WO2020069831A1 - 360°-mimo-radarsystem mit multiplen radarsensoren und phasenkalibrierung via überlappende virtuelle tx- und rx-antennen benachbarter radarsensoren - Google Patents

360°-mimo-radarsystem mit multiplen radarsensoren und phasenkalibrierung via überlappende virtuelle tx- und rx-antennen benachbarter radarsensoren

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WO2020069831A1
WO2020069831A1 PCT/EP2019/074263 EP2019074263W WO2020069831A1 WO 2020069831 A1 WO2020069831 A1 WO 2020069831A1 EP 2019074263 W EP2019074263 W EP 2019074263W WO 2020069831 A1 WO2020069831 A1 WO 2020069831A1
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receivers
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Stefan Trummer
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Astyx Gmbh
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    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop

Definitions

  • the invention relates to a radar system according to claim 1 consisting of several parts, each individually comprising all components of a radar device, which comprise at least transmitter, receiver, a mixer and a phase-locked loop, with an individual phase code being generated for each transmitter and transmitter and receiver all subcomponents of the Radar systems jointly provide a virtual overall arrangement according to the multiple input multiple output method, at least one virtual partial arrangement of the overall arrangement, provided by a combination of transmitters of a partial component and receivers of a partial component, at least one overlapping column or one overlapping row with another virtual partial arrangement of the overall arrangement , the other virtual sub-arrangement being provided by a different combination of transmitters of a sub-component and receivers of a sub-component.
  • a virtual overall arrangement according to the MIMO principle can be generated from the positions of the transmitters and receivers.
  • signal processing is carried out, which includes a Doppler FFT for target speed analysis and part of the calculations of the beamforming. So that an unrestricted shared use of the subcomponents as an overall radar system is possible, however, an exact synchronization of all subcomponents is required. This is done according to the invention by means of overlapping columns or rows. In the virtual overall arrangement, there are columns or rows of different transmitter-receiver combinations of different sub-components at the same positions.
  • the phases and amplitudes are preferably calibrated to one another according to the Doppler FFT, so that an overall system is created which has properties that are comparable to a coherent radar system.
  • the data from the individual partial calculations of the beam shaping and the phase and amplitude calibration data are then transferred to a common evaluation unit.
  • an overall system that is synchronized in terms of time, phase and amplitude can be generated, which enables a very high beam concentration and a high angular resolution. This enables precise 360 ° monitoring of the surroundings of a vehicle.
  • the radar system according to the invention comprises the use according to the invention and the method according to the invention.
  • the radar system is used in a moving base, which is preferably an automobile, and preferably operates in a frequency range between 76 GHz and 81 GHz.
  • the method according to the invention comprises a 360 ° vehicle environment detection, the vehicle having a plurality of radar systems and the postprocessed reception data thereof being transmitted to a central unit on the vehicle, these reception data preferably including the following object information: distance, azimuth and elevation angles, speeds, microdoppler, polarimetric properties, Object classes.
  • the carrier signals of all emitted waves can have right-hand circular polarization or the carrier signals of all emitted waves can have left-hand circular polarization, so that the detection probability of objects is increased due to the circular wave. It is therefore advantageous that, according to claim 10, half of all sub-components have receivers that are designed for left-hand circular polarization, and the other half of the sub-components have receivers that are designed for right-hand circular polarization so that polarimetric information from objects can be analyzed.
  • Fig. 4 shows schematically an embodiment of the radar system according to the application consisting of 4 sub-components.
  • Fig. 5 shows schematically an exemplary embodiment of the transmitting and receiving arrangement of the radar system according to the application when using circular polarimetry.
  • FIG. 6 schematically shows the virtual overall arrangement for the transmission and reception arrangement according to FIG. 5.
  • the received signals are down-mixed into the baseband.
  • the same VCO is used for upward and downward mixing within a subcomponent.
  • the analog receive signals in the baseband are converted into digital signals using an ADC. Then the correlation takes place.
  • the transmit signals can now be extracted from any transmitter in the overall system for each receiver.
  • a virtual overall arrangement according to the MIMO principle can be generated from the positions of the transmitters and receivers.
  • signal processing is carried out, which includes a Doppler FFT for target speed analysis and part of the calculations of the beamforming.
  • the radar system according to the application has elements that connect the sub-components or that are used jointly by all sub-components.
  • Each sub-component has a VCO, which is located within a PLL.
