用于车辆的雷达系统、车辆以及用于操作雷达系统的方法与流程

本发明涉及一种用于车辆的雷达系统，该雷达系统具有至少一个发射天线装置，该发射天线装置具有用于发射雷达信号的至少一个发射天线元件；具有至少一个接收天线装置，该接收天线装置具有用于接收雷达回波信号的至少一个接收天线元件；并且具有至少一个控制和检测设备，该控制和检测设备用于致动至少发射天线元件并且用于检测由至少一个接收天线元件接收的雷达回波信号，其中雷达系统具有至少一个调节装置，该调节装置具有用于调节至少一个发射天线装置的至少一个主波束轴的至少一个控制方案。本发明还涉及一种具有至少一个雷达系统的车辆。本发明还涉及一种用于操作车辆雷达系统的方法，其中该雷达系统用于执行至少一个雷达测量，其中雷达系统的至少一个发射天线装置的至少一个发射天线元件用于发射至少一个雷达信号，并且基于至少一个雷达信号为雷达系统的至少一个接收天线装置的至少一个接收天线元件建立接收任何雷达回波信号的准备状态，其中根据至少一个控制方案来致动至少一个发射天线元件。

背景技术：

1、从de 10 2019 134 304 a1中已知一种雷达系统和一种用于操作雷达系统的方法。该雷达系统包括多个发射天线，借助于这些发射天线可以将雷达信号发射到雷达系统的监测区域；多个接收天线，借助于这些接收天线可以接收来自监测区域中反射的雷达信号的回波；以及至少一个天线电子单元，发射天线和接收天线经由天线供给线连接到该天线电子单元用于信号传输目的。可以使用波束形成方法和/或波束控制方法发射雷达信号。另外或作为替代，可以在具有增加范围的波束形成模式和具有增加角度分辨率的传统mimo模式之间切换。该雷达系统和方法可以用在车辆中，特别是机动车辆。

2、本发明的目的是设计在引言中提到类型的雷达系统、方法和车辆，其允许扩展使用雷达系统的可能性。

技术实现思路

1、根据本发明，在该方法的情况下，该目的是这样实现的，最迟在雷达系统的至少一个测量模式的至少一个雷达测量开始时，设置雷达系统的基本控制方案，所述控制方案是基于雷达系统的预期用途为车辆指定的，其中基本控制方案用于使至少一个发射天线装置的基本主波束轴线适应雷达系统的预期用途，并且从基本控制方案开始执行至少一个雷达测量。

2、作为替代或补充，在该方法的情况下，该目的可以根据本发明来实现，因为该方法适用于操作根据本发明的至少一个雷达系统。

3、根据本发明，基于车辆上雷达系统的预期用途来指定基本控制方案。预期用途意味着雷达系统在车辆上的安装位置和/或对准。基于预期用途来指定基本控制方案，使得对于雷达系统的至少一个测量模式，至少一个发射天线装置的基本主波束轴线相对于至少一个雷达系统参考区域对准。这样，同一个雷达系统可以适用于不同的预期用途，特别是车辆上不同的安装位置和/或不同的对准。为了适应，只需要改变基本控制方案。可以使用软件来执行自适应。因此，没有必要对硬件进行更改。从基本控制方案出发，执行至少一次雷达测量。在这种情况下，其他控制方案，特别是基于mimo方法和/或波束形成方法的控制方案，在某种意义上可以“适合”基本控制方案。

4、为雷达系统的至少一个测量模式调节基本控制方案。测量模式是雷达系统至少暂时工作的模式。特别地，这可以是距离测量模式，特别是短距离测量模式或长距离测量模式。

5、在波束形成方法中，发射天线元件由相干发射控制信号致动，这些发射控制信号相对于彼此具有定义的相移。使用各个发射天线元件发射的各个雷达信号被叠加以形成联合雷达信号。由于叠加，联合雷达信号的波束角以及因此视场与单个雷达信号的视场相比可以减小。因此，单个雷达信号的能量可以合并，并且联合雷达信号的范围可以增加。联合雷达信号的主波束轴线的方向也可以通过适当改变相移来改变。主波束轴线定义联合雷达信号的传播方向，从而定义视场。

