DE-102024210614-A1 - Photonisches Radarsystem mit Arbeitspunkteinstellung der optischen und/oder elektrischen Komponenten

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Radarsystem weist eine Zentraleinheit (Z), mindestens eine Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n) und mindestens eine Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) auf, die jeweils optische und elektrische Komponenten umfassen. In der Zentraleinheit (Z), mindestens einer Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n), und/oder mindestens einer Radarempfangseinheit ist eine Kontrolleinheit (14, 49, 50) vorgesehen, welche für eine Arbeitspunkt-Einstellung der optischen und/oder elektrischen Komponenten ausgebildet ist.

Inventors

• Pascal Marcel Seiler
• Markus Robert
• Andreas Noack
• Thomas Gisder
• Marc-Michael Meinecke
• Heiko Gustav Kurz
• Paniz Adibpour

Assignees

• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (14)

1. Radarsystem mit einer Zentraleinheit (Z), mindestens einer Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n) und mindestens einer Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n), die jeweils optische und elektrische Komponenten umfassen, dadurch gekennzeichnet , dass in der Zentraleinheit (Z) und/oder mindestens einer Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n), und/oder mindestens einer Radarempfangseinheit eine Kontrolleinheit (14, 49, 50) vorgesehen ist, welche für eine Arbeitspunkt-Einstellung der optischen und/oder elektrischen Komponenten ausgebildet ist.
2. Radarsystem nach Anspruch 1 , wobei - die Zentraleinheit (Z) ausgebildet ist, ein optisches Trägersignal bereitzustellen, ein Radartreibersignal auf das optische Trägersignal aufzumodulieren und das mit dem Radartreibersignal modulierte optische Trägersignal an die mindestens eine Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n) und/oder die mindestens eine Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) zu senden, - die mindestens eine Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n) ausgebildet ist, das mit dem Radartreibersignal modulierte optische Trägersignal zu empfangen, das Radartreibersignal zu separieren und basierend auf dem Radartreibersignal ein Radarsignal auszusenden, - die mindestens eine Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) ausgebildet ist, das mit dem Radartreibersignal modulierte optische Trägersignal zu empfangen, das Radartreibersignal zu separieren und ein Radarechosignal mit dem Radartreibersignal zu mischen, das gemischte Signal auf ein optisches Trägersignal aufzumodulieren und das modulierte optische Trägersignal an die Zentraleinheit (Z) zu senden, - die Zentraleinheit (Z) ferner ausgebildet ist, das mit dem gemischten Signal modulierte optische Trägersignal zu empfangen, hieraus eine Radarinformation abzuleiten und die abgeleitete Radarinformation auszugeben.
3. Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die mindestens eine Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n) und die mindestens eine Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) über mindestens eine Glasfaser (G) mit der Zentraleinheit (Z) verbunden sind.
4. Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Radarsendeeinheiten und die Radarempfangseinheiten jeweils in eine gemeinsame Einheit integriert sind.
5. Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontrolleinheit (14, 49, 50) eine Regelschleife umfasst, bei der zur Einstellung des Arbeitspunktes mindestens einer optischen und/oder elektrischen Komponente mindestens eine der folgenden Operationen angewandt wird: - eine Amplituden- / Verstärkungskontrolle, - eine Phasenkontrolle, - eine Filterung, - eine Leistungs-, Spitzen-, oder Einhüllendendetektion, und/oder - eine Komparator- oder Differenz-/Additionsfunktion.
6. Zentraleinheit (Z) zur Verwendung in einem Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die Zentraleinheit (Z) eine Lichtquelle (11) zum Bereitstellen des optischen Trägersignals und eine optische Modulationseinheit (12) zum Aufmodulieren des Radartreibersignals auf das optische Trägersignal umfasst und die Kontrolleinheit (14) für eine Arbeitspunkt-Einstellung der Lichtquelle (11) und/oder der optischen Modulationseinheit (12) ausgebildet ist.
