DE102018217173A1 - Reflektorsystem in einem radarzielsimulator zum testen einer funktionsfähigkeit eines radarsensors und verfahren zum testen einer funktionsfähigkeit eines radarsensors - Google Patents

Reflektorsystem in einem radarzielsimulator zum testen einer funktionsfähigkeit eines radarsensors und verfahren zum testen einer funktionsfähigkeit eines radarsensors Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reflektorsystem in einem Radarzielsimulator zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors, wobei das Reflektorsystem Folgendes umfasst: mindestens eine Antenne zum Aussenden einer elektromagnetischen Welle in einer Sendeebene zur Simulation einer Rückstreuung eines Hindernisses, mindestens einen Reflektor zum Reflektieren einer von der mindestens einen Antenne ausgesendeten elektromagnetischen Welle in eine Empfangsebene und einen in der Empfangsebene vorgegebenen Positionierungsbereich, in welchem ein zu testender Radarsensor zum Empfangen der von der mindestens einen Antenne ausgesendeten, in die Empfangsebne reflektierten elektromagnetischen Welle positioniert oder positionierbar ist, wobei die mindestens eine Antenne in oder nahe einem ersten Wellenaussendepunkt oder einem ersten Brennpunkt des mindestens einen Reflektors angeordnet ist und ein zweiter Welleneinfallspunkt des mindestens einen Reflektors in dem Positionierungsbereich angeordnet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors in einem Radarzielsimulator, wobei das Verfahren mit dem vorgeschlagenen Reflektorsystem ausgeführt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reflektorsystem in einem Radarzielsimulator zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors und ein Verfahren zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors in einem Radzielsimulator.
  • Radarsensoren werden zunehmend zur Standardausstattung heutiger und zukünftiger Fahrzeuge, welche sich auf unseren Straßen bewegen. In erster Linie handelt es sich bei diesen Fahrzeugen um Personen- und Lastkraftwagen bzw. Transporter oder Busse. Aber auch der Einsatz von Radarsensoren in anderen Fahrzeugen, wie beispielsweise Motorrädern, Schiffen oder in landwirtschaftlichen Geräten wird zunehmend wichtiger. Auch im industriellen Umfeld werden Radarsensoren immer häufiger eingesetzt.
  • Die eingesetzten Radarsensoren sollten sehr kostengünstig in der Herstellung sein und - als sicherheitsrelevantes System - sehr zuverlässig und robust über viele Jahre funktionieren. Beispielsweise wird jeder Radarsensor vom Hersteller vor Auslieferung an beispielsweise einen Automobilhersteller eingehend getestet und kalibriert. Auch ein Automobilhersteller wiederum muss jeden Radarsensor nach der Installation in ein Fahrzeug testen und kalibrieren. Bei diesen Tests müssen sämtliche wichtigen Funktionen und Performance-Parameter der Sensoren überprüft werden. Hierzu werden in der Regel künstliche Radarziele eingesetzt, die üblicherweise von Radarzielsimulatoren generiert werden. Radarzielsimulatoren umfassen in der Regel einen Empfänger, einen Sender und eine Signalverarbeitung, welche die ausgesendeten und empfangenen Signale, insbesondere elektromagnetischen Wellen, empfängt und auswertet. Solche Radarsimulatoren können, nach Empfang und Verarbeitung der vom Radar abgestrahlten Sendesignale, Echos mehrerer verschieden großer Punktziele in verschiedenen Entfernungen und mit verschiedenen Radialgeschwindigkeiten generieren. Radarparameter wie Empfindlichkeit, Dynamikbereich, Blindentfernung, Reichweite, Entfernungsauflösung, minimale und maximale detektierbare Relativgeschwindigkeit, Geschwindigkeitsauflösung usw. lassen sich mit mechanisch relativ einfachen, statischen Testaufbauten überprüfen. Dazu benötigt der Radarzielsimulator in der Regel nur eine einzelne Sendeantenne, die sämtliche künstliche Zielechos für eine radiale Richtung abstrahlen kann.
  • Anders jedoch verhält es sich bei Parametern der lateralen Detektion von Radarzielen. Parameter der lateralen Detektion von Radarzielen, wie sichtbarer Winkelbereich, Winkelauflösung, Winkeleindeutigkeit usw. benötigen mechanisch aufwendigere und eventuell sogar dynamische Testaufbauten mit künstlichen Radarzielen, mit denen ein großer Winkelbereich untersucht werden kann. Dazu werden typischer Weise entweder mehrere Sendeantennen des Radarzielsimulators über den zu untersuchenden Winkelbereich um den Radarsensor herum statisch platziert oder mechanisch bewegt. Zusätzlich dazu kann der Radarsensor selbst mechanisch gedreht werden.
  • Die meisten derzeit bekannten Radarsensoren, welche im Automobilbereich eingesetzt werden, besitzen Sendeantennen, die - abhängig vom jeweils betrachteten Entfernungsbereich - den gesamten zu beobachtenden Winkelbereich möglichst gleichmäßig ausleuchten. Echos aus diesem Winkelbereich werden von mehreren, an unterschiedlichen Positionen sitzenden Empfangsantennen empfangen. Die Winkel der Zielechos werden dann anhand der bekannten relativen Positionen der Empfangsantennen und der Laufzeitunterschiede der Empfangssignal bestimmt. Dieses Verfahren wird meist als digitale Diagrammformung (engl. digital beamforming) bezeichnet. Da die Sendeantennen des Radarsensors den gesamten Beobachtungsbereich ausleuchten, kann ein Radarzielsimulator die Sendesignale des Radars z.B. mit einer zentralen Empfangsantenne detektieren und die Zielechos über mehrere Sendeantennen aus verschiedenen Richtungen zurücksenden. Es ist natürlich auch denkbar, dass die Sendeantennen des Radarzielsimulators auch zugleich die Aufgabe von Empfangsantennen übernehmen. Dies wäre z.B. notwendig, wenn der Radarsensor z.B. mit analoger Diagrammformung (engl. analog beamforming) arbeiten würde. Dazu sendet und empfängt der Radarsensor über dieselbe Antenne, deren Blickrichtung mechanisch oder elektronisch einstellbar ist. Ausführungsformen dieser Antennen sind z.B. mechanisch schwenkbare Reflektoren oder phasengesteuerte Gruppenantennen. Auch bei Radarsensoren, die nach dem MIMO-Prinzip (Multiple Input Multiple Output) mit mehreren gleichwertigen Sendeantennen arbeiten, kann die Verwendung der Sendeantennen eines Radarzielsimulators als Empfangsantennen notwendig sein.
  • Ein Hauptproblem bei der Verteilung der Sendeantennen des Radarzielsimulators im Raum, die je nach Typ des getesteten Radarsensors auch als Empfangsantennen verwendet werden können, oder der mechanischen Bewegung dieser Antennen über einen großen Winkelbereich sind die Zuleitungen der abzustrahlenden Hochfrequenzsignale und deren Länge. Bei der Verwendung mehrerer im Raum verteilter Sendeantennen z. B. nach dem Prinzip einer phasengesteuerten Gruppenantenne ist zudem eine große Anzahl von Antennenelementen notwendig, da diese in der Regel einen Elementabstand von einer halben Wellenlänge nicht überschreiten sollten.
  • Es sind unterschiedliche Lösungsansätze bekannt, welche allerdings nahezu alle auf der mechanischen Bewegung des Radarsensors selbst oder der künstlichen Radarziele basieren. Sollen nur Ziele entlang einer radialen Richtung betrachtet werden, genügt es den Radarsensor selbst mechanisch so zu drehen, dass die Sendeantenne des Radarzielsimulators aus der gewünschten Richtung auf den Sensor strahlt. Dazu wird der Radarsensor oft auf einen Roboterarm oder Drehstand montiert. Der Radarzielsimulator ist dabei meist ortsfest installiert, wie z. B. das System ME7220A der Firma Anritsu, oder das System E8707A der Firma Keysight oder das System VRTS der Firma National Instruments bzw. Konrad Technology.
  • In dem durch das BMBF geförderte Verbundvorhaben „Safe MOVE“ wird eine geringe Anzahl von Antennen des Radarzielsimulators auf einer kreisförmigen Bahn mit relativ großem Radius von mehreren Metern um den Radsensor verteilt angeordnet und mechanisch bewegt. Das System der Firma dSPACE bewegt ebenfalls einige wenige Antennen auf einer kreisförmigen Bahn um den Radarsensor. Allerdings ist hier der Radius mit weniger als einem Meter relativ klein.
  • Eine elektronische Lösung mit einer großen Anzahl über eine große Fläche verteilten Sendeantennen wird beispielsweise in der US 6, 114, 985 A mit dem Titel „Automotive Forward Looking Sensor Test Station“ beschrieben. Hier wird in einer Absorberkammer an einem Ende ein sog. Forward Looking Sensor (FLS) und an dem anderen Ende ein Transmit/Receive Testsystem (TRT) installiert, wobei die vom FLS-Radarsensor ausgesendeten elektromagnetischen Wellen vom TRT-System empfangen und ausgewertet werden. Auf diesem Ansatz basiert auch ein von dem Unternehmen Rhode & Schwarz angebotenes System, bei dem die Radarziele entlang Azimut- und Elevationswinkel bewegt werden können. Die Bewegung erfolgt in diskreten Schritten durch Umschalten zwischen mehreren in einem Panel untergebrachten Sende- und Empfangsantennen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Reflektorsystem für einen Radarzielsimulator anzugeben, mit welchem die Funktionsfähigkeit eines Radarsensors prüfbar ist, sowie ein verbessertes Verfahren zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Reflektorsystem in einem Radarzielsimulator zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors nach Anspruch 1 und einem Verfahren zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors in einem Radarzielsimulator nach Anspruch 15. Weitere Ausführungsformen des verbesserten Systems und des vorgeschlagenen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß wird ein Reflektorsystem in einem Radarzielsimulator zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors vorgeschlagen, wobei das Reflektorsystem folgendes umfasst: das Reflektorsystem umfasst mindestens eine Antenne zum Aussenden einer elektromagnetischen Welle in einer Sendeebene zur Simulation einer Rückstreuung eines Hindernisses. Ferner umfasst das Reflektorsystem mindestens einen Reflektor zum Reflektieren einer von der mindestens einen Antenne ausgesendeten elektromagnetischen Welle in einer Empfangsebene. Außerdem umfasst das Reflektorsystem, insbesondere in der Empfangsebene, einen vorgegebenen Positionierungsbereich, in welchem ein zu testender Radarsensor zum Empfangen der von der mindestens einen Antenne ausgesendeten, in die Empfangsebne reflektierten elektromagnetischen Welle positioniert oder positionierbar ist. Dabei ist die mindestens eine Antenne in oder nahe einem ersten Wellenaussendepunkt oder einem ersten Brennpunkt des mindestens einen Reflektors angeordnet und ein zweiter Welleneinfallspunkt des mindestens einen Reflektors ist in dem Positionierungsbereich angeordnet. Ein zu testender Radarsensor ist in dem Positionierungsbereich anzuordnen. Hierbei kann der zu testende Radarsensor in dem zweiten Welleneinfallspunkt oder in einem zweiten Brennpunkt angeordnet sein. Der zu testende Radarsensor kann auch neben dem zweiten Welleneinfallspunkt oder dem zweiten Brennpunkt innerhalb des Positionierungsbereiches angeordnet sein. Unter dem Begriff Brennpunkt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist nicht nur ein Punkt zu verstehen, in welchem eine elektromagnetische Welle gebündelt ist. Vielmehr ist unter dem Begriff Brennpunkt auch ein Brennbereich zu verstehen, auf welchem eine elektromagnetische Welle gebündelt ist bzw. eintrifft. Der Brennbereich kann dabei in Form einer Brennlinie bzw. Brennachse, oder in Form eines Brennkreises oder auch in Form einer Kaustik erster oder zweiter Art vorliegen. Ferner ist unter Wellenaussendepunkt bzw. Welleneinfallspunkt ein Bereich zu verstehen, in welchem Wellen ausgesendet bzw., insbesondere teilweise gebündelt, empfangen werden. Der Wellenaussendepunkt und der Welleneinfallspunkt geben Punkte/Bereiche an, welche sich besonders zum Aussenden/Empfangen der elektromagnetischen Wellen eignen. Der mindestens eine Reflektor umgibt dabei die mindestens eine Antenne wenigstens teilweise bzw. bevorzugt vollständig. Ein Aussenden einer elektromagnetischen Welle von der mindestens einen Antenne dient hierbei zur Simulation eines Hindernisses. Der vorgeschlagene Lösungsansatz basiert folglich auf der Verwendung eines Reflektorsystems mit zwei bestimmten Punkten , insbesondere mit zwei Brennpunkten oder mit einem Brennpunkt und einem Welleneinfallspunkt, bei dem eine gebündelte elektromagnetische Welle, welche beispielsweise mit einer Hornantenne oder dergleichen erzeugt wird, parallel zu einer zum Reflektorsystem horizontalen Ebene aus dem ersten Punkt, insbesondere dem ersten Brennpunkt, des Reflektorsystems unter einem bestimmten Winkel abgestrahlt wird, so dass diese Welle nach Reflexion an dem mindestens einen Reflektor des Reflektorsystems unter einem anderen Winkel in einem zweiten Punkt, insbesondere dem zweiten Welleneinfallspunkt oder dem zweiten Brennpunkt, einfallen und dort wieder fokussiert werden kann. Vorliegend ist unter dem ersten Brennpunkt auch ein Wellenaussendepunkt zu verstehen. Der Wellenaussendepunkt gibt einen bestimmten Punkt bzw. Bereich an, von dem aus ausgesendete elektromagnetische Wellen ausgesendet werden. Das vorgeschlagene Reflektorsystem hat den Vorteil, dass durch die Reflexion der elektromagnetischen Welle und durch die Refokussierung der elektromagnetischen Welle in dem zweiten Brennpunkt ein großer Winkelbereich in Bezug zu einer platzsparenden Anordnung von einer oder mehreren Antennen in dem Radarsimulator erzeugt werden kann.
