WO2026008682A1 - Photonisches radarsystem mit simultaner mehrpfadüberwachungseinrichtung - Google Patents

Photonisches radarsystem mit simultaner mehrpfadüberwachungseinrichtung

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WO2026008682A1
WO2026008682A1 PCT/EP2025/068793 EP2025068793W WO2026008682A1 WO 2026008682 A1 WO2026008682 A1 WO 2026008682A1 EP 2025068793 W EP2025068793 W EP 2025068793W WO 2026008682 A1 WO2026008682 A1 WO 2026008682A1
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signal
test signal
optical
central station
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Andreas Noack
Thomas GISDER
Marc-Michael Meinecke
Heiko Gustav Kurz
Markus Robert
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Definitions

  • the invention relates to photonic radar systems, in particular multi-input multi-output (MIMO) systems, for environmental sensing, and especially for the environmental sensing of vehicles. Specifically, the invention relates to the diagnosis and calibration of such photonic radar systems.
  • MIMO multi-input multi-output
  • Radar systems are defined as environmental detection systems that use electromagnetic radiation in the frequency range of 3 GHz to 300 GHz to determine the distance and speed of objects in the environment, and preferably also their angular orientation relative to the radar system, by emitting electromagnetic radiation in the frequency range of 3 GHz to 300 GHz and detecting the backscattered radiation. Radar systems, particularly historical ones, operating in lower frequency ranges are also known.
  • the largest possible aperture is desirable. In a radar system, this can be increased by combining multiple transmitting and receiving antennas in an antenna array. The area covered by the antenna array determines the aperture size. It has proven advantageous to centralize signal generation and processing in a central station. Radar radiation is emitted via radar head units coupled to the antennas. These units simply amplify the radar signal information transmitted by the central station and, if necessary, multiply its frequency beforehand. The reflected or backscattered radar radiation is detected by the radar head units, and the corresponding echo signal information is transmitted back to the central station for processing.
  • a radar system is called a photonic radar system.
  • the use of a central station to generate the radar signal information to be transmitted and the use of optical transmission makes it possible to achieve coherence between the radar signals emitted by the various transmitting antennas and the detected echo signal information transmitted back.
  • precise knowledge of the travel time of the optical signals between the central station and the individual radar head units, which operate as transmitting and receiving modules, is necessary.
  • the radar head units functioning as transmit and receive modules, are preferably implemented in an electronically-photonically cointegrated chip, a so-called EPIC.
  • EPIC electronically-photonically cointegrated chip
  • This enables the monolithic integration of photonic components, high-frequency electronics, and digital electronics on a single chip.
  • the advantage lies in the fact that signal transmission can occur using optical signals in the terahertz (THz) range, onto which the radar signal information and echo signal information, preferably in the gigahertz (GHz) range, are modulated.
  • THz terahertz
  • GHz gigahertz
  • Optical transmission links typically utilize fiber optics as their optical transmission medium. These fibers can change under adverse environmental conditions, such as temperature or humidity fluctuations, and/or be mechanically damaged or impaired. If such changes are ignored, they can interfere with and distort the data analysis.
  • US20220050187A describes devices and techniques for 3D LiDAR acquisition without beam scanning with moving parts, or for optical 2D imaging based on a combination of lens position-angle conversion and wavelength division multiplexing/demultiplexing (WDM) in the emitted test light of the LiDAR sensor.
  • WDM wavelength division multiplexing/demultiplexing
  • WO 2021/209604 A1 describes a fiber optic-based measurement system comprising a system for generating radiation with a monotonically tunable wavelength during the sweep periods, an optical path, and a detector connected to the radiation generation system via the optical path.
  • the optical path includes the interferometer, which comprises the multiport element and the connected measurement optical fiber, sensitive to at least two environmental parameters.
  • the mode excitation system is configured in the measurement optical fiber to excite at least the measurement mode with the first effective refractive index and the measurement mode with the second effective refractive index, with different sensitivities to these parameters.
  • the measuring system includes the processing unit, to which the detector is connected via the analog-to-digital converter, and the processing unit is designed to generate the control signal for the radiation generation system.
  • US2017/0307473 A1 describes, among other things, methods and devices for the distributed measurement of at least one fiber bending or stress-related property along an optical path of a fiber under test. This involves the use of both a light input unit and a light output unit, which are connected to the fiber under test at a single end.
  • the invention is therefore based on the objective of improving a radar system with regard to its calibration and diagnostic capabilities.
  • the invention is based on the idea of equipping the phonic radar system with a central station and a plurality of radar head units with a monitoring device that can determine at least the transmission times to the radar head units via the individual transmission media.
  • OFDR optical frequency domain reflectometry
  • an optical test signal comprising at least one constant monotonous frequency ramp (i.e., onto which a constant monotonically increasing or constant monotonically decreasing frequency ramp is modulated) is transmitted simultaneously to the radar head units via all transmission media.
  • an optical bidirectional one-to-multiple simultaneous distribution device is used.
  • This device is capable of simultaneously transmitting the test signal coupled to a single input to a plurality of the transmission media connected to multiple outputs of the one-to-multiple simultaneous distribution device.
  • Each of these transmission media which are preferably Each optical transmission medium, configured as a fiber, is connected to a radar head assembly configured as a transmitting and/or receiving module. Backscattering and/or reflections generated on the individual transmission media, including those caused at or within the radar head assemblies, are transmitted back to the optical bidirectional one-to-multiple simultaneous distribution unit and combined into a common back-transmitted test signal, which is then transmitted back to the single input. If this back-transmitted test signal is removed from the beam path and superimposed with the untransmitted current test signal, a differential signal is obtained.
  • the frequencies of this differential signal are correlated, via the slope of the test signal's frequency ramp, with the propagation times to the components or locations that caused the backscattering and/or reflections.
  • the differential signal can be transformed into an OFDR spectrum.
  • at least one structure i.e., a frequency component, can be identified for each radar head assembly, indicating a propagation time of the optical signals to the corresponding radar head assembly. These structures are identified and their parameters are stored and used for calibration and/or configuration as well as monitoring of the radar system.
  • a photonic radar system is defined as a radar system comprising at least one, preferably several, radar head units connected to a central station. These units are configured as transmit and/or receive modules, and signal transmission between the central station and the radar head units is achieved via optical signals.
  • Each radar head unit includes a radar antenna, which is referred to simply as an antenna.
  • a group of several antennas arranged together in an antenna array is also called an antenna array. This array can also be considered a radar antenna with a large aperture, the size of which is determined by the dimensions of the antenna array.
  • Signal generation and processing take place in a central station, which is connected to the radar head units via optical transmission media, thus enabling signal transmission between the central station and the radar head units using optical signals.
  • Radar signal information refers to signal information that characterizes radar radiation emitted by a radar head designed as a transmitting module.
  • the radar signal information is often generated at a frequency two orders of magnitude lower than the actual transmission frequency and modulated onto an optical carrier signal for transmission to the radar head.
  • the radar head designed as transmitting modules, frequency-multiplies and amplifies the received radar signal information, separated from the optical carrier signal, before transmission.
  • An optical bidirectional one-to-multiple simultaneous distribution device is an optical component that establishes, or can establish, a bidirectional optical connection simultaneously between a single optical port, referred to here as a single input, and multiple other ports, referred to here as multiple outputs.
  • Such a one-to-multiple simultaneous distribution device can be implemented using a one-to-multiple beam splitter.
  • a one-to-multiple switch in which a bidirectional optical connection exists between only one input and one of the outputs at any given time is indeed an optical bidirectional one-to-multiple distribution device, but not a one-to-multiple simultaneous distribution device.
  • Passive bidirectional transparent coupling is defined as an optical coupling that does not include any components that actively generate optical signals. Furthermore, this coupling must allow the transmission of optical signals in both directions.
  • a splice in an optical transmission medium for example, represents such a passive bidirectional transparent coupling.
  • a coupling in which the optical signal is first converted into an electronic signal and then back into an optical signal does not constitute passive bidirectional transparent coupling, even if bidirectional transmission of optical signals would be possible in this way.
  • a photonic radar system with simultaneous multipath monitoring capability comprising: a central station and a plurality of radar head units configured as transmit and/or receive modules, each of the radar head units being connected to at least one individual optical transmission medium, wherein the central station is configured to generate radar signal information and modulate it onto an optical carrier signal and transmit it to the radar head units via an optical distribution device, and to detect and jointly evaluate radar echo information modulated onto an optical carrier signal by means of a detection device, wherein the radar head units are configured to convert the radar signal information modulated onto the optical carrier signal into an electrical radar signal and emit it as radar radiation and/or to receive the radar echo radiation reflected from objects in the vicinity of the radar system and to extract radar echo information and modulate it onto the optical carrier signal for return transmission to the central station, characterized in that the individual optical transmission medium of the radar head units is each connected to a bidirectional optical one-to-multiple simultaneous distribution device and a monitoring device
  • a test signal generation device for generating a test signal onto which at least one constantly monotonically changing frequency ramp is modulated comprises a detection unit and an evaluation unit as well as a signal guidance optic, wherein the signal guidance optic is configured to divide the test signal generated by the test signal generation device into a test component and a reference component, to couple the test component of the test signal into the bidirectional optical one-to-multiple simultaneous distribution device, and to couple the test signal component transmitted back to the detection unit and to optically superimpose it with the reference component of the test signal in the detection unit, so that a difference signal is detected by the detection unit, and wherein the evaluation unit is configured to generate an OFDR spectrum on the basis of the detected difference signal and to identify at least reflection components that can be assigned to photonic components of the radar head devices and to determine their parameters and to store and/or output them in a storage medium as calibration information.
  • a method for operating a photonic radar system with simultaneous multipath monitoring comprising the steps: Generating a test signal onto which at least one constantly monotonically changing frequency ramp is modulated,
  • Splitting the test signal into a test component and a reference component coupling the test component of the test signal into an optical bidirectional one-to-multiple simultaneous distribution device to transmit the test signal simultaneously to the majority of the radar head units via the transmission media connected to them, combining the test signal components transmitted back to the bidirectional optical one-to-multiple simultaneous distribution device into a transmitted test signal and optically superimposing the transmitted test signal with the reference component of the test signal to form an optical difference signal, acquiring the difference signal and generating an OFDR spectrum, as well as determining parameters of the structures of the OFDR spectrum correlated with the radar head units and transmission media and storing the parameters as calibration information in a memory and/or outputting the calibration information.
  • a single measurement simultaneously captures all relevant parameters relating to signal propagation times on the transmission media to the radar head units, which are necessary for the calibration of the radar system. It is understood by those skilled in the art that a single measurement here does not necessarily refer to the measurement results acquired during the transmission of a single frequency ramp of the test signal. Rather, an averaging over a longer period or multiple frequency ramps in the test signal can be performed.
  • the evaluation can use algorithms that are known from the evaluation of frequency modulated continuous wave radar signals (FMCW).
  • FMCW frequency modulated continuous wave radar signals
  • the lengths of the transmission media are coordinated such that the propagation times to the various radar head units are different in pairs and do not coincide with propagation times to other points in the OFDR spectrum that trigger a characteristic feedback structure in the OFDR spectrum of one of the other transmission media. This ensures that for each radar head unit, at least one characteristic structure appears in the common OFDR spectrum that correlates with the propagation time of optical signals to the respective radar head unit. This makes it possible to reliably attribute changes to individual transmission media and to quickly and unambiguously detect the failure of individual radar head units by simply assigning the relevant structures in the OFDR spectrum to the radar head units.
  • the lengths are not matched, it can happen that two or more radar head units develop their characteristic structure at the same frequency of the OFDR spectrum. While the transit time to these radar head units can be determined, changes in the attenuation behavior for individual radar head units, changes in transit time to individual radar head units, or even a fiber break may not be detected and/or cannot be reliably attributed to the correct radar head unit.
  • the associated backscatter amplitudes can also be evaluated for the individual structures. Parameters derived from this can also be saved as calibration information. Changes in the backscatter amplitudes indicate a change in the attenuation of the signal transmission to the associated radar head.
  • the radar head devices are at least partially connected to the detection device of the central station by means of a return transmission medium, in addition to the transmission medium.
  • a passive, transparent, bidirectional coupling exists between the transmission medium and the return transmission medium, and the evaluation device is configured to identify backscattered pulses from the couplings of the return transmission media with the detection device of the central station in the derived OFDR spectrum and to store and/or output their parameters as calibration information.
  • the calibration information can include information from any component of the optical network and is, of course, used not only for calibrating the radar system but also for its monitoring.
  • Radar head units designed at least as receiver modules, are connected to the central station via a return transmission medium for the transmission of the radar echo information.
  • the radar echo information is modulated onto the carrier signal provided by the central station.
  • a bidirectional, transparent passive connection exists between the transmission medium and the return transmission medium, so that, with a suitably selected test signal intensity, the return transmission media can also be monitored simultaneously with the transmission media.
  • a further development of the procedure therefore provides that the parameters of structures are additionally determined and stored and/or output as calibration information in the memory, which are correlated with reflections or backscattering at the detection device of the central station, to which the test signal is transmitted via back transmission media coupled transparently with the transmission media in the radar head devices.
