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WO2017118632A1 - Radarsensor - Google Patents

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WO2017118632A1
WO2017118632A1 PCT/EP2017/050085 EP2017050085W WO2017118632A1 WO 2017118632 A1 WO2017118632 A1 WO 2017118632A1 EP 2017050085 W EP2017050085 W EP 2017050085W WO 2017118632 A1 WO2017118632 A1 WO 2017118632A1
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WO
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signals
radar sensor
signal
sensor according
radar
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2017/050085
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Von Rhein
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.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella KGaA Huek and Co
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hella KGaA Huek and Co filed Critical Hella KGaA Huek and Co
Priority to US16/067,712 priority Critical patent/US20190004146A1/en
Priority to CN201780005883.7A priority patent/CN108431628B/zh
Publication of WO2017118632A1 publication Critical patent/WO2017118632A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a radar sensor, in particular a radar sensor for a motor vehicle.
  • radar sensors are being used more and more frequently. Such radar sensors are used for example in driver assistance systems, for example, to reliably detect oncoming vehicles already at greater distances and to determine their position and speed as accurately as possible. Radar sensors are also used to monitor the surrounding environment of the motor vehicle.
  • the various currently known radar systems differ, for example, in their type of frequency modulation.
  • the aim of the work is to dissolve the partly empty and in some places densely occupied 3D measuring space with the axes R, v and phi in a complex environment.
  • the resolution focus can be set quite differently.
  • VCO Voltage Controlled Oscillators
  • MMICs can usually be roughly changed in the tuning frequency via a coarse control signal.
  • the actual modulation is then carried out via a fine control signal.
  • the echo the received signal, generated at targets / objects is subjected to a Fourier analysis: high energy at different frequency positions in this received spectrum means a high probability of a true target at this frequency point, the so-called bin.
  • a better target separation is provided by the "fast-chirp-sequence" variant, where a large number of fast chirps are emitted, first of which the receive signals are Fourier-transformed per chirp and then these 1 D-spectra are transformed over the chirp number (2D Fourier analysis).
  • the distance along the first axis of this 2D-R, v spectrum and the velocity along the second axis can be read, with only unique R, v positions.
  • DAC or PLL chirp generation units
  • the chirp generation units in connection with or in the MMIC quickly reach their limits. Chirp quality parameters such as noise or linearity will suffer. Also, the high bandwidth can not be covered by the Fine control input.
  • An embodiment of the invention relates to a radar sensor with a signal generating device which generates a series of output signals for generating a radiated radar signal, with a signal receiving device for receiving and processing reflected radar signals as received signals, which are further processed to evaluate the received received signals, wherein a series of a start frequency rising voltage signals is generated as output signals, wherein the corresponding received signals are evaluated by means of Fourier analysis, wherein the output signals have a modulated start frequency.
  • a modulated start frequency means that the start frequency is not the same for the respective output signals, but varies, as it increases, increases linearly, increases in steps, etc.
  • a distance of an object is determined from the Fourier analysis in the direction of the dimension of the voltage signal. So just the distance can be determined.
  • the angle of the object can be determined by means of a two-dimensional maximum detection and with the aid of a phase comparison or by means of digital beamforming or high-resolution beamforming of a plurality of antennas.
  • the angle and thus the current position can be completely determined.
  • the output signals have the same start value and a same final value, and preferably from F_c-f_band / 2 to F_c + f_band / 2.
  • F_c defines an average and f_band the bandwidth of the signal.
  • the output signals have a starting value increasing from output signal to output signal and an increasing end value. This ensures that the rising signals are different from each other, which serves the improved resolution.
  • the intermediate output signals have a start value and / or end value which is the same as the predecessor signal.
  • the voltage signals rise linearly, for example, with the next but one successive voltage signals each being offset on the voltage axis, so that the centers of individual voltage signals in turn increase substantially linearly.
  • voltage signals which correspond to the predecessor signal and are not provided with an increasing initial value.
  • the received reflected radar signals are transformed by means of mixers in a lower intermediate frequency and then scanned. Accordingly, it is also advantageous if the sampled signal is used for further processing.