  • Bevorzugt ist die mindestens eine Antenne des Reflektorsystems dazu ausgebildet, die elektromagnetische Welle in oder nahe dem ersten Wellenaussendepunkt oder einem ersten Brennpunkt unter einem Aussendewinkel auszusenden, und ein Radarsensor ist in dem Positionierungsbereich derart platzierbar, dass die ausgesendete, reflektierte elektromagnetische Welle nach Reflexion an einer Oberfläche des mindestens einen Reflektors unter einem Empfangswinkel in dem zweiten Welleneinfalspunkt oder in einem zweiten Brennpunkt empfangbar ist. Die reflektierte elektromagnetische Welle wird dabei in dem zweiten Brennpunkt erneut fokussiert. Diese Refokussierung der ausgesendeten Welle erfolgt dabei durch die Reflexion an dem mindestens einen Reflektor. Hierzu ist der mindestens eine Reflektor derart geformt, dass eine Refokussierung der elektromagnetischen Welle durch die Reflexion an dem Reflektor erfolgen kann. Der Aussendewinkel und der Empfangswinkel können gleich sein, oder können unterschiedlich sein.
  • Bevorzugt ist der zweite Welleneinfallspunkt durch einen Bereich gegeben, in welchem die reflektierte elektromagnetische Welle wenigstens teilweise fokussiert einfällt oder der zweite Welleneinfallspunkt ist als ein zweiter Brennpunkt ausgebildet. Auch unter dem Begriff „zweiten Welleneinfallspunkt bzw. zweiten Brennpunkt“ ist im Sinne der Erfindung nicht nur ein Punkt zu verstehen, in welchem eine elektromagnetische Welle wenigstens teilweise gebündelt einfällt. Vielmehr ist unter dem Begriff „zweiter Welleneinfallspunkt bzw. zweiter Brennpunkt“ auch ein Einfallsbereich bzw. Brennbereich zu verstehen, auf welchem eine elektromagnetische Welle nach Reflexion teilweise gebündelt einfällt. Der Einfallsbereich bzw. Brennbereich kann dabei in Form einer (Brenn)Linie bzw. (Brenn)Achse, oder in Form eines (Brenn)Kreises oder auch in Form einer Kaustik erster oder zweiter Art vorliegen.
  • Es ist denkbar, dass das Reflektorsystem eine Signalverarbeitungseinheit aufweist, welche die von einem Radarsensor ausgesendeten oder empfangenen reflektierten elektromagnetischen Wellen bezüglich mindestens einer ihrer physikalischen Eigenschaften auswertet. Insbesondere wertet die Signalverarbeitungseinheit die mindestens eine elektromagnetische Welle in Hinblick auf einen Aussendewinkel und/oder einen Empfangswinkel, oder in Hinblick auf eine ausgesendete und/oder empfangene Intensität oder in Hinblick auf eine ausgesendete und/oder empfangene Frequenz oder Phase aus. Bei der Antennenkonfiguration mit der die Signalverarbeitungseinheit die vom Radarsensor ausgesendeten Wellen empfängt kann es sich um eine separate Antenne oder Antennenanordnung handeln oder um die Sendeantennen des Radarzielsimulators.
  • Bevorzugt ist/sind in oder nahe dem ersten Brennpunkt eine einzelne oder mehrere mechanisch drehbare Antennen angeordnet, wobei a) im Falle einer einzelnen Antenne die Funktionsfähigkeit einer Winkelbestimmung des Radarsensors überprüfbar ist, oder b) im Falle mehrerer Antennen zusätzlich eine Erfassung einer Winkelauflösung des Radarsensors überprüfbar ist, wobei die Antennen, gleichzeitig mehrere simulierte Radarziele unter verschiedenen Aussendewinkeln, insbesondere in verschiedenen Richtungen, durch Aussenden elektromagnetischer Wellen darstellen, und/oder wobei die Antennen zur Vermeidung einer mechanischen Drehung der Antennen, als mehrere radial strahlende Antennen auf einem Kreis um den ersten Brennpunkt angeordnet sind, und/oder wobei die Antennen als eine oder mehrere ebene, phasengesteuerte Gruppenantennen angeordnet sind, und/oder wobei die Antennen als eine oder mehrere phasengesteuerte Gruppenantennen mit gekrümmter Apertur angeordnet sind. Mit jeder der vorgeschlagenen Anordnung von mindestens einer Antenne kann jeweils eine Winkelauflösung des Radarsensors überprüft werden. Über den Drehwinkel, d.h. über den Aussendewinkel, der mindestens einen Antenne kann der Empfangswinkel, welcher ein Einfallswinkel an dem Radarsensor ist, am Radarsensor eingestellt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne wenigstens teilweise von einem drehbaren weiteren Reflektor umgeben, wobei der drehbare weitere Reflektor eine Drehung der Antenne ersetzt. Insbesondere sind die Dimensionen des weiteren Reflektors derart ausgebildet, dass die von der Antenne ausgesendeten elektromagnetischen Wellen zunächst an dem weiteren Reflektor reflektiert werden und anschließend an dem mindestens einen Reflektor reflektiert werden. Im Vergleich zu dem mindesten einen Reflektor ist der weitere Reflektor wesentlich kleiner ausgebildet. Ferner ist der Abstand zwischen dem weiteren Reflektor zu der Antenne wesentlich kleiner als der Abstand zwischen der Antenne und dem mindestens eine Reflektor des Reflektorsystems. Der weitere Reflektor ist der Antenne zugeordnet, mit anderen Worten die Antenne und der weitere Reflektor bilden eine Einheit. Durch Drehung des weiteren Reflektors um eine fiktive, vertikale Achse, insbesondere der Mittelachse, welche durch die Antenne verläuft, kann eine Drehung der Antenne simuliert werden. Dies bedeutet, dass trotz ortsfester und feststehender Anordnung der Antenne eine Drehung der Antenne simuliert werden kann, indem der weitere Reflektor um eine vertikale Achse gedreht wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Reflektorsystem mindestens einen Reflektor auf, welcher als elliptische Zylinderoberfläche zur Bündelung ausgesendeter elektromagnetischer Wellen in einer zu einer Längsachse der elliptischen Zylinderoberfläche senkrechten Ebene, welche der horizontalen Ebene entspricht, ausgebildet ist, und/oder als Rotationsellipsoid zur, insbesondere zusätzlichen, Bündelung ausgesendeter elektromagnetischer Wellen in einer Elevationsrichtung ausgebildet ist. Der mindestens eine Reflektor weist folglich eine Form auf, welche sich aus einer ebenen, kanonischen Kurvenform ableiten lässt. Dies sind die Ellipse, die Gerade und/oder die Parabel. Es ist jedoch auch denkbar, durch Rotation anderer als der erwähnten kanonischen Kurven, funktionierende Reflektoren bereitzustellen. Vorschlaggemäß sollten die Reflektoren dazu derart geformt sein, dass die Reflektoren mindestens einen Brennpunkt bzw. mindestens einen Welleneinfallspunkt, besonders bevorzugt zwei Brennpunkte oder eine Brennachse, auf welche mehrere Brennpunkte zu finden sind, bereitstellen. Es ist somit auch denkbar, einen Reflektor zu formen, welcher beispielsweise drei oder mehr Brennpunkte oder Welleneinfallspunkte aufweist. Unter den Begriff Elevationsrichtung ist eine Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle in eine Höhenrichtung, endend an dem zu testenden Radarsensor, zu verstehen. Ein Elevationswinkel ist somit ein Höhenwinkel, welcher in Bezug auf den zu testenden Radarsensor gemessen wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Reflektorsystems liegt eine Anordnung der einen oder mehreren Antennen und des Radarsensors in einer Ebene, so dass die Sendeebene der Empfangsebene entspricht, oder in unterschiedlichen Ebenen, so dass die Sendeebene, insbesondere parallel, beabstandet zur Empfangsebene liegt. Vorliegend bedeutet „in einer Ebene liegen“ bevorzugt, dass der erste und der zweite Brennpunkt bzw. der erste Wellenaussendepunkt und der zweite Welleneinfallspunkt des Reflektorsystems auf einer Achse des Reflektorsystems liegen. Im Falle eines Rotationsellipsoiden liegen diese Punkte beispielsweise auf einer Rotationsachse des Reflektorsystems. Ist das Reflektorsystem beispielsweise hingegen als elliptischer Zylinder ausgebildet, so liegen diese Punkte beispielsweise auf einer Achse des Ellipse. Unter dem Begriff „in unterschiedlichen Ebenen liegen“ ist vorliegend bevorzugt zu verstehen, dass der erste Brennpunkt bzw. der erste Wellenaussendepunkt in der Sendeebene und der zweite Brennpunkt bzw. der zweite Welleneinfallspunkt in der Empfangsebene gerade nicht auf einer Achse- des Reflektorsystems liegen. Es ist ferner denkbar, dass eine fiktive Verbindungslinie des ersten Brennpunkts/Wellenaussendepunktes der Sendeebene und des zweiten Brennpunkts/Welleneinfallspunkt der Empfangsebene zu einem Winkel zwischen der fiktiven Verbindungslinie und der soeben erwähnten Achse des Reflektorsystems führt..
