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DE102023204002A1 - antenna array for a radar sensor - Google Patents

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DE102023204002A1
DE102023204002A1 DE102023204002.6A DE102023204002A DE102023204002A1 DE 102023204002 A1 DE102023204002 A1 DE 102023204002A1 DE 102023204002 A DE102023204002 A DE 102023204002A DE 102023204002 A1 DE102023204002 A1 DE 102023204002A1
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DE
Germany
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angle
subarray
radar sensor
antenna array
antennas
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Pending
Application number
DE102023204002.6A
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German (de)
Inventor
Gor Hakobyan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to CN202410512031.9A priority patent/CN118867698A/en
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Abstract

Antennenarray für einen in Azimut und Elevation winkelauflösenden Radarsensor, mit zwei linearen Subarrays (Tx, Rx) von Antennen (10, 30), die auf zwei nichtparallelen Geraden (Y, G) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Geraden (Y, G) schräg zueinander verlaufen und dass die Apertur eines ersten (TX) der beiden Subarrays in Richtung der Geraden (Y), auf der die Antennen dieses ersten Subarrays liegen, kleiner ist als die Apertur des zweiten Subarrays (RX) in Richtung derselben Geraden (Y).

Figure DE102023204002A1_0000
Antenna array for a radar sensor with angle resolution in azimuth and elevation, with two linear subarrays (Tx, Rx) of antennas (10, 30) which are arranged on two non-parallel straight lines (Y, G), characterized in that the two straight lines (Y, G) run obliquely to one another and that the aperture of a first (TX) of the two subarrays in the direction of the straight line (Y) on which the antennas of this first subarray lie is smaller than the aperture of the second subarray (RX) in the direction of the same straight line (Y).
Figure DE102023204002A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Antennenarray für einen in Azimut und Elevation winkelauflösenden Radarsensor, mit zwei linearen Subarrays von Antennen, die auf zwei nichtparallelen Geraden angeordnet sind.The invention relates to an antenna array for a radar sensor with angle resolution in azimuth and elevation, with two linear subarrays of antennas arranged on two non-parallel straight lines.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Antennenarray für Radarsensoren, die für den Einbau in Kraftfahrzeuge vorgesehen sind und in Verbindung mit einem Fahrerassistenzsystem zur Messung von Abständen, Relativgeschwindigkeiten und Winkeln von Objekten (wie z.B. von anderen Fahrzeugen und Hindernissen) eingesetzt werden.In particular, the invention relates to an antenna array for radar sensors which are intended for installation in motor vehicles and are used in conjunction with a driver assistance system for measuring distances, relative speeds and angles of objects (such as other vehicles and obstacles).

Stand der TechnikState of the art

In Fahrerassistenzsystemen finden zunehmend MIMO-Systeme (MIMO: multiple input, multiple output) Verwendung, bei denen mehrere Sende- und Empfangsantennen eingesetzt werden. Mithilfe des MIMO-Prinzips lassen sich besonders genaue Winkelmessungen vornehmen, wobei die für die Winkelmessung wichtige Antennenapertur (Antennenfläche) virtuell vergrößert wird. Dabei senden mehrere Sendeantennen unbeeinflusst voneinander ihre Signale aus, und diese Signale werden in den Empfangskanälen getrennt. Die virtuelle Vergrößerung der Apertur kommt dadurch zustande, dass der Abstand der Sendeantennen zu den Empfangsantennen unterschiedlich ist und somit rechnerisch so verfahren werden kann, als ob nur eine Sendeantenne vorhanden wäre, aber die Zahl der Empfangsantennen sich vervielfältigt und sich somit virtuell eine größere Antennenapertur ergibt.MIMO systems (MIMO: multiple input, multiple output), which use multiple transmitting and receiving antennas, are increasingly being used in driver assistance systems. The MIMO principle enables particularly precise angle measurements to be made, whereby the antenna aperture (antenna area) that is important for angle measurement is virtually enlarged. Several transmitting antennas send out their signals without being influenced by one another, and these signals are separated in the receiving channels. The virtual enlargement of the aperture is achieved by the fact that the distance between the transmitting antennas and the receiving antennas is different, meaning that calculations can be made as if there were only one transmitting antenna, but the number of receiving antennas is multiplied, thus creating a virtual larger antenna aperture.

Um mehrere Sendeantennen in einer MIMO Konfiguration störungsfrei zu betreiben, sollen die Sendesignale der Sendeantennen am Empfänger eindeutig trennbar sein. Dafür ist ein Multiplexing der Sendesignale, d.h. Trennung der Signale im Frequenz- oder Zeitbereich, oder durch die Verwendung von orthogonalen Codesequenzen notwendig. Die Trennung im Frequenzbereich erfolgt typischerweise dadurch, dass verschiedene Sendeantennen zum gleichen Zeitpunkt verschiedene Frequenzbereiche belegen. Der Nachteil dieser Methode ist die reduzierte verfügbare Bandbreite pro Sendekanal. Die Abstands-Trennfähigkeit eines Radarsystems ist direkt proportional zu seiner Bandbreite, somit sinkt die Abstands-Trennfähigkeit bei konventionellem Frequenzmultiplex.In order to operate multiple transmit antennas in a MIMO configuration without interference, the transmit signals from the transmit antennas must be clearly separable at the receiver. This requires multiplexing the transmit signals, i.e. separating the signals in the frequency or time domain, or using orthogonal code sequences. Separation in the frequency domain is typically achieved by having different transmit antennas occupy different frequency ranges at the same time. The disadvantage of this method is the reduced available bandwidth per transmit channel. The distance separation capability of a radar system is directly proportional to its bandwidth, so the distance separation capability decreases with conventional frequency multiplexing.

Die Trennung der Sendeantennen erfolgt daher häufig im Zeitbereich, d.h. die Antennen senden nacheinander im Zeitmultiplex. Der Nachteil ist hier, dass die Messzeit sich durch die sequenzielle Messung erhöht, und sich Objekte während der erhöhten Messzeit schon deutlich bewegt haben können, was die Genauigkeit vermindert. Außerdem wird bei einem solchen Zeitmultiplex der zeitliche Abstand zwischen zwei sequenziellen Messungen jeweiliger Sendeantenne vergrößert, was zu einer Verringerung des maximal eindeutig messbaren Geschwindigkeitsbereiches führen kann.The separation of the transmitting antennas is therefore often done in the time domain, i.e. the antennas transmit one after the other in time multiplex. The disadvantage here is that the measurement time increases due to the sequential measurement, and objects may have moved significantly during the increased measurement time, which reduces the accuracy. In addition, with such a time multiplex, the time interval between two sequential measurements of the respective transmitting antenna is increased, which can lead to a reduction in the maximum clearly measurable speed range.

Die Verwendung von orthogonalen Codesequenzen ermöglicht die gleichzeitige Operation der Sendeantennen, wobei diese die gleiche Bandbreite verwenden können. Dabei wird die Orthogonalität (bzw. Kreuz-Korrelation) der Codesequenzen von Zeit- und Frequenzverschiebungen des Radarsignals beeinflusst, sodass bei zeit- und frequenzverschobenen Signalen die Trennung zwischen Sendekanälen beeinträchtigt sein kann oder komplett fehlschlagen kann.The use of orthogonal code sequences allows the simultaneous operation of the transmit antennas, whereby they can use the same bandwidth. The orthogonality (or cross-correlation) of the code sequences is influenced by time and frequency shifts of the radar signal, so that with time and frequency shifted signals the separation between transmit channels can be impaired or can fail completely.

