CN112526499A - 用于定位系统中的信号分析评价的方法、机动车的定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在具有多个雷达传感器(10、12)的定位系统中进行信号分析评价的方法，所述雷达传感器的定位区域(16、18)相互重叠，其特征在于，具有以下步骤：‑分析评价所述雷达传感器中的第一雷达传感器(10)的信号并且辨识非空的间距单元，‑对于这种间距单元中的至少一个：‑选择所雷达传感器中的第二雷达传感器(12)并且确定这样的间距区域(46)：位于所述间距单元(D1)中的对象(20、22)从所述第二雷达传感器(12)的角度看肯定位于所述间距区域中；‑借助来自所述第二雷达传感器(12)的信号辨识对在所述间距区域(46)中的对象配置进行分类。本发明还涉及一种用于机动车的定位系统和一种具有机器可读的程序代码的软件产品。

Description

用于定位系统中的信号分析评价的方法、机动车的定位系统
技术领域
本发明涉及一种用于在具有多个雷达传感器的定位系统中的信号分析评价的方法，这些雷达传感器的定位区域相互重叠。
尤其，本发明涉及一种用于机动车的定位系统，该定位系统能够尽可能精确地感测交通环境。
背景技术
安装在机动车中的雷达传感器通常感测所定位对象的间距、相对速度和方位角以及在必要情况下也感测仰角。常用的是调频连续波(FMCW)雷达传感器，其中，所发射的雷达信号的频率调制为斜坡形。将接收到的雷达回声与当前发射的信号的一部分混合，使得在中间频带中得到拍频信号，该拍频信号的频率取决于所发射信号和所接收信号之间的频率差。如果频率斜坡非常陡峭，则频率差首先通过信号传播时间并因而通过对象间距来确定。如果通过快速傅立叶变换(FFT)将中频信号转换到频谱中，则在该频谱中每个对象以在确定频率下的峰值形式呈现，该确定的频率表明对应的对象间距。然而，由于数字信号处理，间距空间被分成离散的间距单元。如果在有关频率下没有接收到高于噪声水平的信号，则单元应被称为“空”。
一般地，也可以不忽略由多普勒效应引起的、对象的相对速度对频率位置的影响。将与间距相关的分量和与速度相关的分量相对彼此分开的一种可能性在于，使用具有不同斜率的频率斜坡。由于斜率仅影响与间距有关的分量，因此通过比较不同斜坡的峰值的频率位置能不但确定对象间距而且确定相对速度。
另一可能性在于，快速连续地发射具有相同斜率的多个频率斜坡，这些频率斜坡的频率分别相对彼此偏移，使得这些斜坡本身构成具有缓慢增大的频率的“斜坡”。通过快速斜坡和慢速斜坡的二维傅立叶变换，可以直接在二维的间距-速度图(v-d图)中得到振幅分布。在这个图中，对于每个对象间距存在多个间距单元，这些间距单元代表不同的相对速度。
因此，也可以测量相对于被定位对象的方向角(以方位角和/或以仰角)，每个雷达传感器具有多个发射天线元件和/或多个接收天线元件，这些发射天线元件和/或接收天线元件在一条直线上相对彼此偏移。如果雷达回声没有相对于该直线成直角地射入，则在天线元件之间存在传播时间差，该传播时间差会导致所接收信号的(复合)振幅的表征对象的对应方向角的分布。该方向角至少能被估计，其方式是，在天线曲线图中寻找这样的振幅分布，该振幅分布最佳地匹配与所测量的分布。
然而，如果存在多个雷达传感器，这些雷达传感器的定位区域相互重叠，则也可以使用已知的多边定位方法，以便借助对于不同雷达传感器不同的信号传播时间在二维坐标系中定位该对象。
在已知的定位系统中，能用于感测交通环境的精度由于以下方式受限：雷达传感器仅具有有限的能力将位于同一间距单元中的对象相对彼此区分开。
发明内容
本发明的任务是提出一种方法，该方法允许以提高的精度和可靠性来感测环境。
根据本发明，该任务通过具有以下步骤的方法来解决：
-分析评价雷达传感器中的第一雷达传感器的信号并且辨识非空间距单元，
-对于这些间距单元中的至少一个：
-选择雷达传感器中的第二雷达传感器并且确定间距区域，位于所述间距单元中的对象从第二雷达传感器的角度肯定位于该间距区域中，和
-借助第二雷达传感器的信号，对在该间距区域中的对象配置进行分类。
