignment of the individual signal-generating devices to the antenna elements can thereby be controlled in dependence on the distribution of the scattering centers or the scene to be simulated via suitable switching devices.
  • the reception of the transmission radar signal can be effected via one or more separate antenna elements or also via one or more of the antenna elements, which are also used to emit the response signals.
  • the transmitting and receiving device for each of the antenna elements and an overlay device for superimposing the over the antenna element to
  • the proposed device can be used not only for carrying out the proposed method, ie for functional testing of a radar sensor, use. Rather, this device allows each a linear frequency modulated signal
  • the device is preferably as a test and
  • Radar sensor or radar system in particular an automotive radar, and accordingly has one or more groups of antenna elements that can be arranged in front of the radar sensor, and a device for checking a correct
  • the actuators are suitably controllable for simulating a scene through the device.
  • the proposed method and the proposed device enable the functional testing of radar systems, which also classify individual objects in the scene and thereby distinguish or
  • the method and apparatus in the automotive industry may also be used after integration of the radars in the chassis of the vehicles.
  • the procedure and the device are also suitable for use in technical monitoring associations in order to be able to carry out the functional capability of the radar sensors integrated in a vehicle at regular intervals.
  • the device can also be used to check radar systems or radar sensors for other applications.
  • the device itself can also be used for applications that are not about the verification of a radar sensor but the deception of a radar.
  • FIG. 2 shows an example of a structure of the antenna arrangement in the proposed method or the proposed device
  • Fig. 3 is an illustration of the height arrangement of
  • FIG. 5 shows an example of measured on a vehicle
  • Fig. 6 shows a first example of an embodiment of the proposed device per antenna element
  • Fig. 7 shows a second example of an embodiment of the proposed device per antenna element.
  • the proposed method is described below by means of an exemplary test and evaluation environment for checking the radar sensor of a
  • the test and evaluation device 1 set for this purpose has, in this example, an antenna arrangement 2, which is formed from a large number of individual antenna elements, via the response signals to a signal to be tested
  • Radar sensor of a vehicle 4 emitted transmit radar signal can be emitted.
  • the antenna elements of the antenna assembly 2 may in this case be arranged in different ways, in particular linear, surface on a circle or on a sphere.
  • FIG. 1 shows an example of this
  • test and evaluation Device 1 in front of the vehicle 4 with the radar sensor to be checked.
  • the control of the test and evaluation Device 1 is a simple arrangement of the test and evaluation Device 1 in front of the vehicle 4 with the radar sensor to be checked.
  • Evaluation device 1 takes place via a computer system 3, with which the distribution of the radar scattering centers, in the following simplified referred to as scattering centers, can be calculated.
  • FIG. 1 also shows an example of a simplified scene with three virtual vehicles 6 moving in front of the vehicle 4 as radar targets, which are simulated by the emission of the response signals via the antenna arrangement 2.
  • the antenna assembly 2 of the test and evaluation device 1 shown in this example consists of three semicircular, one above the other nested rail elements 10, on each of which, for example, a circular array antenna 7 is mounted.
  • Figure 2 shows an exemplary representation of this antenna assembly 2 with the three rail elements 10 and the array antennas 7, which are each composed of a group of individual antenna elements 8 together.
  • the individual array antennas 7 can be moved on the rail elements 10 motor-driven in their angular position relative to the radar sensor against each other, as indicated by the arrows in Figure 2.
  • the rail elements 10 are offset by slightly more than an antenna height in height. This is shown in FIG.
  • the antenna elements 8 are arranged on a Generalzylinderober surface and the rail elements interleaved (see Figure 2).
  • the antenna elements For example, they can be used as horn antennas at about 76 GHz.
  • Typical horn antennas have a height of about 16mm, so that it is sufficient to move the rails elements 10 by about 2cm in height.
  • the radius of the rail elements 10 is in this
  • Example about 2m the length of each group antennae 7 about 58cm. This results from the fact that a vehicle width of 2m in 7m distance corresponds to a scale-width of 0.58m in 2m distance. With a group antenna 7 can thus be simulated in this example, a single vehicle. The number of antenna elements 8 of the array antennas 7 is chosen so large that all significant scattering centers
  • Antenna element can be assigned, and is preferably> 20 per group antenna, in the present example 29.
  • Scattering centers on the respective object surface are determined by means of CEM software, as will be described in more detail below.
  • the arrangement of the array antennas 7 can now be chosen such that e.g. Vehicles on adjacent lanes or hard lanes on the highway can be simulated over time. In the same way this applies to traffic on rural roads or within a locality. For positron and angle changes to simulated vehicles over time, the
  • Rail elements 10 adapted.
  • the servo motors 5 present for this purpose are shown in FIG. 2 by the circles filled with black.
  • Distances to simulating vehicles 6 with respect to the radar sensor are reflected in the time offset of the response signals of the test and evaluation device.
  • the speeds of the vehicles to be simulated are
  • Vehicles are simulated, which move transversely to the direction of travel, so their scattering centers can be represented by linking the three array antennas 7.
  • the receiving antenna 9 is centrally positioned in this example, but in principle can also be mounted at other positions. If also automotive radars with electron beam steering, e.g. via Rotman lenses, an antenna element of the array antennas 7 should have both a receive and a transmit mode. An additional receiving antenna is omitted among these
  • the receiving antennas are necessary for the provision of a reference signal of the automobile radar, which is used to generate an artificial Receive signal or the response based thereon signals is used. Behind the receiving antennas 9 in addition to the received signal to the receive signal by 90 ° out of phase signal is generated (IQ demodulation) to transform the real, received signal into a complex reference signal.
  • the transmit and receive channels are synchronized and their amplitude and phase responses are adjusted over the frequency as a function of the temperature.
  • AESA antennas Active Electronic Scanning Antenna Array
  • Evaluation device emitted response signals, the complex, high-resolution traffic scenarios
  • the antenna element positions and the antenna weighting coefficients become dependent on the frequency, time and spatial position of the
  • simulating vehicles, other road users and the vehicle environment uses electromagnetic wave propagation numerical methods, e.g. in the form of the FARAD® software of the Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and
  • Scatter center distributions of the traffic scenarios are stored on a permanent memory in order to store them after the Receiving a transmitting radar signal with this, or
  • the scatter center distribution of a target object or vehicle is calculated for a dense angle grid.
  • Distance between two grid points is determined by the maximum distance between the target objects and the vehicle radar or radar sensor and by the predetermined by the antenna element size minimum distance between two antenna elements.
  • calculated scatter center distributions are preferably verified and validated prior to their use on the basis of measurement data at least for the essential target objects.
  • the response signals become direction-dependent and time-dependent not only at one time from one direction but according to the traffic situation and the reflection properties of the simulated objects
  • Imaging radars allow the environment to be two-dimensional and three-dimensional capture and classify the environment using classification techniques.
  • the time-varying retroreflective behavior of the environment is modeled to check the radar imaging and radar target classification.
  • the signals radiated by the automobile radar it is possible to use both narrowband and wideband signals, e.g. 4GHz and more can be broadcast.
  • the scattering center distributions on the vehicles to be imaged calculated with the CEM programs can be verified and validated by real measurements.
  • SAR measurements Synthetic Aperture Radar
  • Rotation platform 15 is arranged, as shown in Figure 4.
  • the radar with transmitter 11 and receiver 12 is arranged on a rectilinear guide rail 13.
  • the SAR device is moved at a continuous speed from the left end to the right end of the guide rail 13.
  • the SAR device operates in a frequency range between 76GHz and 81GHz.
  • the SAR device transmits broadband signals during movement at a constant pulse repetition frequency and records those from the vehicle 16 at a certain aspect angle
  • the processed SAR image makes it possible to determine the positions of the individual scattering centers 17 on the vehicle 16 in polar coordinates, i. in distance and angle of incidence.