  • a common crystal is used as the reference phase for all PLLs of the subcomponents. This creates a kind of pseudo-coherence between the sub-components. This means that the sub-components can be used without restriction as an overall radar system accurate synchronization of all sub-components is required. This is done according to the invention by means of overlapping columns or rows. In the virtual overall arrangement, there are columns or rows of different transmitter-receiver combinations of different sub-components at the same positions.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the transmission and reception arrangement according to the application of the entire radar system consisting of two sub-components, each of which has 12 transmission antennas and 8 reception antennas.
  • FIG. 3 schematically shows the virtual overall arrangement, the antenna element positions of which result from the transmission and reception arrangement according to FIG. 2.
  • 4 antenna sub-assemblies are created which have to be synchronized with each other.
  • the partial arrangements are generated by all existing transmitter-receiver combinations:
  • Second sub-arrangement transmitter from sub-component 2 and receiver from sub-component 1
  • the sub-arrangements are synchronized on the basis of phase and amplitude calibration values of the overlapping columns. There is an overlapping column between the sub-arrangements. Virtual columns of two neighboring sub-assemblies are in the exact same position.
  • the overall arrangement is then synchronized, for example, as follows: the second partial arrangement is calibrated to the phase and amplitude values of the first partial arrangement. Then the third to the second sub-arrangement is calibrated and then the fourth to the third sub-arrangement is calibrated.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the radar system according to the application consisting of four sub-components. This results in a total of 16 antenna sub-assemblies that are generated from the existing transmitter-receiver combinations. Between two sub-arrangements there is an overlapping column for the calibration of the phase and amplitude values. There are a total of 15 overlapping columns.
  • FIG. 5 shows an example of the use of circular polarimetry.
  • the same antenna element positions were used as in FIG. 2, but with the difference that the antennas were designed for the following polarizations:
  • Transmitters from subcomponent 1 were designed for left circular polarization. This means that the high-frequency carrier signal has left circular polarization.
  • Receivers from subcomponent 1 were designed for right circular polarization. Right-hand circular portions of the returning signals are received.
  • FIG. 6 schematically shows the virtual overall antenna arrangement which results from the transmission and reception arrangement according to FIG. 5.
  • the transmitters are each designed for left-hand circular polarization and the receivers for right-hand circular polarization.
  • the transmitters are each designed for left-hand circular polarization and the receivers for left-hand circular polarization.
  • sub-arrangement 2 and sub-arrangement 3 have different polarizations in their transmitter-receiver combinations, polarimetry must be taken into account in the synchronization.
  • phase and amplitude values Due to the dependence of the phase and amplitude values on the polarization, a calibration of the phase and amplitude values must be carried out for each return signal or target object so that a synchronized overall arrangement is created. This overall arrangement can be used, for example, to analyze precise angular positions in azimuth.
  • partial arrangements 1 and 2 can be processed together for cross-polar properties and, separately therefrom, partial arrangements 3 and 4 together for copolar properties.
  • polarimetric properties which can be used for object classifications, for example.
  • Radar systems which have subcomponents, the receivers of which are either left-handed or right-handed
  • Polarization are designed.
  • the number of sub-components that use right-hand circular polarization is equal to the number of sub-components that use left-hand circular polarization.
  • the two sub-component types are each arranged mirror-symmetrically to one another.
  • the radar systems are positioned around the vehicle.

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Abstract

Beschrieben wird ein Radarsystem bestehend aus mehreren Teilkomponenten, die jeweils einzeln alle Komponenten eines Radargerätes, die zumindest Sender, Empfänger, einen Mischer und eine Phasenregelschleife umfassen, aufweisen, wobei für jeden Sender ein individueller Phasencode generiert wird; und Sender und Empfänger aller Teilkomponenten des Radarsystems gemeinsam eine virtuelle Gesamtanordnung gemäß dem Multiple Input Multiple Output Verfahren bereitstellen, wobei zumindest eine virtuelle Teilanordnung der Gesamtanordnung, bereitgestellt durch eine Kombination aus Sendern einer Teilkomponente und Empfängern einer Teilkomponente, zumindest eine überlappende Spalte oder eine überlappende Zeile mit einer anderen virtuellen Teilanordnung der Gesamtanordnung aufweist, wobei die zumindest andere virtuelle Teilanordnung durch eine andere Kombination aus Sendern einer Teilkomponente und Empfängern einer Teilkomponente bereitgestellt wird.

