DE102014218092A1 - Creating an image of the environment of a motor vehicle and determining the relative speed between the motor vehicle and objects in the environment - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Abbildung der Umgebung eines Radars eines Kraftfahrzeugs bzw. zur Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit zwischen Radar und Objekten in der Umgebung mittels eines winkelmessenden FMCW-Radars mit Range-Doppler-Auswertung, – emittiert das sich mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig bewegende Radar für eine begrenzte Zeitdauer Signale in Richtung von Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, werden die von den Objekten reflektierten Signale von den mindestens zwei Empfangsantennen separat empfangen, bilden die in der begrenzten Zeitdauer empfangenen Signale eine Gruppe von M unterschiedlichen Messsignalen für jede Empfangsantenne, wird jede Gruppe der M Messsignale mittels einer zweidimensionalen Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert und ein Range-Doppler-Bild jeder Gruppe erzeugt, erfolgt ein Zuordnen eines Abstands relativ zum Radar zu jedem Pixel des Range-Doppler-Bildes, wird zur Schätzung der Winkel zwischen Radar und Objekten eine konjugierte Multiplikation der mindestens zwei Range-Doppler-Bilder zu einem RDA-Bild durchgeführt, und wird aus den Abstandsinformationen der Pixel zweier Range-Doppler-Bilder und den Winkelinformationen des entsprechenden RDA-Bildes ein Abbild der Umgebung des Radars erzeugt bzw. wird für jeden Bildpunkt der Range-Doppler-Bilder aus dem entsprechenden RDA-Bild eine Radargeschwindigkeit ermittelt.In a method and a device for imaging the surroundings of a radar of a motor vehicle or for determining the relative vectorial speed between radar and objects in the environment by means of an angle-measuring FMCW radar with range Doppler evaluation, - emits a straight line at a constant speed moving radar for a limited period of time signals in the direction of objects in the vicinity of the motor vehicle, the signals reflected from the objects are received separately from the at least two receiving antennas, the signals received in the limited time period form a group of M different measuring signals for each receiving antenna, If each group of the M measurement signals is transformed into the frequency domain by means of a two-dimensional Fourier transformation and a Range Doppler image of each group is generated, a distance relative to the radar is assigned to each pixel of the Range Doppler image r angle between radar and objects is performed a conjugate multiplication of the at least two range Doppler images to an RDA image, and from the distance information of the pixels of two range Doppler images and the angle information of the corresponding RDA image is an image of the environment Radars generated or a radar speed is determined for each pixel of the range Doppler images from the corresponding RDA image.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug und Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, eine Vorrichtung zur Abbildung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug und Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The invention relates to a method for imaging the environment of a motor vehicle according to the preamble of claim 1, a method for determining the speed between motor vehicle and objects in the vicinity of the motor vehicle according to the preamble of claim 5, a device for imaging the environment of a motor vehicle according to the The preamble of claim 8 and a device for determining the speed between the motor vehicle and objects in the vicinity of the motor vehicle according to the preamble of claim 9.

Bildgebende Radarsysteme mit synthetischen Aperturen, auch als SAR-Radar bezeichnet, sind aus dem Bereich der Fernerkundung und Militärtechnik bekannt. Synthetische Aperturen können im Prinzip von jedem sich bewegenden Objekt, das mit einem Radar ausgestattet ist, entweder durch Bewegung einer Antenne entlang einer Trajektorie oder aber durch mehrere räumlich verteilte Antennen erzeugt werden. Zu beachten ist hierbei, dass die Radarsignale in einem kohärenten Phasenbezug stehen müssen und die Antennen bzw. Aperturstützpunkte zudem so eng angeordnet werden sollten, dass das räumliche Abtasttheorem erfüllt ist. Synthetic aperture imaging radar systems, also known as SAR radars, are known in the field of remote sensing and military engineering. Synthetic apertures can, in principle, be generated by any moving object equipped with a radar, either by moving an antenna along a trajectory or through several spatially distributed antennas. It should be noted here that the radar signals must be in a coherent phase relationship and the antennas or aperture support points should also be arranged so closely that the spatial sampling theorem is satisfied.

