DE102020207879A1

DE102020207879A1 - Verfahren zum Betrieb eines Radarsensors in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020207879A1
Application number: DE102020207879.3A
Authority: DE
Inventors: Armin Himmelstoss; Michael Schoor; Gor Hakobyan; Daniel Schindler; Johannes Fink; Kai Penske
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2021-12-30
Also published as: US20210405184A1; CN113848553A; US11726201B2; JP2022008221A; KR20220000363A

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Radarsensors (14) in einem Kraftfahrzeug (10), bei dem in einem SAR-Messmodus nach dem Prinzip der synthetischen Apertur eine Ortung von Objekten, einschließlich stationärer Objekte (12), mit hoher Winkelauflösung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe Radarsensor (14) zeitversetzt oder zeitgleich in dem SAR-Messmodus und in einem Doppler-Messmodus betrieben wird, wobei in dem Doppler-Messmodus die Relativgeschwindigkeiten von Objekten, einschließlich bewegter Objekte, mit einer zeitlichen Auflösung gemessen werden, die größer ist als die zeitliche Auflösung im SAR-Messmodus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Radarsensors in einem Kraftfahrzeug, bei dem in einem SAR-Messmodus nach dem Prinzip der synthetischen Apertur eine Ortung von Objekten, einschließlich stationärer Objekte, mit hoher Winkelauflösung stattfindet.
Stand der Technik
Radarsysteme zur Messung von Abständen, Relativgeschwindigkeiten und Ortungswinkeln von Objekten werden in Kraftfahrzeugen für verschiedene Assistenzfunktionen eingesetzt, beispielsweise für Sicherheitsfunktionen wie etwa automatische Kollisionswarnung oder Kollisionsvermeidung sowie für Komfortfunktionen wie etwa eine automatische Suche nach Parklücken. Ein Beispiel für ein Verfahren zum Betrieb eines SAR-Radarsensors in einem Kraftfahrzeug wird in DE 199 12 370 A1 beschrieben.
Das Prinzip der synthetischen Apertur erlaubt bei Eigenbewegung des Radarsensors besonders genaue Winkelmessungen, indem die Radarmessungen an unterschiedlichen örtlichen Positionen so miteinander kombiniert werden, dass synthetisch eine große Antennenapertur erzeugt wird. Die synthetische Apertur kommt dadurch zustande, dass sich die Sende- und Empfangsantennen zum Zeitpunkt jeder einzelnen Radarmessung aufgrund der Eigenbewegung des Fahrzeugs und des Radarsensors an verschiedenen Positionen befinden. Daher können die empfangenen Radarechos so verarbeitet werden, als ob eine große Antennenapertur entlang der Fahrtrajektorien des Fahrzeugs vorhanden wäre. Dadurch wird ein wesentlich größeres Winkelauflösungsvermögen erreicht als sie bei einem Antennenarray mit einbaubedingt begrenzter physischer Apertur möglich ist.
Für die Auswertung der gemessenen Radarsignale nach dem Prinzip der synthetischen Apertur muss die Eigenbewegung des Radarsensors, d. h. die Fahrtrajektorie des Fahrzeugs bekannt sein. Diese Fahrtrajektorie ist ein Eingabeparameter für den SAR-Auswertealgorithmus und stellt die Basis für die Berechnung eines SAR-Bildes dar. Je nach Auswertealgorithmus wird die genaue Fahrtrajektorie vermessen, oder die Fahrtrajektorie wird anhand der gemessenen Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs geschätzt, wobei ein linearer Verlauf der Trajektorie angenommen wird.
Generell wird bei den konventionellen SAR-Auswertealgorithmen die Radarumgebung als stationär angenommen. Es gibt jedoch auch Ansätze, die SAR-Auswertung auf nicht stationäre Radarumgebungen auszudehnen, indem Korrekturen für moderate Bewegungen von Objekten vorgenommen werden.
