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WO2013045232A1 - Radar-vorrichtung und verfahren zum erzeugen einer gruppencharakteristik eines radars - Google Patents

Radar-vorrichtung und verfahren zum erzeugen einer gruppencharakteristik eines radars Download PDF

Info

Publication number
WO2013045232A1
WO2013045232A1 PCT/EP2012/067247 EP2012067247W WO2013045232A1 WO 2013045232 A1 WO2013045232 A1 WO 2013045232A1 EP 2012067247 W EP2012067247 W EP 2012067247W WO 2013045232 A1 WO2013045232 A1 WO 2013045232A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radar
signals
array
antennas
transmission
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/067247
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marlene Harter
Andreas Ziroff
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2013045232A1 publication Critical patent/WO2013045232A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/003—Bistatic radar systems; Multistatic radar systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns

Definitions

  • the invention relates to a radar device having at least two antenna arrays and to an evaluation unit, by means of which beamforming can be carried out, in which a main beam of a group characteristic of the antenna arrays can be pivoted.
  • the invention also includes a method for generating a predetermined group characteristic of a radar, wherein the main beam of the group characteristic is pivotable.
  • a radar device provision can also be made to carry out an angle measurement in azimuth or elevation for individual measured objects.
  • the angle determination is carried out using a plurality of receiving antennas, which are arranged spatially offset from one another.
  • Such an angle-resolving radar is also called an imaging radar.
  • the angle-dependent detection of a test object can be made possible by digital beamforming (DBF radar - Digital Beamforming Radar).
  • DBF radar - Digital Beamforming Radar digital beamforming Radar
  • the received signals of a group of technicians ⁇ NEN can be shifted from each other in time by an evaluation unit and optionally also then scaled to then summed to a beamforming signal to the ⁇ .
  • a resultant beam-forming signal is a direction-dependent Dämp ⁇ Fung, which results from the array factor of the antenna array is then produced for the information contained in the received signals signals of individual measurement objects.
  • Another name is Group Factor.
  • a main beam or a main lobe is formed, which has a Indicates preferential direction. Signals of a measurement object of this preferred direction are attenuated slightly in the beamforming signal ssenmä ⁇ SSIG, while for signals of measurement objects from a different solid angle results in a greater damping.
  • a solid angle range in an environment of the radar device can be scanned for measured objects. This then gives an image of the environment.
  • a two-dimensionally imaging radar is made possible by providing a plurality of transmitters and a plurality of receivers. This can be a
  • Beamforming be performed in which an orientation of a main beam of the group characteristic pivots independently in two different spatial directions and thus a Two-dimensional mapping of a scenario to be measured can be generated .
  • the radar device comprises at least one transmission array, which has a plurality of transmission antennas, by means of which in each case a radar transmission signal can be transmitted from ⁇ .
  • the erfindungsge ⁇ Permitted radar device comprises at least a reception array having a plurality of receiving antennas.
  • the Empfangsan- antennas are each adapted such that an emitted from we ⁇ sammlungs one of the transmitting antennas radar transmit ⁇ signal can be received and (after reflection by a measuring object in a vicinity of the radar unit) provided as a received signal.
  • the invention he ⁇ modern radar apparatus further on an evaluation ⁇ unit.
  • beam shaping is possible both on the transmitter side and on the receiver side.
  • a transmitting beamforming can be formed with a pivotable transmitting main beam (transmitting-side beamforming).
  • receiving beamforming may be performed with one
  • pivotable receiving main beam are formed (receiving side beamforming).
  • the main transmission beam and the main reception beam are pivotable in two different spatial directions. This then results in the desired effect that a resulting main beam can be formed by the superimposition of a transmission group characteristic of the transmit array and a receive group characteristic of the receive array, which points in a desired spatial direction.
  • the main beam of the group characteristic of the entire radar device is arbitrary in two spatial directions. orientable. As a result, only those reflected radar transmission signals of a measurement object that are located in this spatial direction are contained in the associated beamforming signal.
  • By appropriate geometric interpretation of the sender array and the receive array can be achieved here that fault location signals are kept below a predeterminable threshold due to side lobes of the group characteristics.
  • a Radarab ⁇ keying is formed with a group of characteristic in which a main beam is pivotable in two different directions in space.
  • a plurality of radar transmission signals are emitted by means of a corresponding number of transmission antennas.
  • a plurality of reception signals are received by means of a corresponding number of reception antennas.
  • At least one beamforming signal according ei ⁇ ner predetermined characteristic group is then formed by combining at least two of the received signals. This can optionally be substituted by a phase shift (delay time Ver ⁇ ) of a received signal in proportion optionally adjusted by a scaling of the received signals prior to additive superposition of the reception signals to a reception signal and walls ⁇ ren.
  • Corresponding algorithms for beam shaping are known per se from the prior art.
  • the radar device and method according to the invention have the advantage that the saudimensio ⁇ nal imaging radar with an angle measurement in both azimuth and elevation is not provided by a receiver with correspondingly more complex hardware but by a combination of a transmission Array and a receive array. For this purpose, it has been found that a suitable
  • Transmit array can be found ⁇ riding with a much lower hardware cost.
  • the resulting Arrangement also operate with a lower control effort.
  • Sun provides approximately one embodiment of the method according to the invention to send out at least some of the radar transmission signals after ei ⁇ nem time division multiplexing sequentially. Thus, in this embodiment, it is sufficient to activate one at the antennas of the transmitting array and ⁇ td disable subsequent again.
  • the hardware management of the method required for the implementation of this training is very kos ⁇ -effectively and easy to control.
  • the method it is provided to transmit at least some of the radar transmission signals at the same time according to a frequency division multiplexing method.
  • the radar transmission signals of the individual antennas can be distinguished by their frequency spectra. This embodiment has the advantage that a location of a measuring ⁇ object using the different transmission antennas is the same time.
  • each radar transmission signal of a transmitting antenna By the radar transmission signals of the individual antennas are emitted temporally and / or spectrally separated, resulting in each radar transmission signal of a transmitting antenna, a plurality of received signals, namely in each case one received signal per receiving antenna.
  • n transmit antennas are used and their signals are received in each case with m receive antennas, this results in n times m receive signals.
  • These can be subsequently combined to form many beamforming signals, each of which can correspond to a group characteristic with differently aligned principal ray. Accordingly, one embodiment of the inventive method, thereby to produce a total two-dimensional scanning of a Conversely ⁇ environment of the radar system within a predetermined Jardin- kelber Eich.
  • this embodiment results in a two-dimensional mapping of measurement objects in the solid angle region of the environment.
  • a distance measurement is additionally performed on the basis of the radar transmission signals and the received signals. This is possible, for example, by running-time measurement of the radar transmission signals, by means of which a time duration between the transmission of the radar transmission signal and the reception of the corresponding reception signal reflected by a measurement object in the surroundings is measured.
  • an embodiment of the radar device provides that a group characteristic of the transmit array describing the transmit main beam is formed by digital beam shaping by the evaluation unit during transmit beamforming.
  • the group characteristic is formed on the basis of received signals which have been received to radar transmission ⁇ signals of different transmitting antennas by means of the receiving antennas.
  • the actual beamforming does not take place in this embodiment, during the transmission of the radar send signals ⁇ out, but in retrospect by combining the received signals.