Eine Übertragung der aus der Fernerkundung bekannten SAR-Radarsysteme- und SAR-Verfahren in den kommerziellen Bereich scheiterte bisher daran, dass bei der Antennenbewegung die Aperturpositionen über die gesamte Aperturlänge mit einer Unsicherheit deutlich kleiner einer Wellenlänge der verwendeten Radarsignale bekannt sein müssen, was beispielsweise bei einer Frequenz von 24 GHz bei ca. 1–2 mm und bei 79 GHz bei ca. 0,5 mm liegt. Hierfür werden im Bereich der Fernerkundung höchstwertige Intertialplattformen mit entsprechenden Kosten und sehr aufwändige bzw. nicht-echtzeitfähige Postprocessing-Algorithmen verwendet. Derartige Lösungen sind jedoch für den Kfz-Bereich und Automatisierungstechnik-Bereich und/oder Robotik-Einsatz mit ihren Anforderungen hinsichtlich Echtzeit und Kosten völlig ungeeignet. A transfer of the known from remote sensing SAR radar and SAR method in the commercial area failed so far that must be known in the antenna movement, the aperture positions over the entire aperture length with an uncertainty significantly smaller than a wavelength of the radar signals used, which, for example a frequency of 24 GHz at about 1-2 mm and 79 GHz at about 0.5 mm. In the field of remote sensing, the most valuable intertial platforms with corresponding costs and very complex or non-real-time capable post-processing algorithms are used for this purpose. However, such solutions are completely unsuitable for the automotive sector and automation technology sector and / or robotics application with their requirements in terms of real time and costs.

Eine geeignete Apertursynthese würde eine Rundumbildgebung mit höchster Auflösung erreichen. Erstrebenswert ist diese hohe Auflösung, um Umgebungsdetails besser / exakter erkennen zu können, was insbesondere für zukünftige autonome Fahrzeuge von Bedeutung sein wird oder um zur Steigerung der Sicherheit beispielsweise kleine Objekte oder Personen, die von anderen Objekten verdeckt werden, frühzeitig entdecken zu können. Appropriate aperture synthesis would achieve high resolution all-round imaging. This high resolution is desirable in order to better / accurately recognize environmental details, which will be particularly important for future autonomous vehicles or, for example, to be able to detect small objects or persons who are hidden by other objects at an early stage to increase safety.

Ferner ist im Mikrowellenbereich der Dopplerradar ein bekanntes Verfahren zur Geschwindigkeitsschätzung eines Objektes, wobei sich durch den Dopplereffekt nur die relative Geschwindigkeit zwischen einem Radar und eines Objektes in radialer Richtung ermitteln lässt. Zum Bestimmen der relativen vektoriellen Geschwindigkeit zwischen einem Radar und einem Objekt kann ein Monopulse-Radar verwendet werden, welches im Vergleich zu einem einfachen Dopplerradar zwei oder mehrere Empfangsantennen besitzt. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Empfangsantennen ist im Allgemein gleich oder kleiner als die Hälfte der Wellenlänge λ/2, um sicherzustellen, dass die Phasendifferenz der Echosignale eindeutig einem Winkel zum Objekt zuzuordnen ist. Dadurch sind eine eindeutige Richtungsschätzung und/oder Winkelschätzung bzw. die relative laterale Geschwindigkeitsschätzung zwischen einem Radar und einem Objekt möglich. Bei der Winkelschätzung geht man jedoch davon aus, dass sich nicht zwei Objekte in derselben Entfernung in der Objektszene befinden. Aufgrund der begrenzten Signalbandbreite müssen die Abstände der zwei Objekten größer als die Hälfte der Echosignalbreite sein, wobei mit 250 MHz Bandbreite die Breite der Echos ca. 0,6 m beträgt, andernfalls wird das Echosignal von den Echosignalen anderer Objekten überlagert. Eine Winkelschätzung und somit eine relative vektorielle Geschwindigkeitsschätzung sind unter solchen Situationen nicht möglich.Furthermore, in the microwave range, the Doppler radar is a known method for speed estimation of an object, whereby only the relative speed between a radar and an object in the radial direction can be determined by the Doppler effect. To determine the relative vectorial velocity between a radar and an object, a monopulse radar may be used which has two or more receiving antennas compared to a simple doppler radar. The distance between two adjacent receive antennas is generally equal to or less than half the wavelength λ / 2, to ensure that the phase difference of the echo signals is uniquely associated with an angle to the object. As a result, a clear direction estimation and / or angle estimation or the relative lateral speed estimation between a radar and an object are possible. However, in estimating the angle, it is assumed that there are not two objects at the same distance in the object scene. Due to the limited signal bandwidth, the distances of the two objects must be greater than half the echo signal width, with 250 MHz bandwidth, the width of the echoes is about 0.6 m, otherwise the echo signal is superimposed by the echo signals of other objects. An angle estimate, and thus a relative vectorial velocity estimate, is not possible under such situations.