Aus DE 10 2018 221 085 A1 ist ein Chirp Sequence Verfahren mit Multiplexing der Sendeantennen bekannt, bei dem es zu einer Verkleinerung des eindeutig messbaren Geschwindigkeitsbereiches kommt. Dabei sind die Signale der Sendeantennen so ausgelegt (z.B. durch eine entsprechend gewählte Reihenfolge im Zeitmultiplex-Betrieb), dass die Phasen der Sendeantennen eine durch den Dopplereffekt bedingte Komponente beinhalten. Die Mehrdeutigkeiten der Geschwindigkeitsschätzung, die durch den Zeit- oder Codemultiplex-Betrieb entstehen, können dann anhand der Phaseninformation der Sendeantennen aufgelöst werden. Jedoch muss diese Auflösung der Geschwindigkeits-Mehrdeutigkeit zusammen mit der Winkelschätzung erfolgen, da die Phasenbeziehungen sowohl von der Geschwindigkeit als auch vom Ortungswinkel des Objekts abhängig sind.Out of DE 10 2018 221 085 A1 A chirp sequence method with multiplexing of the transmitting antennas is known, which results in a reduction of the clearly measurable speed range. The signals from the transmitting antennas are designed in such a way (e.g. by a correspondingly selected sequence in time-division multiplexing) that the phases of the transmitting antennas contain a component caused by the Doppler effect. The ambiguities in the speed estimate that arise from time-division or code-division multiplexing can then be resolved using the phase information from the transmitting antennas. However, this resolution of the speed ambiguity must take place together with the angle estimate, since the phase relationships depend on both the speed and the location angle of the object.

Ein Winkelauflösungsvermögen sowohl im Azimut als auch in Elevation lässt sich erreichen, wenn das Antennenarray mindestens zwei lineare Subarrays aufweist, von denen eines in der Einbaustellung des Radarsensors horizontal und das andere vertikal orientiert ist. Damit eine möglichst hohe Winkelauflösung erreicht wird, sollten die Subarrays eine möglichst große Apertur haben. Die Apertur lässt sich einerseits dadurch vergrößern, dass die Anzahl der Antennen erhöht wird, was jedoch zu einer entsprechenden Erhöhung der Anzahl der Sende- und/oder Empfangskanäle und damit zu einem höheren Rechenaufwand bei der Signalauswertung führt. Wenn man die Apertur vergrößert, ohne die Anzahl der Antennen zu erhöhen, muss man den Abstand zwischen den Antennen vergrößern. Sobald dieser Abstand jedoch größer wird als die Hälfte der Wellenlänge der Radarstrahlung, ist die Beziehung zwischen den Phasen der empfangenen Signale und dem Ortungswinkel bei einem großen Ortungswinkelbereich nicht mehr eindeutig, d.h., es verkleinert sich der Winkelbereich, in dem noch eine eindeutige Winkelschätzung möglich ist. Bei einem MIMO-Radar wird das Antennenarray häufig so ausgelegt, dass man in jeder Dimension (Azimut und Elevation) ein Array, ein Sende- oder Empfangsarray, das eine große Apertur und große Antennenabstände aufweist, mit einem Empfangs- bzw. Sendearray kombiniert, das kleinere Antennenabstände und eine kleinere Apertur aufweist. Das Array mit der großen Apertur ermöglicht dann eine mehrdeutige Winkelschätzung mit hoher Auflösung, während das andere Array eine eindeutige Winkelschätzung mit geringer Auflösung ermöglicht. Wenn man beide Schätzungen kombiniert, lassen sich die Mehrdeutigkeiten in dem hochaufgelösten Winkelspektrum auflösen.Angular resolution in both azimuth and elevation can be achieved if the antenna array has at least two linear subarrays, one of which is oriented horizontally and the other vertically in the installation position of the radar sensor. In order to achieve the highest possible angular resolution, the subarrays should have the largest possible aperture. The aperture can be increased by increasing the number of antennas, but this leads to a corresponding increase in the number of transmit and/or receive channels and thus to a higher computational effort in signal evaluation. If the aperture is increased without increasing the number of antennas, the distance between the antennas must be increased. However, as soon as this distance becomes greater than half the wavelength of the radar radiation, the relationship between the phases of the received signals and the detection angle is no longer clear for a large detection angle range, i.e. the angle range in which a clear angle estimate is still possible is reduced. In a MIMO radar, the antenna array is often designed by combining an array, a transmit or receive array, that has a large aperture and large antenna spacing in each dimension (azimuth and elevation) with a receive or transmit array that has smaller antenna spacing and a smaller aperture. The array with the large aperture then enables an ambiguous angle estimate with high resolution, while the other array enables an unambiguous angle estimate with low resolution. By combining both estimates, the ambiguities in the high-resolution angle spectrum can be resolved.

Auch dieser Ansatz erfordert jedoch einen relativ hohen Rechenaufwand, insbesondere dann, wenn zusammen mit der Winkelschätzung auch eine Auflösung der Geschwindigkeitsmehrdeutigkeiten erfolgen soll, da dann für jede Geschwindigkeits-Hypothese eine komplette zweidimensionale Winkelschätzung notwendig ist.However, this approach also requires a relatively high computational effort, especially if the angle estimation is to be accompanied by a resolution of the velocity ambiguities, since a complete two-dimensional angle estimation is then necessary for each velocity hypothesis.

Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antennenarray zu schaffen, das eine hochaufgelöste zweidimensionale Winkelschätzung mit geringem Rechenaufwand ermöglicht.The object of the invention is to create an antenna array that enables high-resolution two-dimensional angle estimation with low computational effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die beiden Geraden schräg zueinander verlaufen und dass die Apertur eines ersten der beiden Subarrays in Richtung der Geraden, auf der die Antennen dieses ersten Subarrays liegen, kleiner ist als die Apertur des zweiten Subarrays in Richtung derselben Geraden.
Das erfindungsgemäße Antennenarray weist somit nur zwei lineare Subarrays auf, die jedoch nicht orthogonal zueinander orientiert sind, sondern schräg zueinander verlaufen. Dementsprechend sind auch die Ebenen, in denen eine eindimensionale Winkelschätzung stattfindet, nicht zueinander orthogonal, mit der Folge, dass das Ergebnis der Winkelschätzung in einer dieser Ebenen auch Winkelinformation über den Ortungswinkel des Objekts in der anderen Ebene enthält.
This object is achieved according to the invention in that the two straight lines run obliquely to one another and in that the aperture of a first of the two subarrays in the direction of the straight line on which the antennas of this first subarray lie is smaller than the aperture of the second subarray in the direction of the same straight line.
The antenna array according to the invention therefore has only two linear subarrays, which are not oriented orthogonally to one another, but rather run at an angle to one another. Accordingly, the planes in which a one-dimensional angle estimation takes place are also not orthogonal to one another, with the result that the result of the angle estimation in one of these planes also contains angular information about the location angle of the object in the other plane.