  • This embodiment has the advantage that initially are after receiving the reception signals ⁇ all the information available to form randomly oriented group characteristics. By means of digital beamforming, the information that is currently needed can then be extracted. Another advantage of this embodiment is that no mechanical pivoting of the transmitting antennas is necessary.
  • the receive main beam of the group characteristic of the receive array can also be formed by digital beamforming on the basis of receive signals, which, however, must have been received by means of different receive antennas. Again this results in the
  • the setting of a certain orientation of the main reception beam of the group characteristic can be done afterwards, since in the individual (unprocessed) receive signals, the direction information for forming a plurality of differently oriented main beams are included.
  • the mechanical pivoting of the antennas is unnecessary.
  • the main beam of the transmitting array is aligned by means of ei ⁇ nes phase-shifting or a Rotman lens.
  • a transmit array and also a receive array can be operated particularly efficiently if at least some of their respective antennas are arranged in a straight row along an extension direction of the respective array.
  • the respective antennas can be arranged linearly, ie equidistant, or else non-linear.
  • a transmit array and a receive array are arranged in the following manner: in an L-shape, a T. - Shape, as a cross or as a rectangle.
  • the transmit array and the receive array in the To arrange manner in relation to each other that the two arrays are decoupled from each other and yet form a compact arrangement.
  • the radar device is not dedicated to any particular type of signal.
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • one embodiment of the radar device provides that at least one transmit array and at least one receive array have the same number of antennas. It is assumed that the antennas have the same or similar individual characteristics. Otherwise, the uniform resolution can be achieved even with two different occupied arrays.
  • the invention includes developments of the method according to the invention, which correspond to the described developments of the radar device according to the invention. These developments of the radar device according to the invention and of the method according to the invention are therefore not described again here.
  • Figure 1 is a schematic representation of an arrangement of
  • Antenna arrays of a radar device according to a
  • FIG. 2 is a block diagram of the radar apparatus of FIG. 1 and FIG. 1
  • FIG. 3 shows possible further arrangements of antenna arrays of radar devices according to other embodiments of the radar device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a radar device 10. It may be a radar device, such as may be installed in a motor vehicle, medical device or industrial manufacturing facility. Thus, the radar device 10 applies excluded to be carried by a motor vehicle from in which it is ⁇ building is to locate preceding or following motor vehicles to detect a pedestrian or cyclist or estimate also, for example, the height of a plane passing through a road bridge , The radar device 10 can be also be integrally beispiels- ⁇ placed at one end of a conveyor belt for mining.
  • a suitable design of the radar device 10 can be ⁇ light in a rail vehicle ⁇ be detected from an electric locomotive from a catenary and to move a corresponding current-pickup to the catenary out.
  • Ra represents ⁇ device 10, for example on a
  • Assembly line can be located.
  • the radar device 10 may of course also be designed to locate aircraft in an airspace.
  • the radar device 10 has two antenna arrays, one of which is a transmit array SA and one a receive array EA.
  • the transmit array SA comprises a plurality m of transmit antennas 12, 14. These are each connected to a transmitting unit SEI to SEn. In FIG. 1, only three are shown by the transmitting antennas 12, 14 and the transmitting units SEI to SEn. Possible further elements are symbolically indicated by ellipsis.
  • the antennas may, for example, be patch antennas or horn antennas.
  • the transmitting antenna 12, 14 of the transmitting array SA are arranged side by side in a ge ⁇ straight row.
  • the receiving antennas 16, 18 of the receiving array EA are also arranged in a straight row.
  • the row of transmitting antennas 12, 14 and the row of receiving antennas 16, 18 are arranged at right angles to each other in an L-shape.
  • the transmission array SA and the reception array EA have the same polarization, so that transmission signals of the transmission array SA can be received by the reception array EA.
  • an evaluation unit AE By an evaluation unit AE, a digital Strahlfor ⁇ mung is performed both at the transmitting end and the receiving end.
  • the individual transmit antennas 12, 14 of the transmit array SA are operated either individually or in groups one after the other or else all in parallel in time by means of a drive logic AL.
  • the receiving units EE1 to EEm which receive and process the signals of the receiving antennas 16, 18 of the receiving array EA are always operated in parallel.
  • the radar device 10 provides a two-dimensional imaging Ra ⁇ dar in a predetermined solid angle range 20 ready.
  • the orthogonal arrangement shown in FIGURE 1 of the transmitting array SA and reception array EA is aligned therewith in the digi ⁇ talen beam forming a main beam or a main beam of an array factor along two spatial direc- gene within the solid angle region 20 and thereby the space region 20 scanned two-dimensionally.
  • the evaluation unit AE also determines a distance from measurement objects located in the solid angle range 20 to the radar device 10.
  • a three-dimensional illustration of a scenario within the Jardinwinkelbe ⁇ Reich 20 results overall by the signal processing of the evaluation unit AE.
  • the transmission units SEI to SEn are controlled sequentially by the control logic AL.
  • a radar transmission signal is emitted via the first transmission unit SEI and the transmission antenna 12 connected thereto.
  • the transmission signal is received by each receive antennas 16, 18 of the receive array EA and the Emp ⁇ catching units EE1 to EEm each receive a received signal and forwarded to the evaluation unit AE.
  • the received signals can be scanned for example by means of an analog-to-digital converter and stored as digital signals in the evaluation unit AE.
  • a measurement by means of a transmitting unit can in this case, for example, within less than 1 ms, z. B. 100 ys, are performed.
  • the measurement time is in particular ⁇ sondere on the hardware dependent.
  • the radar measurement is performed with the transmitting unit SE2 in the same way.
  • the measured values of parallel ⁇ be exaggerated m receiver units EE1 to EEm thus available per transmission unit in a memory of the evaluation unit AE available.
  • the measured values obtained in this way can be evaluated by the evaluation unit AE on the basis of algorithms known per se for digital beamforming. Examples of suitable algorithms are a delay-and-sum algorithm, a maximum likelihood algorithm and a MUSIC algorithm (MUSIC Multiple Signal Classification).
  • the radar device 10 With the radar device 10, with appropriate algorithms for the reflection of the radar transmission signals by a plurality of measurement objects, these can be distinguished from one another. Furthermore, the radar device 10 makes it possible to provide different antenna spacings for the transmitting and also for the receiving array, as a result of which targeted suppression of interfering antenna secondary lobes can also be achieved. At the same time thereby an improved angular resolution can be achieved.
  • the transmission units SEI to SEn can thus be switched in pairs and groups or alternately, which enables active beam shaping during the transmission of a radar transmission signal. This active
  • Beamforming allows additional focusing of the transmit signal to various measurement ranges of interest, such as a near or far range.
  • This adaptive beamforming can also be used to suppress or hide interfering antenna secondary lobes, so-called sidelobes.
  • the channels can also be switched during a single continuous ramp (Einrampen compiler), that the thus formed radar transmit signal is emitted zeitab ⁇ cut, from the different transmitting units SEI to SEn. This results in a frequency-dependent channel multiplexing.
  • a mögli ⁇ cher structure of the radar device 10 is explained below by way of example.
  • a linear frequency-modulated signal can be generated by a voltage-controlled oscillator VCO.
  • the oscillator VCO is modulated by a synthesizer or modulator MOD.
