WO2021204536A1 - Verfahren zur bestimmung einer winkelinformation - Google Patents

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WO2021204536A1
WO2021204536A1 PCT/EP2021/057462 EP2021057462W WO2021204536A1 WO 2021204536 A1 WO2021204536 A1 WO 2021204536A1 EP 2021057462 W EP2021057462 W EP 2021057462W WO 2021204536 A1 WO2021204536 A1 WO 2021204536A1
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radar
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target object
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PCT/EP2021/057462
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Tobias Breddermann
Ernst Warsitz
Christian WESTHUES
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HELLA GmbH & Co. KGaA
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    • G01S2013/93271—Sensor installation details in the front of the vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining angle information.
  • the invention also relates to a radar system for determining angular information.
  • radar systems are used in vehicles in order to provide driver assistance systems such as automatic distance control or an automatic lane change assistant.
  • a radar signal transmitted by the radar system can be reflected, received and evaluated by target objects in the vicinity of the vehicle in order to carry out an object detection.
  • the object detection includes, for example, the determination of the distance and relative speed of the target objects.
  • continuous wave radar devices for example, in which the transmitted radar signals are frequency-modulated, can be used as the radar system.
  • more than one modulation scheme can also be used, and thus different radar signals of different modulation modes can also be transmitted. In this way, the measurement quality of the radar system can be improved.
  • US 20180321368 A1 discloses a multi-mode radar in which radar signals of different modulation modes are transmitted.
  • the object is achieved in particular by a method for determining angular information about a direction of a target object in a radar system, in particular for a vehicle.
  • the vehicle is, for example, a passenger vehicle or a truck which has at least one driver assistance system.
  • the angle information can serve to provide at least one function for the driver assistance system.
  • the radar system can be functionally integrated into the driver assistance system.
  • the driver assistance system is designed, for example, as an automatic lane departure warning system or a distance controller.
  • the following steps can be carried out, preferably one after the other in the specified order or in any order, it being possible for individual and / or all of the steps to be carried out repeatedly.
  • Provision of at least one second piece of information that is, possibly also a third and / or fourth piece of information, etc.
  • at least a second modulation mode i.e. possibly also a third and / or fourth modulation mode, etc.
  • the second detection information results in particular from received radar signals that have been modulated according to the second modulation mode, and preferably the further detection information results from received radar signals, that have been modulated according to the other modulation modes,
  • Conventional methods determine the angle information only on the basis of the detection information of a single modulation mode.
  • the invention therefore has the advantage over conventional solutions that the measurements for different modulation modes can be combined.
  • the combination of the detection information in particular in the form of an addition, leads to an SNR improvement and thus to an improved angle estimation.
  • further (third, fourth, etc.) detection information for corresponding (third, fourth, etc.) modulation modes can be provided in the method according to the invention.
  • the determination of the angle information can then be carried out particularly reliably, e.g. B. by digital beamforming for angle estimation.
  • the angle information is advantageously information about an angle, in particular the angle of emergence and / or angle of incidence, of the radar signals at the antennas of the radar system. Using this angle, the direction of the target object relative to the radar system can be determined accordingly.
  • several antennas, ie transmitting and / or receiving antennas, of a radar sensor of the radar system can be used. It is conceivable, for example, to use 2 to 20, preferably 4 to 16, preferably 8 to 12 different antennas.
  • the spatial distance between the antennas causes a difference in transit time of the radar signals that are sent or received by the antennas. For each antenna and for each target object on which radar signals are reflected, a separate partial signal can be determined from the detection information.
  • the received radar signals are digitized, at least one Fourier transformation is carried out on them in order to obtain the detection information in the form of a spectrum, and a peak value detection (peak detection) is carried out therein. This is described in more detail below.
  • a radar sensor of the radar system can have a plurality of antennas.
  • the direction of the target object can be detected in this way.
  • the angle of failure and / or angle of incidence of the transmitted or received radar signals can be evaluated.
  • Sufficient angle measurement capability is a crucial prerequisite, particularly when used with current driver assistance systems.
  • the angle measurement ability is significantly influenced by the parameters antenna aperture and SNR (signal-to-noise ratio, i.e. signal-to-noise ratio).
  • the aperture denotes the greatest distance between two antennas of the radar sensor and is proportional to the angle measurement capability. The same behavior applies to the target object's SNR.
  • the radar system can first transmit a radar signal in accordance with one of the modulation modes via at least one transmitting antenna.
  • the radar signal includes e.g. B. several sequentially output frequency ramps (hereinafter also referred to as chirps).
  • the chirps can each be frequency-modulated and thus have a varying frequency.
  • more than one radar signal can also be transmitted via the at least one transmitting antenna in accordance with different modulation modes.
  • modulation modes are assumed below, with further modulation modes possibly also being provided.
  • Various chirp signals are used in such a multi-mode operation.
  • the radar signals of different modulation modes thus differ with regard to the modulation of the chirps.
  • a bandwidth and / or a time period T1 or T2 and / or a chirp distance and / or a center frequency of the individual chirps of the radar signals in different modulation modes can be different. This has an influence on the measurement quality of the radar system, for example for the measurement range and / or the resolution for the distance and / or the relative speed of the target object. It can e.g. B. two to 5 different modulation modes can be used.
  • the radar signals reflected on at least one target object and delayed by a respective signal propagation time can be detected as received signals by at least one receiving antenna of the radar system.
  • f s is the frequency of the transmitted radar signal
  • f e is the frequency of the received signal.
  • the frequency f b depends on the signal propagation time t and thus on the distance R from the target object. If several antennas (i.e. transmitting and / or receiving antennas) are used, several radar signals reflected on the same target object can be received as received signals at the same time or one after the other. These also have a slightly different signal propagation time t from one another.
  • the detection information can be determined on the basis of the received signal, and in particular on the basis of the baseband signal.
  • the detection information results from the digitized baseband signal or from at least one frequency analysis of the baseband signal.
  • the detection information can be digital information, that is to say data values. If N chirps are output for a radar signal, then the duration of a respective chirp is T1 / N. After the period T1, the acquisition information can be processed within the period T2-T1. The entire measuring cycle thus has a duration T2.
  • the individual values of a received signal can be recorded so that the detection information is formed from the recorded values and, if necessary, preprocessing (such as a downward conversion and / or an analog-digital conversion and / or at least one Fourier transformation).
  • the recorded values can be understood as a matrix in which the values are stored in a two-dimensional manner one after the other in an MxN matrix with M samples per chirp and N chirps until the end of the time periods.
  • a first of the dimensions can be specific for a distance to the target object, the other (second) of the dimensions for the Doppler frequency and thus for the relative speed of the target object.
  • At least one spectrum can then be determined by at least one Fourier transformation of the matrix, from which the relative speed and / or the distance of the at least one target object in the vicinity of the vehicle can be determined.
  • a spectrum can be determined from a (e.g. column-wise) first Fourier transformation of the matrix in the direction of the first dimension (column-wise), which is again composed as a two-dimensional matrix and from which the distance can be determined.
  • the relative speed can then also be determined from a (line-by-line) second Fourier transformation in the direction of the second dimension of the spectrum. If several transmitting and / or receiving antennas are used, a third dimension can also be used for the Received signals from the various transmitting and / or receiving antennas are used.
  • the result of the second Fourier transformation can thus be a three-dimensional matrix, which can also correspond to the detection information. However, this is only data that result from the received signals of a single modulation mode.
  • Another Fourier transformation in the direction of this third dimension can be used to determine an angle and thus the direction of the target object. This determination of the angle is conventionally carried out only on the basis of the detection information for a single modulation mode.
  • One possibility for determining the angle information from the combined detection information is then to carry out a third Fourier transformation in the direction of the third dimension.
  • the result of this third Fourier transformation can correspond to the angle information.
  • the angle information is, for example, a so-called beamforming (BF) spectrum.
  • the third Fourier transformation is carried out, for example, at a point, that is to say in a bin, of the combined detection information at which the target object is detected. Flierzu takes place z.
  • the first and the at least one second information item each have at least two partial signals.
  • Each individual item of detection information can thus have the at least two partial signals in each case. These can be specific for at least two radar signals which are emitted according to the same modulation mode and reflected at the same target object and whose transit times differ depending on the direction of the target object.
