-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1, also ein Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeiten und Entfernungen
von Objekten relativ zu einem Radarsystem eines Kraftfahrzeugs,
wobei ein Erfassungsbereich des Radarsystems in wenigstens zwei
Teilbereiche aufgeteilt ist, der Erfassungsbereich in aufeinander folgenden
Messzyklen auf reflektierende Objekte untersucht wird, wobei in
einem Messzyklus empfangene Radarsignale nach Teilbereichen getrennt
verarbeitet werden und verarbeitete Signale zu einem nach Raumrichtungen differenzierten
Gesamtergebnis zusammengefügt
werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Radarsystem nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 10, also ein Radarsystem, das zur Durchführung des
Verfahrens eingerichtet ist.
-
Ein
solches Verfahren und ein solches Radarsystem ist jeweils aus der
DE 696 12 252 T2 bekannt.
-
Bei
Straßen-Kraftfahrzeugen
werden Radarsysteme zur Überwachung
der Fahrzeugumgebung eingesetzt, wobei Anwendungen wie Einparkhilfe, Totwinkelüberwachung,
Spurwechselassistenz, Türöffnungsassistenz,
eine Unfall-Antizipierung (pre-crash-sensing) für eine Airbag-Auslösung, Gurtstraffung, Überrollbügel-Aktivierung,
Start/Stopp-Betrieb, Stop and follow-Betrieb oder Fahrbetrieb mit Abstandsüberwachung
und/oder Abstandsregelung (Cruise Control Unterstützung) in
Frage kommen.
-
Im
Umfeld der Fahrzeuge sind typischerweise mehrere Objekte und räumlich ausgedehnte
Objekte (Fahrzeuge, Leitplanken, Brücken) vorhanden, sodass in
der Regel mehrere Reflexionsstellen in der gleichen Entfernungszelle
auftreten. Um dem Fahrer oder einem Fahrerassistenzsystem eine Einschätzung der
Situation zu ermöglichen,
muss zusätzlich zur
Entfernung auch die Geschwindigkeit und unter Umständen auch
die Winkelposition reflektierender oder streuender Objekte bestimmt
werden. Eine Unterdrückung
von Infrastruktur, also zum Beispiel von ortsfesten Objekten wie
Leitplanken an Fahrbahnrändern,
stellt eine weitere wichtige Anforderung an ein Kraftfahrzeug-Radarsystem
dar.
-
Das
eingangs genannte Kraftfahrzeug-Radarsystem verwendet eine Segmentierung
eines Erfassungsbereiches des Radarsystems durch eine sequenziell
erfolgende Überdeckung
mit mehreren Teilbereichen, denen jeweils ein Winkel-Ausschnitt
aus dem Erfassungsbereich zugeordnet ist. Die Segmentierung erfolgt
mit Hilfe von mehreren räumlich
getrennten Empfangsantennen, die jeweils paarweise zusammengeschaltet
werden können.
Durch Kombination verschiedener Empfangsantennen des Radarsystems
werden bei der
DE 696 12 252 verschiedene Teilbereiche
erzeugt, die zusammen einen vergleichsweise großen azimuthalen Erfassungsbereich ergeben.
-
Innerhalb
eines Teilbereichs wird ein FMCW-Verfahren verwendet (FMCW = frequency
modulated continuous wave). Dabei wird die Frequenz der von dem
Radarsystem emittierten Radarsignale rampenförmig vergrößert und wieder verringert.
Jede einzelne Frequenzrampe wird auch als chirp bezeichnet. An einem
Objekt reflektierte und anschließend vom Radarsystem empfangene
Radarsignale werden im Radarsystem mit dem momentanen Sendesignal
in das Basisband heruntergemischt. Für ein Objekt im Erfassungsbereich
des Radars ergibt sich im Basisband-Empfangssignal eine harmonische Schwingung
mit einer Frequenz, die der Differenz der momentanen Sendesignal-Frequenz
und Empfangssignal-Frequenz (vor der Mischung) entspricht. Da zwischen
dem Senden und dem Empfang der Radarsignale eine Signallaufzeit
vergeht, die vom Abstand r des Radarsystems von dem reflektierenden
Objekt abhängt,
bildet sich der Abstand r in dieser Differenzfrequenz ab. Aufgrund
des Dopplereffektes bildet sich zusätzlich die radiale, also die
in Richtung einer Verbindungslinie zwischen Radarsystem und reflektierendem
Objekt vorliegende Relativgeschwindigkeit vr in der Differenzfrequenz
f ab. Dabei erfüllen
die beiden Abhängigkeiten
die lineare Gleichung f = a·r + b·vr mit
-
Koeffizienten
a und b, die von den Chirp-Parametern Sende-Startfrequenz f0, Chirplänge TC und Frequenzänderung
dfC abhängen.
Die Werte der Differenzfrequenz f werden gewöhnlich durch Fouriertransformation
und Schwellenwertdetektion im Frequenzbereich bestimmt.