Description

360°-MIMO-RADARSYSTEM MIT MULTIPLEN RADARSENSOREN UND PHASENKALIBRIERUNG VIA ÜBERLAPPENDE VIRTUELLE TX- UND
RX-ANTENNEN BENACHBARTER RADARSENSOREN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarsystem bestehend aus mehreren Teilkomponenten zur Synchronisation der Sensoren mittels überlappender Spalten nach den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine geeignete Verwendung nach Anspruch 15 und ein Verfahren nach Anspruch 16.
Zukünftig wird bei dem angestrebten autonomen Fahren eine 360° Überwachung des Umfeldes eines Fahrzeuges benötigt. Dabei nehmen Radarsensoren aufgrund der kostengünstigen Herstellung, der Verwendbarkeit bei Tag und Nacht und der Wetterrobustheit eine entscheidende Rolle ein. Als Ziel soll mit einem Radarsystem eine Strahlbündelung erreicht werden, die vergleichbar ist mit einem FiDAR-Sensor, der Faserstrahlen aussendet. Hierfür ist es erforderlich mehrere Radargeräte in einem sogenannten„verteilten Radarsystem“ zusammenzuschalten. Eine zeitgleiche Verwendung von mehreren Sensoren ermöglicht ein Modulationsverfahren mit einer codierten Modulation. Aufgrund der Verwendbarkeit längerer Codes mit entsprechender Trennbarkeit ist es vorteilhaft PMCW als Modulationsverfahren zu verwenden. Damit die gewünschte schmale Strahlformung inklusive der Strahlschwenkung erfolgen kann, ist es notwendig, dass die einzelnen Sensoren des verteilten Radarsystems miteinander synchronisiert werden. Ein naheliegender Ansatz wäre einzelne Antennenelemente durch einen zentralen Sensor anzusteuem. Dabei müssten allerdings hochfrequente Signale über längere Strecken übertragen werden. Dies weist aufgrund von Toleranzen und Feitungsverlusten erhebliche Nachteile auf und ist somit insbesondere für die hohen Synchronisationsanforderungen von Geräten mit PMCW- Modulation ungeeignet. Nachfolgend werden die einzelnen Sensoren des verteilten Radarsystems als Teilkomponenten des Radarsystems bezeichnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile zu vermeiden. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hinreichend genaue Synchronisation der einzelnen Teilkomponenten eines Radarsystems zu erreichen und somit bezüglich Größe und Kosten ein reduziertes Gesamtsystem bereitzustellen, ohne dass Fehler und Verluste hinsichtlich der Auswertung des Radarsystems verursacht werden.
Gelöst werden diese Aufgaben vorrichtungstechnisch mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie verwendungs- und verfahrenstechnisch mit den Merkmalen der Ansprüche 15 und 16.
Die Erfindung betrifft ein Radarsystem nach Anspruch 1 bestehend aus mehreren T eilkomponenten, die jeweils einzeln alle Komponenten eines Radargerätes, die zumindest Sender, Empfänger, einen Mischer und eine Phasenregelschleife umfassen, aufweisen, wobei für jeden Sender ein individueller Phasencode generiert wird und Sender und Empfänger aller Teilkomponenten des Radarsystems gemeinsam eine virtuelle Gesamtanordnung gemäß dem Multiple Input Multiple Output Verfahren bereitstellen, wobei zumindest eine virtuelle Teilanordnung der Gesamtanordnung, bereitgestellt durch eine Kombination aus Sendern einer Teilkomponente und Empfängern einer Teilkomponente, zumindest eine überlappende Spalte oder eine überlappende Zeile mit einer anderen virtuellen Teilanordnung der Gesamtanordnung aufweist, wobei die andere virtuelle Teilanordnung durch eine andere Kombination aus Sendern einer Teilkomponente und Empfängern einer Teilkomponente bereitgestellt wird.
Aus den Positionen der Sender und Empfänger kann eine virtuelle Gesamtanordnung gemäß dem MIMO-Prinzip generiert werden. Für jede Teilkomponente wird jeweils eine Signalprozessierung, die eine Doppler-FFT zur Zielgeschwindigkeitsanalyse sowie einen Teil der Berechnungen der Strahlformungen beinhaltet, durchgeführt. Damit eine uneingeschränkte gemeinsame Verwendung der Teilkomponenten als Gesamtradarsystem möglich ist wird jedoch eine genaue Synchronisation aller Teilkomponenten benötigt. Dies geschieht erfindungsgemäß mittels überlappender Spalten oder Zeilen. Dabei befinden sich in der virtuellen Gesamtanordnung jeweils Spalten oder Zeilen von unterschiedlichen Sender-Empfänger-Kombinationen unterschiedlicher Teilkomponenten an den gleichen Positionen.
