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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine MIMO-Radarvorrichtung zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Objekts. Die MIMO-Radarvorrichtung kann insbesondere in einem Fahrzeug, etwa einem Straßen-, Schienen-, Luft- oder Wasserfahrzeug, angeordnet sein. Unter dem Lagewinkel eines Objekts ist insbesondere derjenige Winkel zu verstehen, in welchem das Objekt in Bezug auf eine Referenzachse angeordnet ist. Bei Anwendungen an einem Fahrzeug ist dies vorzugsweise die Vorwärtsfahrtrichtung, zentriert auf die Mitte des Fahrzeugs in Querrichtung. Wo im Folgenden von einer Winkelabhängigkeit die Rede ist, soll darunter eine Abhängigkeit von dem Lagewinkel verstanden werden. Bei dem Lagewinkel kann es sich insbesondere um den so genannten Azimutwinkel handeln, welcher auf ein Fahrzeug bezogen ist.
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Stand der Technik
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MIMO steht im Fachgebrauch für „Multiple Input Multiple Output” und bezeichnet ein System oder Verfahren, gemäß welchem mehrere Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen zum Erzielen eines Effekts verwendet werden, beispielsweise zum Übermitteln von Informationen oder, wie im vorliegenden Fall, zum Erfassen zumindest der Lage eines externen Objekts mit einer Radarvorrichtung. Sendeantennen sind insbesondere zum Aussenden eines elektromagnetischen Signals ausgebildet. Empfangsantennen sind insbesondere zum Empfangen eines elektromagnetischen Signals ausgebildet. Wenn hier und im Folgenden von „Antennen” die Rede ist, sollen darunter gleichermaßen, ohne Unterscheidung, Sendeantennen und Empfangsantennen verstanden werden.
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In modernen Fahrzeugen werden eine Vielzahl elektronischer Systeme eingesetzt, die z. B. dazu dienen können einen Fahrer beim Führen des Fahrzeugs zu unterstützen. Beispielsweise können Bremsassistenten vorausfahrende Verkehrsteilnehmer erkennen und das Fahrzeug entsprechend abbremsen und beschleunigen, so dass immer ein vorgegebener Mindestabstand zu den vorausfahrenden Verkehrsteilnehmern eingehalten wird. Solche Bremsassistenten können auch eine Notbremsung einleiten, wenn sie erkennen, dass der Abstand zu dem vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer zu gering wird.
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Um solche Assistenzsysteme in einem Fahrzeug bereitstellen zu können, ist es notwendig, Daten über das Umfeld des jeweiligen Fahrzeugs zu erfassen. Im oben genannten Beispiel eines Bremsassistenten ist es z. B. nötig, die Position eines vorausfahrenden Verkehrsteilnehmers zu erfassen, um den Abstand des Fahrzeugs zu dem vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer berechnen zu können.
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Bei der Erfassung der Position eines vorausfahrenden Verkehrsteilnehmers kann z. B. der Azimutwinkel des vorausfahrenden Verkehrsteilnehmers ausgehend von der Fahrtrichtung des jeweiligen Fahrzeugs erfasst werden. Der Azimutwinkel ist Teil eines zweckmäßigen, zunächst auf die Radarvorrichtung, bei einer in einem Fahrzeug angeordneten Radarvorrichtung aber entsprechend auf das Fahrzeug bezogenen Kugelkoordinatensystems. Der Azimutwinkel ist bezüglich des Fahrzeugs so angeordnet, dass der Azimutwinkel bei einer Variation von 0° bis 360° eine Ebene parallel zu der Fahrebene überstreicht, welche das Fahrzeug befährt. Mithilfe des Azimutwinkels ist beispielsweise ein Objekt in Vorwärtsfahrtrichtung links von dem Fahrzeug von einem Objekt in Vorwärtsfahrtrichtung rechts von dem Fahrzeug unterscheidbar.