6、在mimo方法(多输入多输出方法)中，各个发射天线元件的各个雷达信号被不同地编码，使得各个雷达信号的信号路径可以由各个发射天线元件彼此独立地评估。因此，与波束形成方法相比，可以实现更高的角度分辨率。这里不执行发射功率的额外聚焦，这导致比波束形成方法的情况更短的范围。

7、基本主波束轴线是至少一个发射天线装置的轴线，在雷达测量期间可以从该轴线进一步调节主波束轴线的方向。特别地，基本主波束轴线可被对准，使得在车辆的情况下，其指向行驶方向或与行驶方向相反。

8、雷达系统可以用在车辆中，尤其是机动车辆中。雷达系统可以有利地用于陆地车辆，特别是客车、卡车、公共汽车、摩托车等，飞机，特别是无人驾驶飞机，和/或船只。该雷达系统也可以用于能够自主或至少半自主操作的车辆中。

9、雷达系统可以有利地连接到车辆或机器的至少一个电子控制设备，特别是驾驶员辅助系统和/或底盘控制系统和/或驾驶员信息设备和/或停车辅助系统和/或手势识别系统等，或者可以是这种设备或系统的一部分。这样，车辆的至少一些功能可以自主或半自主地执行。

10、雷达系统可以用于检测静止或运动的物体，特别是车辆、人、动物、植物、障碍物、不平坦行驶表面，特别是坑洼或石头、道路边界、路标、自由空间，特别是停车位、降水等，和/或运动和/或姿态。

11、在该方法的一个有利配置中，至少一个发射天线装置的至少两个发射天线元件可以使用相应的发射控制信号来致动，以发射叠加以形成至少一个雷达信号的相应的相互相干的单独雷达信号，其中，在用于雷达系统的基本控制方案中，为至少两个发射天线元件指定相应的发射控制信号之间的基本相移，该基本相移也可以为零。两个相干的单独雷达信号之间的相移可以用于改变，尤其是枢转由单独雷达信号构成的叠加雷达信号的主波束轴线。基本主波束轴线可以通过基本相移来调节。

12、在该方法的另一有利配置中，可以借助于至少一个移相器来调节各个发射控制信号之间的相移，特别是基本相移，和/或可以调节与至少两个发射天线元件之间的距离成线性比例的相移。通过移相器可以很容易地调节相移。与至少两个发射天线元件之间的距离成线性比例的相移使得能够建设性地叠加单独雷达信号。

13、在该方法的另一有利配置中，至少一个基本控制方案可以使用表征预期用途的至少一个预期用途变量来调节，其中至少一个预期用途变量可以最迟在雷达系统安装在车辆上时在用于雷达系统的控制设备中、特别是雷达系统的控制设备中被指定，

14、和/或

15、在用于雷达系统的控制设备中，特别是在雷达系统的控制设备中，可以调节至少一个基本控制方案。以这种方式，控制设备可以使用软件进一步处理至少一个基本控制方案。

16、基本控制方案可以有利地存储在控制设备的存储介质中。以这种方式，控制设备可以容易地获得基本控制方案。

17、在该方法的另一有利配置中，

18、在雷达系统的远距离测量模式中，使用基本控制方案，可以使基本主波束轴线适应预期用途，

19、和/或

20、雷达系统可以交替地或在至少部分重叠时间在不同的距离测量模式下操作，特别是远距离测量模式和短距离测量模式，

21、和/或

22、发射天线元件中的至少一个可以在多个不同的距离测量模式中被致动以发射雷达信号和/或可以为至少一个天线装置的多个接收天线元件建立接收回波信号的准备状态。

23、在长距离测量模式中，特别有利的是指定基本主波束轴线的方向，因为在这种测量模式中，发射的雷达信号以较小的波束角聚焦，从而增大了距离。

24、雷达系统可以在不同的距离测量模式下操作，特别是长距离测量模式和短距离测量模式。

25、在短距离测量模式中，可以检测雷达系统附近的物体，特别是在高达100米的距离处，特别是高达约80米的距离处。与长距离测量模式相比，为此需要更短距离的雷达信号。因此，发射能量可以分布在适当大的波束角上。这样，在短距离测量模式中可以产生适当大小的视场。