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Reflektorsystems sind ausgesendete elektromagnetische Wellen durch zwei geeignet gewählte Reflektoren von der Sendeebene in die Empfangsebene umleitbar, wobei einer der Reflektoren als Sendereflektor in der Sendeebene angeordnet ist und der andere der Reflektoren als Empfangsreflektor in der Empfangsebene angeordnet ist. Hierbei weist der Empfangsreflektor zumindest einen ersten Brennpunkt und einen zweiten Brennpunkt auf und der Sendereflektor weist ebenfalls zumindest einen ersten Brennpunkt und einen zweiten Brennpunkt auf. Durch die Anordnung dieser beiden Reflektoren können folglich elektromagnetische Wellen am ersten Brennpunkt des Sendereflektors zunächst ausgesendet werden, so dass sie derart reflektiert werden, dass eine ausgesendete, reflektierte elektromagnetische Welle an dem zweiten Brennpunkt des Empfangsreflektors gebündelt wird. An dem zweiten Brennpunkt des Empfangsreflektors ist der Radarsensor angeordnet, dessen Funktionsfähigkeit zu prüfen ist. Durch die Umleitung der reflektierten elektromagnetischen Welle von der Aussendeebene in die Empfangsebene können Abschattungen durch die aussendenden Antennen vermieden werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Reflektorsystems ist eine Trennfläche zur physikalischen Trennung der Sendeebene und der Empfangsebene vorgesehen, wobei die mindestens eine Antenne und der Sendereflektor in der Sendeebene angeordnet sind und der Radarsensor und der Empfangsreflektor in der Empfangsebene angeordnet sind, wobei insbesondere eine Abmessung der Trennfläche derart gewählt ist, dass ein Strahlengang der ausgesendeten und reflektierten, empfangenen elektromagnetischen Welle durch die zwei Reflektoren nicht gestört ist. Hierbei kann die mindestens eine Antenne und der Sendereflektor unterhalb der Trennfläche liegen, auf welcher z. B. das zu testende Fahrzeug steht bzw. der zu testende Radarsensor aufgebaut ist. Der Empfangsreflektor liegt dann in der gleichen Ebene wie das Fahrzeug bzw. wie der Radarsensor. Die horizontalen Abmessungen der Trennfläche sind derart gewählt, dass der Strahlengang über die beiden Reflektoren nicht gestört wird. Soll zum Beispiel ein einzelner Radarsensor getestet werden, so kann die Trennfläche nur wenig größer als der Radarsensor sein. Soll zum Beispiel ein in einem Fahrzeug verbauter Radarsensor getestet werden, so kann die Trennfläche einige Meter im Durchmesse groß sein, so dass das Fahrzeug darauf positioniert werden kann. Bevorzugt ist die Trennfläche aus einem Material mit geringer elektromagnetischer Transmission ausgebildet. Ferner bevorzugt weist das Material der Trennfläche eine geringe Reflexion elektromagnetischer Wellen bei der betrachteten Radarfrequenz auf. Ferner ist die Trennfläche bevorzugt stabil genug ausgebildet, um den Radarsensor bzw. das Fahrzeug zu tragen. Bei einzelnen Sensoren kann beispielsweise eine wenige Millimeter dicke Metallplatte, welche mit radarabsorbierendem Material beschichtet ist, ausreichen. Bei einem ganzen Fahrzeug kann die Trennfläche z.B. aus einer stabilen Metallkonstruktion ebenfalls mit radarabsorbierender Beschichtung sein. Die Trennfläche dient folglich als mechanische Trägerplattform für den Radarsensor bzw. für das Fahrzeug, welches den Radarsensor umfasst. Ferner dient die Trennfläche zur Verbesserung der Abschirmung der direkten, unerwünschten Abstrahlung von der mindestens einen Antenne zum Radarsensor.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die zwei geeignet gewählten Reflektoren zwei zueinander spiegelsymmetrische, elliptische Reflektoren mit, insbesondere genau, übereinanderliegenden ersten und zweiten Brennpunkten mit, insbesondere 45°, geneigten Oberflächen. Eine Konfiguration mit zwei Reflektoren mit jeweils, insbesondere um 45°, geneigter Oberfläche hat beispielsweise die Eigenschaft, die abgestrahlte gekrümmte Wellenfront, genauso wie der zylindrische Einzelreflektor, nicht in vertikaler Richtung zu bündeln. Im Sinne der Erfindung ist der Begriff Oberfläche als eine zweidimensionale aufgespannte Fläche im dreidimensionalen Raum zu verstehen, wobei die zweidimensionale Fläche, also die Oberfläche, flach bzw. eben oder gekrümmt sein kann. Es ist ferner denkbar, dass die Oberfläche eine oder mehrere Krümmungen aufweisen kann. Bevorzugt ist die Oberfläche oder ein Flächenstück der Oberfläche als Ebene, oder als (Kreis-/elliptischer )Zylinder oder als Ellipsoid oder als Kegel oder als Paraboloid oder als Hyperboloid ausgebildet.
  • Zur Erzielung einer Bündelung in vertikaler Richtung können gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Reflektoren parabelförmige Oberflächen aufweisen, um eine Bündelung der elektromagnetischen Wellen in senkrechter, insbesondere vertikaler, Richtung zu einer der Sende- oder Empfangsebene zu erzielen. Es ist ebenfalls denkbar, dass einer der Reflektoren eine parabelförmige Oberfläche aufweist und der andere der Reflektoren eine um einen Winkel, insbesondere eine um 45°, geneigte, gerade verlaufende Oberfläche aufweist. Je nach Wahl der Formen der Reflektoren kann somit eine Bündelung der elektromagnetischen Welle in vertikaler Richtung erzeugt werden oder gerade nicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Reflektoren eine zu einer senkrechten Achse in Bezug zu der Sende- und Empfangsebene, rotationssymmetrische Form auf und eine Rotationsachse verläuft durch den zweiten Brennpunkt, in welchem der Radarsensor angeordnet ist. Insbesondere liegen die mindestens eine Antenne und der Radarsensor auf der senkrechten Achse übereinander und der Aussendewinkel und der Empfangswinkel entsprechen einander bzw. der Aussendewinkel ist gleich der Empfangswinkel. Bevorzugt liegen die mindestens eine Antenne und der zu testende Radarsensor wenige Zentimeter oder wenige Meter beabstandet übereinander, was abhängig davon ist, ob ein Radarsensor allein oder ein beispielsweise in einem Fahrzeug verbauter Radarsensor getestet werden soll.
  • Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Reflektorsystems weisen die Reflektoren entweder jeweils eine, insbesondere um 45°, geneigte Oberfläche auf, oder einer der Reflektoren weist eine parabelförmige Oberfläche und der andere der Reflektoren eine, insbesondere um 45°, geneigte Oberfläche auf, oder die Reflektoren weisen jeweils eine parabelförmige Oberfläche auf. Bevorzugt werden die Oberflächen der Reflektoren durch eine mathematische Rotation erzeugender Kurven gebildet. Beispielsweise werden die rotationssymmetrischen Reflektoren durch Rotation folgender erzeugender Kurven um die Rotationsachse gebildet: Entweder weisen beide jeweils, insbesondere um 45°, geneigte Geraden auf oder einer der Reflektoren weist eine parabelförmige erzeugende Kurve und der andere der Reflektoren eine, insbesondere um 45°, geneigte Gerade auf oder beide Reflektoren weisen jeweils eine parabelförmige erzeugende Kurve auf. Mit den bevorzugten Formen der Reflektoren, insbesondere der Parabel oder der Geraden, kann ein Reflektorsystem derart ausgebildet werden, dass das Reflektorsystem ein oder zwei Brennpunkte aufweist, wobei der zu testende Radarsensor bevorzugt in einem oberen Brennpunk des Reflektorsystems angeordnet ist. Bevorzugt ist der obere Brennpunkt der zweite Brennpunkt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reflektor, welcher als Sendereflektor dient und auf welchen eine ausgesendete elektromagnetische Welle zuerst trifft, als Ringfokusreflektor ausgebildet und der andere Reflektor, welcher als Empfangsreflektor dient, als Rotationsparaboloid, oder als Rotationsparaboloidstumpf oder als Kegel oder als Kegelstumpf ausgebildet. Die geometrische Form eines Ringfokusreflektors entsteht durch die Rotation eines im Scheitelpunkt einer Parabel beginnenden Parabelasts um die Symmetrieachse der Parabel. Vor der Rotation wird der Parabelast allerdings um eine gewisse Strecke senkrecht zur Rationsachse nach außen verschoben. Dadurch entsteht ein rotationssymmetrischer Reflektor mit Brennpunkten, welche auf einem Kreis verteilt sind. Jeder Punkt auf diesem Reflektor entspricht einem Brennpunkt für die jeweilige radiale Richtung. Der Ringfokusreflektor hat den Vorteil, dass er so dimensioniert werden kann, dass auf der ringförmigen Fokalkurve die gewünschte Anzahl von Sendeantennen untergebracht werden kann.
  • Für den Fall, dass mehrere Antennen auf einem senkrecht zu einer Rotationsachse der Reflektoren liegenden Kreis angeordnet sind, wobei der Mittelpunkt des Kreises auf der vertikalen Rotationsachse der Reflektoren liegt, weisen die Reflektoren gemäß bevorzugter Ausführungsformen eine der folgenden Formen auf. Entweder weisen die Reflektoren jeweils eine, insbesondere um 45°, geneigte Oberfläche auf, oder der Sendereflektor weist eine horizontal verschobene parabelförmige Oberfläche mit vertikaler Symmetrieachse auf und der Empfangsreflektor weist eine, insbesondere um 45°, geneigte Oberfläche auf, oder der Sendereflektor weist eine, insbesondere um 45°, geneigte Oberfläche auf und der Empfangsreflektor weist eine parabelförmige Oberfläche mit horizontaler Symmetrieachse und mit einem Brennpunkt unterhalb des Sendereflektors auf, oder der Sendereflektor weist eine horizontal verschobene parabelförmige Oberfläche mit vertikaler Symmetrieachse auf und der Empfangsreflektor weist eine parabelförmige Oberfläche mit vertikaler Symmetrieachse und mit einem Scheitelpunkt auf der Rotationsachse auf. Wie bereits oben beschrieben und worauf Bezug genommen wird, werden die Oberflächen der Reflektoren durch eine mathematische Rotation erzeugender Kurven gebildet. Die beschriebenen Reflektoranordnungen haben den Vorteil, dass die Sendeantennen eines Radarzielsimulators in einem kleinen Raumbereich konzentriert werden können und trotzdem die Erzeugung eines komplexen Zielszenarios über einen sehr großen horizontalen Winkelbereich und einen eingeschränkten Elevationswinkelbereich möglich ist. Ferner sind keine langen Zuleitungen von der Sendeelektronik zu den Antennen notwendig. Bevorzugt kann ein horizontaler Winkelbereich von +/- 180°, besonders bevorzugt von +/-90° abgebildet werden. Die Abmessungen des Raumbereichs, an welchem es bedarf, hängen sowohl von den zu testenden Frequenzen bzw. Frequenzbereichen des zu testenden Radarsensors ab als auch von der Anzahl der angeordneten oder anzuordnenden Sendeantennen. Das Reflektorsystem kann diesen Anforderungen entsprechend entworfen oder angepasst werden. Sollen Ziele unter verschiedenen Raumrichtungen für den Radarsensor ausschließlich durch mechanische Translation oder Rotation der Sendeantennen erzeugt werden, so sind diese Bewegungen auf einen sehr kleinen Raumbereich beschränkt. Große, ausladende Bewegungen sind nicht nötig. Durch die Anordnungen mehrerer Sendeantennen oder Sendeantennengruppen in einem kleinen Raumbereich ist eine elektronische Steuerung der verschiedenen Raumrichtungen der darzustellenden Ziele mit einer kompakten Anordnung möglich. Je nach Ausführung erlaubt die elektronische Steuerung zudem eine kontinuierliche Richtungsänderung, ohne auf mechanische Komponenten zurückgreifen zu müssen. Dabei kann es vermieden werden, dass alle Sendeantennen genau in dem gleichen Punkt liegen müssen. Vielmehr kann jeder Sendeantenne ausreichend Platz zur Verfügung gestellt werden. Mit einigen der vorgeschlagenen Reflektoranordnungen ist es ferner möglich, in horizontaler Richtung Ziele in allen Richtungen zu erzeugen, so dass eine 360°-Abdeckung möglich ist. Auch für die Elevationsrichtung kann ein gewisser Winkelbereich simuliert werden. Für die Elevationsrichtung kann z. B. ein Winkelbereich von +/- 20° simuliert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors in einem Radarzielsimulator vorgeschlagen, wobei das Verfahren mit einem zuvor beschriebenen Reflektorsystem ausgeführt wird und folgende Schritte umfasst:
    • - Aussenden einer elektromagnetischen Welle in einer Sendeebene durch mindesten eine Antenne,
    • - Reflektieren der ausgesendeten elektromagnetischen Welle an mindestens einem Reflektor,
    • - Umleiten der reflektierten elektromagnetischen Welle in eine Empfangsebene durch den mindestens einen Reflektor und
    • - Empfangen der von der mindestens einen Antenne ausgesendeten, reflektierten elektromagnetischen Welle in der Empfangsebne durch den zu testenden Radarsensor.
