AT521120A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts, Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells sowie Radarzielemulator und Prüfstand - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts, Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells sowie Radarzielemulator und Prüfstand Download PDF

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AT521120A1 ATA50318/2018A AT503182018A AT521120A1 AT 521120 A1 AT521120 A1 AT 521120A1 AT 503182018 A AT503182018 A AT 503182018A AT 521120 A1 AT521120 A1 AT 521120A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (1a) und eine Vorrichtung (4) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (σ), ein Verfahren (1b) zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells (W), einen Radarzielemulator (10) zur Manipulation eines Radarsignals sowie einen Prüfstand (100) für ein Fahrzeug (2). Die Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals (V) wird simuliert auf der Grundlage eines Wechselwirkungsmodells (W) in einem simulierten Umgebungsszenario, welches das simulierte Radarziel (Z) enthält. Dabei wird eine Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals (V) mit dem simulierten Radarziel (Z) in der Weise modelliert, dass eine das virtuelle Radarsignal (V) charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente (Ga), die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, und in eine diffuse Komponente (Gb), die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, aufgeteilt wird. Ein Wert (G) der physikalischen Größe wird an einem Empfängerpunkt (E) im simulierten Umgebungsszenario unter Berücksichtigung der direktionalen Komponente (Ga) und der diffusen Komponente (Gb) ermittelt, und der Radarquerschnitt (σ) des simulierten Radarziels (Z) wird aus dem ermittelten Wert (G) der physikalischen Größe am Empfängerpunkt (E) abgeleitet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts, Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells sowie Radarzielemulator und Prüfstand
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels, insbesondere zur Stimulation eines realen Radarsignals in einem Radarzielemulator, ein Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells, einen Radarzielemulator zur Manipulation eines von einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, ausgegebenen realen Radarsignals sowie einen Prüfstand für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem solchen Radarzielemulator.
Unter den verschiedenen Umgebungssensoren in aktuellen Fahrzeugen nehmen Radarsensoren aufgrund ihrer Robustheit gegenüber verschiedenen Wetterbedingungen eine zentrale Rolle ein. Daher greifen verschiedene Fahrerassistenzsysteme häufig auf die von den Radarsensoren bereitgestellten Sensordaten zu.
Um Fahrerassistenzsysteme zu testen, sind so genannte Vehicle-in-the-Loop-Prüfstände bekannt, in denen die Umgebungssensoren, insbesondere Radarsensoren, eines Fahrzeugs gemäß einem von einer Umgebungssimulation erzeugten Testszenario stimuliert werden. Daraufhin erzeugte Steuersignale des Fahrerassistenzsystems werden in Echtzeit zurück in die Umgebungssimulation geführt, um ein dynamisches Testen zu ermöglichen.
Die Stimulation von Radarsensoren weist in der Regel eine Manipulation, insbesondere Modulation, der von ihnen ausgesandten Radarsignale auf, wobei die Manipulation durch das Testszenario charakterisiert ist. Die derart modulierten Radarsignale, welche das Testszenario abbilden, werden dann an die Radarsensoren zurückgesandt.
Um ein Radarsignal gemäß dem Testszenario zu manipulieren, werden sog. Stimulationspunkte benötigt, die Information bezüglich der auszuführenden Manipulation enthalten. Stimulationspunkte können insbesondere Abstände zwischen den im Testszenario enthaltenen Objekten und dem Testfahrzeug mit dem zu testenden Fahrerassistenzsystem, die Azimutwinkel dieser Objekte bezüglich des Testfahrzeugs, die aufgrund der Relativbewegung der Objekte des Testfahrzeugs auftretende Dopplerverschiebung sowie den Radarquerschnitt der Objekte enthalten.
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Um den Radarquerschnitt aus den Simulationsdaten, die von der Umgebungssimulation bereitgestellt werden, zu berechnen, sind verschiedene Ansätze bekannt. Insbesondere können statistische Modelle, die von Objekteigenschaften wie Position (relativ zum Testfahrzeug) und Ausdehnung abhängen, erstellt werden und Rauschen hinzugefügt werden. Alternativ können die Objekte durch virtuelle Streuzentren repräsentiert werden. Ebenfalls sind Raytracing-Ansätze bekannt, die auch Materialeigenschaften der Objekte berücksichtigen. Diese Ansätze sind jedoch nicht echtzeitfähig und daher nicht für dynamisches Testen in einem Vehicle-in-the-Loop-Prüfstand geeignet.
Beispielsweise beschreibt US 2002/0198670 A1 einen Simulationsalgorithmus für Elektromagnetismus, der eine Berechnung einer an einem Leiter gestreuten elektromagnetischen Welle in einer monofrequenten Situation ermöglicht. Damit können insbesondere Radarstreuquerschnitte von Objekten berechnet werden, deren geometrische Ausmaße bekannt sind. Dazu wird mittels Vorkonditionierung einer Interaktionsmatrix M und einem iterativen Algorithmus, der ein Verfahren der konjugierten Gradienten abbildet, die elektromagnetische Randintegralgleichung gelöst. Daraus ergeben sich durch Einstrahlung von Wellen erzeugte Oberflächenströme auf dem Objekt, anhand deren sich die gestreuten Wellen ermitteln lassen.
US 2003/0234786 A1 betrifft das Erzeugen von automatisch faktorierten Näherungen für bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktionen. Dabei werden in einem inneren Zyklus für eine initiale Menge von Projektionen Texturfaktoren in einem Suchraum gesucht, die in Kombination mit den Projektionen eine bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion am besten approximieren. Die dabei auftretenden Approximationsfehler werden in einem äußeren Zyklus minimiert, indem die Menge an Projektionen gesucht wird, für die der Fehler minimal wird. Aus der vollen Approximation der bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion werden Reflektanzwerte für verschiedene Blickwinkel berechnet.
EP 0 157 153 A1 offenbart ein Verfahren zum rechnergestützten Simulieren kompletter Radarsysteme, wobei als Signal ein momentanes Leistungsspektrum eines Senders verwendet wird, und dieses Signal entsprechend dem Ausbreitungsweg und den Zieleigenschaften verändert wird. Das Verfahren liefert die statistischen Momente des verarbeiteten Signals. In einem Sendersimulator wird Amplituden- und Phasenverlauf des Sendersignals vorgegeben und ein Leistungsspektrum erzeugt. In einem Zielsimulator werden geometrische Faktoren, Zieleigenschaften, Ausbreitungsverluste und Antennengewinne in einer verallgemeinerten Radargleichung zum Empfängersignal umgewandelt.