  • the optical distribution device of the central station comprises a bidirectional optical one-to-multiple simultaneous distribution device, preferably designed as a one-to-multiple beam splitter. This distribution device is also used to transmit the carrier signal and, optionally, information modulated thereon to the radar head units. This allows for a particularly compact design of the radar system.
  • the monitoring device and its components are entirely integrated into the central station.
  • the laser-type signal generation device and a modulator used to generate the optical carrier signal and to modulate radar signal information onto this carrier signal can also be used to generate the test signal.
  • at least some components of a detection device and an evaluation device from the central station can be used for the acquisition unit and the evaluation device. If necessary, slight modifications to the beam guidance optics for the test signal are required. necessary to optically superimpose the transmitted test signal and the currently transmitted test signal in the acquisition unit or electronically in the evaluation unit in order to form the difference signal.
  • the monitoring device is structurally separate from the central station and is optically coupled bidirectionally to the optical bidirectional one-to-multiple simultaneous distribution device in the central station.
  • This allows the test signal to be transmitted to the one-to-multiple simultaneous distribution device and the test signal to be received back.
  • An advantage of this design is that the components required for diagnostics are protected, in particular, from the thermal load generated in the central station due to the high computing power required by the processor(s) used there. Adverse effects due to thermal effects during measurement can thus be eliminated or at least reduced. Furthermore, the system's ease of maintenance is improved. Additionally, diagnostics and monitoring of the radar system can be performed in parallel with its use for environmental sensing by employing frequency or wavelength division multiplexing. In frequency division multiplexing, the test signal is generated at a different frequency than the carrier signal used for signal transmission between the central station and the radar head.
  • Frequency or wavelength division multiplexing for the purpose of simultaneous monitoring/diagnosis can also be used in embodiments that are fully integrated into the central unit if an additional source for generating an optical signal is provided in the central unit.
  • the monitoring device is structurally separate from the central station and includes the optical bidirectional one-to-multiple simultaneous distribution device to which the transmission media of the radar head units are connected.
  • the radar head units are additionally connected to the central station via further optical transmission media for transmitting the carrier signal.
  • each transmission medium used for diagnostics and monitoring is paired with a further transmission medium used for environmental sensing. This allows length changes in individual transmission media to be transmitted to their respective secondary transmission media. Systematic differences, such as slightly varying lengths between the transmission media and their secondary transmission media, can be calibrated during the radar system's manufacturing process and stored as calibration information in the calibration file.
  • the transmission media and other transmission media are then preferably laid parallel and close together, so that they are exposed to the same environmental influences.
  • the transmission media connected to the monitoring device are arranged externally in a fiber strand, so that external damage occurs during operation of the monitoring device before it affects environmental monitoring.
  • the transmission media can be coupled with return transmission media used for diagnostics. These are arranged in parallel to additional associated return transmission media used for transmission back to the central station during environmental sensing. This allows all relevant transmission durations to be reliably determined and monitored.
  • the evaluation unit is designed to compare previously stored calibration information with the currently determined calibration information and, if deviations are detected, to trigger an adjustment of the radar system's calibration.
  • a reconfiguration or complete re-configuration of the radar system may also be necessary, for example, in the event of a radar head failure. If changes occur in the signal propagation times, the signal generation and signal processing can be adjusted accordingly. The same applies if, based on the determined backscatter signal strengths... Changes occur in the attenuation of the transmitted signals.
  • the failure of one or more radar head units is detected, for example, because the structures associated with the radar head unit(s) no longer appear in the OFDR spectrum or because new, strong backscatter structures indicating a fiber break appear, this can be signaled to the central station and, if applicable, other vehicle systems that use the information provided by the radar system. This signals that the provided information and data are no longer valid. This increases redundancy in fault detection, which is particularly important for autonomous driving.
  • the previously determined calibration information is read from the memory and compared with the currently determined calibration information, and if a change is detected, an adjustment of the configuration of the radar system and/or a calibration is carried out.
  • diagnostics and monitoring significantly improve fault detection and enhance road safety.
  • simultaneous or intermittent diagnostics and environmental monitoring can also improve the reliability of other vehicle systems, firstly through better and more accurate environmental monitoring and secondly through the early detection of invalid data. This increases the road safety of the vehicle, which utilizes the data and information gathered during environmental monitoring.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a photonic M1 MO radar system with a
  • Fig. 2a - 2c shows a schematic front, side and rear view of a motor vehicle with the positions of radar antennas shown;
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an OFDR spectrum and an associated highly simplified fiber network of a photonic radar system
  • Fig. 4 shows a schematic flowchart of a method for operating a photonic radar system with surveillance functionality
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a photonic M1 MO radar system in which the monitoring device is structurally separate from the central station;
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a photonic M1 MO radar system in which the monitoring device is completely structurally separate from the central station.
  • FIG. 1 schematically depicts a photonic radar system 100.
  • This system comprises a central station 200 and a plurality of radar head units 300, 300-n, configured as transmit and/or receive modules.
  • the central station 200 and radar head units 300, 300-n are each individually coupled via two optical fibers 401, 401-n, 501, 501-n.
  • the optical fibers 401, 401-n serve as transmission media 400 for transmitting optical signals from the central station to the radar head units 300, 300-n.
  • the optical fibers 501, 501-n serve as return transmission media 500.
  • the radar head units 300, 300-n are preferably connected to the central station 200 via an electronic control line 460 and an electronic return line 550.
  • the electronic control line 460 and the electronic feedback line 560 can be configured as a bus system.
  • the individual radar head units 300, 300-n can each be configured with an individual control line 460 and an individual electronic feedback line 560.
  • radar head units 300, 300-n are coupled to a transmission medium 400, 400-n and a return transmission medium 500.
  • radar head units designed solely as transmitter modules are generally not coupled to a return transmission medium. This simplification also applies to the other embodiments described here. Radar head units can therefore also have only an optical connection without this affecting the described solution.
  • the central station 200 is configured to generate radar signal information to be transmitted, wherein, in the illustrated example, this occurs, for instance, at a frequency 8 times lower than the transmission of a radar signal via an antenna 350, 350-n, one of which is accordingly a transmitter module.
  • the radar head units 300, 300-n are designed.
  • the central station 200 includes a control unit 210, which controls a coherent light source 220, preferably a laser.
  • radar signal information is modulated onto the optical carrier signal generated by the laser 220 via a modulation unit 230.
  • the radar signal information is, for example, a frequency-modulated continuous wave (FMCW) signal intended for transmission, divided by a factor of 8.
  • FMCW frequency-modulated continuous wave
  • the modulation unit is, for example, a Mach-Zehnder modulator (MZM).
  • MZM Mach-Zehnder modulator
  • the optical signal is forwarded via an optical control unit 240 to a distribution unit 250.
  • the distribution unit 250 comprises a one-to-multiple simultaneous distribution unit 251, which is, for example, a 1:N beam splitter.
  • simultaneous, i.e., concurrent, optical bidirectional connections are formed between the single input 252 and all multiple outputs 255, 255-n, which are preferably configured as fiber outputs.
  • the transmission media 400, 400-n are the optical waveguides 401, 401-n, i.e., preferably optical fibers 402, 402-n.
  • Which of the radar head units 300, 300-n converts and emits the transmitted radar signal information into radar radiation can be controlled, for example, via the electronic control line 460.
  • the radar head units 300, 300-n each have a fiber input 305, 305-n, to which the fiber 402-n coming from the central station 200 is connected.
  • the optical carrier signal with the modulated and transmitted radar signal information is coupled into an electronic photonic integrated circuit (EPIC) 315.
  • EPIC electronic photonic integrated circuit
  • the photonic components are preferably formed in a region where silicon is located on an insulator, whereas the electronic components are formed on so-called bulk silicon. Embodiments are also possible that are based on other materials or use separate photonic integrated circuits and electronic integrated circuits.
  • the fiber input 305, 305-n is optically coupled to a fiber output 395, 395-n, such that at least part of the optical signal transmitted to the radar head assembly 300, 300-n via the fiber 402, 402-n serving as transmission medium 400, 400-n is transmitted via the fiber 500, 500-n serving as return transmission medium 500, 500-n
  • the fiber 502, 502-n, serving as the return transmission medium 500 is transmitted back to the central station 200.
  • the fiber 502, 502-n is connected to the corresponding fiber output 395, 395-n and the detection device 260 of the central station 200.
  • the transmitted optical signal can be converted into an electronic signal in the radar head unit 300, 300-n, whereby the radar signal information is separated from the carrier signal.
  • the radar signal information is typically amplified and often its frequency is also multiplied in the radar head unit 300, 300-n, and then emitted as electromagnetic radiation from the corresponding antenna 350, 350-n of the radar head unit 300, 300-n as a radar signal.
  • the electromagnetic radiation reflected from an object in the vicinity is also received as a radar echo signal by an antenna 350, 350-n of one of the radar head units 300, 300-n or by several antennas 350, 350-n of several radar head units 300, 300-n.
  • radar echo information is usually derived from the radar echo signal and generated and processed as an intermediate frequency signal, and then optically modulated onto the carrier signal transmitted by the radar head unit 300, 300-n and transmitted back to the central station 200 via the corresponding return transmission medium 500, 500-n.
  • the radar echo information is separated from the optical carrier signal and converted into an electrical signal in a detection unit 260 during conversion into an electronic signal.
  • the radar echo information received via the various return transmission media 500, 500-n is evaluated together in a processing unit 270 of the central station 200 to determine the distance, relative velocity, and relative angular position of individual objects in the environment.
  • electrical signals can be digitized in a digitizing unit 280 and pre-processed in a processing unit 290, for example, by undergoing a Fourier transform, which can be implemented in special modules.
  • FIGs 2a to 2c schematically illustrate a possible distribution of the radar head units with their antennas on a motor vehicle 1000. This enables almost 360° environmental detection with high angular resolution.
  • the vehicle 1000 is shown schematically from its front 1002 (Fig. 2a), in Fig. 2b from its left side 1004, and in Fig. 2c from its rear 1006.
  • the right side of the vehicle is not shown here, but is preferably designed analogously to the left side 1004.
  • the diagram shows schematic small antenna symbols 1100, which indicate the positions of radar head units.
  • these are arranged, for example, at intervals between them, on a lower edge 1012 of a windshield 1010 and on a left side edge 1014 of the windshield (viewed from the front), essentially vertically spaced apart.
  • radar head units 1100 are also arranged horizontally spaced apart along a front bumper 1020.
  • radar head units 1100 are arranged horizontally spaced apart from one another along a sill 1050, and radar head units 1100 are also arranged horizontally spaced apart from one another along a roof edge 1030. Additionally, radar head units are arranged substantially vertically spaced apart from one another along a B-pillar 1040.
  • the antenna symbols 1100 representing the radar head devices, are arranged horizontally spaced apart from each other along the rear bumper 1070 and horizontally and vertically spaced apart from each other along a lower side edge 1064 of the rear window 1060 along the left side edge 1066 of the rear window 1060 as seen from the rear.
  • the operating state of the environmental detection system is only simplified and briefly presented here and is known to those skilled in the art for a photonic radar system with a plurality of radar head devices designed as transmitting and/or receiving modules.
  • the embodiment shown in Fig. 1 also includes a monitoring device 600, which is distributed across various components of the central station 200.
  • a monitoring control device 610 is integrated into the control unit 210. This controls the alternative, preferably alternating, operation in the environmental detection operating state and the monitoring operating state.
  • the monitoring control unit 610 integrated into the control unit 210 ensures that a test signal generation unit 620 is formed by means of the laser 220 and the modulation unit 230.
  • an optical test signal is generated and provided.
  • the test signal is generated as an optical carrier signal with at least one superimposed, constantly monotonically changing frequency ramp, preferably with several successive ramps.
  • the duration of a single frequency ramp is greater than twice the maximum transmission duration of an optical pulse that can occur in the photonic radar system 100 (without reflections).
  • a pulse that is coupled into a transmission medium 400-n at the central station 200 can propagate through the radar head assembly 300-n and via the return transmission medium 500-n back to the central station 200.
  • the duration of a frequency ramp must therefore be greater than twice the sum of the transmission durations over the longest transmission medium 400-n and the longest return transmission medium 500-n.
  • time buffers are taken into account for propagation delays in the central station 200 and/or the monitoring device 600, as well as in the radar head assembly 300.
  • An insertion 800 schematically represents an exemplary frequency ramp signal 810. Graphically, the frequency 811 is plotted against the time 812.
  • the test signal propagates simultaneously in the transmission media 400, 400-n and is partially reflected or backscattered at least at the radar head units 300, 300-n.
  • the reflected and/or backscattered test signal components are combined in the one-to-multiple simultaneous distribution unit to form a back-transmitted test signal and output at the single input 252.
  • an optical control unit 240 for example a circulator, the back-transmitted test signal is extracted and optically superimposed in the detection unit 630 with a reference component of the currently generated test signal, for example separated at the modulator.