Die Sendefrequenzen der Radarsensoren liegen typischerweise bei etwa 24 GHz oder 77 GHz. Die SAR-Auswertung ist generell unabhängig von dem jeweils verwendeten Verfahren zur Frequenzmodulation. Die maximal belegbaren Bandbreiten für die Frequenzmodulation liegen generell unter 4 GHz, zumeist etwa in der Größenordnung von 0,5 GHz.
Ein bei Radarsystemen für Kraftfahrzeuge häufig eingesetztes Modulationsverfahren ist in FMCW-Modulation (Frequency Modulated Continuous Wave) mit „schnellen Rampen“ (Fast-Chirp-Modulation), bei der nacheinander mehrere lineare Frequenzrampen mit gleicher Steigung durchlaufen werden. Die Mischung des momentanen Sendesignals mit dem Empfangssignal ergibt nach Tiefpassfilterung ein niederfrequentes (Schwebungs-)Signal, dessen Frequenz zum Abstand des georteten Objekts proportional ist. Das System wird in der Regel so ausgelegt, dass bei den üblichen Relativgeschwindigkeiten der georteten Objekte der durch den Dopplereffekt verursachte Anteil der Schwebungsfrequenz vernachlässigbar klein ist. Bei geeigneter Wahl der Parameter erhält man so eine eindeutige Abstandsinformation. Die Dopplerverschiebung, und damit die Relativgeschwindigkeit, kann anschließend durch Beobachtung der zeitlichen Entwicklung der Phasen der (komplexen) Abstandssignale über die mehreren Rampen hinweg bestimmt werden. Die Abstands- und Geschwindigkeitsmessungen können unabhängig voneinander stattfinden, z. B. mit Hilfe einer zweidimensionalen schnellen Fouriertransformation.
Die Fast-Chirp-Modulation kann auch bei einem SAR-Radarsensor verwendet werden. Die Abstandsmessung kann dann auf die gleiche Weise erfolgen wie bei einem klassischen FMCW-Radar. Die Dopplerauswertung über die Frequenzrampen hinweg wird jedoch durch die SAR-Auswertung ersetzt, so dass man als Messergebnisse keine Dopplermessungen erhält, sondern, unter der Annahme von stationären Zielen und mit Kenntnis der Eigenbewegung des Fahrzeugs, eine Winkelmessung.
Für die SAR-Auswertung sind in der Literatur verschiedene Algorithmen bekannt. Für Anwendungen im KFZ-Bereich sind Algorithmen bevorzugt, die hinsichtlich des Verlaufs der Fahrtrajektorien gewisse Beschränkungen erfordern, dafür jedoch mit der in einem Kraftfahrzeug verfügbaren Datenverarbeitungskapazität eine effiziente Berechnung von SAR-Bildern in Echtzeit ermöglichen.
Da die Winkelauflösung von der Größe der Apertur und damit von der Länge der in einem Messzyklus durchfahrenen Trajektorie abhängig ist, die ihrerseits proportional ist zu dem Produkt aus Fahrgeschwindigkeit und Zeit, ist die zeitliche Auflösung bei einer SAR-Auswertung mit hoher Winkelauflösung notwendigerweise begrenzt. SAR-Radarsensoren werden deshalb insbesondere für Anwendungen eingesetzt, in denen die zu erfassende Radarumgebung nur eine geringe Dynamik aufweist. Zur Erfassung von hochdynamischen Fahrsituationen werden dagegen Radarsensoren eingesetzt, die für klassische Messprinzipien ausgelegt sind und insbesondere eine Messung von Relativgeschwindigkeiten mit hoher zeitlicher Auflösung und Geschwindigkeitsauflösung ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nutzung eines einfach aufgebauten Radarsystems für eine größere Bandbreite von Messaufgaben zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass derselbe Radarsensor zeitversetzt oder zeitgleich in dem SAR-Messmodus und in einem Doppler-Messmodus betrieben wird, wobei in dem Doppler-Messmodus die Relativgeschwindigkeiten von Objekten, einschließlich bewegter Objekte, mit einer zeitlichen Auflösung gemessen werden, die größer ist als die zeitliche Auflösung im SAR-Messmodus.