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Da auch funktional nicht relevante Objekte wie Gullideckel oder Brücken elektromagnetische Signale als Radarsignale reflektieren, erlaubt die Erfassung des Elevationswinkels eine Unterscheidung zwischen funktional relevanten und nicht relevanten Objekten. Der Elevationswinkel ist ein weiterer Teil des beschriebenen Kugelkoordinatensystems und überstreicht bei einer Variation von 0° bis 360° eine Ebene, welche senkrecht auf der Fahrbahn steht, welche das Fahrzeug befährt. Die letzte unabhängige Koordinate des beschriebenen Kugelkoordinatensystems ist der Abstand, oder Radius.
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Eine Erfassung der Azimutwinkel bzw. Elevationswinkel eines Objekts kann z. B. durch Auswertung der elektromagnetischen Phasenversätze an den Empfangsantennen einer Radarvorrichtung empfangener, an dem Objekt reflektierter elektromagnetischer Signale erfolgen.
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Die
US 2012/256795 A1 zeigt eine mögliche Antenne für eine solche Radarvorrichtung.
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Für ein zweidimensionales Antennenarray mit Phasenzentren xi in einer ersten Koordinatenrichtung und yi in einer zweiten, dazu senkrechten Koordinatenrichtung, gilt für die Phase φi an Antenne i: φi = 2π / λ(xi·sinθ·cosΦ + yi·sinΦ)
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Dabei stellt θ den Azimutwinkel und Φ den Elevationswinkel dar.
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Es wünschenswert, mit einer möglichst geringen Anzahl an Antennen, d. h. Sende- und Empfangsantennen, des Antennenarrays der Radarvorrichtung auszukommen. Die Anwendung des bekannten MIMO-Prinzips kombiniert Empfangssignale mehrerer Schaltzustände und erlaubt so die Bildung virtueller Arrays mit vergrößerter Apertur einer hohen Anzahl virtueller Antennen.
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Die Bildung der virtuellen Arrays av(θ) erfolgt durch Faltung des Empfangsantennenarrays, welches aus den Empfangsantennen besteht, mit dem Sendeantennenarray, welches aus den Sendeantennen besteht, d. h. durch Bilden aller möglichen Produkte der Einwegeantennendiagramme atx(θ) der Sendeantennen mit den Einwegeantennendiagrammen arx(θ) der Empfangsantennen: av(θ) = atx(θ) ⊗ arx(θ), wobei ⊗ das Kroneckerprodukt symbolisiert, das heißt alle möglichen Produkte der Elemente der Vektoren atx(θ) und arx(θ) bildet.
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Herkömmliche Radarvorrichtungen benötigen eine Phasenkohärenz zwischen verschiedenen Schalt- bzw. Sendezuständen der Sendeantennen. Relativ zu der Radarvorrichtung bewegte Objekte führen bei Zeitmultiplex-MIMO zu einem Phasenversatz zwischen Sendezuständen, weshalb Kompensationsverfahren für ein Kompensieren des Phasenversatzes Anwendung finden. Fehler bei der Geschwindigkeitsschätzung führen zu verbleibenden Phasenversätzen, welche sich nachteilig auf die nachfolgende Lagewinkelbestimmung auswirken, insbesondere falls Radarsignale mit verhältnismäßig langsamen FMCW-Rampen ausgesendet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine MIMO-Radarvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
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Somit schafft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Objekts mit den Schritten: Aussenden eines ersten Radarsignals mittels einer ersten Sendeantenne mit einer ersten Strahlungscharakteristik; Aussenden eines zweiten Radarsignals mittels einer zweiten Sendeantenne mit einer zweiten Strahlungscharakteristik; Aussenden eines dritten Radarsignals mittels einer dritten Sendeantenne mit einer dritten Strahlungscharakteristik; wobei eine Hauptkeule der ersten Strahlungscharakteristik in eine erste Richtung weist;
wobei eine Hauptkeule der zweiten Strahlungscharakteristik in eine zweite Richtung weist, welche zu der ersten Richtung in einem ersten Winkel von zwischen einem Grad und neunzig Grad steht; und
wobei eine Hauptkeule der dritten Strahlungscharakteristik in eine dritte Richtung weist; wobei die dritte Richtung zu der zweiten Richtung in einem zweiten Winkel von zwischen einem Grad und neunzig Grad steht; Empfangen von an dem Objekt reflektierten Radarsignalen; Bestimmen des Lagewinkels des Objekts basierend auf Phasenunterschieden sowie basierend auf Amplitudenunterschieden, welche in dem Aussenden der Radarsignale in die ersten bis dritten Richtungen begründet sind, zwischen den empfangenen reflektierten Radarsignalen.
