用于汽车应用的雷达系统的制作方法

本发明总体上涉及一种用于汽车应用的雷达系统，其能够检测和定位对象并且监视街道状况。

背景技术：

1、现代的汽车通常包括电磁传感器，所述电磁传感器例如是高级驾驶员辅助系统(adas)的一部分，所述高级驾驶员辅助系统例如是自适应巡航控制、变道辅助、交叉路口辅助。这种电磁传感器的例子是雷达(无线电探测和测距)传感器，其用于探测和定位诸如汽车、行人、障碍物等的对象。雷达传感器发射电磁信号，通常作为定向波束，具有诸如77ghz的特定频率。信号被对象反射，反射信号(有时称为“回波”)被雷达传感器接收和检测，并被进一步处理以引起相应的动作。

2、特别是在自主驾驶的情况下，关于自主驾驶车辆的周围环境的详细信息是非常重要的，例如车辆正行驶在的街道的状况。这包括街道的表面材料(例如沥青、混凝土、沙子等)和可能的降水(例如雨、雪、冰等)。专用雷达系统可用于这种街道状况监视(scm)应用。例如，同一申请人的欧洲专利申请no.21197464.7公开了一种用于确定例如车辆环境中的道路状况的方法和雷达系统。该方法需要专用的雷达系统，该雷达系统可以安装在车辆处并且包括雷达发射器单元和雷达接收单元，该雷达发射器单元和雷达接收单元被配置为分别发射和接收具有至少两种不同极化的雷达波。

3、本发明的目的是提供一种用于汽车应用的雷达系统，其能够检测和定位对象并且同时允许街道状况监视。

技术实现思路

1、所提出的雷达系统被配置成安装在车辆处并且包括至少一个主发射天线，所述至少一个主发射天线被配置成基本上平行于该车辆所驻留或行驶的道路发射主雷达波；至少一个主接收天线，所述至少一个主接收天线被配置成接收主雷达波从道路上的对象的反射；第一街道状况监视scm发射天线，所述第一scm发射天线被配置成用于以第一极化发射基本上指向所述道路的多个第一极化雷达波；第二scm发射天线，所述第二scm发射天线被配置成以不同于所述第一极化的第二极化发射基本上指向所述道路的第二极化雷达波；以及第一scm接收天线，所述第一scm接收天线被配置为以第一极化接收极化雷达波从所述道路的反射；以及第二scm接收天线，所述第二scm接收天线被配置为以所述第二极化接收所述极化雷达波从所述道路的反射。

2、主天线被用于对象检测和定位，并且基本上平行于道路进行辐射和接收。在本发明的上下文中，基本上平行意味着天线的增益方向图的主瓣的纵轴或多或少地平行于街道(假设平坦的道路)，例如在±5°内。scm天线被用于街道状况监视，并且基本上指向道路，这意味着它们的增益方向图的主瓣的纵轴是倾斜的并且指向道路。scm天线是极化天线(polarimetric antenna)，这意味着这些天线被配置成以特定极化进行发射和接收。这种极化的例子包括水平和垂直线性极化以及左旋和右旋圆极化。scm天线包括至少一对具有第一极化的发射和接收天线以及另一对具有不同于第一极化的第二极化的发射和接收天线。这允许通过测量共极化和交叉极化反向散射系数来监视街道状况，即确定街道表面和降水，如欧洲专利申请no.21197464.7中所述的。

3、因此，本发明提供一种用于汽车应用的集成雷达系统，该集成雷达系统同时能够进行目标检测和定位以及街道状况监视。这满足了需要关于车辆周围环境的可靠和详细信息的自主驾驶应用的要求。重要的是，通过仅提供单个雷达系统，简化了到车辆中的集成并且显着地降低了成本，因为附加的雷达系统将需要附加的空间、到车辆的控制系统的单独接口以及在原始设备制造商(oem)处的附加的线路末端测试。

4、至少一个主发射天线和第一scm发射天线可以是同一发射天线，和/或至少一个主接收天线和第一scm接收天线可以是同一接收天线。这样，可以减少天线的数量和传感器系统的整体形状因数。组合(主天线和scm)天线可以被配置为通过切换天线的调制方案在对象检测和位置与街道状况监视之间进行选择。在一个示例中，组合天线可以被配置为使得其增益方向图的主瓣的方向是频率相关的。因此，根据组合天线被操作的频率，组合天线可以在基本上平行于道路的方向上或在基本上朝向道路的方向上被操纵。

5、scm发射和接收天线的波束图的主瓣可以相对于主发射和接收天线的波束图的主瓣倾斜。如上所述，这允许scm天线通过将极化雷达波束发射到街道上并通过在至少两个不同极化上测量其反向散射系数来执行街道状况监视。同时，主天线能够检测和定位高于道路平面的任何对象，例如行人、车辆或道路边界。

