DE102014223990A1 - Method for detecting at least two targets with a radar sensor and radar sensor - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Erfassen von mindestens zwei Zielen mit einem Radarsensor, aufweisend Aussenden mindestens eines frequenzmodulierten Sendesignals, welches mindestens zwei Signalsequenzen aufweist, welche im Frequenzverlauf jeweils aufeinanderfolgende Rampen mit dazwischenliegenden Lücken aufweisen, wobei die mindestens zwei Signalsequenzen mit einem vorgegebenen zeitlichen Versatz derart ineinander verschachtelt werden, dass jeweils eine erste Rampe jeder der mindestens zwei Signalsequenzen ausgegeben wird, bevor eine zweite Rampe einer der mindestens zwei Signalsequenzen ausgegeben wird, Mischen des ausgesendeten frequenzmodulierten Sendesignals mit empfangenen Signalen zu Basisbandsignalen, und Durchführen einer Mehrzielgeschwindigkeitsschätzung anhand der Basisbandsignale basierend auf einer Mehrzieloptimierung. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung einen entsprechenden Radarsensor.The present invention discloses a method for detecting at least two targets with a radar sensor, comprising emitting at least one frequency-modulated transmit signal having at least two signal sequences each having successive ramps with gaps therebetween, the at least two signal sequences having a predetermined temporal offset are interleaved such that a first ramp of each of the at least two signal sequences is output before a second ramp of one of the at least two signal sequences is output, mixing the transmitted frequency modulated transmit signal with received signals to baseband signals, and performing a multi-target velocity estimate based on the baseband signals a multi-objective optimization. Further, the present invention discloses a corresponding radar sensor.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen von mindestens zwei Zielen mit einem Radarsensor und einen entsprechenden Radarsensor.The present invention relates to a method for detecting at least two targets with a radar sensor and a corresponding radar sensor.
Stand der TechnikState of the art
Auch, wenn die vorliegende Erfindung im Folgenden in Zusammenhang mit Radarsystemen für Fahrzeuge beschrieben wird, ist sie darauf nicht beschränkt und kann mit beliebigen Radarsystemen eingesetzt werden.Also, when the present invention is described below in the context of vehicle radar systems, it is not limited thereto and may be used with any radar systems.
In modernen Fahrzeugen wird eine Vielzahl elektronischer Systeme eingesetzt, die z.B. dazu dienen können einen Fahrer beim Führen des Fahrzeugs zu unterstützen. Beispielsweise können Bremsassistenten vorausfahrende Verkehrsteilnehmer erkennen und das Fahrzeug entsprechend abbremsen und beschleunigen, so dass immer ein vorgegebener Mindestabstand zu den vorausfahrenden Verkehrsteilnehmern eingehalten wird. Solche Bremsassistenten können auch eine Notbremsung einleiten, wenn sie erkennen, dass der Abstand zu dem vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer zu gering wird.Modern vehicles use a variety of electronic systems, e.g. Serve to assist a driver in driving the vehicle. Brake assistants, for example, can detect drivers driving ahead and brake and accelerate the vehicle accordingly, so that a predetermined minimum distance to the preceding road users is always maintained. Such brake assistants may also initiate emergency braking if they recognize that the distance to the preceding vehicle is too low.
Um solche Assistenzsysteme in einem Fahrzeug bereitstellen zu können, ist es notwendig, Daten über das Umfeld des jeweiligen Fahrzeugs zu erfassen. Im oben genannten Beispiel eines Bremsassistenten ist es z.B. nötig, die Position bzw. Relativgeschwindigkeit eines vorausfahrenden Verkehrsteilnehmers bzw. dessen Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Radarsensor bzw. dem Fahrzeug, in welchem der Radarsensor eingebaut ist, zu erfassen.In order to be able to provide such assistance systems in a vehicle, it is necessary to acquire data about the surroundings of the respective vehicle. In the above example of a brake assist, it is e.g. necessary to detect the position or relative speed of a preceding road user or its relative speed relative to the radar sensor or the vehicle in which the radar sensor is installed to capture.
Zur Erfassung des Fahrzeugumfeldes können dabei unterschiedliche Sensortypen eingesetzt werden. Beispielsweise können Radarsensoren, Ultraschallsensoren, Kameras oder dergleichen eingesetzt werden.To capture the vehicle environment different sensor types can be used. For example, radar sensors, ultrasonic sensors, cameras or the like can be used.