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Weiterhin schafft die Erfindung eine MIMO-Radarvorrichtung zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Objekts mit: einer ersten Sendeantenne, mittels welcher erste Radarsignale mit einer ersten Strahlungscharakteristik aussendbar sind; einer zweiten Sendeantenne, mittels welcher zweite Radarsignale mit einer zweiten Strahlungscharakteristik aussendbar sind; einer dritten Sendeantenne, mittels welcher dritte Radarsignale mit einer dritten Strahlungscharakteristik aussendbar sind; wobei eine Hauptkeule der ersten Strahlungscharakteristik in eine erste Richtung weist; wobei eine Hauptkeule der zweiten Strahlungscharakteristik in eine zweite Richtung weist, welche zu der ersten Richtung in einem ersten Winkel von zwischen einem Grad und neunzig Grad steht; und wobei eine Hauptkeule der dritten Strahlungscharakteristik in eine dritte Richtung weist; wobei die dritte Richtung zu der zweiten Richtung in einem zweiten Winkel von zwischen einem Grad und neunzig Grad steht; mindestens einer Empfangsantenne, mittels welcher an dem Objekt reflektierten Radarsignalen empfangbar sind; und einer Auswerteeinrichtung, mittels welcher der Lagewinkel des Objekts basierend auf Phasenunterschieden sowie basierend auf Amplitudenunterschieden, welche in dem Aussenden der Radarsignale in die ersten bis dritten Richtungen begründet sind, zwischen den empfangenen reflektierten Radarsignalen bestimmbar ist.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch Aussenden der Radarsignale in verschiedene Richtungen winkelabhängige Amplitudenunterschiede der ausgesendeten, reflektierten und empfangenen Radarsignale auftreten, welche zusammen mit den winkelabhängigen Phasenunterschieden der empfangenen Radarsignale zum präziseren Bestimmen des Lagewinkels des Objekts nutzbar sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist ohne eine Phasenkohärenz der Schaltzustände der Sendeantennen, insbesondere ohne eine Phasenkohärenz der ausgesendeten Radarsignale, durchführbar, sodass beispielsweise auch vergleichsweise langsame FMCW-Rampen als Radarsignale aussendbar und, an dem Objekt reflektiert, auswertbar sind. Die winkelabhängigen Amplitudenunterschiede der Sendeantennen werden erfindungsgemäß zur Mehrdeutigkeitsauflösung, das heißt zur Unterscheidung mehrerer Objekte, und/oder zur Erhöhung der Winkelgenauigkeit genutzt. Dementsprechend können mehrdeutige Empfangsarrays, d. h. Anordnungen von Empfangsantennen der MIMO-Radarvorrichtung, mit verhältnismäßig großer Apertur eingesetzt werden, da die Mehrdeutigkeiten wie oben beschrieben über die Amplitudenunterschiede der Sendezustände, d. h. der Radarsignale, aufgelöst werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind der erste Winkel und der zweite Winkel gleich groß. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der erste Winkel kleiner als der zweite Winkel.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren den Schritt: Aussenden eines vierten Radarsignals mittels einer vierten Sendeantenne mit einer vierten Strahlungscharakteristik; wobei eine Hauptkeule der vierten Strahlungscharakteristik in eine vierte Richtung weist, welche zu der dritten Richtung in einem dritten Winkel von zwischen einem Grad und neunzig Grad steht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind der erste Winkel und der dritte Winkel gleich groß. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind der erste Winkel, der zweite Winkel und/oder der dritte Winkel zwischen fünf Grad und dreißig Grad groß, vorzugsweise zwischen zehn Grad und fünfundzwanzig Grad groß. Besonders vorteilhaft können der erste, zweite und dritte Winkel zwischen zwanzig Grad und fünfundzwanzig Grad groß sein, insbesondere zwischen zwanzig Grad und dreiundzwanzig Grad, jeweils inklusive.