  • An embodiment of the invention relates to a method for operating a radar sensor according to the above description.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating output signals
  • FIG. 3 is an illustration for explaining a processing of received signals due to the transmission signals of FIG. 2;
  • FIG. 5 is an illustration for explaining processing of received signals due to the transmission signals of FIG. 4;
  • Fig. 6 is a diagram showing output signals
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a processing of received signals due to the transmission signals of FIG. 6.
  • FIG. 1 shows a further configuration of a controller 10, which is designed as a voltage-controlled oscillator 11 by means of a phase-locked loop. Due to the input signal 12 can be controlled by means of the voltage controlled oscillator 11 such that a desired output signal 13 results as a Tx signal of the radar sensor.
  • the voltage-controlled oscillator 11 may be part of a monolithic microwave circuit. This is also known as MMIC. By specifying the shape of the voltage signals, the monolithic microwave circuit with the voltage-controlled oscillator, the corresponding voltage signals, also called chirp generate.
  • FIG. 2 shows an example of an output signal with a plurality of rising voltage signals 30.
  • the time interval of the rising voltage signals 30 is T_Chirp_Chirp.
  • the voltage signal increases from F_c_f_band / 2 to F_c + f_band / 2. There are shown a number of N-1 such rising signals.
  • FIG. 3 shows a representation of how a distance and velocity determination can be made from a 2-dimensional fast Fourier transformation.
  • both the distance R and the velocity v are determined from the 2-dimensional fast Fourier transformation of the rising voltage signals.
  • the angle of the object can be determined by means of a phase comparison of several antennas.
  • the voltage signals rise substantially linearly, wherein successive voltage signals are offset in each case on the voltage axis, so that the centers of individual voltage signals in turn increase substantially linearly.
  • the first voltage signal runs there at ⁇ substantially linearly increasing from F_c-f_band / 2 to F_c + f_band / 2.
  • FIG. 5 again shows a representation of how a distance and velocity determination can be made from a 2-dimensional fast Fourier transformation.
  • both the distance R and the velocity v are determined from the 2-dimensional fast Fourier transformation of the rising voltage signals according to FIG.
  • the angle of the object can be determined by means of a phase comparison of several antennas.
  • the voltage signals are alternately voltage signals similar to Figure 2 and similar to Figure 4.
  • the voltage signals rise substantially linearly, with the next but one successive voltage signals each offset on the voltage axis, so that the centers of individual voltage signals in turn increase substantially linearly. In between there are arranged voltage signals which correspond to the predecessor signal and are not provided with an increasing initial value.
  • Another form of rising voltage signals are the chirp following ramps, as shown for example in FIG.
  • the individual rising voltage signals also called chirps, cover a usable bandwidth of, for example, about 200 MHz. Within this useful bandwidth the received data are scanned in the IF band.
  • the Fourier transform along the conversion data of a chirp gives a 1 D range spectrum. If a plurality of chirp sequences, such as, for example, 128 such chirp sequences, are transmitted one after the other, a Fourier transformation can again be carried out along one rangebin.
  • the result of the 2D spectrum gives a 2D-Rv image, see Figure 3.
  • Known chirp generators can well generate chirp band widths of up to 500 MHz. If the chirp bandwidth is increased, the chirp quality suffers. Similarly, as the bandwidth increases, the sample rate of the ADC converters must be significantly increased or the chirp slope must be mitigated. As a result, more data is collected or worse measurement parameters, such as speed ambiguity, are achieved.
  • chirp generators according to the invention can generate approximately arbitrary chirp sequences by means of intelligent and programmable PLL modules. Nevertheless, these chirp forms are subject to certain limits. The bandwidth of the individual chirps should not be too big.
  • the swept bandwidth of the underlying slow chirp is rather large, such as 800 MHz. These two parameters completely cover the 1 GHz band at 76.5 GHz center frequency.
  • the parameters are also to vary. If the individual chirp is left at 200 MHz, the center frequency set to 79 GHz and the slow chirp bandwidth to 3800 MHz, a high-resolution range kappa image is obtained, see FIG. 5.