  • Das vorgeschlagene Verfahren wird mit einem hierin bereits beschriebenen Reflektorsystem ausgeführt. Mit dem Reflektorsystem können folglich komplexe Zielszenarien über einen sehr großen Winkelbereich getestet werden.
  • Es versteht sich von selbst, dass zum Ausführen des Verfahrens ein zuvor beschriebenes Reflektorsystem verwendet werden kann bzw. verwendet wird, wobei eine entsprechend hohe Winkelauflösung erreicht wird. Auch auf die bereits erfolgte Beschreibung des Reflektorsystems wird an dieser Stelle Bezug genommen und wird nicht noch einmal in Verbindung mit dem Verfahren wiederholt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die beschriebenen Ausführungsformen den Umfang der beanspruchten Erfindung nicht limitieren.
  • Es zeigen:
    • 1 einen horizontalen Schnitt durch eine elliptische Zylinderoberfläche zur beispielhaften Illustration eines Reflektorsystems mit zwei Brennpunkten,
    • 2 einen Radarsensor auf einer Installationsplattform in einem zweiten Brennpunkt des Reflektorsystems gemäß 1,
    • 3 ein Reflektorsystem gemäß der 2 mit einer mechanisch drehbaren Antenne, welche im ersten Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist und einen Radarsensor auf einer Installationsplattform im zweiten Brennpunkt,
    • 4 ein Reflektorsystem gemäß den 2 oder 3, wobei in dem ersten Brennpunkt mehrere einzelne Antennen mit unterschiedlichen Orientierungen angeordnet sind,
    • 5 ein Reflektorsystem, bei dem mehrere aktive, phasengesteuerte Gruppenantennen im ersten Brennpunkt angeordnet sind,
    • 6 eine Antenne, welcher ein weiterer drehbarer Reflektor zugeordnet ist, wobei durch die Drehung des weiteren Reflektors eine Bewegung der Antenne simuliert wird,
    • 7 eine schematische Darstellung eines abgeschnittenen Rotationsellipsoids eines Simulationsmodells zur Überprüfung der Tauglichkeit des vorgeschlagenen Testverfahrens,
    • 8 den Betrag der vertikalen Komponente der simulierten elektrischen Feldverteilung in einer horizontalen Ebene, wobei 8a das von der Sendeantenne ausgesendete Feld darstellt, 8b das Streufeld durch den Reflektor zeigt und 8c eine Überlagerung des ausgesendeten Felds und des Streufelds und damit das gesamte Feld zeigt,
    • 9 eine berechnete Empfangsrichtung auf Basis der Empfangsphasen aus zwei Feldsimulationen mit verschieden großen Sendeantennen (9a, 9b) und einen Vergleich mit der idealen Empfangsrichtung in Abhängigkeit des Drehwinkels der Sendeantenne,
    • 10 ein Reflektorsystem mit einer Sendeantenne und einem Radarsensor auf zwei übereinanderliegenden Ebenen, wobei 10a eine Draufsicht zeigt und 10 b eine Seitenansicht des Reflektorsystems,
    • 11 ein Reflektorsystem mit einer Sendeantenne und einem Radarsensor auf zwei übereinanderliegenden Ebenen, wobei der Reflektor aus zwei kreisrunden Kegelstumpfoberflächen besteht und wobei 11a eine Draufsicht und 11b eine Seitenansicht des Reflektorsystems zeigt,
    • 12 eine Seitenansicht eines Reflektorsystems, welches aus zwei abgeschnittenen Rotationsparaboloiden aufgebaut ist,
    • 13 mögliche weitere Querschnittsformen rotationssymmetrischer Reflektorkombinationen mit einer Sendeantennenanordnung und einem Radarsensor auf einer vertikalen Rotationsachse in einer Seitenansicht,
    • 14 ein Reflektorsystem mit einer Sendeantenne und einem Radarsensor auf zwei übereinanderliegenden Ebenen, wobei der Reflektor durch einen abgeschnittenen Ringfokusreflektor als Sendereflektor und einen Rotationsparaboloiden als Empfangsreflektor ausgebildet ist,
    • 15 weitere mögliche Querschnittsformen rotationssymmetrischer Reflektorkombinationen mit einer Sendeantennenanordnung neben einer vertikalen Rotationsachse und einem Radarsensor auf der vertikalen Rotationsachse in einer Seitenansicht.
  • Die Bildbeschreibung der vorliegenden Anmeldung wird vorwiegend in Bezug auf einen Radarzielsimulator, bei welchem ein in einem Fahrzeug verbauter Radarsensor getestet werden soll, beschrieben. In diesem Zusammenhang wird der Begriff vertikal statt senkrecht verwendet. Der Begriff vertikal kann bei Auslegung der vorliegenden Anmeldung jedoch auch als senkrecht verstanden werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Radarzielsimulator andere, insbesondere kleinere, Dimensionen aufweist, weil beispielsweise ein einzelner Radarsensor oder ein in einem anderen Gegenstand verbauter Radarsensor getestet werden soll, welcher beispielsweise nicht parallel zur Erdoberfläche detektiert wird. In einem solchen Fall ist vertikal auch als senkrecht zu einer Bezugsebene zu verstehen.
  • 1 zeigt schematisch das Prinzip des vorgeschlagenen Reflektorsystems. Das vorgeschlagene Reflektorsystem basiert auf der Verwendung eines Reflektorsystems mit zwei Brennpunkten, wobei der Begriff Brennpunkt auch im Rahmen der Bildbeschreibung stets wie oben erläutert auch als Brennachse etc. zu verstehen ist, wie dies bei einer ausschließlichen Betrachtung einer horizontalen Schnittebene gemäß 1 dargestellt ist. Ferner ist im Rahmen der Bildbeschreibung unter Brennpunkt auch ein Welleneinfallspunkt bzw. Welleneinfallsbereich zu verstehen. Eine elliptische Zylinderoberfläche 1a eines Reflektors 1, deren Zylinderachse in vertikaler Richtung weist (nicht dargestellt), weist einen ersten Brennpunkt 2 und einen zweiten Brennpunkt 5 auf. Der erste Brennpunkt 2 und der zweite Brennpunkt 5 liegen auf einer fiktiven horizontalen Achse A. Wird eine gebündelte elektromagnetische Welle, welche beispielsweise mit einer Hornantenne oder einer anderen bekannten Antenne erzeugt wird, parallel zur horizontalen Ebene, welche die horizontale Achse A umfasst, aus dem einen Brennpunkte 2 unter einem bestimmten Winkel, wie beispielsweise einem Aussendewinkel 3, abgestrahlt, so wird diese Welle nach einer Reflexion an der Zylinderoberfläche 1a des Reflektors 1 unter einem anderen Winkel, wie beispielsweise einem Empfangswinkel 4, in dem zweiten Brennpunkt 5 einfallen und dort wieder fokussiert. Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Aussendewinkel 3 und dem Empfangswinkel 5 ist mathematisch herleitbar, ist in dieser Anmeldung jedoch nicht wiedergegeben. Dieses Konzept gemäß 1 kann für den Test von Richtungsdetektionsfunktionen automobiler Radarsensoren angewendet werden, indem ein Radarsensor 6, wie in 2 gezeigt, in dem zweiten Brennpunkt 5 des Reflektors 1 platziert wird. Durch den zweiten Brennpunkt 5 verläuft senkrecht zur fiktiven Achse A eine weitere horizontale fiktive Ache B (siehe z. B. 2). Da für einen solchen Test in der Regel nur Einfallsrichtungen auf einer Vorderseite des Radarsensors 6 relevant sind, kann ein Teil des Reflektors 1, welcher sich wie in 2 gezeigt rechts neben dem zweiten Brennpunkt 5 befindet, entfernt werden. Durch das teilweise Entfernen des Reflektors 1 kann ein Radarsensor 6, welcher auf oder an einer Installationsplattform 7 angeordnet ist, getestet werden. Eine Installationsplattform 7 kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder dergleichen mit einem Radarsensor 6 sein.
  • An der Position des ersten Brennpunkts 2 des Reflektors 1 können eine Sendeantenne 8, wie in 3 gezeigt, oder mehrere Sendeantennen 10, wie in 4 gezeigt, des Radarsimulators platziert sein. Um lediglich eine Winkelbestimmung des Radarsensors zu testen, kann wie in 3 gezeigt im ersten Brennpunkt 2 eine einzelne, mechanisch drehbare Sendeantennen 8 verwendet werden. Über den Drehwinkel 9 der Sendeantenne 8 kann der Empfangswinkel 4 an dem Radarsensor 6 eindeutig eingestellt werden. Es versteht sich, dass der Reflektor 1 mindestens eine metallische Oberfläche 1a aufweist, welche zur Reflexion einer elektromagnetischen Welle geeignet ist. Insbesondere eignen sich metallische Oberflächen 1a des Reflektors 1 aus Aluminium oder Stahl.
  • Wie in 4 gezeigt, können im ersten Brennpunkt 2 mehrere Sendeantennen 10 angeordnet sein, wobei jede Sendeantenne 10 mechanisch drehbar ausgeführt sein kann, um gleichzeitig mehrere künstliche Radarziele unter verschiedenen, sich zeitlich ändernden Richtungen für den Test des Radarsensors 6 zu erzeugen. Hierdurch kann beispielsweise die Fähigkeit gleichzeitig mehrere Ziele aus verschiedenen Richtungen zu erkennen und eine Genauigkeit der Winkelauflösung des Radarsensors 6 getestet werden. Hierbei sollten die Sendeantennen 10 im Idealfall alle mit ihren Phasenzentren im ersten Brennpunkt 2 des Reflektors 1 liegen. Eine in vertikaler Richtung gestapelte Anordnung mit für alle Sendeantennen 10 identischer vertikaler Achse erfüllt beispielsweise diese Anforderungen bei kleinen vertikalen Abständen zwischen den Sendeantennen 10. Bevorzugt ist die Position der einzelnen Antennen auf der vertikalen Achse so zu wählen, dass der Elevationswinkel der einfallenden Welle am Radarsensor im Bereich von +/- 10°bezogen auf die horizontale Ebene ist. In diesem Zusammenhang hängt die Bedeutung des Begriffes „ein kleiner Abstand“ folglich von der Dimension des Radarzielsimulators bzw. des zu testenden Radars ab. Die elektromagnetischen Wellen am Radarsensor 6 fallen bei diesem Beispiel für jede Sendeantenne 10 aus leicht anderen Elevationswinkeln ein.
