WO2018130324A1

WO2018130324A1 - Radarsensor und verfahren zur bestimmung einer relativgeschwindigkeit eines radarziels

Info

Publication number: WO2018130324A1
Application number: PCT/EP2017/079406
Authority: WO
Inventors: Michael Schoor; Benedikt Loesch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2019-07-11
Also published as: US20190353770A1; CN110168400B; JP6821032B2; US11733368B2; KR102336927B1; DE102017200317A1; CN110168400A; JP2020503519A; EP3568712A1; KR20190101459A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsschätzung von Objekten mittels eines Radarsensors mit mehreren Sendeantennen. Mehrere ineinander verschachtelte Sequenzen von Frequenzrampen werden mittels mehrerer Sendeantennen ausgesendet. Hierbei erfolgt für jede Sendeantenne eine individuelle Phasencodierung mittels eines harmonischen Codes. Für die Schätzung der Geschwindigkeit des Objekts müssen die Mehrdeutigkeiten aufgrund des Codemultiplex aufgelöst werden.

Description

Beschreibung

Titel

Radarsensor und Verfahren zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit eines Radarziels

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radarsensor und Verfahren zur

Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit eines

Stand der Technik

Die Druckschrift De 10 2014 212 280 AI offenbart ein Radarmessverfahren mit einem FMCW (Frequency Modulated Continious Wave) Radarsensor.

Insbesondere wird vorgeschlagen, ein Radarsignal mit mehreren ineinander verschachtelten Sequenzen von Frequenzrampen auszusenden.

Die Druckschrift DE 10 2014 212 284 AI offenbart ein Multiple Input Multiple Output (MIMO) FMCW-Radarsensor. Die Radarsignale der einzelnen

Sendeantennen werden in Zeitmultiplex-Verfahren ausgesendet. Die Anforderungen an Radarsensoren im Automobilumfeld steigen stetig.

Insbesondere wird eine immer größere Genauigkeit und Auflösung in der Winkelbestimmung gefordert. Das MIMO-Prinzip erlaubt hier eine Verbesserung, da hier mehrere Sender und Empfänger gemeinsam zur Winkelschätzung verwendet werden. Allerdings müssen die Sender in einem Multiplexverfahren betrieben werden. Hierzu sind Zeitmultiplex, Codemultiplex oder

Frequenzmultiplex möglich. Dies erlaubt eine Trennung der Sender und bei passender Zuordnung eine Verbesserung der Genauigkeit und Auflösung.

Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung einer

Relativgeschwindigkeit eines Radarziels mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1 und einen Radarsensor zur Bestimmung einer

Relativgeschwindigkeit eines Radarziels mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 7.

Demgemäß ist vorgesehen:

Ein Verfahren zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit eines Radarziels. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

Aussenden phasenmodulierter Sendesignale mittels mehrerer

Sendeantennenelemente. Hierzu wird ein rampenförmig frequenzmoduliertes Sendesignals generiert, das mehrere zeitlich ineinander verschachtelte

Sequenzen von Rampen aufweist. Die Rampen innerhalb der jeweiligen

Sequenz folgen mit einem vorbestimmten Zeitintervall zeitversetzt aufeinander. Die Phase des generierten rampenförmig frequenzmodulierten Sendesignals wird für jedes Sendeantennenelement mit einem harmonischen Code

phasenmoduliert.

Empfangen von Antwortsignalen auf die ausgesendeten phasenmodulierten Sendesignale.

Berechnen eines zweidimensionalen Spektrums für jede Sequenz des

Sendesignals durch eine zweidimensionale Fourier-Transformation von

Basisbandsignalen der empfangenen Antwortsignale. Die Transformation in einer ersten Dimension erfolgt Rampe für Rampe erfolgt. In einer zweiten Dimension erfolgt die Transformation über einen Rampenindex, der die Rampen innerhalb der Sequenz zählt.

Ermitteln von Werten für Relativgeschwindigkeiten eines Radarziels, die ausgehend von einem Peak in einem der berechneten zweidimensionalen Spektren mit einer vorbestimmten Geschwindigkeitsperiode periodisch sind. Identifizieren von Übereinstimmungen in Phasenbeziehung zwischen Werten der zweidimensionalen Spektren an gleichen Positionen mit zu erwartenden

Phasenbeziehungen für mehrere der ermittelten Werte von

Relativgeschwindigkeiten.