Der Radarsensor lässt sich so in ein Fahrzeug einbauen, dass beide Subarrays in einer vertikalen Ebene liegen und die Gerade, auf der das erste Subarray liegt, mit der Horizontalen einen kleineren Winkel bildet als die andere Gerade. Das zweite Subarray ist dann wegen des steileren Verlaufs der zugehörigen Geraden in erster Linie für den Elevationswinkel sensitiv. Da die Objekte, die von einem Radarsensor in einem Kraftfahrzeug erfasst werden müssen, in Elevation über einen wesentlich kleineren Winkelbereich streuen als im Azimut, braucht bei diesem Subarray der Winkelbereich, in dem eindeutige Winkelschätzungen möglich sind, nicht so groß zu sein wie bei dem anderen Array, und man kann folglich Antennenelemente und Rechenaufwand einsparen, indem man dieses Subarray ausdünnt. Wegen seiner großen Apertur und seiner Schrägstellung liefert dieses zweite Subarray aber auch hochaufgelöste Winkelinformation in der Richtung des ersten Subarrays. Zwar ist diese hochaufgelöste Winkelinformation mehrdeutig, doch kann diese Mehrdeutigkeit mit Hilfe des ersten Subarrays aufgelöst werden, das vorwiegend für den Azimutwinkel sensitiv ist und wegen seiner kleineren Apertur zwar ein geringes Auflösungsvermögen aber dafür einen größeren Eindeutigkeits-Winkelbereich hat.The radar sensor can be installed in a vehicle in such a way that both subarrays lie in a vertical plane and the straight line on which the first subarray lies forms a smaller angle with the horizontal than the other straight line. The second subarray is then primarily sensitive to the elevation angle because of the steeper course of the associated straight line. Since the objects that must be detected by a radar sensor in a vehicle scatter over a much smaller angular range in elevation than in azimuth, the angular range in which clear angle estimates are possible does not need to be as large for this subarray as for the other array, and antenna elements and computing effort can therefore be saved by thinning out this subarray. Due to its large aperture and its inclination, this second subarray also provides high-resolution angular information in the direction of the first subarray. Although this high-resolution angular information is ambiguous, this ambiguity can be resolved using the first subarray, which is primarily sensitive to the azimuth angle and, due to its smaller aperture, has a low resolution but a larger unambiguous angular range.

Auf diese Weise gelingt es, mit nur zwei linearen Subarrays, die beide nur eine begrenzte Anzahl von Antennenelementen aufzuweisen brauchen, eindeutige Winkelschätzungen mit hoher Winkelauflösung in beiden Dimensionen auszuführen. Da nur die Signale dieser beiden Subarrays ausgewertet zu werden brauchen, ist der Rechenaufwand beträchtlich reduziert.In this way, it is possible to carry out unambiguous angle estimates with high angular resolution in both dimensions using only two linear subarrays, both of which only need to have a limited number of antenna elements. Since only the signals from these two subarrays need to be evaluated, the computational effort is considerably reduced.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments and further developments of the invention emerge from the subclaims.

Die beiden Subarrays brauchen nicht äquidistant zu sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform liegen die Antennen jedoch jeweils auf einem Gitter, dessen Gitterraster dem Antennenabstand entspricht, der eindeutige Winkelschätzungen in dem geforderten Winkelbereich ermöglicht. In dem Fall kann die Winkelschätzung recheneffizient mittels schneller Fourier-Transformation (FFT) ausgeführt werden.The two subarrays do not need to be equidistant. In an advantageous embodiment, however, the antennas are each located on a grid whose grid spacing corresponds to the antenna spacing, which enables clear angle estimates in the required angle range. In this case, the angle estimation can be carried out computationally efficiently using fast Fourier transformation (FFT).

In einer Ausführungsform ist das Subarray, das auf der steileren Geraden liegt, ein durch Sendeantennen gebildetes Sendearray, während das andere Subarray ein Empfangsarray ist.In one embodiment, the subarray located on the steeper straight line is a transmit array formed by transmit antennas, while the other subarray is a receive array.

Es ist vorteilhaft, wenn das Empfangsarray ein ULA (Uniform Linear Array) ist, da dann mehrere Ziele bereits bei der Auswertung des Winkels getrennt werden können, für den dieses Subarray sensitiv ist.It is advantageous if the receiving array is a ULA (Uniform Linear Array), since then several targets can already be separated by evaluating the angle for which this subarray is sensitive.

In einer speziellen Ausführungsform liegen die Empfangsantennen auf einer horizontalen Geraden, so dass das Empfangsarray unmittelbar für den Azimutwinkel sensitiv ist. Das Sendearray ist dann aufgrund seiner Schrägstellung für einen Mischwinkel sensitiv, der sowohl eine Komponente in Azimutrichtung als auch eine Komponente in Elevationsrichtung enthält.In a special embodiment, the receiving antennas are located on a horizontal line, so that the receiving array is directly sensitive to the azimuth angle. The transmitting array is then sensitive to a mixed angle due to its inclination, which contains both a component in the azimuth direction and a component in the elevation direction.

Der Winkel zwischen den Geraden, auf denen die beiden Subarrays liegen, beträgt vorzugsweise 45° oder weniger.The angle between the lines on which the two subarrays lie is preferably 45° or less.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Radarsensor, der das erfindungsgemäße Antennenarray sowie eine zugehörige Steuer- und Auswertungseinrichtung aufweist.The invention also relates to a radar sensor which has the antenna array according to the invention and an associated control and evaluation device.

In der Steuer- und Auswertungseinrichtung kann ein Chirp Sequence Verfahren implementiert sein. Dabei können die Sendeantennen im Zeitmultiplex oder Codemultiplex betrieben werden. Die dadurch entstehende Geschwindigkeitsmehrdeutigkeit kann gemäß dem Verfahren aufgelöst werden, das in DE 10 2018 221 085 A1 beschrieben wird. Da bei diesem Verfahren für jede der mehreren Geschwindigkeitshypothesen eine Winkelschätzung ausgeführt werden muss, ermöglicht das erfindungsgemäße Antennenarray und die damit erreichte Reduzierung des Rechenaufwands bei der Winkelschätzung eine beträchtliche Effizienzsteigerung.A chirp sequence method can be implemented in the control and evaluation device. The transmitting antennas can be operated in time multiplex or code multiplex. The resulting speed ambiguity can be resolved according to the method described in DE 10 2018 221 085 A1 Since this method requires an angle estimate to be carried out for each of the several velocity hypotheses, the antenna array according to the invention and the resulting reduction in the computational effort in the angle estimation enables a considerable increase in efficiency.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgen die Winkelschätzungen auf der Basis des Sendearrays und des Empfangsarrays in getrennten Schritten. Da die Phasendifferenzen, die sich im Empfangsarray ergeben, von der Geschwindigkeit des Objekts unabhängig sind, braucht die Winkelschätzung in diesem Schritt nur einmal durchgeführt werden. Nur die Winkelschätzung auf der Basis des Sendearrays muss für jede Geschwindigkeitshypothese gesondert erfolgen. Dabei kann jedoch der Rechenaufwand dadurch weiter reduziert werden, dass bereits nach der ersten Winkelschätzung auf der Basis des Empfangsarrays eine Objektdetektion durchgeführt wird, so dass Objekte schon auf der Basis der ersten Winkelschätzung voneinander getrennt werden können und sich somit bei der Winkelschätzung auf der Basis des Sendearrays weniger Mehrziel-Szenarien ergeben.In a particularly advantageous embodiment of the method, the angle estimates based on the transmit array and the receive array are carried out in separate steps. Since the phase differences that arise in the receive array are independent of the speed of the object, the angle estimate only needs to be carried out once in this step. Only the angle estimate based on the transmit array needs to be carried out separately for each speed hypothesis. However, the computational effort can be further reduced by carrying out object detection after the first angle estimate based on the receive array, so that objects can be separated from one another based on the first angle estimate and thus fewer multi-target scenarios arise when estimating the angle based on the transmit array.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Blockdiagramm eines Chirp Sequence MIMO-Radarsensors;
  • 2 Ein Flussdiagramm für ein in dem Radarsensor nach 1 ausführbares Verfahren nach dem Stand der Technik.
  • 3 ein erfindungsgemäßes Antennenarray in einer Frontansicht;
  • 4 das Antennenarray nach 3 und ein vom Radarsensor geortetes Objekt in einer Ansicht aus Richtung der Pfeile III in 2;
  • 5 ein Diagramm zur Erläuterung einer Umrechnung der mit dem Antennenarray nach 2 und 3 erhaltenen Winkelinformation in Azimut- und Elevationswinkel und
  • 6 Ein Flussdiagramm für ein in dem erfindungsgemäßen Radarsensor auszuführendes Verfahren.
In the following, an example of implementation is explained in more detail using the drawing. They show:
  • 1 a block diagram of a Chirp Sequence MIMO radar sensor;
  • 2 A flow chart for a radar sensor according to 1 executable method according to the state of the art.
  • 3 an antenna array according to the invention in a front view;
  • 4 the antenna array after 3 and an object located by the radar sensor in a view from the direction of arrows III in 2 ;
  • 5 a diagram to explain a conversion of the antenna array to 2 and 3 obtained angle information in azimuth and elevation angles and
  • 6 A flow chart for a method to be carried out in the radar sensor according to the invention.