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Das Simulationverfahren kann analytisch geschlossen ausgedrückt werden als Bildung der akkumulierten Energie.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Emulation von Radarzielen zu verbessern. Insbesondere ist es eine Aufgabe, Radarziele in Echtzeit zu emulieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels, ein Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells, einen Radarzielemulator zur Stimulation eines von einem Fahrzeug ausgegebenen realen Radarsignals sowie einen Prüfstand für ein Fahrzeug mit einem solchen Radarzielemulator gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels, der insbesondere zur Stimulation eines realen Radarsignals in einem Radarzielemulator verwendet werden kann, welches vorzugsweise folgende Arbeitsschritte aufweist:
(i) Simulieren der Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals auf der Grundlage eines Wechselwirkungsmodells in einem simulierten Umgebungsszenario, welches das simulierte Radarziel enthält, wobei eine Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals mit dem simulierten Radarziel in der Weise modelliert wird, dass eine das virtuelle Radarsignal charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente, die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, und in eine diffuse Komponente, die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, aufgeteilt wird;
(ii) Ermitteln eines Werts der physikalischen Größe an einem Empfängerpunkt im simulierten Umgebungsszenario unter Berücksichtigung der direktionalen Komponente und der diffusen Komponente; und (iii) Ableiten des Radarquerschnitts des simulierten Radarziels aus dem ermittelten Wert der physikalischen Größe am Empfängerpunkt.
Ein Radarsignal im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine elektromagnetische Welle und wird vorzugsweise durch eine Amplitude, eine Phase, eine Frequenz und/oder eine Ausbreitungsrichtung charakterisiert. Dabei breitet sich das Radarsignal vorzugsweise innerhalb eines Raumwinkelbereichs, dem sog. field of view (FoV), entlang der Ausbreitungsrichtung aus.
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Ein simuliertes Umgebungsszenario im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Situation, in der mindestens ein simuliertes Radarziel, beispielsweise ein Fahrzeug, ein Fußgänger, ein Gebäude oder ein sonstiges Umgebungsobjekt, in einer definierten Beziehung, insbesondere in einem Abstand, einer Ausrichtung und/oder einer Bewegung, zu einem zu testenden Fahrzeug steht. Das Umgebungsszenario kann insbesondere eine Verkehrssituation sein.
Eine ein virtuelles Radarsignal charakterisierende physikalische Größe im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Größe, durch die das Radarsignal beschrieben wird. Die physikalische Größe kann beispielsweise eine Information über die Amplitude und/oder die Phase des Radarsignals enthalten. Vorzugsweise ist die physikalische Größe eine Leistungsdichte oder eine Feldstärke des Radarsignals. Ein Wert einer physikalischen Größe, wie er etwa im Empfängerpunkt ermittelt wird, kann somit beispielsweise eine streuwinkelabhängige Leistung sein.
Eine gerichtete Streuung im Sinne der Erfindung ist insbesondere die Streuung der Leistung bzw. Feldstärke in einen Raumwinkelbereich. Das derart gestreute Radarsignal bzw. die derart gestreute Komponente des Radarsignals breitet sich vom simulierten Radarziel vorzugsweise innerhalb eines sog. Reflexionskegels, beispielsweise innerhalb eines definierten Raumwinkelbereichs, aus.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels, der insbesondere zur Stimulation eines realen Radarsignals in einem Radarzielemulator verwendet werden kann, unter Verwendung der Phong-Formel, vorzugsweise nach dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Der erste und zweite Aspekt der Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, die Wechselwirkung von Radarsignalen, die vorzugsweise als Radarstrahlen simuliert werden, mit Objekten aus einem Umgebungsszenario vorzugsweise in der Weise zu modellieren, dass sich ein Teil des Radarsignals nach der Wechselwirkung gemäß einer spekularen Streuung, etwa gemäß einer Reflexion, an den Objekten und ein anderer Teil des Radarsignals gemäß einer diffusen, insbesondere isotropen, Streuung an den Objekten ausbreitet. Durch eine Analyse aller Teile der Radarsignale in einem Empfängerpunkt innerhalb des simulierten Umgebungsszenarios, der vorzugsweise auch dem Ausgangspunkt der Radarsignale entspricht, kann dann der Radarquerschnitt der Objekte ermittelt werden.
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Der Wechselwirkung der sich im Umgebungsszenario ausbreitenden Radarstrahlen mit den simulierten Radarzielen wird in bevorzugter Weise ein Wechselwirkungsmodell zu Grunde gelegt. Dabei wird das Wechselwirkungsmodell vorzugsweise durch die PhongFormel abgebildet, der insbesondere ein normierbarer Direktionalitätsterm hinzugefügt werden kann. Dadurch kann für jeden einzelnen Radarstrahl im simulierten Umgebungsszenario die Leistungsdichte oder gegebenenfalls die Feldstärke in eine gerichtete Komponente und eine diffuse Komponente aufgeteilt werden. Auf Grundlage der gerichteten Komponente kann so auch eine Mehrfachstreuung des Radarsignals an mehreren simulierten Radarzielen bei geringem Rechenaufwand simuliert werden. Daher ist ein Ableiten des Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels anhand der gesamten Leistungsdichte im Empfängerpunkt, zumindest im Wesentlichen, in Echtzeit möglich. Die gesamte Leistungsdichte setzt sich dabei aus einem Hintergrundteil, nämlich den diffusen Komponenten des Radarsignals, und einem gerichteten Teil, nämlich den gerichteten Komponenten des Radarsignals, die in den Empfängerpunkt (zurück-) reflektiert bzw. in Richtung des Empfängerpunkts gestreut wurden, zusammen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels ist flexibel einsetzbar, etwa in der sog. virtuellen Validation. Es kann beispielsweise zur Stimulation von, insbesondere mathematischen, Radarsensormodellen eingesetzt werden.
Insgesamt erlaubt die Erfindung das echtzeitfähige Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels unter Berücksichtigung von Mehrfachreflexionen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals von einem Senderpunkt im Umgebungsszenario bis zum simulierten Radarziel auf Grundlage einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen simuliert. Insbesondere kann die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals durch eine numerische Berechnung, welche auf der analytischen Beschreibung basiert, ermittelt werden. Die Ausbreitung kann beispielsweise mittels Raytracing simuliert werden. Dadurch wird eine besonders präzise und realistische Ermittlung der Ausbreitung des virtuellen Radarsignals bis zum Auftreffen auf ein simuliertes Radarziel ermöglicht. Da diese Ausbreitung des Radarsignals bevorzugt zumindest im Wesentlichen geradlinig modelliert wird, kann sie auch in Echtzeit simuliert werden.