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen die ersten Radarsignale, die zweiten Radarsignale und/oder die dritten Radarsignale (und/oder, ggf., die vierten Radarsignale) einen rampenförmigen zeitlichen Amplitudenverlauf auf. Eine zeitliche Ausdehnung jeder Rampe beträgt mehr als eine Millisekunde und liegt vorzugsweise zwischen 1 Millisekunde und 5 Millisekunden, jeweils inklusive.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die erfindungsgemäße MIMO-Radarvorrichtung eine vierten Sendeantenne auf, mittels welcher vierte Radarsignale mit einer vierten Strahlungscharakteristik aussendbar sind; wobei eine Hauptkeule der vierten Strahlungscharakteristik in eine vierte Richtung weist, welche zu der dritten Richtung in einem dritten Winkel von zwischen einem Grad und neunzig Grad steht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild einer MIMO-Radarvorrichtung zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Objekts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Objekts gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 einen schematischen Graphen zum Erläutern des Verfahrens zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Objekts gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 einen schematischen Graphen zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Objekts gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 einen schematischen Graphen zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Objekts gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer MIMO-Radarvorrichtung 1 zum Bestimmen eines Lagewinkels θ eines Objekts 5 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß 1 ist die MIMO-Radarvorrichtung 1 in einem Fahrzeug 7 ausgebildet. Die Radarvorrichtung 1 umfasst ein planares Antennenarray, welches ein Sendearray 2 mit einer ersten bis dritten Sendeantenne 10, 20, 30 sowie ein Empfangsarray 4 mit vier Empfangsantennen 50 aufweist. Mittels der ersten bis dritten Sendeantennen 10, 20, 30 ist jeweils ein elektromagnetisches Signal 110, 120, 130 aus der Antennenvorrichtung 1 aussendbar. Die ausgesendeten elektromagnetischen Signale 110, 120, 130 können beispielsweise an dem externen Objekt 5 reflektiert werden, wodurch reflektierte elektromagnetische Signale 18 entstehen. Die vier Empfangsantennen 50 befinden sich relativ zueinander an den Positionen 0, 1.8, 2.94 und 6.89, jeweils gemessen in Einheiten der Wellenlänge der auszusendenden Radarsignale.
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Die reflektierten elektromagnetischen Signale 18 sind mittels der Empfangsantennen 50 des Empfangsarrays 4 empfangbar und mittels einer Auswerteeinrichtung 6 zum Bestimmen des Lagewinkels θ des Objekts 5 auswertbar. Der Lagewinkel θ ist bezogen auf die MIMO-Antennenvorrichtung 1 definiert. Vorteilhafterweise, wenn die Antennenvorrichtung 1 in dem Fahrzeug 7 angeordnet ist, wird der Lagewinkel θ in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7 mit dem Fußpunkt der Vorwärtsfahrtrichtung V auf dem Fahrzeug 7 als Scheitelpunkt und mit einem überstrichenen Winkelsektor parallel zu einer Fahrebene des Fahrzeugs 7 gemessen.
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Das Aussenden der elektromagnetischen Signale 110, 120, 130 wird mittels einer Steuereinrichtung 3 gesteuert, welche über Datenleitungen 17 mit der Auswerteeinrichtung 6 verbunden sein kann, so dass von der Steuereinrichtung 3 bereitgestellte Parameter über Phasenabstände, Sendezeitpunkte, Signalrampen etc. der ausgesendeten elektromagnetischen Signale 110, 120, 130 von der Auswerteeinrichtung 6 bei dem Bestimmen des Lagewinkels θ berücksichtigbar sind.
