DE102023204002A1 - antenna array for a radar sensor - Google Patents
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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). 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).
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
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
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 nach1 ausführbares Verfahren nach dem Stand der Technik. -
3 ein erfindungsgemäßes Antennenarray in einer Frontansicht; -
4 das Antennenarray nach3 und ein vom Radarsensor geortetes Objekt in einer Ansicht aus Richtung der Pfeile III in2 ; -
5 ein Diagramm zur Erläuterung einer Umrechnung der mit dem Antennenarray nach2 und3 erhaltenen Winkelinformation in Azimut- und Elevationswinkel und -
6 Ein Flussdiagramm für ein in dem erfindungsgemäßen Radarsensor auszuführendes Verfahren.
-
1 a block diagram of a Chirp Sequence MIMO radar sensor; -
2 A flow chart for a radar sensor according to1 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 after3 and an object located by the radar sensor in a view from the direction of arrows III in2 ; -
5 a diagram to explain a conversion of the antenna array to2 and3 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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
In
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
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
Das anhand von
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
In Schritt S34a erfolgt dann für jede Geschwindigkeitshypothese eine Winkelschätzung auf der Basis des Sendearrays Tx. Im Unterschied zu Schritt S34 in
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]
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| DE102024202901B3 (en) * | 2024-03-27 | 2025-08-21 | Zf Friedrichshafen Ag | Computing device for evaluating radar data from at least one MIMO radar sensor with a non-uniform antenna array |
| DE102024205957A1 (en) * | 2024-06-26 | 2025-12-31 | Zf Friedrichshafen Ag | Computing device for evaluating radar data from at least one MIMO radar sensor with a non-uniform antenna array |
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| DE102018221085A1 (en) | 2018-12-06 | 2020-06-10 | Robert Bosch Gmbh | Ambiguity resolution for MIMO radar system |
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2024
- 2024-04-26 CN CN202410512031.9A patent/CN118867698A/en active Pending
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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