26、在长距离测量模式中，可以在更大的距离上检测物体，特别是在高达200米或更远的区域中。为此，有必要组合雷达信号的能量，以便实现适当的范围。因此，在长距离测量模式下，光束角度以及视场比在短距离测量模式下更小。

27、不同的距离测量模式可以连续或部分同时实现。通过这种方式，既可以在相应宽视场中检测雷达系统附近的物体，也可以在相应较小视场中检测更大距离处的物体。因此，在长距离测量模式中，可以在早期阶段识别在行驶方向上位于车辆前方或在行驶方向上位于车辆后方的物体。

28、为了发射雷达信号，至少一些发射天线元件可以在多个不同距离测量模式下被致动。特别地，一些发射天线元件可以在长距离测量模式和短距离测量模式中使用。这样，可以减少所需发射天线元件的数量。

29、可以为至少一个接收天线装置的多个接收天线元件建立接收准备状态。使用多个接收天线元件可以改善对检测到的物体的方向的确定。

30、在该方法的另一有利配置中，

31、可以至少暂时使用基于波束形成方法的控制方案和/或至少暂时使用基于mimo方法的控制方案来操作雷达系统，

32、和/或

33、至少一个发射天线装置可以至少暂时在至少两个发射天线组中被致动，其中一个发射天线组内的发射天线组可被一起致动，并且发射天线组可被单独致动。

34、可以使用波束形成方法来调节，特别是改变发射的雷达信号的方向。mimo方法可以用于在接收器侧区分不同发射天线元件的雷达信号。

35、发射器天线组中的发射天线元件可以更容易地被致动，尤其是一起被致动。两个发射天线元件的联合致动可以用于叠加所发射的单独雷达信号，从而形成联合雷达信号。因此可以增加联合雷达信号的传输能量和范围。

36、发射天线组的单独致动使得可以对相应的雷达信号进行编码。雷达信号和发射天线组的信号路径因此可以在接收器侧被区分。以这种方式，可以改进对检测到的物体的方向的确定。

37、在该方法的另一有利配置中，

38、在每种情况下，可以指定至少一个相应的基本控制方案，用于将雷达系统用作前方雷达系统、拐角雷达系统、侧面雷达系统和/或后方雷达系统，

39、和/或

40、基本控制方案可以用于相对于至少一个车辆参考区域，特别是车辆纵向轴线，对准至少一个发射天线装置的基本主轴线，

41、和/或

42、基本控制方案可以用于相对于至少一个雷达系统参考区域，特别是天线平面，对准至少一个发射天线装置的基本主轴线。以这种方式，在每种情况下，可以根据相应的基本控制方案来调节基本主波束轴线，使得它指向车辆的行驶方向或者与车辆的行驶方向相反，而不考虑雷达系统作为前方雷达系统、拐角雷达系统、侧面雷达系统或者后方雷达系统的预期用途。因此，在取决于预期用途的雷达系统的基本设置中，可以检测在行驶方向上在车辆前方或后方的物体。

43、基本控制方案可以有利地用于相对于至少一个车辆参考区域，特别是车辆纵向轴线，对准基本主波束轴线。以这种方式，雷达系统总是可以根据预期用途进行调节，使得它可以对准感兴趣的监测区域，特别是在行驶方向上在车辆的前面或者在行驶方向上在车辆的后面，而不管它自己的取向和/或它在车辆上的安装位置。

44、作为替代或补充，基本控制方案可以用于相对于至少一个雷达系统参考区域对准基本主波束轴线。以这种方式，可以在安装到车辆上之前，特别是在雷达系统的制造期间，指定基本控制方案。

45、至少一个雷达系统参考范围可以是相对于雷达系统的几何形状、尤其是天线装置的假想轴线和/或平面。至少一个雷达系统参考范围可以有利地是天线平面，至少一些发射天线元件和/或接收天线元件的相应相位中心位于该天线平面中。

