DE102006057277A1

DE102006057277A1 - Verfahren zum Betrieb eines Radarsystems bei möglicher Zielobjektverdeckung sowie Radarsystem zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102006057277A1
Application number: DE102006057277A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Jordan; Oliver Schwindt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2008-06-12
Also published as: WO2008068088A1; US8514124B2; US20110063157A1; EP2100162A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Radarsystems und einem Radarsystem zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere eines Mikrowellen-Radarsystems für Anwendungen in oder an Kraftfahrzeugen, bei dem wenigstens ein Zielobjekt (100) und wenigstens ein mögliches Verdeckungsobjekt (110) radartechnisch erfasst werden, ist insbesondere vorgesehen, dass erkannt wird (210-220), ob eine Verdeckungssituation des wenigstens einen Zielobjektes (100) durch das wenigstens eine Verdeckungsobjekt (110) vorliegt und im Fall einer erkannten Verdeckungssituation nicht automatisch von einem Verlust des Zielobjektes (100) ausgegangen wird.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Radarsystems, insbesondere eines Mikrowellen-Radarsystems für Anwendungen in oder an Kraftfahrzeugen, sowie ein Radarsystem zur Durchführung des Verfahrens, gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
Radarsysteme unter Verwendung elektromagnetischer Wellen, insbesondere unter Verwendung von Mikrowellen mit Frequenzen oberhalb einiger 100 MHz, sind weitreichend bekannt und dienen zur Detektion von Objekten und zur Bestimmung von Geschwindigkeiten, Entfernungen und Richtungen dieser Objekte.
Es ist bekannt, solche Radarsysteme in einem Kraftfahrzeug zur Detektion der Position vorausfahrender Fahrzeuge und ggf. zur Spurzuordnung dieser vorausfahrenden Fahrzeuge einzusetzen.
Eine bei dem jeweiligen Radarsystem vorgesehene und einen Radarsensor aufweisende Richtantenne misst in an sich bekannter Weise Reflexe von auf einem zu sensierenden (Ziel-)Objekt auftreffenden Wellen. Die Richtantenne kann das Objekt nur dann detektieren, wenn der direkte Weg zwischen dem Radarsensor und dem Zielobjekt nicht durch ein oder mehrere andere Objekte verdeckt ist.
Die Verdeckung eines Zielobjekts durch ein anderes Objekt im Fahrzeugverkehr kann bspw. in einer starken Autobahnrechtskurve auftreten, wo das eigene Fahrzeug auf der linken Spur hinter einem Zielfahrzeug mit einem relativ großen Zeitabstand hinterher fährt oder sich diesem annähert. Und zwar in dem Fall, dass auf der rechten Spur ein anderes Fahrzeug, bspw. ein Lastkraftwagen, fährt, der zumindest teilweise die direkte Sicht zwischen dem Radarsensor und dem Zielfahrzeug blockiert und daher nicht detektiert werden kann.
In den bekannten Radarsystemen ist nun der Radarsensor in etwa in der Fahrzeugmitte, bevorzugt in der Mitte der Stossstange des Fahrzeugs angeordnet und der Fahrer sitzt daher links vom Sensor. Dadurch kann es vorkommen, dass der Fahrer das Zielfahrzeug noch sehen kann, obwohl es für den Radarsensor durch das andere Fahrzeug bereits verdeckt ist. In einem solchen Szenario kommt es daher häufig zu einem Zielobjektverlust, welcher aufgrund des vom Fahrer noch erfassten Zielfahrzeugs für den Fahrer nicht verständlich ist.
Eine eben beschriebene Verdeckungssituation kommt bspw. auch in Staufahrten vor, wo viele Fahrzeuge beteiligt sind und es häufig geschieht, dass potenziell relevante Zielfahrzeuge kurzzeitig durch andere Fahrzeuge verdeckt werden, bevor sie überhaupt erst relevant werden.
Es ist daher wünschenswert, ein eingangs beschriebenes Radarsystem dahingehend zu verbessern, dass bei genannten Verdeckungssituationen für den Fahrer unverständliche bzw. widersprüchliche Messergebnisse vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Verfolgung (sog. „tracking") eines Zielobjektes mittels eines hier betroffenen Radarsystems dadurch zu verbessern, dass erkannt wird, ob eine Verdeckungssituation bezüglich des Zielobjektes vorliegt und im Fall einer erkannten Verdeckungssituation nicht automatisch von einem Verlust des Zielobjektes auszugehen.