Die Erfindung erlaubt es somit, ein und denselben Radarsensor sowohl für Messaufgaben zu nutzen, bei denen eine hohe Winkelauflösung verlangt wird, als auch für Messaufgaben, bei denen es um die Erfassung dynamischerer Situationen geht und die deshalb eine höhere Zeitauflösung, d.h., eine größere Anzahl von Wiederholungen des Messvorgangs pro Zeiteinheit, erfordern. Auf diese Weise kann mit einem Minimum an Hardwarekosten, insbesondere bereits mit einem einzigen Radarsensor, eine erhöhte Funktionalität erreicht werden. Im Vergleich zu einem System mit getrennten Radarsensoren ergibt sich zugleich der Vorteil, dass Interferenzen zwischen den Radarsignalen vermieden werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer Ausführungsform kann der Radarsensor im Frequenzmultiplex betrieben werden, so dass die Signalauswertung im SAR-Messmodus und im Doppler-Messmodus zeitgleich stattfinden können, wobei die für die verschiedenen Auswertungsmodi benutzten Messsignale anhand ihrer Frequenz voneinander getrennt werden. In einer anderen Ausführungsform wird der Radarsensor zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder im SAR-Messmodus oder in dem Doppler-Messmodus betrieben, und eine Umschaltung zwischen den beiden Messmodi erfolgt situationsabhängig oder gemäß einem bestimmten Zeitmultiplexschema.
Im SAR-Modus wird die größte Winkelauflösung für Objekte erreicht, die quer zur Fahrtrajektorie des Fahrzeugs liegen, also einen Ortungswinkel in der Größenordnung von 90° relativ zur momentanen Fahrtrichtung des Fahrzeugs haben. Für Messaufgaben im Rahmen der automatischen Abstandsregelung oder der Kollisionswarnung oder -vermeidung kommt es dagegen vor allem auf die Messung von Abständen und Relativgeschwindigkeiten von Objekten vor oder hinter dem eigenen Fahrzeug an, also von Objekten mit einem Ortungswinkel in der Größenordnung von 0° oder 180°. Ein vorn im Fahrzeug eingebauter Radarsensor wird deshalb vorzugsweise durch digitale Strahlformung oder durch entsprechende Auslegung des monostatischen oder bistatischen Antennenarrays so konfiguriert, dass sein Ortungsbereich sowohl die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs als auch seitliche Richtungen auf mindestens einer Seite des Fahrzeugs abdeckt. Entsprechend sollte ein hinten im Fahrzeug eingebauter Radarsensor mindestens die Rückwärtsrichtung und eine Seite des Fahrzeugs abdecken. Das Antennendiagramm kann dabei so ausgelegt werden, dass der Ortungswinkelbereich 90° oder mehr beträgt und dass in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung eine größere Sendeleistung zur Verfügung steht, so dass dort Objekte in größerem Abstand geortet werden können, während seitlich neben dem Fahrzeug oft nur Objekte relevant sind, die einen geringeren Abstand zum eigenen Fahrzeug aufweisen.
Die Umschaltung zwischen den Messmodi kann situationsabhängig erfolgen. Beispielsweise wird man bei Fahrten auf der Landstraße oder Autobahn mit höherer Geschwindigkeit eher den klassischen Doppler-Messmodus benutzen, während man bei der Parkplatzsuche im Stadtverkehr automatisch oder mittels Fahrerbefehl auf den SAR-Modus umschalten wird, um Parklücken zu erkennen und zu vermessen.
Bei einem Betrieb im Zeitmultiplex sind Messzyklen im SAR-Modus und Messzyklen im Doppler-Modus miteinander verschachtelt. Dabei kann die relative Häufigkeit, in der die beiden Messmodi eingesetzt werden, wiederum situationsabhängig variieren. Beispielsweise wird man bei einer Fahrt auf einer mehrspurigen Fahrbahn in der Mehrzahl der Messzyklen den Doppler-Modus benutzen, um beispielsweise eine automatische Abstandsregelung vorzunehmen, während nur vereinzelt Messzyklen im SAR-Modus eingeschoben werden, um einen „Seitenblick“ auf das Verkehrsgeschehen auf den Nebenspuren oder den ruhenden Verkehr zu werfen oder um die Umgebung zu kartieren. Bei Fahrten mit niedriger Geschwindigkeit kann dagegen der Anteil der Messzyklen im SAR-Modus vergrößert werden.