Vorzugsweise wird auch die Ausbreitung zumindest eines Teils des Radarsignals, das insbesondere durch die direktionale Komponente charakterisiert ist, nach der Wechsel6 / 27
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Wirkung mit dem simulierten Radarziel auf Grundlage einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen, insbesondere durch Raytracing, simuliert. Insbesondere kann die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals nach der Wechselwirkung mit dem simulierten Radarziel vom simulierten Radarziel aus zum Empfängerpunkt auf Grundlage der analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen simuliert werden. Der Teil des Radarsignals, der durch die direktionale Komponente der physikalischen Größe charakterisiert ist, kann beispielsweise mehrere Teilsignale enthalten, die sich im Wesentlichen geradlinig ausbreiten. Die Ausbreitungsrichtungen der Teilsignale liegen dabei vorzugsweise innerhalb eines Reflexionskegels.
Ein Teilsignal im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein einzelner Radarstrahl.
Trifft danach zumindest ein Teil des Teilsignals abermals auf ein simuliertes Radarziel, wird die Wechselwirkung des Teils des Teilsignals mit dem simulierten Radarziel wieder auf Grundlage des Wechselwirkungsmodells beschrieben. Somit können auch Mehrfachreflexionen des sich vom Senderpunkt ausbreitenden Radarsignals präzise und wirklichkeitsgetreu simuliert werden, was ein Ableiten eines besonders realistischen Radarquerschnitts ermöglicht.
In bevorzugter Weise wird das virtuelle Radarsignal im simulierten Umgebungsszenario somit auf Grundlage von zwei Vorgängen beschrieben: einerseits kann die zumindest im Wesentlichen gradlinige Ausbreitung zumindest eines Teils des Radarsignals zwischen dem Senderpunkt und mindestens einem simulierten Radarziel oder zwischen mehreren simulierten Radarzielen auf Grundlage einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen, insbesondere Raytracing, simuliert werden. Andererseits kann die Wechselwirkung des Radarsignals oder zumindest eines Teils des Radarsignals mit den simulierten Radarzielen auf Grundlage des Wechselwirkungsmodells simuliert werden. In der Summe erlaubt dies ein besonders schnelles und präzises Ermitteln von einem oder mehreren Radarquerschnitten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das virtuelle Radarsignal mehrere Teilsignale, und die Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals mit dem simulierten Radarziel wird für jedes der Teilsignale modelliert. Vorzugsweise wird der Radarquerschnitt dabei auf Grundlage von mehreren ermittelten Werten der physikalischen Größe am Empfängerpunkt abgeleitet. Dadurch kann eine besonders realistische Ausbreitung des Radarsignals im simulierten Umgebungsszenario simuliert werden.
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Vorzugsweise werden im Empfangspunkt die Werte der physikalischen Größe für alle diffusen Komponenten der Teilsignale sowie die Werte der physikalischen Größe derjenigen direktionalen Komponenten, die in Richtung des Empfangspunkts gestreute Teilsignale charakterisieren, aufsummiert. Auf Grundlage dieser Summe kann dann der Radarquerschnitt ermittelt werden.
Die Ausbreitung der Teilsignale wird vorzugsweise als im Wesentlichen geradlinig angenommen. Vorzugsweise weisen die Teilsignale dabei unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen auf. Dadurch kann dem Radarsignal ein Raumwinkelbereich zugeordnet werden, in dem sich das Radarsignal ausbreitet. Bei der Berechnung von Radarquerschnitten kann dann entsprechend die Wechselwirkung des Radarsignals mit simulierten Radarzielen unberücksichtigt bleiben, die außerhalb zugeordneten Raumwinkelbereichs liegen, wodurch die Ermittlung des Radarquerschnitts beschleunigt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die physikalische Größe in Abhängigkeit von mindestens einem Modellparameter, der eine physikalische Eigenschaft des simulierten Radarziels charakterisiert, in die direktionale Komponente und die diffuse Komponente aufgeteilt. Dadurch können physikalische Eigenschaften des simulierten Radarziels bei der Berechnung des Radarquerschnitts berücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine Oberflächenbeschaffenheit des Radarziels, ein Material des Radarziels und/oder dergleichen berücksichtigt werden.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Modellparameter ein Parameter der PhongFormel. Insbesondere kann der mindestens eine Modellparameter ein Vorfaktor sein, der den diffus gestreuten Anteil des Radarsignals angibt. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Modellparameter ein Vorfaktor sein, der den gerichtet gestreuten Anteil des Radarsignals angibt. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Modellparameter auch ein Exponent sein, der die Breite eines Reflexionskegels, innerhalb dem sich gerichtet gestreute Anteile des Radarsignals ausbreiten, angibt. Dabei können mindestens zwei der Modellparameter eine Abhängigkeit voneinander aufweisen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells, mittels dem eine Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals mit einem simulierten Radarziel in der Weise modellierbar ist, dass eine das virtuelle Radarsignal charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente, die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, und in eine diffuse Komponente, die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, aufgeteilt wird.
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Das Verfahren weist die folgenden Arbeitsschritte auf: (i) Simulieren der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals mit einem Referenzziel auf der Grundlage einer analytischen Beschreibung der Reflexion des Radarsignals am Referenzziel, wobei mindestens ein Wert einer physikalische Größe, welche das am Referenzziel reflektierte virtuelle Radarsignal charakterisiert, ermittelt wird, oder Modellieren der Wechselwirkung eines realen Radarsignals mit einer realen Nachbildung des Referenzziels, wobei mindestens ein Wert der physikalische Größe, welche das an der realen Nachbildung des Referenzziels reflektierte reale Radarsignal charakterisiert, gemessen wird; und (ii) Ermitteln von mindestens einem Modellparameter des Wechselwirkungsmodells auf Grundlage des mindestens einen ermittelten Werts der physikalischen Größe.
Das Trainieren eines Wechselwirkungsmodells im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Anpassen des, vorzugsweise phänomenologischen, Wechselwirkungsmodells, insbesondere der Phong-Formel, an eine analytische Beschreibung der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals mit einem simulierten Radarziel oder an die Ergebnisse eines Experiments zur Reflexion von realen Radarsignalen. Die analytische Beschreibung der Wechselwirkung kann beispielsweise durch die sog. RCS-Theorie gegeben sein, welche Aussagen bezüglich der Ausbreitung von Radarsignalen und insbesondere bezüglich der Wechselwirkung von Radarsignalen mit Objekten ermöglicht. Die analytische Beschreibung kann insbesondere auf einem analytischen Modell zur Ausbreitung von Radarsignalen, insbesondere der Reflexion von Radarsignalen an Objekten, beruhen. Das Experiment, das eine Modellierung der Wechselwirkung eines realen Radarsignals mit einem realen Objekt, etwa einem Referenzziel ermöglicht, kann beispielsweise mit einem Versuchsaufbau ausgeführt werden, der die Reflexion eines virtuellen Radartsignals an dem simulierten Radarziel, insbesondere einem Referenzziel, nachbildet. Vorzugsweise wird der mindestens eine Modellparameter des Wechselwirkungsmodells durch Vergleichen des mindestens einen ermittelten Werts der physikalischen Größe mit einem analytisch oder experimentell ermittelten Wert der physikalischen Größe, insbesondere mit einem auf Grundlage der analytischen Beschreibung numerisch ermittelten Wert der physikalischen Größe ermittelt.
