DE102012020850A1

DE102012020850A1 - Verfahren zur Objektdetektion

Info

Publication number: DE102012020850A1
Application number: DE201210020850
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Magna Electronics Sweden AB
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-04-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Objektdetektion mittels zumindest eines, mehrere Empfangskanäle (1.1 bis 1.n) umfassenden Radarsensors (1), wobei mittels des zumindest einen Radarsensors (1) eine Umgebung erfasst wird. Erfindungsgemäß werden für jeden der Empfangskanäle (1.1 bis 1.n) mittels eines Algorithmus zur Objektdetektion in einer Entfernungs-Geschwindigkeits-Auswertung und einer Vorselektion relevante Umgebungsbereiche, in welchen sich zu erfassende Objekte befinden, und irrelevante Umgebungsbereiche ohne zu erfassende Objekte ermittelt, wobei Signale (S51 bis S5n) irrelevanter Umgebungsbereiche verworfen werden und Signale (S31 bis S3n) relevanter Umgebungsbereiche einer hochauflösenden Winkelverarbeitung zugeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Objektdetektion mittels zumindest eines, mehrere Empfangskanäle umfassenden Radarsensors, wobei mittels des zumindest einen Radarsensors eine Umgebung erfasst wird.
Aus der WO 2007/017489 A2 ist ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts mittels Radar bekannt. Dabei ein erstes lineares Radarsignal erfasst und in eine Mehrzahl erster Signalwerte digitalisiert. Weiterhin wird mindestens ein zweites lineares Radarsignal erfasst und in eine Mehrzahl zweiter Signalwerte digitalisiert. Anschließend ein CFAR-Wert jeweils zu den ersten und zweiten Signalwerten und Bilden einer Differenz aus jeweils den ersten und zweiten Signalwerten und dem CFAR-Wert berechnet. Die jeweilige Differenz wird mit einer Bewertungsfunktion multipliziert. Ferner werden die bewerteten ersten Signalwerte mit den bewerteten zweiten Signalwerten gemittelt. Das heißt, es erfolgt eine zusätzliche Bewertung der verarbeiteten Signalwerte des Radarsignals mit der Bewertungsfunktion und eine nachfolgende Mittelung der Radarsignale desselben Objekts oder abgetasteten Raumbereichs. Im Rahmen des Verfahrens wird kontinuierlich eine Rauschschwelle geschätzt. Auf dieser Grundlage werden die erfassten Signalwerte durch den CFAR-Wert normiert.
Aus der DE 10 2008 052 909 A1 ist Verfahren zur Verarbeitung von Radardaten bekannt, wobei die Radardaten in Form einer ersten Matrix, welche Intensitäten vom Radar erfasster Bildpunkte enthält, und einer zweiten Matrix, welche Dopplerfrequenzen oder aus Dopplerfrequenzen bestimmte Geschwindigkeiten der vom Radar erfassten Bildpunkte enthält, vorliegen. Beide Matrizen werden elementweise so zusammengefasst, dass zu jedem Bildpunkt eine komplexe Repräsentation der Intensität und der Geschwindigkeit entsteht. Dabei ist 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. Die komplexen Repräsentationen der Bildpunkte gleicher oder ähnlicher Geschwindigkeit bilden Cluster im Polarkoordinatensystem.
Weiterhin beschreibt die DE 600 24 949 T2 eine Objekterkennungsvorrichtung mit einer Antenne, welche Sendestrahlen zu einer Mehrzahl von Richtungen emittiert, einer Empfangsschaltung, welche reflektierte Signale der Sendestrahlen aus vorbestimmten Richtungen empfängt, und einer Abstands- und Richtungsberechnungsschaltung, welche einen Abstand und eine Richtung zu Objekten, welche die Sendestrahlen reflektieren, auf der Basis der Sendestrahlen und der reflektierten Signale berechnet. Die Objekterkennungsvorrichtung umfasst weiterhin eine Objektmusterspeichereinheit, welche Bereichsrichtungsmuster reflektierter Signale speichert, die vorab in Bezug auf vorbestimmte Objekte erhalten werden. Die Bereichsrichtungsmuster sind als unterschiedliche Muster in Abhängigkeit von Formen der vorbestimmten Objekte gespeichert. Weiterhin umfasst die Objekterkennungsvorrichtung eine Objekterkennungsschaltung, welche Bereichsrichtungsmuster der reflektierten Signale, die von der Empfangsschaltung in Bezug auf die vorbestimmten Richtungen empfangen werden, mit den Bereichsrichtungsmustern, die in der Objektmusterspeichereinheit gespeichert sind, vergleicht. Weiterhin erkennt die Objekterkennungsschaltung, dass ein Paar aus zwei benachbarten Richtungen reflektierter Signale solche Signale sind, die von demselben Objekt reflektiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Objektdetektion anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Verfahren zur Objektdetektion wird mittels zumindest eines, mehrere Empfangskanäle umfassenden Radarsensors eine Umgebung erfasst. Erfindungsgemäß werden für jeden der Empfangskanäle mittels eines Algorithmus zur Objektdetektion in einer Entfernungs-Geschwindigkeits-Auswertung und einer Vorselektion relevante Umgebungsbereiche, in welchen sich zu erfassende Objekte befinden, und irrelevante Umgebungsbereiche ohne zu erfassende Objekte ermittelt, wobei Signale irrelevanter Umgebungsbereiche verworfen werden und Signale relevanter Umgebungsbereiche einer hochauflösenden Winkelverarbeitung zugeführt werden, in welcher die relevanten Signale aller Empfangskanäle mittels einer Peak-Detektion über alle Winkelbereiche weiterverarbeitet werden.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführte Vorselektion der Umgebungsbereiche in relevante und irrelevante Umgebungsbereiche ermöglicht es in besonders vorteilhafter Weise, einen erforderlichen zeitlichen und rechentechnischen Aufwand bei der Weiterverarbeitung der Signale, insbesondere zur Objektbildung, Objektidentifizierung und Objektverfolgung, signifikant um einen Faktor > 10 zu verringern, da nur die Signale verarbeitet werden, welche die zu detektierenden Objekte repräsentieren. Daraus resultiert weiterhin, dass mehr Verarbeitungszeit für die Weiterverarbeitung zur Verfügung steht, so dass eine Qualität der Ergebnisse der hochauflösenden Winkelverarbeitung gesteigert werden kann oder bei gleichbleibender Qualität die rechentechnischen Anforderungen an eine verarbeitenden Hardware verringert werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Objektdetektion nach dem Stand der Technik,
2 schematisch einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Objektdetektion,
3 schematisch eine Peak-Detektion eines Amplituden-Spektrums,
4 schematisch ein mittels des Verfahrens nach dem Stand der Technik gemäß 1 ermitteltes zweidimensionales Amplituden-Spektrum, und
5 schematisch ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2 ermitteltes zweidimensionales Amplituden-Spektrum.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zur Objektdetektion mittels eines Radarsensors 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Radarsensor 1 ist als mehrkanaliger Radarsensor 1 ausgebildet und weist mehrere Empfangskanäle 1.1 bis 1.n auf.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden von den Empfangskanälen 1.1 bis 1.n empfangene analoge Signale S1₁ bis S1_n parallel mittels zumindest eines Analog-Digital-Umsetzers in jeweils ein digitales Signal S2₁ bis S2_n umgewandelt.
Anschließend werden die digitalen Signale S2₁ bis S2_n in einer Zieltrennung nach Entfernung R und Geschwindigkeit v parallel in einem zweiten und dritten Verfahrensschritt VS2, VS3 in einer Entfernungs-Geschwindigkeits-Auswertung derart verarbeitet, dass mittels eines geeigneten Algorithmus anhand einer schnellen Fourier-Transformation, auch als Fast-Fourier-Transformation bekannt, die Entfernung R und Geschwindigkeit v ermittelt werden.
Resultierende, jeweils die Entfernung R und Geschwindigkeit v repräsentierende zweidimensionale Signale S3₁ bis S3_n werden anschließend in einem vierten Verfahrenschritt VS4 einer Winkelverarbeitung zur Ermittlung eines zur Entfernung R und Geschwindigkeit v zugehörigen Winkels φ zugeführt, wobei die Winkelverarbeitung für alle Empfangskanäle 1.1 bis 1.n gemeinsam erfolgt. Ergebnis der Winkelverarbeitung ist ein dreidimensionales Signal S4, welches die Entfernungen R, die Geschwindigkeiten v und die Winkel φ für alle Empfangskanäle 1.1 bis 1.n repräsentiert.
Dieses dreidimensionale Signal S4 wird in einem fünften Verfahrensschritt VS5 in einem so genannten dreidimensionalen CFAR-Algorithmus (CFAR = constant false alarm rate; konstante Falschalarmrate) weiterverarbeitet. Mittels des dreidimensionalen CFAR-Algorithmus wird eine so genannte Peak-Detektion des dreidimensionalen Signals S4 über alle Entfernungsbereiche, Geschwindigkeitsbereiche und Winkelbereiche durchgeführt, deren Ergebnis ein Signal S5 ist. Anhand der Peak-Detektion werden in 4 dargestellte Objekte an den Positionen detektiert, an welchen im Signal S4 ein einen Schwellwert überschreitender Peak erfasst wird. Das erzeugte Signal S5 wird zur Objektbildung, Objektidentifizierung und zur Objektverfolgung verwendet.