Bevorzugt wird eine solche Verdeckungssituation mittels Plausibilisierung der Existenz eines solchen verdeckenden Objektes gehandhabt, wobei ein Plausiblitätswert (d.h. die „Plausibilität des Objektes") dann erhöht bzw. hochgezählt wird, wenn das Radarsystem bevorzugt in einem Messzyklus ein jeweils verfolgtes Objekt, im Folgenden als „Zielobjekt" bezeichnet, erfasst oder nach einer bereits erfolgten Verdeckung erneut erfasst und wobei der Plausibilitätswert dann erniedrigt bzw. heruntergezählt wird, wenn das Radarsystem bevorzugt in einem Messzyklus keine Radarreflexe des Objektes erfasst. Unterschreitet der aktuelle Plausibilitätswert einen unteren empirisch vorgebbaren Schwellwert, wird angenommen, dass das Zielobjekt ganz verschwunden ist, da für einen längeren Zeitraum überhaupt keine Reflexe erfasst worden sind. Erst in diesem Fall wird das Zielobjekt aus der Erfassung gelöscht und damit nicht weiter verfolgt. Durch diese Vorgehensweise wird somit ein Zielobjekt nicht automatisch gelöscht, wenn es innerhalb einer Messzyklusses nicht erfasst worden ist.
Gemäß der Erfindung wird ein als möglicherweise verdeckt erkanntes Zielobjekt langsamer deplausibilisiert, da im Falle einer möglichen Verdeckungssituation das Zielobjekt nicht detektiert werden kann, obwohl es tatsächlich noch vorhanden ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, die jeweiligen Inkremente zur genannten Erhöhung oder Erniedrigung der Plausibilitätswerte eines Zielobjektes von der Sensitivität bzw. Messauflösung des jeweils verwendeten Radarsensors abhängig zu machen, womit die Zuverlässigkeit des Radarsystems deutlich erhöht wird.
Durch die Erfindung wird ein Zielobjekt länger als existent angenommen und in den meisten Fällen nach einem kurzem Zeitintervall wieder vom Radarsensor erfasst werden. In der Zwischenzeit wird das Zielobjekt dem Fahrer als noch existent mitgeteilt und führt damit nicht zu dem vorbeschriebenen für den Fahrer unverständlichen Zwischenergebnis. Dadurch sind die eingangs beschriebenen unbegründeten Zielobjektverluste vermeidbar und es ergibt sich ein für den Fahrzeugführer besser verständliches Ergebnis.
Die genannte Erkennung einer Verdeckungssituation erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt durch Bewertung der relativen Lage der detektierten Objekte zueinander und durch Markierung von Objekten, welche durch andere Objekte möglicher Weise verdeckt werden. Die dabei resultierende Information wird bevorzugt in dem genannten oder einem alternativen Plausibilitäts-Algorithmus weiter verarbeitet, um im Falle einer erkannten Verdeckung eines Zielobjektes die Verringerung des Plausibilitätswertes für das Zielobjekt zu verlangsamen oder sogar ganz zu unterdrücken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend, unter Heranziehung der beigefügten Zeichnungen, anhand von möglichen Ausführungsformen eingehender beschrieben, aus denen sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben.
In den Zeichnungen zeigen
1 schematisch die geometrischen Verhältnisse bei der Berechnung einer Verdeckungssituation gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
2 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt schematisch die bevorzugte erfindungsgemäße Vorgehensweise bei einer rein geometrischen Berechnung einer Verdeckungssituation eines Zielobjektes 100. Mit 105 wird die angenommene Position eines Radarsensors referenziert. Ferner wird ein in dem Messfeld des Radarsensors 105 angeordnetes Objekt 110 angenommen, welches das Zielobjekt 100 verdeckt.
Bei dem verdeckenden Objekt 110 wird ein rechteckiger Objekt-Grundriss mit der Breite 2·B und der Länge L angenommen. Ziel der Verdeckungserkennung ist es, die Winkel ϕ1 bis ϕ4 aller vier Ecken des Objektes 110 zu bestimmen und daraus den minimalen und maximalen dieser vier Winkel zu bestimmen (in der Figur ist der Übersichtlichkeit halber nur der Winkel ϕ1 dargestellt). Weiter entfernte Objekte, welche zwischen diesen beiden Winkeln, im vorliegenden Fall die beiden Winkel ϕ1 und ϕ3, liegen, sind von Verdeckung betroffen.
Der relative Winkel α des Objektes 110 kann über verschiedene Verfahren geschätzt werden, bspw. über den in der 1 ebenfalls eingezeichneten Eigenradius R.
Bei den Größen dx0 und dy0 handelt es sich im Übrigen um die Koordinaten des verdeckenden Objektes 110, wie sie von bekannten Algorithmen zur Bestimmung der Position von Objekten (sog. „tracking algorithms") bereits geliefert werden.