-
Durch
den linearen Zusammenhang f = a·r + b·vr kann jeder gemessene Wert
der Differenzfrequenz f in einem r, vr-Diagramm als Gerade dargestellt
werden, wobei die Steigung der Geraden von den Koeffizienten a,
b und damit von den genannten chirp-Parametern abhängt. Bei einer rampenförmigen Erhöhung der
Frequenz (up-chirp) ergibt sich eine andere Gerade als bei der rampenförmigen Verringerung
der Frequenz (down-chirp). Der Schnittpunkt beider Geraden liefert
den gesuchten Abstand und die gesuchte Relativgeschwindigkeit eines
einzelnen reflektierenden Objekts. Ein lineares Gleichungssystem
beschreibt die Beziehung zwischen den Objekt-Parametern r und vr
und den ermittelten Differenzfrequenzen. Dies wird zum Beispiel
bereits durch die
DE 2 305 941 beschrieben.
-
In
Situationen mit mehreren reflektierenden Objekten steigt die Zahl
der Schnittpunkte mit der Zahl der reflektierenden Objekte an. Jedes
weitere Objekt liefert neben dem aussagekräftigen Schnittpunkt seiner
zwei zugehörigen
Geraden weitere Schnittpunkte mit Geraden, die zu den anderen Objekten
gehören.
Da diese weiteren Schnittpunkte kein reales Objekt charakterisieren,
werden sie auch als Geisterziele bezeichnet.
-
In
solchen Situationen mit n Objekten ergibt sich die Notwendigkeit,
die aussagekräftigen
Schnittpunkte, also die r, vr-Kombinationen realer Objekte zu validieren
und damit von den r, vr Kombinationen der Geisterziele zu trennen.
-
Für eine solche
Validierung ist aus der
DE
42 44 608 A1 bekannt, weitere Messungen durchzuführen, die
zusätzliche
Zusammenhänge
zwischen den Objekt-Parametern r und vr und den Messwerten für die Validierung
liefern. Aus der
DE
199 22 411 A1 ist in diesem Zusammenhang eine Verwendung
weiterer Frequenzrampen mit unterschiedlichen Steigungen bekannt.
In diesem Fall wird überprüft, ob für eine physikalisch
mögliche
r, vr-Kombination in den weiteren Frequenzmessungen die erwarteten
Frequenzen gemessen werden. Dies wird mit Nearest Neighbour und
Gate-Verfahren überprüft. Eine
r, vr-Kombination
wird validiert, wenn eine Differenz zwischen einer erwarteten Frequenz
und der nächstgelegenen
gemessenen Frequenz kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert
ist. Anschließend
werden die validierten r, vr-Kombinationen im sogenannte Zielverfolger
(target-tracker) weiterverarbeitet. Dabei erkennt und unterdrückt der
tracker einzelne falsche r, vr-Kombinationen (also Geisterziele)
durch einen zusätzlichen
Validierungs-Algorithmus.
-
Bei
der
DE 696 12 252
T4 kann zwischen den einzelnen Empfangsantennenkombinationen, mit
denen Teilbereiche eines größeren Erfassungsbereichs
ausgewählt
werden, umgeschaltet werden. Um Objekte in dem gesamten Erfassungsbereich
zu erfassen, müssen
die einzelnen Teilbereiche sequenziell ausgewählt werden. Die Dauer eines
einzelnen Messzyklusses, mit dem der Erfassungsbereich einmal auf
Objekte überprüft wird,
wird bestimmt durch das Produkt der pro Teilbereich erforderlichen
Messdauer und der Zahl der Teilbereiche.
-
Bei
den oben genannten Anwendungen für Straßen-Kraftfahrzeuge
wird unter anderem eine hohe up date Rate und damit eine kurze Zeitdauer
eines Messzyklusses in der Größenordnung
zwischen 10 ms bis 100ms gefordert. Andererseits kann die Dopplerfrequenz
und damit die Geschwindigkeit eines Objektes umso genauer bestimmt
werden, je länger
die Frequenzrampen einzelner chirps sind. Je mehr verschiedene chirps
zur Messung und Validierung benutzt werden, desto zuverlässiger kann
die Validierung von Abständen
und Geschwindigkeiten realer Objekte erfolgen, um diese von Geisterzielen zu
unterscheiden.
-
Aus
den Anforderungen einer hohen up date Rate und der Genauigkeit der
Messungen und Zuverlässigkeit
der Validierung ergibt sich damit ein Zielkonflikt.
-
Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
eines Verfahrens und eines Radarsystems der jeweils eingangs genannten Art,
mit denen sich eine hohe Messgenauigkeit und zuverlässige Unterscheidung
realer Objekte von Geisterzielen mit einer hohen up date Rate erzielen lässt.
-
Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass aus in einem ersten Messzyklus empfangenen Signalen Hypothesen
für die
Entfernung und Geschwindigkeit reflektierender Objekte gebildet
werden und die Hypothesen in Abhängigkeit
von in wenigstens einem weiteren Messzyklus empfangenen Signalen
validiert werden. Ferner wird diese Aufgabe bei einem Radarsystem
der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 10 gelöst.