Anhand von 1 und 2 wird zunächst ein Fast-Chirp-MIMO-Radarsystem nach dem Stand der Technik erläutert, bei dem eine Codierung von Sendesignalen mittels Phasenmodulation erfolgt. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Radarsystems und dessen Steuer- und Auswertungseinrichtung, wobei zur Vereinfachung der Darstellung anstelle mehrerer Empfangskanäle nur ein Empfangskanal mit einer Empfangsantenne gezeigt ist. 2 zeigt entsprechende Verfahrensschritte.Based on 1 and 2 First, a state-of-the-art fast-chirp MIMO radar system is explained, in which transmission signals are encoded using phase modulation. 1 shows a schematic of the structure of the radar system and its control and evaluation device, whereby, to simplify the illustration, only one receiving channel with one receiving antenna is shown instead of several receiving channels. 2 shows corresponding procedural steps.

In Schritt S10 erfolgt ein Codieren von gesendeten Signalen. Dabei werden für alle Sendeantennen 10 Folgen von identischen Signalen in Form von Frequenzrampen durch einen HF-Oszillator 14 erzeugt, der von einer Frequenzmodulationseinrichtung 16 gesteuert wird. In jedem der mehreren Sendekanäle moduliert ein jeweiliger Phasenmodulator 18, der einem Verstärker 19 vorgeschaltet ist, die Phasen der Signale 12 gemäß einem jeweiligen Code, der von einem Codegenerator 22 erzeugt wird. Das phasenmodulierte Signal wird über eine Sendeantenne 10 des Sendekanals abgestrahlt.In step S10, transmitted signals are encoded. In this process, sequences of identical signals in the form of frequency ramps are generated for all transmitting antennas 10 by an RF oscillator 14, which is controlled by a frequency modulation device 16. In each of the several transmitting channels, a respective phase modulator 18, which is connected upstream of an amplifier 19, modulates the phases of the signals 12 according to a respective code, which is generated by a code generator 22. The phase-modulated signal is emitted via a transmitting antenna 10 of the transmitting channel.

Es wird ein „fast chirp“-Frequenzmodulationsschema mit einer Folge von relativ „schnellen“ Frequenzrampen verwendet, so dass die Auswertung von Abstand d und Geschwindigkeit v im Wesentlichen unabhängig voneinander erfolgen kann, beispielsweise mittels zweidimensionaler Fourier-Transformation. Insbesondere kann die Dopplerverschiebung innerhalb einer Rampe vernachlässigt werden.A "fast chirp" frequency modulation scheme with a sequence of relatively "fast" frequency ramps is used so that the evaluation of distance d and velocity v can be carried out essentially independently of each other, for example by means of two-dimensional Fourier transformation. In particular, the Doppler shift within a ramp can be neglected.

1 zeigt eine Zusammenfassung der Codes der einzelnen Sendeantennen 10 zu einem Codeblock 26. Der Codeblock 26 ordnet jedem einzelnen Signal einer Sendeantenne 10 einen Codewert A, B, C, ... des betreffenden Codes zu. Der einzelne Codewert definiert eine Phase, mit welcher der Phasenmodulator 18 das Signal moduliert. Zu jeder Position innerhalb des Codes definiert der Codeblock 26 für jede der Sendeantennen 10 einen betreffenden Codewert. Die Anzahl der Codes eines Codeblocks 26 entspricht der Anzahl der Sendeantennen, die gleichzeitig senden. In einer Folge von Code-Instanzen durchläuft für jede Sendantenne 10 die Phasenmodulation die Codewerte des betreffenden Codes. Die Codeblöcke werden identisch wiederholt. Die Codes eines Codeblocks 26 sind orthogonal zueinander. Somit werden die Signale der einzelnen Sendeantennen 10 durch die Codes codiert; die gesendeten Signale sind orthogonal zueinander, um im Empfangskanal eine Signaltrennung zu ermöglichen. 1 shows a summary of the codes of the individual transmitting antennas 10 in a code block 26. The code block 26 assigns a code value A, B, C, ... of the relevant code to each individual signal of a transmitting antenna 10. The individual code value defines a phase with which the phase modulator 18 modulates the signal. For each position within the code, the code block 26 defines a relevant code value for each of the transmitting antennas 10. The number of codes in a code block 26 corresponds to the number of transmitting antennas that are transmitting simultaneously. In a sequence of code instances, the phase modulation runs through the code values of the relevant code for each transmitting antenna 10. The code blocks are repeated identically. The codes in a code block 26 are orthogonal to one another. The signals of the individual transmitting antennas 10 are thus encoded by the codes; the transmitted signals are orthogonal to each other to enable signal separation in the receiving channel.

Nach Reflexion der gesendeten Signale 12 an einem Radarobjekt 28 wird in jedem Empfangskanal das von der betreffenden Empfangsantenne 30 empfangene Signal 32 in einem Mischer 34 mit dem nicht phasenmodulierten Signal des HF-Oszillators 14 gemischt und in einen niederfrequenten Bereich gebracht. Es erfolgt dann in üblicher Weise eine A/D-Wandlung durch einen A/D-Wandler 36.After the transmitted signals 12 are reflected by a radar object 28, the signal 32 received by the relevant receiving antenna 30 is mixed in each receiving channel with the non-phase-modulated signal of the RF oscillator 14 in a mixer 34 and brought into a low-frequency range. An A/D conversion is then carried out in the usual way by an A/D converter 36.

Das empfangene Signal enthält zeitlich verschobene, im Falle eines relativ bewegten Radarobjekts 28 auch frequenzverschobene überlagerte Reflexionen der gesendeten phasenmodulierten Signale 12. Die den unterschiedlichen Code-Instanzen entsprechenden empfangenen Signale 32 werden in einem Demultiplexer 38 getrennt. Für jede Code-Instanz erfolgt dann (Schritt S20) eine Berechnung einer 2D-FFT 40 durch Fouriertransformation in einer ersten Dimension über den Verlauf des einzelnen rampenförmigen Signals und in einer zweiten Dimension über die Folge der aufeinanderfolgenden Codeblöcke 26.The received signal contains temporally shifted, and in the case of a relatively moving radar object 28 also frequency-shifted, superimposed reflections of the transmitted phase-modulated signals 12. The received signals 32 corresponding to the different code instances are separated in a demultiplexer 38. For each code instance, a 2D FFT 40 is then calculated (step S20) by Fourier transformation in a first dimension over the course of the individual ramp-shaped signal and in a second dimension over the sequence of successive code blocks 26.