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Mittels der ersten Sendeantenne 10 sind die ersten Radarsignale 110 mit einer ersten Strahlungscharakteristik 112 aussendbar. Mittels der zweiten Sendeantenne 20 sind die zweiten Radarsignale 120 mit einer zweiten Strahlungscharakteristik 122 aussendbar. Mittels der dritten Sendeantenne 30 sind die dritten Radarsignale 130 mit einer dritten Strahlungscharakteristik 132 aussendbar. Die ersten bis dritten Strahlungscharakteristiken 112, 122, 132 der ersten bis dritten Sendeantennen 10, 20, 30 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind anhand von 3 näher erläutert. Die MIMO-Radarvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform eignet sich insbesondere zum Durchführen des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform, wie es im Folgenden näher beschrieben wird.
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Die Sendeantennen 10, 20, 30 der MIMO-Radarvorrichtung können auch um eine vierte Sendeantenne ergänzt werden, mittels welcher vierte Radarsignale mit einer vierten Strahlungscharakteristik aussendbar sind. Die ersten bis vierten Sendeantennen 10, 20, 30 können zum Aussenden der ersten bis vierten Radarsignale 210, 220, 230, 240; 310, 320, 330, 340 mit den ersten bis vierten Strahlungscharakteristiken 212, 222, 232, 242; 312, 322, 332, 342 gemäß der dritten oder der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anpassbar sein, d. h. mit den ersten bis vierten Strahlungscharakteristiken 212, 222, 232, 242; 312, 322, 332, 342, welche anhand von 4 und 5 erläutert sind.
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Gemäß der ersten Ausführungsform sind die ersten bis dritten Sendeantennen 10, 20, 30 als Patchantennen mit sechs Spalten von Patchelementen ausgebildet, deren jeweilige Strahlungscharakteristik 112, 122, 123 insbesondere durch phasenversetztes Ansteuern der einzelnen Patchelemente der Patchantennen anpassbar sind, etwa nach dem „Phased-Array”-Prinzip.
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Mittels der Auswerteeinrichtung 6 ist der Lagewinkel θ des Objekts 5 basierend auf Phasenunterschieden sowie basierend auf Amplitudenunterschieden der empfangenen reflektierten Radarsignalen 18 bestimmbar. Bei den Amplitudenunterschieden gehen in das Auswerten insbesondere diejenigen Amplitudenunterschiede der empfangenen reflektierten Radarsignale 18 ein, welche in dem Aussenden der ersten bis dritten Radarsignale 110, 120, 130 in die voneinander verschiedenen ersten bis dritten Richtungen 116, 126, 136 begründet sind. Dazu sind die ersten bis dritten Richtungen 116, 126, 136 in der Auswerteeinrichtung 6 hinterlegt.
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Die ersten bis dritten Richtungen 116, 126, 136 können optional auch mittels der Steuereinrichtung 3 dynamisch anpassbar sein, beispielsweise mittels elektronischer Strahlschwenkung, wobei die Winkel zwischen den ersten bis dritten Richtungen 116, 126, 136 – siehe dazu auch die 3 bis 5 – konstant gehalten werden. Informationen über die jeweils aktuelle Ausrichtung der ersten bis dritten oder ggf. vierten Sendeantennen 10, 20, 30, können dazu von der Steuereinrichtung regelmäßig oder kontinuierlich an die Auswerteeinrichtung 6 übermittelt werden.
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2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen eines Lagewinkels θ eines Objekts 5 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Betreiben einer erfindungsgemäßen MIMO-Radarvorrichtung, insbesondere der MIMO-Radarvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, geeignet. Die MIMO-Radarvorrichtung kann vorteilhaft an Variationen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst werden und umgekehrt. Bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch auf Bezugszeichen in 1 und 3 bis 5 verwiesen. Das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform wird insbesondere anhand der nachfolgenden 3 genauer erläutert.