Mindestens ein Wert einer physikalischen Größe im Sinne der Erfindung gibt insbesondere eine streuwinkelabhängige Leistung des am simulierten Radarzielen gestreuten Radarsignals an. Der mindestens eine Wert einer physikalischen Größe kann insbesondere eine Streucharakteristik bilden.
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Das Ermitteln von mindestens einem Modellparameter ist insbesondere eine Normierung eines Vorfaktors des Wechselwirkungsmodells. Beispielsweise kann das Ermitteln von mindestens einem Modellparameter eine Normierung eines Vorfaktors der Phong-Formel sein, der den gerichtet gestreuten Anteil des Radarsignals angibt.
Der dritte Aspekt der Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, die Wechselwirkung eines virtuellen oder realen Radarsignals mit einem Referenzziel, dessen Eigenschaften, insbesondere Ausdehnung, Position, Oberflächenbeschaffenheit und/oder Material, bekannt sind, auf Grundlage einer analytischen Beschreibung, beispielsweise durch numerisches Lösen entsprechender Gleichungen, zu simulieren oder auf Grundlage eines Experiments zu modellieren und dabei mindestens einen Wert einer physikalischen Größe, beispielsweise der Leistungsdichte und/oder der Feldstärke des Radarsignals, zu ermitteln. Das zu trainierende Wechselwirkungsmodell kann anschließend zu dem mindestens einen ermittelten Wert der physikalischen Größe in Beziehung gesetzt werden, woraus sich vorzugsweise mindestens ein Modellparameter des Wechselwirkungsmodells ergibt. Insbesondere kann mindestens ein Modellparameter des Wechselwirkungsmodells auf diese Weise normiert werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei Anwendung des Wechselwirkungsmodells an einem Empfängerpunkt im simulierten Umgebungsszenario der gleiche Wert für die physikalische Größe erhalten wird wie bei einer aufwändigeren Berechnung auf Grundlage der analytischen Beschreibung der Wechselwirkung.
Auf Grundlage der analytischen Beschreibung kann beispielsweise eine Streucharakteristik des Referenzziels ermittelt werden, welche die Leistung streuwinkelabhängig angibt. Das Wechselwirkungsmodell, beispielsweise die Phong-Formel, kann dann durch geeignete Wahl des mindestens einen Modelparameters derart angepasst werden, dass eine mittels des Wechselwirkungsmodells ermittelte Streucharakteristik der auf Grundlage der analytischen Beschreibung ermittelten Strahlcharakteristik entspricht.
Alternativ ist es denkbar, die Ausbreitung eines realen Radarsignals, das an einer realen Nachbildung des Referenzziels reflektiert wird, durch Messen mindestens eines Werts der physikalischen Größe zu bestimmen. Der mindestens eine Modellparameter kann dann auf Grundlage des mindestens einen gemessenen Werts der physikalischen Größe ermittelt werden.
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Vorzugsweise wird der mindestens eine ermittelte Modellparameter gespeichert. Dadurch kann die Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals mit einem simulierten Radarziel jederzeit präzise beschrieben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der mindestens eine Modellparameter auf Grundlage einer Ausgleichsrechnung, insbesondere einer Regressionsanalyse, ermittelt. Insbesondere kann der mindestens eine Modellparameter einen Parameter zum Fitten der ermittelten Werte der physikalischen Größe bilden. Vorzugsweise wird der mindestens eine Modellparameter im Rahmen der Ausgleichsrechnung angepasst, bis eine Abweichung zwischen einem Wert für die physikalische Größe, der auf Grundlage der analytischen Beschreibung berechnet wurde, und einem Wert für die physikalische Größe, der auf Grundlage des Wechselwirkungsmodells berechnet wurde, minimal ist. Dadurch kann der mindestens eine Modellparameter besonders zuverlässig und präzise bestimmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Referenzziel eine Kugel. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da für eine Kugel zuverlässige analytische Beschreibungen der Wechselwirkung mit Radarsignalen bekannt sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Ausbreitung des virtuellen oder realen Radarsignals für mehrere verschiedene Referenzobjekte simuliert oder modelliert. Vorzugsweise wird jeweils mindestens ein Modellparameter auf Grundlage der dabei ermittelten Werte der physikalischen Größe ermittelt, und die ermittelten Modellparameter werden in Abhängigkeit von Objekteigenschaften der mehreren verschiedenen Referenzobjekte gespeichert. Durch Zugriff auf die gespeicherten Modellparameter kann so für verschiedene simulierten Radarziele, die beispielsweise unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen, aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder dergleichen, zuverlässig ein Wert für die physikalische Größe im Empfängerpunkt und somit der Wirkungsquerschnitt präzise ermittelt werden.
Insbesondere kann auf diese Weise das Wechselwirkungsmodell für verschiedene Referenzobjekte mit jeweils unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten und/oder aus jeweils unterschiedlichen Materialien trainiert werden. Auf Grundlage der ermittelten Modellparameter kann so beispielsweise eine sog. Look-up-Tabelle erzeugt werden, die bei Verwendung des Wechselwirkungsmodells eine einfache Konfiguration des Wechselwirkungsmodells für verschiedene Radarziele ermöglicht.
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Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels, die eingerichtet ist zum Ausführen eines Verfahrens gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung. Dadurch kann ein wirklichkeitsgetreuer Radarquerschnitt schnell, insbesondere zumindest im Wesentlichen in Echtzeit, und präzise ermittelt werden.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts dazu eingerichtet, Simulationsdaten einer Simulationsvorrichtung, welche ein simuliertes Umgebungsszenario charakterisieren, aufzunehmen und auf Grundlage der Simulationsdaten unter Verwendung des Wechselwirkungsmodells den Radarquerschnitts eines im Umgebungsszenario enthaltenen simulierten Radarzieles zu ermitteln. Dabei enthalten die Simulationsdaten beispielsweise Informationen bezüglich des Objekttyps des simulierten Radarziels, der Form des Radarziels, der Position des Radarziels im Umgebungsszenario, der Orientierung des Radarziels im Umgebungsszenario und/oder dergleichen. Die Vorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, neben dem Radarquerschnitt auch weitere Daten, die zur Manipulation eines realen Radarsignals benötigt werden, auszugeben. Insbesondere kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, auf Grundlage der Simulationsdaten und des Wechselwirkungsmodells Stimulationspunkte auszugeben.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft einen Radarzielemulator zur Manipulation eines von einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, ausgegebenen realen Radarsignals. Der Radarzielemulator weist vorzugsweise eine Simulationsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, ein Umgebungsszenario zu simulieren und Simulationsdaten auszugeben, die das Umgebungsszenario charakterisieren. Ferner weist der Radarzielemulator vorzugsweise eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung auf, die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der Simulationsdaten wenigstens einen Stimulationspunkt auszugeben. Zudem weist der Radarzielemulator vorzugsweise eine Stimulationsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das reale Radarsignal aufzunehmen, insbesondere zu empfangen, das reale Radarsignal auf Grundlage des wenigstens einen Stimulationspunktes zu manipulieren und das derart manipulierte Radarsignal auszugeben, insbesondere zu senden. Dabei ist die Simulationsvorrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, das Umgebungsszenario auf Grundlage von Randbedingungen, die von einem Fahrerassistenzsystem vorgegeben sind, zu simulieren.