  • the generated by the oscillator VCO radar transmission signal is first emitted from egg ⁇ ner first transmission antenna 12 of the transmit array SA. If an object to be measured is located in an environment of the radar device 10 in the space angle area 20, the transmission
  • a distance of the measuring object to the radar device 10 and a speed of the measuring object are determined after filtering by means of a respective filter FI of the receiving units EE1 to EEm.
  • the angular determination and Ge ⁇ schwindtechniksab case are carried out by digital processing of the evaluation unit AE.
  • the Evaluation is carried out using the signals of a plurality of receiving units EE1 to EEm and on the basis of signals that result in the radar transmission signals of multiple transmit antennas 12, 14.
  • reception side receives in parallel predominantly with all, but with at least two receiving channels, can (as already described) also parallel on the transmitting side, ie time ⁇ equal over several transmitting antennas 12, 14, or sequentially be sent.
  • the transmission units SEI to SEn can be controlled via the control logic AL.
  • the radar device 10 can be exchanged via a communication interface Da ⁇ th between the control logic AL, the modulator MOD and the evaluation unit AE.
  • FIG. 3 which other arrangements of transmitting antennas and receiving antennas have proved favorable in addition to the arrangement shown in FIG.
  • the L-shape of FIG. 1 is again shown in FIG. 3 as arrangement a).
  • each of the arrays transmit array SA and receive array EA
  • the vertically arranged array may be either the transmit array SA or the receive array EA, which is indicated in FIG. 3 by the designation SA / EA.
  • Entspre ⁇ accordingly provides the horizontally disposed array represents the recom- fangs array EA and the transmit array SA.
  • a main beam of the array factor of the vertically disposed arrays in a spatial direction 22 can be pivoted, which is defined by the longitudinal axis of the vertically disposed ⁇ arrays.
  • a main beam of the array factor may be pivoted in one direction in space 24th
  • a straight transmit array and a straight receive array are formed into a T-shape. ordered, wherein the horizontally oriented array above or (as shown) may be arranged below the vertically aligned Ar rays.
  • the antenna group factor of an L or T array is equal to that of a fully populated antenna array. So you take isotropic radiator as Antennenelemen ⁇ te, so can achieve the same resolution with fewer antenna elements, in other words.
  • one of the two linear arrays is divided in the middle. This allows the two arrays to be arranged in a cross.
  • both arrays are divided into two sub-arrays and the four sub-arrays thus obtained are arranged in a rectangle.
  • the two arrays (SA transmit array and receiver array EA) Müs ⁇ sen not be arranged perpendicular to each other.
  • a transmission array SA 'and a reception array EA' can have any desired orientation between 0 ° and 180 °, which is favorable for the respective application.
  • the orientation of the transmitting array SA 'and the receiving array EA' is different. It can also be provided to arrange the transmit antennas and / or the receive antennas respectively into two- or three-dimensional structures, such as a matrix or a cubic lattice.
  • the hardware offers a high degree of flexibility and can be used for various applications without high development costs. Due to the ver ⁇ comparatively small number of hardware components and their low complexity, in particular the transmission-side elements, the radar device described can be realized very cost effective and space-saving.
  • the device is particularly suitable for the re ⁇ alization, for example, as a cost planar circuitry ⁇ (eg., In microstrip line technology or coplanar technology). But the manufacture of so-called monolithic microwave circuit (MMIC - mono lythic Microwave Integrated Circuit) with integrated assistants ⁇ nen is possible.

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Abstract

Zu einem abbildenden Radar ist bekannt, Hauptstrahlen einer Gruppencharakteristik zum Bilden einer zweidimensionalen Abbildung eines Szenarios zu verschwenken. Dazu muss dann eine entsprechend große Anzahl von Empfängern bereitgestellt sein. Dies bedeutet einen größeren Hardware- und Kostenaufwand. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Hardwareaufwand zum Bereitstellen eines zweidimensional abbildenden Radars zu verringern. Bei der erfindungsgemäßen Radar-Vorrichtung (10) wird ein zweidimensional abbildendes Radar durch Bereitstellen mehrerer Sender (12, 14) und mehrerer Empfänger (16, 18) ermöglicht. Hierdurch kann ein Beamforming durchgeführt werden, bei dem eine Ausrichtung eines Hauptstrahls unabhängig in zwei unterschiedliche Raumrichtungen innerhalb eines vorgegebenen Raumwinkelbereichs (20) verschwenkt werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Mehrzahl von Radar-Sendesignalen mittels einer entsprechenden Anzahl von Sendeantennen (12, 14) ausgesendet. Zu jedem dieser Radar- Sendesignale wird eine Mehrzahl von Empfangssignalen mittels einer entsprechenden Anzahl von Empfangsantennen (16, 18) empfangen. Durch Kombinieren der Empfangssignale wird wenigstens ein Beamforming-Signal mit einer vorbestimmten Gruppencharakteristik gebildet.

Description

Beschreibung
Radar-Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Gruppencharakteristik eines Radars
Die Erfindung betrifft eine Radar-Vorrichtung mit wenigstens zwei Antennen-Arrays sowie mit einer Auswerteeinheit, mittels welcher ein Beamforming (Strahlformung) durchgeführt werden kann, bei welchem ein Hauptstrahl (Englisch: Main Beam) einer Gruppencharakteristik der Antennen-Arrays verschwenkbar ist. Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Erzeugen einer vorbestimmten Gruppencharakteristik eines Radars, wobei der Hauptstrahl der Gruppencharakteristik verschwenkbar ist.
Bei einer Radar-Vorrichtung kann vorgesehen sein, zu einzelnen Messobjekten auch eine Winkelmessung in Azimut oder Ele- vation durchzuführen. Die Winkelbestimmung erfolgt dabei unter Verwendung mehrerer Empfangsantennen, die räumlich versetzt zueinander angeordnet sind. Ein solches winkelauflösendes Radar wird auch als abbildendes Radar bezeichnet.
Die winkelabhängige Erfassung eines Messobjekts kann dabei durch digitales Beamforming (DBF-Radar - Digital Beamforming Radar) ermöglicht sein. Hierbei werden die Signale der ein¬ zelnen Empfangskanäle, d.h. der einzelnen Empfangsantennen und ihren nachgeschalteten Empfangseinheiten, über einen Ana- log-Digital-Wandler in digitale Empfangssignale umgewandelt und gespeichert. Die Empfangssignale einer Gruppe von Anten¬ nen können dann durch eine Auswerteeinheit zeitlich gegeneinander verschoben und gegebenenfalls auch skaliert werden, um anschließend zu einem Beamforming-Signal aufsummiert zu wer¬ den. Bei einem solchen resultierenden Beamforming-Signal ergibt sich dann für die in den Empfangssignalen enthaltenen Signale einzelner Messobjekte eine richtungsabhängige Dämp¬ fung, die aus der Gruppencharakteristik des Antennenarrays resultiert. Eine andere Bezeichnung lautet Gruppenfaktor. Typischerweise ist bei einer solchen Gruppencharakteristik ein Hauptstrahl oder eine Hauptkeule ausgebildet, welche eine Vorzugsrichtung angibt. Signale eines Messobjekts aus dieser Vorzugsrichtung sind in dem Beamforming-Signal verhältnismä¬ ßig wenig gedämpft, während für Signale von Messobjekten aus einem anderen Raumwinkel eine stärkere Dämpfung resultiert. Durch Bilden weiterer Beamforming-Signale, bei denen der Hauptstrahl der Gruppencharakteristik in unterschiedliche Richtungen geschwenkt ist, kann so ein Raumwinkelbereich in einer Umgebung der Radar-Vorrichtung nach Messobjekten abgetastet werden. Hierdurch erhält man dann ein Abbild der Umge- bung.