46、在本发明的另一有利配置中，在至少一个雷达测量中，可以确定至少一个方向变量，该方向变量表征至少一个物体的至少一个方向，该物体在至少一个维度上相对于雷达系统反射至少一个发射的雷达信号，和/或可以确定至少一个距离变量，该距离变量表征反射至少一个发射的雷达信号的至少一个物体相对于雷达系统的至少一个距离，和/或可以确定至少一个速度变量，该速度变量表征反射至少一个发射的雷达信号的至少一个物体相对于雷达系统的至少一个速度。以这种方式，可以确定物体相对于雷达系统，也就是说相对于车辆的方向和/或距离和/或速度形式的物体信息。以这种方式获得的物体信息可被传输到车辆的驾驶员辅助系统。驾驶员辅助系统可用于基于物体信息来控制车辆的驾驶功能。

47、在该方法的另一有利配置中，天线装置的多个发射天线元件可被致动以发射雷达信号，并且可以为内部装置的多个接收天线元件建立接收回波信号的准备状态，可以通过几何折叠天线装置的发射天线元件和接收天线元件的几何位置来确定相应的虚拟接收天线阵列。以这种方式，可以实现比真实天线装置具有更多虚拟接收天线元件的虚拟接收天线阵列。这样，可以提高雷达系统的性能。相应的虚拟接收天线阵列可以通过发射天线元件和接收天线元件的相应几何布置来调节。这样，特别地，可以提高方向确定过程中的角度分辨率。

48、此外，根据本发明，在雷达系统的情况下，该目的的实现在于，至少一个调节装置具有至少两个基本控制方案，用于在雷达系统的至少一个测量模式中对至少一个主波束轴线进行不同的调节，以及至少一个预期用途指定装置，用于基于雷达系统在雷达系统的至少一个测量模式中的预期用途来指定至少两个基本控制方案中的一个。

49、作为替代或补充，在雷达系统的情况下，该目的可以根据本发明实现，因为雷达系统具有用于执行根据本发明的方法的装置。

50、根据本发明，雷达系统具有至少一个调节装置，该调节装置可用于基于雷达系统的预期用途来调节至少两个基本控制方案。以这种方式，同一雷达系统可以针对至少两个预期用途进行调节，这两个预期用途需要对至少一个主波束轴线进行不同的调节。至少一个预期用途指定装置可以用于指定与期望的预期用途相匹配的相应的基本控制方案。

51、在另一有利实施例中，至少一个调节装置和/或至少两个基本控制方案和/或至少一个预期用途指定装置可以至少部分地使用软件实现，特别是在控制和检测设备中。以这种方式，同一个雷达系统可以适用于不同的预期用途，而无需改变硬件，特别是用于车辆上不同的安装位置和/或不同的对准。

52、在另一有利实施例中，至少一个调节装置可以具有用于将雷达系统用作前方雷达系统的基本控制方案和/或用于将雷达系统用作拐角雷达系统的至少一个基本控制方案和/或用于将雷达系统用作侧面雷达系统的至少一个基本控制方案和/或用于将雷达系统用作后方雷达系统的基本控制方案。这样，雷达系统可以容易地适应相应的预期用途。

53、因此，不管雷达系统在车辆上的安装位置和对准如何，基本主波束轴线可以有利地平行于车辆纵向轴线对准。因此，特别是在长距离测量模式中，可以使用雷达系统来监测在行驶方向上在车辆前方和在行驶方向上车辆后方的监测区域。

54、在一个有利实施例中，至少一个发射天线装置可以具有至少两个发射天线元件，其中至少两个发射天线元件可以被单独致动以发射雷达信号，和/或其中至少两个发射天线元件可以被一起致动以发射雷达信号。

55、通过分别致动至少两个发射天线元件，可以根据mimo方法操作雷达系统。

56、作为替代或补充，至少两个发射天线元件可被一起致动。以这种方式，由发射天线元件发射的各个单独的雷达信号可被叠加以形成联合雷达信号。叠加可以增加发射能量，从而增加雷达信号的范围。此外，可以通过改变单独雷达信号的相移来改变主波束方向。