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In einem Schritt S01 wird ein erstes Radarsignal 110 mittels einer ersten Sendeantenne 10 mit einer ersten Strahlungscharakteristik 112 ausgesendet. In einem Schritt S02 wird ein zweites Radarsignal 120 mittels einer zweiten Sendeantenne 20 mit einer zweiten Strahlungscharakteristik 122 ausgesendet. In einem Schritt S03 wird ein drittes Radarsignal 130 mittels einer dritten Sendeantenne 30 mit einer dritten Strahlungscharakteristik 132 ausgesendet.
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Eine Hauptkeule 114 der ersten Strahlungscharakteristik 112 weist in eine erste Richtung 116. Eine Hauptkeule 124 der zweiten Strahlungscharakteristik 122 weist in eine zweite Richtung 126, welche zu der ersten Richtung 116 in einem ersten Winkel α112 von zweiundzwanzigkommafünf Grad steht. Eine Hauptkeule 134 der dritten Strahlungscharakteristik 132 weist in eine dritte Richtung 136, wobei die dritte Richtung 136 zu der zweiten Richtung 126 in einem zweiten Winkel α123 von zweiundzwanzigkommafünf Grad steht. Der erste und der zweite Winkel α112, α123 liegen dabei in ein- und derselben virtuellen Ebene, welche insbesondere parallel zu der Fahrebene des Fahrzeugs 7 angeordnet ist, falls das Verfahren zum Betreiben einer an einem Fahrzeug 7 ausgebildeten MIMO-Radarvorrichtung verwendet wird.
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In einem Schritt S04 werden an dem Objekt 5 reflektierte Radarsignale 18 empfangen, insbesondere mittels der Empfangsantennen 50.
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In einem Schritt S04 wird der Lagewinkel θ des Objekts 5 basierend auf Phasenunterschieden sowie basierend auf Amplitudenunterschieden, welche in dem Aussenden S01, S02, S03 der Radarsignale 110, 120, 130 in die ersten bis dritten Richtungen 116, 126, 136 begründet sind, zwischen den empfangenen reflektierten Radarsignalen 18 bestimmt, das heißt berechnet.
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3 zeigt einen schematischen Graphen zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen eines Lagewinkels θ eines Objekts 5 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Auf einer horizontalen Achse 8 sind Richtungen im Winkel angegeben, in welche erfindungsgemäß die Hauptkeulen 114, 124, 134 der ersten bis dritten Strahlungscharakteristiken 112, 122, 132 der ersten bis dritten Sendeantennen 10, 20, 30 ausgerichtet sind. Bei korrekter Justage weist die Richtung bei 0° entlang der horizontalen Koordinatenachse 8 genau in Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7. Negative Winkel entlang der horizontalen Koordinatenachse 8 beziehen sich in diesem Fall auf Richtungen „links” vor dem Fahrzeug 7 und positive Winkel auf Richtungen „rechts” vor dem Fahrzeug 7.
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Auf einer vertikalen Koordinatenachse 9 ist eine Leistung aufgetragen. Die Kurven des ersten, zweiten und dritten Radarsignals 110, 120, 130 bezeichnen somit Leistungen, welche gemäß den Strahlungscharakteristiken der Sendeantennen 10, 20, 30 beim Aussenden der ersten bis dritten Radarsignale 110, 120, 130 in bestimmte Richtungen, das heißt Winkel, emittiert werden.
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Gemäß 3 weist die Hauptkeule 114 des von der ersten Sendeantenne 10 ausgesendeten ersten Radarsignals 110 ihr Maximum 115 bei –22,5° auf. Das heißt, das erste Radarsignal 110 wird in eine erste Richtung 116 von –22,5°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet. Die Hauptkeule 124 des von der zweiten Sendeantenne 20 ausgesendeten zweiten Radarsignals 120 weist ihr Maximum 125 bei 0° auf. Das heißt, das zweite Radarsignal 120 wird in eine zweite Richtung 126 von 0°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet. Die Hauptkeule 134 des von der dritten Sendeantenne 30 ausgesendeten dritten Radarsignals 130 weist ihr Maximum 135 bei +22,5° auf. Das heißt, das dritte Radarsignal 130 wird in eine dritte Richtung 136 von +22,5°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet.