Als Radarsensoren werden in Fahrzeugen zur Erkennung des Fahrzeugumfeldes üblicherweise FMCW-Radarsensoren eingesetzt. Einen solchen Radarsensor zeigt z.B. die
Findet bei der Auswertung der FMCW-Signale eine Unterabtastung der Dopplerverschiebungsfrequenz statt, führt dies zu Mehrdeutigkeiten bei der Berechnung der Relativgeschwindigkeit. Durch die Nutzung mehrerer Spektren können über die auftretenden Phasendifferenzen solche Mehrdeutigkeiten für einen Einzielfall aufgelöst werden.If an undersampling of the Doppler shift frequency takes place during the evaluation of the FMCW signals, this leads to ambiguities in the calculation of the relative speed. By using several spectra, such ambiguities for a single case can be resolved via the occurring phase differences.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Radarsensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.The present invention discloses a method having the features of claim 1 and a radar sensor having the features of claim 12.
Demgemäß ist vorgesehen:Accordingly, it is provided:
Ein Verfahren zum Erfassen von mindestens zwei Zielen mit einem Radarsensor, aufweisend Aussenden mindestens eines frequenzmodulierten Sendesignals, welches mindestens zwei Signalsequenzen aufweist, welche im Frequenzverlauf jeweils aufeinanderfolgende Rampen mit dazwischenliegenden Lücken aufweisen, wobei die mindestens zwei Signalsequenzen mit einem vorgegebenen zeitlichen Versatz derart ineinander verschachtelt werden, dass jeweils eine erste Rampe jeder der mindestens zwei Signalsequenzen ausgegeben wird, bevor eine zweite Rampe einer der mindestens zwei Signalsequenzen ausgegeben wird, Mischen des ausgesendeten frequenzmodulierten Sendesignals mit empfangenen Signalen zu Basisbandsignalen, und Durchführen einer Mehrzielgeschwindigkeitsschätzung anhand der Basisbandsignale basierend auf einer Mehrzieloptimierung.A method for detecting at least two targets with a radar sensor, comprising emitting at least one frequency-modulated transmit signal having at least two signal sequences each having successive ramps with gaps in between in the frequency response, wherein the at least two signal sequences are interleaved with a predetermined time offset in such a way in that each a first ramp of each of the at least two signal sequences before outputting a second ramp of one of the at least two signal sequences, mixing the transmitted frequency modulated transmit signal with received signals to baseband signals, and performing a multi-target velocity estimate based on the baseband signals based on multi-target optimization.
Ferner ist vorgesehen:It is also provided:
Ein Radarsensor zur Erfassung von mindestens zwei Zielen mit mindestens einer Sende-/Empfangsantenne, mit einem Signalgenerator, welcher ausgebildet ist, mindestens ein frequenzmoduliertes Sendesignal über die mindestens eine Sende-/Empfangsantenne auszugeben, welches mindestens zwei Signalsequenzen aufweist, welche im Frequenzverlauf jeweils aufeinanderfolgende Rampen mit dazwischenliegenden Lücken aufweisen, wobei die mindestens zwei Signalsequenzen mit einem vorgegebenen zeitlichen Versatz derart ineinander verschachtelt sind, dass jeweils eine erste Rampe jeder der mindestens zwei Signalsequenzen ausgegeben wird, bevor eine zweite Rampe einer der mindestens zwei Signalsequenzen ausgegeben wird, und mit einer Auswerteeinrichtung, welche ausgebildet ist, eine Mehrzielgeschwindigkeitsschätzung nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.A radar sensor for detecting at least two targets with at least one transmitting / receiving antenna, with a signal generator, which is designed to output at least one frequency-modulated transmission signal via the at least one transmitting / receiving antenna, which has at least two signal sequences, each successive ramps in the frequency curve having gaps in between, wherein the at least two signal sequences are interleaved with each other at a predetermined time offset such that a first ramp of each of the at least two signal sequences is output before a second ramp of one of the at least two signal sequences is output, and with an evaluation device, which is designed to carry out a multi-target speed estimation according to one of the preceding claims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass es bei einer Unterabtastung der Dopplerverschiebungsfrequenz dazu kommen kann, dass zwei Ziele mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und unterschiedlichen Abständen denselben Bin belegen. Dies führt bei ungleich starken Signalanteilen der einzelnen Ziele zu einer Maskierung eines Ziels durch das andere Ziel. Bei in etwa gleich starken Signalanteilen der einzelnen Ziele erschwert dies die Geschwindigkeitsauflösung. Ferner wird eine Winkelschätzung für die einzelnen Objekte erschwert.The finding underlying the present invention is that if the Doppler shift frequency is underscanned, two targets at different speeds and different distances may occupy the same bin. This results in unequally strong signal components of the individual targets to a masking of a target by the other target. With approximately equally strong signal components of the individual targets, this makes the speed resolution more difficult. Furthermore, an angle estimation for the individual objects is made more difficult.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Möglichkeit vorzusehen, eine Überlagerung von zwei Zielen in einem Bin aufzulösen.The idea underlying the present invention is now to take this knowledge into account and provide a way to resolve a superposition of two targets in a bin.