  • Soll hingegen eine mechanische Drehung der Sendeantennen 10 vermieden werden, so kann beispielsweise auf einem Kreis mit einem möglichst kleinen Radius unter dem ersten Brennpunkt 2 auch eine große Anzahl von radial strahlenden Sendeantennen angeordnet werden. In diesem Zusammenhang ist der Begriff „ein Kreis mit einem möglichst kleinen Radius“ in Bezug auf die Gesamtgröße des Reflektorsystems zu beziehen. Je größer die Reflektoren ausgebildet sind, desto weiter können die Antennen von dem idealen Brennpunkt entfernt platziert werden, sodass die Antennen im entsprechenden Brennbereich aussenden. Jede Sendeantenne 10 würde in diesem Fall für eine radiale Empfangsrichtung 4 am Radarsensor 6 zuständig sein. In welchen Winkelschritten der gesamte Winkelbereich des Radarsensors abgedeckt wird, hängt in diesem Fall von einer Dichte der Anordnung der Sendeantennen 10 auf dem Kreis um den ersten Brennpunkt 2 ab. Eine radiale Empfangsrichtung 4, die zwischen den Empfangsrichtungen liegt, die durch zwei benachbarte Sendeantennen 10 gegeben sind, kann durch gleichzeitige, gewichtete Überlagerung der Abstrahlung der benachbarten Antennen 10 erzeugt werden. Ob sich nun aus der Ansteuerung der Sendeantennen 10 ein diskreter oder ein kontinuierlicher Wechsel der Empfangsrichtung 4 am Radarsensor 6 ergibt, hängt von der Richtcharakteristik der Sendeantennen 10 ab. Überlappen sich beispielsweise die Hauptkeulen der benachbarten Sendeantennen 10, so ist es möglich, zwischen den Sendeantennen 10 durch die zuvor beschriebene gewichtete Überlagerung kontinuierlich über zu blenden. Gibt es hingegen keine Überlappung zwischen den Hauptkeulen der Sendeantennen 10, so lässt sich ein Wechsel der Empfangsrichtung 4 am Radarsensor 6 nur diskret darstellen.
  • 5 zeigt die Verwendung einer oder mehrerer aktiver, phasengesteuerter Gruppenantennen 11. Gruppenantennen 11 können ihre Abstrahlrichtung, d. h. die Richtung mit welcher die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen unter einem Aussendewinkel 3 abgestrahlt werden, über einen gewissen Winkelbereich elektronisch schwenken (angedeutet durch die Doppelpfeile in 5) und in diesem Winkelbereich auch gleichzeitig in mehrere Richtungen aussenden. Anstelle der ebenen phasengesteuerten Gruppenantennen 11 kann auch eine oder können auch mehrere phasengesteuerte Gruppenantennen mit gekrümmter Apertur verwendet werden. Die Gruppenantenne 11 ist wie in 5 gezeigt, nahe dem ersten Brennpunkt 2 angeordnet.
  • 6 zeigt eine Antenne 8, welche beispielsweise als Hornantenne 8' ausgebildet ist. Der Antenne 8 ist ein weiterer Reflektor 21 zugeordnet. Der weitere Reflektor 21 ist um eine vertikale Achse 23 drehbar, wobei die Achse 23 beispielsweise als Mittelachse durch die Antenne 8 verläuft. Wie in 6 gezeigt kann die Achse 23 des weiteren Reflektors 21 mit der Mittelachse der Antenne 8 zusammenfallen. Die in 6 gezeigte Antenne 8 bzw. Hornantenne 8' ist feststehend an einem Platz angeordnet und strahlt vertikal nach oben ab. Mit anderen Worten, die Abstrahlung der Antenne kann ohne den weiteren Reflektor 21 nicht den mindestens einen Reflektor 1 des Radarzielsimulators erreichen. Die von der Antenne 8 vertikal nach oben ausgesendeten Wellen treffen dann auf den sich drehenden weiteren Reflektor 21, so dass die auf den weiteren Reflektor 21 auftreffenden Wellen um einen Winkel, insbesondere um 90°, reflektiert werden, so dass die am weiteren Reflektor 21 reflektierten Wellen auf den mindesten einen Reflektor 1 treffen können. Durch die Drehung des weiteren Reflektors 21 wird somit eine Drehung der Antenne 8 simuliert.
  • Der in den 2 bis 5 dargestellte Reflektor 1 ist mit einer elliptischen, insbesondere metallischen Zylinderoberfläche 1a ausgebildet, welche die in dem ersten Brennpunkt 2 ausgesendeten elektromagnetischen Wellen in einer horizontalen Ebene bündelt. In einer vertikalen Ebene (nicht gezeigt) hingegen findet eine Aufweitung der elektromagnetischen Wellen statt, was zu einer Verringerung der einfallenden Leistungsdichte am zweiten Brennpunkt 5 bzw. der Position des zu testenden Radarsensors 6 führt. Diese Aufweitung ist jedoch wegen der geringen Abstände zwischen der Sendeantenne 8, 10, 11 und dem Radarsensor 6 unproblematisch. Um dem Problem der Aufweitung in vertikaler Ebene zu begegnen, könnte jedoch eine Bündelung in Elevationsrichtung durch Ausführung des Reflektors 1 nicht als elliptischer Zylinder, sondern als Rotationsellipsoid erreicht werden. Ein Rotationsellipsoid entsteht aus der Rotation der z. B. in 2 gezeigten elliptischen Kurve um die fiktive Achse A, welche die beiden Brennpunkte 2, 5 miteinander verbindet.
  • Die Funktionsweise eines elliptischen Reflektors 1 wurde wie in den 7, 8 und 9 dargestellt mittels eines Simulationsmodells überprüft. Die durchgeführten Simulationen wurden mittels des SBR+ Lösers der kommerziellen Software HFSS der Firma ANSYS durchgeführt. Das Akronym SBR steht für „shooting and bouncing ray“. Hinter dem SBR+ Löser versteckt sich eine asymptotische Hochfrequenzmethode zur Simulation der Ausbreitung elektromagnetischer Felder in einer Streuumgebung, die sehr groß im Vergleich zu den betrachteten Wellenlängen sind. Diese Methode basiert auf einer Strahlverfolgung und der Anwendung des Äquivalenzprinzips. Das verwendete Simulationsmodell ist in der 7 schematisch zu sehen und entspricht prinzipiell der Konfiguration gemäß 3, wobei der elliptische Zylinder durch einen Rotationsellipsoiden ersetzt wurde. Die Simulationen wurden bei einer Frequenz von 76,5 GHz bei einer Wellenlänge von 3,92 mm durchgeführt. Die Längen der beiden Hauptachsen des rotationselliptischen Reflektors sind 5 m und 4 m. Als Anregung wurde das abgestrahlte Fernfeld einer vertikal polarisierten Hornantenne verwendet, welche in dem ersten Brennpunkt 2 des rotationselliptischen Reflektors 1 liegt. Gegenüberliegend an dem zweiten Brennpunkt 5 befinden sich zwei vertikal polarisierte Monopolantennen, mit einem gegenseitigen Abstand von einer halben Wellenlänge, d. h. einem Abstand von dem zweiten Brennpunkt von jeweils einer viertel Wellenlänge. Die Monopolantennen sollen in diesem Fall die Empfangsantennen eines Radarsensors 6 repräsentieren. Dort werden in der Regel mehrere Empfangsantennen verwendet, aus deren Empfangsphase man die Richtung einer einfallenden Welle berechnen kann. Aus der Empfangsphase der einfallenden Wellen berechnet sich eine Zeitverzögerung.
  • Für einen Aussendewinkel 3 des Sendehorns ist der in der horizontalen Ebene simulierte Betrag der vertikalen Komponente der elektrischen Feldverteilung in 8 zu sehen. Hierbei zeigt 8a das von der Sendeantenne erzeugte, anregende Feld, wobei der Reflektor 1 ebenfalls dargestellt ist. Das durch den Reflektor 1 gestreute Feld wird in 8b gezeigt, während die Überlagerung des anregenden und des gestreuten Felds, also das gesamte Feld, in 8c zu sehen ist. Gemäß dem Simulationsergebnis ist deutlich zu erkennen, dass das Streufeld an der Position der beiden Empfangsantennen, d. h. in dem zweiten Brennpunkt 5, fokussiert wird. Anhand des Betrags der vertikalen Komponente des elektrischen Felds, wie es in 8a-c dargestellt ist, ist jedoch nicht ersichtlich, aus welcher Richtung die elektromagnetische Welle auf die beiden Empfangsantennen des Radarsensors 6 einfällt. Hierzu muss, ähnlich wie in einem automobilen Radarsensor 6, die Phase der empfangenen Signale an den Monopolen nahe dem zweiten Brennpunkt 5 ausgewertet werden. Das Ergebnis dieser Auswertung ist in 9 dargestellt. In 9 ist der aus der Geometrie analytisch berechnete Einfallswinkel, d. h. der Empfangswinkel 4, in Abhängigkeit des Drehwinkels, d. h. des Aussendewinkels 3, der Antenne dargestellt. Hierbei wurden zwei verschieden große Sendehornantennen verwendet. Gemäß 9a wurde eine Sendeantenne mit den Abmessungen 4,5 mm in der Höhe und 6 mm in der Breite verwendet, während gemäß 9b eine Sendeantenne mit einer Höhe von 4,5 mm und einer Breite von 9 mm verwendet wurde. Die Sendeantenne wurde jeweils über einen Winkelbereich 3 von 0° bis 150° gedreht, was zu dem idealen Empfangswinkelbereich 4 von 0° bis ca. 86° führt. Wird die kleinere Sendeantenne gemäß 9a betrachtet, so ergibt sich ein Empfangswinkelbereich 4 von 0° bis ca. 55°. Eine gute Übereinstimmung zwischen dem Idealwert 20 und dem Simulationswert 22 ist im Empfangswinkelbereich 4 von 0° bis ca. 46° zu beobachten, wie es beispielsweise der 9a zu entnehmen ist. Eine in der horizontalen Richtung größere verwendete Sendeantenne gemäß 9b mit einem entsprechend in der horizontalen Ebene etwas schmäleren Strahlungsdiagram führt zu einem größeren Empfangswinkel von 0° bis ca. 65° und zu einem größeren Empfangswinkelbereich 4, in dem Idealwert 20 und Simulationswerte 22 gut übereinstimmen nämlich zwischen 0° bis ca. 60°, wie beispielsweise dies in 9b dargestellt ist. Die in den 9a und 9b gezeigten Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Anordnung prinzipiell dazu geeignet ist, die elektromagnetischen Wellen mit steuerbarem Einfallswinkel bzw. Empfangswinkel 4 am Ort eines zu testenden Radarsensors 6 zu erzeugen.
