Titel

Radarsensorsvstem

Die Erfindung betrifft ein Radarsensorsystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Radarsensorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsensorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt.

Stand der Technik

Bei Fahrzeuge mit einem hohem Level an Fahrerassistenzfunktionen oder auto- matisierten Fahrfunktion werden immer mehr Radarsensoren verbaut. Durch eine höhere Anzahl an Radarsensoren wird eine höhere Leistungsfähigkeit der auto- matisierten oder teilautomatisierten Fahrfunktionen gegenüber einzelnen Radar- sensoren angestrebt. Bisherige Lösungen in diesem Bereich bestehen aus Radarsensoren, welche sensorintern umfangreiche Datenverarbeitung der em- pfangenen Radarwellen durchführen. Somit können die Radarsensoren Daten auf Objekt- oder Ortungsebene für eine weitere Auswertung durch das Fahrzeug liefern. Hierdurch kann die an das Fahrzeug übertragene Datenmenge reduziert werden, jedoch müssen die jeweiligen Radarsensoren eine höhere Rechen- leistung und einen größeren Speicher aufweisen.

Insbesondere die Parkfunktionen leiden jedoch unter Eigenschaften der Wellen- ausbreitung, wobei zum Beispiel Wände stark reflektieren und dadurch schwächer reflektierende Objekte, wie z.B. Pfosten maskiert werden.

Bistatische Auswertungen im Zusammenhang mit Ultraschall sind bekannt. Dabei werden Laufzeitunterschiede von akustischen und elektrischen Signalen ausge- wertet. DE 10 2014 212 280 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer Relativ- geschwindigkeit eines Radarziels, bei dem eine FMCW-Radarmessung mit einem Sendesignal ausgeführt wird, dessen Modulationsmuster zeitlich inein- ander verschachtelte Sequenzen umfasst (JSFMCW-Modulationsverfahren).

DE 10 2014 212 284 A1 offenbart einen MIMO-FMCW-Radarsensor und ein MIMO-Zeitmultiplex-Verfahren zur Ortung eines Radarziels, bei dem eine FMCW-Radarmessung mit einem Sendesignal ausgeführt wird, dessen Modula- tionsmuster für unterschiedliche Sende-Schaltzustände, die sich in der Auswahl der zum Senden verwendeten Antennenelemente unterscheiden, zeitlich inein- ander verschachtelte Sequenzen von Rampen umfasst.

Offenbarung der Erfindung

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein verbessertes Radarsensorsystem bereitzustellen, welches eine verbesserte Objektklassifizierung unterstützt.

Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen An- sprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Radarsensor- system, aufweisend:

wenigstens zwei Radarsensoren mit jeweils wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger, wobei sich Detektionsbereiche der beiden Radarsensoren wenigstens teilweise überlappen, wobei die beiden Radarsensoren definiert beabstandet sind, wobei Sendesignale der beiden Radarsensoren derart synchronisierbar sind, dass mittels einer Auswertungseinrichtung von einem Objekt reflektierte Strahlung eines Radarsensors auswertbar ist, die vom jeweils anderen Radarsensor ausgesendet wurde.

Auf diese Weise können mit dem vorgeschlagenen Radarsensorsystem Objekte verbessert klassifiziert werden. Besonders nützlich ist das vorgeschlagene Radarsensorsystem für Anwendungen im Nahbereich, zum Beispiel für Park- anwendungen von Kraftfahrzeugen. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass Objekte aus einer ersten Richtung angestrahlt, wobei aus einer anderen Rich- tung Signale empfangen werden, die ausgewertet und klassifiziert werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines Radarsensorsystems, aufweisend die Schritte:

Bereitstellen von wenigstens zwei Radarsensoren, wobei sich

Detektionsbereiche der beiden Radarsensoren wenigstens teilweise überlappen, wobei die beiden Sensoren definiert beabstandet angeordnet werden, wobei Sendesignale der beiden Radarsensoren derart synchronisierbar sind, dass mittels einer Auswertungseinrichtung von einem Objekt reflektierte Strahlung eines Radarsensors auswertbar ist, die vom jeweils anderen Radarsensor ausgesendet wurde.

Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines Radarsensorsystems, aufweisend die Schritte:

Gleichzeitiges Senden von Radarsignalen wenigstens zweier Radar- sensoren, wobei sich Detektionsbereiche der beiden Radarsensoren wenigstens teilweise überlappen und wobei die beiden Radarsensoren definiert beabstandet sind, wobei

Sendesignale der beiden Radarsensoren derart synchronisiert werden, dass mittels einer Auswertungseinrichtung von einem Objekt reflektierte Strahlung eines Radarsensors ausgewertet wird, die vom jeweils anderen Radarsensor ausgesendet wurde.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens zwei Radarsensoren im Wesentlichen zur gleichen Zeit senden, im Wesentlichen auf der gleichen Frequenz senden und im Wesentlichen gleiche Modulationsparameter aufweisen. Auf diese Weise ist eine gute Synchronisation der Sendesignale unterstützt, wodurch eine genaue bistatische Auswertung ermöglicht ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der wenigstens zwei Radarsensoren FMCW- Rampen sendbar sind, die im Wesentlichen gleiche Modulationsparameter aufweisen. Auch auf diese Weise ist eine gute Synchronisation der Sendesignale der Radarsensoren unterstützt.

Eine weitere bevorzugte Ausführung vom des Radarsensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass ein Frequenzversatz zwischen den beiden Radarsensoren dadurch bestimmbar und kompensierbar ist, dass die Sender der Radarsensoren abwechselnd senden, wobei gleichzeitig die Empfänger der nicht sendenden Radarsensoren empfangen. Vorteilhaft kann auf diese Weise der Frequenzver- satz zwischen den beiden Radarsensoren dadurch korrigiert werden, dass die Radarsensoren jeweils abwechselnd als Sender und Empfänger fungieren.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass der Frequenzversatz zwischen den beiden Radarsen- soren dadurch bestimmbar und kompensierbar ist, dass bei einem Zielobjekt zwei Basisbandfrequenzen für zwei Unbekannte gemessen werden und dass bei N Zielobjekten 2N Basisbandfrequenzen für N+1 Unbekannte gemessen werden. Vorteilhaft kann auf diese Weise der Frequenzversatz zwischen den Radarsen- soren umso genauer bestimmt werden, je höher die Anzahl der Ziele ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass zur Synchronisation der FMCW-Rampen ein Frequenz- versatz zwischen den beiden Radarsensoren bestimmbar und kompensierbar ist. Dadurch ist eine weitere Optimierung der Synchronisation der Sendesignale der Radarsensoren unterstützt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der beiden Radarsensoren zeitlich ineinander verschachtelte FMCW-Rampen sendbar sind. Dadurch ist ein guter Anwend- ungsfall für die Anwendung des Verfahrens für das JSFMCW-Modulationsver- fahren bereitgestellt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswertungseinrichtung ein bistatischer und ein monostatischer Radarquerschnitt des Objekts ermittelbar ist. Abhängig von Ein- falls- und Ausfallswinkel kann auf diese Weise eine gute Objekterkennung und Klassifizierung vorgenommen werden. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Radarsensorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass für das Synchronisieren der Sendesignale der Radarsen- soren Signalleistungen der Sendesignale definiert berücksichtigbar sind. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Optimierung der Synchronisation der Sende- signale der Radarsensoren vorgenommen werden.

Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstel- lungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Radarsensor- systems; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines Radarsensorsystems.