Dazu sieht die vorliegende Erfindung vor, dass ein frequenzmoduliertes Sendesignal ausgesendet wird. Dabei weist das frequenzmodulierte Sendesignal mindestens zwei Signalsequenzen auf, welche im Frequenzverlauf jeweils aufeinanderfolgende Rampen mit dazwischenliegenden Lücken aufweisen. Die mindestens zwei Signalsequenzen werden dabei mit einem vorgegebenen zeitlichen Versatz derart ineinander verschachtelt, dass jeweils eine erste Rampe jeder der mindestens zwei Signalsequenzen ausgegeben wird, bevor eine zweite Rampe einer der mindestens zwei Signalsequenzen ausgegeben wird.For this purpose, the present invention provides that a frequency-modulated transmission signal is transmitted. In this case, the frequency-modulated transmission signal has at least two signal sequences which each have successive ramps with gaps in between in the frequency response. The at least two signal sequences are interleaved with each other at a predetermined time offset such that in each case a first ramp of each of the at least two signal sequences is output before a second ramp of one of the at least two signal sequences is output.
Zur Auswertung der Radarsignale werden die ausgesendeten frequenzmodulierten Sendesignale für jede der Signalsequenzen mit einem empfangenen Signal gemischt, um entsprechende Basisbandsignale zu erhalten.For evaluating the radar signals, the transmitted frequency-modulated transmission signals for each of the signal sequences are mixed with a received signal to obtain corresponding baseband signals.
Die Ermittlung der Geschwindigkeiten für mehr als ein Ziel erfolgt daraufhin basierend auf einer Mehrzieloptimierung.The determination of the speeds for more than one target is then based on a multi-objective optimization.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.
In einer Ausführungsform wird vor dem Durchführen der Mehrzielgeschwindigkeitsschätzung eine Einzielgeschwindigkeitsschätzung ausgeführt, und die Mehrzielgeschwindigkeitsschätzung lediglich dann ausgeführt, wenn die Einzielgeschwindigkeitsschätzung kein eindeutiges Ergebnis ergibt. Die Einzielgeschwindigkeitsschätzung kann mit weniger Rechenaufwand ausgeführt werden, als die Mehrzielgeschwindigkeitsschätzung. Aus diesem Grund kann für den üblichen Fall, in welchem keine Überlagerung zweier Ziele in einem Bin vorliegt, der Rechenaufwand minimiert werden, wenn zuerst eine Einzielgeschwindigkeitsschätzung durchgeführt wird.In one embodiment, prior to performing the multi-target speed estimation, a single-speed estimate is performed, and the multi-speed estimate is performed only if the single-speed estimate does not produce a unique result. The single-speed estimation can be performed with less computational effort than the multi-target speed estimation. For this reason, in the usual case where there is no overlapping of two targets in a bin, the computational effort can be minimized when first performing a single-speed estimation.
In einer Ausführungsform wird bei der Mehrzielgeschwindigkeitsschätzung das Maximum einer Funktion, welche ein Relativgeschwindigkeitsspektrum angibt, für mögliche Geschwindigkeitswerte der mindestens zwei Ziele berechnet. Dies ermöglicht das Auflösen der Überlagerung zweier Ziele in einem Bin durch eine einfache Suche nach einem Maximum.In one embodiment, in the multi-target speed estimation, the maximum of a function indicative of a relative speed spectrum is calculated for possible speed values of the at least two destinations. This allows the superposition of two targets in a bin to be resolved by a simple search for a maximum.