  • polar coordinates i. in distance and angle of incidence.
  • the radar emits a periodic monotonically frequency-modulated signal, which is also referred to below as
  • Origin signal is called. It is assumed that by a-priori knowledge or an upstream technical unit the original signal with its
  • the transmitted radar signal (original signal) emitted by the radar sensor is received by the proposed device to Information about the launch of Z eit Vietnamese and to obtain the phase of the original signal. This can be used to trigger and referencing the signal processing
  • the time delay is the virtual distance of the generic destination.
  • the frequency shift produces the
  • a signal-generating module which generates the signal by means of DDS (Direct Digital Synthesis), also referred to below as DDS module.
  • DDS Direct Digital Synthesis
  • other signal-generating components can also be used
  • each generic target is responsible for generating a generic point spreader in the later range profile of the radar.
  • the location of each generic target is determined by the delayed generation of the
  • Origin or response signal generated by the associated DDS module Origin or response signal generated by the associated DDS module.
  • suitable frequency variation of the signal generated by the DDS arises in the radar, a frequency difference to the original signal.
  • Such a frequency difference is usually interpreted by radars as a Doppler effect generated by motion.
  • you can the parameters temporal delay, frequency offset, signal amplitude and signal phase are tracked suitable.
  • the complexity of the individual DDS arrangement can be reduced by the generated bandwidth of the DDS corresponds to a value that is analogue
  • Frequency multiplication can be brought to the bandwidth of the chirp sequence of the radar or original signal. Another way of one
  • Radar sensor in one direction behind the other targets can be generated by superposition of several signals generated in this way. Depending antenna element, this can be done by digital addition of the individual DDS output signals or by analog interference of the signals by means of combining components or by superposition in the electromagnetic field.
  • FIGS. 6 and 7 show two alternatives of signal processing for one antenna element each.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the superposition of several point scatterers by means of digital Addition of the individual DDS signals takes place.
  • a control unit 18 for controlling the individual DDS modules 19 can be seen, the
  • FIG. 7 shows a further embodiment in which the superposition of the individually simulated signals (modified replicas) takes place on the analog side.
  • the signals generated by the DDS module 19 are separately converted into analog signals in their own D / A converters.
  • the superposition of the individual signals then takes place only on the analogue side
  • Frequency mixer 20 and a frequency multiplexer 21 brought to the frequency range and the frequency bandwidth of the original signal and emitted as a response signal via the antenna element 8. In both embodiments, therefore, M DDS generate
  • Blocks 19 an extended target consisting of M points, which together from the direction of
  • Embodiment of Figure 6 has the advantage that each antenna element 8 only a D / A converter must be used.
  • the embodiment of Figure 7 has a contrast increased hardware complexity, since M D / A converter must be used.
  • M D / A converter must be used.
  • Variant of Figure 7 over the variant of Figure 6 the advantage of increased dynamics of the signal by dispensing with digital signal overlay.
  • the proposed device is capable of generating a temporally phase locked signal with respect to the transmit radar signal. This is done by referencing the signal-generating blocks to the signal currently emitted by the radar. This is used to generate generic targets for coherently operating radars.
  • the individual signal-generating modules generate in the event of a
  • Modern radars e.g. pulsed Doppler radars
  • a common local oscillator at the signal input and signal output together with derived clocks on the digital components within the DRFM provides for the coherence of their own signals to those of the radar.
  • the DRFM thus contains an exact digital copy of the radar signal, which is used as a target reflection in its parameters (RCS, Range,
  • the A / D and D / A bandwidth must be at least equal to that of the radar signal.
  • the radar itself can process far wider radar signals in the case of linear frequency-modulated waveforms than it has to digitize. Radars can therefore operate with signal bandwidths of several GHz.
  • a DFRM can not fully process these signals.
  • the proposed device can simulate such signals artificially, provided that they are sufficiently known in advance. The received transmit radar signals need not be digitized for this purpose and the signal generation can be carried out in a lower frequency range with a lower frequency bandwidth, so that the D / A converter used need not have the bandwidth of the transmit radar signal. To transmit and send out the calculated
  • Target responses are determined based on the calculated scatter center distributions, the number of scattering centers to be simulated and their angle of incidence as a function of the distance to be simulated between radar sensor and scattering center and the underlying scene or traffic situation.
  • Positions of the antenna elements to the calculated angles of incidence is assigned to each scattering center or the associated antenna element, a transponder. Based on the determined distance of the scattering center and the reflection strength of the scattering center, the transmission time, the Doppler speed resulting from the scene or the traffic scenario and the required signal amplification are then determined and transmitted to the transponder. The transmission radar signal received by the transponder is now shifted in accordance with the Doppler speed in the frequency and corresponding to the scattering center position in the time domain.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Radarsensors, insbesondere eines Automobilradars, sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung. Bei dem Verfahren werden eine oder mehrere Gruppen (7) von Antennenelementen (8) vor dem Radarsensor angeordnet, eine Verteilung von Radar-Streuzentren (17) an Objekten (6) und Hintergrund einer Szene berechnet oder bereitgestellt und über die Antennenelemente (8) bei Empfang eines Sende-Radarsignals vom Radarsensor Antwortsignale in Richtung des Radarsensors ausgesendet, die die Rückstreuung des an den Radar-Streuzentren (17) der Szene reflektierten Sende-Radarsignals simulieren. Die korrekte Erkennung der Szene durch den Radarsensor wird dann überprüft. Das Verfahren ermöglicht auch die Überprüfung von Radarsensoren, mit denen in der Szene detektierte Objekte klassifiziert und über die Klassifikation unterschieden werden können.

Description

Verfahren zur Funktionsprüfung eines Radarsensors sowie zur Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Radarsensors oder
Radarsystems, insbesondere eines Automobilradars, bei dem durch Erzeugung und Aussendung von Antwortsignalen auf ein vom Radarsensor ausgesendetes Radarsignal hin, im Folgenden auch als Sende-Radarsignal bezeichnet, eine Reflexion des Sende-Radarsignals an einer Szene simuliert und die korrekte Erkennung der Szene durch den Radarsensor überprüft wird. Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Erzeugung und Aussendung eines oder mehrerer linear frequenzmodulierter
Radarsignale, die einem Radarsensor als Antwortsignale zur Simulation einer vorgegebenen Szene übermittelt werden können.
Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich beispiels- weise zur Funktionsprüfung des Radarsensors eines
Automobilradars einsetzen, insbesondere im Hinblick auf das zukünftige autonome Fahren. Autonomes Fahren basiert auf der Nutzung von Sensorinformationen.
Radarsensoren spielen dabei eine wesentliche Rolle zur Beurteilung der Fahrstrecke und zur Informations gewinnung bezüglich anderer Verkehrsteilnehmer wie z.B. anderer am Verkehr beteiligter Fahrzeuge oder
Fußgänger. Die korrekte Funktion der Radarsensoren in komplexen Verkehrssituationen muss daher sowohl bei der Inbetriebnahme eines Fahrzeuges als auch anschließend in regelmäßigen Abständen überprüft werden.
Stand der Technik
Zur Prüfung der Funktionalität von Radarsensoren, die in Fahrzeuge integriert sind, wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Um die
Genauigkeit der Zielparameterschätzung eines
Radarsensors zu überprüfen, kann ein Signalgenerator genutzt werden, der ein Signal mit vorgegebener
Amplitude, Frequenzverschiebung und Zeitverschiebung generiert. Das Radarsignal wird anschließend als
Antwortsignal in das Radar injiziert und die vom
Radarsensor prozessierten Werte mit den Ist-Werten verglichen. Es ist auf diese Weise auch möglich, mehrere Signale mit unterschiedlichen Parametern zeitversetzt einzuspeisen, um die Korrektheit der Radar-Signalprozessierung zu überprüfen.