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Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft einen Prüfstand für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, aufweisend einen Radarzielemulator gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung. Dadurch kann ein Vehicle-in-the-Loop-Prüfstand realisiert werden, mit dem ein dynamisches Testen von Fahrerassistenzsystemen des Fahrzeugs möglich ist.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, zumindest wo technisch sinnvoll, auch für den zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen wenigstens teilweise schematisch:
Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prüfstands;
Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Radarquerschnitts;
Fig. 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Wechselwirkungsmodells zur
Modellierung der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals mit einem simulierten Radarziel; und
Fig. 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells.
Figur 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prüfstands 100 für ein Fahrzeug 2, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Radarsensor 2a. Der Prüfstand 100 weist einen Radarzielemulator 10 zur Manipulation eines von dem Radarsensor 2a ausgegebenen realen Radarsignals R auf, wobei der Radarzielemulator 10 eine Simulationsvorrichtung 3, eine Vorrichtung 4 zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels und eine Stimulationsvorrichtung 5 aufweist.
Die Simulationsvorrichtung 3 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, ein Umgebungsszenario zu simulieren und Simulationsdaten D auszugeben, die das Umgebungsszenario charakterisieren. Das Umgebungsszenario enthält beispielsweise simulierte Radarziele. Anhand der Simulationsdaten D kann die Vorrichtung 4 in bevorzugter Weise wenigstens / 27
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AVL List GmbH einen Stimulationspunkt P ausgeben, der insbesondere den Radarquerschnitt wenigstens eines simulierten Radarziels enthält. Auf Grundlage des wenigstens einen Stimulationspunktes P kann die Stimulationsvorrichtung 5 das empfangene reale Radarsignal R manipulieren und als manipuliertes Radarsignal R‘ an den Radarsensor 2a zurücksenden.
Das Fahrzeug 2, insbesondere ein auf Grundlage von Sensordaten des Radarsensors 2a betriebenes Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs 2, ist vorzugsweise mit der Simulationsvorrichtung 3 verbunden. Dadurch kann im Rahmen der Simulation des Umgebungsszenarios ein Input des Fahrzeugs 2, insbesondere ein durch das Fahrerassistenzsystem bedingtes Verhalten des Fahrzeugs 2, berücksichtigt werden. Mit anderen Worten ermöglicht die Verbindung des Fahrzeugs 2 mit der Simulationsvorrichtung 3 eine Rückkopplung zwischen Reaktion des Fahrzeugs 2 und dem simulierten Umgebungsszenario, mittels der das Fahrzeug 2 bzw. das Fahrerassistenzsystem dynamisch getestet werden kann.
Bei der Simulationsvorrichtung 3 kann es sich etwa um einen Computer handeln, der dazu eingerichtet ist, eine Software zur Simulation von Umgebungsszenarien, beispielsweise CarMaker©, auszuführen. Die Simulationsvorrichtung 3 simuliert vorzugsweise eine Situation, in deren Kontext das Fahrzeug 2 betrieben werden könnte. Beispielsweise kann die Fahrt des Fahrzeugs unter Berücksichtigung von anderen Verkehrsteilnehmern, Umweltbedingungen wie Wetter, Tageszeit oder Straßenverhältnissen, und/oder dergleichen simuliert werden. Die Situation kann insbesondere durch Positionen, Orientierungen und/oder Typen anderer Verkehrsteilnehmer oder Hindernissen charakterisiert sein. Diese Information ist bevorzugt in den Simulationsdaten D enthalten.
Die Vorrichtung 4 zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarsignals ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Simulationsdaten D derart aufzubereiten, dass ein vom Radarsensor 2a ausgesendetes Radarsignal R gemäß dem simulierten Umgebungsszenario manipuliert werden kann, d.h. dass auf Grundlage des ausgesendeten Radarsignals R ein manipuliertes Radarsignal R‘ erzeugt werden kann, welches das Umgebungsszenario charakterisiert. Dazu kann die Vorrichtung 4 die Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals, welches vorzugsweise dem vom Radarsensor 2a ausgesendeten Radarsignal R entspricht, in dem simulierten Umgebungsszenario, d.h. unter Berücksichtigung der Simulationsdaten D, simulieren. Wie im Zusammenhang mit Figur 2 ausführlich beschrieben ist, kann anhand der simulierten Ausbreitung des virtuellen Radar14 / 27
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AVL List GmbH signals der Radarquerschnitt eines simulierten Radarziels aus dem simulierten Umgebungsszenario, beispielsweise der Radarquerschnitt eines anderen Fahrzeugs oder eines Hindernisses, gegebenenfalls unter dem Einfluss von Umweltbedingungen, abgeleitet werden. Der derart ermittelte Radarquerschnitt wird von der Vorrichtung 4, gegebenenfalls mit anderen Informationen, etwa dem Abstand des simulierten Radarziels vom Fahrzeug 2, dem Azimutwinkel des simulierten Radarziels bezüglich des Fahrzeugs 2, der Dopplerverschiebung des am simulierten Radarziels reflektierten Radarsignals und/oder dergleichen, ausgegeben.
Die Stimulationseinrichtung 5 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Manipulation des Radarsignals R durch zeitliche Verzögerung und/oder Modulation des Signals zu bewirken. Dazu weist die Stimulationseinrichtung 5 in bevorzugter Weise eine zumindest teilweise analoge Schaltung auf, durch die das, beispielsweise mittels einer Empfangsantenne, empfangene Radarsignal R geschleift wird, bevor es, beispielsweise mittels einer Sendeantenne, an den Radarsensor 2a gesendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Stimulationseinrichtung 5 aber auch eine Recheneinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Manipulation des Radarsignals R zumindest teilweise digital auszuführen.
Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1a zum Ermitteln eines Radarquerschnitts σ eines simulierten Radarziels, insbesondere zur Stimulation eines realen Radarsignals in einem Radarzielemulator.