57、在另一有利实施例中，至少一个发射天线装置可以具有至少两个发射天线元件，其中发射天线元件中的至少两个布置在发射天线组中，其中同一发射天线组的相邻发射天线元件的相位中心之间的距离近似对应于所发射的雷达信号的波长的一半，并且同一发射天线组的发射天线元件可被一起或单独致动，以便发射雷达信号。通过将发射天线元件布置在发射天线组中，可以简化发射天线元件的致动。

58、相同发射天线组的发射天线元件的相位中心之间的距离是雷达信号波长的一半，这使得可以实现波束形成方法。在波束形成方法中，同一发射天线组的发射天线元件可被一起致动。

59、单独致动发射天线元件使得可以实现mimo方法。

60、在另一有利实施例中，至少三个发射天线元件可以布置在至少两个发射天线组中，其中相邻发射天线组的相位中心之间的距离大于发射的雷达信号的波长的一半，和/或其中相邻发射天线组的相位中心之间的距离是发射的雷达信号的波长的一半的整数倍。以这种方式，可以使用波束形成方法和使用mimo方法来操作雷达系统。此外，雷达系统也可以使用波束形成方法和mimo方法的组合来操作。

61、在另一有利实施例中，至少一个发射天线装置可以实现为相控阵列和/或雷达系统可以具有至少一个移相器，用于实现相干发射控制信号之间的相移，以致动发射天线元件。在相控阵列中，可以使用相干发射控制信号一起致动发射天线元件。在这种情况下，可以在发射天线元件的发射控制信号之间实现相移。移相器可以容易地用于实现发射天线元件的发射控制信号之间的相移。

62、在另一有利实施例中，至少一个预期用途指定装置可以具有至少一个预期用途变量，特别是表征相移的变量。至少一个预期用途变量可用于调节相应的基本控制方案，该基本控制方案可用于致动相应的发射天线元件。

63、至少一个预期用途变量可以有利地存储在相应的存储装置中，特别是控制和检测设备的存储装置中。以这种方式，可以容易且快速地访问相应的至少一个预期用途变量。

64、在另一有利实施例中，雷达系统可以具有至少一个调节装置，该调节装置具有至少两个距离控制方案，用于实现不同的距离测量模式，特别是用于实现长距离测量模式和/或短距离测量模式。以这种方式，具有至少一个调节装置的雷达系统可以通过从作为预期用途的一部分的基本控制方案开始的距离控制方案被设置到相应的距离测量模式。距离控制方案在某种意义上适合于相应的基本控制方案。至少两种距离控制方案允许雷达系统在至少两种距离测量模式下操作，特别是在长距离测量模式和短距离测量模式下。

65、在另一有利实施例中，雷达系统可以具有用于使用mimo方法、波束形成方法和/或组合的mimo-波束形成方法来操作雷达系统的至少一个装置。以这种方式，可以使用适当的方法操作雷达系统，特别是基于车辆的操作情况，特别是基于车辆的驾驶情况。

66、mimo方法、波束形成方法和组合的mimo-波束形成方法可以根据相应的控制方案通过发射天线元件的相应致动(特别是组致动)来实现。

67、使用mimo方法、波束形成方法和组合mimo-波束形成方法来操作雷达系统的至少一个装置可以使用软件来实现。这样，在改变方法时就不需要调整硬件。

68、在另一有利实施例中，至少一个接收天线装置可以具有至少三个接收天线元件，其各自的相位中心每个都布置在两个平行的假想接收天线轴线之一上，其中接收天线元件的至少一个相位中心布置在每个接收天线轴线上，

69、和/或

70、至少一个接收天线装置可以具有至少四个接收天线元件，其各自的相位中心每个都布置在三个平行的假想接收天线之一上，其中接收天线元件的至少一个相位中心布置在每个接收天线轴线上。以这种方式，可以在二维上，特别是在方位角和仰角上，确定所检测的物体相对于雷达系统所处的方向。接收天线元件在三个平行轴线上的布置实现了在垂直于接收天线轴线的方向上的真实分辨率和使用雷达系统检测的两个物体的分离能力。