  • the partial signals are one Detection information is always specific for radar signals of the same modulation mode, and partial signals of different detection information are specific for radar signals of different modulation modes.
  • the transit times of the partial signals of a piece of detection information can differ depending on the direction if different antennas are used. This enables the angle information to be calculated by comparing the partial signals with one another.
  • the at least two radar signals are transmitted or received by different antennas of a radar sensor of the radar system, so that the different transit times are dependent on the direction of the target object, and so that a first partial signal of the at least two partial signals for a first antenna of the different antennas and a second partial signal of the at least two partial signals is specific for a second antenna of the different antennas.
  • the invention can provide that a radar sensor of the radar system has at least two spaced apart transmitting antennas and at least one receiving antenna, so that the radar signals of the same modulation mode are transmitted by the at least two transmitting antennas, and / or that the radar sensor has at least two receiving antennas arranged at a distance and at least one transmitting antenna, so that the radar signals of the same modulation mode are received by the at least two receiving antennas.
  • a radar sensor of the radar system has at least two spaced apart transmitting antennas and at least one receiving antenna, so that the radar signals of the same modulation mode are transmitted by the at least two transmitting antennas, and / or that the radar sensor has at least two receiving antennas arranged at a distance and at least one transmitting antenna, so that the radar signals of the same modulation mode are received by the at least two receiving antennas.
  • the at least one receiving antenna of the radar sensor receives the second radar signal for the second modulation mode, which is reflected on the target object and is delayed by the transit time.
  • At least two transmitting antennas and / or at least two receiving antennas can be provided in order to produce the direction-dependent delay time difference.
  • the first detection information is specific for the at least one received first radar signal and the second detection information is specific for the at least one received second radar signal.
  • the partial signals of the first detection information can also be the first radar signal and thus the first Modulation mode and the partial signals of the second detection information are assigned to the second radar signal and thus to the second modulation mode.
  • Detecting the target object in the detection information in particular to select those partial signals from the detection information of the different modulation modes which have information about the same target object.
  • This can be used to make different modulation modes compatible with one another.
  • the detection information of the different modulation modes is based on measurements, which are carried out one after the other if necessary. Therefore, the same target objects can have different positions in the detection information.
  • reflectors can be found which are characteristic of a specific target object. This is possible, for example, by means of a peak value detection. In this way, the peaks in the frequency spectrum of the individual modulation modes that belong to the same reflection center can be determined.
  • the same target objects can also be recognized in different detection information in that they have the same relative speed and / or the same distance and / or the same direction to the radar sensor.
  • the angle information about the direction can also be provisionally determined in a conventional manner on the basis of the (non-combined) detection information.
  • This provisionally determined angle information is then used to identify the target object in the detection information.
  • the assumption can be used that the direction of the target object has not changed between the measurements of the detection information.
  • the information about the same target object includes at least one of the following information, which is provided in particular by at least one frequency analysis by the detection information: a speed of the target object, a distance to the target object.
  • the detection information corresponds to z. B. the possibly multidimensional spectrum resulting from the frequency analysis, in particular Fourier transformation.
  • the selected partial signals have different phase information (and in particular phase information that is not directly comparable with one another) about the transit times of the radar signals, and / or that the following step is carried out before combining:
  • the radar signals of different modulation modes can be decoupled in time, so that the initial chirps of the radar signals are not synchronized either. This can lead to a different phase position of the radar signals (even if the direction of the target object does not change), so that the phase information of the different detection information can no longer be compared.
  • the normalization can be carried out for each of the detection information items. In this case, if necessary, only the partial signals of a single item of detection information are taken into account during the normalization, that is to say the partial signals of different items of detection information (and thus different modulation modes) are not compared with one another.
  • Each piece of detection information can thus have a plurality of partial signals that can be assigned to different antennas (receiving and / or transmitting antennas) of the radar sensors, i. H. result from the radar signals received or transmitted there.
  • Partial signals of detection information differ depending on the direction of the target object.
  • the partial signals can be divided as complex signals for the individual detection information items, if necessary always by the complex signal from the first antenna.
  • the first partial signal s ° 0 of the first antenna is first divided by the (same) first partial signal s ° 0 of the first antenna in order to obtain the normalized first partial signal s ° 0 of the first antenna
  • second partial signal s 0 ! of the second antenna is divided by the first partial signal s ° 0 of the first antenna to obtain the normalized second partial signal s 0 ! of the second antenna, etc.
  • This can be repeated first for a single item of detection information of a modulation mode and then for the individual detection information items of the other modulation modes will.
  • the antenna phases (p m l are normalized to the antenna phase ⁇ Po.
  • the normalization the phase differences Df 0 i pi are the same and therefore comparable for the different modulation modes 1.
  • a combination of the partial signals can therefore lead to an improved signal-to-noise ratio.
  • the combining is carried out in that the selected and, in particular, normalized partial signals from the same antennas and different detection information and thus different modulation modes are combined, in particular added.
  • all signals s l m can be correspondingly be summarized.
  • the angle information can then be determined in the manner of an angle estimation (for example by means of digital beamforming) on the basis of the signals obtained in this way (ie the combined partial signals s m ).
  • the determination of the angle information on the basis of the combined detection information is carried out in that, after the combination, the direction of the target object as further information by processing the combined partial signals of different antennas with one another, in particular by means of a further frequency Analysis, is determined.
  • the addition of the signals leads to an SNR improvement and thus to an improved angle estimation compared to the angle estimation based only on detection information for a single modulation mode.
  • the radar system sends out at least three different radar signals according to a multi-mode operation in order to determine the first, second and third detection information on the basis of the received radar signals for three different modulation modes Radar signals of the radar system are modulated differently.
  • the invention also relates to a radar system for a vehicle.
  • the radar system can also be used to determine angular information about a direction of the respective target object.
  • the radar system can have an (electronic) processing device for carrying out a method according to the invention.
  • the radar system according to the invention thus has the same advantages as have been described in detail with reference to a method according to the invention.
  • the processing device is designed, for example, as a microcontroller or digital signal processor or the like.
  • the radar system is designed as a continuous wave radar.
  • the radar system can be designed as a frequency-modulated continuous wave radar (FMCW radar).
  • FMCW radar frequency-modulated continuous wave radar
  • 1 shows a schematic representation of a vehicle with a radar system according to the invention in a side view
  • 2 shows a schematic plan view of a vehicle with a radar system according to the invention
  • FIG. 1 A vehicle 1 with a radar system according to the invention is schematically shown in FIG.
  • the vehicle 1 can use the radar system 2 according to the invention, for example for use with a driver assistance system.
  • the radar system 2 can also be used to determine angular information 200 about a direction of a target object 5.
  • the radar system 2 can be an electronic processing device
  • the processing device 3 is electrically connected to a radar sensor 4, which has a plurality of antennas 20, 21.
  • the radar sensor 4 of the radar system 2 has, for example, at least two receiving antennas 20 arranged at a distance and only one Transmission antenna 21 on.
  • at least two spaced apart transmitting antennas 21 and only one receiving antenna 20 are provided for the radar sensor 4.
  • a MIMO (multiple-input multiple-output) transmission and reception scheme for the radar system 2 is used.
  • the use of more than two antennas 20, 21 can make it possible to determine the angle 240 (angle of emergence and / or angle of incidence) of the radar signals by comparing the different transit times on the basis of the phases of the radar signals 230. This thus enables the determination of the angle information 200 as information about this angle 240 and thus about the direction of the target object 5.
  • FIG. 6 The possibility of determining the angle information 200 is illustrated in FIG. 6 with further details. It can be seen from this that, in relation to the first receiving antenna 20 ′, due to the distances d between the receiving antennas 20 and the angle of incidence of the radar signals 230 and thus the direction of the target object 5, the transit times and thus the phases of the radar signals 230 vary. For the sake of clarity, a first radar signal 231 and a second radar signal 232 are shown by way of example.
  • a method according to the invention for determining the angle information 200 about the direction of the target object 5 in the radar system 2 for the vehicle 1 is visualized schematically.
  • a first method step 101 a first piece of detection information 201 of a first modulation mode 251 of the radar system 2 can be provided.