Da der SAR-Modus nur während der Fahrt des eigenen Fahrzeugs verwendbar ist, kann bei Stillstand des Fahrzeugs automatisch auf den Doppler-Modus umgeschaltet werden.
In einer Ausführungsform kann je nach Messaufgabe auch eine Umschaltung zwischen mehreren Auswertealgorithmen im SAR-Messmodus und/oder im Doppler-Messmodus vorgesehen sein, so dass für jede Messaufgabe der dazu optimale Auswertealgorithmus ausgewählt werden kann.
Im allgemeinen werden sich die Messmodi nicht nur hinsichtlich der Auswertealgorithmen unterscheiden, sondern auch hinsichtlich der Parameter für die Hardware des Radarsensors. Beispielsweise können die Sendefrequenzen, das Modulationsschema, die Parameter für die digitale Strahlformung und sonstige Betriebsparameter im Hinblick auf den jeweils ausgewählten Auswertealgorithmus optimiert werden.
In einem Mischbetrieb der Messmodi im Zeit- oder Frequenzmultiplex ist es auch möglich, die in den beiden Messmodi erhaltenen Messergebnisse gemäß einem Fusionsalgorithmus zu fusionieren, insbesondere mit einem Algorithmus, der die in den beiden Messmodi erhaltenen Ergebnisse jeweils nach der in den Messmodi erzielbaren Genauigkeit oder Verlässlichkeit gewichtet.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Radarsensor mit einer analogen Sende- und Empfangshardware und einem digitalen Auswertesystem, bei dem die digitale Sende- und Empfangshardware und auch das digitale Auswertesystem sowohl für einen SAR-Messmodus als auch für einen Doppler-Messmodus konfiguriert sind.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 bis 3 Diagramme zur Erläuterung eines SAR-Messprinzips;
4 ein Blockdiagramm eines Radarsensors, der für das erfindungsgemäße Verfahren konfiguriert ist; und
5 ein Zeitdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren.

In 1 ist in einem kartesischen Koordinatensystem mit Achsen x und y ein Kraftfahrzeug 10, das mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung der Achse x fährt, zu drei verschiedenen Zeitpunkten gezeigt, in denen es jeweils eine andere Position x1, x2, x3 längs der x-Achse einnimmt. Ein stationäres Objekt 12 befindet sich in einer Koordinatenposition (x0, y0) seitlich neben der von dem Fahrzeug 10 befahrenen Trajektorie. Das Fahrzeug 10 weist vorn rechts einen hier nur schematisch dargestellten Radarsensor 14 auf, dessen Ortungswinkelbereich 16 sowohl den Raum vor dem Fahrzeug 10 als auch den in Richtung der Achse y seitlich neben dem Fahrzeug liegenden Raum abdeckt. (Ein spiegelbildlich dazu angeordneter Sensor auf der anderen Fahrzeugseite ist hier nicht gezeigt.)
Das Objekt 12 wird von dem Radarsensor 14 in jeder der Positionen x1, x2, x3 unter einem anderen Ortungswinkel α1, α2, α3 geortet. Die Ortungswinkel α1 - α3 sind dabei jeweils definiert als der Winkel zwischen dem Sehstrahl vom Radarsensor 14 zum Objekt 12 und der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs, d. h. einer Parallelen zu der Achse x, die durch den Ort des Radarsensors 14 geht.