In einem Verfahrensschritt S1 wird, insbesondere anhand von bereitgestellten Simulationsdaten D, die Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals in einem simulierten Umgebungsszenario, welches bevorzugt durch die Simulationsdaten D charakterisiert ist und beispielsweise ein simuliertes Radarzielen enthält, auf der Grundlage eines Wechselwirkungsmodells W simuliert. Das Wechselwirkungsmodell W kann dabei in vorangehenden Verfahrensschritten, gegebenenfalls auch in einem separaten Verfahren, trainiert worden sein (siehe Figur 4). Beispielsweise kann das Wechselwirkungsmodell W durch Vergleiche mit einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen oder einem Experiment zur Ausbreitung von Radarsignalen angepasst werden, etwa indem Modellparameter des Wechselwirkungsmodells W bestimmt werden.
Die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals im Umgebungsszenario kann beispielsweise in zwei Unterschritten S1a, S1b simuliert werden. Im ersten Unterschritt S1a kann etwa eine zumindest im Wesentlichen gradlinige, etwa strahlenförmige, Ausbreitung mehrerer / 27
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Teilsignale angenommen werden, bis eines oder mehrere Teilsignale auf das virtuelle Radarziel treffen und mit diesem in Wechselwirkung treten. Die Teilsignale breiten sich dabei vorzugsweise innerhalb eines vorgegebenen Raumwinkelbereichs von einem Senderpunkt aus, wobei der Senderpunkt innerhalb des Umgebungsszenarios bevorzugt der Position eines Fahrzeugs, welches das virtuelle Radarsignal aussendet, entspricht. Die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals bzw. der Teilsignale kann beispielsweise mittels Raytracing simuliert werden, insbesondere bis das Radarsignal bzw. zumindest eines der Teilsignale auf das simulierte Radarziel trifft.
Die Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals, insbesondere zumindest eines Teilsignals, mit dem simulierten Radarziel wird in einem zweiten Unterschritt S1b vorzugsweise in der Weise modelliert, dass eine das virtuelle Radarsignal charakterisierende physikalische Größe, etwa eine Leistungsdichte oder eine Feldstärke, aufgeteilt wird. Ein Teil des Radarsignals kann beispielsweise durch eine direktionale Komponente Ga abgebildet werden, die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht. Ein anderer Teil des Radarsignals kann dagegen durch eine diffuse Komponente Gb abgebildet werden, die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht. Ein Teil des Radarsignals ist daher nach der Wechselwirkung in einem Empfängerpunkt unabhängig von der durch die Strecke zwischen dem simulierten Radarziel und dem Empfängerpunkt definierten Richtung detektierbar. Ein anderer Teil des Radarsignals kann dagegen nur in einem Empfängerpunkt detektierbar sein, der innerhalb eines bestimmen Raumwinkelbereichs, in welchen die gerichtete Komponente Ga gestreut wird, liegt.
Vorzugsweise wird die Wechselwirkung mit dem oder weiteren simulierten Radarzielen für alle Teilsignale des virtuellen Radarsignals berechnet, so das nach dem Verfahrensschritt S1 mindestens eine Anzahl an direktionalen und diffusen Komponenten vorliegt, die der Anzahl an Teilsignalen entspricht, die mit simulierten Radarzielen in Wechselwirkung getreten sind.
Die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals kann mittels einer Wiederholung der Unterschritte S1a, S1b auch iterativ simuliert werden, insbesondere um Mehrfachreflexionen zu berücksichtigen. Dabei wird in den folgenden Unterschritten S1a die Ausbreitung der direktionalen Komponente Ga, d.h. der gerichtet gestreuten Teile des ursprünglichen simulierten Radarsignals, simuliert, und in den folgenden Unterschritten S1b die Wechselwirkung der direktionalen Komponente Ga mit einem weiteren simulierten Radarziel / 27
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AVL List GmbH berechnet. Dies kann so lange durchgeführt werden, bis keine der direktionalen Komponenten Ga mehr auf ein Radarsignal trifft.
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird ein Wert G der physikalischen Größe an einem Empfängerpunkt ermittelt. Dabei werden vorzugsweise die direktionale Komponente Ga und die diffuse Komponente Gb berücksichtigt, etwa indem die physikalische Größe für unterschiedliche Teile des ursprünglichen Radarsignals im Empfängerpunkt aufsummiert wird. Dadurch kann sich für die physikalische Größe ein besonders hoher Wert G ergeben, wenn der Empfängerpunkt innerhalb des Raumwinkelbereichs liegt, in den eine oder mehrere direktionale Komponenten Ga gestreut wird bzw. werden.
Der Empfängerpunkt kann an einer beliebigen Position innerhalb des Umgebungsszenarios angeordnet sein. Vorzugsweise entspricht der Empfängerpunkt jedoch dem Senderpunkt, von dem das ursprüngliche virtuelle Radarsignal ausgeht.
Anhand des ermittelten Werts G der physikalischen Größe kann in einem weiteren Verfahrensschritt S3 der Radarquerschnitt σ des simulierten Radarziels ermittelt und ausgegeben werden.
Figur 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Wechselwirkungsmodells W für die Modellierung der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals V mit einem simulierten Radarziel Z, wobei sich das virtuelle Radarsignal V von einem Senderpunkt S zumindest im Wesentlichen geradlinig ausbreitet. Trifft das virtuelle Radarsignal V auf das simulierte Radarziel Z, wird gemäß dem Wechselwirkungsmodell W ein Teil des virtuellen Radarsignals V isotrop und ein anderer Teil gerichtet gestreut. Der isotrop gestreute Teil, der sich ausgehend vom simulierten Radarziel Z zumindest Wesentlichen in jede Raumrichtung gleichmäßig ausbreitet, wird als diffuse Komponente Gb bezeichnet. Der gerichtet gestreute Teil, der sich ausgehend vom simulierten Radarziel Z im Wesentlichen innerhalb eines Raumwinkelbereichs Ω ausbreitet, wird als direktionale Komponente Ga bezeichnet.
Die Wechselwirkung wird vorzugsweise anhand einer physikalischen Größe beschrieben, welche das virtuelle Radarsignal V charakterisiert, beispielsweise die Leistungsdichte oder die Feldstärke des virtuellen Radarsignals V. Gemäß dem Wechselwirkungsmodell W wird die physikalische Größe in die diffuse Komponente Gb und die direktionale Komponente Ga aufgeteilt. Um auf Grundlage des Wechselwirkungsmodells W einen Radarquerschnitt zu ermitteln, wird der Beitrag der unterschiedlich gestreuten Anteile / 27
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AVL List GmbH des virtuellen Radarsignals V zu einem Signal in einem Empfängerpunkt E ermittelt. Beispielsweise können die diffuse Komponente Gb und die direktionale Komponente Ga aufsummiert und die Summe mit der ursprünglichen physikalischen Größe verglichen werden, um den Radarquerschnitt ermitteln.