  • a second method step 102 at least one second information item 202 of at least one second modulation mode 252 of the radar system 2 can be provided Signal processing can be determined.
  • the first detection information 201 results from the transmission and reception of such radar signals which have been modulated according to a first modulation mode 251.
  • the second detection information 202 results from sending and Receiving such radar signals 230 which have been modulated according to a second modulation mode 252.
  • Third detection information 203 of a third modulation mode 253 can also be provided if necessary.
  • the acquisition information 201, 202, 203 of the different modulation modes 251, 252, 253 are combined.
  • the angle information 200 can be determined on the basis of the combined acquisition information 201, 202, 203.
  • the radar signals 230 of different modulation modes differ in particular in the way in which the radar signals 230 are modulated.
  • FIG. 8 shows that, for example, the bandwidths B0, B1, B2 can differ.
  • the radar signals 230 can also be modulated differently with regard to the frequency f.
  • the different radar signals 251, 252, 253 can be output one after the other and also have a different duration with regard to the time t. In FIG. 2 it is shown that in this way different detection areas can be covered by the different modulation modes 251, 252.
  • the first and the at least one second item of detection information 201, 202 can each have at least two partial signals 210, the at least two partial signals 210 being specific for at least two radar signals 230 that are transmitted in accordance with the same modulation mode 251, 252 and to the same target object 5 are reflected and their transit times differ depending on the direction of the target object 5.
  • a first partial signal 211 and at least one second partial signal 212 can be provided for each item of detection information 201, 202. Since these result from the same detection information 201, 202, they are also specific for the same (single) modulation mode 251, 252.
  • the partial signals 251, 252 can be specific for different antennas 20, 21 of the radar system 2.
  • the radar sensor with three receiving antennas 20 is shown as an example in FIG. It can be seen that a distance d is provided between the receiving antennas 20 which influences the angle of incidence of the radar signals 230.
  • a received signal can be evaluated electrically at each of the receiving antennas 20.
  • the radar system 2 can transmit different modulation schemes per cycle in multi-mode operation in order to take into account the different requirements for the measuring capability in the near and far range.
  • the transmission can take place via the same or different transmitting antennas 21.
  • For short-range applications for example, non-bundled, Omnidirectional antennas can be used, and for long-range applications, for example, strongly focusing antennas can be used.
  • the different combinations of modulation mode 251, 252 & transmitting antenna 21 can have overlapping areas in which redundant information about a target object 5 is present (see FIG. 2).
  • the basic signal processing i.e. data acquisition and frequency analysis and raw target determination
  • information can only be merged at higher levels of abstraction (e.g. raw target level or object level).
  • a raw target describes a reflection (local peak in the frequency range) with the associated attributes distance, speed, angle, SNR, different qualities, etc.).
  • the multi-mode operation can be used to improve the angle calculation.
  • L modulation modes can be merged at the raw signal level, provided that the target object 5 is located within the FoV (field of view) of all modulation modes (see FIG. 2).
  • all modulation modes can be sent within a measuring cycle of duration T in time multiplex according to FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Winkelinformation (200) über eine Richtung eines Zielobjekts (5) bei einem Radarsystem (2) für ein Fahrzeug (1), wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden: - Bereitstellen von einer ersten Erfassungsinformation (201) eines ersten Modulationsmodus (251) des Radarsystems (2), - Bereitstellen von wenigstens einer zweiten Erfassungsinformation (202) wenigstens eines zweiten Modulationsmodus (252) des Radarsystems (2), - Kombinieren der Erfassungsinformationen (201, 202) der unterschiedlichen Modulationsmodi (251, 252), um die Bestimmung der Winkelinformation (200) anhand der kombinierten Erfassungsinformationen (201, 202) durchzuführen.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer Winkelinformation
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Winkelinformation. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Radarsystem zur Bestimmung einer Winkelinformation.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Radarsysteme bei Fahrzeugen eingesetzt werden, um Fahrerassistenzsysteme wie eine automatische Abstandsregelung oder einen automatischen Spurwechselassistenten bereitzustellen. Dabei kann ein durch das Radarsystem ausgesendetes Radarsignal von Zielobjekten in der Umgebung des Fahrzeuges reflektiert, empfangen und ausgewertet werden, um eine Objektdetektion durchzuführen. Die Objektdetektion umfasst bspw. die Bestimmung der Entfernung und Relativgeschwindigkeit der Zielobjekte. Als Radarsystem können hierzu bspw. Dauerstrichradargeräte verwendet werden, bei welchen die ausgesendeten Radarsignale frequenzmoduliert ausgeführt sind. Es können ferner bei einem Multi-Mode Radar auch mehr als ein Modulationsschema genutzt werden, und somit auch unterschiedliche Radarsignale unterschiedlicher Modulationsmodi ausgesendet werden. Auf diese Weise kann die Messgüte des Radarsystems verbessert werden.
Die Schrift US 20180321368 A1 offenbart ein Multi-Mode Radar, bei welchem Radarsignale verschiedener Modulationsmodi ausgesendet werden.
Allerdings ist es häufig ein Nachteil, dass die Objektdetektion in bestimmten Situationen noch zu unzuverlässig oder fehlerhaft sein kann. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lösung zum Betrieb eines Multi-Mode-Radars bereitzustellen. Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Radarsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Radarsystem, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Winkelinformation über eine Richtung eines Zielobjekts bei einem Radarsystem, insbesondere für ein Fahrzeug. Das Fahrzeug ist bspw. ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug, welches wenigstens ein Fahrerassistenzsystem aufweist. Dabei kann die Winkelinformation dazu dienen, wenigstens eine Funktion für das Fahrerassistenzsystem bereitzustellen. In anderen Worten kann das Radarsystem funktional in das Fahrerassistenzsystem eingebunden sein. Das Fahrerassistenzsystem ist bspw. als ein automatischer Spurhalteassistent oder ein Abstandsregler ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden, vorzugsweise nacheinander in der angegebenen Reihenfolge oder in einer beliebigen Reihenfolge, wobei einzelne und/oder sämtliche Schritte auch wiederholt durchgeführt werden können.
Bereitstellen von einer ersten Erfassungsinformation eines ersten Modulationsmodus des Radarsystems, wobei die erste Erfassungsinformation insbesondere aus empfangenen Radarsignalen resultiert, die gemäß dem ersten Modulationsmodus moduliert wurden,
Bereitstellen von wenigstens einer zweiten Erfassungsinformation (also ggf. auch einer dritten und/oder vierten Erfassungsinformation, usw.) wenigstens eines zweiten Modulationsmodus (also ggf. auch eines dritten und/oder vierten Modulationsmodus, usw.) des Radarsystems, wobei die zweite Erfassungsinformation insbesondere aus empfangenen Radarsignalen resultiert, die gemäß dem zweiten Modulationsmodus moduliert wurden, und vorzugsweise die weiteren Erfassungsinformationen aus empfangenen Radarsignalen resultieren, die gemäß den weiteren Modulationsmodi moduliert wurden,
Kombinieren der Erfassungsinformationen der unterschiedlichen Modulationsmodi, um die Bestimmung der Winkelinformation anhand der kombinierten Erfassungsinformationen durchzuführen.
Herkömmliche Verfahren bestimmen die Winkelinformation nur anhand der Erfassungsinformation eines einzigen Modulationsmodus. Die Erfindung hat daher gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil, dass die Messungen für verschiedene Modulationsmodi zusammengefasst werden können. Die Kombination der Erfassungsinformationen, insbesondere in der Form einer Addition, führt zu einer SNR-Verbesserung und somit zu einer verbesserten Winkelschätzung.
Abhängig von der Anzahl der unterschiedlichen Modulationsmodi können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren neben der ersten und zweiten Erfassungsinformation auch noch weitere (dritte, vierte, usw.) Erfassungsinformationen für entsprechende (dritte, vierte, usw.) Modulationsmodi vorgesehen sein. Anhand der kombinierten Erfassungsinformationen kann dann die Bestimmung der Winkelinformation besonders zuverlässig durchgeführt werden, z. B. durch digitales Beamforming zur Winkelschätzung.