Auswählen eines Schätzwertes für die Relativgeschwindigkeit des Radarziels basierend auf der identifizierten Übereinstimmung der Phasenbeziehung.

Ferner ist vorgesehen:

Ein Radarsensor zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit eines Radarziels. Der Radarsensor umfasst mehrere Sendeantennen und eine

Signalerzeugungsvorrichtung. Die Signalerzeugungsvorrichtung ist dazu ausgelegt, ein rampenförmig frequenzmoduliertes Sendesignals zu generieren und an den Sendeantennen bereitzustellen. Das Sendesignal weist mehrere zeitlich ineinander verschachtelte Sequenzen von Rampen aufweist. Die

Rampen innerhalb der jeweiligen Sequenz folgen mit einem vorbestimmten Zeitintervall zeitversetzt aufeinander. Die Phase des generierten rampenförmig frequenzmodulierten Sendesignals wird für jedes Sendeantennenelement mit einem harmonischen Code phasenmoduliert. Der Radarsensor umfasst ferner eine Empfangsantenne, die dazu ausgelegt ist, ein Antwortsignal auf die ausgesendeten phasenmodulierten Sendesignale zu empfangen und eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, basierend auf dem empfangenen Antwortsignal Werte für Relativgeschwindigkeiten eines Radarziel zu ermitteln, die ausgehend von einem Peak in einem der berechneten zweidimensionalen Spektren mit einer vorbestimmten Geschwindigkeitsperiode periodisch sind, Übereinstimmungen in Phasenbeziehung zwischen Werten der zweidimensionalen Spektren an gleichen Positionen mit zu erwartenden

Phasenbeziehungen für mehrere der ermittelten Werte von

Relativgeschwindigkeiten zu identifizieren; und einen Schätzwertes für die Relativgeschwindigkeit des Radarziels basierend auf der identifizierten

Übereinstimmung der Phasenbeziehung auszuwählen.

Vorteil der Erfindung Es ist eine Idee der vorliegenden Erfindung, die Phasen der Sendesignale für die einzelnen Sendepfade eines Joint-sampling-FMCW-Radars mittels

Codemultiples zu codieren. Hierzu werden insbesondere harmonische Codes eingesetzt. Diese Phasenmodulation mittels harmonischen Codes führt zu zusätzlichen Mehrdeutigkeiten für die zu schätzenden Geschwindigkeiten. Diese Mehrdeutigkeiten können ebenfalls aufgelöst werden.

Dies erlaubt eine Geschwindigkeitsschätzung der Radarziele bei gleichzeitiger Trennung der Sender für eine Winkelschätzung der Radarziele. Codemultiplex hat gegenüber dem Zeitmultiples den Vorteil, dass kein Zeitversatz zwischen den Sendern stattfindet. Daher führt eine Objektbewegung zu keinem Phasenversatz, der zusätzlich korrigiert werden muss.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum

Zuordnen eines Antwortsignals zu einer der mehreren Sendeantennen.

Basierend auf der Zuordnung kann eine Winkelschätzung des detektierten Radarobjekts erfolgen.

Gemäß einer Ausführungsform weisen innerhalb einer Sequenz von Rampen die Rampen eine gleiche Rampensteigung und eine gleiche Differenz der

Rampenmittenfrequenzen auf. Rampen mit einem gleichen Rampenindex weisen in den ineinander verschachtelten Rampen jeweils eine gleiche Rampensteigung und eine gleiche Rampenmittenfrequenz auf. Insbesondere kann die

Rampenmittenfrequenz ungleich null sein.

Gemäß einer Ausführungsform ist der harmonische Code für die

Phasenmodulation der Sendesignale für die einzelnen Sendeantennen in Abhängigkeit einer Anzahl der Sendeantennen angepasst. Beispielsweise kann zwischen den einzelnen zu codierenden Kanälen ein äquidistanter

Phasenversatz vorgesehen sein.

Gemäß einer Ausführungsform wird die vorbestimmte Geschwindigkeitsperiode unter Verwendung des folgenden Geschwindigkeitsversatz Δν gebildet: Hierbei ist fO die mittlere Sendefrequenz, c die Lichtgeschwindigkeit, Tr2e ein Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden Rampen einer Sequenz, NTX die Anzahl der Sendeantennen, s_fast die Rampensteigung einer Rampe und s_slow die Steigung der Rampenmittenfrequenz einer Rampensequenz.