  • inset 820 This is shown schematically in inset 820 in the frequency diagram.
  • the diagram schematically shows the test signal 830 (dashed line), generated by reflection from a point in the optical network, for example at a radar head, and transmitted back by means of reflection, together with the reference component of the test signal 840 (solid line).
  • a frequency 811 is plotted against time 812.
  • Insert 860 shows the difference signal 870 resulting from the optical superposition in the time frame.
  • the amplitude 861 is plotted against the time 812. It is understood that in a real case, the difference signal contains many different frequency components.
  • the differential signal is converted into an electrical signal in the detection unit.
  • a converter such as a photodiode, which is otherwise used to convert radar echo information, can be used for this purpose.
  • the signal is then preferably digitized in the digitizing unit 280 and transformed into the frequency domain in a processing unit 290, for example by means of a Fourier transform. For this purpose, time transients from several frequency ramps can be added or averaged.
  • Figure 3 schematically depicts an OFDR spectrum 920 together with a highly simplified fiber network 950 of a radar system 100, schematically indicated above it.
  • An amplitude 911 which can be associated with an intensity of the backscattered test signal, is plotted against time 912.
  • the structures observed in the OFDR spectrum can be assigned to components of the fiber network 950.
  • a first significant coupling loss occurs, manifested as a distinct amplitude drop 925.
  • a further coupling loss accompanied by another amplitude drop 930, correlates with a splice 970 in the fiber network 950.
  • a reflection occurs, recognizable as a distinct amplitude peak 935 in the OFDR spectrum.
  • a reflection and a further insertion loss occur, recognizable in the OFDR spectrum as an amplitude peak 940 followed by an amplitude drop.
  • the individual radar head units 985, 985-n can be identified by their amplitude peaks 945, 945-n.
  • the individual fiber lengths between the beam splitter 980 and the The radar head units 985 are all selected to have different lengths, so that for each radar head unit 485-n, an amplitude peak 495-n is also detectable in the OFDR spectrum.
  • the propagation speed in the transmission media correlates the propagation time with the distance of the component causing the structure from the OFDR measuring device 960.
  • the evaluation unit 640 which is implemented, for example, in the computing unit 270 of the central station 200, the individual parameters such as signal propagation times, occurring attenuation losses, etc., are determined and stored as calibration information in a calibration file.
  • the information required to assign the individual structures in the OFDR spectrum to radar head units 985, 985-n, and other components of the resulting fiber network 950 is preferably stored in the calibration file during manufacturing. This file is then updated and supplemented by the monitoring device 600 during further OFDR measurements.
  • Fig. 4 shows a highly simplified schematic representation of the operating procedure of a photonic radar system with a monitoring device as a flowchart 2000.
  • the radar system can be operated in an environmental detection state, corresponding to radar operation, and in a monitoring state.
  • both operating states can be assumed simultaneously.
  • an embodiment is described in which the operating states are assumed alternatively, optionally interleaved in time.
  • the photonic radar system When the photonic radar system is activated, it first switches to the monitoring operating state 2100. Other embodiments may begin with the environment sensing operating state.
  • a calibration file 2200 is loaded, which contains information about the radar system and previously performed diagnostic steps, in particular monitoring parameters for the individual radar head devices of the radar system as calibration information.
  • An OFDR measurement is then performed simultaneously on all radar head devices of the radar system, the corresponding transmission parameters are determined, and the calibration information is derived from them 2300.
  • the derived transmission parameters and calibration information are evaluated for anomalies and/or deviations from the known information in the calibration file and checked to see if the radar system is functioning correctly.
  • the processing unit and/or the control unit of the central station is notified, so that an adjustment of the radar system is made, which is also referred to as reconfiguration or reconfiguration. This results, for example, in changes to the radar signal information generation, modifications in signal processing, etc. 2500. Furthermore, the calibration file is adjusted accordingly and the procedure continues with the loading of the calibration file. 2200.
  • step 2600 it is checked whether the calibration of the radar system is up to date.
  • a calibration of the radar system is initiated (2700) and the calibration file is adjusted accordingly, and the procedure continues with the loading of the calibration file (2200).
  • the system switches to the environmental sensing operating state 2800.
  • the radar system's control unit then preferably re-initiates the monitoring operating state at intervals.
  • FIG. 5 schematically illustrates another embodiment of a radar system with a monitoring device 600. Identical technical features are designated with the same reference numerals in all figures.
  • the monitoring device 600 includes a test signal generation device 620, which preferably comprises a laser and a modulation device for generating the frequency ramps.
  • the test signal is routed via an optical control device 650 to an output 605 of the monitoring device 600. This output is connected via a fiber optic cable 607 to the one-to-multiple simultaneous distribution device 251 of the central station 200.
  • the optical The control unit 650 in the monitoring unit 600 is configured to extract the back-transmitted test signal from the beam path and optically superimpose it with the currently generated test signal on a converter in the acquisition unit 630, where the resulting differential signal is acquired.
  • the electrical differential signal is digitized and transformed into an OFDR spectrum and evaluated accordingly by the evaluation unit 640.
  • the back-transmitted test signal can also be acquired and electronically superimposed with the test signal to generate the differential signal.
  • the calibration information is stored in a memory 670, which the central station 200 can access. Alternatively or additionally, a copy can be transmitted to the central station. If a deviation occurs that requires a new configuration or calibration of the radar system, this is signaled to the central unit with the required calibration information, and a new configuration and/or calibration of the radar system is initiated and executed.
  • This embodiment is suitable for generating the test signal with a different optical frequency than the carrier signal in the central station.
  • the OFDR measurement can thus be performed simultaneously with the environmental sensing in frequency-division multiplexing mode.
  • filter elements can be provided in the converter components of the radar head units and the detection unit to prevent the test signal from interfering with the radar operation, i.e., the environmental sensing.
  • Figure 6 shows another embodiment in which the monitoring device 600" is completely separate from the central station 200.
  • transmission media 400, 400-n and, optionally, optically coupled return transmission media 500, 500-n in the radar head devices, via which the test signals are transmitted at least further transmission media 450, 450-n and further return transmission media 550, 550-n are provided between the central station 200 and the radar head devices 300, 300-n, via which the radar signal information and the radar echo signal information are transmitted and returned.
  • the testing device 600 itself comprises an optical distribution device 660 designed as a one-to-multiple simultaneous distribution device, which can be a multi-splitter, in order to distribute the test signal to the transmission media 400, 400-n.
  • the necessary calibration information is transmitted directly from the monitoring device 600 to the processing unit 270 of the central station 200.
  • the advantage of this embodiment is that parallel operation in a monitoring mode and an environmental sensing mode is possible, eliminating the need for multiplexing. Deviations between the transmission media 400-n and corresponding further transmission media 450-n, as well as between the return transmission media 500-n and further return transmission media 550-n, can be measured and taken into account during the assembly of the respective fibers. This information is stored in the calibration file.
  • Processing unit 300-n radar head unit, 305-n fiber input electronic-photonic integrated circuit (EPIC), 350-n antenna, 395-n fiber output, 400-n transmission medium, 401-n optical fiber, 402-n fiber, 450-n further transmission medium electronic control line, 500-n return transmission medium, 501-n optical fiber, 502-n fiber, 550-n further return transmission medium electronic return line monitoring unit output
  • Optical control unit Connecting fiber 10 Monitoring control unit 20 Test signal generation unit 30 Acquisition unit 40 Evaluation unit 50 Optical control unit 60 Optical distribution unit 70 Memory 00 Insertion 10 Frequency ramp signal 11 Frequency 12 Time 20 Insertion 30 Back-transmitted test signal 40 Reference component of the test signal 60 Insertion 61 Amplitude 70 Differential signal 11 Amplitude 12 Time 20 OFDR spectrum 25 Amplitude drop

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein photonisches Radarsystem (100) mit simultaner Mehrpfadüberwachung umfassend eine Zentralstation (200) und eine Mehrzahl von als Sende- und/oder Empfangsmodul ausgebildeten Radarkopfeinrichtungen (300-n), wobei individuelle optischen Übertragungsmedium (400-n) der Radarkopfeinrichtungen (300-n) jeweils mit einer bidirektionale optische Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung (251) verbunden sind und eine Überwachungseinrichtung (600) eine Prüfsignalerzeugungseinrichtung (620) zum Erzeugen eines mindestens eine aufmodulierte, sich konstant monoton ändernde Frequenzrampe aufweisenden Prüfsignals, eine Erfassungseinheit (630) und eine Auswerteeinrichtung (640) sowie eine Signalführungsoptik umfasst, die ausgebildet ist, das von der Prüfsignalerzeugungseinrichtung (620) erzeugte Prüfsignal in einen Prüfanteil und einen Referenzanteil aufzuteilen, den Prüfanteil des Prüfsignals in die bidirektionale optische Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung (251) einzukoppeln, und den zurückübertragenen Prüfsignalanteil zu der Erfassungseinheit (630) auszukoppeln und mit dem Referenzanteil des Prüfsignals optisch oder elektronisch zu überlagern, sodass ein Differenzsignal gebildet wird, wobei die Auswerteeinrichtung (640) ausgebildet ist, anhand des erfassten Differenzsignals ein OFDR-Spektrum (920) zu erzeugen und zumindest Reflexionsanteile, die photonischen Bauteilen des Radarkopfeinrichtungen (300-n) zuordenbar sind, zu identifizieren und deren Parameter in einem Speichermedium (670) als Kalibierinformationen abzulegen und/oder auszugeben. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Radarsystems (100).

Description

Beschreibung
Photonisches Radarsystem mit simultaner Mehrpfadüberwachungseinrichtung
Die Erfindung betrifft photonische Radarsysteme, insbesondre multi input multi output (MIMO), zur Umfelderfassung, und insbesondere zur Umfelderfassung von Fahrzeugen. Im speziellen betrifft die Erfindung die Diagnose und Kalibrierung von solchen photonischen Radarsystemen.
Als Radarsystem werden Systeme zur Umfelderfassung bezeichnet, die über ein Aussenden von elektromagnetischer Strahlung im Frequenzbereich von 3 GHz bis 300 GHz und Erfassen der rückgestreuten Strahlung die Entfernung und Geschwindigkeit zu Objekten im Umfeld und vorzugsweis auch eine Winkelorientierung relative zum Radarsystem ermitteln. Es sind auch Radarsysteme, insbesondere historische, im niedrigeren Frequenzbereich bekannt.
Um eine gute Winkelauflösung zu erreichen, ist eine möglichst große Apertur wünschenswert. Diese kann bei einem Radarsystem dadurch vergrößert werden, dass mehrere Sende- und Empfangsantennen in einem Antennenarray kombiniert werden. Die flächige Ausdehnung des Antennenarrays bestimmt die Größe der Apertur. Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die Erzeugung und Auswertung der Signale möglichst zentralisiert in einer Zentralstation auszuführen. Das Aussenden der Radarstrahlung erfolgt über mit den Antennen gekoppelten Radarkopfeinrichtungen, die lediglich die von der Zentralstation übermittelte Radarsignalinformation verstärken und gegebenenfalls zuvor auch in der Frequenz vervielfachen. Die reflektierte oder zurückgestreute Radarstrahlung wird von den Radarkopfeinrichtungen jeweils erfasst und die entsprechende Echosignalinformation für die Auswertung jeweils zu der Zentralstation zurück übermittelt.
Findet die Übermittlung der Radarsignalinformation und der Echosignalinformation zwischen der Zentralstation und den Radarkopfeinrichtungen optisch statt, so wird ein solches Radarsystem als photonisches Radarsystem bezeichnet. Die Verwendung einer Zentralstation zum Erzeugen der auszusenden Radarsignalinformation und Nutzung einer optischen Übertragung, ermöglicht es ferner, eine Kohärenz zwischen den von den verschiedenen Sendeantennen ausgestrahlten Radarsignalen und erfassten zurück übermittelten Echosignalinformationen zu erreichen. Für eine korrekte Auswertung ist unter anderem die genaue Kenntnis der Laufzeit der optischen Signale zwischen der Zentralstation und den einzelnen Radarkopfeinrichtungen, die als Sende- und Empfangsmodule arbeiten, notwendig.
Die als Sende- und Empfangsmodul arbeitenden Radarkopfeinrichtungen sind hierbei vorzugsweise in einem elektronisch-photonisch kointegrierten Chip, einem sogenannten EPIC, umgesetzt. Dieses ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik auf einem gemeinsamen Chip. Der Vorteil besteht darin, dass die Signalübertragung mit optischen Signalen im Tera-Hertz-Bereich (THz) erfolgen kann, auf die die Radarsignalinformationen und Echosignalinformationen, die vorzugsweise im Gigahertz-Bereich (GHz) sind, moduliert werden. Grundsätzlich sind auch Ausbildungen mit mehreren Mikrochips möglich, bei den photonische Bauteile und elektronischen Bauteile auf unterschiedlichen Chips realisiert sind.