-
Mit
anderen Worten: Die Erfindung erlaubt die Bildung einer Hypothese
dazu, ob es sich bei einem Schnittpunkt von zwei Geraden um Parameter eines
realen Objektes oder um ein Geisterziel handelt, durch ein einzelnes
Paar von Chirps für
einen Teilbereich eines beliebigen ersten Messzyklusses. Sie erlaubt
ferner ein Validieren (Bestätigen)
oder Verwerfen der Hypothese durch Auswerten von Messungen in wenigstens
einem späteren
Messzyklus. Als Folge kann der erste Messzyklus bereits beendet werden,
bevor die Messergebnisse oder die daraus abgeleiteten Hypothesen
endgültig
validiert oder verworfen werden. Im Ergebnis kann dadurch die Dauer der
Einzel-Messzyklen verringert werden, was eine höhere Aktualisierungsgeschwindigkeit,
also eine höhere
up date Rate erlaubt. Die höhere
up date Rate wird ohne Einbußen
bei der Zuverlässigkeit
der Validierung erzielt, da die Zahl der für eine Validierung verwendeten
chirps nicht verringert werden muss. Es werden lediglich chirps
aus verschiedenen Messzyklen für
die Validierung verwendet. Im Ergebnis erlaubt die Erfindung sowohl
in ihren Verfahrensaspekten als auch in ihren Vorrichtungsaspekten
eine Entschärfung
des genannten Zielkonfliktes.
-
Dabei
erfolgt die nach Teilbereichen getrennte Verarbeitung in einer Ausgestaltung
dadurch, dass das Radarsystem eine Teilbereiche definierende Überdeckung
einer Sendekeule und eines Empfangswinkelbereiches in einem Messzyklus
sequenziell in verschiedene Raumrichtungen richtet und die Verarbeitung
empfangener Radarsignale sequenziell erfolgt.
-
Durch
diese Ausgestaltung erfolgt die nach Teilbereichen getrennte Verarbeitung
der Radarsignale zeitlich getrennt. Durch die zeitliche Trennung kann
die Verarbeitung jeweils in demselben Empfangskanal erfolgen, so
dass diese Ausgestaltung nur einen Empfangskanal für die Radarsignalverarbeitung
erfordert.
-
In
einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die nach Teilbereichen
getrennte Verarbeitung dadurch, dass das Radarsystem gleichzeitig
verschiedene Teilbereiche definierende Überdeckungen wenigstens einer
Sendekeule mit wenigstens zwei Empfangswinkelbereichen oder wenigstens
eines Empfangswinkelbereiches mit wenigstens zwei Sendekeulen in
verschiedene Raumrichtungen richtet wobei für einen Teilbereich (d.h. für eine Überdeckung) Signale
aus einem anderen Empfangssignal-Frequenzbereich verarbeitet werden
als für
einen anderen Teilbereich.
-
Diese
Ausgestaltung erlaubt eine gleichzeitige Messung in mehreren Teilbereichen,
was die up date rate und Validierungsgeschwindigkeit weiter erhöht. Die
gleichzeitige Signalverarbeitung erfordert jedoch mehrere Empfangskanäle und damit
einen höheren
technischen Vorrichtungsaufwand.
-
Bevorzugt
ist auch, dass die Hypothesen durch ein LFMCW-Verfahren (LFMCW = linear frequency
modulated continuous wave) gebildet werden, bei dem pro Überdeckung
zwei Frequenzrampen mit unterschiedlicher Steigung verwendet werden.
-
Durch
die Verwendung dieser beiden Frequenzrampen erlaubt diese Ausgestaltung
die Bildung einer Hypothese durch Ermitteln der Schnittpunkte resultierender
Geraden bei geringer erforderlicher Messzeit für einen Teilbereich. Auch dies
trägt zu
einer erwünscht
hohen Aktualisierungsrate bei.
-
Eine
weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Messung
und Validierung wenigstens vier verschiedene Frequenzrampen benutzt werden,
von denen jeweils zwei in einem von zwei verschiedenen Messzyklen
liegen. Ein erster Messzyklus dient zur Messung, und ein zweiter
Messzyklus dient zur Validierung. Um eine hohe up date Rate zu erzielen,
können
die Ergebnisse aus einem Messzyklus zur Validierung einer Messung
aus einem vorhergehenden Messzyklus und/oder als Messwerte verwendet
werden, die noch durch einen nachfolgenden Messzyklus zu validieren
sind. Auf diese Weise wird eine hohe up date Rate erzielt.
-
Alternativ
oder ergänzend
kann die Validierung auch durch Beobachtung und Auswertung von Veränderungen
von Paaren festgestellter Kombinationen von Entfernungen und Geschwindigkeiten
von Messzyklus zu Messzyklus erfolgen. Dabei wird die Geschwindigkeit
ergänzend
durch ein range rate-Verfahren
bestimmt, bei dem die Änderung
eines Paares aus je einem Wert für
den Abstand r und einem Wert für
die Geschwindigkeit vr zwischen zwei Messzyklen ermittelt wird.