Das erhaltene 2D-Spektrum entspricht einem Abstands-Geschwindigkeits-Raum, in welchem erfasste Radarobjekte als komplexe Amplitude des Spektrums auftreten. Dabei ist aufgrund des zeitlichen Abstands zwischen aufeinanderfolgenden gleichen Code-Instanzen, d.h. zwischen gleichen Positionen in aufeinanderfolgenden Codeblöcken, die Geschwindigkeit nur innerhalb eines Eindeutigkeitsbereichs bestimmt. Der Eindeutigkeitsbereich, d.h. die Breite des Eindeutigkeitsbereichs, wird durch die Wiederholrate der Codeblöcke bestimmt.The resulting 2D spectrum corresponds to a distance-velocity space in which detected radar objects appear as a complex amplitude of the spectrum. Due to the time interval between consecutive identical code instances, i.e. between identical positions in consecutive code blocks, the speed is only determined within a uniqueness range. The uniqueness range, i.e. the width of the uniqueness range, is determined by the repetition rate of the code blocks.

In einem erhaltenen komplexen 2D-Spektrum erfolgt durch eine Objektdetektionseinrichtung 42 eine Detektion (Schritt S21) von Radarobjekten 28 anhand von Peaks des Spektrums, d.h. anhand der Lage von Maxima an den entsprechenden Abstands- und Geschwindigkeitspositionen. Die Detektierung kann beispielsweise anhand einer nichtkohärenten Integration, etwa einer Summation der Absolutbeträge, der komplexen 2D-Spektren der einzelnen Code-Instanzen erfolgen. Durch diese nicht-kohärente Integration kann Information aus den Teilmessungen entsprechend den Code-Instanzen zusammengeführt werden, so dass die Detektion verbessert wird.In a complex 2D spectrum obtained, an object detection device 42 detects radar objects 28 (step S21) based on peaks of the spectrum, i.e. based on the position of maxima at the corresponding distance and speed positions. The detection can be carried out, for example, using a non-coherent integration, such as a summation of the absolute values, of the complex 2D spectra of the individual code instances. This non-coherent integration can combine information from the partial measurements corresponding to the code instances, so that the detection is improved.

Für ein detektiertes Radarobjekt 28 wird aus der Lage des betreffenden Peaks im (integrierten) zweidimensionalen Spektrum durch einen Geschwindigkeitsschätzer 43 ein Schätzwert für den Abstand d des Radarobjekts, entsprechend einer Abstandsschätzung, (Schritt S22) und ein Schätzwert für die periodisch mehrdeutige Geschwindigkeit v_amb berechnet, entsprechend einer Schätzung der Dopplerverschiebung der Signale (Schritt S24). Das Radarsystem ist für einen Geschwindigkeitsmessbereich ausgelegt, der die Breite v_u des Eindeutigkeitsbereichs übersteigt und beispielsweise ein mehrfaches Breite v_u des Eindeutigkeitsbereichs betragen kann. Die wahre Geschwindigkeit v des Radarobjekts innerhalb des Geschwindigkeitsmessbereichs, für den das Radarsystem ausgelegt ist, kann gleich v_amb sein oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches von v_u von v_amb unterscheiden, etwa beispielsweise einem der Werte v_amb - vu, v_amb, v_amb + vu, v_amb + 2 vu entsprechen.For a detected radar object 28, an estimated value for the distance d of the radar object, corresponding to a distance estimate (step S22), and an estimated value for the periodically ambiguous speed v_amb, corresponding to an estimate of the Doppler shift of the signals (step S24), are calculated from the position of the relevant peak in the (integrated) two-dimensional spectrum by a speed estimator 43. The radar system is designed for a speed measurement range that exceeds the width v_u of the unambiguous range and can, for example, be a multiple of the width v_u of the unambiguous range. The true speed v of the radar object within the speed measurement range for which the radar system is designed can be equal to v_amb or differ from v_amb by an integer multiple of v_u, for example corresponding to one of the values v_amb - vu, v_amb, v_amb + vu, v_amb + 2 vu.

Basierend auf der mehrdeutigen Geschwindigkeitsschätzung v_amb erfolgt nun in unterschiedlichen Verarbeitungszweigen 44 für unterschiedliche Mehrdeutigkeitshypothesen eine Weiterverarbeitung der Signale, wobei jeweils eine Dopplerverschiebung entsprechend derjenigen „wahren“ Geschwindigkeit des Radarobjekts 28 angenommen wird, die sich für die jeweilige Mehrdeutigkeitshypothese ergibt.Based on the ambiguous velocity estimate v_amb, the signals are then further processed in different processing branches 44 for different ambiguity hypotheses, whereby a Doppler shift is assumed in each case corresponding to the “true” velocity of the radar object 28 that results for the respective ambiguity hypothesis.

Basierend auf der jeweils angenommenen Mehrdeutigkeitshypothese für die Geschwindigkeitsschätzung v_amb, also für die jeweils hypothetische „wahre“ Geschwindigkeit des Radarobjekts 28, erfolgt durch eine Dopplerkompensationseinrichtung 46 für die jeweiligen Signale der Code-Instanzen eine Berechnung von Dopplerverschiebungs-kompensierten Signalen (Schritt S30). Dazu wird für die komplexe Amplitude des dem Radarobjekt 28 entsprechenden Peaks im jeweiligen 2D-Spektrum eine Phasenkompensation vorgenommen, die einer Kompensation der für die jeweilige Code-Instanz erwarteten Dopplerverschiebung der Phase entspricht. Je nach Position der Code-Instanz in der gesendeten Signalfolge wird also eine entsprechende, für die hypothetische Geschwindigkeit erwartete Dopplerverschiebung der Phase kompensiert.Based on the respective assumed ambiguity hypothesis for the speed estimate v_amb, i.e. for the respective hypothetical "true" speed of the radar object 28, a Doppler compensation device 46 calculates Doppler shift-compensated signals for the respective signals of the code instances (step S30). For this purpose, a phase compensation is carried out for the complex amplitude of the peak corresponding to the radar object 28 in the respective 2D spectrum, which corresponds to a compensation of the Doppler shift of the phase expected for the respective code instance. Depending on the position of the code instance in the transmitted signal sequence, a corresponding Doppler shift of the phase expected for the hypothetical speed is compensated.

Die Dopplerverschiebungs-kompensierten Signale der Code-Instanzen werden durch einen Dekodierer 48 dekodiert (Schritt S32), indem der Signalvektor mit einer Dekodierungsmatrix multipliziert wird. Ergebnis der Dekodierung ist ein Vektor der den unterschiedlichen Sendeantennen 10 zugeordneten Signalanteile.The Doppler shift-compensated signals of the code instances are decoded by a decoder 48 (step S32) by multiplying the signal vector by a decoding matrix. The result of the decoding is a vector of the signal components assigned to the different transmitting antennas 10.