Die aus der 1 abzuleitenden Rechnungen basieren auf den beiden Größen genannten R und α. Der Eigenradius R lässt sich gemäß der 1 aus der Eigengeschwindigkeit v_ego und der Eigengierrate psidt_ego gemäß der Beziehung R = v_ego/psidt_ego berechnen. Der relative Winkel α des Objektes 110 ergibt sich gemäß 1 aus dem Zusammenhang α = arcsin(dx0/R).
Durch Koordinaten-Transformation erhält man die folgenden Beziehungen für die Winkel ϕ1 bis ϕ4: dx1 = dx0 + cos(α)·0 – sin(α)·(–B) dy1 = dy0 + sin(α)·0 + cos(α)·(–B) ϕ1 = arctan(dy1/dx1) dx2 = dx0 + cos(α)·0 – sin(α)·(+B) dy2 = dy0 + sin(α)·0 + cos(α)·(+B) ϕ2 = arctan(dy2/dx2) dx3 = dx0 + cos(α)·L – sin(α)·(+B) dy3 = dy0 + sin(α)·L + cos(α)·(+B) ϕ3 = arctan(dy3/dx3) dx4 = dx0 + cos(α)·L – sin(α)·(–B) dy4 = dy0 + sin(α)·L + cos(α)·(–B) ϕ4 = arctan(dy4/dx4)
Wie bereits erwähnt, ergibt sich schließlich der Verdeckungswinkel, "ϕ_Verdeckung" 115 gemäß der Beziehung ϕ_Verdeckung = [min(ϕ1...ϕ4); max(ϕ1...ϕ4)]. Alle Objekte mit einem Winkel, der im Bereich von ϕ_Verdeckung liegt, sind möglicher Weise von Verdeckung betroffen.
In der 2 ist eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorgehensweise beim Betrieb eines hier betroffenen Radarsystems im Falle einer angenommenen Verdeckungssituation beschrieben.
Die dort gezeigte Verfahrensweise, die bspw. als Steuercode eines Radar-Steuergerätes oder in Form einer speiziellen Schaltung bspw. in einem Kraftfahrzeug implementiert werden kann, setzt sich aus zwei in dem vorliegenden Beispiel unabhängig und/oder parallel voneinander ablaufende Unterroutinen 200 und 205 zusammen. Es versteht sich allerdings, dass die erste Unterroutine 200 grds. auch als Teil der zweiten Unterroutine 205 realisiert werden kann, bspw. zwischen den dortigen Schritten 225 und 230.
Die erste Unterroutine 200 führt schleifenartig eine bevorzugt wie in 1 beschriebene Bewertung 210 der relativen Position der im Messfeld des Radarsystems aktuell befindlichen Objekte (i, j, k, ...) durch. Auf dem Ergebnis dieser Bewertung 210 basierend werden im nachfolgenden Schritt 215 diejenigen Objekte j, welche möglicher Weise durch andere Objekte k verdeckt sind, als „möglicher Weise verdeckt" markiert und die so markierten Objekte k zwischengespeichert 220. Diese zwischengespeicherten verdeckungsrelevanten Informationen werden bei der vorliegend unabhängig und/oder parallel ablaufenden Unterroutine 205, wie nachfolgend beschrieben, verwendet.
Die zweite Unterroutine 205 umfasst bevorzugt ausgeführte Prozessschritte zur Durchführung des eingangs genannten Plausibilisierungsverfahrens. Die innerhalb der gestrichelten Linie 205 aufgeführten Prozessschritte 225–255 stellen dabei die Schritte eines n-ten Messzyklus des zugrunde liegenden Radarsystems dar und werden mittels der gezeigten Schleife solange wiederholt ausgeführt, bis der Schritt 260 ausgeführt wird, welcher die gesamte Unterroutine 205 beendet.
Es ist hervorzuheben, dass die Verwendung des nachfolgend beschriebenen Plausibilisierungsverfahrens nur bevorzugt ist und der allgemeine Erfindungsgedanke der vorliegenden Erfindung grds. auch bei anderen Methoden einsetzbar ist wie bspw. bei der Berechnung einer Objektexistenzwahrscheinlichkeit P_exist.
Bei dem vorliegend gezeigten n-ten Messzyklus wird in einem ersten Schritt 225 ein bestimmtes Zielobjekt mittels eines eine Richtantenne aufweisenden Radarsensors des Radarsystems gemessen bzw. verfolgt. Es versteht sich, dass der gezeigte Messzyklus auch parallel bei mehreren Zielobjekten angewendet werden kann, um dadurch mehrere Zielobjekte gleichzeitig zu verfolgen.