Die Winkelinformation ist vorteilhafterweise eine Information über einen Winkel, insbesondere Ausfalls- und/oder Einfallswinkel, der Radarsignale an den Antennen des Radarsystems. Anhand dieses Winkels kann entsprechend die Richtung des Zielobjekts relativ zum Radarsystem bestimmt werden. Hierzu können mehrere Antennen, d. h. Sende- und/oder Empfangsantennen, eines Radarsensors des Radarsystems genutzt werden. Denkbar ist bspw. der Einsatz von 2 bis 20, vorzugsweise 4 bis 16, bevorzugt 8 bis 12 verschiedenen Antennen. Der räumliche Abstand der Antennen zueinander bewirkt abhängig von dem Winkel einen Laufzeitunterschied der Radarsignale, welche durch die Antennen gesendet bzw. empfangen werden. Für jede Antenne und für jedes Zielobjekt, an dem Radarsignale reflektiert werden, kann ein eigenes Teilsignal aus den Erfassungsinformationen ermittelt werden. Hierzu werden bspw. die empfangenen Radarsignale digitalisiert, es wird wenigstens eine Fouriertransformation daran durchgeführt, um die Erfassungsinformation in der Form eines Spektrums zu erhalten, und darin eine Spitzenwerterkennung (Peak-Erkennung) durchzuführen. Dies wird nachfolgend näher beschrieben.
Ein Radarsensor des Radarsystems kann, wie voranstehend beschrieben, mehrere Antennen aufweisen. Durch die Verwendung mehrerer Empfangs- und/oder Sendeantennen, bspw. gemäß eines MIMO Sendeschemas, kann auf diese Weise die Richtung des Zielobjekts detektiert werden. Hierzu kann der Ausfalls- und/oder Einfallswinkel der gesendeten bzw. empfangenen Radarsignale ausgewertet werden. Insbesondere bei der Verwendung mit aktuellen Fahrerassistenzsystemen ist hierbei die ausreichende Winkelmessfähigkeit eine entscheidende Voraussetzung. Die Winkelmessfähigkeit wird maßgeblich von den Parametern Antennenapertur und SNR (Signal-to-noise ratio, also Signal-Rausch-Verhältnis) beeinflusst. Dabei bezeichnet die Apertur den größten Abstand zwischen zwei Antennen des Radarsensors und verhält sich proportional mit der Winkelmessfähigkeit. Dasselbe Verhalten gilt für das SNR des Zielobjekts.
Um eine der Erfassungsinformationen zu erhalten, kann durch das Radarsystem zunächst ein Radarsignal gemäß einem der Modulationsmodi über wenigstens eine Sendeantenne ausgesendet werden. Das Radarsignal umfasst z. B. mehrere sequenziell ausgegebene Frequenzrampen (nachfolgend auch als Chirps bezeichnet). Die Chirps können jeweils frequenzmoduliert sein, und somit eine variierende Frequenz aufweisen. Hierbei kommt z. B. eine lineare Frequenzmodulation zum Einsatz, bei welcher bei einem jeweiligen Chirp die Frequenz sich linear innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite verändert.
Ferner können auch mehr als ein Radarsignal über die wenigstens eine Sendeantenne gemäß unterschiedlicher Modulationsmodi ausgesendet werden. Zum einfacheren Verständnis wird nachfolgend von nur zwei Modulationsmodi ausgegangen, wobei ggf. noch weitere Modulationsmodi vorgesehen sein können. In einem derartigen Multi-Mode-Betrieb werden verschiedene Chirp-Signale verwendet. Die Radarsignale unterschiedlichen Modulationsmodus unterscheiden sich somit hinsichtlich der Modulation der Chirps. Konkret kann eine Bandbreite und/oder eine Zeitdauer T1 oder T2 und/oder ein Chirp-Abstand und/oder eine Mittenfrequenz der einzelnen Chirps der Radarsignale unterschiedlichen Modulationsmodus verschieden sein. Dies hat Einfluss auf die Messgüte des Radarsystem, bspw. für den Messbereich und/oder die Auflösung für die Entfernung und/oder die Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts. Es können z. B. zwei bis 5 verschiedene Modulationsmodi genutzt werden.
Die an wenigstens einem Zielobjekt reflektierten und durch eine jeweilige Signallaufzeit verzögerten Radarsignale können durch wenigstens eine Empfangsantenne des Radarsystems als Empfangssignale erfasst werden. Aus dem jeweiligen Empfangssignal kann das Basisbandsignal mit der Frequenz fb=fs-fe ermittelt werden. Hierbei ist fs die Frequenz des ausgesendeten Radarsignals und fe die Frequenz des Empfangssignals. Die Frequenz fb ist abhängig von der Signallaufzeit t und damit von der Entfernung R des Zielobjektes. Wenn mehrere Antennen (also Sende- und/oder Empfangsantennen) zum Einsatz kommen, können zeitgleich oder nacheinander mehrere am gleichen Zielobjekt reflektierte Radarsignale als Empfangssignale empfangen werden. Diese weisen auch untereinander eine geringfügig verschiedene Signallaufzeit t auf. Dieser Unterschied kann anhand einer Phasenlage der Empfangssignale ausgewertet werden, um die Winkelinformation zu bestimmen. Um die Detektion des wenigstens einen Zielobjekts durchzuführen, kann anhand des Empfangssignals, und insbesondere anhand des Basisbandsignals, die Erfassungsinformation bestimmt werden. Bspw. resultiert die Erfassungsinformation aus dem digitalisierten Basisbandsignal oder aus wenigstens einer Frequenzanalyse des Basisbandsignals. Entsprechend kann es sich bei der Erfassungsinformation um eine digitale Information handeln, also um Datenwerte. Wenn bei einem Radarsignal N Chirps ausgegeben werden, dann beträgt die Zeitdauer eines jeweiligen Chirps T1/N. Nach der Zeitdauer T1 kann innerhalb der Zeitdauer T2-T1 die Verarbeitung der Erfassungsinformation erfolgen. Der gesamte Messzyklus hat somit eine Zeitdauer T2.
Während der Zeitdauer T1 können die einzelnen Werte eines Empfangssignals erfasst werden, sodass aus den erfassten Werten und ggf. einer Vorverarbeitung (wie einer Abwärtsmischung und/oder einer Analog-Digital-Wandlung und/oder wenigstens einer Fouriertransformation) die Erfassungsinformation gebildet werden. Die erfassten Werte können als eine Matrix aufgefasst werden, bei welcher bis zum Ende der Zeitdauern die Werte zeitlich nacheinander in einer MxN-Matrix mit M Samples pro Chirp und N Chirps in zweidimensionaler Weise eingespeichert werden. Eine erste der Dimensionen kann für eine Entfernung zum Zielobjekt, die andere (zweite) der Dimensionen für die Doppler-Frequenz und somit für die Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts spezifisch sein. Anhand dieser Matrix kann anschließend durch wenigstens eine Fouriertransformation der Matrix wenigstens ein Spektrum ermittelt werden, aus welchem die Relativgeschwindigkeit und/oder die Entfernung des wenigstens einen Zielobjekts in der Umgebung des Fahrzeuges bestimmen lassen. Konkret kann aus einer (z. B. spaltenweisen) ersten Fouriertransformation der Matrix in Richtung der ersten Dimension (spaltenweise) ein Spektrum ermittelt werden, welches erneut als zweidimensionale Matrix zusammengesetzt wird, und aus welchem sich die Entfernung ermitteln lässt. Aus einer (zeilenweisen) zweiten Fouriertransformation in Richtung der zweiten Dimension des Spektrums kann sodann auch die Relativgeschwindigkeit ermittelt werden. Wenn mehrere Sende- und/oder Empfangsantennen zum Einsatz kommen, kann auch eine dritte Dimension für die Empfangssignale der verschiedenen Sende- und/oder Empfangsantennen verwendet werden. In diesem Falle liegen nach der zweiten Fouriertransformation mehrere Spektren für die verschiedenen Antennen vor. Das Ergebnis der zweiten Fouriertransformation kann somit eine dreidimensionale Matrix sein, welche zudem der Erfassungsinformation entsprechen kann. Dabei handelt es sich allerdings nur um Daten, welche aus den Empfangssignalen eines einzigen Modulationsmodus resultieren. Eine weitere Fouriertransformation in Richtung dieser dritten Dimension kann zur Bestimmung eines Winkels und damit der Richtung des Zielobjekts dienen. Flerkömmlicherweise wird diese Bestimmung des Winkels nur anhand der Erfassungsinformation für einen einzigen Modulationsmodus durchgeführt.
Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung hier jedoch zunächst eine Kombination weiterer Erfassungsinformationen weiterer Modulationsmodi durchgeführt werden.
Eine Möglichkeit zur Bestimmung der Winkelinformation aus den kombinierten Erfassungsinformationen ist dann die Durchführung einer dritten Fouriertransformation in Richtung der dritten Dimension. Das Ergebnis dieser dritten Fouriertransformation kann dabei der Winkel Information entsprechen. Die Winkelinformation ist bspw. ein sogenanntes Beamforming (BF) Spektrum. Die dritte Fouriertransformation wird bspw. an einer Stelle, also in einem Bin, der kombinierten Erfassungsinformationen durchgeführt, an welcher das Zielobjekt detektiert wird. Flierzu erfolgt z. B. eine Spitzenwerterkennung (Peak-Detektion) in den kombinierten Erfassungsinformationen.
Vorteilhafterweise kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste und die wenigstens eine zweite Erfassungsinformationen (und insbesondere eine dritte Erfassungsinformation usw.) jeweils mindestens zwei Teilsignale aufweisen. Jede einzelne der Erfassungsinformation kann somit die jeweils mindestens zwei Teilsignale aufweisen. Diese können für mindestens zwei Radarsignale spezifisch sein, die gemäß einem gleichen Modulationsmodus ausgesendet und an dem gleichen Zielobjekt reflektiert sind und deren Laufzeiten sich in Abhängigkeit von der Richtung des Zielobjekts unterscheiden. Somit sind die Teilsignale einer Erfassungsinformation immer für Radarsignale eines gleichen Modulationsmodus spezifisch, und Teilsignale unterschiedlicher Erfassungsinformationen für Radarsignale unterschiedlicher Modulationsmodi spezifisch. Die Laufzeiten der Teilsignale einer Erfassungsinformation können sich richtungsabhängig unterscheiden, wenn unterschiedliche Antennen zum Einsatz kommen. Dies ermöglicht die Berechnung der Winkelinformation durch einen Vergleich der Teilsignale miteinander.
Es ist ferner denkbar, dass die mindestens zwei Radarsignale durch unterschiedliche Antennen eines Radarsensors des Radarsystems ausgesendet oder empfangen werden, sodass die unterschiedlichen Laufzeiten abhängig von der Richtung des Zielobjekts sind, und sodass ein erstes Teilsignal der mindestens zwei Teilsignale für eine erste Antenne der unterschiedlichen Antennen und ein zweites Teilsignal der mindestens zwei Teilsignale für eine zweite Antenne der unterschiedlichen Antennen spezifisch ist. Die Teilsignale für mehrere Antennen m = 0, 1, 2 ... können bspw. in der Form sm = am exp (-/ · Df0pi + f0 ) beschrieben werden. Df0pi bezeichnet die Phasendifferenz des Teilsignals der ersten Antenne 0 und der weiteren Antenne m, welche abhängig ist von der Laufzeit des zugehörigen empfangenen Radarsignals an dieser Antenne m. Weiter bezeichnet am die Amplitude des Teilsignals, welche insbesondere abhängig ist von der Stärke des zugehörigen empfangenen Radarsignals an der Antenne m. f0 bezeichnet die Anfangsphase. Wenn nun zusätzlich zu den verschiedenen Antennen auch mehrere Modulationsmodi zum Einsatz kommen, kann l den entsprechend Index für den Modulationsmodi bezeichnet. Dann existieren die vorgenannten Teilsignale auch für die weiteren Modulationsmodi, und können entsprechend in der Form sl m = am l · exp (-/ · Df0 i pi + f0) dargestellt werden.
Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Radarsensor des Radarsystems mindestens zwei beabstandet angeordnete Sendeantennen und mindestens eine Empfangsantenne aufweist, sodass die Radarsignale eines gleichen Modulationsmodus durch die mindestens zwei Sendeantennen ausgesendet werden, und/oder dass der Radarsensor mindestens zwei beabstandet angeordnete Empfangsantennen und mindestens eine Sendeantenne aufweist, sodass die Radarsignale eines gleichen Modulationsmodus durch die mindestens zwei Empfangsantennen empfangen werden. Auf diese Weise können für die Bestimmung der Winkelinformation abhängig von der Richtung des Zielobjekts unterschiedliche Laufzeiten der Radarsignale zu erhalten. Dieser Vorgang kann für die weiteren Modulationsmodi wiederholt werden.
Ferner ist es denkbar, dass die nachfolgenden Schritte durch den Radarsensor des Radarsystems durchgeführt werden:
Aussenden wenigstens eines ersten Radarsignals gemäß dem ersten Modulationsmodus durch die wenigstens eine Sendeantenne des Radarsensors,
Aussenden wenigstens eines zweiten Radarsignals gemäß dem zweiten Modulationsmodus durch die wenigstens eine Sendeantenne,
Empfangen des an dem Zielobjekt reflektierten und durch die Laufzeit verzögerten ersten Radarsignals für den ersten Modulationsmodus durch die wenigstens eine Empfangsantenne des Radarsensors,
Empfangen des an dem Zielobjekt reflektierten und durch die Laufzeit verzögerten zweiten Radarsignals für den zweiten Modulationsmodus durch die wenigstens eine Empfangsantenne des Radarsensors.
Dabei können mindestens zwei Sendeantennen und/oder mindestens zwei Empfangsantennen vorgesehen sein, um den richtungsabhängigen Laufzeitunterschied hervorzurufen.
In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass die erste Erfassungsinformation für das wenigstens eine empfangene erste Radarsignal und die zweite Erfassungsinformation für das wenigstens eine empfangene zweite Radarsignal spezifisch ist. Somit können auch die Teilsignale der ersten Erfassungsinformation dem ersten Radarsignal und damit dem ersten Modulationsmodus und die Teilsignale der zweiten Erfassungsinformation dem zweiten Radarsignal und damit dem zweiten Modulationsmodus zugeordnet werden.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn im Rahmen der Erfindung vor dem Kombinieren der nachfolgende Schritt durchgeführt wird:
Erkennen des Zielobjekts in den Erfassungsinformationen, um insbesondere aus den Erfassungsinformationen der unterschiedlichen Modulationsmodi jeweils diejenigen Teilsignale auszuwählen, welche Informationen über das gleiche Zielobjekt aufweisen.
In diesem Zusammenhang kann auch von einem Matching der verschiedenen Erfassungsinformationen gesprochen werden. Dieses kann dazu dienen, unterschiedliche Modulationsmodi miteinander kompatibel zu machen. Die Erfassungsinformationen der unterschiedlichen Modulationsmodi basieren auf Messungen, welche ggf. zeitlich nacheinander durchgeführt werden. Daher können gleiche Zielobjekte in den Erfassungsinformationen unterschiedliche Positionen haben. Durch das Erkennen des Zielobjekts in den Erfassungsinformationen können in anderen Worten Reflektoren gefunden werden, welche für ein spezifisches Zielobjekt kennzeichnend sind. Dies ist bspw. durch eine Spitzenwerterkennung möglich. Auf diese Weise können die Peaks im Frequenzspektrum der einzelnen Modulationsmodi, die zu dem gleichen Reflexionszentrum gehören, ermittelt werden. Auch können gleiche Zielobjekte in unterschiedlichen Erfassungsinformationen dadurch erkannt werden, dass diese die gleiche Relativgeschwindigkeit und/oder die gleiche Entfernung und/oder die gleiche Richtung zum Radarsensor aufweisen. Entsprechend kann für das Erkennen des Zielobjekts auch bereits vorläufig die Winkelinformation über die Richtung auf herkömmliche Weise anhand der (nicht kombinierten) Erfassungsinformation bestimmt werden. Diese vorläufig bestimmte Winkelinformation wird dann zum Erkennen des Zielobjekts in den Erfassungsinformationen genutzt. Ferner kann bei diesem Entscheidungsschema die Annahme verwendet werden, dass sich die Richtung des Zielobjekts nicht zwischen den Messungen der Erfassungsinformationen verändert hat. Ebenfalls kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Informationen über das gleiche Zielobjekt wenigstens eine der nachfolgenden Informationen umfassen, welche insbesondere durch wenigstens eine Frequenz- Analyse durch die Erfassungsinformation bereitgestellt sind: eine Geschwindigkeit des Zielobjekts, eine Entfernung des Zielobjekts.