Zu einem solchen abbildenden Radar ist auch bekannt, einen Hauptstrahl zum Bilden einer zweidimensionalen Abbildung eines Szenarios in zwei Raumrichtungen (z. B. Azimut und Eleva- tion) zu verschwenken. Hierzu muss eine digitale Strahlformung in zwei Raumrichtungen durchgeführt werden. Dazu wird dann eine entsprechend größere Anzahl von Empfängern bereit¬ gestellt. Dies bedeutet einen größeren Hardware- und Kosten¬ aufwand. Des Weiteren sind aufgrund der größeren Zahl von Empfangskanälen ein größerer räumlicher Platzbedarf und ein größerer Speicherbedarf für die Datenverarbeitung erforderlich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Hardwareauf- wand zum Bereitstellen eines zweidimensional abbildenden Ra¬ dars zu verringern.
Die Aufgabe wird durch eine Radar-Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 8 ge- löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Radar-Vorrichtung wird ein zweidimensional abbildendes Radar durch Bereitstellen mehrerer Sen- der und mehrerer Empfänger ermöglicht. Hierdurch kann ein
Beamforming durchgeführt werden, bei dem eine Ausrichtung eines Hauptstrahls der Gruppencharakteristik unabhängig in zwei unterschiedliche Raumrichtungen verschwenkt und somit eine zweidimensionale Abbildung eines zu messenden Szenarios er¬ zeugt werden kann.
Die erfindungsgemäße Radar-Vorrichtung umfasst dazu wenigs- tens ein Sende-Array, welches eine Mehrzahl von Sendeantennen aufweist, mittels welchen jeweils ein Radar-Sendesignal aus¬ gesendet werden kann. Des Weiteren umfasst die erfindungsge¬ mäße Radar-Vorrichtung wenigstens ein Empfangs-Array, welches eine Mehrzahl von Empfangsantennen aufweist. Die Empfangsan- tennen sind dabei jeweils derart ausgelegt, dass ein von we¬ nigstens einer der Sendeantennen ausgesendetes Radar-Sende¬ signal (nach einer Reflexion durch ein Messobjekt in einer Umgebung der Radar-Vorrichtung) empfangen und als Empfangssignal bereitgestellt werden kann.
Für eine Weiterverarbeitung der Empfangssignale weist die er¬ findungsgemäße Radar-Vorrichtung des Weiteren eine Auswerte¬ einheit auf. Mit dieser ist eine Strahlformung sowohl sende- seitig als auch empfangsseitig ermöglicht. Dies bedeutet, dass mittels der Auswerteeinheit auf der Grundlage von Radar- Sendesignalen mehrerer unterschiedlicher Sendeantennen ein Sende-Beamforming mit einem verschwenkbaren Sende-Hauptstrahl gebildet werden kann ( sendeseitiges Beamforming) . Zusätzlich kann auf der Grundlage von Radar-Empfangssignalen mehrerer Empfangsantennen ein Empfangs-Beamforming mit einem
verschwenkbaren Empfangs-Hauptstrahl gebildet werden (emp- fangsseitiges Beamforming) .
Bei der erfindungsgemäßen Radar-Vorrichtung ist dabei vorge- sehen, dass der Sende-Hauptstrahl und der Empfangs-Hauptstrahl in zwei unterschiedliche Raumrichtungen verschwenkbar sind. Hierdurch ergibt sich dann der gewünschte Effekt, dass durch die Überlagerung einer Sende-Gruppencharakteristik des Sende-Arrays und einer Empfangs-Gruppencharakteristik des Empfangs-Arrays ein resultierender Hauptstrahl gebildet werden kann, der in eine gewünschte Raumrichtung weist. Mit anderen Worten ist der Hauptstrahl der Gruppencharakteristik der gesamten Radar-Vorrichtung beliebig in zwei Raumrichtun- gen ausrichtbar. Hierdurch sind dann in dem zugehörigen Beam- forming-Signal im Wesentlichen nur diejenigen reflektierten Radar-Sendesignale eines Messobjekts enthalten, das sich in dieser Raumrichtung befindet. Durch entsprechende geometri- sehe Auslegung des Sende-Arrays und des Empfangs-Arrays kann hierbei erreicht werden, dass Fehlortungssignale aufgrund von Nebenkeulen der Gruppencharakteristiken unterhalb einer vorbestimmbaren Schwelle gehalten sind.
Auch durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Radarab¬ tastung mit einer Gruppencharakteristik gebildet, bei welcher ein Hauptstrahl in zwei unterschiedliche Raumrichtungen verschwenkbar ist. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Mehrzahl von Radar-Sendesignalen mittels einer entsprechenden Anzahl von Sendeantennen ausgesendet. Zu jedem dieser Radar-Sendesignale wird eine Mehrzahl von Empfangssignalen mittels einer entsprechenden Anzahl von Empfangsantennen empfangen. Durch Kombinieren von wenigstens zweien der Empfangssignale wird dann wenigstens ein Beamforming-Signal gemäß ei¬ ner vorbestimmten Gruppencharakteristik gebildet. Diese kann gegebenenfalls durch eine Phasenverschiebung (zeitliche Ver¬ zögerung) eines Empfangssignals im Verhältnis zu einem ande¬ ren Empfangssignal und gegebenenfalls durch eine Skalierung der Empfangssignale vor dem additiven Überlagern der Empfangssignale eingestellt werden. Entsprechende Algorithmen zur Strahlformung sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt .
Die erfindungsgemäße Radar-Vorrichtung und das erfindungsge- mäße Verfahren weisen den Vorteil auf, dass das zweidimensio¬ nal abbildende Radar mit einer Winkelmessung sowohl in Azimut als auch Elevation nicht durch einen Empfänger mit entsprechend aufwendiger Hardware bereitgestellt wird, sondern durch eine Kombination aus einem Sende-Array und einem Empfangs- Array. Hierzu hat sich herausgestellt, dass ein geeignetes
Sende-Array mit einem weitaus geringeren Hardwareaufwand be¬ reitgestellt werden kann. Zudem lässt sich die resultierende Anordnung auch mit einem geringeren Steuerungsaufwand betreiben .
So sieht etwa eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens vor, zumindest einige der Radar-Sendesignale nach ei¬ nem Zeitmultiplex-Verfahren nacheinander auszusenden. Bei dieser Ausführungsform genügt es also, nacheinander die Antennen des Sende-Arrays einzeln zu aktivieren und anschlie¬ ßend wieder zu deaktivieren. Die zur Durchführung dieser Aus- führungsform des Verfahrens benötigte Hardware ist sehr kos¬ tengünstig und einfach zu steuern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, zumindest einige der Radar-Sendesignale nach einem Frequenzmultiplex-Verfahren zeitgleich auszusenden. Die Radar-Sendesignale der einzelnen Antennen lassen sich hierbei anhand ihrer Frequenzspektren unterscheiden. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass eine Ortung eines Mess¬ objekts mittels der unterschiedlichen Sendeantennen zeit- gleich erfolgt.
