Die Entwicklung von aktiven Sicherheitskonzepten zur Vermeidung von Verkehrsunfällen ist für zukünftige Fahrzeuggenerationen von großer Bedeutung. Eine Grundvoraussetzung ist dabei der Einsatz leistungsfähiger Sensorik zur Erfassung komplexer Umgebungs¬ und Verkehrsszenarien. 77 GHz-Radarsensoren werden dabei bereits heute in einem Großteil der verfügbaren Fahrerassistenzsysteme verwendet. Neben Vorteilen, wie der direkten Messung von Abstand und Geschwindigkeit bei kompakten Sensordimensionen und einer weitgehend witterungsunabhängigen Punktionsweise, trägt die Entwicklung einer kostengünstigen und für den Automobilbereich geeigneten SiGe-Transceivertechnologie in standardisierten Gehäuseformen zum stark ansteigenden Einsatz von Radarsensorik im Fahrzeug bei. Durch die anhaltende Verschiebung des Einsatzgebietes der Fahrerassistenzsysteme von komfortorientierten hin zu sicherheitsrelevanten Aufgaben, steigen auch die Ansprüche an die Leistungsfähigkeit des Radarsensors. Eine schnelle und genaue Objektdetektion zur sofortigen Objektklassifizierung wird dabei immer wichtiger. Eine wichtige zusätzliche Messgröße, die von zukünftigen Radarsensoren zu erfassen ist, ist die Elevationswinkelablage eines Objektes. Derzeitige Radarsensoren erfassen diese noch nicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein innovatives Strahlformungskonzept entwickelt, bei dem die Messung des Elevationswinkels ohne die Verwendung zusätzlicher Empfangskanäle ermöglicht wird. Die Kernidee beruht auf der Orthogonalisierung der zur Winkelschätzung verwendbaren Messgrößen PhasendifFerenz und Amplitudenverhältnis. Die Auswertung der Phasendifferenz soll dabei primär zur ElevationsWinkelschätzung verwendet werden, das Amplitudenverhältnis primär zur Azimutwinkelschätzung. Hierfür wurde ein Antennenkonzept bestehend aus einer dielektrischen Zylinderlinse und einer Speiseantennenstruktur in Mikrostreifenausführung entworfen, das diese Anforderungen erfüllt. Die Entwicklung des Konzeptes erfolgte zunächst mit zwei Empfangskanälen und wurde später auf vier Empfangskanäle erweitert. Die Bewertung und Optimierung des Strahlformungskonzeptes erfolgte unter Verwendung von Korrelationsalgorithmen. Durch Autokorrelation der Antennendiagramme können Aussagen über die zu erwartende Schätzgenauigkeit erfolgen und Mehrdeutigkeiten bei der Winkelschätzung identifiziert werden. Zur weiteren Analyse wurde das Antennenkonzept in einen Radarsystemdemonstrator implementiert und in einer Antennenmesskammer charakterisiert. Die prinzipielle Eignung des Verfahrens zur Winkelschätzung in Azimut und Elevation konnte dabei sowohl simulatorisch als auch messtechnisch erfolgreich verifiziert werden.
The development of active safety concepts to avoid traffic accidents will be tremendously important for future car generations. Therefore, a basic requirement is the application of powerful sensor technologies to detect the surrounding field in complex traffic scenarios. 77 GHz radar sensors have already been in use in a large part of today's driver assistance systems. Advantages like direct measurement of distance and velocity, compact sensor dimensions, an operating mode which is widely independent from weather conditions as well as the development of a cost-efficient transceiver-technology in a standardised package, which is suited for automotive applications, will lead to an increasing usage of these sensors. By shifting the application area of driver assistance systems from pure comfort oriented to more safety relevant tasks, demanding requirements regarding the sensor performance have to be fulfilled. A fast and exact detection for immediate object classification is becoming increasingly important. An additional quantity that has to be measured with future radar generations is the elevation angle of an object, which is not detected by current sensors. An innovative beamforming concept to measure the elevation angle without using additional receiving channels was developed in the framework of this thesis. The core idea is based on the orthogonalisation of the measured parameters phase difference and amplitude ratio. The evaluation of the phase difference should be primarily used to estimate the elevation angle and the amplitude ratio to detect the azimuth angle. An antenna concept consisting of a cylindrical dielectric lens and a microstrip feed antenna structure was designed to fulfil these requirements. The development of this concept is at first carried out with two receive channels and later on extended to a four channel configuration. The evaluation and optimisation of the beamforming concept was performed with correlation algorithms. Conclusions on the angular accuracy and identifications of possible ambiguities can be drawn by using autocorrelation algorithms. The radar concept was implemented into a system demonstrator for further evaluation and characterisation. The suitability of the angular measuring method in azimuth and elevation was thereby successfully verified with simulations as well as measurement results.
Entwicklung eines 77 GHz-Radarsensors mit Winkelmessfähigkeit in Elevation und Azimut
2012
106 Seiten, Bilder, Tabellen, 110 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Radarsensor , Verkehrsunfall , Abstandsmessung , Winkelmessung , Verkehr , Punktion , Gehäuseform , Klassifikation , Einsatzgebiet , Fahrerassistenzsystem , Geschwindigkeit , Radar , Messgröße , Sicherheitskonzept , Strahlformung , Antennenmessung , Phasendifferenz , Autokorrelation , Verfahrenseignung , Direktmessung , Messmethode , Korrelationsverfahren , Azimut
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