Die Erfassungsinformation entspricht dabei z. B. dem durch die Frequenz-Analyse, insbesondere Fouriertransformation, resultierendem ggf. mehrdimensionalen Spektrum.
Zudem ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die ausgewählten Teilsignale unterschiedliche Phaseninformationen (und insbesondere nicht unmittelbar miteinander vergleichbare Phaseninformationen) über die Laufzeiten der Radarsignale aufweisen, und/oder dass vor dem Kombinieren der nachfolgende Schritt durchgeführt wird:
Durchführen einer Normierung der ausgewählten Teilsignale, insbesondere der Phaseninformationen dieser Teilsignale, vorzugsweise um Teilsignale (und vorzugsweise deren Phaseninformationen) unterschiedlicher Modulationsmodi vergleichbar zu machen.
Aufgrund der unterschiedlichen Modulationsmodi können die Radarsignale verschiedener Modulationsmodi zeitlich entkoppelt sein, sodass auch die Anfangschirps der Radarsignale nicht synchronisiert sind. Daher kann es zu einer unterschiedlichen Phasenlage der Radarsignale kommen (auch wenn sich die Richtung des Zielobjekts nicht ändert), sodass die Phaseninformationen der unterschiedlichen Erfassungsinformationen nicht mehr vergleichbar sind. Um dennoch die Kombination zu ermöglichen, kann für jede der Erfassungsinformationen die Normierung durchgeführt werden. Dabei werden ggf. bei der Normierung immer nur die Teilsignale einer einzigen Erfassungsinformation berücksichtigt, also nicht die Teilsignale verschiedener Erfassungsinformationen (und damit verschiedener Modulationsmodi) miteinander verglichen. Es kann weiter möglich sein, dass zum Durchführen der Normierung die nachfolgenden Schritte für jede der Erfassungsinformationen durchgeführt werden: Bereitstellen eines ersten Teilsignals für eine erste Antenne des Radarsensors, Bereitstellen wenigstens eines zweiten Teilsignals für wenigstens eine zweite Antenne des Radarsensors,
Verarbeiten, insbesondere Dividieren, des wenigstens einen zweiten Teilsignals mit dem ersten Teilsignal.
Jede Erfassungsinformation kann somit mehrere Teilsignale aufweisen, die verschiedenen Antennen (Empfangs- und/oder Sendeantennen) der Radarsensors zugeordnet werden können, d. h. aus den dort empfangenen bzw. gesendeten Radarsignalen resultieren. Die Phaseninformationen dieser (ausgewählten)
Teilsignale einer Erfassungsinformation unterscheiden sich damit abhängig von der Richtung des Zielobjekts.
Zur Normierung können für die einzelnen Erfassungsinformationen die Teilsignale als komplexe Signale dividiert werden, ggf. immer durch das komplexe Signal der ersten Antenne. Bspw. werden für jeden Modulationsmodus (z. B. I = 0, 1, 2 ...) die normierten Teilsignale s gebildet durch: s l m s3 l m = s i
0
Bspw. wird somit für l = 0 zunächst das erste Teilsignal s°0 der ersten Antenne durch das (gleiche) erste Teilsignal s°0 der ersten Antenne dividiert, um das normierte erste Teilsignal s°0 der ersten Antenne zu erhalten, dann wird das zweite Teilsignal s0 ! der zweiten Antenne durch das erste Teilsignal s°0 der ersten Antenne dividiert, um das normierte zweite Teilsignal s0 ! der zweiten Antenne zu erhalten, usw. Dies kann zunächst für eine einzelne Erfassungsinformation eines Modulationsmodus und dann für die einzelnen Erfassungsinformationen der weiteren Modulationsmodi wiederholt werden. In anderen Worten werden die Antennenphasen (pm l auf die Antennenphase <Po normiert. Die resultierende normierten Teilsignale liegen dann in der Form sl m = am l · exp (-/ Df0 i pi ) vor. Idealerweise sind durch die Normierung für die unterschiedliche Modulationsmodi l die Phasenunterschiede Df0 i pi gleich und somit vergleichbar. Bei störungsbedingten Unterschieden der Phasenunterschiede Df0 i pi kann daher eine Zusammenfassung der Teilsignale somit zu einem verbesserten Signal-Rausch-Abstand führen.
Daher kann es vorgesehen sein, dass das Kombinieren dadurch durchgeführt wird, dass die ausgewählten und insbesondere normierten Teilsignale gleicher Antennen und unterschiedlicher Erfassungsinformationen und damit unterschiedlicher Modulationsmodi zusammengefasst, insbesondere addiert, werden. In anderen Worten können für jede Antenne m alle Signale sl m entsprechend
Figure imgf000015_0001
zusammengefasst werden. Anschließend kann die Bestimmung der Winkelinformation in der Art einer Winkelschätzung (z.B. mittels digitalem Beamforming) auf Basis der so gewonnen Signale (d. h. der kombinierte Teilsignale sm) durchgeführt werden.
Ferner kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Bestimmung der Winkelinformation anhand der kombinierten Erfassungsinformationen dadurch durchgeführt wird, dass nach dem Kombinieren als eine weitere Information die Richtung des Zielobjekts durch eine Verarbeitung der zusammengefassten Teilsignale unterschiedlicher Antennen miteinander, insbesondere durch eine weitere Frequenz- Analyse, bestimmt wird. Die Addition der Signale führt dabei zu einer SNR- Verbesserung und somit zu einer verbesserten Winkelschätzung gegenüber der Winkelschätzung nur anhand einer Erfassungsinformation für einen einzelnen Modulationsmodus. Zudem ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass das Radarsystem wenigstens drei unterschiedliche Radarsignale gemäß einem Multi-Mode-Betrieb aussendet, um die erste und zweite und eine dritte Erfassungsinformation anhand der empfangenen Radarsignale für drei unterschiedliche Modulationsmodi zu ermitteln, wobei in den unterschiedlichen Modulationsmodi die Radarsignale des Radarsystems unterschiedlich moduliert werden.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Radarsystem für ein Fahrzeug. Das Radarsystem kann neben der Detektion von Zielobjekten auch zur Bestimmung einer Winkelinformation über eine Richtung des jeweiligen Zielobjekts dienen. Hierzu kann das Radarsystem eine (elektronische) Verarbeitungsvorrichtung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen. Damit bringt das erfindungsgemäße Radarsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Die Verarbeitungsvorrichtung ist bspw. als ein Mikrocontroller oder digitaler Signalprozessor oder dergleichen ausgeführt.
In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass das Radarsystem als ein Dauerstrich-Radar ausgebildet ist. Konkret kann das Radarsystem als ein Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) ausgeführt sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Radarsystem in einer Seitenansicht, Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Radarsystem,
Fig. 3-6 weitere schematische Darstellung von Teilen eines erfindungsgemäßen Radarsystems,
Fig. 7 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 8 eine schematische Darstellung von Radarsignalen unterschiedlichen
Modulationsmodus.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
In Figur 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Radarsystem
2 in einer Seitenansicht gezeigt. Das Fahrzeug 1 kann das erfindungsgemäße Radarsystem 2 bspw. zur Verwendung mit einem Fahrerassistenzsystem verwenden. Hierbei kann das Radarsystem 2 neben der Bestimmung einer Entfernung und einer Geschwindigkeit auch zur Bestimmung einer Winkelinformation 200 über eine Richtung eines Zielobjekts 5 dienen. Um die hierzu notwendige Signalverarbeitung durchzuführen, kann das Radarsystem 2 eine elektronische Verarbeitungsvorrichtung
3 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen. Die Verarbeitungsvorrichtung 3 ist elektrisch mit einem Radarsensor 4 verbunden, welcher mehrere Antennen 20, 21 aufweist.