Der Radarsensor 14 weist wie üblich ein Antennenarray mit mehreren in der Horizontalen nebeneinander angeordneten Antennenelementen auf, die eine bestimmte physische Apertur bilden, so dass der Ortungswinkel des Objekts 12 anhand der Phasen- und Amplitudenbeziehungen zwischen den beiden Antennenelementen eintreffenden Signalen gemessen werden kann, wenn auch nur mit begrenzter Winkelauflösung. Nach dem Prinzip der synthetischen Apertur werden jedoch die Radarsignale, die empfangen werden, während sich das Fahrzeug 10 längs seiner Trajektorie von der Position x1 zu der Position x3 bewegt, aufgezeichnet und so miteinander verrechnet, dass sich eine synthetische Apertur ergibt, die dem Abstand zwischen x1 und x3 entspricht und um ein Vielfaches größer ist als die physische Apertur des Radarsensors. Dadurch lässt sich zumindest am Ende des Messzyklus der Ortungswinkel α3 des Objekts 12 mit wesentlich höherer Winkelauflösung messen. Daneben wird mit dem Radarsensor 14 in bekannter Weise auch der jeweilige Abstand des Objekts 12 gemessen, so dass sich die Koordinatenposition (x0, y0) des Objekts 12 mit hoher Präzision bestimmen lässt.
Dieses Messprinzip eignet sich beispielsweise dazu, Konturen von Objekten in der näheren Umgebung des Fahrzeugs 10, beispielsweise am Straßenrand parkende andere Fahrzeuge sowie Parklücken zwischen ihnen, mit hoher Genauigkeit zu kartieren. Ebenso kann das Verfahren auch dazu eingesetzt werden, Objekte in der weiteren Umgebung des Fahrzeugs während der Fahrt zu kartieren oder umgekehrt, wenn die Orte der Objekte aus einer digitalen Karte bekannt sind, anhand der gemessenen Ortungswinkel die eigene Position des Fahrzeugs 10 genau zu lokalisieren.
Ein mögliches Auswerteverfahren soll anhand der 2 und 3 erläutert werden.
In 2 sind das Objekt 12 sowie die Ortungswinkel α1, α2 und α3 für jede der drei Positionen x1 - x3 des Fahrzeugs dargestellt. Weiterhin ist für jede Position der Geschwindigkeitsvektor v des Fahrzeugs 10 dargestellt. Es wird angenommen, dass dieser Geschwindigkeitsvektor innerhalb des Messzyklus, in dem sich das Fahrzeug von x1 nach x3 bewegt, konstant ist. Weiterhin ist in 2 für jede der drei Positionen die orthogonale Projektion p1, p2, p3 des Geschwindigkeitsvektors v auf den Sehstrahl vom Fahrzeug zum Objekt 12 dargestellt. Der Betrag dieses Projektionsvektors gibt jeweils die momentane Relativgeschwindigkeit des Objekts 12 an. Wenn das Objekt in Richtung der x-Achse noch sehr weit von dem Fahrzeug entfernt ist, ist die Relativgeschwindigkeit nahezu gleich der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs, aber mit zunehmender Annäherung des Fahrzeugs an den Ort x0 des Objekts 12 auf der x-Achse nimmt die Relativgeschwindigkeit ab. Sie erreicht bei x0 den Wert 0 und wird dann negativ (das Objekt entfernt sich).
In 3 ist die Relativgeschwindigkeit bzw. die entsprechende Dopplerverschiebung D als Funktion des Ortes des Fahrzeugs 10 auf der x-Achse dargestellt. Die Form der Kurve ist vom Abstand des Objekts 12 zur Trajektorie des Fahrzeugs 10 in der Richtung der y-Achse abhängig. Wenn der Abstand größer wird, erfährt die Kurve ein zentrische Streckung längs der x-Achse mit dem Punkt x0 als Streckzentrum, wie in 3 durch eine gestrichelt eingezeichnete Kurve angedeutet wird.