因此，根据本发明，通过以下方式获得关于环境的附加信息，将从多个雷达传感器得到的信号合并，然而不是在多边定位的意义上，而是以将对象配置更详细地分类的方式，并且由此改进了区分能力和动态范围。
本发明还涉及一种用于机动车的定位系统，所述定位系统具有多个雷达传感器，这些雷达传感器的定位区域相互重叠，并且所述定位系统具有分析评价单元，所述分析评价单元配置为用于实施本发明的方法。
此外，本发明涉及一种具有机器可读的程序代码的软件产品，当所述程序代码加载到本发明的定位系统的分析评价单元中时，所述程序代码安排所述分析评价单元实施本发明的方法。
在优选实施方式中得出有利的构型和扩展方案。
根据一种可能的实施方式，对所述对象配置的分类包括：确定所述第一雷达传感器的非空的间距单元中的对象数量。
对象配置的分类中的重要判据涉及以下问题：有多少不同的雷达目标位于同一非空间距单元中。至今，在借助振幅分布的角度估计的范畴内仅能以有限的精度和可靠性获得该信息。然而，困难在于，恰好当多个雷达目标位于同一间距单元中时，来自多个对象并且因此从不同方向到达的信号相互叠加，使得角度质量显著降低并且因此使明确地解释振幅分布变得困难。
根据另一可能的实施方式，如果对于所述雷达传感器之一来说多个对象位于同一间距单元中，则使用这样一个雷达传感器来实施角度估计，以确定相对于这些对象的方向角：对于该一个雷达传感器来说这些对象位于分开的间距单元中。
现在，本发明提供了一种与角度估计无关的、在单目标和多目标场景之间进行区分的附加可能性。即，如果两个雷达目标对于雷达传感器之一来说位于同一间距单元中，则这两个雷达目标由于在这些雷达传感器之间的空间间距而对于另一雷达传感器而言以高概率位于两个相邻、但彼此不同的雷达单元中，使得用该另一雷达传感器能将这些目标区分开。使用第二雷达传感器可以在两个间距单元中实施分开的角度估计，并且结果比使用第一雷达传感器会得到的结果更精确且更可靠。
根据另一可能的实施方式，如果对于所述雷达传感器之一来说多个对象位于同一间距单元中，则将所述一个雷达传感器的信息用于，与另一雷达传感器一起实施改进的双目标角度估计。
如果已知相对于多个目标的方向角，则能计算出在使用第一雷达传感器进行测量时可预期的振幅分布，并且通过将预期的振幅分布与在第一雷达传感器中实际测量的振幅分布进行比较能获得关于从第一雷达传感器角度看到的两个雷达目标的相对信号强度的信息。
根据另一可能的实施方式，对所述对象配置的分类包括：对由多个雷达传感器定位的对象的雷达横截面基于由所述多个雷达传感器所接收的信号强度来进行比较。
此外，本发明允许，所定位的对象借助其雷达横截面的角度相关性能更详细地被表征。雷达横截面，即从确定的方向照射到对象上并且然后在同一方向上又被反射回的雷达信号所具有的信号强度，取决于该雷达信号入射的方向，并且，雷达横截面的角度相关性以表征性方式取决于有关对象的几何形状，使得借助雷达横截面的角度相关性可以将不同的对象类型，例如载重车、乘用车和两轮车，相对彼此区分开。
根据另一可能的实施方式，借助所述雷达横截面的比较，对所定位的对象的类型提出假设。
本发明允许，使用两个不同的雷达传感器从相对彼此不同的方向观察同一对象，使得针对两个不同的角度得到雷达横截面并且由此可以导出关于对象类型的指示。
如果使用第一雷达传感器定位到在确定的间距单元中有至少一个目标，然而在第二雷达传感器中在所属的间距区域中没有找到对象，则这意味着，该对象的雷达回声位于该第二雷达传感器的动态区域以外，这是因为该对象对于该第二雷达传感器来说位于定位区域的边界上，或者是因为在第二雷达传感器看该对象的方向上该对象的雷达横截面太小。借助使用第一雷达传感器所得到的间距数据和角度数据能检验，这些假设中的至少一个是否可信或者是否存在对定位系统的功能干扰。在必要情况下，针对第二雷达传感器也可以暂时降低噪声阈值，以便检查，弱信号是否也能被第二雷达传感器找到。
总之，通过对多个雷达传感器的信号进行分析评价和比较能够提高以下概率：实际存在的对象事实上也被所述雷达传感器中的至少一个雷达传感器定位到。
附图说明