In den Figuren 3 bis 6 ist die Anordnung der Antennen 20, 21 mit weiteren Einzelheiten gezeigt. Gemäß Figur 3 weist der Radarsensor 4 des Radarsystems 2 bspw. mindestens zwei beabstandet angeordnete Empfangsantennen 20 und nur eine Sendeantenne 21 auf. Hingegen sind in Figur 4 für den Radarsensor 4 mindestens zwei beabstandet angeordnete Sendeantennen 21 und nur eine Empfangsantenne 20 vorgesehen. In Figur 5 wird ein MIMO (Multiple-input multiple-output) Sende- und Empfangsschema für das Radarsystem 2 verwendet. Die Verwendung von mehr als zwei Antennen 20, 21 kann es ermöglichen, den Winkel 240 (Ausfalls- und/oder Einfallswinkel) der Radarsignale durch einen Vergleich der unterschiedlichen Laufzeiten anhand der Phasen der Radarsignale 230 zu ermitteln. Dies ermöglicht somit die Bestimmung der Winkelinformation 200 als Information über diesen Winkel 240 und damit über die Richtung des Zielobjekts 5.
Die Möglichkeit zur Bestimmung der Winkelinformation 200 ist in Figur 6 mit weiteren Einzelheiten verdeutlicht. Darin ist erkennbar, dass in Bezug zur ersten Empfangsantenne 20' aufgrund der Abstände d der Empfangsantennen 20 untereinander und aufgrund des Einfallswinkels der Radarsignale 230 und damit der Richtung des Zielobjekts 5 die Laufzeiten und somit Phasen der Radarsignale 230 variieren. Gezeigt ist zur Verdeutlichung beispielhaft ein erstes Radarsignal 231 und ein zweites Radarsignal 232.
In Figur 7 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Winkelinformation 200 über die Richtung des Zielobjekts 5 bei dem Radarsystem 2 für das Fahrzeug 1 schematisch visualisiert. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 101 kann hierbei ein Bereitstellen von einer ersten Erfassungsinformation 201 eines ersten Modulationsmodus 251 des Radarsystems 2 erfolgen. Gemäß einem zweiten Verfahrensschritt 102 kann ferner ein Bereitstellen von wenigstens einer zweiten Erfassungsinformation 202 wenigstens eines zweiten Modulationsmodus 252 des Radarsystems 2. Die Erfassungsinformationen stellen hierbei die „Messwerte“ des Radarsystems 2 dar, welche durch das Aussenden und Empfangen der Radarsignale und ggf. einer anschließenden Signalverarbeitung ermittelt werden können. Die erste Erfassungsinformation 201 resultiert dabei aus einem Aussenden und Empfangen solcher Radarsignale, welche gemäß einem ersten Modulationsmodus 251 moduliert wurden. Die zweite Erfassungsinformation 202 resultiert aus einem Aussenden und Empfangen solcher Radarsignale 230, welche gemäß einem zweiten Modulationsmodus 252 moduliert wurden. Auch kann ggf. eine dritte Erfassungsinformation 203 eines dritten Modulationsmodus 253 bereitgestellt werden. Gemäß einem dritten Verfahrensschritt 103 erfolgt ein Kombinieren der Erfassungsinformationen 201, 202, 203 der unterschiedlichen Modulationsmodi 251, 252, 253. Auf diese Weise kann die Bestimmung der Winkelinformation 200 anhand der kombinierten Erfassungsinformationen 201 , 202, 203 durchgeführt werden.
Die Radarsignale 230 unterschiedlicher Modulationsmodi unterscheiden sich insbesondere durch die Art, wie die Radarsignale 230 moduliert werden. In Figur 8 ist gezeigt, dass sich bspw. die Bandbreiten B0, B1, B2 unterscheiden können. Auch können die Radarsignale 230 hinsichtlich der Frequenz f unterschiedlich moduliert werden. Die unterschiedlichen Radarsignale 251, 252, 253 können dabei zeitlich nacheinander ausgegeben werden, und hinsichtlich der Zeit t auch eine unterschiedliche Dauer aufweisen. In Figur 2 ist dargestellt, dass auf diese Weise durch die unterschiedlichen Modulationsmodi 251, 252 unterschiedliche Erfassungsbereiche abgedeckt werden können.
Ferner kann die erste und die wenigstens eine zweite Erfassungsinformation 201, 202 jeweils mindestens zwei Teilsignale 210 aufweisen, wobei die jeweils mindestens zwei Teilsignale 210 für mindestens zwei Radarsignale 230 spezifisch sind, die gemäß einem gleichen Modulationsmodus 251, 252 ausgesendet und an dem gleichen Zielobjekt 5 reflektiert sind und deren Laufzeiten sich in Abhängigkeit von der Richtung des Zielobjekts 5 unterscheiden. In anderen Worten kann pro Erfassungsinformation 201 , 202 ein erstes Teilsignal 211 und zumindest ein zweites Teilsignal 212 vorgesehen sein. Da diese aus den gleichen Erfassungsinformationen 201, 202 resultieren, sind diese auch für einen gleichen (einzigen) Modulationsmodus 251, 252 spezifisch. Jedoch können die Teilsignale 251, 252 für unterschiedliche Antennen 20, 21 des Radarsystems 2 spezifisch sein. In Figur 6 ist exemplarisch der Radarsensor mit drei Empfangsantennen 20 dargestellt. Es ist erkennbar, dass zwischen den Empfangsantennen 20 ein Abstand d vorgesehen ist, welcher den Einfallswinkel der Radarsignale 230 beeinflusst.
Abhängig von dem empfangenen Radarsignal 230 kann an jeder der Empfangsantennen 20 ein Empfangssignal elektrisch ausgewertet werden. Für das Empfangssignal sm an der m-ten Empfangsantenne gilt:
Sm = dm exp (-/ · A(p0m + <p0), wobei am die empfangene Amplitude, Df0pi die Phasendifferenz zwischen einer ersten Empfangsantenne 20' und einer m-ten Empfangsantenne 20 und f0 die Anfangsphase bezeichnen.
Für den Winkel a gilt damit
Figure imgf000020_0001
Ist nun das Empfangssignal gestört ergibt sich für den geschätzten Winkel ä folgender Zusammenhang: ä = asin mit
Figure imgf000020_0003
Figure imgf000020_0002
wobei Df0pi die gemessene Phasendifferenz und n0m den zugehörigen Rauschterm bezeichnet.
Aus diesen Gleichungen ist sofort ersichtlich, dass eine Vergrößerung des SNRs (kleineres n0m ) und eine Vergrößerung der Apertur (größeres dQm) zu einer besseren Winkelschätzung führt (kleineres n am Ausgang des Schätzers).
Wie in Figur 8 gezeigt ist, kann das Radarsystem 2 im Multi-Mode Betrieb verschiedene Modulationsschemata pro Zyklus aussenden, um den unterschiedlichen Anforderungen an die Messfähigkeit im Nah- und Fernbereich Rechnung zu tragen. Das Aussenden kann über die gleiche oder über unterschiedliche Sendeantennen 21 erfolgen. Für Nahbereichsanwendungen können bspw. nicht-gebündelte, rundumstrahlende Antennen verwendet werden, und für Fernbereichsanwendung können bspw. stark fokussierende Antennen zum Einsatz kommen. Dabei können die unterschiedlichen Kombinationen aus Modulationsmodus 251, 252 & Sendeantenne 21 Überlappungsbereiche aufweisen, in denen redundante Informationen über ein Zielobjekt 5 vorhanden ist (siehe Figur 2).
