DE-102024210617-A1 - Photonisches Radarsystem mit zentralem Heruntermischen der Radarsignale

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zentraleinheit (Z) für ein Radarsystem, welches neben der 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) umfasst. Durch die Zentraleinheit (Z) wird ein optisches Trägersignal bereitgestellt, ein Radartreibersignal auf das optische Trägersignal aufmoduliert wird 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) gesendet. Die Zentraleinheit (Z) empfängt von der mindestens einen Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) ein optisches Signal, welchem ein Radarechosignal überlagert ist, und separiert das überlagerte Radarechosignal mittels einer optisch-elektrischen Wandlung von dem empfangenen optischen Signal. Durch eine Mischung des optisch-zu-elektrisch konvertierten Radarechosignals mit einem Lokaloszillatorsignal wird in der Zentraleinheit (Z) eine Abwärtskonvertierung des Radarechosignals in ein niederfrequenteres Signal durchgeführt.

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 (11)

1. Zentraleinheit (Z) für ein Radarsystem, welches neben der 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) umfasst, 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, - von der mindestens einen Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) ein optisches Signal zu empfangen, welchem ein Radarechosignal überlagert ist, - das überlagerte Radarechosignal mittels einer optisch-elektrischen Wandlung von dem empfangenen optischen Signal zu separieren, und - durch eine Mischung des optisch-zu-elektrisch konvertierten Radarechosignals mit einem Lokaloszillatorsignal eine Abwärtskonvertierung des Radarechosignals in ein niederfrequenteres Signal durchzuführen.
2. Zentraleinheit nach Anspruch 1 , wobei die Zentraleinheit (Z) eine optische Empfangs- und verarbeitungseinheit (17) und mindestens einen elektrischen Mischer (18) umfasst, wobei die optische Empfangs- und verarbeitungseinheit (17) ausgebildet ist, von der mindestens einen Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) das optische Signal zu empfangen und das überlagerte Radarechosignal zu separieren, und dem mindestens einen elektrischen Mischer (18) von der optischen Empfangs- und verarbeitungseinheit (17) das optisch-zu-elektrisch konvertierte Radarechosignal und von einem Lokaloszillator das Lokaloszillatorsignal zugeführt wird und durch eine Mischung des Radarechosignals mit dem Lokaloszillator in dem elektrischen Mischer (18) die Abwärtskonvertierung des Radarechosignals erfolgt.
3. Zentraleinheit nach Anspruch 2 , wobei die Zentraleinheit (Z) eine Lichtquelle (11), einen elektro-optischen Modulator (12) und einen Rampengenerator (15) umfasst, wobei das von der Lichtquelle generierte optischen Trägersignal dem elektro-optischen Modulator (12) zugeführt wird, der auf das optische Trägersignal ein elektrisches Radartreibersignal, bestehend aus einem Radarträgersignal und einem Radarrampensignal, moduliert, und wobei das Radarrampensignal von dem Rampengenerator (15) erzeugt wird.
4. Zentraleinheit nach Anspruch 3 , wobei das Lokaloszillatorsignal dem mindestens einen elektrischen Mischer (18) vom Rampengenerator (15) über eine elektrische Verbindung zugeführt wird.
5. Zentraleinheit nach Anspruch 3 , wobei das Lokaloszillatorsignal über eine optisch-zu-elektrische Konvertierung des modulierten optischen Trägersignals regeneriert wird.
6. Zentraleinheit nach Anspruch 5 , wobei das von dem elektro-optischen Modulator (12) modulierte optische Trägersignal einem optischen Strahlteiler (25) zugeführt wird und ein durch den optischen Strahlteiler erzeugter Teilstrahl einer optischen Verarbeitungseinheit (26) zuführt wird, in der mittels einer optisch-elektrischen Wandlung das dem optischen Signal überlagerte Lokaloszillatorsignal separiert wird und wobei das so aus dem optischen Signal entnommene Lokaloszillatorsignal dem mindestens einen elektrischen Mischer (18) zugeführt wird.
7. Zentraleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in der Zentraleinheit generierte niederfrequente Radarechosignal nach der Abwärtskonvertierung in ein digitales Signal gewandelt wird.
8. Radarsystem mit einer Zentraleinheit (Z) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 .
9. Radarsystem nach Anspruch 8 , wobei die Radarsendeeinheiten und die Radarempfangseinheiten jeweils in eine gemeinsame Einheit integriert sind.
10. Verfahren zum Betreiben einer Zentraleinheit (Z) für ein Radarsystems, welches neben einer 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) umfasst, wobei durch die Zentraleinheit (Z), - ein optisches Trägersignal bereitgestellt wird, ein Radartreibersignal auf das optische Trägersignal aufmoduliert wird 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) gesendet wird, - von der mindestens einen Radarempfangseinheit (E-1, E-2, E-3, E-n) ein optisches Signal empfangen wird, welchem ein Radarechosignal überlagert ist, - das überlagerte Radarechosignal mittels einer optisch-elektrischen Wandlung von dem empfangenen optischen Signal separiert wird, und - durch eine Mischung des optisch-zu-elektrisch konvertierten Radarechosignals mit einem Lokaloszillatorsignal eine Abwärtskonvertierung des Radarechosignals in ein niederfrequenteres Signal durchgeführt wird.
11. Fahrzeug, das ein Radarsystem mit einer Zentraleinheit (Z) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentraleinheit für ein Radarsystem, das beispielsweise in einem Fahrzeug betrieben werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Radarsystem mit einer solchen Zentraleinheit. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Zentraleinheit sowie ein Fahrzeug, das ein Radarsystem mit einer solchen Zentraleinheit aufweist. 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 das 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. Bei der Verarbeitung der von den Radarsensoren empfangenen Radarechosignale erfolgt dabei in den individuellen Sensoreinheiten ein Heruntermischen (engl. mixing, downconversion) der hochfrequenten Radarsignalinformation. Dabei wird das empfangene Hochfrequenzsignal (engl. radio frequency, RF), typischerweise im Gigahertzbereich, in ein niederfrequenteres Zwischenfrequenzsignal (engl. intermediate frequency, IF), typischerweise im Sub-Gigahertzbereich, konvertiert. 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, eine Zentraleinheit für ein Radarsystem sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Zentraleinheit zur Verfügung zu stellen, mittels welcher die Anforderungen bei der Implementierung des Radarsystems reduziert werden können. Diese Aufgabe wird