下面，借助附图详细阐明实施例。附图示出：
图1具有两个雷达传感器的定位系统的定位图；
图2由图1中的两个雷达传感器所接收的信号在对应间距-速度图中的图示；
图3进行角度分辨的雷达传感器的原理图；
图4用于阐明载重车的后部雷达横截面的简图；
图5用于阐明两轮车的倾斜于雷达波的传播方向取向的雷达横截面的简图；
图6具有为根据本发明的方法构造的定位系统的载重车的正视图。
具体实施方式
图1示出定位系统，该定位系统在这个简化的示例中具有两个雷达传感器10、12和中央分析评价单元14，在该中央分析评价单元中对雷达传感器的信号进行合并和分析评价。两个雷达传感器10、12具有定位区域16、18，这些定位区域相互重叠。在重叠区域中有两个对象20、22，这两个对能够被两个雷达传感器定位。两个对象20、22位于以雷达传感器10为中心的圆24上，使得雷达传感器10针对这两个对象测量到同一间距d1。此外应假设，两个对象20、22相对于雷达传感器10、12也具有相同的相对速度v。因此，在雷达传感器10的间距-速度图26(图2)中，两个对象由唯一的信号峰值28代表，该信号峰值位于唯一的间距单元D1中。因此，仅通过使用雷达传感器10测量间距和相对速度不能将这两个对象相对彼此区分开。
雷达传感器12相对于雷达传感器10在空间上偏移并且因此针对两个对象20、22测量到两个相对彼此不同的间距d2和d3。因此，在该雷达传感器的间距-速度图30中，所述对象由位于不同间距单元D2和D3中的信号峰值32和34代表。
因此，通过分析评价雷达传感器12的信号能简单且可靠地确定，峰值28是来自两个不同对象的雷达回声的叠加。
例如，如果要通过角度估计来确定对象20和22的方位角，该信息是非常有价值的。
如图3所示，雷达传感器10具有天线阵列，该天线阵列具有四个天线元件36，这些天线元件布置在水平的直线上。由天线元件36发射的雷达波束38在对象20上被反射并且然后又被发射过这些雷达波束的同一天线元件接收，因此这些雷达波束在其行程方面分别相差2*delta1的量值。这些行程差导致在复合振幅方面的区别，尤其是在由不同的天线元件36所接收的且随后通过傅立叶变换映射到间距-速度图26上的信号相位方面的区别。四个天线元件36的复合振幅的分布以标志性方式取决于这种方位角α20：对象20被雷达传感器10以该方位角看到。振幅分布的这种角度相关性能在天线曲线图中示出，并且通过将测得的振幅分布与天线曲线图进行比较在原则上能估计方位角α20。
在这种意义上同样情况也适用于在被雷达传感器以方位角α22看到的对象22上反射的雷达波束40。在这种情况下，行程差为2*delta2。
然而，由于雷达传感器10的全部四个接收通道中的从对象20和22所接收的信号位于相同的间距单元D1中，所以不能将这些信号根据它们的频率相对彼此区分开，并且最终测得的振幅分布是雷达波束38和40叠加的结果。由此，振幅分布与天线曲线图的相关性变差(角度质量变差)，振幅分布仍与所测量的分布最佳地相关的那个方位角是既不与α20一致也不与α22一致的误认角度。
因此，雷达传感器10不是定位了两个对象20和22，而是定位了在圆24上的任意其他部位处的假对象。尽管当计算所得到的角度质量时能对角度估计的可靠性大致估数，但仍不能由此确定真实的方位角α20和α22。
然而，对雷达传感器12的信号的分析评价提供了更简单且更可靠的可能性来识别和修正前面所说明的类型的错误。
如果雷达传感器10确定了非空的间距单元，例如间距单元D1，则能确定对象的间距D1在该单元中，并且，借助雷达传感器10、12的空间布置能计算出另一雷达传感器12在哪个间距区域中肯定能看到该对象或这些对象。两个雷达传感器的定位区域16、18的边界(图1)是已知的，所测量的间距d1提供了所述对象必定所在的圆24的位置。该圆24与定位区域16和18的边界的交点则提供了间距区域46的上限42和下限44，对象20和22从雷达传感器12的角度看肯定位于该间距区域中。