  • Die bisher beschriebenen Anordnungen haben gemeinsam, dass die Sendeantennenanordnung 8, 10, 11 und der Radarsensor 6 in der gleichen horizontalen Ebene liegen. Dies ist allerdings für kleine Aussendewinkel 3 bzw. Empfangswinkel 4 problematisch, da die von der Reflektoroberfläche 1a des Reflektors 1 reflektierte elektromagnetische Welle durch die Sendeantennenanordnung abgeschattet werden kann. Dieses Problem der Abschattung lässt sich allerdings vermeiden, indem man Sendeantennenanordnung und Radarsensor 6 auf unterschiedlichen Ebenen platziert und die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen durch geeignet geformte Reflektoren von einer Sendeebene in die Ebene des Radarsensors umleitet. Der bisher betrachtete elliptische Reflektor 1 kann folglich durch einen Reflektor 13, 15 wie beispielsweise in 10 dargestellt, ersetzt werden. Anstelle eines einzelnen Reflektors 1 werden hier zwei zueinander spiegelsymmetrische, elliptische Reflektoren 13, 15 mit genau übereinanderliegenden Brennpunkten 2, 5 und mit, insbesondere 45°, geneigten Oberflächen verwendet. Die übereinander liegenden Brennpunkt 2 sind mittels der fiktiven vertikalen Achse C' verbindbar, während die übereinander liegenden Brennpunkt 5 mittels der fiktiven vertikalen Achse C verbindbar sind.
  • Wie in 10 dargestellt, weisen sowohl die Sendeebene als auch die Empfangsebene jeweils einen ersten Brennpunkt 2 als auch einen zweiten Brennpunkt 5 auf. Wie schematisch in 10 dargestellt, können die Sendeantennenanordnung 12 und der Sendereflektor 13 unterhalb einer Trennfläche 14 liegen, auf der das zu testende Fahrzeug 7 steht bzw. der zu testende Radarsensor 6 aufgebaut ist. Wie in 10 schematisch dargestellt, liegt der Empfangsreflektor 15 in der gleichen Ebene wie das Fahrzeug 7 bzw. wie der Radarsensor 6. Die horizontalen Abmessungen der Trennfläche 14 sind dabei so zu wählen, dass der Strahlengang über die beiden Reflektoren 13, 15 nicht gestört wird. Die Abmessungen der Trennfläche 14 hängen von den Dimensionen der verwendeten Reflektoren ab. Die Dimensionen der verwendeten Reflektoren hängen wiederum von der Dimension des zu testenden verbauten oder nicht verbauten Radarsensor ab. Die Trennfläche 14 dient als mechanische Trägerplattform für den Radarsensor 6 bzw. für das Fahrzeug 7. Ferner dient die Trennfläche 14 zur Verbesserung der Abschirmung der direkten, unerwünschten Abstrahlung von der Sendeantennenanordnung 12 zu dem Radarsensor 6. Die Neigung der Oberflächen der Reflektoren 13, 15, welche insbesondere eine 45° Neigung ist, ist so zu verstehen, dass die geradlinig verlaufende Oberfläche des ursprünglichen zylindrischen Reflektors 1 in einer vertikalen, radialen Ebene in Bezug auf die die Sendeantennenanordnung 12 um einen Winkel, insbesondere von 45°, geneigt ist. 10a zeigt dabei eine Draufsicht des Reflektorsystems, während 10b eine Seitenansicht zeigt, aus welcher die Neigung der Oberfläche des Reflektors 1, 13, 15 zu erkennen ist. Eine Konfiguration mit einer Sendeantennenanordnung 12 und einem Sendereflektor 13 oberhalb des Radarsensors 6 bzw. des Fahrzeugs 7 und des Empfangsreflektors 15 ist ebenfalls denkbar. Die Darstellung der Sendeantennenanordnung 12 und des Sendereflektors 13 unterhalb des Radarsensors 6 bzw. des Fahrzeugs 7 gemäß 10a und 10b ist lediglich beispielhaft in diesem Fall. In beiden Fällen kann die Sendeantennenanordnung 12 auch durch mechanisch drehbare Einzelantennen 8 oder eine gewisse Anzahl von fest installierten und in verschiedenen Richtungen orientierten Einzelantennen 10 oder durch phasengesteuerte ebene oder gekrümmte Gruppenantennen 11 realisiert werden.
  • Die gemäß 10a, 10b beschriebenen Konfigurationen mit zwei Reflektoren 13, 15 mit geneigten Oberflächen, insbesondere mit um 45° geneigten Oberflächen, haben die Eigenschaft, die abgestrahlte gekrümmte Wellenfront genauso wie der zylindrische Einzelreflektor in vertikaler Richtung nicht zu bündeln. Ein Rotationsellipsoid, wie in 7 dargestellt, kann bei zwei Reflektoren nicht eingesetzt werden, um auch in vertikaler Richtung eine Bündelung zu erreichen. Eine Bündelung in vertikaler Richtung kann allerdings erreicht werden, indem die geneigten, geraden Oberflächen des Sendereflektors 13 und des Empfangsreflektors 15 durch parabelförmige Oberflächen ersetzt werden. Die genauen Formen der Parabeln sind dabei derart zu wählen, dass einerseits die radial von der Sendeantennenanordnung ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen in eine ebene Welle, die sich in vertikaler Richtung ausbreitet, umgewandelt werden und andererseits diese ebene Welle am Ort des Radarsensors 6 wieder gebündelt wird. Hierdurch ergibt sich für jede Abstrahlrichtung, d. h. für jeden Aussendewinkel 3, eine andere Parabelform für den Sendereflektor 13 und für den Empfangsreflektor 15. Eine Kombination eines Reflektors 1, 13, 15 mit einer, insbesondere um 45°, geneigten Oberfläche und einem Reflektor 1, 13, 15 mit einer parabelförmigen Oberfläche ist ebenfalls denkbar.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Reflektorsystems können auch Reflektoren 16, 17 verwendet werden, die in der horizontalen Ebene eine kreisrunde Form aufweisen, d. h. Reflektoren 16, 17, die rotationssymmetrisch zu einer fiktiven vertikalen Achse C sind. Solche Reflektoren 16, 17 sind beispielsweise in 11 dargestellt. In diesem Fall muss die Rotationsachse durch den zweiten Brennpunkt 5 des ursprünglichen, elliptischen Zylinderreflektors 1 bzw. durch den Radarsensor 6 verlaufen. Mit einer solchen Anordnung gibt es für den Wertebereich des horizontalen Empfangswinkels 4 keine Einschränkungen mehr. Dieser kann sich vielmehr in einem Winkelbereich von - 180° bis +180° erstrecken. Eine solche Realisierung einer Anordnung mit zwei bezüglich einer horizontalen Ebene spiegelsymmetrisch angeordneten, reflektierenden Kegelstumpfoberflächen 16, 17 ist in 11 dargestellt. Anstelle von Kegelstümpfen 16, 17 könnten auch spitzzulaufende Kegel verwendet werden. Die Kegelstümpfe besitzen beide einen Öffnungswinkel von 90°. Gemäß der Ausführungsform nach 11 liegen die Sendeantennenanordnung 12 und der Radarsensor 6 bzw. das Fahrzeug 7 in vertikaler Richtung C genau übereinander, wobei der horizontale Aussendewinkel 3 und der horizontale Empfangswinkel 4 identisch sind. Eine Fokussierung in Elevationsrichtung findet wegen der zwar, insbesondere um 45°, geneigten, aber dennoch im Querschnitt geraden Reflektoroberflächen 16, 17 nicht statt. Dies würde man jedoch erreichen, wenn man nicht zwei Kegel oder Kegelstümpfe verwenden würde, sondern wie in 12 dargestellt, zwei abgeschnittene Rotationsparaboloide. Die Rotationsparaboloide müssten nicht unbedingt gleich sein. Ihre genaue Form sollte vielmehr derart entworfen werden, dass der Brennpunkt 2 des Sendereflektors 16 am Ort der Sendeantennenanordnung 12 liegt und der Brennpunkt 5 des Empfangsreflektors 14 am Ort des Radarsensors 6 bzw. des Fahrzeugs 7 liegt. Die Verwendung eines Rotationsparaboloids bzw. eines abgeschnittenen Rotationsparaboloids in Kombination mit einem Kegel bzw. einem Kegelstumpf ist ebenfalls denkbar. Die Konfiguration hätte den Vorteil, dass man diese derart entwerfen könnte, dass bezogen auf eine vertikale Richtung C am Ort des Radarsensors 6 eine ebene Wellenfront entstehen könnte. Eine am Ort des Radarsensors 6 ebene Wellenfront entspricht einem einfallenden Feld in der Realität am nächsten. Alle weiteren möglichen Kombinationen von ebenen und parabelförmigen Querschnitten der rotationssymmetrischen Reflektoren 16, 17 sind nochmals in 13 für den Fall dargestellt, dass die Sendeantennenanordnung 12 auf der Rotationsachse liegt. Auch für diese Konfigurationen gilt, dass die Anordnung der Sendeantennenanordnung 12 und des Sendereflektors 16 oberhalb des Radarsensors 6 bzw. des Fahrtzeugs 7 und des Empfangsreflektors 17 genauso gut möglich ist. Auch bei diesen Konfigurationen kann die Sendeantennenanordnung 12 durch mechanisch drehbare Einzelantennen 8 oder eine gewisse Anzahl von fest installierten und in verschiedenen Richtungen orientierten Einzelantennen 10 oder durch phasengesteuerte, ebene oder gekrümmte Gruppenantennen 11 realisiert werden. In 13a ist eine Konfiguration mit einem Sendereflektor 16 und einem Empfangsreflektor 17 gezeigt, welche jeweils, insbesondere um 45°, gekippte Oberflächen zeigen. 13b zeigt eine andere Ausführungsform, bei der der Sendereflektor 16 eine parabelförmige Oberfläche bzw. Querschnittsform aufweist mit einer vertikalen Symmetrieachse und mit einem Scheitelpunkt auf der Rotationsachse. Der Empfangsreflektor hingegen weist eine gerade, insbesondere um 45°, gekippte Querschnittsform bzw. ebene Oberfläche auf. Gemäß der Ausführungsform nach 13c weist der Sendereflektor 16 eine, insbesondere um 45°, geneigte bzw. gekippte gerade Querschnittsform bzw. eben Oberfläche auf, während der Empfangsreflektor 17 eine parabelförmige Querschnittsform bzw. gekrümmte Oberfläche mit einer horizontalen Symmetrieachse und mit einem Brennpunkt 2' unterhalb des Sendereflektors 16 aufweist. Der Brennpunkt 2' unterhalb des Sendereflektors 16 ist als Punkt mit einer gestrichelten Umrandung dargestellt. Gemäß 13d weist der Sendereflektor 16 eine parabelförmige Querschnittsform bzw. eine gekrümmte Oberfläche mit vertikaler Symmetrieachse und mit einem Scheitelpunkt auf der Rotationsachse auf, während der Empfangsreflektor 17 eine parabelförmige Querschnittsform bzw. gekrümmte Oberfläche mit vertikaler Symmetrieachse mit einem Scheitelpunkt auf der Rotationsachse aufweist.
  • Wird der Sendereflektor 16 als Kegel oder Kegelstumpf, wie dies in 11 dargestellt ist, ausgeführt, kann die Sendeantennenanordnung 12 auch aus mehreren Einzelantennen bestehen, die in verschiedenen Richtungen weisen. In diesem Fall ist es nicht notwendig, dass die Phasenzentren aller Antennen 8 auf der Rotationsachse im oder am gleichen Punkt liegen, was insbesondere aus Platzgründen nahezu unmöglich ist. Vielmehr können die Antennen 8 mit ausreichendem Abstand voneinander auf einem horizontal liegenden Kreis, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse des Sendereflektors 16 liegt, verteilt werden.