Gemäß einer Ausführungsform des Radarsensors umfasst die Empfangsantenne mehrere räumlich getrennte Antennenelemente umfasst. Somit bildet der Radarsensor ein sogenanntes MIMO (multiple Input multiple output) System mit mehreren Sende- und Empfangskanälen.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den

Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder

Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines Systems zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit eines Radarziels gemäß einer Ausführungsform;

Figur 2: eine schematische Darstellung eines Zeit-Frequenz-Diagramms eines Sendesignals, wie es einer Ausführungsform zu Grunde liegt; und

Figur 3: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Beschreibung von Ausführungsformen

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einem FMCW- Radarsensors 10, der in diesem Beispiel nur zwei Sende-Antennenelemente 12- 1, 12-2 und zwei Empfangs-Antennenelement 14-1, 14-2 aufweist In der Praxis sind größere Anzahlen der Antennenelemente möglich. Insbesondere sind mehr als zwei Sende-Antennenelemente 12-1, 12-2 und/oder ein oder mehrere Empfangs-Antennenelemente 14-1, 14-2 möglich. Der Radarsensor 10 kann beispielsweise vorn in einem Kraftfahrzeug eingebaut sein und dazu vorgesehen sein, Abstände d, Winkel und Relativgeschwindigkeiten v von Objekten 18 zu messen, beispielsweise von vorausfahrenden Fahrzeugen.

Zum einfacheren Verständnis ist hier ein bistatisches Antennensystem

dargestellt, bei welchem die Sende-Antennenelemente 12-1, 12-2 von den Empfangs-Antennenelementen 14-1, 14-2 verschieden sind. In der Praxis kann auch ein monostatisches Antennenkonzept benutzt werden, bei dem zum

Senden und zum Empfangen die gleichen Antennenelemente benutzt werden.

Die Sende-Antennenelemente 12-1, 12-2 werden von einer

Signalerzeugungsvorrichtung 11 gespeist. In dieser Signalerzeugungsvorrichtung 11 wird ein Sendesignal generiert, das im nachfolgenden noch näher erläutert wird. Bevor das Sendesignal den Sende-Antennenelementen 12-1, 12-2 zugeführt wird, kann für jedes Sende-Antennenelement 12-1, 12-2 die Phase des Sendesignals individuell moduliert werden.

Um in der weiteren Verarbeitung die Sendesignale einem Sende- Antennenelement 12-1, 12-2 zuordnen zu können, sind beispielsweise rauschähnliche oder harmonische Codes möglich. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden für die Phasenmodulation der Sendesignale harmonische Codes verwendet. Harmonisch bedeutet in diesem

Zusammenhang, dass die Phasenmodulation eine diskrete, harmonische Schwingung beschreibt. Als harmonische Codes sind beispielsweise

harmonische erfolgen, wie zum Beispiel 1, 1, 1, ...; 1, -1, 1, -1, ...; oder 1, j, -1, -j, 1, ... oder weitere harmonische Frequenzen möglich. Die phasenmodulierten Sendesignale werden den entsprechenden Sende- Antennenelementen 12-1, 12-2 zugeführt, so dass von jedem Sende- Antennenelement 12-1, 12-2 ein entsprechendes Radarsignal ausgesendet wird.

Die ausgesendeten Radarsignale werden an einem Objekt 18 reflektiert und von den Empfangs-Antennenelementen 14-1, 14-2 anschließend empfangen. Die Sende-Antennenelemente 12-1, 12-2 und Empfangs-Antennenelemente 14-1, 14-2 können jeweils gleichartig aufgebaut sein und haben in diesem Fall übereinstimmende Sichtbereiche. Beispielsweise können die Sende- und Empfangs-Antennenelemente 12-1, 12-2, 14-1, 14-2 jeweils aus einem Patch- Antennen-Array bestehen.

Die empfangenen Signale werden zu Basisbandsignalen heruntergemischt und in einer Auswerteeinheit 13 ausgewertet. Die Frequenz des Sendesignals kann innerhalb einer Radarmessung mit Sequenzen von steigenden oder fallenden Rampen moduliert werden.