Die optischen Übertragungsstrecken sind in der Regel als optische Übertragungsmedien bevorzugt in der Form von Fasern ausgebildet. Diese können sich bei ungünstigen Umgebungsbedingungen verändern, beispielsweise aufgrund von Temperatur- oder Feuchtigkeitsschwankungen und/oder auch mechanisch beschädigt und/oder mechanisch beeinträchtigt werden. Solche Veränderungen können die Auswertung, wenn sie unberücksichtigt bleiben, beeinträchtigen und verfälschen.
In der US20220050187A werden Geräte und Techniken für die 3D-LiDAR-Erfassung ohne Strahlabtastung mit beweglichen Teilen oder für die optische 2D-Bildgebung basierend auf der Kombination der Linsenpositions-Winkel-Umwandlung und der Wellenlängenmultiplex- /Demultiplextechnik (WDM) im ausgegebenen Prüflicht des LiDAR-sensors. Diese 3D-UDAR- Sensorik kann auf gestapelten photonischen integrierten Chips implementiert werden.
Die WO 2021/209604 A1 beschreibt ein auf optischen Fasern basierendes Messsystem mit einem System zur Erzeugung von Strahlung mit während der Sweep-Perioden monoton abstimmbarer Wellenlänge, einem optischen Pfad und einem Detektor, der über den optischen Pfad mit dem System zur Erzeugung von Strahlung verbunden ist. Der optische Pfad umfasst das Interferometer , das das Mehrtorelement und die angeschlossene Mess-Lichtleitfaser umfasst, die gegenüber mindestens zwei Umgebungsparametern empfindlich ist, wobei das Modusanregungssystem zur Anregung von mindestens dem Messmodus mit dem ersten effektiven Brechungsindex und dem Messmodus mit dem zweiten effektiven Brechungsindex in der Mess-Lichtleitfaser ausgebildet ist und unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber diesen beiden Parametern aufweist. Das Messsystem umfasst die Verarbeitungseinheit, an die der Detektor über den Analog-Digital-Umsetzer angeschlossen ist, und die Verarbeitungseinheit ist dazu ausgebildet, das Steuersignal für das System zur Strahlungserzeugung zu erzeugen.
Die US2017/0307473 A1 beschreibt unter anderem Verfahren und Geräte zum verteilten Messen von mindestens einer faserbiegungs- oder spannungsbezogenen Eigenschaft entlang eines optischen Pfads einer zu testenden Faser. Dabei wird sowohl eine Lichteingangseinheit als auch eine Lichtausgangseinheit verwendet, die an einem einzigen Ende mit der zu testenden Faser verbunden sind.
Ein Kalibrierung der Längen und Überwachung der Übertragungsmedien, insbesondere im Langzeitbetrieb eines photonischen Radarsystem mit mehreren Radarkopfeinrichtungen, ist nicht gelöst.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Radarsystem hinsichtlich der Kalibrierfähigkeit und Diagnosefähigkeit zu verbessern.
Die Erfindung wird durch ein photonisches Radarsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Grundidee der Erfindung
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde das phonische Radarsystem mit einer Zentralstation und einer Mehrzahl von Radarkopfeinrichtungen mit einer Überwachungseinrichtung zu versehen, das zumindest die Übertragungszeiten über die einzelnen Übertragungsmedien zu den Radarkopfeinrichtungen ermitteln kann. Hierzu wird vorgeschlagen, eine optische Frequenzbereichsreflektometrie (englisch optical frequency domain reflectometry - OFDR) auszuführen. Um eine schnelle Kalibrierung zu erhalten wird ein optisches Prüfsignal, das mindestens eine konstant monotone Frequenzrampe umfasst, d.h. auf das eine konstant monoton steigende oder konstant monoton fallende Frequenzrampe moduliert ist, zeitgleich über alle Übertragungsmedien zu den Radarkopfeinrichtungen übertragen. Hierfür wir eine optische bidirektionale Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung verwendet. Diese ist in der Lage das an einem Einfacheingang eingekoppelte Prüfsignal zeitgleich in eine Mehrzahl der mit Mehrfachausgängen der Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung verbundenen Übertragungsmedien zu übertragen. Mit jedem dieser Übertragungsmedien, die vorzugsweise jeweils als Faser ausgebildet sind, ist eine als Sende- und/oder Empfangsmodule ausgebildete Radarkopfeinrichtungen verbunden. Auf den einzelnen individuellen Übertragungsmedien erzeugte Rückstreuungen und/oder Reflexionen und unter anderem solche, die an oder in den Radarkopfeinrichtungen verursacht werden, werden zu der optischen bidirektionalen Eins-zu- Mehrfachsimultanverteileinrichtung zurückübertragen und zu einem gemeinsamen zurückübertragenen Prüfsignal zusammengeführt und zu dem Einfacheingang zurückübertragen. Trennt man dieses zurücklaufende zurückübertragene Prüfsignal aus dem Strahlengang und überlagert dieses mit dem nichtübertragenen aktuellen Prüfsignal, so erhält man ein Differenzsignal, dessen Frequenzen über die Steigung der Frequenzrampe des Prüfsignals mit den Laufzeiten zu den Komponenten oder Stellen korreliert sind, die die Rückstreuungen und/oder Reflexionen verursacht haben. Das Differenzsignal lässt sich in ein OFDR-Spektrum transformieren. In dem bestimmten OFDR-Spektrum lässt sich somit für jede Radarkopfeinrichtung mindesten eine Struktur, d.h. Frequenzkomponente, ausmachen, die eine Laufzeit der optischen Signale zu der entsprechenden Radarkopfeinrichtung angibt. Diese Strukturen werden identifiziert und die Parameter hierzu gespeichert und für eine Kalibration und/oder Konfiguration sowie Überwachung des Radarsystems verwendet.
Definitionen
Als photonische Radarsystem wird ein Radarsystem aufgefasst, das mindestens eine, vorzugsweise mehrere mit einer Zentralstation verbunden Radarkopfeinrichtung aufweist, die als Sende- und oder Empfangsmodule ausgebildet sind, wobei eine Signalübertragung mittels optischer Signale zwischen der Zentralstation und den Radarkopfeinrichtungen ausgeführt wird. Jede Radarkopfeinrichtung weist hierbei eine Radarantenne auf, die verkürzt als Antenne bezeichnet wird. Eine Gesamtheit von mehreren Antennen, die gemeinsam in einer Antennenanordnung angeordnet sind, die auch als Antennenarray bezeichnet wird. Diese Anordnung kann man auch wie eine Radarantenne mit einer großen Apertur auffassen, deren Größe durch die Abmessungen des Antennenarray bestimmt ist. Die Signalerzeugung und Auswertung erfolgt in einer Zentralstation, die über optische Übertragungsmedien mit den Radarkopfeinrichtungen verbunden ist, so dass die Signalübermittlung mit optischen Signalen zwischen der Zentralstation und den Radarkopfeinrichtungen erfolgt. Hierrüber ist es möglich eine Kohärenz zwischen der von den einzelnen Sendeantennen ausgestrahlten Radarstrahlung und als auch Kohärenz an der Zentralstation für die aus an Empfangsantennen empfangenen Radarechostrahlung abgeleiteten Radarechoinformationen herzustellen. Als Radarsignalinformation wird eine Signalinformation bezeichnet, die eine von einer als Sendemodul ausgebildeten Radarkopfeinrichtung abgestrahlte Radarstrahlung charakterisiert. Die Radarsignalinformation wird häufig mit einer um eine Zweierpotenz geringere Frequenz als der eigentlichen Abstrahlungsfrequenz erzeugt und auf ein optisches Trägersignal für die Übertragung zu den Radarkopfeinrichtungen moduliert. Die als Sendemodule ausgebildeten Radarkopfeinrichtungen frequenzvervielfachen und verstärken die empfangene und vom optischen Trägersignal getrennte Radarsignalinformation vor der Abstrahlung.
Eine optische bidirektionale Ein-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung ist eine optische Komponente die zwischen einem ausgezeichneten optischen Anschluss, der hier als Einfacheingang bezeichnet wird, und einer Mehrzahl weitere Anschlüssen, die hier als Mehrfachausgänge bezeichnet werden, jeweils zeitgleich eine bidirektionale optische Verbindung ausbildet oder ausbilden kann. Mit einem Ein-zu-Mehrfachstrahlteiler kann eine solche Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung ausgebildet werden.
Ein Eins-zu-Mehrfachschalter, bei dem jeweils zu einem Zeitpunkt nur zwischen einem Eingang und einem der Ausgänge eine bidirektionale optische Verbindung besteht, ist zwar eine optische bidirektionale Eins-zu-Mehrfachverteileinrichtung jedoch keine Eins-zu- Mehrfachsimultanverteileinrichtung.
Als passive bidirektionale transparente Kopplung wird eine optische Kopplung angesehen, die keine Komponenten umfasst, die aktiv optische Signale erzeugt. Ferner muss durch diese Kopplung somit eine Übertragung von optischen Signalen in beiden Richtungen durch die Kopplung möglich sein. Ein Spleiß eines optischen Übertragungsmediums stellt beispielsweise eine solche passive bidirektionale transparente Kopplung dar. Eine Kopplung, bei der das optische Signal zunächst in ein elektronisches Signal und anschließend wieder in ein optisches Signale gewandelt wird, stellt keine passive bidirektionale transparente Kopplung dar, auch wenn auf diese Weise eine bidirektionale Übertragung optische Signale möglich wäre.
Bevorzugte Ausführungsformen
Es wird ein photonisches Radarsystem mit simultaner Mehrpfadüberwachungseinrichtung geschaffen, welches umfasst: eine Zentralstation und eine Mehrzahl von als Sende- und/oder Empfangsmodul ausgebildeten Radarkopfeinrichtungen, wobei jede der Radarkopfeinrichtungen jeweils mit mindestens einem individuellen optischen Übertragungsmedium verbunden ist, wobei die Zentralstation ausgebildet ist, Radarsignalinformationen zu erzeugen und auf ein optisches Trägersignal zu modulieren und über eine optische Verteilereinrichtung zu den Radarkopfeinrichtungen zu übermitteln und auf ein optisches Trägersignal modulierte Radarechoinformationen mittels einer Detektionseinrichtung zu erfassen und gemeinsam auszuwerten, wobei die Radarkopfeinrichtungen ausgebildet sind, die auf das optische Trägersignal modulierten Radarsignalinformationen in ein elektrisches Radarsignal zu wandeln und als Radarstrahlung abzustrahlen und/oder die an Objekten in der Umgebung des Radarsystems reflektierte Radarechostrahlung zu empfangen und eine Radarechoinformation zu extrahieren und auf das optisches Trägersignal für eine Rückübertragung zu der Zentralstation zu modulieren, dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen optischen Übertragungsmedium der Radarkopfeinrichtungen jeweils mit einer bidirektionalen optischen Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung verbunden sind und eine Überwachungseinrichtung eine
Prüfsignalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Prüfsignals, auf das mindestens eine sich konstant monoton ändernde Frequenzrampe moduliert ist, eine Erfassungseinheit und eine Auswerteeinrichtung sowie eine Signalführungsoptik umfasst, wobei die Signalführungsoptik ausgebildet ist, das von der Prüfsignalerzeugungseinrichtung erzeugte Prüfsignal in einen Prüfanteil und einen Referenzanteil aufzuteilen, den Prüfanteil des Prüfsignals in die bidirektionale optische Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung einzukoppeln, und den zurückübertragenen Prüfsignalanteil zu der Erfassungseinheit auszukoppeln und mit dem Referenzanteil des Prüfsignals in der Erfassungseinheit optisch zu überlagern, sodass von der Erfassungseinheit ein Differenzsignal erfasst wird, und wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, anhand des erfassten Differenzsignals ein OFDR-Spektrum zu erzeugen und zumindest Reflexionsanteile, die photonischen Bauteilen des Radarkopfeinrichtungen zuordenbar sind, zu identifizieren und deren Parameter zu bestimmen und in einem Speichermedium als Kalibierinformationen abzulegen und/oder auszugeben.
Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines photonischen Radarsystems mit simultaner Mehrpfadüberwachung vorgeschlagen, wobei das photonische Radarsystem eine Zentralstation und eine Mehrzahl von als Sende- und/oder Empfangsmodul ausgebildeten Radarkopfeinrichtungen umfasst, wobei jede der Radarkopfeinrichtungen jeweils mit mindestens einem individuellen optischen Übertragungsmedium verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erzeugen eines Prüfsignals, auf das mindestens eine sich konstant monoton ändernde Frequenzrampe moduliert ist,
Aufteilen des Prüfsignals in einen Prüfanteil und einen Referenzanteil, Einkoppeln des Prüfanteils des Prüfsignals in eine optische bidirektionale Eins-zu- Mehrfachsimultanverteileinrichtung um das Prüfsignal zeitgleich zu der Mehrzahl der Radarkopfeinrichtungen über die mit ihnen verbunden Übertragungsmedien zu übertragen, Zusammenführen der zu der bidirektionalen optischen Eins-zu- Mehrfachsimultanverteileinrichtung zurückübertragenen Prüfsignalanteile zu einem zurückübertragenen Prüfsignal und optisches Überlagern des zurückübertragenen Prüfsignals mit dem Referenzanteil des Prüfsignals zum Bilden eines optischen Differenzsignals, Erfassen des Differenzsignals und Erzeugen eines OFDR-Spektrums sowie Ermitteln von Parametern der mit den Radarkopfeinrichtungen und Übertragungsmedien korrelierten Strukturen des OFDR-Spektrums und Ablegen der Parameter als Kalibrierungsinformationen in einem Speicher und/oder Ausgeben der Kalibrierungsinformation.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösungen besteht darin, dass mit einer Messung zeitgleich sämtliche relevanten Parameter in Bezug auf die Signallaufzeiten auf den Übertragungsmedien zu den Radarkopfeinrichtungen erfassbar sind, die für die Kalibrierung des Radarsystems notwendig sind. Es versteht sich für den Fachmann, dass hier mit einer einzelnen Messung nicht notwendigerweise die Messergebnisse gemeint sind, die während einer Übertragung einer einzelnen Frequenzrampe des Prüfsignals erfasst werden. Vielmehr kann eine Mittelung über eine längere Zeitdauer oder mehrere Frequenzrampen in dem Prüfsignal vorgenommen werden.