  • the speed measurement capability can be achieved relatively easily by the variant in FIG. In FIG. 6, two successive chirps have the same start frequency.
  • the following block of 2 can connect directly with staggered start frequency, see Figure 6 or with a break of, for example, one
  • T_pause T_Chirp_Chirp in between.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Radarsensor mit einer Signalerzeugungseinrichtung, welche eine Folge von Ausgangssignalen erzeugt zur Erzeugung eines abgestrahlten Radarsignals, mit einem Signalempfangseinrichtung zum Empfang und zur Verarbeitung reflektierter Radarsignale als Empfangssignale, welche zur Auswertung der empfangenen Empfangssignale weiterverarbeitet werden, wobei eine Reihe von ab einer Startfrequenz ansteigenden Spannungssignalen als Ausgangssignale erzeugt wird, wobei die entsprechenden Empfangssignale mittels Fourieranalyse ausgewertet werden, wobei die Ausgangssignale eine modulierte Startfrequenz aufweisen.

Description

Radarsensor
Beschreibung Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Radarsensor, wie insbesondere einen Radarsensor für ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
In Kraftfahrzeugen werden Radarsensoren immer häufiger eingesetzt. Solche Radarsensoren werden beispielsweise bei Fahrerassistenzsystemen eingesetzt, um beispielsweise entgegenkommende Fahrzeuge bereits bei größerer Distanz sicher zu erkennen und deren Position und Geschwindigkeit möglichst genau bestimmen zu können. Auch werden Radarsensoren eingesetzt, um das nähere Umfeld des Kraftfahrzeugs zu überwachen.
Die verschiedenen derzeit bekannten Radarsysteme unterscheiden sich beispielsweise in ihrer Art der Frequenzmodulation. Das Arbeitsziel ist es bei der Wahl der Modulationsart den teilweisen leeren und an einigen Stellen dichtbesetzten 3D-Messraum mit den Achsen R, v und phi in einer komplexen Umgebung möglichst gut aufzulösen. Je Modulationsart kann der Auflösungsfokus dabei durchaus anders gesetzt werden.
Um eine Frequenz-Modulation noch unbestimmter Art zu realisieren, bedient man sich so genannter spannungsgesteuerter Oszillatoren, auch Voltage Controlled Oscillators (VCO) genannt. Werden diese VCOs mit anderen Bauteilen in einem Gehäuse kombiniert, so nennt man sie MMICs.
Diese MMICs können meist über ein Coarse-Steuersignal grob in der Abstimmfrequenz verändert werden. Über ein Fine-Steuersignal wird dann die eigentliche Modulation durchgeführt. Es gibt dabei verschiedene Modulationsarten. Im Weiteren werden nur zwei davon behandelt:„slow-chirps" und„fast-chirps-sequence". Als„Chirp" versteht man dabei eine über der Zeit linear ansteigende Frequenz. In beiden Klassen wird das an Zielen/Objekten erzeugte Echo, das Empfangssignal, einer Fourieranalyse unterworfen. Hohe Energie an verschiedenen Frequenzpositionen in diesem Empfangsspektrum bedeutet eine hohe Wahrscheinlichkeit für ein echtes Ziel an diesem Frequenzpunkt, dem so genannten Bin.
Wird die "slow-chirp" Variante verwendet, so führt man nur eine 1 D- Fouriertransformation der Empfangssignale durch. Es können die Parameter R, v innerhalb einer Messsequenz entsprechend nicht sicher bestimmt werden, da verschiedene R, v-Kombinationen die gleiche spektrale Position (Bin) besitzen. Diesen Nachteil kann man durch Kombination einer kleinen Anzahl an „slow-chirps" mit unterschiedlicher Parametrisierung und/oder durch FSK-Aufmodulation beheben. Trotzdem werden viele Ziele in einer komplexen Umgebung auf die gleichen spektralen Positionen zusammenfallen. Es entsteht so genannter Clutter. Im Clutter können keine Ziele mehr gefunden werden.