Radarsimulatoren sind dazu in der Lage, den
Fahrweg eines oder mehrerer Fahrzeuge, die sich auf einer vorgegebenen Fahrspur bewegen, im Voraus zu berechnen, Reflexionen an der Umgebung zu berück sichtigen und anschließend eine sequentielle Folge von Signalen zu generieren, die in einer Datenbank im
Voraus abgelegt werden können und nach Empfang eines Radarsignals zeitangepasst als Antwortsignale an den Radarsensor zurückgesendet werden. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren ist in der US 2017/0010346 Al beschrieben. Unterschiedliche Einfallswinkel sind durch Versatz der Sendeantenne der genutzten Testeinrichtung möglich . In der WO 99/27383 Al ist eine Testeinrichtung für ein Automobilradar beschrieben, mit der auch komplexere Szenarien mit Radarzielen aus mehreren Richtungen sowie die dabei erzeugten Signalinterferenzen bei der
Erzeugung der Antwortsignale berücksichtigt werden. Bei dieser Testeinrichtung wird allerdings nur von Punkt zielen ausgegangen, durch die die einzelnen beweglichen Objekte in der Szene repräsentiert werden und die durch einen vorgegebenen Einfallswinkel, einen gegebenen RCS (Rückstreuquerschnitt) , der sich in der Signalamplitude widerspiegelt, sowie durch eine Frequenzverschiebung, die mit der zu simulierenden Fahrzeuggeschwindigkeit korrespondiert, beschrieben sind. Diese Technik
ermöglicht daher dem Radarsensor nicht, detektierte Objekte wie beispielsweise einzelne Fahrzeuge zu klassifizieren und somit die simultan empfangenen
Antwortsignale bestimmten Fahrzeugtypen eindeutig zuzuordnen. Dies gilt auch für die Unterscheidung beweglicher Objekte, wie beispielsweise Menschen, Tiere usw. von anderen Gegenständen. Diese Fähigkeit, die einzelnen detektierten Objekte zu klassifizieren, beispielsweise auch feststehende Objekte wie Häuser, Bäume und Brücken eindeutig den empfangenen
Antwortsignalen zuzuordnen, liefert beim autonomen
Fahren jedoch einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines
Radarsensors anzugeben, das auch eine korrekte
Klassifizierung der mit dem Radarsensor detektierten Ziele überprüfen kann. Weiterhin soll eine Einrichtung zur Erzeugung und Aussendung eines oder mehrerer
Radarsignale angegeben werden, die einem ein Sende- Radarsignal aussendenden Radarsensor als Antwortsignale zur Simulation einer vorgegebenen Szene übermittelt werden können, und die sich für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens eignet.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der
Einrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Einrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patent ansprüche oder lassen sich der nachfolgenden
Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden eine oder mehrere Gruppen von Antennenelementen vor dem
Radarsensor angeordnet und bei Empfang eines Sende- Radarsignals des Radarsensors Antwortsignale über die Antennenelemente in Richtung des Radarsensors
ausgesendet, die die Rückstreuung des an Radar- Streuzentren einer vorgegebenen Szene reflektierten Sende-Radarsignals simulieren. Die korrekte Erkennung der Szene durch den Radarsensor oder das Radarsystem wird dann überprüft. Das Verfahren zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass für die Simulation der
Rückstreuung eine Verteilung von Radar-Streuzentren an Objekten und am Hintergrund der vorgegebenen Szene berechnet oder bereitgestellt wird. Diese Verteilung der Radar-Streuzentren enthält damit nicht nur ein Radar-Streuzentrum pro beweglichem Objekt in der Szene, sondern für jedes der beweglichen Objekte eine Verteilung mehrerer Streuzentren, die eine Klassifi zierung bzw. Unterscheidung der einzelnen Objekte der Szene ermöglichen. Die Berechnung einer derartigen Verteilung von Radar-Streuzentren an einzelnen Objekten und dem Hintergrund einer Szene kann durch geeignete Radarsimulationsprogramme, so genannte CEM-Programme (Computational ElectroMagnetic Simulation Programm) , die auch kommerziell erhältlich sind. Derartige
Programme, auch als Radarsimulatoren bezeichnet, simulieren die Rückstreuung an Objekten, die dem
Simulationsprogramm beispielsweise als CAD-Modelle mit zusätzlichen Informationen über Materialeigenschaften bzw. Reflexionseigenschaften für die Radarsignale bereitgestellt werden. Bei dem vorgeschlagenen
Verfahren werden die Ergebnisse einer derartigen
Berechnung bzw. Simulation vor der Nutzung vorzugsweise noch zumindest an einigen Objekten der Szene,
insbesondere Fahrzeugen, anhand realer Radarmessungen überprüft und bei Bedarf angepasst.
Das vorgeschlagene Verfahren und die dafür
eingesetzte Einrichtung ermöglichen es, das Verhalten eines Radarsensors mit Antwortsignalen aus vorgegebenen Richtungen hinsichtlich der Entdeckbarkeit von Ziel- Objekten, der Genauigkeit der Schätzung der Ziel entfernung und der Zielgeschwindigkeit sowie auch hinsichtlich einer Objektklassifizierung zu überprüfen. Mit dem Verfahren und der zugehörigen Einrichtung kann dabei nicht nur die Genauigkeit der Schätzung der
Zielgeschwindigkeit sondern auch die Genauigkeit der Schätzung von Eigenbewegungen auf bzw. am Zielobjekt, beispielsweise Armbewegungen einer Person, Rotation der Räder eines Fahrzeugs usw., überprüft werden, die zu einer Obj ektklassifikation beitragen. Die Überprüfung der Schätz- und Klassifizierungsgenauigkeiten kann in verschiedenen Zielumgebungen vorgenommen werden, die sich durch unterschiedliche Rückstrahleigenschaften (Clutter) sowie durch Interferenzen voneinander
unterscheiden, die von anderen Radargeräten hervor gerufen werden. Hierbei können insbesondere auch
Zielumgebungen berücksichtigt werden, die sich durch Mehrwegeausbreitung bzw. hinsichtlich ihrer Einflüsse auf die Parameterschätzung negativ bemerkbar machen.