71、在另一有利实施例中，

72、相邻假想接收天线轴线之间的距离可以近似对应于使用发射天线元件发射的雷达信号的波长的一半，

73、和/或

74、不同接收天线轴线上的两个相邻接收天线元件的相应相位中心之间的在接收天线轴线方向上的距离可以近似对应于使用发射天线元件发射的雷达信号的波长的一半，

75、和/或

76、不同接收天线轴线上的两个相邻接收天线元件的相应相位中心之间的在接收天线轴线方向上的距离可以近似对应于使用发射天线元件发射的雷达信号的波长

77、和/或

78、同一接收天线轴线上的两个相邻接收天线元件的相位中心之间的距离可以对应于使用发射天线元件发射的雷达信号的波长的一半的整数倍，特别是波长的一半的两倍或三倍。这样，雷达系统可以根据mimo方法、根据波束形成方法以及波束形成方法和mimo方法的组合来操作。通过接收天线元件的几何位置和发射天线元件的几何位置的相应指定，可以通过几何折叠产生虚拟接收天线阵列。虚拟接收天线阵列可以具有比物理存在的接收天线元件更多的虚拟接收天线元件。这样，可以提高雷达系统的性能。

79、在另一有利实施例中，

80、至少两个接收天线元件的相位中心可以位于第一接收天线轴线上，并且通过至少一个接收天线元件的相位中心的第一接收天线轴线的垂线可以位于具有第一接收天线轴线上的至少两个接收天线元件的区域之外的相邻第二接收天线轴线上，

81、和/或

82、至少两个接收天线元件的相位中心可以位于第一接收天线轴线上，并且通过至少一个接收天线元件的相位中心的第一接收天线轴线的垂线可以位于具有第一接收天线轴线上的至少两个接收天线元件的区域之外的相邻第二接收天线轴线上，并且通过相位中心的第一接收天线轴线的垂线可以位于具有第一接收天线轴线上的接收天线元件的区域之外的第三接收天线轴线上，所述第三接收天线轴线与第一接收天线轴线和第二接收天线轴线相对布置，

83、和/或

84、至少两个接收天线元件的相位中心可以位于第一接收天线轴线上，至少一个接收天线元件的相位中心可以位于第二接收天线轴线上，并且至少一个接收天线元件的相位中心可以位于第三接收天线轴线上，其中第一接收天线轴线，第二接收天线轴线和第三接收天线轴线平行延伸，并且其中第二接收天线轴线上的至少一个接收天线元件和第三接收天线轴线上的至少一个接收天线元件可以位于第一接收天线轴线上的至少两个接收天线元件的对角相对侧。以这种方式，可以进一步提高波束形成方法、mimo方法以及波束形成方法和mimo方法的组合中的雷达系统的性能。

85、根据本发明，在车辆的情况下，该目的也可以实现，因为车辆具有至少一个根据本发明的雷达系统和/或车辆具有至少一个具有用于执行根据本发明的方法的装置的雷达系统。

86、根据本发明，车辆具有至少一个可以用于监测物体的监测区域、特别是车辆外部的监测区域的雷达系统。

87、有利地，车辆可具有至少一个驾驶员辅助系统。驾驶员辅助系统可用于自主或半自主地操作车辆。

88、至少一个雷达系统可以有利地与至少一个驾驶员辅助系统功能连接。以这种方式，关于监测区域的信息，特别是使用至少一个雷达系统确定的物体信息，可以被至少一个驾驶员辅助系统使用以用于控制车辆的自主或半自动操作。

89、此外，结合根据本发明的方法、根据本发明的雷达系统和根据本发明的车辆及其相应的有利实施例指出的特征和优点以相互对应的方式应用于此，反之亦然。各个特征和优点当然可以相互结合，其中可以产生超过单独效果总和的进一步的有利效果。