Indem die Radar-Sendesignale der einzelnen Antennen zeitlich und/oder spektral getrennt ausgesendet werden, ergibt sich zu jedem Radar-Sendesignal einer Sendeantenne eine Mehrzahl von Empfangssignalen, nämlich jeweils ein Empfangssignal pro Empfangsantenne. Werden also n Sendeantennen verwendet und deren Signale jeweils mit m Empfangsantennen empfangen, so ergeben sich n mal m Empfangssignale. Diese lassen sich hinterher zum Bilden vieler Beamforming-Signale kombinieren, die jeweils einer Gruppencharakteristik mit unterschiedlich ausgerichtetem Hauptstrahl entsprechen können. Entsprechend sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, hierdurch insgesamt eine zweidimensionale Abtastung einer Umge¬ bung des Radar-Systems innerhalb eines vorbestimmten Raumwin- kelbereichs zu erzeugen. Mit anderen Worten ergibt sich durch diese Ausführungsform eine zweidimensionale Abbildung von Messobjekten in dem Raumwinkelbereich der Umgebung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird es sogar ermöglicht, eine dreidimensionale Abbildung dieses Raumbereichs zu erzeugen. Hierzu wird auf der Grundlage der Radar-Sendesignale und der Empfangssignale zusätzlich eine Entfernungsmessung durchgeführt. Dies ist beispielsweise durch eine LaufZeitmessung der Radar-Sendesignale möglich, durch welche eine Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Radar- Sendesignals und dem Empfangen des entsprechenden von einem Messobjekt in der Umgebung reflektierten Empfangssignals ge- messen wird.
Auf der Grundlage der Radar-Sendesignale und der Empfangssig¬ nale ist zusätzlich auch eine Geschwindigkeitsmessung zu einem die Radar-Sendesignale reflektierenden Objekt durchführ- bar.
Um die unterschiedlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit geringem Aufwand durchführen zu können, sind auch bei der erfindungsgemäßen Radar-Vorrichtung vor- teilhafte Weiterbildungen vorgesehen.
So sieht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radar- Vorrichtung vor, dass durch die Auswerteeinheit beim Sende- Beamforming eine den Sende-Hauptstrahl beschreibende Gruppen- Charakteristik des Sende-Arrays durch digitale Strahlformung gebildet wird. Die Gruppencharakteristik wird dabei auf der Grundlage von Empfangssignalen gebildet, die zu Radar-Sende¬ signalen unterschiedlicher Sende-Antennen mittels der Empfangsantennen empfangen wurden. Das eigentliche Beamforming findet also bei dieser Ausführungsform nicht während des Aus¬ sendens der Radar-Sendesignale statt, sondern im Nachhinein durch Kombinieren der Empfangssignale. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass nach dem Empfangen der Empfangs¬ signale zunächst alle Informationen zur Verfügung stehen, um beliebig ausgerichtete Gruppencharakteristiken zu bilden. Mittels der digitalen Strahlformung können dann diejenigen Informationen extrahiert werden, die gerade benötigt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass kein mechanisches Schwenken der Sendeantennen nötig ist.
Genauso ist es möglich, das Empfangs-Beamforming durch eine digitale Strahlformung zu erzeugen. Mit anderen Worten kann auch der Empfangs-Hauptstrahl der Gruppencharakteristik des Empfangs-Arrays durch eine digitale Strahlformung auf der Grundlage von Empfangssignalen gebildet werden, die hierbei allerdings mittels unterschiedlicher Empfangsantennen empfan- gen worden sein müssen. Auch hierbei ergibt sich wieder der
Vorteil, dass das Einstellen einer bestimmten Ausrichtung des Empfangs-Hauptstrahls der Gruppencharakteristik im Nachhinein erfolgen kann, da in den einzelnen (unverarbeiteten) Empfangsignalen die Richtungsinformationen zum Bilden einer Vielzahl von unterschiedlich ausgerichteten Hauptstrahlen enthalten sind. Auch hier erübrigt sich zudem wieder das mechanische Schwenken der Antennen.
Alternativ zu einer digitalen Strahlformung kann auch vorge- sehen sein, dass der Hauptstrahl des Sende-Arrays mittels ei¬ nes Phase-Shifting oder einer Rotman-Linse ausgerichtet wird.
Besonders effizient lassen sich ein Sende-Array und auch ein Empfangs-Array betreiben, wenn zumindest einige von deren je- weiligen Antennen entlang einer Erstreckungsrichtung des jeweiligen Arrays in einer geraden Reihe angeordnet sind. Die jeweiligen Antennen können dabei linear, d.h. äquidistant, oder auch nicht-linear angeordnet sein. Um dabei eine hohe Abbildungsqualität mittels der erfindungsgemäßen Radar-Vor- richtung zu erhalten, hat es sich des Weiteren als besonders günstig erwiesen, wenn ein Sende-Array und ein Empfangs-Array in folgender Weise angeordnet sind: in einer L-Form, einer T- Form, als Kreuz oder als Rechteck. Bei diesen Anordnungen ist es möglich, die Abstände zwischen den einzelnen Sendeantennen einerseits und die Abstände zwischen den Empfangsantennen andererseits für eine bestimmte Anwendung mit nur unwesentli¬ chen Beschränkungen vorgeben zu können. Zugleich ist es dabei aber möglich, das Sende-Array und das Empfangs-Array in der Weise in Relation zueinander anzuordnen, dass die beiden Ar- rays voneinander entkoppelt sind und dennoch eine kompakte Anordnung bilden. Im Zusammenhang mit den verwendbaren Radar-Sendesignalen ist die Radar-Vorrichtung auf keinen bestimmten Typ von Signalen festgelegt. Als günstig hat sich jedoch die Verwendung eines FMCW-Signals (FMCW - Frequenzy Modulated Continuous Wave) als Radar-Sendesignal erwiesen.
Um sowohl in Azimut als auch in Elevation eine Winkelmessung mit gleichmäßiger Auflösung zu erhalten, ist bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radar-Vorrichtung vorgesehen, dass wenigstens ein Sende-Array und wenigstens ein Emp- fangs-Array die gleiche Anzahl von Antennen aufweisen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Antennen gleiche oder ähnliche Einzelcharakteristiken aufweisen. Andernfalls ist die gleichmäßige Auflösung auch mit zwei unterschiedlich besetzten Arrays erzielbar.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Radar-Vorrichtung, welche Merkmale aufweisen, wie sie schon in Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wurden. Genauso umfasst die Erfindung Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche den beschriebenen Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Radar-Vorrichtung entsprechen. Diese Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Radar-Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind hier deshalb nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbei¬ spielen näher erläutert. Dazu zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung von
Antennen-Arrays eines Radar-Geräts gemäß einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radar- Vorrichtung, Figur 2 ein Blockdiagramm zu dem Radar-Gerät von FIG 1 und
Figur 3 mögliche weitere Anordnungen von Antennen-Arrays von Radar-Geräten gemäß anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radar-Vorrichtung.
Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
In Figur 1 ist ein Radar-Gerät 10 gezeigt. Es kann sich dabei um ein Radar-Gerät handeln, wie es in einem Kraftwagen, einem medizinischen Gerät oder einer industriellen Fertigungsanlage eingebaut sein kann. So kann das Radar-Gerät 10 dazu ausge- legt sein, von einem Kraftfahrzeug aus, in welchem es einge¬ baut ist, vorausfahrende oder nachfolgende Kraftfahrzeuge zu orten, Fußgänger oder Radfahrer zu erkennen oder auch beispielsweise die Höhe einer über einer Fahrbahn verlaufenden Brücke abzuschätzen. Das Radar-Gerät 10 kann auch beispiels- weise an einem Ende eines Förderbands für den Tagebau ange¬ bracht sein. Hierbei kann es dazu ausgelegt sein, das Ver¬ schwenken des Förderbands und das Andocken desselben an ein weiteres Förderband zu steuern, indem mittels der Signale des Radar-Geräts 10 das Ende des Förderbands bezüglich eines wei- teren Geräts ausgerichtet wird. Bei entsprechender Auslegung des Radar-Geräts 10 kann bei einem Schienenfahrzeug ermög¬ licht werden, von einer elektrischen Lok aus eine Oberleitung zu detektieren und einen entsprechenden Strom-Abgreifer zur Oberleitung hin zu verfahren. In einer industriellen Ferti- gungsanlage können mittels eines entsprechend ausgelegten Ra¬ dar-Geräts 10 beispielsweise Produktionsgüter auf einem
Fließband geortet werden. Das Radar-Gerät 10 kann natürlich auch dazu ausgelegt sein, Flugzeuge in einem Luftraum zu orten .
Das Radar-Gerät 10 weist zwei Antennen-Arrays auf, von denen eines ein Sende-Array SA und eines ein Empfangs-Array EA ist Das Sende-Array SA umfasst eine Mehrzahl m von Sendeantennen 12, 14. Diese sind jeweils mit einer Sendeeinheit SEI bis SEn verbunden. In Figur 1 sind von den Sendeantennen 12, 14 und den Sendeeinheiten SEI bis SEn jeweils nur drei dargestellt. Mögliche weitere Elemente sind durch Auslassungspunkte ledig- lieh symbolisch angedeutet. Das Empfangs-Array EA weist eine Mehrzahl m von Empfangsantennen 16, 18 auf, die jeweils mit einer Empfangseinheit EEl bis EEm verbunden sind. Zusätzlich zu dem in FIGUR 1 gezeigten Empfangsantennen 16, 18 und den zugehörigen Empfangseinheiten EEl bis EEm kann das Radar- Gerät 10, wie durch Auslassungspunkte angedeutet, weitere dieser Elemente aufweisen. Es müssen mindestens zwei Sendeantennen und mindestens zwei Empfangsantennen vorliegen. Die Anzahl der Sende- und Empfangsantennen kann unterschiedlich sein, wird aber vorzugsweise gleich gewählt (n = m) . Bei den Antennen kann es sich beispielsweise um Patch-Antennen oder Horn-Antennen handeln.
Die Sendeantenne 12, 14 des Sende-Arrays SA sind in einer ge¬ raden Reihe nebeneinander angeordnet. Auch die Empfangsanten- nen 16, 18 des Empfangsarrays EA sind in einer geraden Reihe angeordnet. Die Reihe der Sendeantennen 12, 14 und die Reihe der Empfangsantennen 16, 18 sind dabei rechtwinklig zueinander in einer L-Form angeordnet. Das Sende-Array SA und das Empfangs-Array EA weisen die gleiche Polarisation auf, so dass Sende-Signale des Sende-Arrays SA mit dem Empfangs-Array EA empfangbar sind.
Durch eine Auswerteeinheit AE wird eine digitale Strahlfor¬ mung sowohl sendeseitig als auch empfangsseitig durchgeführt. Die einzelnen Sendeantennen 12, 14 des Sende-Arrays SA werden entweder einzeln oder in Gruppen nacheinander oder auch alle zeitlich parallel mittels einer Ansteuerlogik AL betrieben. Die Empfangseinheiten EEl bis EEm welche die Signale der Empfangsantennen 16, 18 des Empfangs-Arrays EA entgegennehmen und verarbeiten werden stets parallel betrieben.
Das Radar-Gerät 10 stellt ein zweidimensional abbildendes Ra¬ dar in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich 20 bereit. Durch die in FIGUR 1 gezeigte orthogonale Anordnung des Sende- Arrays SA und des Empfangs-Arrays EA wird dazu bei der digi¬ talen Strahlformung eine Hauptkeule bzw. ein Hauptstrahl einer Gruppencharakteristik entlang zweier räumlicher Richtun- gen innerhalb des Raumwinkelbereichs 20 ausgerichtet und hierbei der Raumbereich 20 zweidimensional abgetastet. Durch die Auswerteeinheit AE wird des Weiteren auch ein Abstand von in dem Raumwinkelbereich 20 befindlichen Messobjekten zu dem Radar-Gerät 10 ermittelt. Somit ergibt sich insgesamt durch die Signalverarbeitung der Auswerteeinheit AE eine dreidimensionale Abbildung eines Szenarios innerhalb des Raumwinkelbe¬ reichs 20.
Für die folgende Erläuterung der Funktionsweise des Radar- Geräts 10 sei angenommen, dass die Sendeeinheiten SEI bis SEn durch die Ansteuerlogik AL sequenziell angesteuert werden. Hierbei wird zunächst ein Radar-Sendesignal über die erste Sendeeinheit SEI und die mit dieser verbundenen Sendeantenne 12 ausgestrahlt. Zu diesem Radar-Sendesignal wird durch alle Empfangsantennen 16, 18 des Empfangs-Arrays EA und die Emp¬ fangseinheiten EE1 bis EEm jeweils ein Empfangssignal empfangen und an die Auswerteeinheit AE weitergeleitet. Somit ste¬ hen für das Radar-Sendesignal der Sendeeinheit SEI insgesamt m Empfangssignale zur Verfügung. Die Empfangssignale können dabei beispielsweise mittels eines Analog-Digital-Wandlers abgetastet und als digitale Signale in der Auswerteeinheit AE gespeichert werden. Eine Messung mittels einer Sendeeinheit kann hierbei beispielsweise innerhalb von weniger als 1 ms, z. B. 100 ys, durchgeführt werden. Die Messdauer ist insbe¬ sondere von der verwendeten Hardware abhängig.
Anschließend wird die Radarmessung mit der Sendeeinheit SE2 in der gleichen Weise durchgeführt. Nach Durchlauf des gesam¬ ten Sendezyklus mit sämtlichen Sendeeinheiten SEI bis SEn stehen somit pro Sendeeinheit die Messwerte der parallel be¬ triebenen m Empfangseinheiten EE1 bis EEm in einem Speicher der Auswerteeinheit AE zur Verfügung. Die so erhaltenen Messwerte können durch die Auswerteeinheit AE auf der Grundlage von an sich bekannten Algorithmen zur digitalen Strahlformung ausgewertet werden. Beispiele für geeignete Algorithmen sind ein Delay-and-Sum-Algorithmus , ein Maximum Likelihood-Algorithmus und ein MUSIC-Algorithmus (MUSIC- Multiple Signal Classification) .