Die Wechselwirkung wird vorzugsweise mittels der Phong-Formel Pscat = kd + ks^cosns0e beschrieben, wobei kd den isotrop gestreuten Anteil des virtuellen Radarsignals V, ks den gerichtet gestreuten Anteil des virtuellen Radarsignals V und der sog. PhongExponent ns die Breite des Raumwinkelbereichs Ω angibt. kd, ks und ns werden auch als Modellparameter bezeichnet. Der sog. Streuwinkel 0s gibt den Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung des gerichtet gestreuten Anteils des virtuellen Radarsignals V und der Verbindungslinie zwischen dem simulierten Radarziel Z und einem Empfängerpunkt E an, in dessen Richtung die Leistung P gestreut wird.
Obwohl die Phong-Formel empirisch ist, kann mit ihrer Hilfe eine realistische Streuung von Radarsignalen beschrieben werden, insbesondere indem eine modifizierte PhongFormel mit einem Direktionalitätsterm α = 2n/(ns + 1)verwendet wird. Für die Leistungsdichte P‘, welche am Empfängerpunkt E in einem Abstand R vom simulierten Radarziel Z ermittelt werden kann, wenn am simulierten Radarziel Z das virtuelle Radarsignal V mit der Leistung Pin gestreut wird, ergibt sich P‘ = Pin[kd/(4nR2) + ks^cosns0s/(2nR2(n+1))]. Somit kann die diffuse Komponente Gb als Term P^kd/(4nR2) und die direktionale Komponente Ga als Term Pin^cosns0s/(2nR2(n+1)) aufgefasst werden.
Der Grad der Aufteilung, d.h. der Anteil des virtuellen Radarsignals V, der nach dem Auftreffen des virtuellen Radarsignals V auf das simulierte Radarziel Z durch die diffuse Komponente Gb und die direktionale Komponente Ga angegeben wird, kann unter anderem beispielsweise von einer Ausrichtung des simulierten Radarziels Z bezüglich des Sendepunktes S, insbesondere von der Ausrichtung einer Oberflächennormalen des simulierten Radarsignals Z relativ zum Testfahrzeug, d.h. zum Senderpunkt S (nicht gezeigt), abhängen. Besonders bevorzugt hängt der Grad der Aufteilung jedoch von einer Eigenschaft des simulierten Radarziels Z, beispielsweise einer dem Radarziel Z zugeordneten Oberflächenbeschaffenheit, einem Material und/oder dergleichen, ab.
Diese Abhängigkeiten können insbesondere über eine geeignete Wahl der Modellparameter kd, ks und ns ausgedrückt werden. Die Anpassung der Phong-Formel an unterschiedliche Streusituationen ist im Folgenden erläutert.
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Figur 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 1b zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells, mittels dem eine Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals mit einem simulierten Radarziel in der Weise modellierbar ist, dass eine das virtuelle Radarsignal charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente, die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, und in eine diffuse Komponente, die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, aufgeteilt wird.
In einem Verfahrensschritt S4 wird die Wechselwirkung eines virtuellen oder realen Radarsignals mit einem Referenzziel auf der Grundlage einer analytischen Beschreibung der Reflexion des Radarsignals am Referenzziel simuliert oder mithilfe eines Experiments modelliert. Dabei wird vorzugsweise mindestens ein Wert G einer physikalischen Größe ermittelt, welche das am Referenzziel reflektierte virtuelle Radarsignal charakterisiert.
Beispielsweise können Gleichungen, welche die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit einem Objekt analytisch beschreiben, numerisch gelöst werden, um die Verteilung der am Objekt gestreuten Leistung Pscat in Abhängigkeit vom Streuwinkel 0s zu ermitteln. Alternativ kann die Verteilung auch experimentell mithilfe eines entsprechenden Versuchsaufbaus, in dessen Rahmen reale Radarsignale an einem realen Objekt reflektiert bzw. gestreut werden, bestimmt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt S5 wird mindestens ein Modellparameter kd, ks, ns des Wechselwirkungsmodells, beispielsweise der gegebenenfalls modifizierten PhongFormel, auf Grundlage des mindestens einen ermittelten Werts G der physikalischen Größe ermittelt.
Beispielsweise kann die Verteilung der am Objekt gestreuten Leistung Pscat in Abhängigkeit vom Streuwinkel 0s mit dem Wechselwirkungsmodell, insbesondere mit der PhongFormel, gefittet werden. Insbesondere kann derjenige Satz m von Modellparametern kd, ks, ns, bei dem eine Abweichung zwischen dem mindestens einen Wert G der physikalischen Größe, der auf Grundlage einer analytischen Beschreibung, und mindestens einem Wert G der physikalischen Größe, der mittels des Wechselwirkungsmodells ermittelt wurde, bestimmt werden.
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Vorzugsweise wird dabei ausgenutzt, dass zwischen den Modellparametern kd, ks, ns zumindest teilweise eine Abhängigkeit besteht. Insbesondere wird ausgenutzt, dass kd + ks = 1.
Durch das Ausführen der Verfahrensschritte S4, S5 kann sichergestellt werden, dass das Wechselwirkungsmodell, insbesondere die, gegebenenfalls modifizierte PhongFormel die Wechselwirkung eines Radarsignals mit einem Radarziel realistisch, d.h. physikalisch zumindest im Wesentlichen korrekt, wiedergibt. Mit anderen Worten kann das Wechselwirkungsmodell, insbesondere ein zur Phong-Formel hinzugefügter Direktionalitätsterm, normiert werden.
Als Referenzziel wird dabei vorzugsweise eine Kugel verwendet, da die Wechselwirkung eines Radarsignals mit einer Kugel besonders präzise und wirklichkeitsgetreu simulierbar ist.