Eine bessere Zielseparation bietet die„fast-chirp-sequence"-Variante. Hier werden sehr viele schnelle Chirps ausgesendet. Als erstes werden die Empfangssignale je Chirp fouriertransformiert und danach diese 1 D-Spektren über die Chirpanzahl hinweg transformiert (2D-Fourier-Analyse). Entlang der ersten Achse dieses 2D-R, v- Spektrums kann die Entfernung und entlang der zweiten Achse die Geschwindigkeit abgelesen werden. Es gibt nur eindeutige R, v-Positionen.
Beiden Modulationsarten gemeinsam, ist die Restriktion bezüglich der Eindeutigkeit in R und v. Kommen in dem Messszenario Ziele vor, welche eine höhe Entfernung bzw. Geschwindigkeit besitzen als die Eindeutigkeitsgrenzen angeben, so klappen diese Ziele in ein nicht gewünschten Frequenzbereich um. Eine gute Eindeutigkeit in R und v ist allerdings erwünscht. Der Nachteil der nfast-chirps-sequence"-Methode gegenüber der „slow-chirp- sequence"- ethode liegt darin, dass hochwertigere Komponenten benötigt werden. Die Chirp-Erzeugungseinheit am oder im MMIC muss sehr schnell arbeiten können, um z.B. Chirps in einem Abstand von 30MS ZU realisieren. Ebenso steigt die benötigte Abtastfrequenz der ADC-Einheiten, auch Analog-Digital-Wandler genannt. Damit einher geht eine viel größere Menge an Abtastwerten, welche in einer Recheneinheit abgelegt und verarbeitet werden müssen.
Fortlaufend mit der Entwicklung steigen die Anforderungen an die „fast-chirp- sequence"-Radarsysteme. Wünschenswert sind sehr hohe Chirpbandbreiten von bis zu 4GHz, um eine Range-Diskriminierung von 0,04m zu erreichen. Gleichzeitig sollen natürlich die Eindeutigkeiten nicht leiden.
Soll innerhalb eines Chirps eine hohe Bandbreite abgedeckt werden, so geraten die Chirp-Generations-Einheiten (DAC oder PLL) in Verbindung mit dem oder im MMIC schnell an ihre Grenzen. Chirp-Güte-Parameter, wie Rauschen oder Linearität, werden leiden. Auch kann über den Fine-Steuerungseingang nicht die hohe Bandbreite abgedeckt werden.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Radarsensor zu schaffen, der gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Auch soll ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines solchen Radarsensors geschaffen werden.
Dabei ist es auch die Aufgabe, eine Modulationsform zu finden, welche keine merkli¬ chen zusätzlichen Aufwände in der Abtastungseinheit als auch in der Recheneinheit, im Vergleich zu einer Standard-„fast-chirps-sequence", hervorruft. Ebenso ist es wün¬ schenswert, wenn die Güte-Parameter des Chirps, wie z.B. Linearität, im Bezug zur Standardsequenz erhalten bleiben. Die Eindeutigkeiten in Geschwindigkeit und Ent¬ fernung sollten möglichst auch nicht verringert werden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Radarsensor mit einer Signalerzeugungseinrichtung, welche eine Folge von Ausgangssignalen erzeugt zur Erzeugung eines abgestrahlten Radarsignals, mit einem Signalempfangseinrichtung zum Empfang und zur Verarbeitung reflektierter Radarsignale als Empfangssignale, welche zur Auswertung der empfangenen Empfangssignale weiterverarbeitet werden, wobei eine Reihe von ab einer Startfrequenz ansteigenden Spannungssignalen als Ausgangssignale erzeugt wird, wobei die entsprechenden Empfangssignale mittels Fourieranalyse ausgewertet werden, wobei die Ausgangssignale eine modulierte Startfrequenz aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass eine bessere Auflösung erzielt wird, insbesondere bei vergleichbarer Rechenleistung. Eine modulierte Startfrequenz bedeutet dabei, dass die Startfrequenz bei den jeweiligen Ausgangssignalen nicht gleich ist, sondern variiert, wie ansteigt, linear ansteigt, treppenartig ansteigt etc.