DE102008052909A1

DE102008052909A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Radardaten

Info

Publication number: DE102008052909A1
Application number: DE102008052909A
Authority: DE
Inventors: Otto Dr.-Ing. Löhlein; Werner Dr.Rer.Nat. Ritter; Matthias Dipl.-Ing. Serfling
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2009-07-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Radardaten, wobei die Radardaten in Form einer ersten Matrix, die Intensitäten vom Radar erfasster Bildpunkte enthält, und einer zweiten Matrix, die Dopplerfrequenzen oder aus Dopplerfrequenzen bestimmte Geschwindigkeiten (v) der vom Radar erfassten Bildpunkte enthält, vorliegen, wobei die beiden Matrizen elementweise so zusammengefasst werden, dass zu jedem Bildpunkt eine komplexe Repräsentation (K) der Intensität (I) und der Geschwindigkeit (v) entsteht, derart, dass ein Radius (I) der komplexen Repräsentation (K) bezüglich eines Pols (P) in einem in einer komplexen Ebene liegenden Polarkoordinatensystem (1) proportional zur Intensität (I) und ein Winkel (phi) der komplexen Repräsentation (K) proportional zur Geschwindigkeit (v) ist, wobei die komplexen Repräsentationen (K) der Bildpunkte gleicher oder ähnlicher Geschwindigkeit (v) Cluster (C1, C2, C3) im Polarkoordinatensystem (1) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Radardaten, wobei die Radardaten in Form einer ersten Matrix, die Intensitäten vom Radar erfasster Bildpunkte enthält und einer zweiten Matrix, die Dopplerfrequenzen oder aus Dopplerfrequenzen bestimmte Geschwindigkeiten der vom Radar erfassten Bildpunkte enthält, vorliegen.
Zur Erhöhung der Verkehrssicherheit kommen in Fahrzeugen zunehmend Radarsysteme zum Einsatz, mit denen Abstand und Geschwindigkeit von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs ermittelt werden. Dabei ist insbesondere die ermittelte Geschwindigkeit durch Clutter- und Rauschprozesse gestört. Unter Clutter werden vom Radar erfasste Ziele verstanden, die zwar korrekt, aber im jeweiligen Untersuchungskontext unerwünscht sind, da sie die Detektion der eigentlichen Ziele erschweren.
Aus der DE 196 01 121 A1 ist Abstandsradar bekannt, das nach dem Dopplerradarprinzip arbeitet und bei dem die detektierten Abstands- und Geschwindigkeits-Werte als R, v-Matrix abgelegt werden und durch Vergleich mit Referenzmusteroperatoren der Abstand bzw. die Relativgeschwindigkeit der sich in einem vorgegebenen Umkreis des Abstandsradars befindlichen Objekte ermittelt werden. In einem Tracker werden aus der Gruppe der detektierten Objekte relevante Objekte ausgewählt und anhand deren Abstands- und Relativgeschwindigkeitswerten deren Spur verfolgt. Es werden ein- oder zweidimensionale Filter- oder Differenzmusteroperatoren als Referenzmusteroperatoren verwendet, die auf die einzelnen Werte der R, v-Matrix angewandt werden. Dabei werden Detektionen aus einem begrenzten und zusammenhängenden Gebiet zu Objekten oder Gruppen zusammengefasst.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Verarbeitung von Radardaten anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verarbeitung von Radardaten werden die Radardaten in Form einer ersten Matrix, die Intensitäten vom Radar erfasster Bildpunkte enthält und einer zweiten Matrix, die Dopplerfrequenzen oder aus Dopplerfrequenzen bestimmte Geschwindigkeiten der vom Radar erfassten Bildpunkte enthält, organisiert. Die Intensität gibt wieder, wie hoch ein Anteil in einem Bildpunkt reflektierter Strahlung des Radars ist. Die beiden Matrizen werden elementweise so zusammengefasst, dass zu jedem Bildpunkt eine komplexe Repräsentation der Intensität und der Geschwindigkeit entsteht. Die komplexe Repräsentation wird dabei so gebildet, dass ein Radius der komplexen Repräsentation bezüglich eines Pols in einem in einer komplexen Ebene liegenden Polarkoordinatensystem proportional zur Intensität und ein Winkel der komplexen Repräsentation proportional zur Geschwindigkeit ist, wobei die komplexen Repräsentationen der Bildpunkte gleicher oder ähnlicher Geschwindigkeit Cluster im Polarkoordinatensystem bilden. Aus den Clustern können dann mittels Filterung Objekthypothesen gebildet werden. Auf diese Weise wird eine für die Detektion von Objekten in den Radardaten erforderliche Rechenzeit reduziert.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 ein Polarkoordinatensystem mit einer komplexen Repräsentation eines Bildpunkts,
2 Cluster von Bildpunkten verschiedener Geschwindigkeitsbereiche in einer eindimensionalen Darstellung und im Polarkoordinatensystem,
3 eine Ausführungsform eines Filters mit einer Testzone, einer Blindzone und einer Hintergrundzone, und
4 eine weitere Ausführungsform eines Filters mit einer Testzone, einer Blindzone und einer Hintergrundzone.