In einer Ausführungsform ist die Funktion für zwei Ziele definiert als wobei v1 und v2 für in die Funktion eingesetzte Geschwindigkeiten des ersten Ziels und des zweiten Ziels stehen, arg max für die argumentum maximi Funktion steht, PA(v1, v2) für eine Projektionsmatrix steht, die sich aus einer Steuerungsmatrix A ergibt. Dies ermöglicht es, eine Art zweidimensionale Suche nach dem Maximum über alle möglichen Relativgeschwindigkeiten durchzuführen.In one embodiment, the function is defined for two destinations where v 1 and v 2 represent speeds of the first target and the second target used in the function, arg max stands for the argumentum maximi function, P A (v 1 , v 2 ) stands for a projection matrix consisting of a control matrix A results. This makes it possible to perform a kind of two-dimensional search for the maximum over all possible relative velocities.
In einer Ausführungsform ist die Steuerungsmatrix A definiert als
Ferner sind a(v1) und a(v2) jeweils als Steuerungsvektoren der Art definiert, wobei I die Anzahl der Signalsequenzen kennzeichnet, c die Lichtgeschwindigkeit ist und T1i für die jeweilige Signalsequenz den vorgegebenen zeitlichen Abstand zur ersten Signalsequenz darstellt. Durch die Steuerungsvektoren werden die Rampen der einzelnen Signalsequenzen auf die erste der Signalsequenzen abgebildet, bzw. phasenverschoben. Dabei entspricht der Steuerungsvektor einer idealen Messung für ein Ziel mit einer gegebenen Geschwindigkeit v. Further, a (v 1 ) and a (v 2 ) are each as control vectors of the type where I denotes the number of signal sequences, c is the speed of light and T 1i represents the predetermined time interval for the respective signal sequence for the first signal sequence. The control vectors mimic or phase-shift the ramps of the individual signal sequences to the first of the signal sequences. The control vector corresponds to an ideal measurement for a target with a given velocity v.
In einer Ausführungsform ist die Projektionsmatrix PA(v1, v2) definiert als
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Schätzen von Winkeln, z.B. von einem Azimutwinkel oder Elevationswinkel, zwischen dem Radarsensor und den mindestens zwei Zielen, insbesondere nach der Mehrzielgeschwindigkeitsschätzung, auf. Dadurch kann die Position der Erkannten Ziele exakt bestimmt werden.In one embodiment, the method comprises estimating angles, e.g. from an azimuth angle or elevation angle, between the radar sensor and the at least two targets, especially after the multi-target velocity estimation. This allows the exact location of the detected targets to be determined.
In einer Ausführungsform erfolgt das Schätzen von Winkeln basierend auf der Moore-Penrose-Pseudoinversen A+, wobei aus Messsignalen, welche in einem Messvektor am(n) enthalten sind, anhand der Moore-Penrose-Pseudoinversen A+ Einzelmesswerte für jedes der Ziele erzeugt werden, welche einem Winkelschätzer zugeführt werden. Dies ermöglicht die Trennung der Einzelmesswerte aus dem empfangenen Signal und damit eine separate Verarbeitung in der Winkelschätzung.In one embodiment, the estimation of angles is based on the Moore-Penrose pseudoinverse A + , with measurement signals contained in a measurement vector a m (n) producing individual measurements for each of the targets based on the Moore Penrose pseudoinverse A + which are fed to an angle estimator. This allows the separation of the individual measured values from the received signal and thus a separate processing in the angle estimation.
In einer Ausführungsform werden die Einzelmesswerte für zwei Ziele berechnet gemäß
In einer Ausführungsform werden die Einzelmesswerte anhand Ihres Amplitudenunterschieds gewichtet und bei einem Amplitudenunterschied, der über einem vorgegebenen ersten Grenzwert liegt, lediglich das Ziel, welchem die größere Amplitude entspricht, als Ziel erkannt. Dies ermöglicht es, Ziele, die z.B. auf Grund von Störungen erkannt wurden, zu eliminieren und nur mit realen Zielen weiterzuarbeiten.In one embodiment, the individual measured values are weighted on the basis of their amplitude difference and, in the case of an amplitude difference which lies above a predetermined first limit value, only the target, which corresponds to the greater amplitude, is recognized as the target. This allows targets, e.g. due to disturbances were detected, to eliminate and to continue working only with real goals.