Bei der Auswertung können Algorithmen eingesetzt werden, die aus der Auswertung von Frequenz modulierten Dauerstrichradarsignalen (englisch: frequency modulated contiuous wave - FMCW) bekannt sind.
Es werde nicht nur Defekte in den Radarkopfeinrichtungen, sondern auch Veränderungen im optischen Netzwerk ausgewertet und erfasst.
Angemerkt wird, dass nicht alle Radarkopfeinrichtungen direkt mit der Eins-zu- Mehrfachsimultanverteileinrichtung verbunden sein müssen. Auch indirekte bidirektionale optische Verbindungen sind möglich, d. h. weitere Verteileinrichtungen im optischen Netzwerk. Wesentlich ist aber, dass zu allen überwachten Komponenten zeitgleich eine bidirektionale optische Verbindung existiert. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des photonisches Radarsystems sind die Längen der Übertragungsmedien aufeinander abgestimmt, so dass die Laufzeiten zu den verschiedenen Radarkopfeinrichtungen jeweils paarweise verschieden sind und nicht mit Laufzeiten zu anderen eine charakteristische Rückübertragungsstruktur im OFDR-Spektrum auslösenden Stellen eines der anderen Übertragungsmedien übereinstimmen. Hierdurch wird sichergestellt, dass für jede Radarkopfeinrichtung in dem gemeinsamen OFDR-Spektrum mindestens eine charakteristische Struktur auftritt, die mit der Laufzeit von optischen Signalen zu der jeweiligen Radarkopfeinrichtung korreliert ist. Hierdurch wird es durch einfaches Zuordnen der relevanten Strukturen im OFDR-Spektrum zu den Radarkopfeinrichtungen möglich Veränderungen an einzelnen Übertragungsmedien zuverlässig zuordnen zu können und auch einen Ausfall einzelner Radarkopfeinrichtungen schnell und eindeutig erkennen zu können.
Sind die Längen nicht abgestimmt, kann es vorkommen, dass zwei oder mehr Radarkopfeinrichtungen bei derselben Frequenz des OFDR-Spektrums ihre charakteristische Struktur ausbilden. Die Laufzeit zu diesen Radarkopfeinrichtungen kann zwar bestimmt werden, Änderungen des Dämpfungsverhaltens für einzelne der Radarkopfeinrichtungen oder Laufzeitänderungen zu einzelnen Radarkopfeinrichtungen oder sogar ein Faserbruch können gegebenenfalls gar nicht erkannt und/oder nicht zuverlässig der richtigen Radarkopfeinrichtung zugeordnet werden.
Neben den Laufzeiten bzw. Frequenzen, die aus dem OFDR-Spektrum abgeleitet werden können, können für die einzelnen Strukturen auch die damit verknüpften Rückstreuamplituden ausgewertet. Hieraus abgeleitete Parameter können auch als Kalibrierungsinformationen abgespeichert werden. Ändern sich die Rückstreuamplituden, so deutet dies auf eine veränderte Abschwächung der Signalübertragung zu der zugeordneten Radarkopfeinrichtung hin.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Radarkopfeinrichtungen zumindest teilweise zusätzlich zu dem Übertragungsmedium, mittels eines Rückübertagungsmediums mit der Detektionseinrichtung der Zentralstation verbunden sind, wobei zwischen dem Übertragungsmedium und dem Rückübertragungsmedium eine passive lichtdurchlässige bidirektionale Kopplung existiert, und die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, in dem abgeleiteten OFDR-Spektrum auch Rückstreupulse von den Kopplungen der Rückübertragungsmedien mit der Detektionseinrichtung der Zentralstation zu identifizieren und deren Parameter als Kalibrierungsinformationen abzuspeichern und/oder auszugeben. Es versteht sich für den Fachmann, dass die Kalibrierungsinformationen, Informationen von beliebigen Komponenten des optischen Netzwerks umfassen können und selbstverständlich nicht nur zur Kalibrierung des Radarsystems, sondern auch zu dessen Überwachung genutzt werden. Zumindest als Empfangsmodul ausgebildete Radarkopfeinrichtungen sind für die Rückübertragung der Radarechoinformation über ein Rückübertragungsmedium mit der Zentralstation verbunden. Die Radarechoinformation wird hierfür auf das von der Zentralstation bereitgestellte Trägersignal moduliert. In der Radarkopfeinrichtung besteht zwischen dem Übertragungsmedium und dem Rückübertragungsmedium eine bidirektionale lichtdurchlässige passive Verbindung, sodass bei einer geeignet gewählten Prüfsignalintensität auch die Rückübertragungsmedien zusätzlich zeitgleich zu den Übertragungsmedien mit überwacht werden können. Eine zusätzliche gesondert ausgeführte Diagnose und/oder Kalibrationsmessung für die Rückübertragungsmedien kann entfallen, die ebenfalls vorzugsweise als optische Fasern ausgebildet sind.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht somit vor, dass zusätzlich die Parameter von Strukturen ermittelt und als Kalibrierungsinformationen in dem Speicher abgelegt und oder ausgegeben werden, die mit Reflexionen oder Rückstreuungen an der Detektionseinrichtung der Zentralstation korreliert sind, zu der das Prüfsignal über in den Radarkopfeinrichtungen lichtdurchlässig mit den Übertragungsmedien gekoppelte Rückübertragungsmedien übertragen ist.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst, die optische Verteileinrichtung der Zentralstation die bidirektionale optische Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung, die vorzugsweise als Eins- zu-Mehrfachstrahlteiler ausgebildet ist. Diese Verteilereinrichtung wird auch genutzt, um das Trägersignal und gegebenenfalls darauf modulierte Informationen zu den Radarkopfeinrichtungen zu übertragen. Hierdurch kann ein besonders kompakter Aufbau des Radarsystems gewährleistet werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung und deren Komponenten vollständig in der Zentralstation ausgebildet sind. Beispielsweise können die als Laser ausgebildete Signalerzeugungseinrichtung und ein Modulator, die genutzt werden, um das optische Trägersignal zu erzeugen und auf dieses Trägersignal Radarsignalinformationen zu modulieren, auch verwendet werden, um das Prüfsignal zu erzeugen. Auch für die Erfassungseinheit und die Auswerteeinrichtung können zumindest einzelne Komponenten einer Detektionseinrichtung und einer Auswertungseinrichtung der Zentralstation verwendet werden. Gegebenenfalls sind leichte Modifikationen der Strahlführungsoptik für das Prüfsignal notwendig, um das zurückübertragenen Prüfsignal und das aktuell übertragene Prüfsignal optisch in der Erfassungseinheit oder elektronisch in der Auswerteeinrichtung zu überlagern, um das Differenzsignal zu bilden.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung baulich getrennt von der Zentralstation ausgebildet ist, und mit der optischen bidirektionalen Eins-zu- Mehrfachsimultanverteileinrichtung in der Zentralstation bidirektional optisch gekoppelt ist, um den Prüfanteil der Prüfsignal zu der Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung zu übertragen und das rückübertragene Prüfsignal zu empfangen. Ein Vorteil besteht darin, dass die für die Diagnose benötigten Komponenten insbesondere von der thermischen Last, die in der Zentralstation aufgrund der hohen benötigten Rechenleistung in dem oder den dort verwendeten Prozessoren anfällt, geschützt ist. Nachteilige Auswirkungen aufgrund thermischer Effekte bei der Messung können so ausgeschlossen oder zumindest reduziert werden. Darüber hinaus wird eine Wartungsfreundlichkeit des Systems erhöht. Ferner werden eine Diagnose und Überwachung des Radarsystems parallel zur Nutzung des Radarsystems für die Umfelderfassung möglich, indem ein Frequenz- oder Wellenlängenmultiplexing verwendet wird. Das Prüfsignal wird beim Frequenzmultiplexing mit einer anderen Frequenz erzeugt als das Trägersignal, welches zur Signalübertragung zwischen Zentralstation und Radarkopfeinrichtungen genutzt wird.
Ein Frequenz- oder Wellenlängenmultiplexing mit dem Ziel des zeitgleichen Ausführens einer Überwachung/Diagnose kann auch bei Ausführungsformen verwendet werden, die vollständig in der Zentraleinrichtung ausgebildet sind, wenn ein weitere Quelle zum Erzeugen eines optischen Signals in der Zentraleinheit ausgebildet ist.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung baulich getrennt von der Zentralstation ausgebildet ist und die Überwachungseinrichtung die optische bidirektionale Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung umfasst, mit der die Übertragungsmedien der Radarkopfeinrichtungen verbunden sind, wobei die Radarkopfeinrichtungen zusätzlich mit weiteren optischen Übertragungsmedien mit der Zentralstation für ein Übertragen des Trägersignals verbunden sind. Hierdurch kann die optische Überprüfung fast vollständig von der Funktion des photonischen Radarsystems bei der Umfelderfassung getrennt werden und somit zeitgleich zur Umfelderfassung ausgeführt werden. Eine Verknüpfung besteht nach wie vor über die Kalibrierung. Hierdurch wird eine Modularisierung der Überwachungseinrichtung verbessert, einzelne Komponenten der Überwachungseinrichtungen können somit getrennt von den für den Radarbetrieb notwendigen Komponenten erneuert und getauscht werden.
Den Übertragungsmedien die bei dieser Ausführungsform für die Diagnose und Überwachung genutzt werden, ist jeweils ein weiteres Übertragungsmedium, welches für die Umfelderfassung genutzt wird, zugeordnet. So können Längenveränderungen einzelner Übertragungsmedien auf die zugeordneten weiteren Überragungsmedien übertragen werden. Systematische unterschiede, zum Beispielsweise leicht abweichende Längen zwischen Übertragungsmedien und den zugeordneten weiteren Übertragungsmedien können bei der Herstellung des Radarsystems kalibriert und in der Kalibrierungsdatei als Kalibierinformationen abgelegt werden.
Die Übertragungsmedien und weiteren Übertragungsmedien werden dann vorzugsweise parallel und eng beieinander verlegt, sodass diese denselben Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Besonders bevorzugt werden die Übertragungsmedien, die mit der Überwachungseinrichtung verbunden sind, in einem Faserstrang außen liegend angeordnet, sodass äußere Beschädigungen zunächst beim Betrieb der Überwachungseinrichtung auftreten, bevor sie die Umfelderfassung beeinträchtigen. Bei diesen Systemen treten bei der Umfeldüberwachung keine zeitlichen Lücken auf, die ansonsten bei einer intermittierend ausgeführten Überwachung und Diagnose auftreten.
Bei dieser Ausführungsform können mit den Übertragungsmedien zumindest in einigen Radkopfeinrichtungen Rückübertragungsmedien gekoppelt sein, die für die Diagnose verwendet werden. Dieses sind parallel zu zugeordneten weiteren Rückübertragungsmedien angeordnet, die für die Rückübertragung zu der Zentralstation bei der Umfelderfassung genutzt werden. So können auch hier alle relevanten Übertragungsdauern zuverlässig ermittelt und überwacht werden.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die zuvor gespeicherten Kalibrierungsinformationen mit den aktuell ermittelten Kalibrierungsinformationen zu vergleichen und bei einer Feststellung von Abweichungen eine Anpassung der Kalibration des Radarsystems auszulösen. Je nach Art der Abweichung kann auch eine Um- oder Neukonfiguration des Radarsystems notwendig sein, beispielsweise bei einem Ausfall einer Radarkopfeinrichtung. Treten Veränderungen bei den Signallaufzeiten auf, so können insbesondere die Signalerzeugung und auch die Signalauswertung entsprechend angepasst werden. Ebenso verhält es sich, wenn anhand der festgestellten Rückstreusignalstärken Veränderungen in der Abschwächung der übertragenen Signale auftreten. Wird der Ausfall eines oder mehrerer Radarkopfeinrichtungen festgestellt, beispielsweise weil die zu der oder den Radarkopfeinrichtungen zugehörigen Strukturen im OFDR-Spektrum nicht mehr auftreten oder neue starke Rückstreustrukturen, die auf einen Faserbruch hindeuten, auftreten, so kann dies der Zentralstation und gegebenenfalls anderen Systemen des Fahrzeugs signalisiert werden, die die vom Radarsystem bereitgestellten Informationen zu nutzen und verwenden. Dieses signalisiert, dass die bereitgestellten Informationen und Daten nicht mehr valide sind. Hierdurch wird insbesondere eine Redundanz bei der Fehlererkennung gesteigert, die insbesondere beim autonomen Fahren eines Fahrzeugs einen hohen Stellenwert besitzt.