Zur Verarbeitung von Radardaten werden die Radardaten in Form einer ersten Matrix, die Intensitäten vom Radar erfasster Bildpunkte enthält und einer zweiten Matrix, die Dopplerfrequenzen oder aus Dopplerfrequenzen bestimmte Geschwindigkeiten v der vom Radar erfassten Bildpunkte enthält, organisiert. Die beiden Matrizen werden elementweise so zusammengefasst, dass zu jedem Bildpunkt eine komplexe Repräsentation K der Intensität I und der Geschwindigkeit v entsteht. In 1 ist ein Polarkoordinatensystem 1 mit einer komplexen Repräsentation K eines Bildpunkts gezeigt. Die komplexe Repräsentation K wird so gebildet, dass ein Radius I der komplexen Repräsentation K bezüglich eines Pols P (auch Nullpunkt genannt) im Polarkoordinatensystem 1 proportional zur Intensität I und ein Winkel φ (auch Phasenwinkel genannt) der komplexen Repräsentation K proportional zur Geschwindigkeit v ist.
In einer Abbildungsvorschrift φ = f(v) sind N Geschwindigkeitsbereiche definiert. Bildpunkte, deren Geschwindigkeit v in einem dieser Geschwindigkeitsbereiche liegt, werden in die komplexe Ebene abgebildet. Dabei bilden die komplexen Repräsentationen K der Bildpunkte gleicher oder ähnlicher Geschwindigkeit v Cluster C1, C2, C3 im Polarkoordinatensystem, wie in 2 gezeigt ist. Aus den Clustern C1, C2, C3 können dann mittels Filterung Objekthypothesen gebildet werden. Die Geschwindigkeitsbereiche können beispielsweise so festgelegt werden, dass alle Werte zwischen einer minimalen und einer maximalen zu erwartenden Geschwindigkeit für eine bestimmte Objektklasse von jeweils einem Geschwindigkeitsbereich erfasst sind. Gemäß der Abbildungsvorschrift werden Intensitätswerte I von Matrizeneinträgen, deren Geschwindigkeiten v von den definierten Geschwindigkeitsbereichen der Abbildungsvorschrift abweichen, auf Null gesetzt. Damit werden Objektklassen eliminiert, die zwar durch das Radarsystem detektiert wurden, aber im konkreten Kontext nicht interessieren oder gar die Erkennung von Objekten gewünschter Objektklassen behindern (Clutter). Ebenso verbessert sich das Rauschverhalten.
Zu jeder komplexen Repräsentation K können aus den Polarkoordinaten I und φ Rechteckkoordinaten in der Form eines Realteils re und eines Imaginärteils im mit folgender Vorschrift berechnet werden: re(K) = I(K)·cos(φ(K)) im(K) = I(K)·sin(φ(K))
Anschließend wird mindestens eine Filterfunktion angewandt, die die komplexen Repräsentationen K der unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereiche C1, C2, C3 einer Testzone TZ oder einer Blindzone BZ oder einer Hintergrundzone HZ zuordnet.
Zwei mittels solcher Filterfunktionen realisierter Filter sind beispielhaft in den 3 und 4 abgebildet. Die Form der Filterfunktion kann je nach Anwendungsfall variieren.
Es kann eine Anzahl von Filterfunktionen in einer Filterbibliothek vorgesehen sein, aus der Filterfunktionen durch Optimierungsverfahren (beispielsweise Adaboost) ausgewählt und miteinander kombiniert werden. Beispielsweise wird eine Filterbibliothek gebildet durch Bildung aller möglichen Kombinationen der drei Zonen TZ, BZ, HZ bezogen auf eine Basisgröße.