Bei einem realen Objekt muss insbesondere die Änderung des Abstandes nach
einer Normierung auf den zeitlichen Abstand der Messzyklen der Geschwindigkeit
vr entsprechen, die sich aus der Differenzfrequenz ergibt. Dazu
ist eine Verwendung von Frequenzrampen mit gleichem Vorzeichen aber
unterschiedlichem Betrag der Steigung nicht zwingend erforderlich.
-
Ferner
hat es sich als zweckmäßig erwiesen, in
aufeinander folgenden Messzyklen abwechselnd ein erstes Paar von
Frequenzrampen und ein zweites Paar von Frequenzrampen für jeweils
gleiche Überdeckungen
zu verwenden. Dies trägt
zu einer hohen up date Rate bei und erlaubt in Verbindung mit unterschiedlichen
Steigungen eine zuverlässige
Validierung.
-
Bevorzugt
ist auch, dass die jeweils vier Frequenzmessungen von zwei aufeinander
folgenden Messzyklen zur Hypothesen-Bildung und Hypothesen-Validierung verwendet
werden, wobei die ersten beiden Frequenzmessungen zur Hypothesenbildung und
die weiteren beiden Frequenzmessungen zur Validierung benutzt werden.
Ein Paar von Frequenzmessungen kann dabei sowohl zur Validierung
einer vorher gebildeten Hypothese als auch zur Bildung einer Hypothese
benutzt werden, die in einem späteren Messzyklus
noch zu validieren ist.
-
Da
die Zuverlässigkeit
der Validierung mit der Zahl der verwendeten Chirps steigt, werden
in einer weiteren Ausgestaltung zwei Frequenzen, die in einem ersten
Messzyklus gemessen werden, zur Hypothesen-Bildung verwendet und
Frequenzen, die in mehr als einem weiteren Messzyklus gebildet werden,
zur Validierung verwendet.
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
-
1 ein
Kraftfahrzeug mit einem Erfassungsbereich eines Radarsystems;
-
2 eine
Frequenzmodulation, wie sie bei einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet wird;
-
3 eine
Auftragung von Ergebnissen einer Differenzfrequenzerfassung in einem
Abstands-Relativgeschwindigkeits-Diagramm;
-
4 eine
erste Ausgestaltung zur Erzeugung von Teilbereichen eines Erfassungsbereichs;
-
5 eine
zweite Ausgestaltung zur Erzeugung von Teilbereichen;
-
6 eine
dritte Ausgestaltung zur Bildung von Teilbereichen;
-
7 eine
erste Ausgestaltung eines Radarsystems;
-
8 eine
zweite Ausgestaltung eines Radarsystems; und
-
9 ein
Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt
ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Radarsystem 12,
das Radialkomponenten vr14, vr16 von Geschwindigkeiten v14, v16 und
Entfernungen r14, r16 von Objekten 14, 16 relativ
zu dem Kraftfahrzeug 10 bestimmt. Dabei ist das Radarsystem 12 dazu
eingerichtet, einen in N = 3 Teilbereiche TB1, TB2, TB aufgeteilten
Erfassungsbereich EB zu verwenden. Auch andere Werte N größer oder
gleich 2 sind möglich.
Jeder Teilbereich TB1, TB2, TB3 wird als Überdeckung einer Sendekeule
und eines Empfangswinkelbereichs realisiert.
-
Die Überdeckungen
weisen in verschiedene Raumrichtungen und werden in einer ersten
Ausgestaltung in einem Messzyklus sequenziell aktiviert, so dass
das Radarsystem 12 den Erfassungsbereich EB abschnittsweise
auf reflektierende Objekte 14, 16 untersucht.
Jede Untersuchung in einem der Teilbereiche wird im Folgenden auch
als Einzelmessung bezeichnet. So wie die Teilbereiche TB1, TB2,
TB3 in der Summe den Erfassungsbereich EB ergeben, ergibt sich die
Dauer eines Messzyklusses als Summe der Zeitdauern der Einzelmessungen
in den Teilbereichen des Erfassungsbereiches EB.
-
Nach
einer solchen Untersuchung sämtlicher Teilbereiche
TB1, TB2 wird jeweils ein neuer Messzyklus durchgeführt. In
einem Messzyklus MZ empfangene vom Radarsystem 12 empfangene
Radarsignale werden nach Teilbereichen TB1, TB2, TB3 getrennt verarbeitet
und verarbeitete Signale zu einem nach Raumrichtungen differenzierten
Gesamtergebnis zusammengefügt.
Das Gesamtergebnis wird zum Beispiel dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 durch eine
Bildschirmdarstellung angezeigt. Alternativ oder ergänzend wird
das Gesamtergebnis im Rahmen einer oder mehrerer der eingangs genannten
Anwendungsbeispiele weiter verwendet, zum Beispiel zur Abstandsregelung.
-
Das
Radarsystem 12 ist ferner dazu eingerichtet, aus in einem
ersten Messzyklus empfangenen Signalen Hypothesen für die Entfernung
r14, r16 und Geschwindigkeit vr14, vr16 reflektierender Objekte 14, 16 zu
bilden und die Hypothesen in Abhängigkeit
von in wenigstens einem weiteren Messzyklus empfangenen Signalen
zu validieren.