Es ist somit vorzugsweise vorgesehen, dass die zuvor ermittelten Kalibrierungsinformationen aus dem Speicher eingelesen und mit den aktuell ermittelten Kalibrierungsinformationen verglichen werden und bei einer festgestellten Veränderung eine Anpassung der Konfiguration des Radarsystems und/oder eine Kalibrierung vorgenommen werden.
Grundsätzlich gilt, das die Ausfallerkennung, durch eine Diagnose und Überwachung deutlich gesteigert und eine Verkehrssicherheit erhöht wird. Insbesondere bei zeitgleicher oder intermittierender Diagnose und Umfelderfassung kann auch eine Zuverlässigkeit anderer Systeme eines Fahrzeugs verbessert werden, zum einen durch bessere und genauere Umfelderfassung und zum anderen durch das frühzeitige Anzeigen von nicht validen Daten. Dieses steigert die Verkehrssicherheit des Fahrzeugs, welches die bei der Umfelderfassung gewonnenen Daten und Informationen nutzt.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines photonischen Ml MO-Radarsystems mit einer
Überwachungseinrichtung;
Fig. 2a - 2c eine schematische Vorder-, Seiten- und Rückansicht eines Kraftfahrzeugs mit dargestellten Anordnungspositionen von Radarantennen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines OFDR-Spektrums und eines zugehörigen stark vereinfachten Fasernetzwerks eines photonischen Radarsystem;
Fig. 4 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines photonischen Radarsystems mit Überwachungsfunktionalität; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines photonischen Ml MO-Radarsystems, bei dem die Überwachungseinrichtung baulich getrennt von der Zentralstation ausgebildet ist;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines photonischen Ml MO-Radarsystems, bei dem die Überwachungseinrichtung vollständig baulich getrennt von der Zentralstation ausgebildet ist.
In Fig. 1 ist schematisch ein photonisches Radarsystem 100 dargestellt. Dieses umfasst eine Zentralstation 200 und eine Vielzahl von Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n, die als Sende- und/oder Empfangsmodul ausgebildet sind. Die Zentralstation 200 und Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n sind jeweils über zwei Lichtwellenleitern 401, 401-n, 501 , 501-n individuell gekoppelt. Die Lichtwellenleiter 401, 401-n dienen als Übertragungsmedien 400 zum Übertragen optischer Signale von der Zentralstation zu den Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n. Die Lichtwellenleiter 501, 501-n dienen als Rückübertagungsmedien 500. Zusätzlich sind die Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n vorzugsweise mit einer elektronischen Steuerleitung 460 und einer elektronischen Rückleitung 550 mit der Zentralstation 200 verbunden. Die elektronische Steuerleitung 460 und die elektronischen Rückleitung 560 können als ein Bussystem ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die einzelnen Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n auch jeweils mit einer individuellen Steuerleitung 460 und individuellen elektronischen Rückleitung 560 ausgebildet sein.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird aus Gründen der Vereinfachung davon ausgegangen, dass alle Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n mit einem Übertragungsmedium 400, 400-n und einem Rückübertragungsmedium 500 gekoppelt sind. Radarkopfeinrichtungen, die nur als Sendermodul ausgebildet sind, sind jedoch in der Regel nicht mit einem Rückübertragungsmedium gekoppelt. Diese „Vereinfachung“ gilt auch für die übrigen hier beschriebenen Ausführungsformen. Radarkopfeinrichtungen können somit auch nur eine optische Anbindung aufweisen, ohne dass dieses die beschriebene Lösung beeinträchtigt.
Nachgestellte Kleinbuchstaben -n ... stehen stellvertretend für natürliche Zahlen, um eine Abzählbarkeit und Unterscheidbarkeit der entsprechenden Objekte anzudeuten.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Zentralstation 200 ausgebildet, abzustrahlende Radarsignalinformationen zu erzeugen, wobei dieses im dargestellten Beispiel beispielsweise mit einer um einen Faktor 8 geringeren Frequenz erfolgt als die Aussendung eines Radarsignals über eine Antenne 350, 350-n eines der entsprechend als Sendermodul ausgebildeten Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n. Die Zentralstation 200 umfasst hierfür eine Steuereinrichtung 210, welche eine kohärente Lichtquelle 220, die vorzugsweise als Laser ausgebildet ist, steuert. In einem Umfelderfassungsbetriebszustand wird über eine Modulationseinrichtung 230 auf das von dem Laser 220 erzeugte optische Trägersignal eine Radarsignalinformation moduliert. Die Radarsignalinformation ist beispielsweise ein durch einen Faktor 8 dividiertes zur Abstrahlung vorgesehenes frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal (engl. FMCW frequency modulated continuous wave). Modulationseinrichtung ist beispielsweise als Mach-Zehnder-Modulator (MZM) ausgebildet ist. Das optische Signal wird über eine optische Steuereinrichtung 240 an eine Verteilereinrichtung 250 weitergeleitet. Die Verteilereinrichtung 250 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform eine Eins-zu Mehrfachsimultanverteileinrichtung 251 , die Beispielsweise als 1 : N-Strahlteiler ausgebildet ist. In der Eins-zu Mehrfachsimultanverteileinrichtung 251 sind simultan, d.h. zeitgleich, optische bidirektionale Verbindungen zwischen jeweils einerseits dem Einfacheingang 252 und allen, vorzugsweise als Faserausgänge ausgebildeten, Mehrfachausgängen 255, 255-n ausgebildet. Hierdurch wird das an dem Einfacheingang 252 eingekoppelte Trägersignal zeitgleich zu allen Radarkopfeinrichtungen 300, 300-nüber die Übertragungsmedien 400, 400-n übertragen, die mit den Mehrfachausgängen 255, 255-n verbunden sind. Die Übertragungsmedien 400, 400-n sind die optischen Lichtwellenleiter 401 , 401-n, d.h. vorzugsweise optische Fasern 402, 402-n.
Welche der Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n die übertragene Radarsignalinformation in Radarstrahlung wandelt und abstrahlt, kann beispielsweise über die elektronische Steuerleitung 460 gesteuert werden.
Die Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n weisen jeweils einen Fasereingang 305, 305-n auf, an dem die von der Zentralstation 200 kommende Faser 402-n angeschlossen ist. Das optische Trägersignal mit der aufmodulierten und abzustrahlenden Radarsignalinformation wird in einen elektronisch-photonisch-integrierten Schaltkreis (EPIC - Electronic Photonic Integrated Circuit) 315 eingekoppelt. Die photonischen Komponenten sind vorzugsweise in einem Bereich, in dem sich Silizium auf einem Isolator befindet, ausgebildet, wohingegen die elektronischen Komponenten auf sogenanntem bulk-Silizium ausgebildet sind. Es sind auch Ausführungsformen möglich, die auf Basis anderer Materialien hergestellt sind oder getrennte photonische integrierte Schaltkreise und elektronische integrierte Schaltkreise verwenden. In der Radarkopfeinrichtung 300, 300-n ist der Fasereingang 305, 305-n mit einem Faserausgangs 395, 395-n optisch leitend gekoppelt, sodass zumindest ein Teil des zu der Radarkopfeinrichtung 300, 300-n über die als Übertragungsmedium 400, 400-n dienende Faser 402, 402-n übertragenen optischen Signals über die als Rückübertragungsmedium 500, 500-n dienende Faser 502, 502-n zu der Zentralstation 200 zurückübertragen wird. Die als Rückübertragungsmedium 500 dienende Faser 502, 502-n ist mit dem entsprechenden Faserausgang 395, 395-n und der Detektionseinrichtung 260 der Zentralstation 200 verbunden.
Das übertragene optische Signal kann in der Radarkopfeinrichtung 300, 300-n in ein elektronisches Signal gewandelt werden, wobei die Radarsignalinformation von dem Trägersignal getrennt wird. Die Radarsignalinformation wird in der Radarkopfeinrichtung 300, 300-n in der Regel verstärkt und häufig auch dessen Frequenz vervielfacht und dann als elektromagnetische Strahlung von der entsprechenden Antenne 350, 350-n der Radarkopfeinrichtung 300, 300-n als Radarsignal abgestrahlt.
Die an einem Objekt in der Umgebung reflektiert elektromagnetische Strahlung wird als Radarechosignal ebenfalls von einer Antenne 350, 350-n einer der Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n oder mehreren Antennen 350, 350-n mehrerer Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n empfangen. In einem Mischprozess wird in der Regel aus dem Radarechosignal eine Radarechoinformation abgeleitet und als ein Zwischenfrequenzsignal erzeugt und bearbeitet und anschließend optisch auf das durch die Radarkopfeinrichtung 300, 300-n transmittierte Trägersignal moduliert und zu der Zentralstation 200 über das entsprechende Rückübertragungsmedium 500, 500-n zurückübertragen.
In der Zentralstation 200 wird in einer Detektionseinrichtung 260 beim Wandeln in ein elektronisches Signal die Radarechoinformation wieder von dem optischen Trägersignal getrennt und in ein elektrisches Signal überführt. Die über die verschiedenen Rückübertragungsmedien 500, 500-n erhaltenen Radarechoinformationen werden in einer Berechnungseinheit 270 der Zentralstation 200 gemeinsam ausgewertet, um eine Entfernung, eine Relativgeschwindigkeit und eine relative Winkelposition von einzelnen Objekten im Umfeld zu ermitteln. Bei der Weiterleitung an die Berechnungseinheit 270 können elektrische Signale in einer Digitalisierungseinrichtung 280 digitalisiert und in einer Aufbereitungseinrichtung 290 vorbearbeitet werden, beispielsweise einer Fouriertransformation unterzogen werden, die in speziellen Bausteinen realisiert sein kann.
In Fig. 2a bis 2c ist eine mögliche Verteilung der Radarkopfeinrichtungen mit ihren Antennen an einem Kraftfahrzeig 1000 schematisch dargestellt. Hiermit ist eine nahezu 360°- Umfelderfassung mit hoher Winkelauflösung möglich. In Fig. 2a ist das Fahrzeug 1000 schematisch von seiner Vorderseite 1002 (Fig. 2a), in Fig. 2b von seiner linken Seite 1004 und in Fig. 2c von seiner Rückseite 1006 gezeigt. Die rechte Fahrzeugseite ist hier nicht dargestellt, ist jedoch vorzugsweise analog zur linken Seite 1004 ausgebildet.
Dargestellt sind schematische kleine Antennensymbole 1100, welche Positionen von Radarkopfeinrichtungen kennzeichnen. An der Vorderseite 1002 des Fahrzeugs 1000 sind diese beispielsweise beabstandet zueinander an einer Unterkante 1012, einer Windschutzscheibe 1010 und an einer, von vorne betrachtet, linken Seitenkante 1014 der Windschutzscheibe im Wesentlichen vertikal beabstandet zueinander angeordnet. Zusätzlich sind entlang eines vorderen Stoßfängers 1020 horizontal zueinander beabstandet ebenfalls Radarkopfeinrichtungen 1100 angeordnet.
An der linken Fahrzeugseite 1004 des Fahrzeugs 1000, die in Fig. 2b dargestellt ist, sind horizontal voneinander beabstandet Radarkopfeinrichtungen 1100 entlang eines Schwellers 1050 sowie ebenfalls horizontal beabstandet zueinander Radarkopfeinrichtungen 1100 entlang einer Dachkante 1030 angeordnet. Zusätzlich sind im Wesentlichen vertikal zueinander beabstandet Radarkopfeinrichtungen entlang einer B-Säule 1040 beabstandet.
An der Rückseite 1006, die in Fig. 2c dargestellt ist, sind die Antennensymbole 1100, die die Radarkopfeinrichtungen darstellen, entlang des hinteren Stoßfängers 1070 horizontal zueinander beabstandet sowie entlang einer unteren Seitenkante 1064 der Heckscheibe 1060 horizontal sowie vertikal zueinander beabstandet entlang der, von hinten gesehen, linken Seitenkante 1066 der Heckscheibe 1060 angeordnet.
Der Betriebszustand der Umfelderfassung ist hier nur vereinfacht und knapp dargestellt und ist dem Fachmann für ein photonisches Radarsystem mit einer Mehrzahl von Radarkopfeinrichtungen, die als Sende- und/oder Empfangsmodul ausgebildet sind, bekannt.