7. Zentraleinheit nach Anspruch 6 , wobei von dem Licht des durch die Lichtquelle (11) bereitgestellten optischen Trägersignals ein Teilstrahl abgespalten wird, das Licht des abgespaltenen Teilstrahls und der Kontrolleinheit (14) zur Erzeugung eines Regelsignals für die Einstellung des Arbeitspunktes der Lichtquelle (11) und/oder der optischen Modulationseinheit (12) zugeführt wird.
8. Zentraleinheit nach Anspruch 5 oder 6 , wobei die Lichtquelle (11) eine Laserdiode, die optische Modulationseinheit (12) einen Mach-Zehnder-Modulator und die Kontrolleinheit (14) eine Photodiode zur Umwandlung des abgespaltenen Teilstrahls in ein elektrisches Signal umfasst:
9. Zentraleinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8 , wobei die Zentraleinheit eine Empfangs- und Verarbeitungseinheit (17) und eine Kontrolleinheit umfasst, wobei die Empfangs- und Verarbeitungseinheit (17) derart ausgebildet ist, das mit dem gemischten Signal modulierte optische Trägersignal zu empfangen, das Radartreibersignal zu separieren und hieraus eine Radarinformation abzuleiten und die abgeleitete Radarinformation auszugeben und wobei die Kontrolleinheit für eine Arbeitspunkt-Einstellung der Empfangs- und Verarbeitungseinheit (17) ausgebildet ist.
10. Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n) zur Verwendung in einem Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n) eine Empfangseinheit, einen Radarsender und eine Kontrolleinheit umfasst, wobei die Empfangseinheit derart ausgebildet ist, das mit dem Radartreibersignal modulierte optische Trägersignal zu empfangen, das Radartreibersignal zu separieren und basierend auf dem Radartreibersignal ein Radarsignal auszusenden und wobei die Kontrolleinheit für eine Arbeitspunkt-Einstellung der Empfangseinheit ausgebildet ist.
11. Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) zur Verwendung in einem Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) einen Mischer (45), eine optische Modulationseinheit (48) und eine Kontrolleinheit (49) umfasst, wobei der Mischer (45) derart ausgebildet ist, ein empfangenes Radarechosignal mit dem Radartreibersignal zu mischen, wobei die optische Modulationseinheit (48) derart ausgebildet ist, das gemischte Signal auf ein optisches Trägersignal aufzumodulieren, wobei die Kontrolleinheit für eine Arbeitspunkt-Einstellung der optischen Modulationseinheit ausgebildet ist und wobei von dem Ausgangssignal der optischen Modulationseinheit (48) ein Teilstrahl abgespalten und der Kontrolleinheit (49) zur Einstellung des Arbeitspunktes der optischen Modulationseinheit (48) zugeführt wird.
12. Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) nach Anspruch 11 , wobei die Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) mehrere elektrische Komponenten (43, 44, 45, 46, 47) zur Separierung des Radartreibersignals und zur Verarbeitung des empfangenen Radarechosignal sowie eine weitere Kontrolleinheit (50) zur Einstellung des Arbeitspunktes der elektrischen Komponenten (43, 44, 45, 46, 47) umfasst.
13. Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, bei dem eine Zentraleinheit (Z), mindestens eine Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n) und/oder mindestens eine Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) jeweils optische und elektrische Komponenten umfassen, bei dem eine Arbeitspunkt-Einstellung der optischen und/oder elektrischen Komponenten in der Zentraleinheit (Z), mindestens einer Radarsendeeinheit (S-1, S-2, S-3, S-n), und/oder mindestens einer Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) erfolgt.
14. Fahrzeug, das ein Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarsystem, das beispielsweise in einem Fahrzeug betrieben werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Zentraleinheit, eine Radarsendeeinheit und eine Radarempfangseinheit eines solchen Radarsystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Radarsystems. Für Fahrerassistenzsysteme und Sicherheitssysteme beim vollautomatisierten Fahren ist eine möglichst sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Dafür wird das Umfeld mit Hilfe von Sensoren, wie im Fahrzeug integrierten Radar-, Lidar- und Kamerasensoren erfasst. So kann beispielsweise basierend auf den erfassten