雷达系统和用于运行雷达系统的方法与流程

本发明涉及雷达系统和用于运行雷达系统的方法。此外，本发明涉及这样的雷达系统的中央单元、雷达发送单元和雷达接收单元。

背景技术：

在机动车中的被动安全系统（passivesicherheitssysteme）的范围内，以及针对在4和5级中的自主行驶，不仅为了保护乘客而且也为了保护其他交通参与者，交通参与者可区分性是有特殊意义的。为此，需要安全的环境检测（umfelderfassung）。为了保障（garantieren）这点，必须以尽可能高的分辨率来在所有三个空间维度中检测该机动车的环境。现代的相机系统和lidar系统能够保证该环境检测，然而在其质量方面受影响或者在差的能见度情况下、例如在雾、雪或黑暗情况下完全失灵。相反，雷达传感器不受到所述限制，然而必须为了高分辨率的三维成像而在具有多个传感器的阵列中布置。

此外，在这样的阵列中的各个传感器必须关于其发送和接收时间被同步。这样的同步在技术上是极其高要求的。因此有利的是，各个雷达传感器是尽可能地小、简单、灵活、容错、鲁棒性和廉价的。为此目的应该在该雷达传感器自身上安置（verbauen）尽可能少的电子装置，并且数字的数据处理应该中央地在中央控制单元之内发生。

然而，在这种目标设定中有问题的是，各个雷达传感器的发送和接收信号的传输。因此，待传输的（zuübertragene）信号的频率在所选的78ghz的雷达载波频率情况下例如为约19.5ghz。这样的信号的电传输于是可能引起多个db的衰减（dämpfung）。

技术实现要素：

本发明基于如下技术问题：创建一种雷达系统和用于运行雷达系统的方法，在所述雷达系统和用于运行雷达系统的方法的情况下，信号传输被改善。

根据本发明，通过具有专利权利要求1的特征的雷达系统和具有专利权利要求10的特征的方法来解决该技术任务。本发明的有利的构型从从属权利要求中得出。

尤其是，创建一种雷达系统，其包括至少一个雷达发送单元、至少一个雷达接收单元、中央单元和至少一个玻璃纤维，其中所述至少一个雷达发送单元和所述至少一个雷达接收单元至少逐段地经由所述至少一个玻璃纤维来与所述中央单元连接，其中所述中央单元包括中央光学发送单元，所述中央光学发送单元这样构造，用于提供光学雷达驱动信号并且将所述光学雷达驱动信号输入耦合到所述至少一个玻璃纤维中，并且其中所述至少一个雷达发送单元包括光学接收单元和雷达发送器，其中所述光学接收单元这样构造，用于经由所述至少一个玻璃纤维来接收所述光学雷达驱动信号并且将所述光学雷达驱动信号变换成电雷达驱动信号并且将所述电雷达驱动信号提供用于驱动所述雷达发送器，其中所述至少一个雷达接收单元包括雷达接收器、混频器和光学调制单元，其中所述混频器这样构造，用于将由所述雷达接收器所接收的雷达回声信号与所述电雷达驱动信号混频，并且其中所述调制单元这样构造，用于将经混频的信号调制到光学雷达驱动信号上（aufmodulieren…auf）并且输入耦合到所述至少一个玻璃纤维中，并且其中所述中央单元此外包括中央光学接收单元和评估单元，其中所述评估单元这样构造，用于评估由所述中央光学接收单元所接收的经调制的信号并且输出由此所推导出的雷达信息。