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn aus der Fourieranalyse in Richtung der Dimension der Folge der Spannungssignale eine Geschwindigkeit eines Objekts ermittelt wird. So kann einfach die Geschwindigkeit ermittelt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn aus der Fourieranalyse in Richtung der Dimension des Spannungssignals ein Abstand eines Objekts ermittelt wird. So kann einfach der Abstand ermittelt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mittels einer zweidimensionalen Maximumerkennung und mit Hilfe eines Phasenvergleichs oder mittels digitalem Beamforming bzw High- Resolution-Beamforming mehrerer Antennen der Winkel des Objekts bestimmbar ist. So kann neben Abstand und Geschwindigkeit auch der Winkel und somit die aktuelle Lage vollständig ermittelt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Gedanken ist es auch zweckmäßig, wenn die Ausgangssignale einen gleichen Startwert und einen gleichen Endwert aufweisen und vorzugsweise von F_c-f_band/2 bis F_c+f_band/2 verlaufen. Dabei definiert F_c einen Mittelwert und f_band die Bandbreite des Signals.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Ausgangssignale einen von Ausgangssignal zu Ausgangssignal ansteigenden Startwert und einen ansteigenden Endwert aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass die ansteigenden Signale sich voneinander unterscheiden, was der verbesserten Auflösung dient.
Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn nur jedes 2-te Ausgangssignal einen ansteigenden Startwert und einen ansteigenden Endwert aufweist, wobei die dazwischen liegenden Ausgangssignale einen zu dem Vorgängersignal gleichen Startwert und/oder Endwert aufweisen. Die Spannungssignale steigen dabei beispielsweise linear an, wobei die übernächsten aufeinanderfolgenden Spannungssignale jeweils auf der Spannungsachse versetzt sind, so dass die Mittelpunkte einzelner Spannungssignale wiederum im Wesentlichen linear ansteigen. Dazwischen sind Spannungssignale angeordnet, welche dem Vorgängersignal entsprechen und nicht mit ansteigendem Anfangswert versehen sind. Diese Ausgangssignale können wieder verwendet werden und aus den entsprechenden reflektierten Signalen kann dann mittels einer Fourieranalyse das Empfangssignal ausgewertet werden, wobei der resultierende Fehler für die Ortsauflösung dem geringen Fehler des 3800 -MHz-Bands entspricht.
Dabei kann bei Durchführung einer Fourieranalyse grundsätzlich eine entsprechende Fast-Fourier-Analyse durchgeführt werden.
Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn die empfangenen reflektierten Radarsignale mittels Mischern in eine niedrigere Zwischenfrequenz transformiert werden und anschließend abgetastet werden. Entsprechend ist es auch vorteilhaft, wenn das abgetastete Signal zur Weiterverarbeitung herangezogen wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird zu dem Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsensors gemäß der obigen Beschreibung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung zur Erzeugung eines Ausgangssignals,
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung von Ausgangssignalen,
Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung einer Verarbeitung von Empfangssignalen aufgrund der Sendesignale der Figur 2,
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung von Ausgangssignalen,
Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung einer Verarbeitung von Empfangssignalen aufgrund der Sendesignale der Figur 4,
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung von Ausgangssignalen, und
Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung einer Verarbeitung von Empfangssignalen aufgrund der Sendesignale der Figur 6.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine weitere Konfiguration eines Controllers 10, der mittels einer Phasen regelschleife als spannungsgesteuerter Oszillator 11 ausgebildet ist. Aufgrund des Eingangssignals 12 kann mittels des spannungsgesteuerten Oszillators 11 derart angesteuert werden, dass ein erwünschtes Ausgangssignal 13 als Tx-Signal des Radarsensors resultiert. Dabei kann der spannungsgesteuerte Oszillator 11 Teil einer monolithischen Mikrowellenschaltung sein. Diese ist auch als MMIC bekannt. Durch die Vorgabe der Form der Spannungssignale kann die monolithische Mikrowellenschaltung mit dem spannungsgesteuerten Oszillator die entsprechenden Spannungssignale, auch Chirp genannt, erzeugen.
