DE-102023205100-B4 - Verfahren zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Sendesignals für eine Sendeeinrichtung, Computerprogrammprodukt, computerlesbares Speichermedium, Sendeeinrichtung sowie Detektionsvorrichtung

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Sendesignals (8) für eine Sendeeinrichtung (5) einer Detektionsvorrichtung (2) zum Aussenden des frequenzmodulierten Sendesignals (8) in eine Umgebung (3) der Detektionsvorrichtung (2), mit den Schritten: - Erzeugen eines Frequenzkamms (11) mittels einer optischen modengekoppelten Quelle (10) der Sendeeinrichtung (5); - Filtern von zumindest einer Frequenzlinie (12) in dem erzeugten Frequenzkamm (11) mittels einer ersten optischen Filtereinrichtung (13) der Sendeeinrichtung (5); und - Erzeugen des frequenzmodulierten Sendesignals (8) mittels einer Photodiode (14) der Sendeeinrichtung (5) in Abhängigkeit von dem gefilterten Frequenzkamm (15), wobei das frequenzmodulierte Sendesignal (8) proportional zum Frequenzunterschied zur gefilterten Frequenzlinie (12) erzeugt wird, wobei mittels eines optischen dispersiven Elements (18) der Sendeeinrichtung (5) zumindest zwei Frequenzlinien (12) näher zusammengeführt werden oder mittels eines optischen dispersiven Elements (18) der Sendeeinrichtung (5) zumindest zwei Frequenzlinien (12) weiter auseinandergezogen werden, wobei das dispersive Element (18) im Strahlengang nach der ersten optischen Filtereinrichtung (13) angeordnet wird oder das dispersive Element (18) im Strahlengang vor der ersten optischen Filtereinrichtung (13) angeordnet wird.

Inventors

• Marc-Michael Meinecke
• Heiko Gustav Kurz
• Thomas Gisder
• Stephan Kruse
• Christoph Scheytt

Assignees

• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20230531

Claims (11)