In der Druckschrift DE 10 2010 015 723 A1 ist ein Verfahren zum Erfassen der Bewegung eines Straßenfahrzeuges beschrieben, bei dem Messwerte zu einer Relativbewegung zwischen einer im Fahrzeug angeordneten Empfangseinrichtung und Objekten im Umfeld des Fahrzeugs winkelabhängig erfaßt werden. Dabei wird ein Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs relativ zu den Objekten der Fahrzugsumgebung dadurch bestimmt, dass eine Winkelfunktion ermittelt wird, die mittels einer Ausgleichsrechnung an die winkelabhängigen Messwerte zu der Relativbewegung bestimmt wird. Durch die Verwendung mehrerer hintereinander bestimmten Positionen des Fahrzeugs als Messpunkte wird eine Ortungstechnik mit synthetischer Apertur erreicht.In the publication DE 10 2010 015 723 A1 a method for detecting the movement of a road vehicle is described in which measured values for a relative movement between a receiving device arranged in the vehicle and objects in the surroundings of the vehicle are detected as a function of angle. In this case, a velocity vector of the vehicle is determined relative to the objects of the travel environment by determining an angle function which is determined by means of a compensation calculation to the angle-dependent measured values relative to the relative movement. By using a plurality of successively determined positions of the vehicle as measuring points, a synthetic aperture locating technique is achieved.

Die Druckschrift DE 10 2010 051 207 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Abbildung eines relativ zu einer Sensoranordnung bewegten Objekts mittels einer Kombination aus Radartechnik und optischer Abbildung. Dabei wird ein dreidimensionales Radarbild des Objekts erfasst und mit einem mit optischen Sensoren generierten Oberflächenmodell des Objekts so fusioniert, dass das Radarbild auf die Oberfläche fokussiert wird. Auf diese Weise ist eine realitätsnahe Darstellung des abgebildeten Objekts möglich.The publication DE 10 2010 051 207 A1 relates to a method and a device for the three-dimensional imaging of an object moving relative to a sensor arrangement by means of a combination of radar technology and optical imaging. In this case, a three-dimensional radar image of the object is detected and fused with a generated with optical sensors surface model of the object so that the radar image is focused on the surface. In this way, a realistic representation of the imaged object is possible.

Aus der Druckschrift DE 199 12 370 A1 ist ein Verfahren zur Radarsignalverarbeitung in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei dem die Signale jeder Zielspur so lange kohärent integriert werden, dass sich die Ziele, d.h. die anderen Fahrzeuge, in eine Mehrzahl von Dopplerzellen aufspalten, wodurch eine bildgebende Monopulspeilung möglich wird. From the publication DE 199 12 370 A1 a method for radar signal processing in a motor vehicle is known in which the signals of each target track are coherently integrated so long that the targets, ie the other vehicles, split into a plurality of Doppler cells, whereby an imaging Monopulspeilung is possible.

Die Druckschrift DE 10 2009 030 075 A1 beschreibt ein Abbildungsverfahren mit synthetischer Apertur zum Bestimmen eines Einfallswinkels und/oder einer Entfernung eines Sensors zu mindestens einem Objekt im Raum, bei dem an einer Anzahl von Aperturpunkten jeweils eine Echoprofil aufgenommen wird.The publication DE 10 2009 030 075 A1 describes a synthetic aperture imaging method for determining an angle of incidence and / or a distance of a sensor to at least one object in space in which an echo profile is acquired at each of a number of aperture points.