Wenn der Radarsensor 14 mit Fast-Chirp-Modulation arbeitet, erhält man für jede Modulationsrampe durch eindimensionale Fouriertransformation über die Dauer der Modulationsrampe einen von der Relativgeschwindigkeit praktisch unabhängigen Wert für den momentanen Abstands des Objekts. Eine zweidimensionale schnelle Fouriertransformation der Signale, die man auf den aufeinanderfolgenden Modulationsrampen erhält, liefert in der zweiten Dimension ein Spektrum, das die Relativgeschwindigkeit angibt. Wählt man die Integrationszeit so kurz, dass die Relativgeschwindigkeit während dieser Zeit praktisch konstant ist, so erhält man für jeden Zeitpunkt - und damit auch für jede Position x des Fahrzeugs längs der Fahrtrajektorie - den momentanen Wert der Relativgeschwindigkeit, wie er durch die Projektionsvektoren p1 - p3 repräsentiert wird. Durch Abgleich mit den in 3 gezeigten Kurven lässt sich dann der Ort x0 des Objekts 12 ermitteln. Damit lässt sich dann für jede Position des Fahrzeugs auf der x-Achse der zugehörige Ortungswinkel des Objekts ermitteln.
Wenn man bei der Fouriertransformation in der zweiten Dimension eine längere Integrationszeit wählt, so erhält man unmittelbar ein Spektrum, das für die zeitliche Änderung der Relativgeschwindigkeit über den gesamten Messzyklus hinweg repräsentativ ist. Anhand dieses Spektrums lässt sich die Ortskoordinate y0 des Objekts und damit der Ortungswinkel für jeden Zeitpunkt mit besonders hoher Genauigkeit bestimmen.
In 4 sind wesentliche Komponenten des Radarsensors 14 in einem Blockdiagramm dargestellt. Der Radarsensor weist wie üblich eine analoge Sende- und Empfangshardware 18 auf, typischerweise in der Form einer hochfrequenztauglichen Platine, auf der mehrere Antennenpatches, ein lokaler Oszillator zur Erzeugung der frequenzmodulierten Sendesignale sowie Mischer zum Mischen der Empfangssignale mit dem momentanen Sendesignal angeordnet sind. Über einen Analog/Digital-Wandler werden die in den verschiedenen Empfangskanälen (Antennenpatches) empfangenen und in das Schwebungsfrequenzband heruntergemischten Empfangssignale als Zeitsignale an eine digitale Recheneinheit 20 übermittelt.
Durch eine erste digitale Schaltmatrix 22 werden die digitalisierten Zeitsignale je nach Betriebsmodus des Radarsensors entweder an eine klassische Doppler-Auswerteeinheit 24 oder an eine SAR-Auswerteeinheit 26 übermittelt. In der Doppler-Auswerteeinheit 24 werden die digitalisierten komplexen Amplituden der Empfangssignale über die Dauer eines Messzyklus aufgezeichnet, der mehrere aufeinanderfolgende Frequenzrampen (Chirps) umfasst. Durch zweidimensionale Fouriertransformation wird ein zweidimensionales Spektrum gebildet, das in einer Dimension die Abstände der georteten Objekte und in der anderen Dimension die Relativgeschwindigkeiten angibt. Jedes Objekt zeichnet sich in diesem Spektrum durch einen Peak bei einem bestimmte Abstand und einer bestimmten Relativgeschwindigkeit ab. Die Signale jedes einzelnen Antennenpatches werden in einem gesonderten Empfangskanal ausgewertet und in ein entsprechendes Spektrum transformiert. Durch Vergleich der komplexen Amplituden, die man in den verschiedenen Spektren für dasselbe Objekt (denselben Peak) erhält, wird dann durch Winkelschätzung mit einer gewissen Genauigkeit der Ortungswinkel des Objekts bestimmt. Über eine zweite digitale Schaltmatrix 28 werden die so erhaltenen Ortungsdaten dann an verschiedene nachgeschaltete Assistenzfunktionen übergeben, beispielsweise an Sicherheitsfunktionen 30 wie etwa eine Notbremsfunktion, eine adaptive Geschwindigkeitsregelung und dergleichen, und/oder an eine oder mehrere Komfortfunktionen 32 wie Kartierung, Parklückensuche und dergleichen.