  • 14 zeigt eine weitere Ausführungsform des Reflektorsystems. Gemäß der Ausführungsform nach 12 ist der Sendereflektor 16 als ein Rotationsparaboloid ausgebildet. Wird der Sendereflektor 16 als Rotationsparaboloid ausgebildet, müssen die Phasenzentren aller Antennen der Sendeantennenanordnung 12 möglichst nahe am Brennpunkt des Reflektors 16 liegen. In einem solchen Fall ist die Verwendung mehrerer Antennen aus Platzgründen kritisch. Neben der Verwendung eines kegelförmigen Sendereflektors 16 kann der Sendereflektor 16 auch als sogenannter Ringfokusreflektor ausgeführt sein. Der Ringfokusreflektor ist beispielsweise in der 14 dargestellt. Die geometrische Form eines solchen Ringfokusreflektors entsteht durch die Rotation eines im Scheitelpunkt einer Parabel beginnenden Parabelasts um die Symmetrieachse der Parabel. Vor der Rotation wird der Parabelast allerdings um eine gewisse Strecke senkrecht zur Rotationsachse nach außen verschoben. Dadurch entsteht ein rotationssymmetrischer Reflektor mit Brennpunkten 2", welche auf einem Kreis verteilt sind. Jeder Punkt auf diesem Reflektor entspricht einem Brennpunkt für die jeweilige radiale Richtung. Der Ringfokusreflektor kann derart dimensioniert werden, dass auf der ringförmigen Fokalkurve die gewünschte Anzahl von Sendeantennen 8, 10, 11 untergebracht werden kann. Der als Ringfokusreflektor ausgeführte Sendereflektor 16 kann einerseits mit einem als Rotationsparaboloid (siehe 14) oder als Kegel(-Stumpf) ausgeführten Empfangsreflektor 17 kombiniert werden.
  • Im Allgemeinen sind die in der 15 skizzierten Kombinationen kanonischer Querschnittskurven der rotationssymmetrischen Sendereflektoren 16 und Empfangsreflektoren 17 für den Fall denkbar, dass die Sendeantennenanordnung 12 aus einer Verteilung von Antennen auf einem horizontal liegenden Kreis mit einem Mittelpunkt auf der Rotationsachse besteht. In der 15 sind mögliche Querschnittsformen rotationssymmetrischer Reflektorkombinationen mit der Sendeantennenanordnung 12 neben der vertikalen Rotationsachse und dem Radarsensor 6 auf der vertikalen Rotationsachse gezeigt. Gemäß 15a ist der Sendereflektor 16 und der Empfangsreflektor 17 jeweils mit einer, insbesondere um 45°, geneigten Oberfläche ausgebildet. Gemäß der Ausführungsform nach 15b ist die Querschnittsform des Sendereflektors 16 als horizontal verschobene Parabel mit vertikaler Symmetrieachse ausgebildet, während die Querschnittsform des Empfangsreflektors 17 eine, insbesondere um 45°, geneigte Gerade aufweist. Entsprechend weisen die Reflektoren eine ebene und eine gekrümmte Oberfläche auf. Gemäß der Ausführungsform nach 15c weist der Sendereflektor 16 eine, insbesondere um 45°, gekippte gerade Querschnittsform auf, während der Empfangsreflektor 17 eine parabelförmige Querschnittsform mit horizontaler Symmetrieachse und mit einem Brennpunkt 2' unterhalb des Sendereflektors 16 aufweist. Der Brennpunkt 2' unterhalb des Sendereflektors ist in 15c als Kreis mit einer gepunkteten Umrandung ausgebildet. Gemäß der Ausführungsform nach 15d weist die Querschnittsform des Sendereflektors 16 eine horizontal verschobene Parabel mit vertikaler Symmetrieachse auf, während die Querschnittsform des Empfangsreflektors 17 eine Parabel mit vertikaler Symmetrieachse und mit einem Scheitelpunkt auf der Rotationsachse aufweist. Abhängig von der Reflektorkombination wird am Ort des Radarsensors 6 eine in vertikaler Richtung divergierende (15a), ebene (15b, c) oder konvergierende (15d) Wellenfront erzeugt. Alle vier hier aufgeführten Möglichkeiten sind für den Test der horizontalen Winkeldetektionseigenschaften eines Radarsensors 6 geeignet. Die Konfigurationen gemäß den 15b und c erzeugen allerdings in Bezug auf die vertikale Richtung Wellenfronten, die der Realität am besten entsprechen. Hierbei handelt es sich bevorzugt um ebene Wellenfronten. Bei der Ausführungsform gemäß der Konfiguration nach 15a hängt die vertikale Einfallsrichtung der Welle auf den Radarsensor 6 stark von der vertikalen Position des Radarsensors 6 ab. Bei den Konfigurationen gemäß den Ausführungsformen nach 15b und c ist diese Richtung von der vertikalen Position des Radarsensors 6 allerdings unabhängig. Das Ausführungsbeispiel gemäß 15d erzeugt z. B. eine an einem Punkt fokussierte einfallende Welle. Liegen die Empfangsantennen des Radarsensors nicht genau in diesem Punkt, kann es zu Fehlern in der Winkelbestimmung kommen. Die Ausführungsformen gemäß den 15b und 15c bezüglich der vertikalen Position des Radarsensors 6 sind einerseits zuverlässig und ermöglichen zudem eine Variation des vertikalen Empfangswinkels durch Translation oder Positionierung von Sendeantennen 8, 10, 11, 12 abseits des optimalen Brennpunkts 2 in der dargestellten Querschnittsebene. Dies wiederum kann für den Test der Parameter der Detektion bezüglich der Elevationsrichtung genutzt werden. Die Änderung des Einfallswinkels, d. h. des Empfangswinkels 4', in der vertikalen Richtung ist prinzipiell auch bei der Konfiguration gemäß 15a durch Verschiebung der Sendeantenne 12 in der Querschnittsebene möglich. Allerdings wird bei einem in vertikaler Richtung ausgedehnten Radarsensor 6 ggf. ein positionsabhängiger, unterschiedlicher vertikaler Empfangswinkel 4' gemessen. Bei der Konfiguration gemäß der 15d würde der Fokuspunkt der einfallenden Welle am Ort des Radarsensors 6 durch Verschiebung der Sendeantennenanordnung 12 ebenfalls verschoben werden, so dass alle Empfangsantennen eines großen Radarsensors 6 mit einer unterschiedlichen Intensität beleuchtet werden würden.
  • Insbesondere bei den Ausführungsformen gemäß 13 a-c und 15 a-c ist es denkbar, dass die elektromagnetischen Wellen in einem Welleneinfallspunkt bzw. Welleneinfallsbereich von einem platzierten zu testenden Radarsensor empfangen werden, ohne das eine erneute Bündelung der elektromagnetischen Wellen erfolgt oder diese nur teilweise, insbesondere in nur einer Lateralrichtung der elektromagnetischen Welle, erfolgt. Bei den Ausführungsformen gemäß 13 a-c und 15 a-c ist es daher denkbar, dass die Reflektoranordnung nur einen Brennpunkt aufweist. Es ist ferner denkbar, dass es gar keinen Brennpunkt gibt, sondern einen Wellenaussendepunkt und einen Welleneinfallspunkt.
  • Bei einer Verwendung eines einzelnen elliptischen Zylinderreflektors 1 bewirkt eine Verschiebung der Sendeantennen 8, 10, 11 entlang einer vertikalen ersten Brennachse durch den Brennpunkt 2 einen in Elevationsrichtung schrägen Welleneinfall am Ort des Radarsensors 6. Eine Drehung, also eine Rotation, der Sendeantennen 12 in Elevationsrichtung in dem ersten Brennpunkt 2 bei Verwendung eines rotationselliptischen Einzelreflektors 1 hat den Effekt, dass die im zweiten Brennpunkt 5 fokussierte Welle aus einer anderen Elevationsrichtung einfällt.
  • Ein Vorteil der hierin beschriebenen Reflektoranordnungen besteht darin, dass die Sendeantennen eines Radarzielsimulators in einem kleinen Raumbereich konzentriert angeordnet werden können und trotzdem die Erzeugung eines komplexen Zielszenarios über einen großen horizontalen Winkelbereich und einen eingeschränkten Elevationswinkelbereich möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine langen Zuleitungen von einer Sendeelektronik zu den Antennen notwendig sind, sondern beispielsweise Ziele unter verschiedenen Raumrichtungen für den Radarsensor ausschließlich durch, auf einen sehr kleinen Raumbereich beschränkte, mechanische Translation oder Rotation der Sendeantennen erzeugt werden. Anders als im Stand der Technik üblich, sind ausladende Bewegungen nicht notwendig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Anordnung mehrerer Sendeantennen oder Sendeantennengruppen in einem kleinen Raumbereich auch eine elektronische Steuerung der Raumrichtung der darzustellenden Ziele mit einer kompakten Anordnung möglich ist. Je nach Ausführung erlaubt die elektronische Steuerung zudem eine kontinuierliche Richtungsänderung, ohne auf mechanische Komponenten zurückgreifen zu müssen. In vorteilhafter Weise kann es vermieden werden, dass alle Sendeantennen genau in dem gleichen Punkt liegen müssen. Vielmehr kann jeder Sendeantenne ausreichend Platz zur Verfügung gestellt werden. Teilweise ist es mit den vorgeschlagenen Reflektoranordnungen möglich, in horizontaler Richtung Ziele in allen Richtungen, d. h. eine 360° Abdeckung, zu erzeugen. Zudem lässt sich auch für die Elevationsrichtung ein gewisser Winkelbereich zuverlässig darstellen. Die gesamte Anordnung für die Erzeugung mehrerer Ziele unter verschiedenen Raumrichtungen bestehend aus Reflektorsystem und Sendeantennen ist sehr kompakt. Zugleich kann das Reflektorsystem so groß dimensioniert werden, dass nicht nur ein isolierter Radarsensor getestet werden kann, sondern auch solche Radarsensoren, die bereits in einem Fahrzeug verbaut sind.
  • Die in den Figuren beschriebenen Reflektoren 1, 13, 15, 16, 17, welche vorzugsweise metallische Reflektoren sind, basieren auf ebenen, kanonischen Kurven. Die kanonischen Kurven werden durch die Ellipse, die Gerade und die Parabel dargestellt. Es ist jedoch auch denkbar, dass auch Reflektoren eingesetzt werden, welche nicht zwangsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
  • Mit dem hierin beschriebenen Reflektorsystem können in erster Linie die Richtungsdetektionsfunktionen der Radarsensoren 6 getestet werden. Insofern ist die Verwendung für Radarzielsimulatoren im automobilen Umfeld eine Verwendungsmöglichkeit. Hierbei könnte es sich um den Test einzelner Radarsensoren 6 oder auch um die Kalibrierung von Radarsensoren 6 im Rahmen der Herstellung oder unmittelbar nach dem Einbau in einem Fahrzeug oder nach einem Unfall oder einer Reparatur handeln. Da Radarsensoren 6 jedoch heutzutage in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, können Radarsensoren aus unterschiedlichen Bereichen mit dem vorgeschlagenen Reflektorsystem hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit getestet werden. So ist es beispielsweise denkbar, militärische Radarsensoren mittels des vorgeschlagenen Reflektorsystems hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit zu prüfen.