此外提供一种用于驱动雷达系统的方法，所述方法包括以下步骤：借助中央单元的中央光学发送单元来产生和提供光学雷达驱动信号；借助至少一个玻璃纤维来将所述光学雷达驱动信号传送给至少一个雷达发送单元；接收所述光学雷达驱动信号；和借助所述至少一个雷达发送单元的光学接收单元来将所述光学雷达驱动信号变换成电雷达驱动信号；利用所述电雷达驱动信号来驱动所述雷达发送单元的雷达发送器；借助雷达接收单元的雷达接收器来接收雷达回声信号；在所述雷达接收单元的混频器中将所接收的雷达回声信号与所述电雷达驱动信号混频；借助所述雷达接收单元的调制单元来将经混频的信号调制到光学雷达驱动信号上；经由所述至少一个玻璃纤维来将经调制的信号传送给所述中央单元；借助所述中央单元的中央光学接收单元来接收经调制的信号；借助所述中央单元的评估单元来评估所接收的经调制的信号；将由此所推导出的雷达信息输出。

此外创建一种用于在前面提及的雷达系统中使用的中央单元，其中所述中央单元包括中央光学发送单元，所述中央光学发送单元这样构造，用于提供光学雷达驱动信号并且将其输入耦合到至少一个玻璃纤维中，和其中所述中央单元此外包括中央光学接收单元和评估单元，其中所述评估单元这样构造，用于评估由所述中央光学接收单元所接收的经调制的信号并且输出由此所推导出的雷达信息。

此外，创建一种用于在前面提及的雷达系统中使用的雷达发送单元，所述雷达发送单元包括光学接收单元和雷达发送器，其中所述光学接收单元这样构造，用于经由玻璃纤维来接收光学雷达驱动信号并且将所述光学雷达驱动信号变换成电雷达驱动信号并且将所述电雷达驱动信号提供用于驱动所述雷达发送器。

最后，创建一种用于在前面提及的雷达系统中使用的雷达接收单元，所述雷达接收单元包括：雷达接收器、混频器和调制单元，其中所述混频器这样构造，用于将由所述雷达接收器所接收的雷达回声信号与电雷达驱动信号混频，并且其中所述调制单元这样构造，用于将经混频的信号调制到所接收的光学雷达驱动信号上并且输入耦合到玻璃纤维中。

本发明的基本思想是：在中央单元和雷达发送单元或雷达接收单元之间光学地实现信号传输。为此，在所述中央单元中光学地产生雷达驱动信号并且经由至少一个玻璃纤维来传输给至少一个雷达接收单元和/或至少一个雷达发送单元。在所述雷达发送单元中，所述光学雷达驱动信号然后被变换成电雷达驱动信号并且被使用用于驱动雷达发送器。由雷达接收器所接收的雷达回声信号在雷达接收单元的混频器中被与电雷达驱动信号混频。所述经混频的信号接下来借助调制单元来被调制到光学驱动信号上，输入耦合到玻璃纤维中并且传送回到所述中央单元。经调制的光学信号在所述中央单元中被接收并且借助评估单元来被评估。随后，该结果作为雷达信息来被提供。

本发明的优点是：进行用于产生和接收雷达回声信号的光学的和电气的构件的协整（kointegration）。雷达驱动信号的产生光学地并且中央地在中央单元中进行，到雷达发送单元或到雷达接收单元的传输同样光学地进行。在此情况下，与电传输相比在经由玻璃纤维进行的传输中可以利用信号的小出多个量级的衰减。更小的衰减实现：给大数目的雷达发送单元和雷达接收单元共同地供给雷达驱动信号。此外，玻璃纤维具有比相应的电线路明显更小的重量并且相对外部干扰、诸如电磁场较不敏感。

中央地光学地产生雷达驱动信号的另一优点是：可以以紧凑的结构方式以小尺寸来制造并且提供雷达发送单元和雷达接收单元。由此节省结构空间和成本。

雷达系统的复杂性在根据本发明的解决方案中在于中央单元而不再是在于各个雷达发送单元或各个雷达接收单元。由此，各个雷达发送单元和雷达接收单元能够简单地并且廉价地制造并且在故障情况下简单地并且快速地替换。