Dabei zeigt die Figur 2 ein Beispiel eines Ausgangssignals mit einer Vielzahl von ansteigenden Spannungssignalen 30. Der zeitliche Abstand der ansteigenden Spannungssignale 30 ist T_Chirp_Chirp. Das Spannungssignal steigt dabei von F_c- f_band/2 bis F_c+f_band/2 an. Es ist eine Anzahl von N-1 solcher ansteigender Signale gezeigt.
Die Figur 3 zeigt eine Darstellung, wie aus einer 2-dimensionalen Fast-Fourier- Transformation eine Abstands- und Geschwindigkeitsbestimmung vorgenommen werden kann. Dabei wird aus der 2-dimensionalen Fast-Fourier-Transformation der ansteigenden Spannungssignale sowohl der Abstand R als auch die Geschwindigkeit v bestimmt. Aus der 2-dimensionalen Maximumerkennung lässt sich mit Hilfe eines Phasenvergleichs mehrerer Antennen auch der Winkel des Objekts bestimmen.
Entsprechend wird eine Sequenz von ansteigenden Spannungssignalen 40 vorgeschlagen, wie sie in Figur 4 zu erkennen ist. Die Spannungssignale steigen dabei im Wesentlichen linear an, wobei aufeinanderfolgende Spannungssignale jeweils auf der Spannungsachse versetzt sind, so dass die Mittelpunkte einzelner Spannungssignale wiederum im Wesentlichen linear ansteigen. Das erste Spannungssignal verläuft da¬ bei im Wesentlichen linear ansteigend von F_c-f_band/2 bis F_c+f_band/2.
Das Ausgangssignal, ab welchem das jeweilige Spannungssignal beginnt anzustei¬ gen, läuft von F_c_slow-f_band_slow/2 bis F_c_slow+f_band_slow/2. Die Figur 5 zeigt wieder eine Darstellung, wie aus einer 2-dimensionalen Fast-Fourier- Transformation eine Abstands- und Geschwindigkeitsbestimmung vorgenommen werden kann. Dabei wird aus der 2-dimensionalen Fast-Fourier-Transformation der ansteigenden Spannungssignale gemäß Figur 4 sowohl der Abstand R als auch die Geschwindigkeit v bestimmt. Aus der 2-dimensionalen Maximumerkennung lässt sich mit Hilfe eines Phasenvergleichs mehrerer Antennen auch der Winkel des Objekts bestimmen.
Aus dem Wert Kappa = cR*R + cv *v ergibt sich für kleine v eine Auflösung für R mit dR relativ klein und im Bereich von dR = 0,04 m im 3800-MHz-Band und dR = 0,75 m im 200 MHz Band.
Weiterhin wird eine Sequenz von ansteigenden Spannungssignalen 50 vorgeschlagen, wie sie in Figur 6 zu erkennen ist. Die Spannungssignale sind dabei abwechselnd Spannungssignale ähnlich Figur 2 und solche ähnlich Figur 4.
Die Spannungssignale steigen dabei im Wesentlichen linear an, wobei die übernächsten aufeinanderfolgenden Spannungssignale jeweils auf der Spannungsachse versetzt sind, so dass die Mittelpunkte einzelner Spannungssignale wiederum im Wesentlichen linear ansteigen. Dazwischen sind Spannungssignale angeordnet, welche dem Vorgängersignal entsprechen und nicht mit ansteigendem Anfangswert versehen sind.
Diese Ausgangssignale werden anschließend wieder eingesetzt und aus den reflektierten Signalen kann dann mittels einer Fast-Fourier-Analyse das Empfangssignal ausgewertet werden, wobei die Trennfähigkeit im Ort derjenigen im 3800 MHz Band entspricht, siehe Figur 7.