-
Die
Hypothesen werden in einer bevorzugten Ausgestaltung durch ein LFMCW-Verfahren
gebildet. 2 zeigt schematisch den zeitlichen
Verlauf der Frequenz fs der vom Radarsystem 12 emittierten Radarsignale
in zwei aufeinander folgenden Messzyklen MZ1, MZ2. Dabei wird die
Frequenz fs der emittierten Radarsignale für jeden Teilbereich TB1, TB2, TB3
in vorbestimmter Weise moduliert. In der Ausgestaltung der 2 erfolgt
die Modulation so, dass die Frequenz fs im Messzyklus MZ1 für jeden
Teilbereich TB1, TB2, TB3 zunächst
linear von der Zeit t abhängig
mit einer ersten Steigung dfs/dt = m1 erhöht und anschließend linear
zeitabhängig
mit einer zweiten Steigung dfs/dt = m2 verringert wird. Dabei kommt
es nicht auf die Reihenfolge der Frequenzerhöhung und Frequenzverringerung
an.
-
Jedem
Teilbereich TB1, TB2 ist eine Messzeitdauer M_TB1_1, M_TB2_1, M_TB3_1
zugeordnet, in der das Radarsystem 12 reflektierte Radarsignale
aus dem jeweils zugehörigen
Teilbereich TB1, TB2, TB3 empfängt,
wenn sich dort ein oder mehrere reflektierende Objekte 14, 16 befinden.
Dabei nummeriert die erste Zahl jeweils den Teilbereich und die zweite
Zahl den Messzyklus. Ein Messzyklus entspricht der Zeitdauer, in
dem der Erfassungsbereich EB einmal vollständig untersucht worden ist.
-
Bei
den in den 1 und 2 schematisch skizzierten
Verhältnissen
ergibt sich bei der Verarbeitung der in dem ersten Messzyklus MZ1
für den
ersten Teilbereich TB1 empfangenen Radarsignale für jedes
Objekt 14, 16 und jede Steigung m1, m2 je ein Frequenzwert
als von der Entfernung r14, 16 und der Geschwindigkeit vr14, vr16
abhängige
Differenz zwischen den Frequenzen gesendeter und empfangener Radarsignale.
Jeder Differenzfrequenz entspricht je eine Gerade G(m1, 14), G(m2,
14) und G(m1, 16) und G(m2, 16) in einem r, vr-Diagramm, wie es
qualitativ in der 3 dargestellt ist. Die vier
Schnittpunkte S1, S2, S3, S4 geben mögliche Wertepaare (R, vr) der
beiden Objekte 14, 16 an, von denen aber nur die
zwei Wertepaare S1, S3 der Realität entsprechen und von denen
die beiden anderen Wertepaare S2, S4 sogenannte Geisterziele sind.
-
Eine
Unterscheidung der realen Wertepaare S1, S3 von den Geisterzielen
S2, S4 ist prinzipiell durch weitere Messungen möglich. Würde man zum Beispiel im Teilbereich
TB1 im Anschluss an die beiden Frequenzrampen mit den Steigungen
m1, m2 noch eine weitere Frequenzrampe mit einer anderen Steigung
anschließen,
würden
sich zwei weitere Geraden für
die beiden Objekte 14, 16 und damit weitere Schnittpunkte
in der Darstellung der 3 ergeben. In einer idealisierten
Betrachtung würden
die weiteren Geraden durch die Schnittpunkte S1, S3 der realen Wertepaare,
nicht aber durch die Schnittpunkte S2, S4 der Geisterziele laufen.
Die Auswertung der Schnittpunkte der weiteren Geraden mit den übrigen Geraden
liefert damit ein Kriterium zur Unterscheidung realer Wertepaare
S1, S3 von den Geisterzielen S2, S4.
-
Im
Rahmen der Erfindung erfolgt diese Unterscheidung nicht durch Senden,
Empfangen und Auswerten weiterer Frequenzrampen für einen
einzelnen Teilbereich TB in einem einzelnen Messzyklus. Stattdessen
werden in einem ersten Messzyklus MZ1 Hypothesen für die Entfernungen
r14, r16 und Geschwindigkeiten vr14, vr16 reflektierender Objekte 14, 16 gebildet
und diese Hypothesen durch Auswertung von Radarsignalen in einem
weiteren Messzyklus MZ2 verworfen oder validiert (bestätigt). Die
Bildung der Hypothesen erfolgt in einer Ausgestaltung durch die
beschriebene Auswertung der resultierenden Differenzfrequenzen bei
der Verwendung der beiden Frequenzrampen mit den Steigungen m1 und m2,
also durch Ermittlung sämtlicher
Schnittpunkte S1 bis S4 einschließlich der Wertepaare der Geisterziele.
Diese werden zunächst
vom Radarsystem 12 für
den Teilbereich TB1 gespeichert. Jeder Schnittpunkt S1, S2, S3,
S4 entspricht einer Hypothese für ein
mögliches
Wertepaar aus einer Entfernung r und einer Relativgeschwindigkeit
vr.