在一种实施方式中规定：将光学雷达驱动信号调制到具有1300nm或1550nm的波长的光学载波信号上。这具有如下优点：能够利用标准玻璃纤维的电信波长（telekomwellenlänge）。标准玻璃纤维在这种波长范围内具有特别小的分散（dispersion）或特别小的衰减。

在另一实施方式中规定：中央光学发送单元提供具有如下频率的光学雷达驱动信号，所述频率与用于运行雷达发送器所需的载波频率的分数（bruchteil）相应，其中至少一个雷达发送单元包括倍增器单元（vervielfachereinheit），该倍增器单元这样构造，用于使光学雷达驱动信号从所述频率倍增到所需的载波频率并且提供该光学雷达驱动信号。这具有如下优点：无需以所需的全载波频率来提供光学雷达驱动信号。例如，可以规定：选择1/8的分数。在77ghz的所需的载波频率情况下，该光学载波信号于是仅必须具有在19.25ghz的范围内的频率。在该雷达发送单元中，光学雷达载波信号于是借助倍增器单元电气地倍增并且由此使其达到（bringenauf）所需的载波频率。在此情况下，另一优点是：通过中央地提供雷达驱动信号，各个雷达发送单元或各个雷达接收单元需要远远更小的能量，使得由此可以缓和与出现的余热排散有关的问题。

在扩展的实施方式中规定：所述至少一个雷达发送单元的光学接收单元包括光电二极管（photodiode），其中该倍增器单元此外这样构造，用于使得由光电二极管所提供的电信号在频率方面倍增并且由此产生和提供具有所需的载波频率的电雷达驱动信号。

在一种实施方式中规定，光学雷达驱动信号由雷达载波信号和雷达斜坡信号组成。该雷达斜坡信号导致：雷达载波信号的频率在确定的频率范围内变化（频率调制的雷达（frequenzmoduliertesradar），fmcw；向发明人提出的问题：是真的吗（frageanerfinder:stimmtdasso））。如果仅以所需的载波频率的分数来提供光学雷达驱动信号，则所述雷达载波信号和所述雷达斜坡信号相应地也仅以与所述分数相应的频率来被提供。那么，倍增相应地在雷达发送单元或雷达接收单元中进行。

在另一种实施方式中规定：中央光学发送单元为了提供光学雷达驱动信号而包括激光二极管和调制器。这具有如下优点：激光二极管自身并不需要被调制，而是必须仅在cw运行中提供光学载波信号。调制器然后将所提供的载波信号调制，以便提供光学雷达驱动信号。光学雷达驱动信号的提供因此与激光二极管的动态特性无关。因为激光二极管自身并不需要被调制，其可以低成本地来制造。

在一种实施方式中规定：调制器的偏压（vorspannung）这样来选择，使得发生以经抑制的光学载波信号进行的双边带调制。这具有如下优点：所提供的光学雷达驱动信号与雷达发送单元的光电二极管一起互相作用已经可以在至少一个玻璃纤维的另一末端处被利用用于使信号加倍（verdopplung）。因为光电二极管仅对光波的强度作出反应并且同时具有相对小的带宽，所以所述光电二极管的输出电流与被射入到所述光电二极管上的这两个光波在这两个边带中的差分频率成比例。光电二极管因此已经提供具有加倍的频率的经叠加的电信号。接着，这种电信号于是必须相应较不频繁地（entsprechendwenigeroft）被倍增。

在一种实施方式中规定:雷达系统包括至少一个其他雷达发送单元和/或至少一个其他雷达接收单元，其中所述至少一个其他雷达发送单元和/或所述至少一个其他雷达接收单元如所述至少一个雷达发送单元和所述至少一个雷达接收单元那样地至少逐段地经由相同的玻璃纤维来与中央单元连接。这具有的如下优点：一个玻璃纤维被用于多个雷达发送单元和/或多个雷达接收单元。通过共同利用的基础设施可以节省结构空间和成本。由此，可以以简单的方式来由各个雷达发送单元和雷达接收单元构造大的阵列。