Vorzugsweise werden bei dem vorgeschlagenen
Verfahren mehrere Gruppen von Antennenelementen
eingesetzt, die über Aktuatoren gegeneinander in der Winkelposition bezüglich des Radarsensors veränderbar sind, um insgesamt eine handhabbare Anzahl von
Antennenelementen zu erreichen. Die einzelnen Gruppen können dadurch vergleichbar einzelnen Objekten in der Szene gegeneinander bewegt, insbesondere verfahren oder verschoben werden. Vorzugsweise repräsentieren dabei eine oder mehrere der Gruppen jeweils ein bewegliches Objekt in der Szene, beispielsweise jeweils ein
Fahrzeug. Zusätzlich zu den in der Winkelposition gegeneinander veränderbaren Gruppen von Antennen- elementen können beim dem Verfahren auch Antennen elemente eingesetzt werden, die stationär und somit nicht beweglich angeordnet sind, um mit diesen
Antennenelementen den starren Hintergrund der Szene zu simulieren .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des
vorgeschlagenen Verfahrens werden die von den
Antennenelementen auszusendenden Antwortsignale durch signalgenerierende Einrichtungen aus der Verteilung von Radar-Streuzentren berechnet. Hierbei wird davon ausgegangen, dass das vom Radarsensor ausgesendete Signal ein linear frequenzmoduliertes Radarsignal mit bekannter Frequenzbandbreite, Frequenz, Phase und
Amplitude ist. Für jedes der Streuzentren der
vorgegebenen Szene wird dann eine signalgenerierende Einrichtung eingesetzt, die eine entsprechend der Eigenschaften des Radar-Streuzentrums modifizierte künstliche Nachbildung des Sende-Radarsignals erzeugt. Unter den Eigenschaften des Radar-Streuzentrums sind hierbei seine Position relativ zum Radarsensor, seine Bewegungsgeschwindigkeit sowie seine Reflexions eigenschaften zu verstehen. Die Position bestimmt die Zeitverzögerung, die Geschwindigkeit die Frequenzver schiebung und die Reflexionseigenschaften die Amplitude der modifizierten Nachbildung des Sende-Radarsignals. Diese Nachbildung wird bei dem vorgeschlagenen
Verfahren mit einer gegenüber dem Sende-Radarsignal reduzierten Frequenzbandbreite erzeugt, die durch analoge Frequenzmultiplikation anschließend wieder auf die Frequenzbandbreite des Sende-Radarsignals gebracht werden kann. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die Nutzung einfacherer Digital/Analog-Wandler, die nicht die Bandbreite des vom Radarsensor ausgestrahlten
Radarsignals verarbeiten können müssen. Weiterhin verringert diese Technik die Komplexität der signal generierenden Einrichtungen. Die auf diese Weise generierten modifizierten Nachbildungen des Sende- Radarsignals werden dann nach der Digital-Analog- Wandlung vor einer Ausstrahlung über die Antennen elemente durch geeignete Frequenzmultiplikation wieder auf die Bandbreite des Sende-Radarsignals gebracht. Je nach Lage der Streuzentren aus Sicht des Radarsensors wird dabei entweder nur das Antwortsignal eines
einzelnen Streuzentrums oder auch eine Überlagerung der Signale mehrerer Streuzentren über ein Antennenelement ausgestrahlt. Die Lage des Radarsensors relativ zu den Antennenelementen ist bekannt, so dass die Verteilung der modifizierten Nachbildungen des Sende-Radarsignals auf die einzelnen Antennenelemente in einfacher Weise berechnet werden kann.
Die vorgeschlagene Einrichtung zur Erzeugung und Aussendung eines oder mehrerer linear frequenz
modulierter Radarsignale, die einem ein Sende- Radarsignal aussendenden Radarsensor als Antwortsignale zur Simulation einer vorgegebenen Szene übermittelt werden können, weist entsprechend ein oder mehrere Antennenelemente sowie eine Sende- und Empfangsein richtung auf, mit der das vom Radarsensor ausgestrahlte Sende-Radarsignal empfangen und bei Empfang des Sende- Radarsignals über die Antennenelemente Antwort-Signale in Richtung des Radarsensors ausgesendet werden können. Die Antwortsignale werden dabei so generiert, dass sie eine Rückstreuung des an der vorgegebenen Szene
reflektierten Sende-Radarsignals simulieren, die als Verteilung von Radar-Streuzentren in der Einrichtung abgespeichert ist. Die Einrichtung zeichnet sich vor allem durch mehrere signalgenerierende Einrichtungen sowie Frequenzmultiplikatoren und ggf. Frequenzmischer aus, die in folgender Weise Zusammenwirken. Durch die signalgenerierenden Einrichtungen, die jeweils einem der Radar-Streuzentren zuordenbar sind, wird eine entsprechend der Eigenschaften des Radar-Streuzentrums modifizierte Nachbildung des Sende-Radarsignals mit gegenüber dem Sende-Radarsignal reduzierter Frequenz bandbreite erzeugt, die durch analoge Frequenzmultipli kation wieder auf die Frequenzbandbreite und Frequenz des Sende-Radarsignals gebracht werden können. Die Form, Frequenz, Frequenzbandbreite und Amplitude des Sende-Radarsignals wird der Einrichtung hierbei vorab bereitgestellt. Für jedes Antennenelement weist die Einrichtung einen Frequenzmischer und ggf. einen
Frequenzmultiplikator auf, über die die modifizierte Nachbildung des Sende-Radarsignals oder eine Über lagerung mehrerer der modifizierten Nachbildungen des Sende-Radarsignals vor der Abstrahlung durch das
Antennenelement auf die Bandbreite des Sende-Radar signals gebracht wird. Die Zuordnung der einzelnen signalgenerierenden Einrichtungen zu den Antennen elementen kann dabei in Abhängigkeit von der Verteilung der Streuzentren bzw. der zu simulierenden Szene über geeignete Schalteinrichtungen gesteuert werden. Der Empfang des Sende-Radarsignals kann über ein oder mehrere separate Antennenelemente oder auch über eines oder mehrere der Antennenelemente erfolgen, die auch zur Abstrahlung der Antwortsignale eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Einrichtung weist die Sende- und Empfangseinrichtung für jedes der Antennenelemente auch eine Überlagerungseinrichtung zur Überlagerung der über das Antennenelement zur
Simulation der vorgegebenen Szene abzustrahlenden modifizierten Nachbildungen des Sende-Radarsignals auf.
Die vorgeschlagene Einrichtung lässt sich nicht nur zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens, d.h. zur Funktionsprüfung eines Radarsensors, einsetzen. Vielmehr lässt sich mit dieser Einrichtung jedem ein linear frequenzmoduliertes Signal
ausstrahlenden Radarsensor eine beliebige Szene
simulieren .
Zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist die Einrichtung vorzugsweise als Test- und
Evaluationseinrichtung zur Funktionsprüfung eines
Radarsensors oder Radarsystems, insbesondere eines Automobilradars, ausgebildet und weist entsprechend eine oder mehrere Gruppen von Antennenelementen auf, die vor dem Radarsensor angeordnet werden können, sowie eine Einrichtung zur Überprüfung einer korrekten
Erkennung der vorgegebenen Szene durch den Radarsensor. Bei Vorliegen mehrerer Gruppen von Antennenelementen sind diese vorzugsweise gegeneinander beweglich
angeordnet und mehrere Aktuatoren vorhanden, über die die Gruppen von Antennenelementen gegeneinander in der Position veränderbar sind. Die Aktuatoren sind zur Simulation einer Szene durch die Einrichtung geeignet ansteuerbar .
Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschla gene Einrichtung ermöglichen die Funktionsprüfung von Radarsystemen, die auch einzelne Objekte in der Szene klassifizieren und dadurch unterscheiden oder
identifizieren können. Dies betrifft insbesondere die Überprüfung neuer Fahrzeugradare in der automobilen Zulieferungsindustrie. Zur Verifikation der Einhaltung vorgegebener Leistungskriterien können das Verfahren und die Einrichtung in der Automobilindustrie auch nach Integration der Radare in das Chassis der Fahrzeuge verwendet werden. Das Verfahren und die Einrichtung eignen sich beispielsweise auch für den Einsatz bei technischen Überwachungsvereinen, um die Funktions fähigkeit der in ein Fahrzeug integrierten Radar sensorik in regelmäßigen Abständen durchführen zu können. Mit dem Verfahren und der zugehörigen
Einrichtung lassen sich aber auch Radarsysteme bzw. Radarsensoren für andere Anwendungen überprüfen. Die Einrichtung selbst lässt sich auch für Anwendungen einsetzen, bei denen es nicht um die Überprüfung eines Radarsensors sondern um die Täuschung eines Radars geht .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Einrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungs beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine beispielhafte Anordnung von Fahrzeug mit
Radarsensor und Antennenanordnung zur Über prüfung des Automobilradars in komplexen Fahrzeugumgebungen; Fig . 2 ein Beispiel für einen Aufbau der Antennen anordnung bei dem vorgeschlagenen Verfahren bzw. der vorgeschlagenen Einrichtung;
Fig. 3 eine Darstellung der Höhenanordnung der
Antennen der Ausgestaltung der Figur 2; Fig. 4 ein Beispiel für eine Anordnung zur Vermessung der Position der Streuzentren auf einem Fahrzeug; Fig. 5 ein Beispiel für an einem Fahrzeug gemessene
RCS-Daten unter verschiedenen Aspektwinkeln;
Fig . 6 ein erstes Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Einrichtung pro Antennen element; und
Fig. 7 ein zweites Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Einrichtung pro Antennen element .