Sowohl die Ermittlung des dreidimensionalen Signals S4 als die Ausführung des dreidimensionalen CFAR-Algorithmus sind sehr zeitaufwändig und stellen hohe Ansprüche an eine Rechenleistung der Hardware, welche zur Verarbeitung der Signale S4, S5 eingesetzt wird.
2 zeigt einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Objektdetektion mittels zumindest eines, mehrere Empfangskanäle 1.1 bis 1.n umfassenden und eine Umgebung erfassenden, auch als so genannten Digital-Beamforming-Radar bezeichneten Radarsensors 1.
Die mittels der Empfangskanäle 1.1 bis 1.n empfangenen Signale S1₁ bis S1_n werden im ersten, zweiten und dritten Verfahrensschritt VS1 bis VS3 analog dem gemäß 1 beschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik verarbeitet.
Im Unterschied zum in 1 beschriebenen und dargestellten Stand der Technik werden die in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Auswertung ermittelten Signale S3₁ bis S3_n im vierten Verfahrensschritt VS4 in einem zweidimensionalen CFAR-Algorithmus derart verarbeitet, dass für jeden Empfangskanal 1.1 bis 1.n mit zu erfassenden Objekten belegte Zellen in den Signalen S3₁ bis S3_n detektiert werden.
Nach der Zieltrennung nach Entfernung R und Geschwindigkeit v liegen für jede Geschwindigkeits-Entfernungs-Kombination Amplitudenwerte vor, welche entweder Rauschen oder ein Ziel, d. h. ein Objekt, enthalten. Die Ziele zeichnen sich dabei in den Signalen S3₁ bis S3_n durch hohe Amplituden relativ zum Rauschen aus. Diese Ziele werden mittels des zweidimensionalen CFAR-Algorithmus selektiert und zur weiteren Verarbeitung durchgereicht. Signalanteile, welche nur Rauschen enthalten, werden verworfen. Somit werden relevante Umgebungsbereiche, in welchen sich zu erfassende Objekte befinden, und irrelevante Umgebungsbereiche ohne zu erfassende Objekte ermittelt. Das heißt, unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes befindliche Amplituden der Signale S3₁ bis S3_n werden als Rauschen behandelt und Umgebungsbereiche, in welchen diese Amplituden erfasst werden, werden als irrelevante Umgebungsbereiche identifiziert und oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes befindliche Amplituden der Signale S3₁ bis S3_n werden als relevante Amplituden behandelt und Umgebungsbereiche, in welchen diese relevanten Amplituden erfasst werden, werden als relevante Umgebungsbereiche identifiziert.
Signale S5₁ bis S5_n irrelevanter Umgebungsbereiche werden in einer Vorselektion im fünften Verfahrensschritt VS5 verworfen und Signale S4₁ bis S4_n relevanter Umgebungsbereiche werden einer hochauflösenden Winkelverarbeitung zugeführt. Damit reduziert sich der Berechnungsaufwand unabhängig von der weiteren Verarbeitung um den Anteil der verworfenen irrelevanten Signalanteile, d. h. um den Anteil der verworfenen Signale S5₁ bis S5_n.
Die hochauflösende Winkelverarbeitung wird in einem sechsten Verarbeitungsschritt VS6 durchgeführt, wobei mittels dieser der zur jeweiligen Entfernung R und Geschwindigkeit v der relevanten Signale S4₁ bis S4_n zugehörige Winkel φ ermittelt wird. Die Winkelverarbeitung erfolgt für alle Empfangskanäle 1.1 bis 1.n gemeinsam. Ergebnis der Winkelverarbeitung ist ein dreidimensionales Signal S6, welches die Entfernungen R, die Geschwindigkeiten v und die Winkel φ für alle relevanten Umgebungsbereiche für alle Empfangskanäle 1.1 bis 1.n repräsentiert. Aufgrund der Vorselektion, d. h. der Verwerfung der irrelevanten Umgebungsbereiche, wird der Verarbeitungsaufwand während der hochauflösenden Winkelverarbeitung signifikant reduziert.
Nach der Winkelverarbeitung wird das dreidimensionale Signal S6 in einem siebten Verfahrensschritt VS7 weiterverarbeitet. Das dreidimensionale Signal S6 repräsentiert dabei alle Empfangskanäle 1.1 bis 1.n und die Signale S4₁ bis S4_n sowie den jeweils zugehörigen Winkel φ. In der Weiterverarbeitung wird das dreidimensionale Signal S6 mittels einer Peak-Detektion über alle Winkelbereiche weiterverarbeitet.
Diese Peak-Detektion wird mittels eines eindimensionalen CFAR-Algorithmus durchgeführt.
In 3 ist eine solche Peak-Detektion anhand eines Amplitudenspektrums dargestellt, wobei normalisierte Amplituden eines Signals S in Abhängigkeit von der Frequenz f dargestellt sind. Der CFAR-Algorithmus wird dabei in der Art durchgeführt, dass zunächst ein Rauschanteil RA des Signals S geschätzt wird. Anschließend wird ein Schwellwert W um einen Faktor x versetzt oberhalb des geschätzten Rauschanteils RA gewählt.