Mittels der überlappenden Spalten oder Zeilen werden vorzugsweise nach der Doppler-FFT die Phasen und Amplituden zueinander kalibriert, so dass ein Gesamtsystem entsteht, das Eigenschaften, die vergleichbar mit einem kohärenten Radarsystem sind, aufweist. Anschließend werden die Daten aus den einzelnen Teilberechnungen der Strahlformungen sowie die Phasen- und Amplitudenkalibrierdaten auf eine gemeinsame Auswerteeinheit übertragen. Nun kann entsprechend der virtuellen Gesamtanordnung ein zeitlich, phasen- und amplitudenmäßig synchronisiertes Gesamtsystem generiert werden, das eine sehr hohe Strahlbündelung und eine hohe Winkelauflösung ermöglicht. Dies ermöglicht eine präzise 360° Überwachung des Umfeldes eines Fahrzeuges. Innovativ ist, dass die überlappenden Spalten oder Zeilen Verbindungs elemente einer virtuellen Gesamtanordnung sind, die beliebig fortlaufend sein kann und das aufgrund der Reduzierung der Anforderungen bezüglich der hardwaremäßig notwendigen Sender und Empfänger eine Platzersparnis erlaubt. Weiterhin werden durch die Reduzierung des Systems sowie durch die kompaktere Bauweise die Kosten des Radarsystems erheblich gesenkt.
Das erfindungsgemäße Radarsystem umfasst die erfindungsgemäße Verwendung und das erfindungsgemäße Verfahren. Erfindungsgemäß findet das Radarsystem in einer bewegten Basis, die vorzugsweise ein Automobil ist, und vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 76 GHz und 81 GHz arbeitet Verwendung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst eine 360° Fahrzeugumfelderfassung, wobei das Fahrzeug mehrere Radarsysteme aufweist und deren nachprozessierte Empfangsdaten an eine zentrale Einheit am Fahrzeug übertragen werden, wobei diese Empfangsdaten vorzugsweise folgende Objektinformationen beinhalten: Abstand, Azimuth- und Elevationswinkel, Geschwindigkeiten, Mikrodoppler, Polarimetrische Eigenschaften, Objektklassen.
Weitergehende vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhafterweise kommt für das Radarsystem nach Anspruch 2 ein Quarzoszillator zum Einsatz, der als gemeinsame Referenzphase für die Phasenregelschleifen aller Teilkomponenten verwendet wird. Bei der Quarzfrequenz handelt es sich um eine Frequenz, die um ein Vielfaches kleiner ist als das ausgesendete hochfrequente Trägersignal. Somit ist eine verlustarme und insensitive Signalverteilung zu den Teilkomponenten möglich und eine Pseudokohärenz zwischen den Teilkomponenten kann hergestellt werden. Gemäß Anspruch 3 werden alle Sender des erfindungsgemäßen Radarsystems mit einem Phasencode gemäß dem Phase Modulated Continuous Wave Modulationsverfahren betrieben.
Gemäß Anspruch 4 werden die überlappenden Spalten oder überlappenden Zeilen zumindest für eine phasenmäßige Kalibration der Empfangssignale verwendet, damit die Teilanordnungen des virtuellen Gesamtsystems zueinander kalibriert werden können.
Vorzugsweise kann innerhalb der Teilkomponenten des erfindungsgemäßen Radarsystems nach Anspruch 5 ein Teil der Nachprozessierung der Empfangssignale, der zumindest eine Korrelation und eine Fourier-Transformation zur Geschwindigkeitsanalyse umfasst, stattfinden, so dass eine verbesserte Signalaufbereitung in der Teilkomponente vor der Synchronisation mittels der überlappenden Spalten oder Zeilen erreicht werden kann. Dies minimiert die zu übertragenden Daten auf die zentrale Auswerteeinheit und ermöglicht somit eine hohe Updaterate.