Wege zur Ausführung der Erfindung
Das vorgeschlagene Verfahren wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Test- und Evaluations- Umgebung zur Überprüfung des Radarsensors eines
Automobils beispielhaft erläutert. Die hierzu einge setzte Test- und Evaluationseinrichtung 1 weist in diesem Beispiel eine Antennenanordnung 2 auf, die aus einer Vielzahl einzelner Antennenelemente gebildet ist, über die Antwortsignale auf ein vom zu prüfenden
Radarsensor eines Fahrzeugs 4 ausgesendetes Sende- Radarsignal ausgestrahlt werden können. Die Antennen elemente der Antennenanordnung 2 können hierbei in unterschiedlicher Weise angeordnet sein, insbesondere linear, auf einem Kreis oder auch auf einer Kugel fläche. Figur 1 zeigt hierzu beispielhaft eine
entsprechende Anordnung der Test- und Evaluations- einrichtung 1 vor dem Fahrzeug 4 mit dem zu überprüfen den Radarsensor. Die Steuerung der Test- und
Evaluationseinrichtung 1 erfolgt über ein Rechnersystem 3, mit dem auch die Verteilung der Radar-Streuzentren, im Folgenden vereinfacht als Streuzentren bezeichnet, berechnet werden kann. In der Figur 1 ist auch ein Beispiel für eine vereinfachte Szene mit drei sich vor dem Fahrzeug 4 bewegenden virtuellen Fahrzeugen 6 als Radarzielen dargestellt, die durch die Aussendung der Antwortsignale über die Antennenanordnung 2 simuliert werden .
Um eine handhabbare Anzahl von Antennenelementen zu nutzen, besteht die Antennenanordnung 2 der in diesem Beispiel dargestellten Test- und Evaluationsein richtung 1 aus drei halbkreisförmigen, übereinander geschachtelten Schienenelementen 10, auf denen jeweils eine z.B. kreisbogenförmige Gruppenantenne 7 gelagert ist. Figur 2 zeigt eine beispielhafte Darstellung dieser Antennenanordnung 2 mit den drei Schienen elementen 10 und den Gruppenantennen 7, die jeweils aus einer Gruppe einzelner Antennenelemente 8 zusammen gesetzt sind. Die einzelnen Gruppenantennen 7 können auf den Schienenelementen 10 motorgetrieben in ihrer Winkelposition bezüglich des Radarsensors gegeneinander verschoben werden, wie dies mit den Pfeilen in der Figur 2 angedeutet ist. Die Schienenelemente 10 sind um etwas mehr als eine Antennenhöhe in der Höhe versetzt. Dies ist in Figur 3 dargestellt. Um zusätzlich auch den Elevationswinkel von Streuzentren simulieren zu können, sind die Antennenelemente 8 auf einer Teilzylinderober fläche angeordnet und die Schienenelemente ineinander verschachtelt (vgl. Figur 2). Die Antennenelemente können beispielsweise als Hornantennen bei ca. 76 GHz verwendet werden. Typische Hornantennen haben eine Höhe von ca. 16mm, so dass es ausreichend ist, die Schienen elemente 10 um ca. 2cm in der Höhe zu versetzen. Der Radius der Schienenelemente 10 beträgt in diesem
Beispiel ca. 2m, die Länge der einzelnen Gruppen antennen 7 ca. 58cm. Dies resultiert daraus, dass eine Kfz-Breite von 2m in 7m Abstand einer maßstabsgerechten Kfz-Breite von 0,58m in 2m Abstand entspricht. Mit einer Gruppenantenne 7 kann damit in diesem Beispiel ein einzelnes Fahrzeug simuliert werden. Die Anzahl der Antennenelemente 8 der Gruppenantennen 7 wird so groß gewählt, dass allen signifikanten Streuzentren
entsprechend ihrer Einfallswinkel jeweils ein
Antennenelement zugeordnet werden kann, und beträgt vorzugsweise > 20 je Gruppenantenne, im vorliegenden Beispiel 29. Die Verteilung der Streuzentren, die zugeordneten Einfallswinkel und die Abstände der
Streuzentren auf der jeweiligen Objektoberfläche werden mit Hilfe von CEM-Software bestimmt, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Die Anordnung der Gruppenantennen 7 kann nun so gewählt werden, dass z.B. Fahrzeuge auf benachbarten Spuren bzw. Standstreifen auf der Autobahn über der Zeit simuliert werden können. In gleicher Weise gilt dies für den Verkehr auf Landstraßen oder innerhalb einer Ortschaft. Bei Positrons- und Winkeländerungen zu simulierender Fahrzeuge über der Zeit werden die
Positionen der Gruppenantennen 7 entsprechend auf den
Schienenelementen 10 angepasst. Die hierfür vorhandenen Stellmotoren 5 sind in Figur 2 durch die schwarz gefüllten Kreise dargestellt. Abstände der zu simulierenden Fahrzeuge 6 gegenüber dem Radarsensor spiegeln sich im Zeitversatz der Antwortsignale der Test- und Evaluationseinrichtung wider. Die Geschwin digkeiten der zu simulierenden Fahrzeuge sind dem
Dopplerversatz der zugehörigen Antwortsignale
zugeordnet. Um die Radarumgebung, beispielsweise sich einer Kreuzung nähernde Fahrzeuge usw., berücksichtigen zu können, sind im Beispiel der Figur 2 zusätzlich auf dem inneren Schienenbogen 10 an beiden Enden jeweils zwei Antennenelemente 8 starr angeordnet. Sollen
Fahrzeuge simuliert werden, die sich quer zur Fahrt richtung bewegen, so können deren Streuzentren durch Verknüpfung der drei Gruppenantennen 7 dargestellt werden .
Im vorliegenden Beispiel ist oberhalb des obersten Schienenelementes 10 zusätzlich zu den bereits
beschriebenen Sendeantennen der Test- und Evaluations einrichtung eine Empfangsantenne 9 so angeordnet, dass sie eventuelle Bewegungen der als Sendeantennen
dienenden Antennenelemente nicht beeinträchtigt. Die Empfangsantenne 9 ist in diesem Beispiel zentral positioniert, kann jedoch prinzipiell auch an anderen Positionen angebracht werden. Falls auch Automobil- radare mit elektronischer Strahlschwenkung, z.B. via Rotman-Linsen, genutzt werden, so sollte jeweils ein Antennenelement der Gruppenantennen 7 sowohl einen Empfangs- als auch einen Sendemodus besitzen. Eine zusätzliche Empfangsantenne entfällt unter diesen
Voraussetzungen. Die Empfangsantennen sind für die Bereitstellung eines Referenzsignals des Automobil radars notwendig, das zur Erzeugung eines künstlichen Empfangssignals bzw. der darauf basierenden Antwort signale dient. Hinter den Empfangsantennen 9 wird zusätzlich zum empfangenen Signal ein zum Empfangs signal um 90° phasenverschobenes Signal erzeugt (IQ- Demodulation) , um das reelle, empfangene Signal in ein komplexes Referenzsignal zu transformieren.
Vor der Nutzung der Test- und Evaluations
einrichtung werden die Sende- und Empfangskanäle synchronisiert und ihre Amplituden- und Phasengänge über der Frequenz in Abhängigkeit von der Temperatur abgeglichen. Zur Synchronisation und zum Kanalabgleich können Verfahren genutzt werden, die aus dem Bereich der AESA-Antennen (Active Electronic Scanning Antenna Array) bekannt sind.