1. Verfahren zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Sendesignals (8) für eine Sendeeinrichtung (5) einer Detektionsvorrichtung (2) zum Aussenden des frequenzmodulierten Sendesignals (8) in eine Umgebung (3) der Detektionsvorrichtung (2), mit den Schritten: - Erzeugen eines Frequenzkamms (11) mittels einer optischen modengekoppelten Quelle (10) der Sendeeinrichtung (5); - Filtern von zumindest einer Frequenzlinie (12) in dem erzeugten Frequenzkamm (11) mittels einer ersten optischen Filtereinrichtung (13) der Sendeeinrichtung (5); und - Erzeugen des frequenzmodulierten Sendesignals (8) mittels einer Photodiode (14) der Sendeeinrichtung (5) in Abhängigkeit von dem gefilterten Frequenzkamm (15), wobei das frequenzmodulierte Sendesignal (8) proportional zum Frequenzunterschied zur gefilterten Frequenzlinie (12) erzeugt wird, wobei mittels eines optischen dispersiven Elements (18) der Sendeeinrichtung (5) zumindest zwei Frequenzlinien (12) näher zusammengeführt werden oder mittels eines optischen dispersiven Elements (18) der Sendeeinrichtung (5) zumindest zwei Frequenzlinien (12) weiter auseinandergezogen werden, wobei das dispersive Element (18) im Strahlengang nach der ersten optischen Filtereinrichtung (13) angeordnet wird oder das dispersive Element (18) im Strahlengang vor der ersten optischen Filtereinrichtung (13) angeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass zumindest eine zweite optische Filtereinrichtung (16) bereitgestellt wird, wobei mittels der zweiten optischen Filtereinrichtung (16) zumindest eine weitere Frequenzlinie (17) gefiltert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass mittels der ersten optischen Filtereinrichtung (13) zumindest eine nochmals weitere Frequenzlinie (17) gefiltert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass als frequenzmoduliertes Sendesignal (8) eine Frequenzrampe erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass in der Photodiode (14) eine heterodyne Detektion durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Detektionsvorrichtung (2) als photonische Radarvorrichtung oder als Lidarvorrichtung bereitgestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Detektionsvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1) und/oder für eine Produktionsanlage bereitgestellt wird.
8. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung (7) dazu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von der elektronischen Recheneinrichtung (7) abgearbeitet werden, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
9. Computerlesbares Speichermedium mit zumindest einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8 .
10. Sendeeinrichtung (5) für eine Detektionsvorrichtung (2) zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Sendesignals (8) zum Aussenden des frequenzmodulierten Sendesignals (8) in eine Umgebung (3) der Detektionsvorrichtung (2), mit zumindest einer optischen modengekoppelten Quelle (10), mit einer ersten optischen Filtereinrichtung (13) und mit einer Photodiode (14), wobei die Sendeeinrichtung (5) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
11. Detektionsvorrichtung (2) mit zumindest einer Sendeeinrichtung (5) nach Anspruch 10 und mit einer Empfangseinrichtung (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Sendesignals für eine Sendeeinrichtung einer Detektionsvorrichtung zum Aussenden des Sendesignal in eine Umgebung der Detektionsvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, eine entsprechende Sendeeinrichtung sowie eine entsprechende Detektionsvorrichtung. Aus dem Kraftfahrzeugbau sind bereits Radarsensorvorrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt. Insbesondere werden solche Radarsensorvorrichtungen bei beispielsweise zumindest teilweise betriebenen autonomen Kraftfahrzeugen, insbesondere jedoch auch bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Um jedoch eine solche automatisierte Fahrt zu ermöglichen, ist eine sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Dabei wird das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mithilfe von Sensoren wie Radar, Lidar und Kamera erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung, sodass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können. Insbesondere dem Lidar kommt in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zugute, da dieser Sensortyp präzise in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Lidarsensoren kostenintensiv und in ihrem Aufbau aufwendig. Insbesondere 360-Grad-dreidimensionale-Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind, um dieses zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Lidarsensoren verbaut. Weiterhin sind Lidar-Sensoren anfällig gegenüber Wettereinflüssen wie Regen, Nebel oder direkte Sonneneinstrahlung. Radarsensoren beziehungsweise Radarsensorvorrichtungen sind ebenfalls aus dem Kraftfahrzeugbau etabliert und liefern bei allen Witterungsbedingungen zuverlässig und ausfallsicher Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse wie beispielsweise Regen, Nebel, Schnee, Staub oder Dunkelheit beeinflussen kaum ihre Wahrnehmungszuverlässigkeit. Allerding ist gemäß dem Stand der Technik das Auflösungsvermögen bisher beschränkt, insbesondere sind im Einsatz befindliche Serienradare lediglich mit einem Auflösungsvermögen von etwa 7 Grad ausgebildet. Um die Anforderungen für eine erhöhte Automatisierungsstufe im Kraftfahrzeugbau mit sicheren Fahrfunktionen zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung dreidimensionale Bilder mit einer hohen Auflösung im Bereich von 0,1 Grad und darunter mit einer großen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefern. Dies wird mit der konventionellen Radartechnik gemäß dem Stand der Technik nicht erreicht, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist. Insbesondere sind ferner bereits photonische Radarsensorvorrichtungen bekannt, welche eine Erhöhung des Auflösungsvermögens realisieren, indem elektronische und photonische Komponenten kointegriert werden in einem einzigen Halbleiterpunkt. Die Verfolgung eines FMCW-Signals, sowie die gesamte Signalverarbeitung und -auswertung werden dabei durch eine Zentralstation durchgeführt. Jedes Sende- und Empfangsmodul weist einen elektronisch- photonisch kointegrierten Chip, einem sogenannten Epic-Chip, auf. Für die Kointegration wird eine Silizium-Photonik-Technologie verwendet. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und digitale Elektronik gemeinsam auf einem Chip. Die technische Innovation eines solchen Systems liegt dabei in der Signalübertragung von Gigahertz-Signalen mittels des optischen Trägersignals im Terahertz- Frequenzbereich. Eine Zentralstation, welche auch als zentrale elektronische Recheneinrichtung bezeichnet werden kann, erzeugt eine optische Trägerfrequenz in Terahertz. Auf diese wird das zu übertragende Signal mit einem Achtel der Radarfrequenz moduliert und per optischer Phase an die Antennenchips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, sodass die Radarstrahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation prozessiert. Eine solche Ausführungsform ist jedoch sehr aufwendig in der Implementierung von Gigahertz-Elektronik auf Chipebene. Insbesondere die auf dem Chip stattfindende Frequenzvervierfachung nach Detektion durch eine Photodiode ist technisch herausfordernd und stellt hohe Aufwände hinsichtlich der Gigahertz-Signalerzeugung mit hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis und möglichst geringem Jitter dar. So muss das Gigahertz-Signal in weiteren Schritten aufwendig stabilisiert werden. Darüber hinaus ist Gigahertz-Elektronik kostenintensiv. Weiterhin werden hohe Leistungsanforderungen an den optischen Träger, insbesondere einen Laser, gesetzt, da viel optische Leistung benötigt wird, um ein hochpräzises Gigahertz-Signal zu er