在另一种实施方式中此外规定：玻璃纤维的带宽通过波分复用（wavelength-division-multiplex）（wdm）方法和/或时域复用（time-domain-multiplex）(tdm)方法来被划分。以这种方式，可以最佳地利用玻璃纤维的大带宽。为此尤其是由各个雷达接收器所接收的并且经混频的雷达回声信号在相应的雷达接收单元中在相应地为此所设置的频率信道中被调制到相应的载波信号上并且被输入耦合到玻璃纤维中（wdm），其中所述频率信道经所述玻璃纤维的带宽来分布（verteilenüber）。对此可替代地或附加地，各个所接收的和经混频的雷达回声信号可以分布到各个时间窗上并且经由该玻璃纤维来传输（tdm）。以这种方式可以经由共同的玻璃纤维来运行数以百计的雷达发送单元和/或雷达接收单元。这实现细长（schlanke）的和低成本的基础设施。

在另一实施方式中可以规定：中央单元、雷达发送单元和/或雷达接收单元也包括其他电气和/或光学的组件。因此，可以例如使用到跨阻抗放大器（transimpedanzverstärker）和其他放大器装置，用于放大电信号。电调制器也可以在信号处理中被使用。

所述雷达系统和所述方法可以尤其是在机动车中在周围检测时被使用。但是所述雷达系统、所述方法、所述中央单元、所述雷达发送单元和所述雷达接收单元可以原则上也被使用在如下全部领域，在所述领域使用到雷达系统。示例性地，在此应仅提及飞机雷达系统和船舶雷达系统。

所述雷达系统的所描述的优点同时也是所述方法的优点。

附图说明

接下来根据优选的实施例参考附图进一步阐述本发明。在此情况下，其中：

图1示出雷达系统的一种实施方式的示意图；

图2示出所述雷达系统的雷达发送单元的一种实施方式的示意图；

图3示出所述雷达系统的雷达接收单元的一种实施方式的示意图；

图4示出所述雷达系统的中央单元的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

在图1中示出雷达系统1的一种实施方式的示意图。为了图解，在此情况下借助虚线示出光学的连接。所述雷达系统1包括中央单元2、雷达发送单元3-1，3-2，3-3，…,3-n、雷达接收单元4-1，4-2，4-3，…，4-n和玻璃纤维5。

中央单元2经由玻璃纤维5来与雷达发送单元3-1，3-2，3-3，…,3-n和雷达接收单元4-1，4-2，4-3，…，4-n连接。应在此情况下注意，根据雷达系统1的构型而定，借助玻璃纤维5的所述连接至少逐段地被共同利用。当然，各个雷达发送单元3-1，3-2，3-3，…,3-n和雷达接收单元4-1，4-2，4-3，…，4-n可以随后经由非共同的各个波导分别与玻璃纤维5连接。

在中央单元2中产生光学雷达驱动信号6，其方式为，将其调制到具有特定的载波频率的光学载波信号上，其中所述光学雷达驱动信号由具有频率fcarrier的雷达载波信号和具有频率framp的雷达斜坡信号组成。然而，在此情况下，仅使用如下频率，所述频率相应于需要用于驱动各个雷达发送器的载波频率的分数n。所产生的光学雷达驱动信号6被输入耦合到该玻璃纤维5中。

光学雷达驱动信号6被分布在各个雷达发送单元3-1，3-2，3-3，…,3-n上并且由其分别变换成电雷达驱动信号。其然后用于驱动在雷达发送单元3-1，3-2，3-3，…,3-n中的相应的雷达发送器。附加地，该光学雷达驱动信号6也被分布在各个雷达接收单元4-1，4-2，4-3，…，4-n。

由各个雷达接收单元4-1，4-2，4-3，…，4-n接收的雷达回声信号作为模拟的原始数据被调制到光学雷达驱动信号6上并且作为经调制的信号7被传送给中央单元2，其方式为，该经调制的信号7被输入耦合到玻璃纤维5中。