Für die Berechnung der von der Test- und
Evaluationseinrichtung abgestrahlten Antwortsignale, die komplexe, hochaufgelöste Verkehrsszenarien
simulieren, sowie der Antennenelementpositionen und der Antennengewichtungskoeffizienten werden abhängig von der Frequenz, Zeit und Raumposition der zu
simulierenden Fahrzeuge, sonstigen Verkehrsteilnehmer und der Fahrzeugumgebung beispielsweise numerische Verfahren zur elektromagnetischen Wellenausbreitung genutzt, die z.B. in Form der Software FARAD® des Fraunhofer-Instituts für Hochfrequenzphysik und
Radartechnik und der RWTH Aachen zur Verfügung stehen. Weiterhin können je nach Szenario zur Berechnung auch kommerzielle Programme wie FEKO oder CST herangezogen werden. Die mit diesen CEM-Programmen berechneten
Streuzentrenverteilungen der Verkehrsszenarien werden auf einem Festspeicher abgelegt, um sie nach dem Empfang eines Sende-Radarsignals mit diesem, bzw.
seiner künstlichen Nachbildung, zu falten und
anschließend in quasi Echtzeit wieder abzustrahlen. Die Streuzentrenverteilung eines Zielobjekts bzw. Fahrzeugs wird für ein dichtes Winkelraster berechnet. Der
Abstand zwischen zwei Rasterpunkten ist durch die maximale Entfernung zwischen den Zielobjekten und dem Fahrzeugradar bzw. Radarsensor sowie durch den von der Antennenelementgröße vorgegebenen Minimalabstand zwischen zwei Antennenelementen bestimmt. Die
berechneten Streuzentrenverteilungen werden vor ihrer Nutzung vorzugsweise anhand von Messdaten zumindest für die wesentlichen Zielobjekte verifiziert und validiert. Im Unterschied zu bekannten Test- und Evaluationsein- richtungen werden die Antwortsignale nicht nur zu einem Zeitpunkt aus einer Richtung sondern entsprechend der Verkehrssituation und der Reflexionseigenschaften der simulierten Objekte richtungs- und zeitabhängig
abgestrahlt .
In den berechneten und abzustrahlenden Szenarien werden vorzugsweise nicht nur an Fahrzeugen
reflektierte Signale und entstehende Interferenzen sondern auch die elektromagnetische Umgebung des Radars berücksichtigt. Hierzu zählen nicht nur Reflexionen am Straßenrand und auf der Straße sondern auch die von anderen Radaren abgestrahlten Signale im gleichen
Frequenzbereich. In den berechneten Szenarien werden auch bildgebende Radarverfahren mit berücksichtigt, die zukünftig in Automobilradaren, insbesondere im Zusam menhang mit autonom gelenkten Fahrzeugen an Bedeutung gewinnen werden. Bildgebende Radare ermöglichen es, die Umgebung zweidimensional und dreidimensional zu erfassen und unter Nutzung von Klassifikationsverfahren die Umgebung zu klassifizieren. In den mit dem
vorgeschlagenen Verfahren simulierten Szenarien, die zum Test des Automobilradars dienen, wird das sich über der Zeit ändernde Rückstrahlverhalten der Umgebung nachgebildet, um die Radarbildgebung und Radarziel klassifikation zu überprüfen. Entsprechend der vom Automobilradar abgestrahlten Signale ist es möglich, sowohl Schmalbandsignale als auch Breitbandsignale, die z.B. 4GHz und mehr breit sein können, abzustrahlen.
Weiterhin werden mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorzugsweise auch Verfahren basierend auf Mikrodoppler, die zur Unterscheidung der Verkehrsteilnehmer wie z.B. Fußgänger, Tiere, Fahrräder oder Autos geeignet sind, in den bereitgestellten Verkehrsszenarien berücksich tigt. In der Test- und Evaluationseinrichtung des vorliegenden Beispiels werden Fahrzeugrückstrah
leigenschaften ab einer Entfernung von 7m simuliert sowie Umgebungseigenschaften ab einer Entfernung von 2m.
Die mit den CEM-Programmen berechneten Streu zentrenverteilungen auf den abzubildenden Fahrzeugen können durch reale Messungen verifiziert und validiert werden. Hierzu können beispielsweise SAR-Messungen (Synthetic Aperture Radar) durchgeführt werden, bei denen das zu simulierende Fahrzeug 16 auf einer
Rotationsplattform 15 angeordnet ist, wie dies in Figur 4 dargestellt wird. Um die Streuzentren-Verteilung eines Fahrzeugs zu vermessen, ist das Radar mit Sender 11 und Empfänger 12 auf einer geradlinig verlaufenden Führungsschiene 13 angeordnet. Über einen nicht dargestellten Stellmotor wird das SAR-Gerät mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit vom linken Ende zum rechten Ende der Führungsschiene 13 bewegt. Das
Radargerät arbeitet in einem Frequenzbereich, der zwischen 76GHz und 81GHz liegt. Das SAR-Gerät sendet während der Bewegung mit konstanter Pulsfolgefrequenz breitbandige Signale aus und zeichnet die vom Fahrzeug 16, das unter einem bestimmten Aspektwinkel
positioniert wurde, reflektierten und vom SAR-Gerät empfangenen Signale auf einem Prozessrechner 14 auf.
Das prozessierte SAR-Bild ermöglicht es, die Positionen der einzelnen Streuzentren 17 auf dem Fahrzeug 16 in Polarkoordinaten, d.h. in Entfernung und Einfallswinkel zu bestimmen. Beispielhaft ist in Figur 5 die
Streuzentrenverteilung eines Fahrzeuges 16 unter verschiedenen Aspektwinkeln dargestellt. Die Dynamik der Messung wurde im vorliegenden Beispiel auf 12dB eingeschränkt . Die vorgeschlagene Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ermöglicht die Erzeugung ein oder mehrerer Punktziele, die künstlich in ein Radar
eingebracht werden können. Vorausgesetzt wird, dass das Radar ein periodisches monoton frequenzmoduliertes Signal aussendet, welches im Folgenden auch als
Ursprungssignal bezeichnet wird. Es wird angenommen, dass durch a-priori-Wissen oder eine vorgeschaltete technische Einheit das Ursprungssignal mit seinen
Parametern wie Startfrequenz , Bandbreite, Phasenlage, Dauer, Amplitudenverlauf, Frequenzverlauf bzw. davon abgeleitete Parameter bekannt ist. Das vom Radarsensor ausgesendete Sende-Radarsignal (Ursprungssignal) wird von der vorgeschlagenen Einrichtung empfangen, um Information über den StartZeitpunkt und die Phase des Ursprungssignals zu erhalten. Dies kann zur Triggerung und Referenzierung der Signalverarbeitung der
vorgeschlagenen Einrichtung verwendet werden.
Die generischen Ziele entsprechend der bereit gestellten Streuzentrenverteilung werden durch
geeignete variierte bzw. modifizierte Nachbildungen des Ursprungssignals erzeugt. Je generisches Ziel existiert ein signalgenerierender Baustein bzw. eine digitale Repräsentation des Signals, wobei diese in Zeit
und/oder Frequenz verschoben sein kann. Die Zeitver zögerung bildet die virtuelle Entfernung des generi schen Ziels. Die Frequenzverschiebung erzeugt die
Dopplerverschiebung des Radarsignals, welche dem generischen Ziel eine radiale Bewegungskomponente hinzufügt. Im vorliegenden Beispiel wird ein signal generierender Baustein eingesetzt, der das Signal mittels DDS (Direkte Digitale Synthese) erzeugt, im Folgenden auch als DDS-Baustein bezeichnet. Es können jedoch auch andere signalgenerierende Bausteine
eingesetzt werden. Jeder DDS-Baustein der vorge
schlagenen Einrichtung ist für die Erzeugung eines generischen Punktstreuers im späteren Range-Profil des Radars verantwortlich. Der Ort eines jeden generischen Ziels wird durch die verzögerte Erzeugung des
Ursprungs- bzw. Antwortsignals durch den zugehörigen DDS-Baustein generiert. Durch geeignete Frequenz variation des von der DDS erzeugten Signals entsteht im Radar eine Frequenzdifferenz zum Ursprungssignal. Eine derartige Frequenzdifferenz wird üblicherweise von Radaren als durch Bewegung erzeugter Doppler-Effekt interpretiert. Um eine Bewegung zu imitieren, können die Parameter zeitliche Verzögerung, Frequenzversatz, Signalamplitude sowie Signalphase geeignet nachgeführt werden . Die Komplexität der einzelnen DDS-Anordnung kann reduziert werden, indem die generierte Bandbreite der DDS einem Wert entspricht, der durch eine analoge
Frequenzmultiplikation auf die Bandbreite der Chirp- Sequenz des Radars bzw. Ursprungssignals gebracht werden kann. Eine weitere Möglichkeit einer
Bandbreitenerhöhung der DDS-Ausgangssignale mit der reduzierten Bandbreite besteht in der digitalen
Skalierung und/oder Interpolation des Spektrums der Signale. Letzteres ist jedoch limitiert durch die
Eigenschaften des Digital-Analog-Wandlers, welche ebenfalls die Anwendung analoger Frequenzmultiplizierer erfordern können.