In der SAR-Auswerteeinheit 26 werden die digitalisierten Empfangssignale ebenfalls über einen bestimmten Messzyklus aufgezeichnet und einer zweidimensionalen schnellen Fouriertransformation unterzogen. Auch das so erhaltene Spektrum liefert in einer Dimension für jedes geortete Objekt den zugehörigen Objektabstand. In der anderen Dimension wird das Spektrum jedoch nicht hinsichtlich der Relativgeschwindigkeiten ausgewertet, sondern hinsichtlich der in 3 illustrierten Abhängigkeit der Relativgeschwindigkeiten vom Ortungswinkel, unter der Annahme, dass die georteten Objekte stationär sind (was sich anhand der charakteristischen Änderung des Objektabstands verifizieren lässt), und unter der Annahme, dass sich das Fahrzeug 10 während der Dauer des Messzyklus mit konstanter und bekannter Geschwindigkeit auf einer linearen Trajektorie bewegt. Je nach verfügbarer Rechenkapazität kann diese Auswertung parallel für mehrere Empfangskanäle erfolgen oder nur für einen einzigen Empfangskanal. Als Ergebnis der Auswertung in der SAR-Auswerteeinheit 26 erhält man wiederum die Abstandsdaten der Objekte sowie hochaufgelöste Winkeldaten oder, äquivalent dazu, die Ortskoordinaten (x, y) jedes Objekts, im allgemeinen jedoch keine Relativgeschwindigkeitsdaten, oder zumindest keine Relativgeschwindigkeitsdaten mit hoher zeitlicher Auflösung. Auch diese Daten werden über die digitale Schaltmatrix 28 an die Sicherheitsfunktionen 30 und/oder die Komfortfunktionen 32 übergeben.
Im gezeigten Beispiel enthält die Recheneinheit 20 außerdem eine Fusionsstufe 34, in der wahlweise die von den Auswerteeinheiten 24 und 26 erhaltenen Ortungsdaten miteinander fusioniert werden, jeweils gewichtet nach Qualität der durch die verschiedenen Auswerteverfahren erhaltenen Daten. Auch die fusionierten Ergebnisse werden über die zweite digitale Schaltmatrix an die Sicherheitsfunktionen 30 und die Komfortfunktionen 32 weitergeleitet.
Die Auswerteeinheiten 24 und 26 legen außerdem die für den jeweiligen Auswertealgorithmus optimalen Betriebsparameter für die Sende- und Empfangshardware 18 fest und liefern entsprechende Steuersignale 36 an diese Hardware, so dass die Betriebsparameter an den jeweiligen Messmodus angepasst werden.
Der Radarsensor 10 weist weiterhin eine Moduswählstufe 38 auf, die in die Recheneinheit 20 integriert sein kann, hier jedoch aus Gründen der Deutlichkeit als separater Block dargestellt ist. Diese Moduswählstufe 38 nimmt Anforderungssignale von den Sicherheitsfunktionen 30 und den Komfortfunktionen 32 auf, gibt diesen Anforderungssignalen je nach Verkehrssituation (oder nach Fahrerbefehl) eine höhere oder niedrigere Priorität und bestimmt auf der Grundlage dieser Prioritäten den aktuellen Betriebsmodus des Radarsensors. Wenn beispielsweise eine der Sicherheitsfunktionen 30 eine kritische Verkehrssituation erkennt, in der eine Kollision droht, so erhalten die von einer Notbremsfunktion benötigten Daten, also insbesondere hochaufgelösten Abstands- und Geschwindigkeitsdaten die höchste Priorität, und die Recheneinheit arbeitet in einem Modus, in dem überwiegend oder ausschließlich die Doppler-Auswerteeinheit 24 aktiv ist.