Die Antennenelemente 12-1, 12-2, 14-1, 14-2 können in einer Richtung, in welcher der Radarsensor 10 winkelauflösend ist, in verschiedenen Positionen angeordnet sein. Hierzu sind insbesondere mehrere Empfangs- Antennenelemente 14-1, 14-2 erforderlich, die in gleichmäßigen Abständen auf einer Geraden angeordnet sind (ULA; Uniform Linear Array). Das gleiche gilt auch für die Sende-Antennenelemente 12-1, 12-2, wobei die Sende- und Empfangs-Antennenelemente 12-1, 12-2, 14-1, 14-2 nicht notwendigerweise auf derselben Geraden angeordnet sein müssen. Wenn der Radarsensor 10 zur Messung von Azimutwinkeln der Objekte eingesetzt werden soll, verlaufen die Geraden, auf denen die Antennenelemente angeordnet sind, waagerecht. Bei einem Sensor zur Messung von Elevationswinkeln wären die Antennenelemente hingegen auf vertikalen Geraden angeordnet. Denkbar ist auch

zweidimensionales Antennenarray, mit dem sowohl Azimutwinkel als auch Elevationswinkel gemessen werden können.

Figur 2 zeigt ein Diagramm für die Frequenz eines Sendesignals 30 aufgetragen über der Zeit t. Bei einer Messung werden mit jedem Sende-Antennenelement 12-1, 12-2 zwei Sequenzen von Rampen mit identischen Rampenparametern gesendet, die ineinander zeitlich verschachtelt sind. Die Phasen der

Sendesignale der einzelnen Sende-Antennenelemente 12-1, 12-2 sind hierbei, wie zuvor bereits beschrieben, basierend auf einem harmonischen Code phasenmoduliert. Die Phasen der Sendesignale für die einzelnen

Antennenelemente 12-1 und 12-2 sind in Figur 2 mit φΐ und φ2 angegeben.

Eine erste Sequenz 31 von Rampen ist in Figur 2 mit durchgezogenen Linien dargestellt, während eine zweite Sequenz 32 von Rampen mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Nummer der Sequenz, zu der eine Rampe gehört ist mit i bezeichnet, und der jeweilige Rampenindex der Rampe innerhalb einer

Sequenz ist mit j bezeichnet.

Die Rampen der zweiten Sequenz 32 sind jeweils gegenüber den Rampen der ersten Sequenz 31 mit gleichem Rampenindex j um einen Zeitversatz T12 verschoben. Innerhalb jeder Sequenz 31, 32 sind die aufeinanderfolgenden Rampen zueinander um einen Zeitabstand Tr2r verschoben. Der Zeitabstand Tr2r ist also für beide Sequenzen gleich. Weiter ist eine Pause P jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rampen einer Sequenz vorhanden.

In dem in Figur 2 dargestellten Beispiel ist die Differenz der

Rampenmittenfrequenzen von Rampen, welche innerhalb einer Sequenz 31, 32 aufeinander folgenden, gleich Null. Daher haben alle Rampen denselben

Frequenzverlauf. Die Rampenmittenfrequenz entspricht hier der mittleren Sendefrequenz fO. Darüber hinaus kann die Rampenmittenfrequenz der Rampen während des Aussendens einer Rampe auch ansteigen oder abfallen.

Beispielsweisen können innerhalb einer Sequenz von Rampen aufeinander folgende Rampen eine gleiche Differenz der Rampenmittenfrequenzen aufweisen. Bei einer Zeitdauer T_slow einer Sequenz 31, 32 von Rampen und einem Frequenzhub F_slow der Rampenmittenfrequenzen während der gesamten Sequenz kann die Rampensteigung s_slow der

Rampenmittenfrequenzen durch s_slow = F_slow / T_slow beschrieben werden.

Insbesondere können Rampen mit einem gleichen Rampenindex j in den ineinander verschachtelten Rampen jeweils eine gleiche Rampensteigung s_slow und eine gleiche Rampenmittenfrequenz aufweisen. Für die weitere Auswertung werden die von einen Empfangs-Antennenelement 14-1, 14-2 empfangenen Signale mittels des von der

Signalerzeugungsvorrichtung 11 generierten Sendesignals auf das Basisband herunter gemischt und in der Auswertevorrichtung 13 weiterverarbeitet. Dabei werden aus den Basisbandsignalen zweidimensionale Spektren berechnet. Hierzu werden die Basisbandsignale jeweils einer zweidimensionalen Fourier- Transformation, beispielsweise einer 2D-FFT, unterzogen. Die erste Dimension entspricht einer Transformation der zu den einzelnen Rampen erhaltenen Basisbandsignale. Die zweite Dimension entspricht einer Transformation über die Sequenz der Rampen, d. h. über den Rampenindex j. Die Größen der jeweiligen Transformationen, d. h. die jeweiligen Anzahlen der Bins (Abtastpunkte oder Stützstellen), sind vorzugsweise für alle Spektren für die erste Dimension und für die zweite Dimension jeweils einheitlich.