Mit dem Radar-Gerät 10 lassen sich mit entsprechenden Algorithmen bei der Reflexion der Radar-Sendesignale durch mehre- re Messobjekte diese voneinander unterscheiden. Weiter erlaubt es das Radar-Gerät 10, unterschiedliche Antennenabstän¬ de für das Sende- und auch für das Empfangs-Array vorzusehen, wodurch ebenfalls eine gezielte Unterdrückung von störenden Antennennebenkeulen erreicht werden kann. Gleichzeitig ist hierdurch eine verbesserte Winkelauflösung erzielbar. Für Kalibrierungszwecke kann es ermöglicht sein, die einzelnen Sen¬ deeinheiten SEI bis SEn zeitlich aufeinanderfolgend durchzu¬ schalten . Es kann auch vorgesehen sein, einzelne bzw. mehrere Sendeeinheiten SEI bis SEn für einzelne Sendezyklen hinzuzuschalten oder auch auszuschalten. Die Sendeeinheiten SEI bis SEn können somit paar- und gruppenweise bzw. abwechselnd geschaltet werden, was eine aktive Strahlformung bereits während des Sendens eines Radar-Sendesignals ermöglicht. Diese aktive
Strahlformung erlaubt eine zusätzliche Fokussierung des Sendesignals auf diverse Messbereiche von Interesse, wie etwa einen Nah- oder einen Fernbereich. Mit diesem adaptiven Beam- forming können auch gezielt störende Antennennebenkeulen, so genannte Sidelobes, unterdrückt bzw. ausgeblendet werden.
Bei dem digitalen Beamforming des Radar-Geräts 10 ist es mög¬ lich, alle bekannten Radarmodulationsprinzipien zu verwenden, wie z. B. FMCW, Puls-Doppler, Pseudozufallsrauschen oder Pha- sencodierung . Zum Erzeugen eines FMCW-Radar-Signals kann bei¬ spielsweise ein Sweep zwischen z. B. 24 GHz und 24,25 GHz erzeugt werden. Die gewählte Frequenz hängt dabei von den Ob¬ jekten ab, die mittels des Radar-Geräts 10 voneinander unter- schieden werden können sollen. Das bereits beschriebene Sendeverfahren ergibt im Zusammenhang mit der Verwendung von FMCW-Rampen ein Vielrampenverfahren . Bei der Verwendung von FMCW-Rampen können die Kanäle auch während einer einzigen durchlaufenden Rampe geschaltet werden (Einrampenverfahren) , d. h. das derart gebildete Radar-Sendesignal wird zeitab¬ schnittsweise von den unterschiedlichen Sendeeinheiten SEI bis SEn ausgesendet. Hierdurch ergibt sich ein frequenzabhängiges Kanalmultiplexen .
Anhand von Figur 2 ist im Folgenden beispielhaft ein mögli¬ cher Aufbau des Radar-Geräts 10 erläutert. Bei dem Radar- Gerät 10 kann hier durch einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO beispielsweise ein linear-frequenzmoduliertes Signal (FMCW) erzeugt werden. Der Oszillator VCO wird dazu durch einen Synthesizer oder Modulator MOD moduliert. Das von dem Oszillator VCO erzeugte Radar-Sendesignal wird zunächst von ei¬ ner ersten Sendeantenne 12 des Sende-Arrays SA abgestrahlt. Falls sich in einer Umgebung des Radar-Geräts 10 in dem Raum- winkelbereich 20 ein Messobjekt befindet, wird das Sende-
Signal von diesem reflektiert und anschließend über die Emp¬ fangsantennen 16, 18 von den Empfangseinheiten EE1 bis EEm empfangen . Durch die Empfangseinheiten EE1 bis EEm wird dabei das über jeweils eine Empfangsantenne 16, 18 empfangene Signal mittels eines jeweiligen Mischers MIX mit dem gerade erzeugten Sende¬ signal des Oszillators VCO gemischt. Dazu wird das Sendesig¬ nal des Oszillators VCO als Lokaloszillator-Signal LO vom Os- zillator VCO zu den einzelnen Empfangseinheiten EE1 bis EEm übertragen. Aus dem sich jeweils in den einzelnen Empfangseinheiten EE1 bis EEm ergebenden Differenzfrequenzsignalen d(t) werden nach einer Filterung mittels eines jeweiligen Filters FI der Empfangseinheiten EE1 bis EEm ein Abstand des Messobjekts zu dem Radar-Gerät 10 und eine Geschwindigkeit des Messobjekts ermittelt. Die Winkelbestimmung und die Ge¬ schwindigkeitsabschätzung werden dabei durch eine digitale Prozessierung von der Auswerteeinheit AE durchgeführt. Die Auswertung erfolgt dabei unter Verwendung der Signale mehrerer Empfangseinheiten EE1 bis EEm und auf der Grundlage von Signalen, die sich zu den Radar-Sendesignalen mehrerer Sendeantennen 12, 14 ergeben. Während bei dem Radar-Gerät 10 emp- fangsseitig vorwiegend mit allen, jedoch mit mindestens zwei Empfangskanälen parallel empfangen wird, kann (wie bereits beschrieben) sendeseitig ebenfalls parallel, das heißt zeit¬ gleich über mehrere Sendeantennen 12, 14, oder auch sequen- ziell gesendet werden. Dazu können die Sendeeinheiten SEI bis SEn über die Ansteuerlogik AL gesteuert werden. Bei dem Radar-Gerät 10 können über eine Kommunikationsschnittstelle Da¬ ten zwischen der Ansteuerlogik AL, dem Modulator MOD und der Auswerteeinheit AE ausgetauscht werden. Anhand von Figur 3 ist im Folgenden erläutert, welche anderen Anordnungen von Sendeantennen und Empfangsantennen sich neben der in Figur 1 gezeigten Anordnung als günstig erwiesen haben. Zur besseren Orientierung ist hierbei in Figur 3 als Anordnung a) noch einmal die L-Form von Figur 1 gezeigt. In Fi- gur 3 ist dabei angenommen, dass jedes der Arrays (Sende- Array SA und Empfangs-Array EA) acht Antennen aufweist, von denen jede in Figur 3 durch ein Quadrat repräsentiert ist. Bei dem vertikal angeordneten Array kann es sich entweder um das Sende-Array SA oder das Empfangs-Array EA handeln, was in Figur 3 durch die Bezeichnung SA/EA angedeutet ist. Entspre¬ chend stellt dann das horizontal angeordnete Array das Emp- fangs-Array EA bzw. das Sende-Array SA dar.
Durch das von der Auswerteeinheit AE durchgeführte digitale Beamforming lässt sich ein Hauptstrahl der Gruppencharakteristik des vertikal angeordneten Arrays in einer Raumrichtung 22 verschwenken, die durch die Längsachse des vertikal ange¬ ordneten Arrays definiert ist. Bei dem horizontal angeordne¬ ten Array kann ein Hauptstrahl der Gruppencharakteristik in einer Raumrichtung 24 verschwenkt werden.
Bei der in Figur 3 gezeigten Anordnung b) sind ein gerades Sende-Array und ein gerades Empfangsarray zu einer T-Form an- geordnet, wobei das horizontal ausgerichtete Array oberhalb oder (wie gezeigt) unterhalb des vertikal ausgerichteten Ar- rays angeordnet sein kann. Der Antennen-Gruppenfaktor eines L- bzw. eines T-Arrays ist gleich dem eines vollbesetzten An- tennenarrays . Nimmt man isotrope Strahler als Antennenelemen¬ te an, so lässt sich also mit anderen Worten mit weniger Antennenelementen die gleiche Auflösung erzielen.