Sensordaten mit einem geeigneten Maschinenlern-Modell ein Umfeldmodell erstellt werden. Hierfür können Wahrnehmungsmodule vorgesehen sein, welche erlernte Objekte im Umfeld erkennen können und Informationen hierüber an ein Planungsmodul weiterleiten. Das Planungsmodul kann dann für eine Trajektorienplanung und sichere Steuerung des Fahrzeugs die erkannten Objekte berücksichtigen. Besonders wichtig ist hierbei eine ganzheitliche 360°-3D-Erfassung, die eine vollständige 360-Grad-Erfassung aller statischen und dynamischen Objekte und eine Erstellung möglichst hochauflösender 3D-Modelle des Umfelds ermöglicht. Auf Lidarsensoren basierende Systeme sind zwar in der Lage, eine präzise Entfernungsmessung zu gewährleisten und können auch zur Klassifikation eingesetzt werden. Allerdings sind diese Lidar-Systeme kostenintensiv und in ihrem Aufbau aufwändig. Weiterhin sind Lidar-Systeme anfällig gegenüber Wettereinflüssen, wie Regen, Nebel oder direkte Sonneneinstrahlung. Radarsensoren dagegen liefern bei allen Witterungsbedingungen zuverlässig und ausfallsicher Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse wie Regen, Nebel, Schnee, Staub und Dunkelheit beeinflussen kaum ihre Wahrnehmungszuverlässigkeit. Allerdings ist ihr Auflösungsvermögen bisher beschränkt. So weisen im automobilen Sektor im Serieneinsatz befindliche Radarsensoren ein Auflösungsvermögen von ca. 2° auf. Dieses reicht beispielsweise nicht aus, um die Anforderungen für die Stufen 4 und 5 des automatisierten Fahrens mit sicherer Fahrfunktion zu erfüllen, da hierfür Radarsensoren dreidimensionale Bilder mit einer hohen Auflösung im Bereich von 0,1° und darunter mit einer großen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefern müssen. Dies kann mit der konventionellen Radartechnik nicht erreicht werden, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist. Aktuell in der Entwicklung befinden sich sogenannte photonische Radarsysteme, bei denen Treibersignale im GHz-Bereich mittels eines optischen Trägersignals im THz-Frequenzbereich an eine Vielzahl von Radarsensoren verteilt werden können. Hierbei kann eine Kointegration von elektronischen und photonischen Komponenten auf einem einzigen Halbleitersubstrat erfolgen, so dass äußerst kompakte Formfaktoren für die einzelnen Radarsensoren und, daraus resultierend, Arrays mit einer Vielzahl solcher Radarsensoren integriert im Fahrzeug realisierbar sind. In der DE 10 2017 221 257 A1 wird ein Radarsystem offenbart, bei dem eine Signalübertragung zwischen einer Zentraleinheit und einer Radarsendeeinheit bzw. einer Radarempfangseinheit optisch realisiert wird. Hierzu wird ein Radartreibersignal in der Zentraleinheit optisch erzeugt und über mindestens eine Glasfaser an mindestens eine Radarempfangseinheit und/oder mindestens eine Radarsendeeinheit übertragen. In der Radarsendeeinheit wird das Radartreibersignal dann in ein elektrisches Radartreibersignal umgewandelt und zum Antreiben eines Radarsenders verwendet. Ein von einem Radarempfänger empfangenes Radarechosignal wird in einem Mischer der Radarempfangseinheit mit dem elektrischen Radartreibersignal gemischt. Das gemischte Signal wird anschließend mittels einer Modulationseinheit auf das optische Treibersignal aufmoduliert, in die Glasfaser eingekoppelt und an die Zentraleinheit zurück übermittelt. In der Zentraleinheit wird das aufmodulierte optische Signal empfangen und mittels einer Auswerteeinheit ausgewertet. Das Ergebnis wird anschließend als Radarinformation bereitgestellt. Gegenüber diesem Stand der Technik ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Radarsystem und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Radarsystems zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Das erfindungsgemäße Radarsystem weist eine Zentraleinheit, mindestens eine Radarsendeeinheit und mindestens eine Radarempfangseinheit auf, die jeweils optische und elektrische Komponenten umfassen, wobei in der Zentraleinheit, und/oder mindestens einer Radarsendeeinheit, und/oder mindestens einer Radarempfangseinheit eine Kontrolleinheit vorgesehen ist, welche für eine Arbeitspunkt-Einstellung der optischen und/oder elektrischen Komponenten ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine voll integrierte Lösun