Spitzenwerte P1 bis P3, die so genannten Peaks, welche oberhalb des Schwellwertes W liegen, werden als Ziele, d. h. zu erfassende Objekte, betrachtet. Anhand der erfassten Spitzenwerte P1 bis P3 wird in der Weiterverarbeitung eine Objektbildung, Objektidentifizierung und/oder eine Objektverfolgung durchgeführt.
4 und 5 zeigen im Vergleich ein mittels des Verfahrens nach dem Stand der Technik gemäß 1 ermitteltes zweidimensionales Amplituden-Spektrum und ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2 ermitteltes zweidimensionales Amplituden-Spektrum, wobei die Amplituden eines Signals S in Abhängigkeit der Entfernung R dargestellt ist. Die Geschwindigkeit v ist in beiden Spektren akkumuliert.
Bei dem in 4 dargestellten Amplituden-Spektrum ohne Vorselektion der Umgebungsbereiche ist eine Berechnungsdauer zur Ermittlung des Szenarios sehr groß. Die zu erfassenden Objekte werden durch die Signalanteile SP1 bis SP3 repräsentiert. Beispielsweise beträgt die Berechnungsdauer ohne abschließende Peak-Detektion für das dargestellte Beispielszenario 30 s.
Bei dem in 5 dargestellten Amplituden-Spektrum mit Vorselektion der Umgebungsbereiche und mit abschließenden Peak-Detektion ist eine Berechnungsdauer zur Ermittlung des Szenarios signifikant, insbesondere um einen Faktor > 10 verringert. Die zu erfassenden Objekte werden durch die Spitzenwerte P1 bis P3 repräsentiert. Beispielsweise beträgt die Berechnungsdauer mit abschließender Peak-Detektion für das dargestellte Beispielszenario weniger als 3 s.
Bezugszeichenliste

1: Radarsensor
1.1 bis 1.n: Empfangskanal
f: Frequenz
P1 bis P3: Spitzenwert
R: Entfernung
RA: Rauschanteil
S: Signal
S1₁ bis S1_n: analoges Signal
S2₁ bis S2_n: digitales Signal
S3₁ bis S3_n: Signal
S4: dreidimensionales Signal
S4₁ bis S4_n: Signal
S5₁ bis S5_n: Signal
S6: Signal
S7: Signal
SP1 bis SP3: Signalanteil
v: Geschwindigkeit
VS1 bis VS7: Verfahrensschritt
W: Schwellwert
x: Faktor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/017489 A2 [0002]
DE 102008052909 A1 [0003]
DE 60024949 T2 [0004]

Claims

Verfahren zur Objektdetektion mittels zumindest eines, mehrere Empfangskanäle (1.1 bis 1.n) umfassenden Radarsensors (1), wobei mittels des zumindest einen Radarsensors (1) eine Umgebung erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der Empfangskanäle (1.1 bis 1.n) mittels eines Algorithmus zur Objektdetektion in einer Entfernungs-Geschwindigkeits-Auswertung und einer Vorselektion relevante Umgebungsbereiche, in welchen sich zu erfassende Objekte befinden, und irrelevante Umgebungsbereiche ohne zu erfassende Objekte ermittelt werden, wobei Signale (S5₁ bis S5_n) irrelevanter Umgebungsbereiche verworfen werden und Signale (S3₁ bis S3_n) relevanter Umgebungsbereiche einer hochauflösenden Winkelverarbeitung zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die relevanten Signale (S3₁ bis S3_n) aller Empfangskanäle (1.1 bis 1.n) nach der hochauflösenden Winkelverarbeitung gemeinsam mittels einer Peak-Detektion über alle Winkelbereiche weiterverarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der Empfangskanäle (1.1 bis 1.n) in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Auswertung erzeugte Signale derart verarbeitet werden, dass unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes befindliche Amplituden der Signale als Rauschen behandelt werden und Umgebungsbereiche, in welchen diese Amplituden erfasst werden, als irrelevante Umgebungsbereiche identifiziert werden und dass oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes befindliche Amplituden der Signale als relevante Amplituden behandelt werden und Umgebungsbereiche, in welchen diese relevanten Amplituden erfasst werden, als relevante Umgebungsbereiche identifiziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorselektion als Algorithmus zur Objektdetektion ein insbesondere zweidimensional ausgebildeter CFAR-Algorithmus verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Peak-Detektion in die Weiterverarbeitung mittels eines insbesondere eindimensional ausgebildeten CFAR-Algorithmus durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Weiterverarbeitung eine Objektbildung, Objektidentifizierung und/oder eine Objektverfolgung durchgeführt werden.