  • Bei dem der Erfindung zugrundeliegenden Prinzip werden elektromagnetische Wellen mit konvexen, ebenen oder konkaven Phasenfronten aus verschiedenen Raumrichtungen auf einen kleinen Raumbereich eingestrahlt oder fokussiert. Wie beschrieben ist hierzu nur eine kompakte Antennenanordnung notwendig. Das vorgeschlagene Prinzip wäre somit auch für die Vermessung des Abstrahlverhaltens von Antennen oder des Radarrückstreuquerschnitts von Streuobjekten einsetzbar. Bilderzeugende tomografische Verfahren auf Basis von Mikrowellen für medizinische Anwendungen oder im Rahmen von Produktionsprozessen, wie beispielsweise der Prüfung einer Wanddicke von extrudierten Rohren, die entlang einer Rotationsachse durch eine rotationssymmetrische Reflektoranordnung geschoben werden, sind ebenfalls denkbar. Ebenfalls könnten mit dem vorgeschlagenen Reflektorsystem Materialprüfungen durchgeführt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6114985 A [0009]

Claims (16)

  1. Reflektorsystem in einem Radarzielsimulator zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors (6), wobei das Reflektorsystem umfasst: - mindestens eine Antenne (8, 8', 10, 11, 12) zum Aussenden einer elektromagnetischen Welle in einer Sendeebene zur Simulation einer Rückstreuung eines Hindernisses, - mindestens einen Reflektor (1, 13, 15, 16, 17) zum Reflektieren einer von der mindestens einen Antenne (8, 8', 10, 11, 12) ausgesendeten elektromagnetischen Welle in eine Empfangsebene und - einen in der Empfangsebene vorgegebenen Positionierungsbereich, in welchem ein zu testender Radarsensor (6) zum Empfangen der von der mindestens einen Antenne (8, 8', 10, 11, 12) ausgesendeten, in die Empfangsebne reflektierten elektromagnetischen Welle positioniert oder positionierbar ist, wobei - die mindestens eine Antenne (8, 8', 10, 11, 12) in oder nahe einem ersten Wellenaussendepunkt (2,2") oder einem ersten Brennpunkt (2, 2") des mindestens einen Reflektors (1, 13, 15, 16, 17) angeordnet ist und ein zweiter Welleneinfallspunkt (5) des mindestens einen Reflektors (1, 13, 15, 16, 17) in dem Positionierungsbereich angeordnet ist.
  2. Reflektorsystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Antenne (8, 8', 10, 11, 12) ausgebildet ist, die elektromagnetische Welle in oder nahe dem ersten Wellenaussendepunkt (2,2") oder einem ersten Brennpunkt (2, 2") unter einem Aussendeswinkel (3) auszusenden, und ein Radarsensor (6) in dem Positionierungsbereich derart platzierbar ist, dass die ausgesendete elektromagnetische Welle nach Reflexion an einer Oberfläche des mindestens einen Reflektors (1, 13, 15, 16, 17) unter einem Empfangswinkel (4) in dem zweiten Welleneinfallspunkt (5) empfangbar ist.
  3. Reflektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Welleneinfallspunkt durch einen Bereich gegeben ist, in welchem die reflektierte elektromagnetische Welle wenigstens teilweise fokussiert einfällt oder der zweite Welleneinfallspunkt ein zweiter Brennpunkt ist.
  4. Reflektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in oder nahe dem ersten Brennpunkt (2) eine einzelne oder mehrere mechanisch drehbare Antennen (8, 10, 11, 12) angeordnet ist/sind, wobei a) im Falle einer einzelnen Antenne (8, 8', 10, 11, 12) die Funktionsfähigkeit einer Winkelbestimmung des Radarsensors (6) überprüfbar ist, oder b) im Falle mehrerer Antennen (8, 8', 10, 11, 12) zusätzlich eine Erfassung einer Winkelauflösung des Radarsensors (6) überprüfbar ist, wobei die Antennen (8, 8', 10, 11, 12) - gleichzeitig mehrere simulierte Radarziele unter verschiedenen Aussendewinkeln (3), insbesondere in verschiedenen Richtungen, durch Aussenden elektromagnetischer Wellen darstellen, und/oder - zurVermeidung einer mechanischen Drehung der Antennen (8, 8', 10, 11, 12), als mehrere radial strahlende Antennen (8, 8', 10, 11, 12) auf einem Kreis um den ersten Brennpunkt (2) angeordnet sind, und/oder - als eine oder mehrere ebene, phasengesteuerte Gruppenantennen (8, 10, 11, 12) angeordnet ist/sind , und/oder - als eine oder mehrere phasengesteuerte Gruppenantennen (8, 8', 10, 11, 12) mit gekrümmter Apertur angeordnet ist/sind.
  5. Reflektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne (8, 8') wenigstens teilweise von einem drehbaren weiteren Reflektor (21) umgeben ist, wobei der drehbare weitere Reflektor (21) eine Drehung der Antenne (8, 8') ersetzt, insbesondere sind die Dimensionen des weiteren Reflektors (21) derart ausgebildet, dass die von der Antenne (8, 8') ausgesendeten elektromagnetischen Welle zunächst an dem weiteren Reflektor (21) reflektiert wird und anschließend an dem mindestens einen Reflektor (1) reflektiert wird.
  6. Reflektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Reflektor (1, 13, 15, 16, 17) als a) elliptische Zylinderoberfläche zur Bündelung ausgesendeter elektromagenetischer Wellen in einer zu einer Längsachse der, insbesondere elliptischen, Zylinderoberfläche senkrechten Ebene, welche der horizontalen Ebene entspricht, ausgebildet ist, und/ oder b) als Rotationsellipsoid zur, insbesondere zusätzlichen, Bündelung ausgesendeter elektromagenetischer Wellen in einer Elevationsrichtung ausgebildet ist.
  7. Reflektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anordnung der einen oder mehreren Antennen (8, 8', 10, 11, 12) und des Radarsensors (6) a) in einer Ebene liegen, sodass die Sendeebene der Empfangsebene entspricht, oder b) in unterschiedlichen Ebenen liegen, sodass die Sendeebene, insbesondere parallel, beabstandet zur Empfangsebene liegt.
  8. Reflektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ausgesendete elektromagnetische Wellen durch zwei geeignet gewählte Reflektoren (13, 15, 16, 17) von der Sendeebene in die Empfangsebene umleitbar sind, wobei einer der Reflektoren als Sendereflektor (13, 15, 16, 17) in der Sendeebene angeordnet und der andere Reflektor als Empfangsreflektor (13, 15, 16, 17) in der Empfangsebene angeordnet.
  9. Reflektorsystem nach Anspruch 8, wobei eine Trennfläche (14) zur physikalischen Trennung der Sendeebene und der Empfangsebene vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Antenne (8, 8', 10, 11, 12) und der Sendereflektor (13, 16) in der Sendeebene angeordnet sind und der Radarsensor (6) und der Empfangsreflektor (15, 17) in der Empfangsebene angeordnet sind, wobei insbesondere eine Abmessung der Trennfläche (14) derart gewählt ist, dass ein Strahlengang der ausgesendeten und reflektierten, empfangenen elektromagnetischen Welle durch die zwei Reflektoren (13, 15, 16, 17) nicht gestört ist.
  10. Reflektorsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zwei geeignet gewählten Reflektoren (13, 15) zwei zueinander spiegelsymmetrische, elliptische Reflektoren (13, 15) mit, insbesondere genau, übereinander liegenden ersten Brennpunkt (2) und zweiten Welleneinfallspunkt (5) mit, insbesondere um 45°, geneigten Oberflächen sind .
  11. Reflektorsystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Reflektoren (13, 15) parabelförmige Oberflächen aufweisen, um eine Bündelung der elektromagnetischen Wellen in senkrechter Richtung zu einer der Sende- oder Empfangsebene zu erzielen, oder einer der Reflektoren (13, 15) eine parabelförmige Oberfläche und der andere der Reflektoren (13, 15) eine um einen Winkel, insbesondere eine um 45°, geneigte, gerade verlaufende Oberfläche aufweist.
  12. Reflektorsystem nach einem der Ansprüche 8-9, wobei die Reflektoren (16, 17) eine zu einer senkrechten Achse in Bezug zu der Sende- und Empfangsebene rotationssymmetrische Form aufweisen und wobei eine Rotationsachse durch den zweiten Welleneinfallspunkt (5), in welchem der Radarsensor (6) angeordnet ist, verläuft, insbesondere liegen die mindestens eine Antenne (8, 10, 11, 12) und der Radarsensor (6) auf der senkrechten Achse einander gegenüber und der Aussendewinkel (3) und der Empfangswinkel (4) entsprechen einander.
  13. Reflektorsystem nach Anspruch 12, wobei die Reflektoren (16, 17) entweder a) jeweils eine, insbesondere um 45°, geneigte Oberfläche aufweisen, b) einer der Reflektoren (16, 17) eine parabelförmige Oberfläche und der andere der Reflektoren (16, 17) eine, insbesondere um 45°, geneigte Oberfläche aufweist, oder c) jeweils eine parabelförmige Oberfläche aufweisen.
  14. Reflektorsystem nach einem der Ansprüche 8-9, 12-13, wobei der Reflektor (16, 17), welcher als Sendereflektor dient und auf welchen eine ausgesendete elektromagnetische Welle zuerst trifft, als Ringfokusreflektor ausgebildet ist und der andere Reflektor (16, 17), welcher als Empfangsreflektor dient, als Rotationsparaboloid oder als Rotationsparaboloidstumpf oder als Kegel oder Kegelstumpf ausgebildet ist.
  15. Reflektorsystem nach einem der Ansprüche 8-9, 12-14, wobei, für den Fall, dass mehrere Antennen auf einem senkrecht zu einer Rotationsachse der Reflektoren (16, 17) liegenden Kreis angeordnet sind, wobei der Mittelpunkt des Kreises auf einer zur Rotationsachse der Reflektoren (16, 17) senkrechten Achse liegt, die Reflektoren (16, 17) eine der folgenden Formen aufweisen: (a) jeweils eine um 45° geneigte Oberfläche, oder (b) der Sendereflektor (16) eine horizontal verschobene parabelförmige Oberfläche mit vertikaler Symmetrieachse und der Empfangsreflektor (17) eine um 45° geneigte Oberfläche, oder (c) der Sendereflektor (16) eine um 45° geneigte Oberfläche aufweist und der Empfangsreflektor (17) eine parabelförmige Oberfläche mit horizontaler Symmetrieachse und mit einem Brennpunkt unterhalb des Sendereflektors (16), oder (d) der Sendereflektor (16) eine horizontal verschobene parabelförmige Oberfläche mit vertikaler Symmetrieachse und der Empfangsreflektor (17) parabelförmige Oberfläche mit vertikaler Symmetrieachse und mit einem Scheitelpunkt auf der Rotationsachse.
  16. Verfahren zum Testen einer Funktionsfähigkeit eines Radarsensors (6) in einem Radarzielsimulator, wobei das Verfahren mit einem Reflektorsystem nach einem der Ansprüche 1-14 ausgeführt wird und folgende Schritte umfasst: - Aussenden einer elektromagnetischen Welle in einer Sendeebene durch mindesten eine Antenne (8, 8', 10, 11, 12), - Reflektieren der ausgesendeten elektromagnetischen Welle an mindestens einem Reflektor (1, 13, 15, 16, 17), - Umleiten der reflektierten elektromagnetischen Welle in eine Empfangsebene durch den mindestens einen Reflektor (1, 13, 15, 16, 17) und - Empfangen der von der mindestens einen Antenne (8, 8', 10, 11, 12) ausgesendeten, reflektierten elektromagnetischen Welle in der Empfangsebne durch einen Radarsensor (6). - Sende- und Empfangsebene können unterschiedlich oder identisch sein.
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