Im Folgenden wird unter einer„bistatischen Auswertung“ verstanden, dass Sig nale eines Systems aus Sender und Empfänger ausgewertet werden, wobei Sen- der und Empfänger nicht am selben Ort, sondern voneinander beabstandet angeordnet sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Radarsensor- systems 100. Erkennbar ist ein erster Radarsensor 10, und ein zweiter, vom ersten Radarsensoren 10 beabstandeter Radarsensor 20, die mit einer Auswer- tungseinrichtung 30 funktional verbunden sind. Vorgeschlagen ist auf diese Weise ein Verbund von Radarsensoren 10, 20, wobei ein Radarsensor 10, 20 Radarwellen auswerten kann, die vom jeweils anderen Radarsensor 10, 20 ausgesendet und von einem Objekt 200 reflektiert wurden. In der Fig. 1 ist ange- deutet, dass ein vom zweiten Radarsensor 20 ausgesendetes Sendesignal am Objekt 200 reflektiert wird, wobei das reflektierte Signal vom ersten Radarsensor 10 empfangen wird. Die Anzahl zwei der Radarsensoren 10, 20 ist lediglich beispielhaft, das Radarsensorsystem 100 kann auch mehr als zwei Radar- sensoren 10, 20 umfassen. Durch die genannte Auswertung der von einem anderen Radarsensor emittierten Strahlung wird eine Ermittlung sowohl des monostatischen als auch des bistat- ischen Rückstreuquerschnitts (engl. Radar Cross Section, RCS) des Objekts 200 ermöglicht, welche die ein Maß für eine Reflektivität des Objekts 200 darstellt und damit eine bessere Erkennung/Detektion und Klassifikation von Objekten, insbesondere für Parkanwendungen in einem Kraftfahrzeug ermöglicht. Dabei kann aufgrund der Nähe der Objekte 200 eine große Winkeldifferenz zu den Radarsensoren 10, 20 erreicht werden.

Dies wird ermöglicht, indem eine bistatische Auswertung vorgenommen wird, der mit dem vorgeschlagenen Ansatz vorteilhaft ohne signifikante Mehraufwendun- gen möglich ist.

Um eine bistatische Auswertung zu ermöglichen, sind zwei oder mehrere Radar- sensoren 10, 20 mit Sendern und Empfängern notwendig, wobei sich die Sicht- bzw. Detektionsbereiche wenigstens teilweise überlappen müssen. Des Weiteren müssen die Radarsensoren 10, 20 des Radarsensorsystems 100 bis zu einem gewissen Grad synchronisiert sein, damit ein Empfänger die Wellen eines ander- en„Fremdsenders“ sinnvoll auswerten kann.

Die Synchronisation basiert im Wesentlichen auf einer Synchronisation der Referenzoszillatoren (nicht dargestellt) der Radarsensoren 10, 20. Jeder Radar- sensor 10, 20 weist einen Quarzoszillator auf, wobei über eine Kommunikations- Schnittstelle (z.B. Ethernet, nicht dargestellt) regelmäßig über Zeitstempel die Ab- weichung von einer Referenzfrequenz bestimmt wird. Ethernet hat dabei den Vorteil, dass es mit PTP (engl. Precision Time Protocol) einen entsprechenden Standard gibt, der mit Hardwareunterstützung eine Zeitsynchronisation im Bereich von 10ns ermöglicht.

Auf diese Weise ist es möglich, den Empfang eines Radarsensors 10, 20 zeitlich mit dem Senden des anderen Radarsensors 10, 20 zu synchronisieren, sodass ein Sendesignal des anderen Radarsensors 10, 20 auch empfangen wird. Bei- spielsweise ergibt sich bei Verwendung von FMCW-Rampen als Sendesignale bei einer Steigung von 5 MHz/ps ein Frequenzversatz von 50 kHz, was gut inner- halb des Basisbandes von typischerweise ca. 5 MHz liegt. Dieser Frequenzver- satz stellt einen Frequenzfehler dar, der in einem Entfernungsfehler resultiert, weshalb angestrebt wird, den Frequenzfehler möglichst gering zu halten.

Über die Synchronisation der Sendesignale der beiden Radarsensoren 10, 20 ist es möglich, die Mittenfrequenz und die Steigung der jeweils lokal erzeugten Oszillatorfrequenz zu synchronisieren. Wird eine Genauigkeit von 1 ppm erzielt, so bedeutet dies im Ergebnis einen Frequenzversatz von ca. 76 kHz. In Summe ist der Frequenzversatz immer noch gut innerhalb der Basisbandbreite, damit ist die Hauptanforderung an die Synchronisation erfüllt, wodurch der Fehler klein genug ist, damit die bistatischen Signale nicht den Auswertebereich verlassen. Angestrebt wird, den Synchronisationsfehler so gering wie möglich zu halten, um dadurch die Entfernungsschätzung zu optimieren.