Aufgrund der Relativgeschwindigkeit v eines Radarziels und dem Zeitversatz T12 zwischen den einzelnen Sequenzen von Rampen entsprechenden

Teilmessungen, tritt ein Phasenunterschied zwischen den zwei Teilmessungen auf. Der Phasenunterschied Δφ12 mit c als Lichtgeschwindigkeit und fO als mittlere Sendefrequenz durch der folgenden Gleichung angegeben:

Δφ12 = 2^■ TT^■ (2/c) · fO · T12 · v.

Der Phasenunterschied zwischen den zwei Teilmessungen wird dabei als Phasenunterschied zwischen den komplexen Amplituden (Spektralwerten) eines in beiden zweidimensionalen Spektren an der gleichen Position auftretenden Peaks erhalten. Aufgrund des relativ großen Zeitversatzes T12, zwischen den einander entsprechenden Rampen der beiden Sequenzen 31 ,32 erlaubt die Bestimmung des Phasenunterschieds zwischen den beiden Teilmessungen jedoch keinen direkten Rückschluss auf die Relativgeschwindigkeit v. Denn aufgrund der Periodizität der Phasen ergibt sich für einen einzelnen

Phasenunterschied eine Mehrdeutigkeit für den dazugehörigen Wert der Relativgeschwindigkeit v. Aus den erhaltenen zweidimensionalen komplexen Spektren wird jeweils durch Bildung des Quadrates des Absolutbetrags der jeweiligen Spektralwerte ein Leistungsspektrum berechnet. Die beiden Leistungsspektren werden durch Summation oder Mittelung punktweise zu einem integrierten zweidimensionalen Leistungsspektrum zusammenführt.

Die Position eines Radarziels entspricht einem Peak im berechneten

Leistungsspektrum. Diese Position wird nachfolgend als Bin k, I angegeben. Diese Position entspricht der Position des Peaks in den einzelnen Spektren. Aus der ersten Dimension, entsprechend dem Bin k der Position des Peaks, wird gemäß der FMCW-Gleichung k = 2 / c (d F + fO v T), ein linearer Zusammenhang zwischen der Relativgeschwindigkeit v und dem Abstand d des Radarziels erhalten. Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit, F der Rampenhub, T die

Rampendauer einer einzelnen Rampe in einer der Sequenzen 31, 32 und fO die mittlere Sendefrequenz. Wenn die Frequenzdifferenz von aufeinanderfolgenden Rampen einer Sequenz gleich Null ist, enthält die Position des Peaks in der zweiten Dimension I nur eine Information über die Relativgeschwindigkeit v des Radarziels.

Zwischen der Relativgeschwindigkeit v des Radarobjekts und dem Abstand d des Radarobjekts besteht eine lineare Beziehung. Da die aus der Relativbewegung mit der Geschwindigkeit v resultierende Dopplerfrequenz durch die relativ großen Zeitabstände Tr2r nicht eindeutig abgetastet wird, ist die aus der Abtastung der Dopplerfrequenz erhaltene Information über die Relativgeschwindigkeit v des Radarziels mit einer Mehrdeutigkeit behaftet, die durch die folgende Gleichung beschrieben werden kann:

Δν = c / (2 - fO - Tr2r).

Zusätzlich zu der linearen Beziehung zwischen Geschwindigkeit v und Abstand d, der sich gemäß dem Frequenzbin k ergibt, resultieren aus dem Frequenzbin I periodische Werte einer möglichen Relativgeschwindigkeit v. Zur Auflösung der Mehrdeutigkeiten der in Frage kommenden Geschwindigkeiten werden die periodischen Werte der Relativgeschwindigkeit v gemeinsam mit den komplexen, zweidimensionalen Spektren der Teilmessungen betrachtet. Zur Auswertung des gemessenen Phasenunterschieds wird ein Steuerungsvektor a(v) einer idealen Messung in Abhängigkeit der Relativgeschwindigkeit v(t) gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

die hier für zwei Sequenzen lautet:

Ein Messvektor a_m ist entsprechend definiert, wobei anstelle der erwarteten, geschwindigkeitsabhängigen komplexen Werte die komplexen Amplituden (Spektralwerte) an der Position des Peaks der berechneten zweidimensionalen Spektren der Teilmessungen als Komponenten des Vektors eingesetzt werden:

Basierend auf den Messvektor a_m und dem Steuerungsvektor a(v) wird eine normierte Likelihood-Funktion in Form eines Relativgeschwindigkeitsspektrums S(v) definiert als:

S(v) = \²

\a m H 12 m^H■ a(v)

Dabei bezeichnet das hochgestellte H des Messvektors a_m den hermetisch adjungierten Vektor zum Messvektor a_m, also einen Zeilenvektor, bei dem die einzelnen Komponenten komplex konjugiert zu den Komponenten des Vektors am sind.

Das Relativgeschwindigkeitsspektrum S(v) aufgetragen über der

Relativgeschwindigkeit v ergibt eine sinusförmige Likelihood-Funktion, deren Maxima den wahrscheinlichsten Werten des Parameters v entsprechen. Für sich alleine genommen ist das Relativgeschwindigkeitsspektrum S(v) mehrdeutig. Ein Maximum bei einem Maximalwert 1 entspricht jeweils einer optimalen

Übereinstimmung der sich für die betreffende Relativgeschwindigkeit v ergebenden, idealen Phasenverschiebungen mit der gemessenen

Phasenverschiebung gemäß dem Messvektor.

Eine Auswertung der Funktion S(v) ist jedoch lediglich an den Stellen

erforderlich, die den periodischen Werten der Relativgeschwindigkeit v entsprechen, die aus den Auswertungen gemäß der Position des Peaks in den Bins (k, I) erhalten wurden. Die Mehrdeutigkeit, die sich aus der Position des Peaks ergibt, kann somit durch die zusätzliche Information aus der

Phasenbeziehung aufgelöst werden. Anhand des linearen Zusammenhangs wird ein zu dem ausgewählten Schätzwert für die Relativgeschwindigkeit v gehörender Schätzwert für den Abstand d bestimmt.

Die den unterschiedlichen Sequenzen von Rampen entsprechenden Zeitsignale (Basisbandsignale) werden zunächst getrennt verarbeitet. Die Detektion eines Radarziels findet in dem durch nicht-kohärente Integration gewonnenen

Leistungsspektrum statt. Basierend auf der Detektion und den komplexen Amplituden an der Position des Peaks wird dann die Mehrdeutigkeit der

Geschwindigkeit v aufgelöst.

Die vorstehenden Ausführungen betreffen eine konventionelle Radar-Auswertung ohne Codemultiplex für die verschiedenen Sendeantennen 12-1 und 12-2. Die Phasencodierung der Sendesignale für die einzelnen Sendeantennen 12-1 und 12-2 mit einem harmonischen Code führt darüber hinaus zu zusätzlichen Mehrdeutigkeiten, die ebenfalls aufzulösen sind. Im Fall von Codemultiplex erfährt ein Sender mit einer entsprechenden Codezuordnung eine Verschiebung der Peaks in der zweiten Dimension des Spektrums. Dies führt dazu, dass sich für NTX Sender NTX Peaks im Spektrum ergeben. Diese zusätzliche

Mehrdeutigkeit muss ebenfalls aufgelöst werden. Aufgrund der harmonischen Phasenmodulation der Sendesignale ist eine Senderverschiebung äquivalent zu einer Binverschiebung in der

Dopplerdimension. Diese Binverschiebung ist äquivalent

zu einer veränderten Schätzung der in Frage kommenden

Relativgeschwindigkeiten v*

sjast J wobei durch die ganzzahligen Werte von γ die Mehrdeutigkeiten dv-Raum berücksichtigt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform mit harmonischen Codes bei NTX Sendern entspricht der Senderversatz einem I-Bin-Versatz von Δ = N_slow / NTX.

Damit ergibt sich für die Geschwindigkeitsschätzung ein Versatz von:

c AI c All

Av =

fo s_slow\ T_slow ^~ fo . s_slow\ Tr2r^■ NTX

2 1 - s_fast ) 2 1 - s_fast )

Der Geschwindigkeitsversatz wird daher äquivalent der Unterabtastung im Doppler fortgesetzt oder anders ausgedrückt werden die Abstände zwischen den ausgewerteten Relativgeschwindigkeiten über die Sender„aufgefüllt".