Bei der Anordnung c) ist eines der beiden linearen Arrays in der Mitte geteilt. Hierdurch lassen sich die beiden Arrays zu einem Kreuz anordnen. Bei der Anordnung d) sind beide Arrays in zwei Teilarrays aufgeteilt und die so erhaltenen vier Teilarrays zu einem Rechteck angeordnet. Die beiden Arrays (Sende-Array SA und Empfangs-Array EA) müs¬ sen nicht senkrecht zueinander angeordnet sein. Dazu ist in Figur 3 als Anordnung e) gezeigt, dass ein Sende-Array SA' und ein Empfangs-Array EA' eine beliebige, für die jeweilige Anwendung günstige Orientierung zwischen 0° und 180° aufwei- sen können. Für das gewünschte zweidimensional abbildende Ra¬ dar ist es lediglich notwendig, dass die Orientierung des Sende-Arrays SA' und des Empfangs-Arrays EA' unterschiedlich ist. Es kann auch vorgesehen sein, die Sendeantennen und/oder die Empfangsantennen jeweils zu zwei- oder dreidimensionalen Strukturen, wie etwa einer Matrix oder einem Würfelgitter, anzuordnen .
Durch die Beispiele ist gezeigt, wie ein bistatisches digita¬ les Beamformingkonzept für eine digitale Strahlformung in zwei Raumrichtungen bereitgestellt werden kann. In diesem Konzept wird die sendeseitige Strahlformung für eine Raum¬ richtung zur Bestimmung des Azimuts bzw. Elevationswinkels eines Messobjekts eingeführt. Dies ermöglicht einen deutli¬ chen Vorteil bezüglich der Hardwarerealisierung, des Spei- cherbedarfs und der digitalen Signalverarbeitung im Vergleich zu einem Radar-Gerät, welches die Strahlformung ausschlie߬ lich auf der Grundlage einer vergrößerten Anzahl von Empfängern ermöglicht. Weiter erlaubt es das gezeigte Hardwarekonzept durch einfa¬ ches Schalten der Sendeeinheit die Fokussierung und das Aus¬ leuchten verschiedener Messbereiche einzustellen. Durch diese Adaption an den Messbereich bietet die Hardware eine sehr hohe Flexibilität und kann ohne hohen Entwicklungsaufwand für diverse Anwendungen eingesetzt werden. Aufgrund der ver¬ gleichsweise geringen Anzahl von Hardwarekomponenten und deren geringe Komplexität, insbesondere der sendeseitigen Ele- mente, kann das beschriebene Radar-Gerät sehr kostengünstig und platzsparend realisiert werden. Das Gerät ist für die Re¬ alisierung beispielsweise als kostengünstige planare Schal¬ tung (z. B. in Mikrostreifenleitungstechnik oder Koplanar- technik) besonders geeignet. Aber auch die Herstellung als so genannter monolithischer Mikrowellenschaltkreis (MMIC - Mono- lythic Microwave Integrated Circuit) mit integrierten Anten¬ nen ist möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Radar-Vorrichtung (10), umfassend:
- wenigstens ein Sende-Array (SA, SA' ) , welches eine Mehrzahl von Sendeantennen (12, 14) aufweist, mittels welchen jeweils ein Radar-Sendesignal aussendbar ist,
- wenigstens ein Empfangs-Array (EA, EA' ) , welches eine Mehr¬ zahl von Empfangsantennen (16, 18) aufweist, welche jeweils dazu ausgelegt sind, ein von wenigstens einer der Sendean- tennen (12, 14) ausgesendetes Radar-Sendesignal zu empfan¬ gen und als Empfangssignal bereitzustellen, sowie
- eine Auswerteeinheit (AE) , welche dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage von Radar-Sendesignalen mehrerer Sendeantennen (12, 14) ein Sende-Beamforming mit einem verschwenkba- ren Sende-Hauptstrahl sowie auf der Grundlage von Empfangs¬ signalen mehrerer Empfangsantennen (16, 18) ein Empfangs- Beamforming mit einem verschwenkbaren Empfangs-Hauptstrahl zu bilden, wobei der Sende-Hauptstrahl und der Empfangs- Hauptstrahl in zwei unterschiedliche Raumrichtungen (22, 24) ausrichtbar sind.
2. Radar-Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, beim Sende-Beamforming eine den Sende-Hauptstrahl beschreibende Gruppencharakteristik durch digitale Strahlformung auf der Grundlage von mittels der Emp¬ fangsantennen (16, 18) zu Radar-Sendesignalen unterschiedlicher Sende-Antennen (12, 14) empfangenen Empfangssignalen zu bilden .
3. Radar-Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerteeinheit (AE) dazu ausgelegt ist, beim Empfangs-Beam- forming eine den Empfangs-Hauptstrahl beschreibende Gruppencharakteristik durch digitale Strahlformung auf der Grundlage von mittels unterschiedlicher Empfangsantennen (16, 18) zu wenigstens einem vorgegebenen Radar-Sendesignal empfangenen Empfangssignalen zu bilden.
4. Radar-Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei wenigstens einem Sende-Array (SA, SA' ) und/oder bei wenigstens einem Empfangs-Array (EA, EA' ) die jeweiligen Antennen (12, 14, 16, 18) entlang einer Erstre- ckungsrichtung des jeweiligen Arrays in einer Reihe angeordnet sind.
5. Radar-Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Sende-Array (SA) und ein Empfangs-Array (EA) in einer L-Form oder in einer T-Form oder als Kreuz oder als Rechteck angeordnet sind.
6. Radar-Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Radar-Sendesignal wenigstens einer Sende- antenne (12, 14) wenigstens eines Sende-Arrays (SA, SA') ein FMCW-Signal aussendbar ist.
7. Radar-Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Sende-Array (SA, SA' ) und we- nigstens ein Empfangs-Array (EA, EA' ) die gleiche Anzahl von Antennen (12, 14, 16, 18) aufweisen.
8. Verfahren zum Erzeugen einer Gruppencharakteristik eines Radars, umfassend die Schritte:
- Aussenden einer Mehrzahl von Radar-Sendesignalen mittels einer entsprechenden Anzahl von Sendeantennen (12, 14); - zu jedem Radar-Sendesignal, Empfangen einer Mehrzahl von Empfangssignalen mittels einer entsprechenden Anzahl von Empfangsantennen (16, 18);
- Kombinieren wenigstens zweier der Empfangssignale und hier¬ durch Bilden einer Gruppencharakteristik, bei welcher ein Hauptstrahl bezüglich zweier unterschiedlicher Raumrichtungen (22, 24) frei wählbar ausgerichtet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem zumindest einige der Radar-Sendesignale nach einem Zeitmultiplex-Verfahren nacheinander ausgesendet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem zumindest einige der Radar-Sendesignale nach einem Frequenzmultiplex¬ verfahren zeitgleich ausgesendet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welchem durch Schwenken des Hauptstrahls der Gruppencharakteristik in die zwei unterschiedlichen Raumrichtungen insgesamt eine Umgebung innerhalb eines vorbestimmten Raumwinkelbereichs zwei¬ dimensional abgetastet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem auf der Grundlage der Radar-Sendesignale und der Empfangssig¬ nale zusätzlich eine Entfernungsmessung durchgeführt wird und hierdurch eine dreidimensionale Abbildung eines Raumbereichs erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welchem auf der Grundlage der Radar-Sendesignale und der Empfangssig¬ nale eine Geschwindigkeitsmessung zu einem die Radar- Sendesignale reflektierenden Objekt durchgeführt wird.
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