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Die erste Richtung 116 und die zweite Richtung 126 schließen zusammen einen ersten Winkel α112 mit einem Betragswert von 22,5° ein. Die zweite Richtung 126 und die dritte Richtung 136 schließen einen zweiten Winkel α123 mit einem Betragswert von ebenfalls 22,5° ein. Der erste Winkel α112 und der zweite Winkel α123 liegen in einer gemeinsamen virtuellen Ebene, welche parallel zu der Fahrebene des Fahrzeugs 7 liegt. Ein weiterer, nicht bezeichneter Winkel zwischen der ersten Richtung 116 und der zweiten Richtung 136 weist somit einen Betragswert von 45° auf.
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4 zeigt einen schematischen Graphen zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen eines Lagewinkels θ eines Objekts 5 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform ist eine Variante des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform und unterscheidet sich von dieser darin, dass eine vierte Sendeantenne zum Aussenden eines vierten Radarsignals 240 in eine vierte Richtung 246 verwendet wird, sowie in der Wahl der ersten bis dritten Richtungen 216, 226, 236, in welche die ersten bis dritten Radarsignale 210, 220, 230 ausgesendet werden.
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Gemäß 4 weist die Hauptkeule 214 des von der ersten Sendeantenne 10 ausgesendeten ersten Radarsignals 210 ihr Maximum 215 bei –30° auf. Das heißt, das erste Radarsignal 210 wird in eine erste Richtung 216 von –30°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet. Die Hauptkeule 224 des von der zweiten Sendeantenne 20 ausgesendeten zweiten Radarsignals 220 weist ihr Maximum 225 bei –10° auf. Das heißt, das zweite Radarsignal 220 wird in eine zweite Richtung 226 von –10°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet. Die Hauptkeule 234 des von der dritten Sendeantenne 30 ausgesendeten dritten Radarsignals 230 weist ihr Maximum 235 bei +10° auf. Das heißt, das dritte Radarsignal 230 wird in eine dritte Richtung 236 von +10°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet. Eine Hauptkeule 244 eines von einer vierten Sendeantenne ausgesendeten vierten Radarsignals 240 weist ihr Maximum 245 bei +30° auf. Das heißt, das vierte Radarsignal 240 wird in eine vierte Richtung 226 von +30°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet.
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Die erste Richtung 216 und die zweite Richtung 226 schließen zusammen einen ersten Winkel α212 mit einem Betragswert von 20° ein. Die zweite Richtung 226 und die dritte Richtung 236 schließen einen zweiten Winkel α223 mit einem Betragswert von ebenfalls 20° ein. Die dritte Richtung 236 und die vierte Richtung 246 schließen einen dritten Winkel α234 mit einem Betragswert von ebenfalls 20° ein. Der erste Winkel α212, der zweite Winkel α223 und der dritte Winkel α234 liegen in einer gemeinsamen virtuellen Ebene, welche parallel zu der Fahrebene des Fahrzeugs 7 liegt. Ein weiterer, nicht bezeichneter Winkel zwischen der ersten Richtung 216 und der vierten Richtung 246 weist daher einen Betragswert von 50° auf.
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Gemäß der dritten Ausführungsform kann aufgrund der Amplitudengradienten an den Schnittpunkten der Hauptkeulen 214, 224, 234, 244 bei –20°, 0° und +20° im Verhältnis zu der zweiten Ausführungsform die Beambreite verringert und somit die Winkelgenauigkeit und Winkeltrennfähigkeit verbessert werden.