Der auftretende Frequenzversatz muss zu diesem Zweck kompensiert werden, da dies die Entfernungsschätzung verfälschten kann. Für die Basisbandfrequenz fbb gilt: mit :

t Signallaufzeit

T TX-RX Zeitversatz zwischen Sender und Empfänger (positiv, falls der

Sender vor dem Empfänger startet) dix. _R x ... Gesamtweg von Sender zu Empfänger

c... Ausbreitungsgeschwindigkeit frx ( ⁼ fsjx + s · t

f _R x(t fs,R _X S t (3) s ... Rampensteigung der FMCW-Rampen

f _s ... Startfrequenz

t ... Zeit Eingesetzt ergibt dies:

Af ... Frequenzversatz

fsjx - f _s,R x Differenz der Startfrequenzen

Die empfangene Basisbandfrequenz ist auch vom Versatz der Oszillatorfrequ- enzen und dem Zeitfehler abhängig.

Die Gleichungen (1 ) bis (4) spezifizieren somit, dass die Basisbandfrequenz f _bb von den Rampensignalen und den Laufzeiten abhängt und auch noch der Frequenzversatz Af berücksichtigt werden muss.

Dieser Fehler in Form des Frequenzversatzes Af wird korrigiert, indem Sender und Empfänger durchgewechselt werden, d.h. dass der Sender abwechselnd dem ersten Radarsensor 10 und dem zweiten Radarsensor 20 zugeordnet ist, wodurch die beiden Radarsensoren 10, 20 abwechselnd als Sender fungieren. Dieses Durchwechseln von Sender und Empfänger lässt sich gut mit dem oben erwähnten, bekannten JSFMCW-Modulationsverfahren kombinieren, bei dem in einer Verschachtelung im Zeitmultiplex nicht nur Sender des eigenen Radar- sensors, sondern auch Sender von Fremd-Radarsensoren eine Rampe belegen.

Bei einem Szenario eines Radarsensorsystems 100 mit zwei Radarsensoren 10, 20 muss die obige allgemein gehaltene Gleichung (4) in folgender Weise modifiziert werden: Basisbandfrequenz: Sensor 1 sendet, Sensor 2 empfängt Basisbandfrequenz: Sensor 2 sendet, Sensor 1 empfängt Startfrequenz Sensor 1

Startfrequenz Sensor 2

Zeitversatz zwischen Sensor 1 und Sensor 2, wobei Sensor 1 sendet wobei aufgrund der Symmetrie gilt:

T _2-i Zeitversatz zwischen Sensor 2 und Sensor 1 , wobei Sensor 2 sendet

In der bistatischen Auswertung verschieben sich somit alle Basisbandfrequenzen um den Offset, dessen Vorzeichen sich bei umgekehrter Wellenausbreitung, d.h. wenn Sender und Empfänger vertauscht sind, umkehrt.

Bei einem Zielobjekt 200 werden somit zwei Basisbandfrequenzen für zwei Un- bekannte gemessen, bei N Zielen sind dies 2N Basisbandfrequenzen für N +1 Unbekannte. Das heißt, dass einmal die wahre Frequenz und einmal der Frequenzversatz bzw. -fehler gemessen wird. Bei mehr Zielobjekten erhöht sich die Anzahl der Basisbandfrequenzen entsprechend, wobei aber die Anzahl der Unbekannten vorteilhaft nicht im gleichen Umfang zunimmt.

Dieses mathematische Problem ist grundsätzlich lösbar, wobei aufgrund der Verschiebung zur Lösung eine Art Korrelation oder kleinste-Quadrate-Ansatz bevorzugt wird.

Zur Optimierung des Rechenaufwands zur Lösung des mathematischen Prob- lems ist es denkbar, Signalleistungen der Sendesignale einzubeziehen und z.B. nur Signale mit hoher bzw. ähnlicher Leistung zu verwenden, um den Offset zumindest grob zu bestimmen. Mit den obengenannten Synchronisations-Maßnahmen wird erreicht, dass ein Empfänger Signale eines anderen Senders empfangen kann, wodurch eine bistatische Auswertung ermöglicht wird.

Vorteilhaft erfolgt ein abwechselndes Betreiben der Radarsensoren in zeitlich kurzen Abständen, weil dadurch Synchronisationsfehler in Form des Frequenz- versatzes, der sich auch ändern kann, ausgeglichen wird. Beispielsweise ist dies dadurch möglich, dass sich ein Radarsensor etwas anders erhitzt als der andere Radarsensor und/oder dass die Radarsensoren unterschiedliche Driften aufwei- sen. Ferner kann auf diese Weise eine Berücksichtigung von sich ändernden Fahrsituationen realisiert werden, wodurch unterstützt ist, dass bei der bistati- schen Auswertung Messungen der Radarsensoren eine Relevanz zueinander aufweisen.