中央单元2于是分别接收每个雷达接收单元4-1，4-2，4-3，…，4-n的经调制的信号7，对其评估并且提供由此所推导出的雷达信息8。

在图2中示出该雷达系统1的雷达发送单元3-1，3-2，3-3，…,3-n的一种实施方式的示意图。为了图解，借助虚线来示出光学的连接和单元，借助实线来示出电气的连接和单元。这些雷达发送单元3-1，3-2，3-3，…,3-n的构造示例性地在雷达发送单元3-n上示出，但是其他雷达发送单元3-1，3-2，3-3，…相同地构造。雷达发送单元3-n包括光学接收单元9以及放大器13和雷达发送器14，其中该光学接收单元包括光电二极管10、跨阻抗放大器11和倍增器单元12。

在所示出的实施方式中，已经通过双边带调制（zwei-seitenband-modulation）利用经抑制的光学载体由中央单元2（图1和图4）提供了光学雷达驱动信号6。所提供的光学雷达驱动信号6的频谱15作为插图（inset）同样地在图2中被示出。示例性地，在光学雷达驱动信号6的产生中已使用了1300nm或230thz的光学载体。所述光学载体在所示出的实施方式中被抑制。应仅仅看出两个边带17-1，17-2。在该示例中，雷达发送器14的雷达载波信号的所需的载波频率fcarrier处在77ghz和并且所选的分数处在1/n=1/8，使得得出9.625ghz的频率，其中该频率已被调制到在1300nm情况下的光学载波信号16上。与之相应地，这两个边带17-1，17-2处于以9.625ghz的间距围绕该光学载波信号16。如果针对雷达斜坡信号而选择2ghz的频率framp，则在边带17-1，17-2其中的每个中引起的总频率分别以2ghz/8=0.25ghz的程度来变化（variierenum）。

该光学雷达驱动信号6被引导到光电二极管10上。因为光电二极管仅对光波的强度作出反应并且同时与光学载体的频率相比具有较小的带宽，所以光电二极管10的输出电流20与被射入到该光电二级管上的这两个光波在相应的边带17-1，17-2中的差分频率成比例。由光电二极管作为输出电流20所提供的电信号因此关于其频率而言与在光学雷达驱动信号6中分别在边带17-1，17-2中所提供的分别为9.625ghz的频率相比被加倍为19.25ghz。这种输出电流20随后由跨阻抗放大器11来变换为成比例的电压信号，由倍增器单元12来使该电压信号在其频率方面成四倍（vervierfachen），从而以这种方式来产生具有77ghz的所需的载波频率的电雷达驱动信号21，其中该倍增器单元在所示实施方式中是电气的四倍频器。这种电雷达驱动信号21然后在放大器13中被放大并且然后被输送给雷达发送器14。

在图3中示出所述雷达系统1（图1）的雷达接收单元4-1的一种实施方式的示意图。为了图解，借助虚线来示出光学的连接和单元，借助实线来示出电气的连接和单元。所述雷达接收单元4-1包括光电二极管30、阻抗放大器31和电气的倍增器单元32、iq混频器33、雷达接收器34、处理单元35、调制单元38，其由驱动单元36控制并且由供给单元37供给偏压。