如果现在显现出，在雷达传感器12的间距-速度图30中在该间距区域中恰好出现两个峰值32、34，则得知，这两个峰值肯定代表在雷达传感器10的间距-速度图26中位于间距单元D1中的对象。因此，显然，间距单元D1中的峰值28是叠加，该叠加代表恰好两个对象。
由于雷达传感器12的间距-速度空间30中的峰值32和34位于分开的间距单元D2，D3中，因此能分开地分析评价它们的振幅分布，使得能够以高质量进行角度估计，以从雷达传感器12的角度确定对象20和22的方位角。
因此，为了得到定位系统的环境的尽可能精确且适用的图像，在这种情况下不采用使用由雷达传感器10实施的角度估计，替代地信赖使用雷达传感器12所实施的角度估计。
基于使用雷达传感器12针对对象20和22所测量的方位角就能通过简单的几何变换也计算出从雷达传感器10的角度看的方位角α20和α22。替代地，也可以使用来自雷达传感器12的信息，以便与雷达传感器10一起实施改进的双目标角度估计。
峰值32和34的顶点处的振幅绝对值也为雷达波束38和40的信号强度比提供了依据。由此能计算出在雷达传感器10中能预期的振幅分布。为了检查一致性，现在可以将该预期的振幅分布与雷达传感器10实际测量到的振幅分布进行比较。在此，如果得到偏差，则可以通过以下方式对该偏差进行修正：改变假设的信号强度比。以这种方式能确定，对象20和22对雷达传感器10的信号的反射率是否与对雷达传感器12的信号的反射率不同。如果对象不是点形或球形的，而是具有与角度有关的雷达横截面，则可预期存在反射率方面的这种差别。
显然，也可以反向进行，首先在雷达传感器12的间距-速度图30中搜索非空的间距单元，然后在雷达传感器10的间距-速度图中搜索相应的间距区域。视对象状况而定，也可能存在，两个对象仅使用雷达传感器10就能区分开而不用雷达传感器12。
也能想到这种状况：雷达传感器10确定了非空的间距单元D1，但雷达传感器12在对应的间距区域46中仅定位到唯一的对象。在该情况下，可以在两个雷达传感器10、12中进行具有高角度质量的角度估计，结果必须是一致的。这种一致性检查例如可以用于识别并且在必要情况下修正两个雷达传感器10、12之一的可能的错误定向。
因为所定位的唯一的对象的反射率可能与角度有关并且两个雷达传感器从稍微不同的方向观察对象，所以在两个雷达传感器中所测得的信号强度可能不同，尽管对象间距近似相同。因为使用两个传感器所测量的相对于对象的间距是已知的，所以能以计算机方式修正信号强度的距离相关性，使得可以将对象的针对两个雷达传感器的视角方向的雷达横截面相互比较。
作为示例，图4示出以下情况：雷达传感器10以近似0°的方位角α10看到载重车48的后方。载重车的很大程度上为平面的、与雷达波束38成直角地取向的正后方导致大的雷达横截面和在0°方向上的相应较高的反射率。而雷达传感器12以不同于0°的方位角α12看到载重车48。因此，该传感器的雷达波束(在图4中未示出)倾斜地照射到载重车的正后方并且被如此反射，使得这些雷达波束(除了衍射效应之外)不再照射到雷达传感器12上。载重车48的正后方的反射率的角度相关性在图4中由曲线50示出。雷达传感器10测量到高的反射率，而雷达传感器12测量到明显较低的反射率。
为了比较，图5示出雷达传感器10在方位角α10近似为0°时定位两轮车54的状况。雷达传感器12以与0不同的方位角α12定位该两轮车并且因此倾斜地注视两轮车54，这在这里由两轮车相对于雷达传感器12的雷达波束56的倾斜位态来象征。雷达横截面的角度相关性在这里由曲线58说明。在从侧面观察时，两轮车54的雷达横截面大于在直接从后方观察时的雷达横截面，使得在这种情况下，雷达传感器12比雷达传感器10测量到更强的信号。
因此，借助在由雷达传感器测量的信号强度或反射率方面的这种差别能推断出所定位的对象的类型。