Eine weitere Form von ansteigenden Spannungssignalen, auch Chirpformen genannt, sind die Chirp-Folge-Rampen, wie sie beispielsweise in Figur 2 dargestellt sind. Die einzelnen ansteigenden Spannungssignale, auch Chirps genannt, überstreichen dabei eine Nutzbandbreite von beispielsweise ca. 200 MHz. Innerhalb dieser Nutzbandbreite werden die Empfangsdaten im IF-Band abgetastet. Die Fouriertransformation entlang der Wandlungsdaten eines Chirps ergibt ein 1 D-Range-Spektrum. Werden nun mehrere Chirp-Folgen, wie beispielsweise 128 solcher Chirp-Folgen, hintereinander ausgesendet, so kann entlang jeweils eines Rangebins wiederum eine Fouriertransformation durchgeführt werden. Das Ergebnis des 2D-Spektrums ergibt ein 2D-Rv Bild, siehe Figur 3.
Liegt eine Mehrzahl von Rx-Antennen vor, die zur Verfügung stehen, so erzeugt eine weitere Fouriertransformation entlang der Rx-Achse ein 3D-Rv,phi Bild. In diesen Bildern wird nach charakteristischen Maxima gesucht, um Ziele aus der Umgebung von Rauschen zu unterscheiden. Die einfachste Methode ist die lokale Maxima-Suche. Eine Peakposition ist im 2D-Rv-Bild mit (Rbin.vbin) eindeutig beschrieben.
Bekannte Chirp-Generatoren können Chirpband breiten von bis zu 500 MHz gut erzeugen. Wird die Chirp-Bandbreite erhöht, so leidet die Chirp-Güte darunter. Ebenso muss bei steigender Bandbreite die Abtastrate der ADC-Wandler deutlich gesteigert werden oder die Chirp-Steilheit abgeschwächt werden. Dies hat zur Folge, dass mehr Daten erfasst werden oder schlechtere Messparameter, wie Geschwindigkeitseindeutigkeit, erreicht werden.
Erfindungsgemäße Chirp-Generatoren können durch intelligente und programmierba¬ re PLL-Bausteine, siehe Figur 1 , annähernd beliebige Chirp-Folgen erzeugen. Dennoch unterliegen diese Chirp-Formen gewissen Grenzen. Die Bandbreite der Einzel- Chirps sollte dabei nicht zu groß werden.
Es wird angenommen, dass man eine beliebige Chirp-Folge entweder wie oben be¬ schrieben über Vcoarse und Vfine oder durch eine PLL erzeugt, siehe Figur 1. Die entsprechende Chirp-Folge soll dabei zumindest im Wesentlichen so aussehen wie sie in den Figuren 4 oder 6 gezeigt sind. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Bandbreite des einzelnen Chirps klein ist, wie beispielsweise etwa 200 MHz. Der Abstand zwischen zwei Chirps T_Chirp_Chirp soll ca. 30 ps betragen, um eine hohe Geschwindigkeitseindeutigkeit zu erreichen.
Die überstrichene Bandbreite des darunterliegenden Slow-Chirps ist dabei eher groß, wie beispielsweise 800 MHz. Mit diesen beiden Parametern wird das 1 -GHz-Band bei 76.5 GHz Center-Frequency komplett abgedeckt. Nach der 2D-Transformation der ADC-Daten erhält man nun kein R-v-Bild, sondern ein R-kappa-Bild.
Die Parameter sind auch zu variieren. Wird der Einzel-Chirp bei 200 MHz belassen, die Center-Frequency auf 79 GHz und die Slow-Chirp-Bandbreite auf 3800 MHz gestellt, so erhält man ein hochauflösendes Range-kappa Bild, siehe Figur 5.
Die Range-Eindeutigkeit bleibt die gleiche, wie bei Figur 3, die das oben beschriebene Verfahren darstellt, wobei der weitere Vorteil der hohen Range-Diskriminierung von ca. 4 cm erreicht wird.