-
Das
Radarsystem 12 untersucht dann auf die gleiche Weise die
im gleichen Messzyklus MZ1 zu untersuchenden übrigen Teilbereiche TB2, TB3
des Erfassungsbereichs EB. Dabei speichert es gegebenenfalls weitere
Hypothesen zu reflektierenden Objekten in diesen übrigen Teilbereichen
TB2, TB3 ab.
-
Wenn
dann in einem weiteren Messzyklus MZ2 der erste Teilbereich TB1
erneut untersucht wird, werden die dort erhaltenen Ergebnisse zur
Validierung der vorher gebildeten Hypothesen benutzt. Dies erfolgt
in einer Ausgestaltung dadurch, dass in dem weiteren Messzyklus
MZ2 eine oder mehrere Frequenzrampen mit anderen Steigungen m3,
m4 verwendet werden als in dem ersten Messzyklus. Entsprechend ergeben
sich weitere Geraden G(m3, 14), G(m3, 16), G(m4, 14) und G(m4, 16)
in einem r, vr-Diagramm. Eine solche weitere Gerade G(m3, 14), G/m4,
14), G(m3, 16, G(m4, 16), die in einer erwarteten Nähe eines
Schnittpunktes S1, S3 aus einem vorherigen Messzyklus MZ1 verläuft, validiert
(bestätigt) die
Hypothese, dass es sich bei diesem Schnittpunkt S1, S3 um ein Wertepaar
aus einer Entfernung r und einer Geschwindigkeit vr eines realen
Objektes 14, 16 handelt. Die weiteren Geraden
G(m3, 14), G(m3, 16), G/m4, 14) und G(m4, 16) verlaufen jedoch nicht in
der Nähe
von Schnittpunkten S2, S4 aus einem vorherigen Messzyklus MZ1. Daher
werden diese Schnittpunkt S2, S4 als Geisterziele gewertet.
-
Um
die verschiedenen Geraden G(m1, 14), G(m2, 14), G(m1, 16), G(m2,
16) und G(m3, 14), G(m3, 16), G(m4, 14), G(m4, 16) oder Geradengleichungen,
die in den verschiedenen Messzyklen MZ1, MZ2 für einen Teilbereich TB1 erhalten
werden, besser voneinander trennen zu können, werden die Werte und
Vorzeichen der Steigungen m1, m2, m3, m4 der Frequenzrampen (chirps)
in den verschiedenen Messzyklen MZ1, MZ2 aufeinander abgestimmt. Dies
erfolgt bevorzugt so, dass Frequenzrampen, deren Steigungen ein
gleiches Vorzeichen besitzen, verschiedene Absolutbeträge der Steigungen
aufweisen. In einer Ausgestaltung ist m1 gleich 100 GHz/s, m3 gleich
200 Ghz/s, m2 gleich – 200
GHz/s und m4 gleich – 100
Ghz/s.
-
In
der beschriebenen Ausgestaltung wird daher in aufeinander folgenden
Messzyklen MZ1, MZ2 abwechselnd ein erstes Paar von Frequenzrampen mit
Steigungen m1, m2 und ein zweites Paar von Frequenzrampen mit Steigungen
m3, m4 für
einen jeweils gleichen Teilbereich, zum Beispiel den Teilbereich
TB1, verwendet. Dabei werden die jeweils vier Frequenzmessungen
von zwei aufeinander folgenden Messzyklen MZ1, MZ2 zur Hypothesen-Bildung und Hypothesen-Validierung
verwendet, wobei die ersten beiden Frequenzmessungen zur Hypothesenbildung
und die weiteren beiden Frequenzmessungen zur Validierung benutzt
werden.
-
Mit
anderen Worten. Es wird eine optimierte Modulation verwendet, die
sich dadurch auszeichnet, dass verschiedene Frequenzrampen auf verschiedene
Messzyklen verteilt werden. Die Hypothesen können durch die Messungen in
einem beliebigen Messzyklus aufgestellt und durch weitere Messungen
im nächsten
Zyklus validiert werden. Für
die Hypothesenbildung und Validierung können andere Chirp-Parameter,
zum Beispiel andere Steigungswerte, verwendet werden. Dadurch wird
der Zielkonflikt zwischen einer möglichst langen Dauer einer
Einzelmessung und einer möglichst
kurzen Dauer eines mehrere Einzelmessungen umfassenden Messzyklusses
entschärft.
Die Verwendung möglichst
vieler unterschiedlicher chirps erhöht die Detektionswahrscheinlichkeit
in Situationen mit mehreren Objekten: Da jeder Chirp und jedes Objekt
eine Gerade liefert, von der nur ein einzelner Punkt den Objekt-Parametern
r und vr entspricht, kann es vorkommen, dass mehrere Objekte trotz
unterschiedlicher Objekt-Parameter r und vr ähnliche oder gleiche Differenzfrequenzen
im Fourierspektrum des Basisbandsignals und damit die gleiche Gerade
im r, vr-Diagramm
liefern. Durch die Verwendung möglichst
vieler unterschiedlicher chirps können auch Punkte auf derselben
Gerade aufgelöst
werden, was die Detektionswahrscheinlichkeit in solchen Situationen
mit mehreren Objekten erhöht
und die Leistungsfähigkeit
der Validierung verbessert.