Gemäß Anspruch 6 ist es notwendig die einzelnen Teilkomponenten zeitlich zu synchronisieren, damit das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Grundsätzlich kann die zeitliche Synchronisation über ein Trigger-Signal oder über ausgesendete codierte Signale gemäß Anspruch 7 stattfinden, um eine möglichst genaue Synchronisation der überlappenden Spalten oder Zeilen zu erhalten. Das Trigger-Signal verbindet alle Teilkomponenten, sodass vom Startzeitpunkt des Gesamtsystems ab eine mit den Toleranzen der Übertragung des Trigger-Signals behaftete grobe zeitliche Synchronisation der Teilkomponenten erfolgen kann. Alternativ kann die zeitliche Synchronisation auch über ausgesendete vorzugsweise codierte Signale erfolgen.
Gemäß Anspruch 8 ist es vorteilhaft, dass die überlappenden Spalten oder überlappenden Zeilen für eine phasen- und amplitudenmäßige Kalibration der Empfangssignale verwendet werden, damit die Teilanordnungen der virtuellen Gesamtanordnung möglichst exakt zueinander kalibriert werden können.
Grundsätzlich können nach Anspruch 9 die Trägersignale aller ausgesendeten Wellen rechtszirkulare oder die Trägersignale aller ausgesendeten Wellen linkszirkulare Polarisation aufweisen, damit die Detektionswahrscheinlichkeit von Objekten aufgrund der zirkularen Welle erhöht wird. Folglich ist es vorteilhaft, dass gemäß Anspruch 10 die Hälfte aller Teilkomponenten Empfänger aufweist, die auf eine linkszirkulare Polarisation ausgelegt sind, und die andere Hälfte der Teilkomponenten Empfänger aufweist, die auf eine rechtszirkulare Polarisation ausgelegt sind, damit polarimetrische Informationen von Objekten analysiert werden können.
Nach Anspruch 11 kann ein Vergleich getrennter Signalprozessierungen von den Teilkomponenten, die auf linkszirkulare Polarisation ausgelegte Empfänger aufweisen, und den Teilkomponenten, die auf rechtszirkulare Polarisation ausgelegte Empfänger aufweisen, für die Analyse polarimetrischer Eigenschaften von detektierten Objekten vorzugsweise für Objektklassifikation und Straßenzustandserkennung verwendet werden. Darüber hinaus kann gemäß Anspruch 12 eine gemeinsame Signalprozessierung von den Teilkomponenten, die auf linkszirkulare Polarisation ausgelegte Empfänger aufweisen, und den Teilkomponenten, die auf rechtszirkulare Polarisation ausgelegte Empfänger aufweisen, für die Analyse genauer Winkelpositionen von detektierten Objekten verwendet werden, indem Empfangssignale mittels überlappender Spalten oder Zeilen unter Berücksichtigung polarimetrischer Eigenschaften phasen- und amplitudenmäßig kalibriert werden.
Zusätzlich ist es gemäß Anspruch 13 vorteilhaft, dass alle Sender und Empfänger aller Teilkomponenten des Radarsystems gemeinsam eine virtuelle Gesamtanordnung gemäß dem Multiple Input Multiple Output Verfahren bereitstellen. Weiterhin kann gemäß Anspruch 14 für jede Gruppe bestehend aus mehreren Sendern ein individueller Phasencode generiert werden. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. Dabei zeigen:
Fig. 1 zeigt schematisch das anmeldungsgemäße PMCW-MIMO Radarsystem bestehend beispielhaft aus zwei Teilkomponenten.
Fig. 2 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der Sende- und Empfangs anordnung des anmeldungsgemäßen Radarsystems bestehend aus zwei Teilkomponenten. Fig. 3 zeigt schematisch die virtuelle Gesamtanordnung für die Sende- und Empfangs anordnung gemäß Fig. 2.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Radarsystems bestehend aus 4 Teilkomponenten.
Fig. 5 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der Sende- und Empfangs anordnung des anmeldungsgemäßen Radarsystems bei Verwendung zirkularer Polarimetrie.
Fig. 6 zeigt schematisch die virtuelle Gesamtanordnung für die Sende- und Empfangs anordnung gemäß Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine beispielhafte Anordnung des anmeldungsgemäßen Radarsystems mit unterschiedlicher Anzahl von Teilkomponenten bei einem Fahrzeug für eine 360° Umfelderfassung.