Die dargestellte Ausführungsform nach Fig. 1 umfasst auch eine Überwachungseinrichtung 600, die verteilt mittels verschiedener Bestandteile der Zentralstation 200 ausgebildet ist. Eine Überwachungssteuereinrichtung 610 ist in der Steuereinrichtung 210 mit ausgebildet. Diese steuert den alternativen, vorzugsweise abwechselnden Betrieb in dem Umfelderfassungsbetriebszustand und dem Überwachungsbetriebszustand. In einem Überwachungsbetriebszustand sorgt die in die Steuereinrichtung 210 integrierte Überwachungssteuereinrichtung 610 dafür, dass mittels des Lasers 220 und der Modulationseinrichtung 230 eine Prüfsignalerzeugungseinheit 620 ausgebildet ist. Im Überwachungsbetriebsmodus wird ein optisches Prüfsignal erzeugt und bereitgestellt.
Das Prüfsignal wird als optisches Trägersignal mit mindestens einer aufmodulierten sich konstant monoton verändernden Frequenzrampe, besonders bevorzugt mit mehreren aufeinanderfolgenden Rampen erzeugt. Die zeitliche Dauer einer einzelnen Frequenzrampe ist hierbei größer als ein Doppeltes einer maximalen Übertragungsdauer eines optischen Pulses, die in dem photonischen Radarsystem 100 (ohne Reflexionen) auftreten kann. Ein Puls, der beispielsweise an der Zentralstation 200 in ein Übertragungsmedium 400-n eingekoppelt wird, kann sich durch die Radarkopfeinrichtung 300-n und über das Rückübertragungsmedium 500-n bis zu der Zentralstation 200 ausbreiten. Die zeitliche Dauer einer Frequenzrampe muss daher größer als das Doppelte der Summe Übertragungsdauern über das längste Übertragungsmedium 400-n und das längste Rückübertragungsmedium 500-n sein. Zusätzlich werden Zeitpuffer für die Laufzeiten in der Zentralstation 200 und/oder der Überwachungseinrichtung 600 sowie in der Radarkopfeinrichtung 300 berücksichtigt.
Eine Einfügung 800 stellt schematisch ein beispielhaftes Frequenzrampensignal 810 dar. Grafisch aufgetragen ist die Frequenz 811 gegenüber der Zeit 812.
Das Prüfsignal breitet sich zeitgleich in den Übertragungsmedien 400, 400-n aus und wird zumindest an den Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n jeweils teilweise reflektiert oder zurückgestreut. Die reflektierten und/oder zurückgestreuten Prüfsignalanteile werden in der Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung zu einem zurückübertragenen Prüfsignal zusammengefasst und am Einfacheingang 252 ausgegeben. In einer optischen Steuereinrichtung 240, beispielsweis einem Zirkulator, wird das zurückübertragene Prüfsignal ausgekoppelt und mit einem beispielsweise am Modulator abgetrennten Referenzanteil des aktuell erzeugten Prüfsignals in der Erfassungseinheit 630 optisch überlagert.
Dieses ist schematisch in der Einfügung 820 im Frequenzbild gezeigt. Aufgetragen ist schematisch das von einer Stelle im optischen Netzwerk, beispielsweis an einer Radarkopfeinrichtung, mittels Reflexion erzeugte und zurückübertragene Prüfsignal 830 (gestrichelt) gemeinsam mit dem Referenzanteil des Prüfsignals 840 (durchgezogen). Aufgetragen ist erneut jeweils eine Frequenz 811 gegenüber der Zeit 812. Die Einfügung 860 zeigt das sich aus der optischen Überlagerung ergebende Differenzsignal 870 im Zeitbild. Aufgetragen ist die Amplitude 861 gegen die Zeit 812. Es versteht sich, dass in einem realen Fall in dem Differenzsignal viele verschiedene Frequenzanteile enthalten sind.
Das Differenzsignal wird in der Erfassungseinheit in eine elektrisches Signal gewandelt. Hierzu kann ein Wandler, beispielsweise eine Photodiode genutzt werden, die sonst zum Wandeln von Radarechoinformationen genutzt wird.
Das Signal wir dann vorzugsweise in der Digitalisierungseinrichtung 280 digitalisiert und in einer Aufbereitungseinrichtung 290, beispielsweis mittels einer Fouriertransformation, in den Frequenzraum transformiert. Hierzu können Zeittransienten von mehrere Frequenzrampen addiert oder gemittelt werden.
Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen keine optische Überlagerung stattfindet und das zurückübertragene Prüfsignal erfasst wird und elektronisch mit dem aktuellen Prüfsignal, zum Beispiel dem gesondert erfassten Signal des Referenzanteils, elektronisch in der Auswerteeinrichtung 640 oder in der Erfassungseinrichtung 630 überlagert wird, um das Differenzsignal zu erzeugen.
In Fig 3 ist schematisch ein OFDR-Spektrum 920 gemeinsam mit einem darüber schematisch angedeuteten, stark vereinfachten Fasernetzwerk 950 eines Radarsystems 100 dargestellt. Aufgetragen ist eine Amplitude 911, die mit einer Intensität des zurückgestreuten Prüfsignals assoziiert werden kann, gegen die Zeit 912. Die im OFDR-Spektrum zu beobachtenden Strukturen können Komponenten des Fasernetzwerks 950 zugeordnet werden.
An einem ersten Verbinder 965 der OFDR-Messeinrichtung 960 tritt ein erster deutlicher Einkoppelverlust auf, der sich in einem deutlichen Amplitudenabfall 925 zeigt. Ein weiterer Einkoppleverlust, der mit einem weiteren Amplitudenabfall 930 einhergeht ist mit einem Splice 970 im Fasernetzwerk 950 korreliert. An einem weiteren Verbinder 975 tritt eine Reflexion auf, die als eine deutliche Amplitudenspitze 935 im OFDR-Spektrum zu erkennen ist. An der als Strahlteiler 980 ausgebildeten bidirektionalen Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung treten eine Reflexion und ein weiterer Einfügeverlust auf, die im OFDR-Spektrum als Amplitudenspitze 940 mit nachfolgendem Amplitudenabfall zu erkennen sind. Die einzelnen Radarkopfeinrichtungen 985, 985-n sind anhand von Amplitudenspitzen 945, 945-n zu identifizieren. Die einzelnen Faserlängen zwischen dem Strahlteiler 980 und den Radarkopfeinrichtungen 985 sind alle unterschiedlich lang gewählt, sodass für jede Radarkopfeinrichtung 485-n auch eine Amplitudenspitze 495-n im OFDR-Spektrum zu erkennen ist. Über die Ausbreitungsgeschwindigkeit in den Übertragungsmedien ist die Laufzeit mit einer Entfernung der die Struktur verursachenden Komponente von der OFDR-Meseinrichtung 960 korreliert. In der Auswerteeinrichtung 640, die beispielsweise in der Berechnungseinheit 270 der Zentralstation 200 ausgebildet ist, werden die einzelnen Parameter wie Signallaufzeiten, auftretende Dämpfungsverluste etc. ermittelt und als Kalibrierungsinformationen in einer Kalibrierungsdatei abgelegt. Die benötigten Informationen, um die einzelnen Strukturen in dem OFDR-Spektrum Radarkopfeinrichtungen 985, 985-n und anderen Komponenten des sich ergebenden Fasernetzwerks 950 zuordnen zu können, werden vorzugsweise bei der Herstellung in der Kalibrierungsdatei abgelegt, die dann von der Überwachungseinrichtung 600 bei weiteren OFDR-Messungen aktualisiert und ergänzt werden.
In Fig. 4 ist der schematische Ablauf eines Betriebsverfahrens eines photonischen Radarsystems mit einer Überwachungseinrichtung stark vereinfacht als Flussdiagramm 2000 dargestellt.
Das Radarsystem kann einem Umfelderfassungszustand, der einem Radarbetreib entspricht, und in einem Überwachungsbetriebszustand betrieben werden. Bei einigen Ausführungsformen, die ein Frequenzmultiplexing verwenden oder eine baulich getrennte Ausführung der Überwachungseinrichtung von der Zentralstation aufweisen, könne auch beide Betriebszustände zeitgleich eingenommen werden. Hier wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der die Betriebszustände alternativ, gegebenenfalls zeitlich verschachtelt angenommen werden.
Wenn das photonische Radarsystem in Betrieb genommen wird, wechselt es zunächst in den Überwachungsbetriebszustand 2100. Andere Ausführungsformen können mit dem Umfelderfassungsbetriebszustand beginnen.
Als nächstes wird eine Kalibrierungsdatei geladen 2200, in der Angaben über das Radarsystem und früher ausgeführte Diagnoseschritte, insbesondere Überwachungsparameter für die einzelnen Radarkopfeinrichtungen des Radarsystems als Kalibrierungsinformationen abgelegt sind. Es wird anschließend eine OFDR-Messung zeitgleich an allen Radarkopfeinrichtungen des Radarsystems ausgeführt und die entsprechenden Übertragungsparameter ermittelt und daraus die Kalibrierungsinformationen abgeleitet 2300.
Dann werden die so abgeleiteten Übertragungsparameter und Kalibrierungsinformationen auf Anomalien und/oder Abweichungen zu den bekannten Informationen aus der Kalibrierungsdatei ausgewertet und geprüft, ob das Radarsystem funktionstüchtig ist 2400.
Ist dieses nicht der Fall wird dieses der Berechnungseinheit und/oder der Steuereinrichtung der Zentralstation mitgeteilt, so dass eine Anpassung des Radarsystems vorgenommen wird, die auch als Umkonfiguration oder Neukonfiguration bezeichnet wird. Hierdurch werden beispielsweis eine Steuerung der Radarsignalinformationserzeugung, Veränderungen in der Signalverarbeitung etc. bewirkt. 2500. Ferner wird die Kalibrierungsdatei entsprechend angepasst und das Verfahren mit dem Laden der Kalibrierungsdatei 2200 fortgesetzt.
Wird in Verfahrensschritt 2400 hingegen festgestellt, dass keine Anomalien oder Abweichungen vorliegen, so wird im Schritt 2600 geprüft, ob die Kalibration des Radarsystems aktuell ist.
Ist die Kalibration nicht aktuell, wird eine Kalibration des Radarsystems angestoßen 2700 und die Kalibrierungsdatei entsprechend angepasst und das Verfahren mit dem Laden der Kalibrierungsdatei 2200 fortgesetzt.
Wird in Verfahrensschritt 2600 hingegen festgestellt, dass die Kalibration aktuell ist, wird in den Umfelderfassungsbetriebszustand 2800 gewechselt. Die Steuereinrichtung des Radarsystems initiiert dann vorzugsweise in Intervallen erneut den Überwachungsbetriebszustand.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Radarsystems mit einer Überwachungseinrichtung 600 schematisch dargestellt. Gleiche technische Merkmale sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die einzelnen Komponenten der Überwachungseinrichtung 600 getrennt von der Zentralstation 200 und deren Komponenten ausgebildet. Die Überwachungseinrichtung 600 weist einer Prüfsignalerzeugungseinrichtung 620 auf, die vorzugsweise einen Laser und eine Modulationseinrichtung zum Erzeugen der Frequenzrampen umfasst. Das Prüfsignal wird über eine optische Steuereinrichtung 650 zu einem Ausgang 605 der Überwachungseinrichtung 600 geführt. Dieser ist über eine Verbindungsfaser 607 mit der Eins-zu- Mehrfachsimultanverteileinrichtung 251 der Zentralstation 200 verbunden. Die optische Steuereinrichtung 650 in der Überwachungseinrichtung 600 ist ausgebildet, das zurückübertragene Prüfsignal aus dem Strahlengang auszukoppeln und mit dem aktuell erzeugen Prüfsignal auf einem Wandler in der Erfassungseinheit 630 optisch zu überlagern, in der das entstehende Differenzsignal erfasst wird. Wie oben beschrieben, wird das elektrische Differenzsignal digitalisiert, und in ein OFDR-Spektrum transformiert und entsprechend von der Auswerteeinrichtung 640 ausgewertet. Abweichend kann auch das zurückübertragene Prüfsignal erfasst und elektronisch mit dem Prüfsignal überlagert werden, um das Differenzsignal zu bilden. Die Kalibierinformationen werden in einem Speicher 670 abgelegt, auf den die Zentralstation 200 zugreifen kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Kopie an die Zentralstation übertragen werden. Tritt eine Abweichung auf, die eine neue Konfiguration oder Kalibration des Radarsystems erfordert, so wird dieses der Zentraleinheit mit den benötigten Kalibrierungsinformationen signalisiert und eine neue Konfiguration des Radarsystems und/oder eine Kalibration des Radarsystems angestoßen und ausgeführt.