-
Alternativ
zu diesem Verfahren kann die Validierung auch auf mehr als einen
Messzyklus gestützt
werden, wenn dies zum Beispiel durch eine hohe Zahl von Objekten
erforderlich ist.
-
Weiter
alternativ können
auch Veränderungen
von Paaren festgestellter Kombinationen von Entfernungen und Geschwindigkeiten
von Messzyklus zu Messzyklus zur Validierung verwendet werden. Betrachtet
man in der 1 zum Beispiel den Schnittpunkt
S1 der Geraden G(m1, 14) und G(m2, 14) in einem ersten Messzyklus,
so ergibt sich bei konstanter Relativgeschwindigkeit vr ein Erwartungswert
für den
Abstand des Objektes 14 zu einem späteren Zeitpunkt (range rate-Verfahren).
-
Bildet
man zu einem späteren
Zeitpunkt, also in einem nachfolgenden Messzyklus, erneut den Schnittpunkt
der Geraden G(m1, 14) und G(m2, 14) und entspricht der erneut gebildete
Schnittpunkt dem vorher unter Berücksichtigung des ersten Abstandes und
der ersten Geschwindigkeit gebildeten Erwartungswert, so wird dies
als Validierung der Hypothese gewertet. Bei einem Geisterziel würde der
erneut gebildete Schnittpunkt dagegen in der Regel nicht dem Erwartungswert
entsprechen, was als Widerlegung der Hypothese gewertet wird und
den Schnittpunkt als Geisterziel erkennbar macht.
-
Bei
den bisher beschriebenen Ausgestaltungen erfolgt die nach Teilbereichen
getrennte Verarbeitung dadurch, dass das Radarsystem 12 eine
Teilbereiche definierende Überdeckung einer
Sendekeule und eines Empfangswinkelbereiches in einem Messzyklus
sequenziell in verschiedene Raumrichtungen richtet und die Verarbeitung
empfangener Radarsignale sequenziell erfolgt.
-
Alternativ
oder ergänzend
kann die nach Teilbereichen getrennte Verarbeitung auch dadurch
erfolgen, dass das Radarsystem gleichzeitig verschiedene Teilbereiche
definierende Überdeckungen
wenigstens einer Sendekeule mit wenigstens zwei Empfangswinkelbereichen
oder wenigstens eines Empfangswinkelbereiches mit wenigstens zwei
Sendekeulen in verschiedene Raumrichtungen richtet, wobei für einen
Teilbereich Signale aus einem anderen Empfangssignal-Frequenzbereich verarbeitet
werden als für
einen anderen Teilbereich.
-
Die 4 – 6 zeigen
verschiedene Möglichkeiten
der Realisierung von Überdeckungen
oder Teilbereichen. In der 4 liegt
eine schmale Sendekeule 18 in einem breiten Empfangswinkelbereich 20 und
bildet dadurch eine Überdeckung
oder einen Teilbereich TB. Der breite Empfangswinkelbereich 20 entspricht
in diesem Fall dem gesamten Erfassungsbereich EB des Radarsystems 12.
Im Betrieb des Radarsystems 12 wird der Erfassungsbereich
EB in einer Ausgestaltung abschnittsweise durch Versetzen der Sendekeule 18 und
damit des Teilbereichs TB abgetastet.
-
5 zeigt
gewissermaßen
eine komplementäre
Realisierung, bei der ein Erfassungsbereich EB durch eine breite
Sendekeule 22 gebildet wird. Teilbereiche TB werden in
diesem Fall durch schmale Empfangswinkelbereiche 24 erzeugt,
mit denen die breite Sendekeule 22 abschnittsweise abgetastet wird.
-
6 zeigt,
wie durch ein Überlappen
einer schmalen Sendekeule 26 und eines schmalen Empfangswinkelbereichs 28 eine
noch schmalere Überdeckung 30 erzeugt
wird, die ebenfalls zur abschnittsweise erfolgenden Abtastung des
Erfassungsbereichs EB dient.
-
7 zeigt
eine Ausgestaltung eines Radarsystems 12 mit mehreren schaltbaren
Sendeantennen 30, 32, 34, die in verschiedene
Raumrichtungen weisen und jeweils gerichtete, schmale Sendekeulen erzeugen. Über von
einer Steuerung 42 betätigte Schalter 36, 38, 40 werden
die Sendeantennen 30, 32, 34 sequenziell
mit einer Radarsignal-Generator- und Auswerteeinheit 44 verbunden.