Die Verfahrensschritte S4, S5 können auch mehrmals für unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten und/oder Materialien des Referenzziels ausgeführt werden und die dabei ermittelten Modellparameter kd, ks, ns in einer Datenbank, insbesondere verknüpft mit den entsprechenden Oberflächeneigenschaften und/oder Materialien, gespeichert werden. Dieses als Charakterisierung des Wechselwirkungsmodells bezeichnete Vorgehen ermöglicht es, beim Anwenden des Wechselwirkungsmodells (siehe Figur 2) in Abhängigkeit der Eigenschaften von simulierten Radarzielen in einem simulierten Umgebungsszenario diejenigen Modellparameter kd, ks, ns zu verwenden, welche eine besonders wirklichkeitsnahe Beschreibung der Wechselwirkung ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
1a 1b Verfahren zum Ermitteln eines Radarquerschnitts Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells
2 2a 3 4 5 10 100 Fahrzeug Radarsensor Simulationsvorrichtung Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts Stimulationvorrichtung Radarzielemulator System
S1 - S5 S1a, S1b Verfahrensschritte Unterschritte
D P R R‘ Simulationsdaten Stimulationspunkt reales Radarsignal modifiziertes Radarsignal
W G Ga Gb σ Wechselwirkungsmodell Wert einer physikalischen Größe direktionale Komponente diffuse Komponente Streuquerschnitt
S E V Z Os Ω R Senderpunkt Empfängerpunkt virtuelles Radarsignal simuliertes Radarziel Streuwinkel Raumwinkelbereich Abstand
P‘ P scat Pin kd, ks, ns m gestreute Leistungsdichte gestreute Leistung Leistung eines Radarsignals Modellparameter Satz von Modellparametern
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Claims (13)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren (1a) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (σ) eines simulierten Radarziels (Z), insbesondere zur Stimulation eines realen Radarsignals (R) in einem Radarzielemulator (10), aufweisend die Arbeitsschritte:
    - Simulieren (S1) der Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals (V) auf der Grundlage eines Wechselwirkungsmodells (W) in einem simulierten Umgebungsszenario, welches das simulierte Radarziel (Z) enthält, wobei eine Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals (V) mit dem simulierten Radarziel (Z) in der Weise modelliert wird, dass eine das virtuelle Radarsignal (V) charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente (Ga), die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, und in eine diffuse Komponente (Gb), die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, aufgeteilt wird;
    - Ermitteln (S2) eines Werts (G) der physikalischen Größe an einem Empfängerpunkt (E) im simulierten Umgebungsszenario unter Berücksichtigung der direktionalen Komponente (Ga) und der diffusen Komponente (Gb); und
    -Ableiten (S3) des Radarquerschnitts (σ) des simulierten Radarziels (Z) aus dem ermittelten Wert (G) der physikalischen Größe am Empfängerpunkt (E).
  2. 2. Verfahren (1a) nach Anspruch 1, wobei die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals (V) von einem Senderpunkt (S) im Umgebungsszenario bis zum simulierten Radarziel (Z) auf Grundlage einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen, insbesondere durch Raytracing, simuliert wird.
  3. 3. Verfahren (1a) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
    -das virtuelle Radarsignal (V) mehrere Teilsignale enthält und die Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals (V) mit dem simulierten Radarziel (Z) für jedes der Teilsignale modelliert wird, und
    -der Radarquerschnitt (σ) auf Grundlage von mehreren ermittelten Werten (G) der physikalischen Größe am Empfängerpunkt (E) abgeleitet wird.
  4. 4. Verfahren (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die physikalische Größe in Abhängigkeit von mindestens einem Modellparameter (kd, ks, ns), der eine phy22 / 27
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    AVL List GmbH sikalische Eigenschaft des simulierten Radarziels (Z) charakterisiert, in die direktionale Komponente (Ga) und die diffuse Komponente (Gb) aufgeteilt wird.
  5. 5. Verfahren (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 unter Verwendung der PhongFormel.
  6. 6. Verfahren (1a) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (σ) eines simulierten Radarziels (Z), insbesondere zur Stimulation eines realen Radarsignals (R) in einem Radarzielemulator (10), unter Verwendung der Phong-Formel.
  7. 7. Verfahren (1b) zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells (W), mittels dem eine Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals (V) mit einem simulierten Radarziel (Z) in der Weise modellierbar ist, dass eine das virtuelle Radarsignal (V) charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente (Ga), die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, und in eine diffuse Komponente (Gb), die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, aufgeteilt wird, aufweisend die Arbeitsschritte:
    - Simulieren (S4) der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals (V) mit einem Referenzziel auf der Grundlage einer analytischen Beschreibung der Reflexion des Radarsignals (V) am Referenzziel, wobei mindestens ein Wert (G) einer physikalischen Größe, welche das am Referenzziel reflektierte virtuelle Radarsignal (V) charakterisiert, ermittelt wird, oder
    Modellieren der Wechselwirkung eines realen Radarsignals mit einer realen Nachbildung des Referenzziels, wobei mindestens ein Wert (G) der physikalischen Größe, welche das an der realen Nachbildung des Referenzziels reflektierte reale Radarsignal charakterisiert, gemessen wird; und
    - Ermitteln (S5) von mindestens einem Modellparameter (kd, ks, ns) des Wechselwirkungsmodells (W) auf Grundlage des mindestens einen ermittelten Werts (G) der physikalischen Größe.
  8. 8. Verfahren (1b) nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Modellparameter (kd, ks, ns) auf Grundlage einer Ausgleichsrechnung, insbesondere einer Regressionsanalyse, ermittelt wird.
  9. 9. Verfahren (1b) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Referenzziel eine Kugel ist.
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  10. 10. Verfahren (1b) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei
    - die Ausbreitung des virtuellen oder realen Radarsignals (V) für mehrere verschiedene Referenzobjekte simuliert oder modelliert wird,
    -jeweils mindestens ein Modellparameter (kd, ks, ns) auf Grundlage der dabei ermittelten Werte (G) der physikalischen Größe ermittelt wird, und
    - die ermittelten Modellparameter (kd, ks, ns) in Abhängigkeit von Objekteigenschaften der mehreren verschiedenen Referenzobjekte gespeichert werden.
  11. 11. Vorrichtung (4) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (σ) eines simulierten Radarziels (Z), eingerichtet zum Ausführen eines Verfahrens (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
  12. 12. Radarzielemulator (10) zur Manipulation eines von einem Fahrzeug (2), insbesondere Kraftfahrzeug, ausgegebenen realen Radarsignals (R), aufweisend:
    -eine Simulationsvorrichtung (3), die dazu eingerichtet ist, ein Umgebungsszenario zu simulieren und Simulationsdaten (D) auszugeben, die das Umgebungsszenario charakterisieren;
    -eine Vorrichtung (4) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (σ) eines simulierten Radarziels (Z) nach Anspruch 11, die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der Simulationsdaten (D) wenigstens einen Stimulationspunkt (P) auszugeben;
    - eine Stimulationsvorrichtung (5), die dazu eingerichtet ist, das reale Radarsignal (R) aufzunehmen, insbesondere zu empfangen, das reale Radarsignal (R) auf Grundlage des wenigstens einen Stimulationspunktes (P) zu manipulieren und das derart manipulierte Radarsignal (R‘) auszugeben, insbesondere zu senden.
  13. 13. Prüfstand (100) für ein Fahrzeug (2), insbesondere Kraftfahrzeug, aufweisend einen Radarzielemulator (10) nach Anspruch 12.
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