Die Geschwindigkeitsmessfähigkeit lässt sich dabei relativ einfach durch die Variante in Figur 6 erreichen. In Figur 6 haben zwei hintereinander kommende Chirps die gleiche Start-Frequenz. Der folgende 2er-Block kann direkt mit versetzter Start-Frequenz anschließen, siehe Figur 6 oder mit einer Pause von beispielsweise einem
T_pause=T_Chirp_Chirp dazwischen.
Dabei werden die Messdaten der abwechselnden ansteigenden Rampen bzw. Chirps getrennt voneinander 2D-Fourier-transformiert. Wird nun ein Ziel in einem der Spektren gefunden (Rbin_grob,kappa), so ist dieser an gleicher Position im anderen Spektrum ebenso zu finden. Der Phasenunterschied zwischen beiden Spektren an dieser Position ist proportional zur Geschwindigkeit. Mit der nun ermittelten Geschwindigkeit kann die Geschwindigkeit in kappa herausgerechnet werden zu einem Rbin_fine = kappa - vbin. Man erhält den Messpunkt (Rbin_grob,Rbin_fein). Die Eindeutigkeit in Richtung„fein" ist deutlich geringer als in Richtung„grob". Diese Uneindeutigkeit lässt sich durch einfache Plausibilisierung mit Hilfe der bekannten Uneindeutigkeitsgrenze zwischen„grob" und„fein" wieder herstellen.
Dabei ist die gleichbleibende Anzahl an Messdaten vorteilhaft. Damit verbunden ist die gleichbleibende Anforderung an Rechenleistung. Es wird auch eine relativ hohe Bereichs-Trennfähigkeit mit ausreichenden Eindeutigkeiten erzielt. In dem obigen Beispiel mit R_max = 100 m mit dr = 0.04 m.
Bezugszeichen liste
10 Controller
11 Oszillator
12 Eingangssignal
13 Ausgangssignal 30 Spannungssignal 40 Spannungssignal 50 Spannungssignal

Claims

Radarsensor Patentansprüche
1. Radarsensor mit einer Signalerzeugungseinrichtung, welche eine Folge von
Ausgangssignalen erzeugt zur Erzeugung eines abgestrahlten Radarsignals, mit einem Signalempfangseinrichtung zum Empfang und zur Verarbeitung reflektierter Radarsignale als Empfangssignale, welche zur Auswertung der empfangenen Empfangssignale weiterverarbeitet werden, wobei eine Reihe von ab einer Startfrequenz ansteigenden Spannungssignalen als Ausgangssignale erzeugt wird, wobei die entsprechenden Empfangssignale mittels Fourieranalyse ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale eine modulierte Startfrequenz aufweisen.
2. Radarsensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus der Fourieranalyse in Richtung der Dimension der Folge der Spannungssignale eine Geschwindigkeit eines Objekts ermittelt wird.
3. Radarsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Fourieranalyse in Richtung der Dimension des Spannungssignals ein Abstand eines Objekts ermittelt wird.
4. Radarsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer zweidimensionalen Maximumerkennung und mit Hilfe eines Phasenvergleichs oder mittels digitalem Beamforming bzw High-Resolution- Beam- forming mehrerer Antennen der Winkel des Objekts bestimmbar ist.
5. Radarsensor nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale einen gleichen Startwert und einen gleichen Endwert aufweisen und vorzugsweise von F_c-f_band/2 bis F_c+f_band/2 verlaufen.
6. Radarsensor nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale einen von Ausgangssignal zu Ausgangssignal ansteigenden Startwert und einen ansteigenden Endwert aufweisen.
7. Radarsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur jedes 2-te Ausgangssignal einen ansteigenden Startwert und einen ansteigenden Endwert aufweist, wobei die dazwischen liegenden Ausgangssignale einen zu dem Vorgängersignal gleichen Startwerte und/oder Endwert aufweist.
8. Radarsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen reflektierten Radarsignale mittels Mischern in eine niedrigere Zwischenfrequenz transformiert werden und anschließend abgetastet werden.
9. Radarsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das abgetastete Signal zur Weiterverarbeitung herangezogen wird.
10. Verfahren zum Betreiben eines Radarsensors gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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