Die Druckschrift DE 10 2010 048 896 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs mit einer Radareinrichtung umfassend eine entsprechende Sende- und Empfangseinrichtung sowie eine Auswerteinrichtung zum Auswerten von Echoprofilen der Empfangssignale und zum Ableiten von Aussagen über die Belegung für Raumbereiche der Umgebung des Fahrzeugs. Dabei umfasst die Sendeeinrichtung eine Modulationseinrichtung zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Dauerstrichsignals, welches iterativ jeweils aus einer Mehrzahl ineinander verschachtelter Frequenztreppen gebildet ist. In der Auswerteeinrichtung werden für jeden Iterationsschritt Messwerte des Empfangssignals Frequenzstufen der einzelnen Frequenztreppen zugeordnet und für jede der Frequenztreppen wird aus den jeweils zugeordneten Messwerten ein Echoprofil erzeugt, wobei jedes Echoprofil die Umfeldinformationen für einen Aperturpunkt einer synthetischen Apertur umfasst. The publication DE 10 2010 048 896 A1 relates to a device for detecting the surroundings of a vehicle with a radar device comprising a corresponding transmitting and receiving device and an evaluation device for evaluating echo profiles of the received signals and for deriving statements about the occupancy for regions of the surroundings of the vehicle. In this case, the transmitting device comprises a modulation device for generating a frequency-modulated continuous-wave signal, which is formed iteratively in each case from a plurality of frequency-stepped nested steps. For each iteration step, measured values of the received signal frequency steps of the individual frequency staircases are allocated in the evaluation device, and an echo profile is generated for each of the frequency steps from the respective assigned measured values, each echo profile comprising the environment information for an aperture point of a synthetic aperture.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Abbildung der Umgebung um ein bewegtes Radar eines Kraftfahrzeugs sowie zur Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit zwischen dem Radar und Objekten in der Fahrzeugumgebung zu schaffen sowie entsprechende Vorrichtungen anzugeben.The invention has for its object to provide an improved method for imaging the environment around a moving radar of a motor vehicle and for determining the relative vectorial speed between the radar and objects in the vehicle environment and to provide corresponding devices.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a method having the features of claim 1, by a method having the features of claim 5, by a device having the features of claim 8 and by a device having the features of claim 9. Preferred embodiments of the method are the subject of the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abbildung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mittels eines winkelmessenden FMCW-Radars mit Range-Doppler-Auswertung (FMCW: Frequency-Modulated Continuous-Wave), wobei das FMCW-Radar mindestens eine Sendeantenne und mindestens zwei Empfangsantennen aufweist, das FCMW-Radar einen vorgegebenen Winkel zur Bewegungsrichtung aufweist und die Fernfeldnäherung anwendbar ist,

  • – emittiert das sich mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig bewegende Radar für eine begrenzte Zeitdauer Signale in Richtung von Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs,
  • – werden die von den Objekten reflektierten Signale von den mindestens zwei Empfangsantennen separat empfangen,
  • – bilden die in der begrenzten Zeitdauer empfangenen Signale eine Gruppe von M unterschiedlichen Messsignalen für jede Empfangsantenne,
  • – wird jede Gruppe der M Messsignale mittels einer zweidimensionalen Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert und ein Range-Doppler-Bild jeder Gruppe erzeugt,
  • – erfolgt ein Zuordnen eines Abstands relativ zum Radar zu jedem Pixel des Range-Doppler-Bildes,
  • – wird zur Schätzung der Winkel zwischen Radar und Objekten eine konjugierte Multiplikation der mindestens zwei Range-Doppler-Bilder zu einem RDA-Bild durchgeführt, und
  • – wird aus den Abstandsinformationen der Pixel zweier Range-Doppler-Bilder und den Winkelinformationen des entsprechenden RDA-Bildes ein Abbild der Umgebung des Radars erzeugt.
In the method according to the invention for imaging the surroundings of a motor vehicle by means of an angle-measuring FMCW radar with range-doppler evaluation (FMCW: frequency-modulated continuous wave), the FMCW radar having at least one transmitting antenna and at least two receiving antennas, the FCMW radar. Radar has a given angle to the direction of movement and the far field approximation is applicable,
  • The radar moving rectilinearly at a constant speed emits signals in the direction of objects in the surroundings of the motor vehicle for a limited period of time,
  • The signals reflected by the objects are received separately from the at least two receiving antennas,
  • The signals received in the limited time period form a group of M different measuring signals for each receiving antenna,
  • Each group of the M measurement signals is transformed into the frequency domain by means of a two-dimensional Fourier transformation and a range Doppler image of each group is generated,
  • A distance is assigned relative to the radar to each pixel of the range Doppler image,
  • A conjugate multiplication of the at least two range Doppler images into an RDA image is performed to estimate the angles between radar and objects, and
  • - An image of the surroundings of the radar is generated from the distance information of the pixels of two range Doppler images and the angle information of the corresponding RDA image.