由中央单元2（图1）所提供的光学驱动信号6在雷达接收单元4-1的输入端处被分裂（aufspalten）成两个分支40-1，40-2。在上面的分支40-1中，光学载波信号6如在雷达发送单元3-1，3-2，3-3，…,3-n（图2）情况下那样被射入到光电二极管30上。由光电二极管30所提供的输出电流41在此也具有加倍的频率（参见对图2的描述）。输出电流41在跨阻抗放大器31中被变换成成比例的电压信号并且在倍增器单元32中成四倍并且作为电雷达驱动信号42来提供。在iq混频器33中，由雷达接收器34所接收并且提供的雷达回声信号43被与电雷达驱动信号42混频。经混频的信号接下来以i数据和q数据44-1，44-2的形式在处理单元35中被处理。所述处理单元35将i数据和q数据44-1，44-2例如调制到电载波频率上。在当前示例中，已针对这两种数据之一例如选择了500mhz的载波频率（参见在图3的右插图中的频谱50）。经混频并经处理的信号接下来借助驱动单元36通过调制单元38来调制到光学雷达驱动信号6上，其中所述调制单元例如可以被构造为马赫-曾德尔调制器（mach-zehnder-modulator），所述光学雷达驱动信号经由第二分支40-2被输送给调制单元38。经调制的信号7接下来被输入耦合到玻璃纤维5中并且被传送给中央单元2（图1）。在图3的左侧的插图示例性地示出频谱51，在该频谱中应看到被调制到光学雷达驱动信号6上的经调制的信号7。

在图4中示出雷达系统1（图1）的中央单元2的一种实施方式的示意图。为了提供光学雷达驱动信号6，该中央单元2包括中央光学发送单元60。该中央光学发送单元60包括激光二极管61、调制器62和可选地包括1：n开关63。激光二极管61提供具有预先给定的光学载波频率的cw信号。所述载波频率优选地遵循玻璃纤维5的电信窗口，其中所述电信窗口处在1300nm和1550nm。调制器62、例如马赫-曾德尔调制器将雷达驱动信号调制到激光二极管61的cw信号上，所述雷达驱动信号由雷达载波信号和雷达斜坡信号组成，其中该雷达驱动信号仅以所需的载波频率的分数1/n来被调制。在所示实施方式中，分数为1/8，使得在77ghz的所需的载波频率情况下调制9.625ghz的频率。在所示的实施方式中，已经这样选择了调制器62的偏压，使得发生以经抑制的光学载体进行的双边带调制。可选的1：n开关63负责于：可以在多个信道上为了各个雷达发送单元和雷达接收单元来提供光学雷达驱动信号6。

为了接收和评估各个雷达接收单元的所述一个经调制的信号7或所述多个经调制的信号7，中央单元2包括中央光学接收单元64和评估单元65。中央光学接收单元64针对所属的雷达接收单元的每个待评估的经调制的信号7分别包括光电二极管66、跨阻抗放大器67和iq混频器68。附加地，中央光学接收单元64还可以具有用于选择各个波长范围的滤波器单元等。经调制的信号7其中的每个分别由光电二极管66变换成输出电流，该输出电流在跨阻抗放大器67中被变换成成比例的电压信号并且接下来在iq混频器中被解调制。经解调制的信号被输送给评估单元65，该评估单元将其数字化、评估并且由此所推导出雷达信息8并输出。所述雷达信息8可以接下来被进一步处理，使得可以实现环境检测。

附图标记列表

1雷达系统

2中央单元

3-1雷达发送单元

3-2雷达发送单元

3-3雷达发送单元

3-n雷达发送单元

4-1雷达接收单元

4-2雷达接收单元

4-3雷达接收单元

4-n雷达接收单元

5玻璃纤维

6光学雷达驱动信号

7经调制的信号

8雷达信息

9光学接收单元

10光电二极管

11跨阻抗放大器

12倍增器单元

13放大器

14雷达发送器

15频谱

16光学载波信号

17-1边带

17-2边带

20输出电流

21电雷达驱动信号

30光电二极管

31跨阻抗放大器

32倍增器单元

33iq混频器

34雷达接收器

35处理单元

36驱动单元

37供给单元

38调制单元

40-1分支

40-2分支

41输出电流

42电雷达驱动信号

43雷达回声信号

44-1i数据

44-2q数据

50频谱

51频谱

60中央光学发送单元

61激光二极管

62调制器

631:n开关

64中央光学接收单元

65评估单元

66光电二极管

67跨阻抗放大器

68iq混频器。