Wenigstens eine Empfangsantenne 46 und/oder 48 ist
ebenfalls mit der Auswerteeinheit 44 verbunden und erzeugt
einen breiten Empfangswinkelbereich, der durch sequenziell erfolgendes
Aktivieren der Sendeantennen 30, 32, 34 abschnittsweise
abgetastet wird. Die Auswerteeinheit 44 bestimmt aus den
reflektierten Signalen die Objektparameter r und vr einschließlich der
Validierung durch das oben im Detail beschriebene FMCW-Verfahren.
-
Schmale
Empfangswinkelbereiche 24 werden zum Beispiel durch Verzögern der
Empfangssignale von einer der Empfangsantennen bei der Signalverarbeitung
erzielt. Bei einer Addition der Empfangssignale ergibt sich ein
maximales Summensignal dann, wenn sich Maxima der einzelnen Empfangssignale
konstruktiv überlagern.
Betrachtet man verschiedene reflektierende Objekte, die, relativ
zum Radarsystem in gleicher Entfernung aber verschiedener Winkelposition
im Erfassungsbereich des Radarsystems angeordnet sind, ergibt sich
die konstruktive Überlagerung
für einen
bestimmten, vergleichsweise schmalen Winkelbereich.
-
8 zeigt
eine Ausgestaltung eines Radarsystems 12 mit elektronisch
verstellbarer Senderichtung und/oder Empfangsrichtung. Das Radarsystem 12 enthält mehrere
Sendeantennen 50, 52, 54, die von einer
Radarsignal-Generator- und
Auswerteeinheit 56 über
Sendeverstärker 58, 60, 62 zur
Abstrahlung von Signalen angeregt werden. Dabei erfolgt die Anregung
der Sendeantennen 50, 52, 54 phasengekoppelt
mit einer von der Einheit 56 steuerbaren Phasenverschiebung.
Die Steuerung der Phasenverschiebung erfolgt durch starre oder steuerbare
Phasenschieber 64, 66 und 68, die zwischen
den Sendeverstärkern 58, 60, 62 und
den Sendeantennen 50, 52, 54 angeordnet
sind. Als Phasenschieber kommen beispielsweise Leiterabschnitte
mit umschaltbarer oder umsteuerbarer Leiterlänge oder steuerbare Zeitverzögerungsschaltungen
in Frage, wobei solche Realisierungen hier lediglich als Beispiel dienen
sollen und ihre Aufzählung
keinen abschließenden
Charakter besitzt.
-
Im
Ergebnis strahlen die Sendeantennen 50, 52, 54 phasengekoppelt
Wellen 70, 72 und 74 ab, die sich zu
Wellenfronten 76 konstruktiv überlagern und als in eine Vorzugsrichtung 78 gerichtete
Sendekeule abgestrahlt werden. Die gezeigte Anordnung stellt damit
eine Möglichkeit
einer Sendekeulen-Erzeugung und einer phasengekoppelten Anregung
von mehreren Sendeantennen 50, 52, 54 nach
dem sogenannten "Phased
Array"-Prinzip dar.
Die Breite der resultierenden Sendekeule kann mit zunehmender Zahl
der beteiligten Sendeantennen verringert werden. Es versteht sich
daher, dass die Zahl der Antennenelemente, die an der Erzeugung
einer Sendekeule beteiligt sind, auch größer oder kleiner als 3 sein kann.
-
In
der Ausgestaltung der 8 ist weiter wenigstens eine
Empfangsantenne 80 und/oder 82 vorgesehen, die
von einem Objekt reflektierte Signale empfängt und an die Auswerteeinheit 56 übergibt.
Es versteht sich, dass anstelle separater Empfangsantennen 80 und 82 auch
eine Auswahl von Sendeantennen mit nachgeschalteten Sende- und Empfangsweichen
für den
Empfang reflektierter Signale verwendet werden kann. Zwischen die
Empfangsantennen 80 und 82 sind Empfangsverstärker mit
niedrigem Rauschanteil (Low Noise Amplifier) 84 und 86 sowie
steuerbare Phasenschieber 88, 90 geschaltet, die
eine elektronische Schwenkung des Empfangswinkelbereichs erlauben.
Die Auswerteeinheit 56 bestimmt aus den reflektierten Signalen
die Objektparameter r und vr einschließlich der Validierung durch das
oben im Detail beschriebene FMCW-Verfahren.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
eines entsprechenden Verfahrens wird im Folgenden unter Bezug auf die 9 erläutert.
-
In
einem ersten Schritt 92 wird ein erster Messzyklus MZi
durchgeführt.
Dabei werden gegebenenfalls Hypothesen H(r, vr) für Objektparameter
r, vr auf die weiter oben im Detail beschriebene Art gebildet.
-
Anschließend erfolgt
in einem Schritt 94 die Durchführung eines weiteren Messzyklusses
MZi+1 und, wenn Hypothesen H(r, vr) aus dem Schritt 92 vorliegen,
eine Validierung der Objektparameter r, vr realer Objekte zur Unterscheidung
von Geisterzielen.
-
Daran
schließt
sich im Schritt 96 ein Zusammenfügen von aus verschiedenen Teilbereichen
in den Messzyklen erhaltenen Ergebnissen zu einem nach Raumrichtungen
differenzierten Gesamtergebnis an.