Diese Ausführungsform ist geeignet, das Prüfsignal mit einer anderen optischen Frequenz zu erzeugen als das Trägersignal in der Zentralstation. Die OFDR-Messung kann somit im Frequenzmultiplexingbetrieb zeitgleich mit der Umfelderfassung ausgeführt werden. Gegebenenfalls können in den Wandlerkomponenten der Radarkopfeinrichtungen und der Detektionseinrichtung Filterelemente vorgesehen sein, die verhindern, dass das Prüfsignal den Radarbetrieb, d.h. die Umfelderfassung, stört.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der die Überwachungseinrichtung 600“ komplett getrennt von der Zentralstation 200 ausgebildet ist. Zusätzlich zu Übertragungsmedien 400, 400-n und gegebenenfalls in den Radarkopfeinrichtungen optische gekoppelten Rückübertragungsmedien 500, 500-n, über die die Prüfsignale übertragen werden, sind mindestens weitere Übertragungsmedien 450, 450-n und weitere Rückübertragungsmedien 550, 550-n zwischen der Zentralstation 200 und den Radarkopfeinrichtungen 300, 300-n ausgebildet, über die die Radarsignalinformation und die Radarechosignalinformation übertragen und zurückübertragen werden.
Zum Verteilen des Prüfsignals auf die Übertragungsmedien 400, 400-n umfasst bei dieser Ausführungsform die Überprüfungseinrichtung 600 selbst eine als Eins-zu- Mehrfachsimultanverteilereinrichtung ausgebildete optische Verteileinrichtung 660, die ein Mehrfachsplitter sein kann. Bei dieser Ausführungsform werden von der Überwachungseinrichtung 600 die notwendigen Kalibrierungsinformationen unmittelbar an die Berechnungseinheit 270 der Zentralstation 200 übermittelt. Vorteil dieser Ausführungsform ist es, dass ein paralleler Betrieb in einem Überwachungsbetriebszustand und in einem Umfelderfassungsbetriebszustand möglich ist und man nicht auf Multiplexlösungen angewiesen ist. Abweichungen zwischen den Übertragungsmedien 400-n und entsprechenden weiteren Übertragungsmedien 450-n sowie Rückübertragungsmedien 500-n und den weiteren Rückübertragungsmedien 550-n können bei der Konfektionierung der entsprechenden Fasern vermessen und entsprechend berücksichtigt werden. Diese Angaben werden in der Kalibrierungsdatei abgelegt.
Es versteht sich für den Fachmann, dass hier lediglich beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind. Die in den unterschiedlichen Ausführungsformen gezeigten Merkmale können in beliebiger Kombination zur Umsetzung der Erfindung verwendet werden.
Bezugszeichenliste photonisches Radarsystem
Zentralstation
Steuereinrichtung
Lichtquelle (Laser)
Modulationseinrichtung optische Steuereinrichtung
Verteilereinrichtung
Eins-zu Mehrfachsimultanverteileinrichtung
Einfacheingang , 255-n Mehrfachausgang
Detektionseinrichtung
Berechnungseinheit
Digitalisierungseinrichtung
Aufbereitungseinrichtung , 300-n Radarkopfeinrichtung , 305-n Fasereingang elektronisch-photonisch-integrierter Schaltkreis (EPIC), 350-n Antenne , 395-n Faserausgang , 400n Übertragungsmedium , 401 n Lichtwellenleiter , 402-n Faser , 450-n weiteres Übertragungsmedium elektronische Steuerleitung , 500-n Rückübertragungsmedium , 501 -n Lichtwellenleiter , 502-n Faser , 550-n weiters Rückübertragungsmedium elektronische Rückleitung Überwachungseinrichtung Ausgang
Verbindungsfaser 10 Überwachungssteuereinrichtung 20 Prüfsignalerzeugungseinrichtung 30 Erfassungseinheit 40 Auswerteeinrichtung 50 optische Steuereinrichtung 60 optische Verteileinrichtung 70 Speicher 00 Einfügung 10 Frequenzrampensignal 11 Frequenz 12 Zeit 20 Einfügung 30 zurückübertragene Prüfsignal 40 Referenzanteil des Prüfsignals 60 Einfügung 61 Amplitude 70 Differenzsignal 11 Amplitude 12 Zeit 20 OFDR-Spektrum 25 Amplitudenabfall
930 weiteren Amplitudenabfall
935 Amplitudenspitze
945, 945-n Amplitudenspitzen
950 Fasernetzwerks
960 OFDR-Meseinrichtung
965 ersten Verbinder
980 Strahlteiler
985, 985-n Radarkopfeinrichtungen
1000 Kraftfahrzeug
1002 Vorderseite
1004 Unke Seite
1006 Rückseite
1100 Antennensymbol
1010 Windschutzscheibe
1012 Unterkante 1014 linke Seitenkante
1020 vorderer Stoßfänger
1030 Dachkante
1040 B-Säule
1050 Schweller
1060 Heckscheibe
1064 unteren Seitenkante
1070 hinteren Stoßfängers
1100 Antennensymbol
2000 Flussdiagramm
2100 Wechsel in Überwachungsbetreibzustand
2200 Laden Kalibrierungsdatei
2300 OFDR-Messung
2400 Funktionstüchtigkeitsprüfung
2500 Anpassung des Radarsystems
2600 Ist Kalibration aktuell
2700 Anstoßen Kalibration
2800 Wechsel in Umfelderfassungsbetriebszustand

Claims

Patentansprüche
1. Photonisches Radarsystem (100) mit simultaner Mehrpfadüberwachungseinrichtung umfassend eine Zentralstation (200) und eine Mehrzahl von als Sende- und/oder Empfangsmodul ausgebildeten Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n), wobei jede der Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) jeweils mit mindestens einem individuellen optischen Übertragungsmedium (400, 400-n) verbunden ist, wobei die Zentralstation (200) ausgebildet ist, Radarsignalinformationen zu erzeugen und auf ein optisches Trägersignal zu modulieren und über eine optische Verteilereinrichtung (250) zu den Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) zu übermitteln und auf ein optisches Trägersignal modulierte Radarechoinformationen mittels einer Detektionseinrichtung (260) zu erfassen und gemeinsam auszuwerten, wobei die Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) ausgebildet sind, die auf das optische Trägersignal modulierten Radarsignalinformationen in ein elektrisches Radarsignal zu wandeln und als Radarstrahlung abzustrahlen und/oder die an Objekten in der Umgebung des Radarsystems (100) reflektierte Radarechostrahlung zu empfangen und eine Radarechoinformation zu extrahieren und auf das optisches Trägersignal für eine Rückübertragung zu der Zentralstation (200) zu modulieren, dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen optischen Übertragungsmedium (400, 400-n) der Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) jeweils mit einer bidirektionalen optischen Eins-zu- Mehrfachsimultanverteileinrichtung (251) verbunden sind und eine Überwachungseinrichtung eine
Prüfsignalerzeugungseinrichtung (620) zum Erzeugen eines Prüfsignals, auf das mindestens eine sich konstant monoton ändernde Frequenzrampe moduliert ist, und eines hiermit korrespondierenden Referenzsignals, eine Erfassungseinheit (630) und eine Auswerteeinrichtung (640) sowie eine Signalführungsoptik (650) umfasst, wobei die Signalführungsoptik ausgebildet ist, das von der Prüfsignalerzeugungseinrichtung (620) erzeugte Prüfsignal in einen Prüfanteil und einen Referenzanteil aufzuteilen, den Prüfanteil des Prüfsignals in die bidirektionale optische Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung (251) einzukoppeln, und den aus der bidirektionalen optischen Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung (251) zurückübertragenen Prüfsignalanteil zu der Erfassungseinheit (630) auszukoppeln und wo entweder der zurückübertragene Prüfsignalanteil mit dem Referenzanteil des Prüfsignals in der Erfassungseinheit (630) optisch zu überlagert wird, sodass von der Erfassungseinheit (630) ein Differenzsignal erfasst wird, oder der zurückübertragene Prüfsignalanteil in der Erfassungseinheit (630) erfasst wird und elektronisch mit einem mit dem Referenzanteil des Prüfsignals zur Erzeugung eines Differenzsignals überlagert wird und wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, anhand des erfassten oder erzeugten Differenzsignals ein OFDR-Spektrum (920) zu erzeugen und zumindest Reflexionsanteile, die photonischen Bauteilen des Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) zuordenbar sind, zu identifizieren und deren Parameter zu bestimmen und in einem Speicher (670) als Kalibrierungsinformationen abzulegen und/oder auszugeben.
2. Photonisches Radarsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen der Übertragungsmedien aufeinander abgestimmt sind, so dass die Laufzeiten zu den verschiedenen Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) jeweils paarweise verschieden sind und nicht mit Laufzeiten zu anderen eine charakteristische Rückübertragungsstruktur im OFDR-Spektrum (920) auslösenden Stellen eines der anderen Übertragungsmedien (400, 400-n) übereinstimmen.
3. Photonisches Radarsystem (100) nach Anspruch loder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) zumindest teilweise zusätzlich zu dem Übertragungsmedium (400, 400-n), mittels eines Rückübertagungsmediums mit der Detektionseinrichtung der Zentralstation (200) verbunden sind, wobei zwischen dem Übertragungsmedium (400, 400-n) und dem Rückübertragungsmedium eine passive lichtdurchlässige bidirektionale Kopplung existiert, und die Auswerteeinrichtung (640) ausgebildet ist, in dem abgeleiteten OFDR-Spektrum (920) auch Rückstreupulse von den Kopplungen der Rückübertragungsmedien (500, 500-n) mit der Zentralstation (200) zu identifizieren und deren Parameter als Kalibrierungsinformationen abzuspeichern.
4. Photonisches Radarsystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Verteileinrichtung der Zentralstation (200) die bidirektionale optische Eins-zu-Mehrfachverteileinrichtung (251) umfasst.
5. Photonisches Radarsystem (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (600) baulich getrennt von der Zentralstation (200) ausgebildet ist, und mit der Zentralstation (200) bidirektional optisch gekoppelt ist, um den Prüfanteil der Prüfsignal zu der Zentralstation (200) zu übertragen und das rückübertragene Prüfsignal zu empfangen.
6. Photonisches Radarsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (600) baulich getrennt von der Zentralstation (200) ausgebildet ist und die Überwachungseinrichtung (600) die optische bidirektionale Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung (251) umfasst, mit der die Übertragungsmedien (400, 400-n) der Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) verbunden sind, wobei die Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) zusätzlichen mit weiteren optischen Übertragungsmedien (400, 400-n) mit der Zentralstation (200) für ein Übertragen des Trägersignals verbunden sind.
7. Photonisches Radarsystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (640) ausgebildet ist, die zuvor gespeicherten Kalibrierungsinformationen mit den aktuell ermittelten Kalibrierungsinformationen zu vergleichen und bei einer Feststellung von Abweichungen eine Anpassung der Konfiguration und/oder der Kalibration des Radarsystems (100) auszulösen.
8. Verfahren zum Betreiben eines photonischen Radarsystems (100) mit simultaner Mehrpfadüberwachung, wobei das photonische Radarsystem (100) eine Zentralstation (200) und eine Mehrzahl von als Sende- und/oder Empfangsmodul ausgebildeten Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) umfasst, wobei jede der Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) jeweils mit mindestens einem individuellen optischen Übertragungsmedium (400, 400-n) verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Erzeugen eines Prüfsignals, auf das mindestens eine sich konstant monoton ändernde Frequenzrampe moduliert wird,
Aufteilen des Prüfsignals in einen Prüfanteil und einen Referenzanteil, Einkoppeln des Prüfanteils des Prüfsignals in eine optische bidirektionale Eins-zu- Mehrfachsimultanverteileinrichtung (251) um das Prüfsignal zeitgleich zu der Mehrzahl der Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) über die mit ihnen verbunden Übertragungsmedien (400, 400-n) zu übertragen, Zusammenführen der zu der bidirektionalen optischen Eins-zu-Mehrfachsimultanverteileinrichtung (251) zurückübertragenen Prüfsignalanteile zu einem zurückübertragenen Prüfsignal und entweder optisches Überlagern des zurückübertragenen Prüfsignals mit dem Referenzanteil des Prüfsignals zum Bilden eines optischen Differenzsignals, Erfassen des Differenzsignals oder Erfassen des zurückübertragenen Prüfsignals und elektronisches Überlagern des erfassten zurückübertragenen Prüfsignals mit einem elektronischen, den Referenzanteil des Prüfsignals repräsentierenden elektrischen Signals zum Erzeugen des Differenzsignals und Erzeugen eines OFDR-Spektrums (920) sowie Ermitteln von Parametern der mit den Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) korrelierten Strukturen des OFDR-Spektrums (920) und Ablegen der Parameter als Kalibrierungsinformationen in einem Speicher und/oder Ausgebender Kalibrierungsinformationen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Parameter von Strukturen ermittelt und als Kalibrierungsinformationen in dem Speicher (670) abgelegt und/oder ausgegeben werden, die mit Reflexionen oder Rückstreuungen an der Zentralstation (200) korreliert sind, zu der das Prüfsignal über in den Radarkopfeinrichtungen (300, 300-n) lichtdurchlässig mit den Übertragungsmedien gekoppelte Rückübertragungsmedien (500, 500-n) übertragen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zuvor ermittelten Kalibrierungsinformationen aus dem Speicher (670) eingelesen und mit den aktuell ermittelten Kalibrierungsinformationen verglichen werden und bei einer festgestellten Veränderung eine Anpassung der Konfiguration und/oder Kalibration des Radarsystems (100) vorgenommen wird.
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