Die Signalanteile werden einem Winkelschätzer 50 zugeführt, der durch Vergleich mit für jeweilige Winkel erwarteten Signalwerten ein Ergebnis einer Winkelschätzung (sowohl im Azimut als auch in Elevation) sowie eine Güte der Winkelschätzung liefert (Schritt S34). Beispielsweise kann ein Winkelspektrum erhalten werden, in welchem die Höhe eines Peaks bei einem Winkel der Güte der Schätzung dieses Winkels als zutreffender Richtungswinkel des Radarobjekts entspricht.The signal components are fed to an angle estimator 50, which, by comparison with signal values expected for the respective angles, provides a result of an angle estimation (both in azimuth and in elevation) as well as a quality of the angle estimation (step S34). For example, an angle spectrum can be obtained in which the height of a peak at an angle of the quality of the Estimation of this angle as the correct heading angle of the radar object.

In den Verarbeitungszweigen 44 werden somit die Ergebnisse der jeweiligen Winkelschätzungen und die dazugehörigen Güten der Winkelschätzungen erhalten. Die Schritte S30 bis S34 werden somit für die jeweiligen Mehrdeutigkeitshypothesen jeweils ausgeführt.The results of the respective angle estimates and the associated qualities of the angle estimates are thus obtained in the processing branches 44. The steps S30 to S34 are thus carried out for the respective ambiguity hypotheses.

Eine Auswahleinrichtung 52 wählt aus den Ergebnissen der Winkelschätzungen die Winkelschätzung mit einer höchsten Güte aus (Schritt S36). Die entsprechende Mehrdeutigkeitshypothese wird dann als zutreffend bestimmt, und es wird ein eindeutiger Schätzwert für die Relativgeschwindigkeit v des Radarobjekts 28 innerhalb des Geschwindigkeitsmessbereichs, für den das Radarsystem ausgelegt ist, bestimmt (Schritt S38).A selection device 52 selects the angle estimate with the highest quality from the results of the angle estimates (step S36). The corresponding ambiguity hypothesis is then determined to be correct, and a unique estimate is determined for the relative speed v of the radar object 28 within the speed measurement range for which the radar system is designed (step S38).

Somit wird für das Radarobjekt 28 eine Abstandsschätzung, eine Winkelschätzung und eine eindeutige Geschwindigkeitsschätzung erhalten. Für jedes detektierte Radarobjekt 28 werden die Schritte S22 bis S38 ausgeführt, da für jedes Radarobjekt eine eigene Dopplerschätzung vorzunehmen ist.Thus, a distance estimate, an angle estimate and a unique speed estimate are obtained for the radar object 28. Steps S22 to S38 are carried out for each detected radar object 28, since a separate Doppler estimate must be made for each radar object.

Das oben beschriebene Verfahren lässt sich erheblich vereinfachen, wenn die Sendeantennen 10 und die Empfangsantennen 30 ein planares Antennenarray 54 bilden, das beispielsweise die in 3 gezeigte Form hat. In diesem Beispiel bilden vier Sendeantennen 10 ein lineares Subarray, das im Folgenden als Sendearray Tx bezeichnet werden soll. Alle Sendeantennen 10 liegen auf einer Geraden G. Vier Empfangsantennen 30 bilden ein weiteres Subarray, das im Folgenden als Empfangsarray Rx bezeichnet werden soll. Auch das Empfangsarray Rx ist linear, d.h., die Empfangsantennen 30 liegen auf einer Geraden Y.The method described above can be considerably simplified if the transmitting antennas 10 and the receiving antennas 30 form a planar antenna array 54, which, for example, has the 3 shown. In this example, four transmitting antennas 10 form a linear subarray, which will be referred to below as the transmitting array Tx. All transmitting antennas 10 lie on a straight line G. Four receiving antennas 30 form a further subarray, which will be referred to below as the receiving array Rx. The receiving array Rx is also linear, ie the receiving antennas 30 lie on a straight line Y.

Das gesamte Antennenarray 54 ist auf der Oberfläche einer Platine 56 angeordnet, die, wenn der Radarsensor in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, so orientiert ist, dass ihre seitlichen Kanten vertikal und ihre oberen und unteren Kanten horizontal verlaufen. Die Gerade Y verläuft parallel zu den oberen und unteren Kanten der Platine 56 und verläuft somit in Einbaustellung ebenfalls horizontal, während die Gerade G schräg verläuft und mit der Geraden Y einen Winkel von etwas weniger als 45° bildet.The entire antenna array 54 is arranged on the surface of a circuit board 56 which, when the radar sensor is installed in a motor vehicle, is oriented such that its side edges run vertically and its upper and lower edges run horizontally. The straight line Y runs parallel to the upper and lower edges of the circuit board 56 and thus also runs horizontally in the installed position, while the straight line G runs obliquely and forms an angle of slightly less than 45° with the straight line Y.

Das Empfangsarray Rx ist ein ULA, so dass im gesamten Ortungswinkelbereich von beispielsweise -80° bis +80° eindeutige Winkelschätzungen im Azimut vorgenommen werden können, allerdings nur mit relativ geringer Auflösung, da die Apertur des Empfangsarray Rx relativ klein ist. Die Winkelspektren für diese Winkelschätzungen lassen sich mittels FFT sehr recheneffizient ausführen.The receiving array Rx is a ULA, so that clear angle estimates in azimuth can be made over the entire detection angle range of, for example, -80° to +80°, but only with relatively low resolution, since the aperture of the receiving array Rx is relatively small. The angle spectra for these angle estimates can be carried out very efficiently using FFT.

Das Sendearray Tx hat eine wesentlich größere Apertur und erstreckt sich über die gesamte Diagonale der rechteckigen Platine 56. Die Abstände zwischen den Phasenzentren der Sendeantennen 10 sind ungleichmäßig, liegen jedoch auf einem regelmäßigen Gitter, dessen Gitterpunkte beispielsweise die gleichen Abstände haben können wie die Abstände zwischen den Empfangsantennen 30. Auch eine der Empfangsantennen 30 liegt auf dem Gitter des Sendearrays Tx.The transmitting array Tx has a much larger aperture and extends over the entire diagonal of the rectangular board 56. The distances between the phase centers of the transmitting antennas 10 are uneven, but lie on a regular grid, the grid points of which can, for example, have the same distances as the distances between the receiving antennas 30. One of the receiving antennas 30 is also located on the grid of the transmitting array Tx.

Die Phasenbeziehungen zwischen den Signalen, die von verschiedenen Sendeantennen 10 gesendet und mit derselben Empfangsantenne 30 empfangen werden, sind vom Ortungswinkel des jeweils georteten Objekts in der Richtung abhängig, in der die Gerade G verläuft.The phase relationships between the signals transmitted by different transmitting antennas 10 and received with the same receiving antenna 30 depend on the location angle of the respective located object in the direction in which the straight line G runs.

4 zeigt die Platine 56 in einer Seitenansicht aus Richtung der Pfeile III in 3. Die Blickrichtung ist rechtwinklig zu der Geraden G, die in 4 ebenfalls eingezeichnet ist. Eine Gerade X geht nicht durch den Schnittpunkt der Geraden G und Y und steht senkrecht auf der Ebene der Platine. Diese Gerade X definiert die optische Achse des Radarsensors. Weiterhin ist in 4 ein geortetes Objekt 28 dargestellt. Der Sehstrahl vom Koordinatenursprung (Schnittpunkt der Geraden G, Y und X) zu dem Objekt 28 bildet mit der Geraden X einen Winkel δ, der mittels des Sendearrays Tx gemessen werden kann. Das heißt, das Sendearray ist sensitiv für Winkel in der Ebene, die durch die Geraden G und X aufgespannt wird. Wenn die Radarmessung für das Objekt 28 den Abstand d ergibt, so ist der Abstand dieses Objekts von der Geraden X gleich d sin(δ). 4 shows the board 56 in a side view from the direction of arrows III in 3 . The viewing direction is perpendicular to the line G, which in 4 is also shown. A straight line X does not pass through the intersection of the straight lines G and Y and is perpendicular to the plane of the board. This straight line X defines the optical axis of the radar sensor. Furthermore, in 4 a located object 28 is shown. The line of sight from the coordinate origin (intersection of the lines G, Y and X) to the object 28 forms an angle δ with the line X, which can be measured using the transmitting array Tx. This means that the transmitting array is sensitive to angles in the plane spanned by the lines G and X. If the radar measurement for the object 28 results in the distance d, the distance of this object from the line X is equal to d sin(δ).