Fig. 1 zeigt schematisch das anmeldungsgemäße PMCW-MIMO Radarsystem beispielhaft für ein Radarsystem bestehend aus zwei Teilkomponenten. Die Teilkomponenten des Radarsystems verfügen über mehrere Sender (Teilkomponente 1 : TXisi bis TXNSI, Teilkomponente 2: TXis2 bis TXNS2), die möglichst zeitgleich betrieben werden. Für jeden Sender wird ein individueller Phasencode generiert und mittels eines DACs werden die digitalen Signale analog umgesetzt. Es folgt eine Aufwärtsmischung in den Frequenzbereich zwischen ca. 76 und 81 GHz. Jeder Sender strahlt seinen individuellen Code ab und die zurückkommenden Signale gelangen zu allen Empfängern (Teilkomponente 1 : RXisi bis RXNSI, Teilkomponente 2: RXIS2 bis RXNS2) des Radarsystems. Die Empfangssignale werden in das Basisband abwärtsgemischt. Dabei wird bei der Aufwärts- und Abwärtsmischung innerhalb einer Teilkomponente der gleiche VCO verwendet. Die im Basisband befindlichen analogen Empfangssignale werden mittels eines ADC in digitale Signale umgesetzt. Danach erfolgt die Korrelation. Nun können bei jedem Empfänger die Sendesignale von jedem Sender des Gesamtsystems extrahiert werden. Aus den Positionen der Sender und Empfänger kann eine virtuelle Gesamtanordnung gemäß dem MIMO-Prinzip generiert werden. Für jede Teilkomponente wird jeweils eine Signalprozessierung, die eine Doppler-FFT zur Zielgeschwindigkeitsanalyse sowie einen Teil der Berechnungen der Strahlformungen beinhaltet, durchgeführt. Des Weiteren verfügt das anmeldungsgemäße Radarsystem über Elemente, die die Teilkomponenten verbinden beziehungsweise die von allen Teilkomponenten gemeinsam verwendet werden. Jede Teilkomponente verfügt über einen VCO, der sich innerhalb einer PLL befindet. Als Referenzphase wird dabei für alle PLLs der Teilkomponenten ein gemeinsamer Quarz verwendet. Somit wird eine Art Pseudokohärenz zwischen den Teilkomponenten hergestellt. Damit eine uneingeschränkte gemeinsame Verwendung der Teilkomponenten als Gesamtradarsystem möglich ist, wird jedoch eine genaue Synchronisation aller Teilkomponenten benötigt. Dies geschieht erfindungs gemäß mittels überlappender Spalten oder Zeilen. Dabei befinden sich in der virtuellen Gesamtanordnung jeweils Spalten oder Zeilen von unterschiedlichen Sender-Empfänger- Kombinationen unterschiedlicher Teilkomponenten an den gleichen Positionen.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Sende- und Empfangsanordnung des gesamten Radarsystems bestehend aus zwei Teilkomponenten, die jeweils über 12 Sendeantennen und 8 Empfangsantennen verfügen.
Fig. 3 zeigt schematisch die virtuelle Gesamtanordnung, deren Antennenelementpositionen sich durch die Sende- und Empfangs anordnung gemäß Fig. 2 ergeben. Bei der Verwendung von zwei Teilkomponenten entstehen dabei 4 Antennen-Teilanordnungen die miteinander synchronisiert werden müssen. Die Teilanordnungen werden durch alle vorhandenen Sender- Empfängerkombination erzeugt:
Erste Teilanordnung: Sender von der Teilkomponente 1 und Empfänger von der Teilkomponente 1
Zweite Teilanordnung: Sender von der Teilkomponente 2 und Empfänger von der Teilkomponente 1
Dritte Teilanordnung: Sender von der Teilkomponente 1 und Empfänger von der Teilkomponente 2
Vierte Teilanordnung: Sender von der Teilkomponente 2 und Empfänger von der Teilkomponente 2
Die Synchronisation der Teilanordnungen erfolgt anhand von Phasen- und Amplitudenkalibrierwerten der überlappenden Spalten. So gibt es zwischen den Teilanordnungen jeweils eine überlappende Spalte. Dabei befinden sich virtuelle Spalten von zwei benachbarten Teilanordnungen an der exakt gleichen Position. Die Synchronisation der Gesamtanordnung erfolgt dann beispielsweise folgendermaßen: Die zweite Teilanordnung wird auf die Phasen- und Amplitudenwerte der ersten Teilanordnung kalibriert. Dann erfolgt eine Kalibrierung der dritten auf die zweite Teilanordnung und anschließend eine Kalibrierung der vierten auf die dritte Teilanordnung.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Radarsystems bestehend aus vier Teilkomponenten. Daraus ergeben sich insgesamt 16 Antennen-Teilanordnungen, die aus den vorhandenen Sender- Empfängerkombinationen erzeugt werden. Zwischen zwei Teilanordnungen befindet sich jeweils eine überlappende Spalte zur Kalibration der Phasen- und Amplitudenwerte. Es gibt insgesamt 15 überlappende Spalten.