Eine ausgedehnte Anordnung von generischen Zielen, insbesondere eine Anordnung von aus Sicht des
Radarsensors in einer Richtung hintereinander liegenden Zielen, kann durch Superposition mehrerer derart generierter Signale erzeugt werden. Je Antennenelement kann dies durch digitale Addition der einzelnen DDS- Ausgangssignale oder auch durch analoge Überlagerung der Signale mittels kombinierender Bauteile oder durch Überlagerung im elektromagnetischen Feld erfolgen. In den Figuren 6 und 7 sind zwei Alternativen der Signal verarbeitung für jeweils ein Antennenelement darge- stellt.
Figur 6 zeigt hierzu eine Ausgestaltung, bei der die Superposition mehrerer Punktstreuer durch digitale Addition der einzelnen DDS-Signale erfolgt. In dieser Figur ist eine Kontrolleinheit 18 zur Steuerung der einzelnen DDS-Bausteine 19 zu erkennen, der die
Zielparameter aus der vorgegebenen Streuzentren- Verteilung sowie die Parameter des Ursprungssignals zugeführt werden. Für jedes Streuzentrum des mit dem Antennenelement 8 abzudeckenden Winkelbereichs wird ein getrennter DDS-Baustein 19 eingesetzt. Anschließend erfolgt eine digitale Addition sowie Weiterverarbeitung der durch die einzelnen DDS-Bausteine 19 erzeugten
Signale, in der vorliegenden Patentanmeldung auch als modifizierte Nachbildungen des Sende-Radarsignals bezeichnet, bis zur Digital-Analog-Wandlung mit einem D/A-Wandler. Auf der analogen Seite erfolgt dann über einen Frequenzmultiplikator 21 die Umsetzung des generierten Signals in die Frequenzbandbreite des Ursprungssignals sowie eine ggf. noch erforderliche Anpassung der Frequenz über einen Frequenzmischer 20. Anschließend erfolgt die Aussendung dieses Signals als Antwortsignal über das Antennenelement 8. Die
Reihenfolge des Frequenzmischers 20 und des Frequenz multiplikators 21 kann in dieser und der nachfolgenden Ausgestaltung auch vertauscht werden. Figur 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der die Superposition der einzeln nachgebildeten Signale (modifizierte Nachbildungen) auf der analogen Seite erfolgt. Auch in diesem Beispiel werden wiederum eine DDS-Kontrolleinheit 18 sowie je zu simulierendem
Punktziel ein DDS-Baustein 19 eingesetzt. Die vom DDS- Baustein 19 erzeugten Signale werden jedoch getrennt jeweils in eigenen D/A-Wandlern in analoge Signale umgewandelt. Die Überlagerung der einzelnen Signale erfolgt dann erst auf der analogen Seite durch
geeignete Zusammenführung. Das auf diese Weise
erhaltene überlagerte Signal wird wie bei der
Ausgestaltung der Figur 6 anschließend mit einem
Frequenzmischer 20 und einem Frequenzmultiplexer 21 auf den Frequenzbereich und die Frequenzbandbreite des Ursprungssignals gebracht und als Antwortsignal über das Antennenelement 8 abgestrahlt. Bei beiden Ausgestaltungen erzeugen somit M DDS-
Bausteine 19 ein ausgedehntes Ziel bestehend aus M Punkten, welches gemeinsam aus der Richtung der
Position des Antennenelementes 8 auf den Radarsensor einfällt. Räumlich ausgedehnte Szenen werden durch Vervielfachung dieser Anordnung erzeugt. Die
Ausgestaltung der Figur 6 hat hierbei den Vorteil, dass je Antennenelement 8 nur ein D/A-Wandler eingesetzt werden muss. Die Ausgestaltung der Figur 7 hat einen demgegenüber erhöhten Hardware-Aufwand, da M D/A- Wandler eingesetzt werden müssen. Allerdings hat die
Variante der Figur 7 gegenüber der Variante der Figur 6 den Vorteil einer erhöhten Dynamik des Signals durch Verzicht auf digitale Signalüberlagerung. Die vorgeschlagene Einrichtung ist in der Lage, ein zeitlich begrenzt phasenstarres Signal in Bezug auf das Sende-Radarsignal zu erzeugen. Dies geschieht durch Referenzierung der signalgenerierenden Bausteine auf das aktuell vom Radar ausgesendete Signal. Dies wird dazu verwendet, um generische Ziele für kohärent arbeitende Radare zu erzeugen. Die einzelnen signal generierenden Bausteine erzeugen im Falle einer
synchronen Taktung untereinander zeitlich unbegrenzt phasenstarre Signale. Durch diese Eigenschaft werden unerwünschte Fluktuation des generischen Ziels
vermieden .
Moderne Radare, z.B. gepulste Doppler-Radare, arbeiten auf Basis der kohärenten Signalverarbeitung und haben dabei einen festen Phasenbezug zwischen gesendetem und empfangenem Radarsignal. Möchte man einem solchen Radar plausible synthetische Ziele einspielen, so müssen die generischen Zielreflexionen ebenso kohärent zum Radarsignal sein. Hierbei ist es bekannt, so genannte DRFM (Digital Radio Frequency Memory) einzusetzen, die in der Lage sind, ankommende Radarsignale zu digitalisieren, zu speichern,
gegebenenfalls zu manipulieren und nach D/A-Wandlung zurückzusenden. Dabei sorgt ein gemeinsamer lokaler Oszillator am Signaleingang und Signalausgang zusammen mit davon abgeleiteten Clocks an den Digitalkomponenten innerhalb des DRFM für die Kohärenz der eigenen Signale zu denen des Radars. Im DRFM befindet sich somit eine exakte digitale Kopie des Radarsignals, welche als Zielreflexion in seinen Parametern (RCS, Range,
Geschwindigkeit und Winkel) der Anforderung ent sprechend variiert werden kann. Der Hauptnachteil dieses bekannten Verfahrens besteht jedoch darin, dass die A/D- und D/A-Bandbreite mindestens derjenigen des Radarsignals entsprechen muss. Das Radar selbst hingegen kann im Falle linear frequenzmodulierter Wellenformen deutlich breitere Radarsignale verarbeiten als es digitalisieren muss. Radare können demnach mit Signalbandbreiten mehrerer GHz operieren. Ein DFRM kann diese Signale jedoch nicht vollständig verarbeiten. Demgegenüber kann die vorgeschlagene Einrichtung derartige Signale künstlich nachbilden, sofern diese vorab ausreichend bekannt sind. Die empfangenen Sende- Radarsignale müssen hierzu nicht digitalisiert werden und die Signalgenerierung kann in einem niedrigeren Frequenzbereich mit geringerer Frequenzbandbreite erfolgen, so dass die eingesetzten D/A-Wandler nicht die Bandbreite des Sende-Radarsignals aufweisen müssen. Zur Übertragung und zum Aussenden der berechneten
Zielantworten werden basierend auf den berechneten Streuzentrenverteilungen die Anzahl der nachzubildenden Streuzentren und deren Einfallswinkel in Abhängigkeit von dem zu simulierenden Abstand zwischen Radarsensor und Streuzentrum sowie der zugrundeliegenden Szene bzw. Verkehrssituation ermittelt. Nach Zuordnung der
Positionen der Antennenelemente zu den berechneten Einfallswinkeln wird jedem Streuzentrum bzw. dem zugehörigen Antennenelement ein Transponder zugeordnet. Basierend auf dem ermittelten Abstand des Streuzentrums und der Reflexionsstärke des Streuzentrums wird dann der Sendezeitpunkt, die sich aus der Szene bzw. dem Verkehrsszenario ergebende Dopplergeschwindigkeit sowie die benötigte Signalverstärkung bestimmt und auf den Transponder übertragen. Das vom Transponder empfangene Sende-Radarsignal wird nun entsprechend der Doppler geschwindigkeit in der Frequenz und entsprechend der Streuzentrenposition im Zeitbereich verschoben.