In einem nächsten Verarbeitungsschritt 230 wird geprüft, ob das Zielobjekt erfasst wurde. Ist dies der Fall, wird in Schritt 235 der aktuelle Plausibilitätswert P für das Zielobjekt um einen empirisch vorgebbaren Wert k hochgezählt und wieder an den Anfang 225 der Unterroutine 205 zurück gesprungen, um den (n + 1)-ten Messzyklus an dem vorliegenden Zielobjekt auszuführen. Der Schritt 235 wird allerdings nur dann ausgeführt, wenn die Bedingung P < P_max = const. erfüllt ist.
Konnte das Zielobjekt gemäß Schritt 230 nicht vom Radarsensor erfasst werden, wird in Schritt 240 zunächst geprüft, ob das Zielobjekt als „möglicher Weise verdeckt" gespeichert ist 220. Ist dies der Fall, wird in Schritt 245 die Plausibilität P um einen Wert k/m herunter gezählt bzw. verringert, wobei der Wert von m empirisch so gewählt ist, dass dieses Herunterzählen von P abgeschwächt erfolgt, d.h. es gilt in jedem Fall die Bedingung m > 1.
In dem Fall, dass das Zielobjekt in Schritt 240 als nicht „möglicher Weise verdeckt" erkannt wird, wird in Schritt 250 die Plausibilität des Zielobjektes um den vollen Wert k verringert, da die Nichterfassung des Zielobjektes höchstwahrscheinlich nicht durch Verdeckung verursacht wird. In diesem Fall wird in einem nachfolgenden Schritt 255 noch überprüft, ob der neue Wert von P kleiner als ein empirisch vorgebbarer Minimumwert P_min ist. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird wieder an den Anfang 225 der Unterroutine 205 zurück gesprungen. Ist die Bedingung 255 jedoch erfüllt, wird das Zielobjekt gelöscht 260, da nunmehr davon auszugehen ist, dass das Zielobjekt den Messbereich des Radarsystems verlassen hat und daher nicht mehr detektiert werden muss.
Es ist anzumerken, dass alternativ auch nach dem Schritt 245 eine Überprüfung gemäß Schritt 255 erfolgen kann; dies richtet sich insbesondere nach der Größe des Wertes von m, da erst bei größeren Schrittweiten der Herabsetzung der Plausibilität P, d.h. bei relativ kleinen Werten von m, die Beziehung P < P_min prinzipiell auch im Pfad 245 erfüllt sein kann.
Mittels der vorbeschriebenen Vorgehensweise werden eingangs beschriebene Zielobjektverluste, welche insbesondere bei mehrspurigen Kurvenfahrten wenigstens dreier aufeinander folgender Fahrzeuge wie bspw. einem vorausfahrenden Zielfahrzeug, einem darauffolgenden Fremdfahrzeug und einem den beiden genannten Fahrzeugen nachfolgenden Eigenfahrzeug auftreten, wirksam verhindert.
Bei der in der 2 gezeigten Ausführungsform erfolgt die beschriebene Plausibilisierung eines Zielobjektes mittels Berechnung der Existenzwahrscheinlichkeit P_exist des Zielobjektes. Hierbei werden im Wesentlichen die zwei Wahrscheinlichkeiten verarbeitet, nämlich die Wahrscheinlichkeit P(D|H1), mit der das Zielobjekt gemessen bzw. erfasst wird und die Wahrscheinlichkeit P(D|H0), mit der es sich bei der Detektion um eine Fehlmessung handelt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Berechnung des Wertes der Existenzwahrscheinlich P_exist auf der Grundlage der folgenden Gleichungen: Pexist/k = LRk/(1 + LRk)wobei LR_k das bei einer Zyklus-Nummer k gemessene likelihood ratio darstellt.
Der Wert von LR_k berechnet sich in dem Ausführungsbeispiel aus den folgenden Gleichungen: LRk = min[P(D|H1)/P(D|H0)·LRk-1; LRMAX],falls eine Detektion des Zielobkjektes erfolgt ist und LRk = min[(1 – P(D|H1))/(1 – P(D|H0))·LRk-1; LRMAX],falls keine Detektion des Zielobjektes erfolgt ist,
wobei P(D|H1) die genannte Mess-Wahrscheinlichkeit, P(D|H0) die genannte Fehlmess-Wahrscheinlichkeit und LR_MAX den Maximalwert von LR bezeichnen.