Für Bestimmung der Relativgeschwindigkeit des Radarobjekts müssen nun auch diese zusätzlichen Mehrdeutigkeiten aufgrund des Codemultiplex evaluiert werden. Das beschriebene Verfahren kann auch für das Ausführen einer Radarmessung mit mehreren Empfangskanälen eines Radarsensors erweitert werden. Je Empfangskanalanal wird dann für den n-ten Kanal ein Messvektor a_m(n) erhalten.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit eines Radarziels gemäß einer Ausführungsform. In Schritt Sl werden phasenmodulierter Sendesignale mittels der Sendeantennenelemente (12-1, 12-2) ausgesendet. Diese

Sendesignale umfassen ineinander verschachtelte Sequenzen 31, 32 von Rampen, wie sie im Voraufgegangenen beschrieben worden sind. Die

Sendesignale werden für die einzelnen Sendeantennen 12-1, 12-2 basierend auf einem harmonischen Code phasenmoduliert.

Anschließend werden in Schritt S2 Antwortsignalen auf die ausgesendeten phasenmodulierten Sendesignale empfangen. In Schritt S3 wird ein

zweidimensionales Spektrum für jede Sequenz des Sendesignals

beispielsweisedurch eine zweidimensionale Fourier-Transformation von

Basisbandsignalen der empfangenen Antwortsignale berechnet. Die

Transformation erfolgt in einer ersten Dimension Rampe für Rampe und in einer zweiten Dimension über einen Rampenindex, der die Rampen innerhalb der Sequenz zähl. In Schritt S4 werden Werten für Relativgeschwindigkeiten eines Radarziels berechnet, die ausgehend von einem Peak in einem der berechneten zweidimensionalen Spektren mit einer vorbestimmten Geschwindigkeitsperiode periodisch sind. Die Periodizität berücksichtigt hierbei insbesondere die zusätzliche Mehrdeutigkeit aufgrund des Codemultiplex der Sendesignale.

In Schritt S5 werden Übereinstimmungen in Phasenbeziehung zwischen Werten der zweidimensionalen Spektren an gleichen Positionen mit zu erwartenden Phasenbeziehungen für mehrere der ermittelten Werte von

Relativgeschwindigkeiten identifiziert. Schließlich wird in Schritt S6 ein

Schätzwert für die Relativgeschwindigkeit des Radarziels basierend auf der identifizierten Übereinstimmung der Phasenbeziehung ausgewählt. In Schritt S7 kann eine Zuordnung eines Antwortsignals zu einer der mehreren Sendeantennen erfolgen. Nach der Zuordnung der Sende- und Empfangssignale zu den Sende- und Empfangsantennen 12-1, 12-2, 14-1, 142 kann eine

Winkelschätzung der detektierten Radarobjekte durchgeführt werden.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung die

Geschwindigkeitsschätzung von Objekten mittels eines Radarsensors. Mehrere ineinander verschachtelte Sequenzen von Frequenzrampen werden mittels mehrerer Sendeantennen ausgesendet. Hierbei erfolgt für jede Sendeantenne eine individuelle Phasencodierung mittels eines harmonischen Codes. Für die

Schätzung der Geschwindigkeit des Objekts müssen die Mehrdeutigkeiten aufgrund des Codemultiplex aufgelöst werden.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit eines

Radarziels (18), mit den Schritten:

Aussenden (Sl) phasenmodulierter Sendesignale mittels mehrere Sendeantennenelemente (12-1, 12-2), wobei rampenförmig

frequenzmoduliertes Sendesignals generiert wird, das mehrere zeitlich ineinander verschachtelte Sequenzen (31, 32) von Rampen aufweist, wobei die Rampen innerhalb der jeweiligen Sequenz mit einem vorbestimmten Zeitintervall zeitversetzt aufeinander folgen, und wobei eine Phase des generierten rampenförmig frequenzmodulierten Sendesignals für jedes Sendeantennenelement (12-1, 12-2) mit einem harmonischen Code phasenmoduliert wird;

Empfangen

(S2) von Antwortsignalen auf die ausgesendeten phasenmodulierten Sendesignale;