6、当雷达系统被安装在车辆上时，scm天线可以被配置成覆盖-75°至0°的高度角，优选地覆盖-40°至-5°的高度角，更优选地覆盖-12°至-8°的高度角并且最优选为-10°的高度角。-90°至0°之间的角度允许scm天线测量道路状况，而主天线执行对象检测和定位。当安装在离地面0.5m的典型高度时，-12°至-8°，特别是约-10°的角度有利地在距雷达系统约3m的距离照射道路。该距离足够接近车辆以便提供关于道路的紧邻周围路段的信息。另一方面，它导致相对于道路的足够尖的入射角。

7、scm接收天线可以具有比至少一个主接收天线高的动态距离。高动态距离允许检测所有种类的街道状况。由于从街道反向散射的雷达波的幅度与从如汽车的对象反射的雷达波相比由于平入射角而相当低，因此scm天线的高动态距离允许即使在这种情况下也能对街道状况进行可靠的分类。通常，使用具有高动态距离的天线允许以合理的信噪比来检测弱信号。

8、scm天线可以包括缝隙衬底集成波导(siw)阵列或缝隙空气波导(awg)阵列。与损耗更大的贴片阵列相比，衬底集成波导siw或空气波导awg中的缝隙天线具有更高的极化纯度，即，共极化雷达波与交叉极化雷达波之间的高隔离。由于共极化和交叉极化反向散射系数的确定对于街道状况监视是很重要的，因此scm发射和接收天线的高极化纯度对于道路状况的可靠分类是重要的。

9、scm天线可以包括至少22.4db，优选地至少27.3db，更优选地至少32.3db并且最优选地至少37.3db的单向共极化与交叉极化隔离。本文中的单向隔离被理解为单个发射或接收天线的隔离。高的共极化与交叉极化隔离对于可靠地分类街道状况是重要的，因为它依赖于共极化和交叉极化反向散射系数的精确确定。因此，由于极化杂质，天线对这些系数的贡献应该尽可能低。

10、scm天线的增益方向图可以具有至多45°，优选地至多35°，更优选地至多25°并且最优选地至多14.5°的半功率波束宽度。半功率波束宽度也被称为天线增益下降到3db以下的角度。波束宽度被以这种方式设计成仅照射汽车前方的街道，而不接收来自人行道或街道以外的其它目标的任何能量。例如，在最优选的14.5°的波束宽度、地面上方0.5m的天线高度以及-10°的高度角，天线将覆盖具有大约77cm的直径的区域，其中，该区域的正中央将在距天线约3m的距离处。

11、雷达系统还可以包括处理设备，其中，主天线和scm天线通信地联接到处理设备。处理设备可以包括多个发射输出和多个接收输入。发射天线可以通信地联接到发射输出，并且接收天线可以通信地联接到接收输入。处理设备允许驱动发射天线和从接收天线接收。使用某些调制方案，可以使主天线以不同的方位角进行扫描，以便检测和定位道路水平面上方的对象。同时或间歇地，可以操作scm天线以便执行街道状况监视测量。因此，处理设备允许操作天线以便获得关于车辆周围环境的最准确和有用的信息。

12、scm天线可以经由频率选择元件通信地联接到处理设备。因此，scm发射天线和主发射天线可以联接到处理设备的同一发射输出。同样，scm接收天线和主接收天线可以联接到处理设备的同一接收输出。处理设备可以根据例如使用不同频率的调制方案来操作scm天线或主天线。然后，频率选择元件根据雷达信号的频率使雷达信号转向到目标天线或从目标天线转向。这样，可以将例如处理设备的所有信道(即输入和输出)用于主天线，并且可以将所述信道中的一些信道另外用于scm天线。因此，主天线和scm天线可以共享处理设备的一些信道，这降低了成本并且还允许将scm天线集成到现有设计中。此外，由于不需要牺牲scm天线的信道，所以保持了用于对象检测和定位的系统的性能。

13、主天线可以被配置为工作在第一中心频率，并且scm天线可以被配置为工作在不同于第一中心频率的第二中心频率。这样，主天线可以由处理设备以第一频率操作，并且由于频率选择元件，scm天线与该操作隔离。通过使用第二频率的要求，可以激活scm天线。在这种情况下，由于频率选择元件，主天线与scm天线的操作隔离。

14、频率选择元件可以是高通滤波器，实质上将第一频率与第二频率分开。因此，两种天线类型可以有效地彼此隔离。为了最佳分离，可以有利地在第一频率与第二频率之间选择截止频率。

15、频率选择元件可以是阶梯阻抗滤波器、连接到滤波器的频率选择功率分配器、双谐振滤波器或双工器。这些类型的频率选择元件允许主天线和scm天线的良好分离，并且可以以合理的成本和复杂性来实现。

16、scm天线可以经由波导通信地联接到频率选择元件。波导允许以低损耗将天线联接到处理设备。此外，频率选择元件可以作为通向scm天线的分支集成在波导中。

17、处理设备可以包括至少一个单片微波集成电路mmic。在优选实施方式中，处理设备包括两个mmic。mmic允许操作天线并执行诸如混合、放大和调制的功能。它们相当小并且可以以低成本生产。利用这里描述的频率选择元件，主天线和scm天线可以分别共享mmic的单个输入或输出。这允许重新使用现有设计并以合理的成本和努力增加scm天线。