In 5 ist das Gesichtsfeld des Radarsensors für einen gegebenen Objektabstand d cos(δ) (in der Richtung X) in einem Koordinatensystem mit Koordinatenachsen y und z angegeben. Die Achse y entspricht der Geraden Y in 3 und die Achse z ist die Vertikale am Koordinatenursprung. Die Gerade g in 5 ist die Projektion der Geraden G in 3 auf das Gesichtsfeld. Die Gerade g ist mit einer Längenskala versehen, die angibt, welchen Abstand die Punkte aus dieser Geraden von der Achse x haben.In 5 the field of view of the radar sensor for a given object distance d cos(δ) (in the direction X) is given in a coordinate system with coordinate axes y and z. The axis y corresponds to the straight line Y in 3 and the axis z is the vertical at the origin. The line g in 5 is the projection of the line G into 3 on the field of view. The line g is provided with a length scale that indicates the distance of the points on this line from the x-axis.

Es wird angenommen, dass die Breite des Gesichtsfeldes im Azimut von -80° bis +80° reicht und die Höhe des Gesichtsfeldes in Elevation von -20° bis + 40°. Die y-Koordinaten der linken und rechten Ränder des Gesichtsfeldes sind dann d sin(-80°) und d sin(+80°), und entsprechend sind die z-Koordinaten des unteren und oberen Randes des Gesichtsfeldes d sin(-20°) und d sin(+40°). Das Objekt 28 wird in der von den Geraden G und X aufgespannten Ebene unter dem Winkel δ geortet. Wenn α der Azimutwinkel des Objekts ist und ε der Elevationswinkel, so sind die kartesischen Koordinaten des Objekts 28 in 5 gegeben durch y = d sin(α) und z = d sin(ε). Anhand dieser Beziehungen lässt sich der mittels des Sendearrays Tx gemessene Winkel in der G-X-Ebene in den Azimutwinkel α und den Elevationswinkel ε umrechnen.It is assumed that the width of the field of view in azimuth ranges from -80° to +80° and the height of the field of view in elevation ranges from -20° to + 40°. The y-coordinates of the left and right edges of the field of view are then d sin(-80°) and d sin(+80°), and correspondingly the z-coordinates of the lower and upper edges of the field of view are d sin(-20°) and d sin(+40°). The object 28 is positioned in the plane spanned by the lines G and X. plane at the angle δ. If α is the azimuth angle of the object and ε is the elevation angle, the Cartesian coordinates of the object 28 in 5 given by y = d sin(α) and z = d sin(ε). Using these relationships, the angle measured by the transmit array Tx in the GX plane can be converted into the azimuth angle α and the elevation angle ε.

Die Abstände zwischen den Sendeantennen 10 im Sendearray Tx bestimmen den Winkelbereich in der Richtung der Gerade G, in dem die Messungen des Winkels δ eindeutig sind. Diese Abstände sind so gewählt, dass der Eindeutigkeitsbereich (längs der Geraden g in 5) die gesamte Höhe des Gesichtsfeldes abdeckt. Die Messungen des Elevationswinkels ε sind deshalb eindeutig. Die Messungen des Azimutwinkels α sind dagegen mehrdeutig, da der Eindeutigkeitsbereich auf der Geraden G nicht die gesamte Breite des Gesichtsfeldes abdeckt. Die Messung des Azimutwinkels α auf der Basis des Sendearrays Tx ist somit mehrdeutig aber hoch aufgelöst. Zusätzlich kann der Azimutwinkel α auch mit Empfangsarray Rx gemessen werden. Diese Messungen sind zwar wegen der kleineren Apparatur geringer aufgelöst, aber sie sind eindeutig und ermöglichen es deshalb, unter den hochaufgelösten mehrdeutigen Werten den richtigen Azimutwinkel auszuwählen. Auf diese Weise erhält man letztlich hochaufgelöste und eindeutige Winkeldaten sowohl im Azimut als auch in Elevation.The distances between the transmitting antennas 10 in the transmitting array Tx determine the angular range in the direction of the straight line G in which the measurements of the angle δ are unambiguous. These distances are chosen so that the unambiguous range (along the straight line g in 5 ) covers the entire height of the field of view. The measurements of the elevation angle ε are therefore unambiguous. The measurements of the azimuth angle α, on the other hand, are ambiguous because the unambiguous range on the straight line G does not cover the entire width of the field of view. The measurement of the azimuth angle α based on the transmit array Tx is therefore ambiguous but high-resolution. In addition, the azimuth angle α can also be measured with the receive array Rx. These measurements have a lower resolution due to the smaller apparatus, but they are unambiguous and therefore make it possible to select the correct azimuth angle from the high-resolution ambiguous values. In this way, high-resolution and unambiguous angle data is ultimately obtained in both azimuth and elevation.

Das anhand von 2 beschriebene Verfahren zur Auflösung der Geschwindigkeitsmehrdeutigkeit und zur zweidimensionalen Winkelschätzung kann nun ersetzt werden durch ein weniger aufwändiges Verfahren, das in 6 als Flussdiagramm dargestellt ist. Die Schritte S10 bis S22 in 6 sind identisch mit den entsprechenden Schritten in 2. Auf den Schritt S22 folgt nun jedoch ein Schritt S22a der Winkelschätzung auf der Basis des Empfangsarrays Rx. Da die von der aktiven Sendeantenne 10 gesendeten und dann von den Empfangsantennen 30 empfangenen Signale gleichzeitig am Objekt reflektiert werden , ist der Phasenfortschritt von Empfangsantenne zu Empfangsantenne nur vom Azimutwinkel aber nicht von der Geschwindigkeit des Objekts abhängig. Die Kenntnis der Relativgeschwindigkeit ist deshalb an dieser Stelle noch nicht erforderlich. Die Winkeleschätzung in Schritt S22a erfordert nur eine einzig FFT je Objekt.The based on 2 The procedure described for resolving the velocity ambiguity and for two-dimensional angle estimation can now be replaced by a less complex procedure that is 6 is shown as a flow chart. The steps S10 to S22 in 6 are identical to the corresponding steps in 2 . However, step S22 is now followed by a step S22a of angle estimation based on the receiving array Rx. Since the signals transmitted by the active transmitting antenna 10 and then received by the receiving antennas 30 are simultaneously reflected by the object, the phase progression from receiving antenna to receiving antenna is only dependent on the azimuth angle and not on the speed of the object. Knowledge of the relative speed is therefore not yet required at this point. The angle estimation in step S22a requires only a single FFT per object.

In Schritt S22b erfolgt dann eine erneute Objektdetektion, um Objekte, die sich im Azimutwinkel unterscheiden, voneinander zu trennen, so dass sich die Anzahl der aufwändiger zu behandelnden Mehrzielszenarien verringert.In step S22b, object detection is then carried out again in order to separate objects that differ in azimuth angle, so that the number of multi-target scenarios that require more complex handling is reduced.