Ein komplexer Filterwert H der Filterfunktion ergibt sich aus mindestens einer Funktion g_re, g_im, die jeweils für den Realteil re und den Imaginärteil im die Testzone TZ mit der Hintergrundzone HZ in Beziehung setzt und über einer Funktion f gemäß folgender Beziehung abbildet: H(K) = f(gre, gim)∊C
Besonders vorteilhaft ist als Funktion g eine flächennormierte Differenz summierter Werte aus der Testzone TZ und aus der Hintergrundzone HZ:
Eine Summierung in den Zonen HZ, BZ, TZ kann besonders vorteilhaft berechnet werden durch Verwendung von Integralbildern auf dem Realteil re und dem Imaginärteil im. Mit η ist die Flächennormierung angegeben. In einem Integralbild wird der Wert eines Bildpunkts aus einer Summe von Intensitätswerten der Bildpunkte in einem Integralbereich oberhalb und auf der linken Seite des jeweils betrachteten Bildpunktes bestimmt. Durch separate Berechnung der Filteranteile auf den Integralbildern des Realteils re und des Imaginärteils im und durch Verknüpfung der Anteile durch einfache Addition mittels des Summenoperators Σ wird eine besonders recheneffiziente Umsetzung erzielt. Die Codierung von Intensitäten I und Geschwindigkeiten v als komplexe Repräsentation K führt durch die Summation zu einer Reduzierung des Rauschens innerhalb der Zonen BZ, HZ, TZ, wodurch sich die Signifikanz, das heißt die Unterscheidbarkeit von Merkmalen bzw. Objekten verbessert. Durch die Summenbildung werden ähnliche Geschwindigkeiten v verstärkt, da sie ähnlich gerichtete komplexe Repräsentationen K (auch Zeiger genannt) besitzen. Komplexe Repräsentationen K mit einander unähnlichen Geschwindigkeiten v heben einander dagegen auf.
Der Betrag des komplexen Filterwertes H liefert den resultierenden reellen Filterwert h.
Das Verfahren kann angewandt werden, um die Radardaten eines in einem Fahrzeug angeordneten Radars zur Bestimmung von Abstand und/oder Geschwindigkeit v eines Objekts in einer Umgebung des Fahrzeugs auszuwerten.
Es kann eine andere Anzahl von Zonen BZ, HZ, TZ vorgesehen sein.

1: Polarkoordinatensystem
2: Filter
BZ: Blindzone
C1, C2, C3: Cluster, Geschwindigkeitsbereich
f: Funktion
g_i, g_im, g_re: Funktion
h: reeller Filterwert
H: komplexer Filterwert
HZ: Hintergrundzone
im: Imaginärteil
i: Bildpunkt in der komplexen Ebene
I: Intensität, Radius
K: komplexe Repräsentation
N: Anzahl von Geschwindigkeitsbereichen
P: Pol
re: Realteil
TZ: Testzone
v: Geschwindigkeit
η: Flächennormierung
φ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19601121 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Verarbeitung von Radardaten, wobei die Radardaten in Form einer ersten Matrix, die Intensitäten vom Radar erfasster Bildpunkte enthält und einer zweiten Matrix, die Dopplerfrequenzen oder aus Dopplerfrequenzen bestimmte Geschwindigkeiten (v) der vom Radar erfassten Bildpunkte enthält, vorliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Matrizen elementweise so zusammengefasst werden, dass zu jedem Bildpunkt eine komplexe Repräsentation (K) der Intensität (I) und der Geschwindigkeit (v) entsteht, derart, dass ein Radius (I) der komplexen Repräsentation (K) bezüglich eines Pols (P) in einem in einer komplexen Ebene liegenden Polarkoordinatensystem (1) proportional zur Intensität (I) und ein Winkel (φ) der komplexen Repräsentation (K) proportional zur Geschwindigkeit (v) ist, wobei die komplexen Repräsentationen (K) der Bildpunkte gleicher oder ähnlicher Geschwindigkeit (v) Cluster (C1, C2, C3) im Polarkoordinatensystem (1) bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die komplexen Repräsentationen (K) einer endlichen Anzahl (N) von Geschwindigkeitsbereichen (C1, C2, C3) gemäß einer Abbildungsvorschrift im Polarkoordinatensystem (1) abgebildet werden, wobei die Intensitäten (I) von Bildpunkten mit von den Geschwindigkeitsbereichen (C1, C2, C3) der Abbildungsvorschrift abweichenden Geschwindigkeiten (v) auf Null gesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder der komplexen Repräsentationen (K) ein Realteil (re) und ein Imaginärteil (im) bestimmt wird, wobei mindestens eine Filterfunktion angewandt wird, die die komplexen Repräsentationen (K) unterschiedlicher Geschwindigkeitsbereiche (C1, C2, C3) einer Testzone (TZ) oder einer Blindzone (BZ) oder einer Hintergrundzone (HZ) zuordnet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein komplexer Filterwert (H) der Filterfunktion aus mindestens einer Funktion (g_re, g_im) gebildet wird, die für den Realteil (re) und den Imaginärteil (im) die Testzone (TZ) mit der Hintergrundzone (HZ) in Beziehung setzt und über einer Funktion (f) abbildet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktion (g_re, g_im) eine flächennormierte Differenz summierter Werte aus der Testzone (TZ) und der Hintergrundzone (HZ) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Summierung durch Verwendung mindestens eines Integralbildes auf dem Realteil (re) und dem Imaginärteil (im) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Radardaten eines in einem Fahrzeug angeordneten Radars zur Bestimmung von Abstand und/oder Geschwindigkeit (v) eines Objekts in einer Umgebung des Fahrzeugs ausgewertet werden.