Fig. 5 zeigt beispielhaft die Verwendung zirkularer Polarimetrie. Dabei wurden die gleichen Antennenelementpositionen verwendet wie in Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, dass die Antennen für folgende Polarisationen ausgelegt wurden:
Sender von der Teilkomponente 1 wurden auf linkszirkulare Polarisation ausgelegt. Das bedeutet, dass das hochfrequente Trägersignal eine linkszirkulare Polarisation aufweist.
Empfänger von der Teilkomponente 1 wurden auf rechtszirkulare Polarisation ausgelegt. Es werden rechtszirkulare Anteile der zurückkommenden Signale empfangen.
- Sender von der Teilkomponente 2 wurden auf linkszirkulare Polarisation ausgelegt. Das bedeutet, dass das hochfrequente Trägersignal eine linkszirkulare Polarisation aufweist.
Empfänger von der Teilkomponente 2 wurden auf linkszirkulare Polarisation aus gelegt. Es werden linkszirkulare Anteile der zurückkommenden Signale empfangen.
Hierbei kann auf alle Antennenelemente angewendet auch rechts- und linkszirkulare Polarisation vertauscht werden.
Fig. 6 zeigt schematisch die virtuelle Gesamtantennenanordnung, die sich aus der Sende- und Empfangsanordnung gemäß Fig. 5 ergibt. Dabei entstehen vier Teilanordnungen. Bei Teilanordnung 1 und 2 sind die Sender jeweils auf linkszirkulare Polarisation ausgelegt und die Empfänger auf rechtszirkulare Polarisation. Bei Teilanordnung 3 und 4 sind die Sender jeweils auf linkszirkulare Polarisation ausgelegt und die Empfänger auf linkszirkulare Polarisation. Zwischen allen Teilanordnungen befindet sich eine überlappende Spalte zur Synchronisation der Phasen und Amplitudenwerte. Da Teilanordnung 2 und Teilanordnung 3 aber unterschiedliche Polarisationen in ihren Sender- Empfängerkombinationen aufweisen, muss bei der Synchronisation Polarimetrie berücksichtigt werden. Aufgrund der Abhängigkeit der Phasen- und Amplitudenwerte von der Polarisation, muss hierbei für jedes zurückkommende Signal respektive Zielobjekt eine Kalibrierung der Phasen- und Amplitudenwerte vorgenommen werden, damit eine synchronisierte Gesamtanordnung entsteht. Diese Gesamtanordnung kann beispielsweise zur Analyse genauer Winkelpositionen in Azimut verwendet werden.
Zur Auswertung der polarimetrischen Eigenschaften können zusätzlich zur Auswertung der Gesamtanordnung Teilanordnung 1 und 2 zusammen für kreuzpolare Eigenschaften prozessiert werden und getrennt davon Teilanordnung 3 und 4 zusammen für kopolare Eigenschaften. Ein Vergleich zwischen diesen beiden Auswertungen erlaubt die Analyse polarimetrischer Eigenschaften, die z.B. für Objektklassifikationen verwendet werden können.
Fig. 7 zeigt beispielhaft die Anordnung von anmeldungsgemäßen Radarsystemen mit Polarimetrie bei einem Fahrzeug für eine 360° Umfelderfassung. Dabei werden Radarsysteme verwendet, die T eilkomponenten aufweisen, deren Empfänger entweder auf linkszirkulare oder auf rechtszirkulare
Polarisation ausgelegt sind. Die Anzahl der Teilkomponenten die rechtszirkulare Polarisation verwenden, ist dabei gleich der Anzahl der Teilkomponenten, die linkszirkulare Polarisation verwenden. Dabei sind die beiden Teilkomponententypen jeweils spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Die Radarsysteme sind dabei um das Fahrzeug herum positioniert.