Die Basis-Signalverarbeitung (also Datenerfassung und Frequenzanalyse und Rohzielbestimmung) kann für jeden Modulations-Modus separat stattfinden. Eine Fusion der Information kann herkömmlicherweise erst auf höheren Abstraktionsebenen erfolgen (z.B. Rohzielebene oder Objektebene). Ein Rohziel bezeichnet dabei eine Reflexion (lokaler Peak im Frequenzbereich) mit den zugehörigen Attributen Abstand, Geschwindigkeit, Winkel, SNR, verschiedene Qualitäten, usw.). Erfindungsgemäß kann der Multi-Mode Betrieb genutzt werden, um die Winkelberechnung zu verbessern. Im Allgemeinen können L Modulationsmodi auf Rohsignalebene unter der Voraussetzung fusioniert werden, dass das Zielobjekt 5 sich innerhalb des FoVs (Field of View, also Sichtfeld) aller Modulationsmodi befindet (vgl. Figur 2). Es können des Weiteren alle Modulationsmodi innerhalb eines Messzyklus der Dauer T im Zeitmultiplex entsprechend Figur 8 gesendet werden.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Radarsystem
3 Verarbeitungsvorrichtung
4 Radarsensor
5 Zielobjekt
20 Empfangsantenne
21 Sendeantenne
20' erste Empfangsantenne
200 Winkelinformation
201 erste Erfassungsinformation
202 zweite Erfassungsinformation
203 dritte Erfassungsinformation
210 Teilsignal
211 erstes Teilsignal
212 weites Teilsignal
230 Radarsignal
231 erstes Radarsignal
232 zweites Radarsignal
240 Winkel
251 erster Modulationsmodus
252 zweiter Modulationsmodus
253 dritter Modulationsmodus
20, 21 Antennen f Frequenz t Zeit
201 , 202 Erfassungsinformationen 251, 252 Modulationsmodi Bx Bandbreiten TX Zeitdauern

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer Winkelinformation (200) über eine Richtung eines Zielobjekts (5) bei einem Radarsystem (2) für ein Fahrzeug (1), wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:
- Bereitstellen von einer ersten Erfassungsinformation (201 ) eines ersten Modulationsmodus (251) des Radarsystems (2),
- Bereitstellen von wenigstens einer zweiten Erfassungsinformation (202) wenigstens eines zweiten Modulationsmodus (252) des Radarsystems (2),
- Kombinieren der Erfassungsinformationen (201 , 202) der unterschiedlichen Modulationsmodi (251, 252), um die Bestimmung der Winkelinformation (200) anhand der kombinierten Erfassungsinformationen (201 , 202) durchzuführen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die wenigstens eine zweite Erfassungsinformation (201 , 202) jeweils mindestens zwei Teilsignale (210) aufweisen, wobei die jeweils mindestens zwei Teilsignale (210) für mindestens zwei Radarsignale (230) spezifisch sind, die gemäß einem gleichen Modulationsmodus (251, 252) ausgesendet und an dem gleichen Zielobjekt (5) reflektiert sind und deren Laufzeiten sich in Abhängigkeit von der Richtung des Zielobjekts (5) unterscheiden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Radarsignale (230) durch unterschiedliche Antennen (20, 21) eines Radarsensors (4) des Radarsystems (2) ausgesendet oder empfangen werden, sodass die unterschiedlichen Laufzeiten abhängig von der Richtung des Zielobjekts (5) sind, und sodass ein erstes Teilsignal (211 ) der mindestens zwei Teilsignale (210) für eine erste Antenne der unterschiedlichen Antennen (20, 21) und ein zweites Teilsignal (212) der mindestens zwei Teilsignale (210) für eine zweite Antenne der unterschiedlichen Antennen (20, 21) spezifisch ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radarsensor (4) des Radarsystems (2) mindestens zwei beabstandet angeordnete Sendeantennen (21) und mindestens eine Empfangsantenne (20) aufweist, sodass die Radarsignale (230) eines gleichen Modulationsmodus (251, 252) durch die mindestens zwei Sendeantennen (21) ausgesendet werden, und/oder dass der Radarsensor (4) mindestens zwei beabstandet angeordnete Empfangsantennen (20) und mindestens eine Sendeantenne (21) aufweist, sodass die Radarsignale (230) eines gleichen Modulationsmodus (251, 252) durch die mindestens zwei Empfangsantennen (20) empfangen werden, um für die Bestimmung der Winkelinformation (200) abhängig von der Richtung des Zielobjekts (5) unterschiedliche Laufzeiten der Radarsignale (230) zu erhalten.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nachfolgenden Schritte durch den Radarsensor (4) des Radarsystems (2) durchgeführt werden:
- Aussenden wenigstens eines ersten Radarsignals (231 ) gemäß dem ersten Modulationsmodus (251) durch die wenigstens eine Sendeantenne (21) des Radarsensors (4),
- Aussenden wenigstens eines zweiten Radarsignals (232) gemäß dem zweiten Modulationsmodus (252) durch die wenigstens eine Sendeantenne (21),
- Empfangen des an dem Zielobjekt (5) reflektierten und durch die Laufzeit verzögerten ersten Radarsignals (231) für den ersten Modulationsmodus (251) durch die wenigstens eine Empfangsantenne (20) des Radarsensors (4),
- Empfangen des an dem Zielobjekt (5) reflektierten und durch die Laufzeit verzögerten zweiten Radarsignals (232) für den zweiten Modulationsmodus (252) durch die wenigstens eine Empfangsantenne (20) des Radarsensors (4).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erfassungsinformation (201) für das wenigstens eine empfangene erste Radarsignal (231) und die zweite Erfassungsinformation (202) für das wenigstens eine empfangene zweite Radarsignal (232) spezifisch ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Kombinieren der nachfolgende Schritt durchgeführt wird:
- Erkennen des Zielobjekts (5) in den Erfassungsinformationen (201 , 202), um aus den Erfassungsinformationen (201 , 202) der unterschiedlichen Modulationsmodi (251, 252) jeweils diejenigen Teilsignale (210) auszuwählen, welche Informationen über das gleiche Zielobjekt (5) aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über das gleiche Zielobjekt (5) wenigstens eine der nachfolgenden Information umfassen, welche durch wenigstens eine Frequenz-Analyse durch die Erfassungsinformation (201, 202) bereitgestellt sind:
- eine Geschwindigkeit des Zielobjekts (5),
- eine Entfernung des Zielobjekts (5).
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Teilsignale (210) unterschiedliche Phaseninformationen über die Laufzeiten der Radarsignale (230) aufweisen, wobei vor dem Kombinieren der nachfolgende Schritt durchgeführt wird:
- Durchführen einer Normierung der ausgewählten Teilsignale (210), insbesondere der Phaseninformationen, insbesondere um Teilsignale (210) unterschiedlicher Modulationsmodi (251, 252) vergleichbar zu machen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen der Normierung die nachfolgenden Schritte für jede der Erfassungsinformationen (201 , 202) durchgeführt werden:
- Bereitstellen eines ersten Teilsignals (211 ) für eine erste Antenne (20, 21) des Radarsensors (4),
- Bereitstellen wenigstens eines zweiten Teilsignals (212) für wenigstens eine zweite Antenne (20, 21) des Radarsensors,
- Verarbeiten, insbesondere Dividieren, des wenigstens einen zweiten Teilsignals (212) mit dem ersten Teilsignal (211).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinieren dadurch durchgeführt wird, dass die ausgewählten und insbesondere normierten Teilsignale (210) gleicher Antennen (20, 21) und unterschiedlicher Erfassungsinformationen (201, 202) und damit unterschiedlicher Modulationsmodi (251, 252) zusammengefasst, insbesondere addiert, werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Winkel Information (200) anhand der kombinierten Erfassungsinformationen (201 , 202) dadurch durchgeführt wird, dass nach dem Kombinieren als eine weitere Information die Richtung des Zielobjekts (5) durch eine Verarbeitung der zusammengefassten Teilsignale (210) unterschiedlicher Antennen (20, 21) miteinander, insbesondere durch eine weitere Frequenz-Analyse, bestimmt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem (2) wenigstens drei unterschiedliche Radarsignale (230) gemäß einem Multi-Mode-Betrieb aussendet, um die erste und zweite und eine dritte Erfassungsinformation (201 , 202, 203) anhand der empfangenen Radarsignale (230) für drei unterschiedliche Modulationsmodi (251, 252, 253) zu ermitteln, wobei in den unterschiedlichen Modulationsmodi (251 , 252, 253) die Radarsignale (230) des Radarsystems unterschiedlich moduliert werden.
14. Radarsystem (2) für ein Fahrzeug (1), zur Bestimmung einer Winkelinformation (200) über eine Richtung eines Zielobjekts (5), aufweisend eine Verarbeitungsvorrichtung (3) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Radarsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem (2) als ein Dauerstrich-Radar ausgebildet ist.
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