5 illustriert in der Form eines Zeitdiagramms ein Verfahren zum Betrieb des Radarsensors 10 nach 4, bei dem die Doppler-Auswerteeinheit 24 und die SAR-Auswerteeinheit 26 im Zeitmultiplex arbeiten. Eine Zeitmultiplexperiode umfasst eine gewisse Anzahl N aufeinanderfolgender Messzyklen, die in 5 fortlaufend von 0 bis N nummeriert sind. Die Messzyklen 0 bis N-1 sind Doppler-Messzyklen, die jeweils eine Dauer Tcd haben, innerhalb derer die Empfangssignale aufgezeichnet werden. Die einzelnen Doppler-Messzyklen sind jeweils durch eine Verarbeitungszeit Tpd getrennt, innerhalb derer die während des vorangegangenen Messzyklus aufgezeichneten Daten in der Doppler-Auswerteeinheit 24 ausgewertet werden.
Auf den letzten Doppler-Messzyklus N-1 folgt, wiederum nach einer Verarbeitungszeit der Länge Tpd, der Zyklus N, der ein SAR-Messzyklus ist und der im gezeigten Beispiel eine größere Dauer Tcs hat als die Doppler-Messzyklen. Auf den SAR Messzyklus N folgt dann nach einer Verarbeitungszeit Tps, in der die Messdaten durch die SAR-Auswerteeinheit 26 ausgewertet werden, der erste Doppler-Messzyklus „0“ der nächsten Multiplexperiode.
Wenn die Moduswählstufe 38 feststellt, dass die Komfortfunktionen eine höhere Priorität benötigen, beispielsweise weil der Fahrer des Fahrzeugs 10 auf Parkplatzsuche ist, so wird das Multiplexschema verändert, indem die Anzahl der Doppler-Messzyklen je Multiplexperiode verringert wird, so dass die relative Anzahl der SAR-Messzyklen zunimmt. Im Extremfall können für die Dauer der Parkplatzsuche die Doppler-Messzyklen ganz ausgesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19912370 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Radarsensors (14) in einem Kraftfahrzeug (10), bei dem in einem SAR-Messmodus nach dem Prinzip der synthetischen Apertur eine Ortung von Objekten, einschließlich stationärer Objekte (12), mit hoher Winkelauflösung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe Radarsensor (14) zeitversetzt oder zeitgleich in dem SAR-Messmodus und in einem Doppler-Messmodus betrieben wird, wobei in dem Doppler-Messmodus die Relativgeschwindigkeiten von Objekten, einschließlich bewegter Objekte, mit einer zeitlichen Auflösung gemessen werden, die größer ist als die zeitliche Auflösung im SAR-Messmodus.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem je nach Verkehrssituation zwischen dem SAR-Messmodus und dem Doppler-Messmodus umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Folgen von Messzyklen (0 bis N-1) im Doppler-Messmodus und Folgen von Messzyklen (N) im SAR-Messzyklus nach einem Multiplexschema ineinander verschachtelt sind.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die relative Häufigkeit der Messzyklen im Doppler-Messmodus und der Messzyklen im SAR-Messmodus je nach Verkehrssituation variiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Betriebsparameter einer analogen Sende- und Empfangshardware (18) des Radarsensors (14) dynamisch an den jeweils anzuwendenden Messmodus angepasst werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die in den verschiedenen Messmodi erhaltenen Messergebnisse miteinander fusioniert werden, wobei die in den verschiedenen Messmodi erhaltenen Ergebnisse, die dieselbe Messgröße betreffen, entsprechend der in dem jeweiligen Messmodus erreichbaren Qualität der Messergebnisse gewichtet werden.
Radarsensor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer analogen Sende- und Empfangshardware (18) und einer digitalen Recheneinheit (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangshardware (18) und die Recheneinheit (20) dazu konfiguriert sind, den Radarsensor (14) zeitversetzt oder zeitgleich in dem SAR-Messmodus und in dem SAR-Messmodus zu betreiben.
Radarsensor nach Anspruch 7, mit einem Ortungswinkelbereich (16), der sich über mindestens 90° erstreckt.
Kraftfahrzeug mit einem Radarsensor (14) nach Anspruch 8, bei dem der Radarsensor (14) so im Fahrzeug (10) eingebaut ist, dass sein Ortungswinkelbereich (16) mindestens die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs sowie einen Bereich seitlich neben dem Fahrzeug auf mindestens einer Seite des Fahrzeugs abdeckt.