Die darauf folgenden Schritte S24 bis S32 sind wieder identisch mit den entsprechenden Schritten in 2, nur dass sich wegen der Objekttrennung möglicherweise die Zahl der Ziele vergrößert hat.The following steps S24 to S32 are again identical to the corresponding steps in 2 , except that the number of targets may have increased due to object separation.

In Schritt S34a erfolgt dann für jede Geschwindigkeitshypothese eine Winkelschätzung auf der Basis des Sendearrays Tx. Im Unterschied zu Schritt S34 in 2 erfordert diese Winkelschätzung jedoch nur eine einzige FFT, die wenig Rechenaufwand erfordert. Je größer die Zahl der Geschwindigkeitshypothesen, desto größer ist die Ersparnis an Rechenaufwand.In step S34a, an angle estimate is then made for each speed hypothesis on the basis of the transmit array Tx. In contrast to step S34 in 2 However, this angle estimation requires only a single FFT, which requires little computational effort. The larger the number of velocity hypotheses, the greater the saving in computational effort.

In den Schritten S36 und S38 wird dann die Winkelschätzung mit der höchsten Güte ausgewählt und damit ein eindeutiger Wert für die Relativgeschwindigkeit bestimmt.In steps S36 and S38, the angle estimate with the highest quality is then selected and a unique value for the relative velocity is determined.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102018221085 A1 [0007, 0021]DE 102018221085 A1 [0007, 0021]

Claims (14)

Antennenarray für einen in Azimut und Elevation winkelauflösenden Radarsensor, mit zwei linearen Subarrays (Tx, Rx) von Antennen (10, 30), die auf zwei nichtparallelen Geraden (Y, G) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Geraden (Y, G) schräg zueinander verlaufen und dass die Apertur eines ersten (TX) der beiden Subarrays in Richtung der Geraden (Y), auf der die Antennen dieses ersten Subarrays liegen, kleiner ist als die Apertur des zweiten Subarrays (RX) in Richtung derselben Geraden (Y).Antenna array for a radar sensor with angle resolution in azimuth and elevation, with two linear subarrays (Tx, Rx) of antennas (10, 30) which are arranged on two non-parallel straight lines (Y, G), characterized in that the two straight lines (Y, G) run obliquely to one another and that the aperture of a first (TX) of the two subarrays in the direction of the straight line (Y) on which the antennas of this first subarray lie is smaller than the aperture of the second subarray (RX) in the direction of the same straight line (Y). Antennenarray nach Anspruch 1, bei dem dass das Subarray (Tx) auf der in der Einbaustellung des Radarsensors steileren Geraden (G) eine größere Apertur hat als das andere Subarray (Rx).antenna array according to claim 1 , in which the subarray (Tx) on the steeper straight line (G) in the installation position of the radar sensor has a larger aperture than the other subarray (Rx). Antennenarray nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Antennen (10, 30) mindestens eines der beiden Subarrays (Tx, Rx) auf einem regelmäßigen Gitter liegen.antenna array according to claim 1 or 2 , in which the antennas (10, 30) of at least one of the two subarrays (Tx, Rx) are located on a regular grid. Antennenarray nach Anspruch 3, bei dem mindestens eines der beiden Subarrays (Tx, Rx) ein ULA ist.antenna array according to claim 3 , in which at least one of the two subarrays (Tx, Rx) is a ULA. Antennenarray nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Subarray (Tx), das auf der steileren Geraden (G) liegt, ein durch Sendeantennen (30) gebildetes Sendearray ist, während das andere Subarray (Rx) ein Empfangsarray ist.Antenna array according to one of the preceding claims, in which the subarray (Tx) lying on the steeper straight line (G) is a transmitting array formed by transmitting antennas (30), while the other subarray (Rx) is a receiving array. Antennenarray nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gerade (Y), auf der das Subarray (Rx) mit der kleineren Apertur liegt, in Einbaustellung des Radarsensors horizontal verläuft.Antenna array according to one of the preceding claims, in which the straight line (Y) on which the subarray (Rx) with the smaller aperture lies runs horizontally in the installed position of the radar sensor. Antennenarray nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Winkel (γ) zwischen den beiden Geraden (Y, G) 45° oder weniger beträgt.Antenna array according to one of the preceding claims, wherein the angle (γ) between the two straight lines (Y, G) is 45° or less. Radarsensor, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Antennenarray (54) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Radar sensor, in particular for motor vehicles, with an antenna array (54) according to one of the preceding claims. Radarsensor nach Anspruch 8, mit einer Steuer- und Auswertungseinrichtung, die für ein Chirp-Sequence-Radarmessverfahren ausgelegt ist.radar sensor after claim 8 , with a control and evaluation device designed for a chirp sequence radar measurement method. Radarsensor nach Anspruch 9, bei dem die Steuer- und Auswertungseinrichtung für ein Verfahren ausgelegt ist, bei dem die Sendeantennen (10) im Multiplex betrieben werden und dadurch entstehende Mehrdeutigkeiten in der Messung der Relativgeschwindigkeit im Zuge einer Winkelschätzung aufgelöst werden.radar sensor after claim 9 , in which the control and evaluation device is designed for a method in which the transmitting antennas (10) are operated in multiplex and ambiguities resulting therefrom in the measurement of the relative speed are resolved in the course of an angle estimation. Radarsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Steuer- und Auswertungseinrichtung für ein Verfahren ausgelegt ist, bei dem eine eindeutige Schätzung eines ersten Winkels mit kleiner Apertur aus dem ersten Subarray und eine Schätzung eines gemischten Winkels aus zweiten Subarray vorgenommen werden, wobei die Anteile im gemischten Winkel aus dem ersten Winkel mehrdeutig erfasst werden und die zwei Winkel so miteinander verrechnet werden, dass sich im Ergebnis eine eindeutige und hochauflösende Schätzung des ersten Winkels und eine eindeutige Schätzung des zweiten Winkels ergibt.Radar sensor according to one of the Claims 8 until 10 , in which the control and evaluation device is designed for a method in which an unambiguous estimate of a first angle with a small aperture from the first subarray and an estimate of a mixed angle from the second subarray are made, wherein the components in the mixed angle from the first angle are detected ambiguously and the two angles are offset against one another in such a way that the result is an unambiguous and high-resolution estimate of the first angle and an unambiguous estimate of the second angle. Radarsensor nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Subarray (Rx), das in Einbaustellung des Radarsensors weniger zur Horizontalen geneigt ist, ein Empfangsarray ist und bei dem eine Winkelschätzung auf der Basis des Empfangsarrays unabhängig von der mehrdeutigen Geschwindigkeitsbestimmung erfolgt.radar sensor after claim 10 or 11 in which the subarray (Rx), which is less inclined to the horizontal in the installation position of the radar sensor, is a receiving array and in which an angle estimate is made on the basis of the receiving array independently of the ambiguous speed determination. Radarsensor nach Anspruch 12, bei dem nach der Winkelschätzung auf der Basis des Empfangsarrays (Rx) und vor der mehrdeutigen Geschwindigkeitsbestimmung eine Objektdetektion und Objekttrennung erfolgt.radar sensor after claim 12 , in which object detection and object separation takes place after the angle estimation based on the receiving array (Rx) and before the ambiguous velocity determination. Kraftfahrzeug mit einem Radarsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 13.Motor vehicle with a radar sensor according to one of the Claims 8 until 13 .
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