Anschließend wird das Signal wie vorher berechnet verstärkt und zum Radarsensor zurückgestrahlt. Bezugszeichenliste
1 Test- und Evaluationseinrichtung 2 Antennenanordnung
3 RechnerSystem
4 Fahrzeug
5 Stellmotoren
6 Virtuelle Fahrzeuge
7 Gruppenantenne
8 Antennenelement
9 Empfangselernent
10 Schienenelement
11 Sender
12 Empfänger
13 Führungsschiene
14 Prozessrechner
15 Rotationsplattform
1 6 Fahrzeug
17 Streuzentren
1 8 DDS-Steuereinheit
1 9 DDS-Baustein
20 Frequenzmischer
21 Frequenzmultiplikator

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Funktionsprüfung eines Radarsensors, insbesondere eines Automobilradars, bei dem
- eine oder mehrere Gruppen (7) von Antennen elementen (8) vor dem Radarsensor angeordnet werden,
- eine Verteilung von Radar-Streuzentren (17) an Objekten (6) und Hintergrund einer Szene berechnet oder bereitgestellt wird,
- über die Antennenelemente (8) bei Empfang eines Sende-Radarsignals des Radarsensors Antwortsignale in Richtung des Radarsensors ausgesendet werden, die die Rückstreuung des an den Radar-Streuzentren (17) der Szene reflektierten Sende-Radarsignals simulieren, und
- die korrekte Erkennung der Szene durch den
Radarsensor überprüft wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Gruppen (7) von Antennenelementen (8) eingesetzt werden, die über Aktuatoren (5)
gegeneinander in einer Winkelposition bezüglich des Radarsensors veränderbar sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine oder mehrere der Gruppen (7) von
Antennenelementen (8) jeweils ein bewegliches Objekt (6) in der Szene simulieren, wobei eine Änderung einer Winkelposition des Objekts (6) bezüglich des Radarsensors durch eine Änderung der Winkelposition der jeweiligen Gruppe (7) von
Antennenelementen (8) simuliert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die berechnete Verteilung von Radar- Streuzentren (17) wenigstens für einzelne Objekte (6) der Szene vor Durchführung der Funktions prüfung durch Radarmessungen an realen Objekten (16) verifiziert oder angepasst wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die von den Antennenelementen (8) auszu sendenden Antwortsignale durch signalgenerierende Einrichtungen (19) aus der Verteilung von Radar- Streuzentren (17) berechnet werden, wobei jedem der Radar-Streuzentren (17) eine signalgenerieren de Einrichtung (19) zugeordnet wird, die eine entsprechend der Eigenschaften des Radar- Streuzentrums (17) modifizierte Nachbildung des Sende-Radarsignals mit gegenüber dem Sende- Radarsignal reduzierter Frequenzbandbreite
erzeugt, die durch analoge Frequenzmultiplikation auf die Frequenzbandbreite des Sende-Radarsignals gebracht werden kann, und die modifizierte
Nachbildung des Sende-Radarsignals oder eine
Überlagerung mehrerer der modifizierten
Nachbildungen des Sende-Radarsignals vor der
Abstrahlung durch das jeweilige Antennenelement (8) durch Frequenzmultiplikation auf die Frequenz bandbreite des Sende-Radarsignals gebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass auch eine Bewegung der Radar-Streuzentren (17) an den Objekten (6) bei der Simulation des an den Radar-Streuzentren (17) der Szene reflek tierten Radarsignals berücksichtigt wird.
7. Einrichtung zur Erzeugung und Aussendung eines oder mehrerer linear frequenzmodulierter
Radarsignale, die einem ein Sende-Radarsignal aussendenden Radarsensor als Antwortsignale zur Simulation einer vorgegebenen Szene übermittelt werden können, mit:
- einem oder mehreren Antennenelementen (8) und
- einer Sende- und Empfangseinrichtung, mit der das vom Radarsensor ausgestrahlte Sende- Radarsignal empfangen und bei Empfang des Sende- Radarsignals über die Antennenelemente (8)
Antwortsignale in Richtung des Radarsensors ausgesendet werden können, die eine Rückstreuung des an der vorgegebenen Szene reflektierten Sende- Radarsignals simulieren, die als Verteilung von Radar-Streuzentren (17) abgespeichert ist, wobei die Sende- und Empfangseinrichtung
- mehrere signalgenerierende Einrichtungen (19), die jeweils einem der Radar-Streuzentren (17) zuordenbar sind und eine entsprechend der
Eigenschaften des Radar-Streuzentrums (17) modifizierte Nachbildung des Sende-Radarsignals mit gegenüber dem Sende-Radarsignal reduzierter Frequenzbandbreite erzeugen, die durch analoge Frequenzmultiplikation auf die Frequenzbandbreite des Sende-Radarsignals gebracht werden kann, und - für jedes Antennenelement (8) einen Frequenz- multiplikator (21) aufweist, über den die
modifizierte Nachbildung des Sende-Radarsignals oder eine Überlagerung mehrerer der modifizierten Nachbildungen des Sende-Radarsignals vor der
Abstrahlung durch das Antennenelement (8) auf die Frequenzbandbreite des Sende-Radarsignals gebracht wird .
8. Einrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sende- und Empfangseinrichtung für jedes
Antennenelement (8) eine Überlagerungseinrichtung zur Überlagerung der über das Antennenelement (8) zur Simulation der vorgegebenen Szene abzustrah lenden modifizierten Nachbildungen des Sende- Radarsignals aufweist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8 als Test- und Evaluationseinrichtung zur Funktionsprüfung eines Radarsensors, insbesondere eines Automobilradars, die eine oder mehrere Gruppen (7) der Antennen elemente (8), die vor dem Radarsensor angeordnet werden können, und eine Einrichtung zur
Überprüfung einer korrekten Erkennung der
vorgegebenen Szene durch den Radarsensor aufweist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung mehrere Gruppen (7) von Antennenelementen und mehrere Aktuatoren (5) aufweist, über die die Gruppen (7) von
Antennenelementen (8) gegeneinander in einer Winkelposition bezüglich des Radarsensors
veränderbar sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mehreren Gruppen (7) von Antennen- elementen (8) versetzt hintereinander angeordnet sind .
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sende- und Empfangseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie durch eine oder mehrere der Gruppen (7) von Antennenelementen (8) jeweils ein bewegliches Objekt (6) simuliert und eine Änderung einer Winkelposition des Objekts (6) bezüglich des Radarsensors durch eine Ansteuerung der Aktuatoren (5) zur Änderung einer Winkel position der jeweiligen Gruppe (7) von Antennen elementen (8) simuliert.
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