In einer Ausführungsform werden die Amplituden der Einzelmesswerte jeweils in Bezug zu einer Signalgesamtleistung des empfangenen Signals oder dem Signal-Rausch-Verhältnis gesetzt, wobei das dem jeweiligen Einzelmesswert entsprechende Ziel lediglich erkannt wird, wenn der entsprechende Einzelmesswert über einem zweiten Grenzwert liegt. Dies ermöglicht es ebenfalls, Ziele, die z.B. auf Grund von Störungen erkannt wurden, zu eliminieren und nur mit realen Zielen weiterzuarbeiten.In one embodiment, the amplitudes of the individual measured values are each set in relation to a total signal power of the received signal or the signal-to-noise ratio, wherein the target corresponding to the respective individual measured value is only detected if the corresponding individual measured value is above a second limit value. This also enables targets, e.g. due to disturbances were detected, to eliminate and to continue working only with real goals.
In einer Ausführungsform werden die Amplituden der Einzelmesswerte auf Plausibilität überprüft und kein Ziel erkannt, wenn die Einzelmesswerte als unplausibel eingestuft werden. Dadurch können Fehlerkennungen von Zielen verhindert werden.In one embodiment, the amplitudes of the individual measured values are checked for plausibility and no target is recognized if the individual measured values are classified as implausible. This can prevent misrecognition of targets.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. It shows:
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - have been given the same reference numerals.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das Verfahren sieht das Aussenden S1 mindestens eines frequenzmodulierten Sendesignals
Das Verfahren sieht ferner für jede der Signalsequenzen
Schließlich wird eine Mehrzielgeschwindigkeitsschätzung anhand der Basisbandsignale
Die Mehrzieloptimierung basiert dabei auf der Suche eines Maximums
Für zwei Ziele
Dabei sind v1 und v2 die Parameter der Funktion
Die zwei Steuerungsvektoren a(v1), a(v2) der Steuerungsmatrix werden jeweils basierend auf dem für die einzelnen Signalsequenzen
Damit nehmen die Steuerungsvektoren a(v1), a(v2) die Form an, wobei I die Anzahl der Signalsequenzen
Aus den so gewonnen Steuerungsvektoren a(v1), a(v2) wird die Projektionsmatrix PA(v1, v2) berechnet zu PA(v1, v2) = A(AAH)–1AH. Dabei kann (AAH)–1AH auch als die Moore-Penrose-Pseudoinverse A+ von A angesehen werden. PA stellt sozusagen einen „Geschwindigkeits-Strahlformer“ dar, durch welchen die Messzeitpunkte zwischen den einzelnen Signalsequenzen
Bei einer Suche des Maximums
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann sich an die Berechnung der Relativgeschwindigkeiten eine Winkelschätzung anschließen, die für die zwei Ziele
Basierend auf der bereits berechneten Moore-Penrose-Pseudoinverse A+ können auf sehr einfache Weise durch Multiplikation des Messvektors am(n) mit der Moore-Penrose-Pseudoinverse A+ die separierten Einzelmesswerte (y1,m(v), y2,m(v)) berechnet werden. Für zwei Ziele
Vor oder nach der Berechnung der Winkel für w1, w2 für die können die Berechnungsergebnisse plausibilisiert werden.Before or after the calculation of the angles for w 1 , w 2 for the calculation results can be made plausible.
Beispielsweise können die Einzelmesswerte (y1,m(v), y2,m(v)) anhand Ihres Amplitudenunterschieds gewichtet werden und bei einem Amplitudenunterschied, der über einem vorgegebenen ersten Grenzwert liegt, lediglich das Ziel
Zusätzlich oder alternativ können die Amplituden der Einzelmesswerte (y1,m(v), y2,m(v)) jeweils in Bezug zu einer Signalgesamtleistung des empfangenen Signals
Der Radarsensor
Jede der zwei Signalsequenzen
Um das Sendesignal
Das Sendesignal
Da bei der Berechnung der Funktion
In
Beispielsweise können die Einzelmesswerte (y1,m(v), y2,m(v)) anhand Ihres Amplitudenunterschieds gewichtet werden und bei einem Amplitudenunterschied, der über einem vorgegebenen ersten Grenzwert liegt, lediglich das Ziel
Zusätzlich oder alternativ können die Amplituden der Einzelmesswerte (y1,m(v), y2,m(v)) jeweils in Bezug zu einer Signalgesamtleistung des empfangenen Signals
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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