Claims

Patentansprüche
1. Radarsystem bestehend aus mehreren Teilkomponenten, die jeweils einzeln alle Komponenten eines Radargerätes, die zumindest Sender, Empfänger, einen Mischer und eine Phasenregelschleife umfassen, aufweisen, wobei
für jeden Sender ein individueller Phasencode generiert wird; und
Sender und Empfänger aller Teilkomponenten des Radarsystems gemeinsam eine virtuelle Gesamtanordnung gemäß dem Multiple Input Multiple Output Verfahren bereitstellen, wobei zumindest eine virtuelle Teilanordnung der Gesamtanordnung, bereitgestellt durch eine Kombination aus Sendern einer Teilkomponente und Empfängern einer Teilkomponente, zumindest eine überlappende Spalte oder eine überlappende Zeile mit einer anderen virtuellen Teilanordnung der Gesamtanordnung aufweist, wobei die zumindest andere virtuelle Teilanordnung durch eine andere Kombination aus Sendern einer Teilkomponente und Empfängern einer Teilkomponente bereitgestellt wird.
2. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Quarzoszillator als Referenzphase für die Phasenregelschleifen von allen Teilkomponenten verwendet wird.
3. Radarsystem nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sender des Radarsystems mit einem Phasencode gemäß dem Phase Modulated Continuous Wave Modulationsverfahren betrieben werden.
4. Radarsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die überlappenden Spalten oder überlappenden Zeilen zumindest für eine phasenmäßige Kalibration der Empfangssignale verwendet werden.
5. Radarsystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Teilkomponenten ein Teil der Nachprozessierung der Empfangssignale, der zumindest eine Korrelation und eine Fourier-Transformation zur Geschwindigkeitsanalyse umfasst, stattfindet.
6. Radarsystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Teilkomponenten zeitlich synchronisiert sind.
7. Radarsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Synchronisation über ein Trigger-Signal, das die einzelnen Teilkomponenten verbindet, und/oder über ausgesendete vorzugsweise codierte Signale stattfindet.
8. Radarsystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die überlappenden Spalten oder überlappenden Zeilen für eine phasen- und amplitudenmäßige Kalibration der Empfangssignale verwendet werden.
9. Radarsystem nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägersignale aller ausgesendeten Wellen rechtszirkulare Polarisation aufweisen oder, dass die Trägersignale aller ausgesendeten Wellen linkszirkulare Polarisation aufweisen.
10. Radarsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hälfte aller Teilkomponenten Empfänger aufweist, die auf eine linkszirkulare Polarisation aus gelegt sind, und die andere Hälfte der Teilkomponenten Empfänger aufweist, die auf eine rechtszirkulare Polarisation ausgelegt sind.
11. Radarsystem nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich getrennter Signalprozessierungen von den Teilkomponenten, die auf linkszirkulare Polarisation ausgelegte Empfänger aufweisen, und den Teilkomponenten, die auf rechtszirkulare Polarisation ausgelegte Empfänger aufweisen, für die Analyse polarimetrischer Eigenschaften von detektierten Objekten vorzugsweise für Objektklassifikation und Straßenzustandserkennung verwendet wird.
12. Radarsystem nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Signalprozessierung von den Teilkomponenten, die auf linkszirkulare Polarisation aus gelegte Empfänger aufweisen, und den Teilkomponenten, die auf rechtszirkulare Polarisation ausgelegte Empfänger aufweisen, für die Analyse genauer Winkelpositionen von detektierten Objekten verwendet wird, indem Empfangssignale mittels überlappender Spalten oder Zeilen unter Berücksichtigung polarimetrischer Eigenschaften phasen- und amplitudenmäßig kalibriert werden.
13. Radarsystem nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sender und Empfänger aller Teilkomponenten des Radarsystems gemeinsam eine virtuelle Gesamtanordnung gemäß dem Multiple lnput Multiple Output Verfahren bereitstellen.
14. Radarsystem nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Gruppe aus Sendern ein individueller Phasencode generiert werden kann.
15. Verwendung des Radarsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 14, für den Einbau in einer bewegten Basis, die vorzugsweise ein Automobil ist, und vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 76 GHz und 81 GHz arbeitet.
16. Verfahren für eine 360° Fahrzeugumfelderfassung, vorzugsweise unter Verwendung des Radarsystems nach den Ansprüchen 1 und 14, wobei das Fahrzeug mehrere Radarsysteme aufweist und deren nachprozessierte Empfangsdaten an eine zentrale Einheit am Fahrzeug übertragen werden, wobei diese Empfangsdaten vorzugsweise folgende Objektinformationen beinhalten:
- Abstand
- Azimuth- und Elevationswinkel
Geschwindigkeiten
Mikrodoppler
Polarimetrische Eigenschaften
Objektklassen
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