Bei dem genannten Algorithmus erfolgt die Berücksichtigung einer Verdeckungssituation in folgender Weise. Bei einer vermuteten Verdeckung wird P(D|H1) verringert. Der genaue Wert der Verringerung lässt sich in an sich bekannter Weise durch statistische Verfahren ermitteln. Je nach Verdeckungsgrad wird er höher oder niedriger liegen. Da mit Radarsensoren auch unter Fahrzeugen hindurch gemessen werden kann, wird der Wert der Mess- oder Entdeckungswahrscheinlichkeit P(D|H1) nicht auf den Wert "0" absinken.
Das genannte Löschen von Zielobjekten wird bevorzugt ebenfalls über die Existenzwahrscheinlichkeit P gehandhabt. In diesem Fall sind allerdings keine weiteren algorithmischen Maßnahmen erforderlich.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Radarsystems, insbesondere eines Mikrowellen-Radarsystems für Anwendungen in oder an Kraftfahrzeugen, bei dem wenigstens ein Zielobjekt (100) und wenigstens ein mögliches Verdeckungsobjekt (110) radartechnisch erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass erkannt wird (210–220), ob eine Verdeckungssituation des wenigstens einen Zielobjektes (100) durch das wenigstens eine Verdeckungsobjekt (110) vorliegt und im Fall einer erkannten Verdeckungssituation (215, 240) bei einer Nichterfassung (230) des Zielobjektes (100) durch das Radarsystem nicht automatisch von einem Verlust des Zielobjektes ausgegangen wird (245).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Verdeckungssituation mittels Plausibilisierung (235, 245, 250) der Existenz des Verdeckungsobjektes (110) ermittelt wird, wobei ein Plausiblitätswert dann erhöht wird, wenn das Radarsystem das Zielobjekt erfasst oder nach einer bereits erfolgten Verdeckung erneut erfasst und wobei der Plausibilitätswert dann erniedrigt wird, wenn das Radarsystem das Zielobjekt nicht erfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichet, dass erst im Falle, dass der aktuelle Plausibilitätswert einen unteren empirisch vorgebbaren Schwellwert unterschreitet, angenommen wird, dass das Zielobjekt den Messbereich des Radarsystems verlassen hat und in diesem Fall das Zielobjekt aus der Menge der von dem Radarsystem erfassten Zielobjekte gelöscht wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht erfasstes und als möglicher Weise verdeckt erkanntes Zielobjekt langsamer deplausibilisiert wird, als ein nicht erfasstes und nicht als möglicher Weise verdeckt erkanntes Zielobjekt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Inkremente zur genannten Erhöhung oder Erniedrigung des Plausibilitätswertes des Zielobjektes von der Messauflösung und/oder Sensitivität des Radarsystems abhängig gemacht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Erkennung einer Verdeckungssituation des wenigstens einen Zielobjektes durch das wenigstens eine Verdeckungsobjekt durch Bewertung der relativen Lage zueinander erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mögliche Verdeckungsobjekt als rechteckförmig oder quadratisch angenommen wird (110) und eine Verdeckungssituation dadurch berechnet wird, dass die auf die Position eines Radarsensors (105) des Radarsystems bezogenen Winkel der vier Ecken des möglichen Verdeckungsobjektes bestimmt werden und aus den vier Winkeln der minimale und der maximale Winkel berechnet wird, wobei weiter entfernte Objekte, welche zwischen dem berechneten minimalen und maximalen Winkel liegen, als von einer Verdeckung betroffen angenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierung anhand einer Existenzwahrscheinlichkeit P_exist durchgeführt wird.
Radarsystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem erste Mittel (210–220) zur Erkennung einer möglichen Verdeckungssituation des wenigstens einen Zielobjektes (100) durch das wenigstens eine Verdeckungsobjekt (110) aufweist, wobei im Fall einer erkannten Verdeckungssituation bei einer Nichterfassung des Zielobjektes (100) durch das Radarsystem nicht automatisch von einem Verlust des Zielobjektes (100) ausgegangen wird.
Radarsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten Mittel (210–220) mit wenigstens zweiten Mitteln (235, 245, 250) zur Durchführung einer Plausibilisierung der Existenz des Verdeckungsobjektes (110) zusammenarbeiten, wobei ein Plausiblitätswert dann erhöht wird, wenn das Radarsystem das Zielobjekt erfasst oder nach einer bereits erfolgten Verdeckung erneut erfasst und wobei der Plausibilitätswert dann erniedrigt wird, wenn das Radarsystem das Zielobjekt nicht erfasst.
Radarsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der wenigstens zweiten Mittel (235, 245, 250) ein nicht erfasstes und als möglicher Weise verdeckt erkanntes Zielobjekt langsamer deplausibilisiert wird, als ein nicht erfasstes und nicht als möglicher Weise verdeckt erkanntes Zielobjekt.