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Zum Durchführen des Verfahrens gemäß der dritten Ausführungsform kann die MIMO-Radarvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform insbesondere derart modifiziert werden, dass vier Sendeantennen als Patchantennen mit je zehn Spalten von Patchelementen ausgebildet werden. Die Empfangsantennen sind relativ zueinander an den Positionen 0, 1.64, 2.82 und 6.77, jeweils in Einheiten der Wellenlänge der auszusendenden Radarsignale 210, 220, 230, 240 angeordnet.
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5 zeigt einen schematischen Graphen zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen eines Lagewinkels θ eines Objekts 5 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß der vierten Ausführungsform ist eine Variante des Verfahrens gemäß der dritten Ausführungsform und unterscheidet sich von dieser in den ersten bis vierten Richtungen 316, 326, 336, 346, in welche die ersten bis vierten Radarsignale 310, 320, 330, 340 ausgesendet werden.
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Gemäß 5 weist die Hauptkeule 314 des von der ersten Sendeantenne 10 ausgesendeten ersten Radarsignals 310 ihr Maximum 315 bei –25° auf. Das heißt, das erste Radarsignal 310 wird in eine erste Richtung 316 von –25°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet. Die Hauptkeule 324 des von der zweiten Sendeantenne 20 ausgesendeten zweiten Radarsignals 320 weist ihr Maximum 325 bei –10° auf. Das heißt, das zweite Radarsignal 320 wird in eine zweite Richtung 226 von –10°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet. Die Hauptkeule 334 des von der dritten Sendeantenne 30 ausgesendeten dritten Radarsignals 330 weist ihr Maximum 335 bei +10° auf. Das heißt, das dritte Radarsignal 330 wird in eine dritte Richtung 336 von +10°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet. Die Hauptkeule 344 des von der vierten Sendeantenne ausgesendeten vierten Radarsignals 340 weist ihr Maximum 345 bei +30° auf. Das heißt, das vierte Radarsignal 340 wird in eine vierte Richtung 326 von +30°, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 7, ausgesendet.
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Die erste Richtung 316 und die zweite Richtung 326 schließen zusammen einen ersten Winkel α312 mit einem Betragswert von 15° ein. Die zweite Richtung 326 und die dritte Richtung 3236 schließen einen zweiten Winkel α223 mit einem Betragswert von 20° ein. Die dritte Richtung 336 und die vierte Richtung 346 schließen einen dritten Winkel α334 mit einem Betragswert von 15° ein. Der erste Winkel α312, der zweite Winkel α323 und der dritte Winkel α334 liegen in einer gemeinsamen virtuellen Ebene, welche parallel zu der Fahrebene des Fahrzeugs 7 liegt. Ein weiterer, nicht bezeichneter Winkel zwischen der ersten Richtung 316 und der vierten Richtung 346 weist daher einen von Betragswert 50° auf.
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Zum Durchführen des Verfahrens gemäß der vierten Ausführungsform kann die MIMO-Radarvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform insbesondere derart modifiziert werden, dass vier Sendeantennen als Patchantennen mit je sechs Spalten von Patchelementen ausgebildet werden. Die Empfangsantennen sind relativ zueinander an den Positionen 0, 1.64, 2.87 und 7.41, jeweils in Einheiten der Wellenlänge der auszusendenden Radarsignale 310, 320, 330, 340 angeordnet.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise können, zum Aussenden der ersten bis dritten (oder ggf. vierten) Radarsignale in die voneinander verschiedenen ersten bis dritten (oder ggf. vierten) Richtungen, die ersten bis dritten (oder ggf. vierten) Sendeantennen der MIMO-Radarvorrichtung im Verhältnis zueinander baulich verschwenkt ausgebildet oder installiert sein. Der erste und der zweite Winkel können auch in voneinander verschiedenen virtuellen Ebenen liegen, welche miteinander einen Diederwinkel von zwischen null und neunzig Grad, vorzugsweise zwischen null und fünfunfvierzig Grad, bevorzugt zwischen null und dreißig Grad, insbesondere zwischen null und 0 zehn Grad, einschließen. Das gleiche kann analog für den zweiten und den dritten Winkel gelten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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