雷达传感器10和12的在图1中以扇形示出的定位区域16、18在实践中在左侧边缘和右侧边缘处没有清晰的边界。更确切地说，不但以所发射的雷达波束进行的照明而且对所接收的雷达回声的灵敏度都随着方位角增大而逐渐减小。因此，对于靠近雷达传感器的定位区域边界的对象，雷达回声可能变得如此弱，使得该雷达回声不再能被该传感器探测到，或者该雷达回声至少不再能从噪声背景可靠地区分出。因此，也可能出现以下状况：例如，雷达传感器10定位到在间距单元D1中的至少一个对象，但雷达传感器12在所属的间距区域46中没有确定到对象。但这样的状况在定位系统无错误运行的情况下仅当用雷达传感器10所测量的方位角表示对象位置靠近雷达传感器12的定位区域18的边界时，才允许出现。因此，在这些状况下，根据本发明的方法也允许定位系统的自检查。
当然，该方法不限于仅具有两个雷达传感器的定位系统。定位系统优选包括至少三个雷达传感器，在这些雷达传感器中，优选一个在竖直方向上也相对于其他两个传感器偏移，使得对象被不同的雷达传感器定位的方向角不仅在方位角方面变化，而且在仰角方面变化。这种定位系统在两个雷达目标或两个反射中心位于相同间距且方位角相同而高度不同的情况下也可以实现高的区分能力。通过感测在不同仰角下的雷达横截面的差别也可以实现更有区分度的对象分类，尤其是更明确地区分乘用车和载重车。
作为示例，图6示出具有三个雷达传感器10、12、60的定位系统，这三个雷达传感器安装在载重车62的前部。在这种情况下，在从前面看的视图中，这些雷达传感器构成具有水平底边的等腰直角三角形。

Claims (8)

1.一种用于在具有多个雷达传感器(10，12，60)的定位系统中进行信号分析评价的方法，所述雷达传感器的定位区域(16，18)相互重叠，其特征在于，具有以下步骤：
-分析评价所述雷达传感器中的第一雷达传感器(10)的信号并且辨识非空的间距单元(D1)，
-对于这种间距单元中的至少一个：
-选择所述雷达传感器中的第二雷达传感器(12)并且确定这样的间距区域(46)：位于所述间距单元(D1)中的对象(20、22)从所述第二雷达传感器(12)的角度看肯定位于所述间距区域中；和
-借助所述第二雷达传感器(12)的信号对在所述间距区域(46)中的对象配置进行分类。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述对象配置的分类包括：确定所述第一雷达传感器的非空的间距单元(D1)中的对象(20、22)数量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果对于所述雷达传感器(10、12)之一来说多个对象位于同一间距单元(D1)中，则使用这样一个雷达传感器(12)来实施角度估计，以确定相对于这些对象的方向角：对于该一个雷达传感器来说这些对象位于分开的间距单元(D2，D3)中。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，如果对于所述雷达传感器(10、12)之一来说多个对象位于同一间距单元(D1)中，则将所述一个雷达传感器(12)的信息用于，与另一雷达传感器(10)一起实施改进的双目标角度估计。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述对象配置的分类包括：对由多个雷达传感器(10、12)定位的对象的雷达横截面基于由所述多个雷达传感器所接收的信号强度来进行比较。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，借助所述雷达横截面的比较，对所定位的对象的类型提出假设。
7.一种用于机动车的定位系统，所述定位系统具有多个雷达传感器(10、12、60)，这些雷达传感器的定位区域(16、18)相互重叠，并且所述定位系统具有分析评价单元(14)，所述分析评价单元配置为用于实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
8.一种具有机器可读的程序代码的软件产品，当所述程序代码加载到根据权利要求6所述的定位系统的分析评价单元(14)中时，所述程序代码安排所述分析评价单元实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
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