Berechnen

(S3) eines zweidimensionalen Spektrums für jede Sequenz des Sendesignals durch eine zweidimensionale Fourier-Transformation von Basisbandsignalen der empfangenen Antwortsignale, wobei die Transformation in einer ersten Dimension Rampe für Rampe erfolgt und in einer zweiten Dimension über einen Rampenindex, der die Rampen innerhalb der Sequenz zählt, erfolgt;

Ermitteln

(S4) von Werten für Relativgeschwindigkeiten eines

Radarziels, die ausgehend von einem Peak in einem der berechneten zweidimensionalen Spektren mit einer vorbestimmten

Geschwindigkeitsperiode periodisch sind;

Identifizieren

(S5) von Übereinstimmungen in Phasenbeziehung zwischen Werten der zweidimensionalen Spektren an gleichen Positionen mit zu erwartenden Phasenbeziehungen für mehrere der ermittelten Werte von Relativgeschwindigkeiten; und

Auswählen

(S6) eines Schätzwertes für die Relativgeschwindigkeit des Radarziels basierend auf der identifizierten Übereinstimmung der Phasenbeziehung.

Verfahren nach Anspruch 1 mit einem Schritt

(S7) zum Zuordnen eines Antwortsignals zu einer der mehreren Sendeantennen (12-1, 12-2).

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei innerhalb einer Sequenz (31, 32) von Rampen die Rampen eine gleiche Rampensteigung (s_fast) und eine gleiche Differenz der Rampenmittenfrequenzen aufweisen, und wobei Rampen mit einem gleichen Rampenindex in den ineinander verschachtelten Rampen jeweils eine gleiche Rampensteigung und eine gleiche Rampenmittenfrequenz aufweisen.

Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Rampenmittenfrequenz ungleich null ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der harmonische Code für die Phasenmodulation der Sendesignale für die einzelnen Sendeantennen (12-1, 12- 2) in Abhängigkeit einer Anzahl (NTX) der Sendeantennen (12-1, 12- 2) angepasst ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die vorbestimmte Geschwindigkeitsperiode unter Verwendung des folgenden

Geschwindigkeitsversatz Δν gebildet wird:

wöbe fO die mittlere Sendefrequenz, c die Lichtgeschwindigkeit, Tr2e ein Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden Rampen einer Sequenz, NTX die Anzahl der Sendeantennen, s_fast die Rampensteigung einer Rampe und s_slow die Steigung der

Rampenmittenfrequenz einer Rampensequenz ist.

Radarsensor, zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit eines Radarziels (18), mit: mehreren Sendeantennen (12-1, 12-2); einer Signalerzeugungsvorrichtung (11), die dazu ausgelegt ist, ein rampenförmig frequenzmoduliertes Sendesignals generiert und an den Sendeantennen bereitzustellen, wobei das Sendesignal mehrere zeitlich ineinander verschachtelte Sequenzen (31, 32) von Rampen aufweist, die Rampen innerhalb der jeweiligen Sequenz mit einem vorbestimmten Zeitintervall zeitversetzt aufeinander folgen, und wobei eine Phase des generierten rampenförmig frequenzmodulierten Sendesignals für jedes Sendeantennenelement (12-1, 12-2) mit einem harmonischen Code phasenmoduliert wird; einer Empfangsantenne (14-1, 14-2), die dazu ausgelegt ist, ein

Antwortsignal auf die ausgesendeten phasenmodulierten Sendesignale zu empfangen; eine Auswerteeinheit (13), die dazu ausgelegt ist, basierend auf dem empfangenen Antwortsignal Werte für Relativgeschwindigkeiten eines Radarziel (18) zu ermitteln, die ausgehend von einem Peak in einem der berechneten zweidimensionalen Spektren mit einer vorbestimmten Geschwindigkeitsperiode periodisch sind, Übereinstimmungen in Phasenbeziehung zwischen Werten der zweidimensionalen Spektren an gleichen Positionen mit zu erwartenden Phasenbeziehungen für mehrere der ermittelten Werte von Relativgeschwindigkeiten zu identifizieren; und einen Schätzwertes für die Relativgeschwindigkeit des Radarziels (18) basierend auf der identifizierten Übereinstimmung der Phasenbeziehung auszuwählen.

8. Radarsensor (10) nach Anspruch 7, wobei die Empfangsantenne (14-1, 14-2) mehrere räumlich getrennte Antennenelemente umfasst.