Mittels der vorgeschlagenen bistatischen Auswertung ist es möglich, Objekte zu erkennen, die ohne das vorgeschlagene Verfahren nicht erkennbar sind. Ferner kann mit der vorgeschlagenen bistatischen Auswertung eine Klassifikation der erkannten Objekte verbessert sein.

Limitiert ist der vorgeschlagene Ansatz durch das Phasenrauschen, das bei zwei unabhängigen Oszillatoren der zwei Sensoren unkorreliert ist und daher hohe Rauschpegel verursachen kann. Für eine bistatische Auswertung ist daher ins- besondere eine praktische Anwendung auf den Nahbereich (z.B. Parkanwen- dungen) vorgesehen, soweit keine Technologie mit geringem Phasenrauschen verfügbar ist.

Eine Verbesserung ergibt sich, wenn zusätzlich auch eine Referenzfrequenz über eine Kommunikationsschnittstelle (oder gesondert über einen Fahrzeugbus aufgrund der EMV-Schirmung) übertragen wird, so dass die Lokaloszillatoren und deren PLLs eine kohärente Referenz benutzen, damit das Phasenrauschen innerhalb der PLL-Schleifenbandbreite zumindest etwas korreliert ist, wodurch auch das Phasenrauschen in der bistatischen Auswertung für einen definierten Frequenzbereich zumindest geringfügig unterdrückt sein kann. Das Radarsensorsystem 200 kann beispielsweise als ein FMCW-Radar, z.B. ein FMCW-Chirp-Sequence-Radar ausgebildet sein, kann jedoch auch mit anderen Modulationsarten betrieben werden.

Vorteilhaft kann das vorgeschlagene Radarsensorsystem 100 nicht nur mit Radar-Vollsensoren durchgeführt werde, sondern auch mit Radarsensorköpfen, wobei ein zentrales Steuergerät zur Verarbeitung der Signale der Radarsensor- köpfe vorgesehen ist.

Denkbar ist das vorgeschlagene Konzept mit z.B. fünf Radarsensoren an einem Fahrzeug, wobei die Radarsensoren vorne links, vorne rechts und vorne mittig sowie hinten links und hinten rechts am Fahrzeug angeordnet sind. Dabei weisen die vorderen drei Radarsensoren teilweise überlappende Sichtbereiche auf. Ge- gebenenfalls können die genannten Radarsensoren zu einer Optimierung des vorgeschlagenen Verfahrens durch weitere Satellitensensoren ergänzt werden.

Vorteilhaft kann das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Radar- sensorsystems 100 als eine Software ausgebildet sein, welches auf dem Radar- sensorsystem 100 abläuft. Eine leichte Adaptierbarkeit des Verfahrens ist auf diese Weise vorteilhaft unterstützt.

Fig. 2 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines Radarsensorsystems 100.

In einem Schritt 300 wird ein Bereitstellen von wenigstens zwei Radarsensoren 10, 20 durchgeführt, wobei sich Detektionsbereiche der beiden Radarsensoren 10, 20 wenigstens teilweise überlappen, wobei die beiden Radarsensoren 10, 20 definiert beabstandet angeordnet werden, wobei Sendesignale der beiden Ra- darsensoren 10, 20 derart synchronisierbar sind, dass mittels einer Auswertungs- einrichtung 30 von einem Objekt 200 reflektierte Strahlung eines Radarsensors 10, 20 auswertbar ist, die vom jeweils anderen Radarsensor 10, 20 ausgesendet wurde.

Zusammenfassend ermöglicht das vorgeschlagene Radarsensorsystem eine bistatische Auswertung bei nur geringem Aufwand für die Synchronisation der Oszillatoren in den Sensoren. Damit ist es kostengünstig möglich, eine bistati- sche Auswertung durchführen. Beispielsweise ist es möglich, den vorgeschla- genen bistatischen Auswertungsbetrieb des Radarsensorsystems anwendungs- spezifisch zu aktivieren.