Auf diese Weise kann vorteilhafterweise eine einfache und kostengünstige SAR-Bildgebung der Umgebung des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden, ohne dass die relative Geschwindigkeit zwischen Radar und Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs bekannt ist. Mit anderen Worten, eine SAR-Bildgebung ist auch dann möglich ist, wenn die exakte Relativgeschwindigkeit zwischen Radar und Objekt unbekannt ist. Dies war im Bereich der kommerziellen SAR-Bildgebung bislang nicht möglich. In this way, advantageously, a simple and inexpensive SAR imaging of the environment of the motor vehicle can be performed without knowing the relative speed between radar and objects in the surroundings of the vehicle. In other words, SAR imaging is possible even if the exact relative velocity between the radar and the object is unknown. This has not been possible in commercial SAR imaging so far.

Weiter bevorzugt wird die Dopplerverschiebung jedes Pixels der Range-Doppler-Bilder korrigiert. Da jedem Pixel eines Range-Doppler-Bildes eine eindeutige Dopplerfrequenz zugeordnet ist, kann auf diese Weise die um eine Dopplerkomponente verfälschte Entfernung jedes Pixels zum Radar korrigiert werden.More preferably, the Doppler shift of each pixel of the range Doppler images is corrected. In this way, since each pixel of a range Doppler image is assigned a unique Doppler frequency, the distance of each pixel falsified by a Doppler component to the radar can be corrected.

Vorzugsweise ist eine dreidimensionale Abbildung der Umgebung des Kraftfahrzeugs mit einer zweidimensionalen Antenne möglich. Mit anderen Worten, eine Erweiterung einer Antennenanordnung von einer Linie auf eine Fläche, wodurch Winkel in beide Raumrichtungen bestimmbar werden, führt zu einer dreidimensionalen Bildgebung. Preferably, a three-dimensional image of the surroundings of the motor vehicle with a two-dimensional antenna is possible. In other words, an extension of an antenna arrangement from a line to a surface, whereby angles can be determined in both spatial directions, leads to a three-dimensional imaging.

Weiter bevorzugt erfolgt eine Interpolation der Bildpunkte des Umgebungsabbildes zur Erzeugung eines äquidistanten Rasters. Da die Transformationen, d.h. die Ermittlung der Range-Doppler-Bilder und des RDA-Bildes, im Allgemeinen nicht zu Positionen führen, die auf einem äquidistanten Raster liegen, ist es vorteilhaft zur Verbesserung des Umgebungsbildes eine Interpolation durchzuführen.More preferably, an interpolation of the pixels of the surrounding image to produce an equidistant raster. Since the transformations, i. the determination of the range Doppler images and the RDA image, generally do not lead to positions that lie on an equidistant grid, it is advantageous to perform an interpolation to improve the environmental image.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit zwischen einem Radar und Objekten in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mittels eines winkelmessenden FMCW-Radars mit Range-Doppler-Auswertung, welches insbesondere das im Vorangegangenen erläuterte Verfahren einschließen kann, wobei das FMCW-Radar mindestens eine Sendeantenne und mindestens zwei Empfangsantennen aufweist, das FCMW-Radar einen vorgegebenen Winkel zur Bewegungsrichtung aufweist und die Fernfeldnäherung anwendbar ist, führt die folgenden Schritte aus:

  • – das sich mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig bewegende Radar emittiert für eine begrenzte Zeitdauer Signale in Richtung von Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs,
  • – die von den Objekten reflektierten Signale werden von den mindestens zwei Empfangsantennen separat empfangen,
  • – die in der begrenzten Zeitdauer empfangenen Signale bilden eine Gruppe von M unterschiedlichen Messsignalen für jede Empfangsantenne,
  • – jede Gruppe der M Messsignale wird mittels einer zweidimensionalen Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert und ein Range-Doppler-Bild jeder Gruppe wird erzeugt,
  • – zur Schätzung der Winkel zwischen Radar und Objekten wird eine konjugierte Multiplikation der mindestens zwei Range-Doppler-Bilder zu einem RDA-Bild durchgeführt, und
  • – für jeden Bildpunkt der Range-Doppler-Bilder wird aus dem entsprechenden RDA-Bild eine Radargeschwindigkeit ermittelt.
The inventive method for determining the relative vectorial velocity between a radar and objects in the vicinity of a motor vehicle by means of an angle-measuring FMCW radar with Range Doppler evaluation, which may include in particular the method explained above, wherein the FMCW radar at least one transmitting antenna and at least two receiving antennas, the FCMW radar has a predetermined angle to the direction of movement and the far field approximation is applicable, performs the following steps:
  • The radar moving rectilinearly at a constant speed emits signals in the direction of objects in the surroundings of the motor vehicle for a limited period of time;
  • The signals reflected by the objects are received separately by the at least two receiving antennas,
  • The signals received in the limited time form a group of M different measuring signals for each receiving antenna,
  • Each group of the M measurement signals is transformed into the frequency domain by means of a two-dimensional Fourier transformation and a range Doppler image of each group is generated,
  • To estimate the angles between radar and objects, a conjugate multiplication of the at least two range Doppler images to an RDA image is performed, and
  • - For each pixel of the range Doppler images, a radar velocity is determined from the corresponding RDA image.

Durch dieses Verfahren wird auf einfache Weise eine Bestimmung der Radargeschwindigkeit ermöglicht.By this method, a determination of the radar speed is made possible in a simple manner.

Vorzugsweise werden die für alle Bildpunkte ermittelten Radargeschwindigkeiten in einen eindimensionalen Geschwindigkeitsvektor übernommen und zur Ermittlung der Radarfahrgeschwindigkeit sowie der Geschwindigkeiten der sich bewegenden Objekte werden lokale Maxima des Geschwindigkeitsvektors bestimmt. Sind keine sich bewegenden Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, so entspricht das lokale Maximum der Geschwindigkeit des Radars.Preferably, the radar velocities determined for all pixels are taken over into a one-dimensional velocity vector, and local maxima of the velocity vector are determined to determine the radar velocity and the velocities of the moving objects. If there are no moving objects in the vicinity of the motor vehicle, the local maximum corresponds to the speed of the radar.

Weiter bevorzugt kann zur Trennung der Radarfahrgeschwindigkeit von den Geschwindigkeiten sich bewegender Objekte die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs als Radarfahrgeschwindigkeit herangezogen werden. Auf diese Weise kann das der Radargeschwindigkeit entsprechende lokale Maximum identifiziert werden. Andere lokale Maxima entsprechen dann den Geschwindigkeiten sich bewegender Objekte.More preferably, the speed of the motor vehicle can be used as the radar speed for the separation of the radar speed from the speeds of moving objects. In this way, the local maximum corresponding to the radar speed can be identified. Other local maxima then correspond to the velocities of moving objects.

Damit ist es auch möglich die Geschwindigkeiten sich bewegender Objekte im Umfeld des Radars, d.h. des Kraftfahrzeugs, zu bestimmen, da die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bekannt ist und die Radargeschwindigkeit damit identisch ist.Thus, it is also possible the velocities of moving objects in the vicinity of the radar, i. of the motor vehicle, because the speed of the motor vehicle is known and the radar speed is identical.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abbildung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs umfasst:

  • – einen winkelmessenden FMCW-Radar mit Range-Doppler-Auswertung, wobei das FMCW-Radar mindestens eine Sendeantenne und mindestens zwei Empfangsantennen aufweist, und
  • – einer Steuereinrichtung mit
  • – einer Einrichtung zur Steuerung des Radars und zur Auswertung der empfangenen Messsignale,
  • – einer Einrichtung zur Bestimmung von Range-Doppler-Bildern
  • – einer Einrichtung zur Bestimmung eines RDA-Bildes aus zwei Range-Doppler-Bilder mittels konjugierter Multiplikation der zwei Range-Doppler-Bilder, und
  • – einer Einrichtung zur Erzeugung eines Abbilds der Umgebung des Radars aus den Abstandsinformationen der Pixel zweier Range-Doppler-Bilder und den Winkelinformationen des entsprechenden RDA-Bildes.
The device according to the invention for imaging the surroundings of a motor vehicle comprises:
  • - An angle-measuring FMCW radar with Range Doppler evaluation, wherein the FMCW radar has at least one transmitting antenna and at least two receiving antennas, and
  • - A control device with
  • A device for controlling the radar and for evaluating the received measuring signals,
  • - A device for determining range Doppler images
  • A device for determining an RDA image from two range Doppler images by means of conjugate multiplication of the two range Doppler images, and
  • - A device for generating an image of the surroundings of the radar from the distance information of the pixels of two range Doppler images and the angle information of the corresponding RDA image.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit zwischen einem Radar und Objekten in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mittels eines winkelmessenden FMCW-Radars mit Range-Doppler-Auswertung, welche insbesondere die im Vorangegangenen erläuterte Vorrichtung einschließen kann und zur Durchführung des im Vorangegangenen erläuterten Verfahrens eingerichtet und ausgelegt ist, umfasst:
einen winkelmessenden FMCW-Radar mit Range-Doppler-Auswertung, wobei das FMCW-Radar mindestens eine Sendeantenne und mindestens zwei Empfangsantennen aufweist, und
eine Steuereinrichtung mit

  • – einer Einrichtung zur Steuerung des Radars und zur Auswertung der empfangenen Messsignale,
  • – einer Einrichtung zur Bestimmung von Range-Doppler-Bildern,

einer Einrichtung zur Bestimmung eines RDA-Bildes aus zwei Range-Doppler-Bildern mittels konjugierter Multiplikation der zwei Range-Doppler-Bilder, und
einer Einrichtung zur Ermittlung der Radargeschwindigkeit für jeden Bildpunkt der Range-Doppler-Bilder aus dem entsprechenden RDA-Bild.The device according to the invention for determining the relative vectorial velocity between a radar and objects in the vicinity of a motor vehicle by means of an angle-measuring FMCW radar with Range Doppler evaluation, which may include in particular the device explained above and is set up and designed to carry out the method explained in the foregoing, comprises:
an angle-measuring FMCW radar with Range Doppler evaluation, wherein the FMCW radar has at least one transmitting antenna and at least two receiving antennas, and
a control device with
  • A device for controlling the radar and for evaluating the received measuring signals,
  • A device for determining range Doppler images,

a device for determining an RDA image from two range Doppler images by means of conjugate multiplication of the two range Doppler images, and
a device for determining the radar speed for each pixel of the range Doppler images from the corresponding RDA image.

Weiter bevorzugt weist die Steuereinrichtung eine Einrichtung zur Übernahme der für alle Bildpunkte ermittelten Radargeschwindigkeiten in einen eindimensionalen Geschwindigkeitsvektor und zur Ermittlung der Radarfahrgeschwindigkeit sowie der Geschwindigkeiten der sich bewegenden Objekte durch Bildung lokaler Maxima auf.Further preferably, the control device has a device for adopting the radar velocities determined for all pixels into a one-dimensional velocity vector and for determining the radar velocity and the speeds of the moving objects by forming local maxima.

Die im Vorangegangenen erläuterten Verfahren und Vorrichtungen werden für den Radarbereich beschrieben. Eine Übertragung auf alle anderen kohärenten wellenbasierten Messverfahren wie z. B. die Ultraschalltechnik ist natürlich ebenso möglich The foregoing methods and apparatus are described for the radar range. A transfer to all other coherent wave-based measurement methods such. B. the ultrasound technique is of course also possible

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigtPreferred embodiments of the invention will be explained with reference to the following drawings. It shows

1 eine schematische Darstellung einer ersten Objektszene zur Erläuterung der Abbildung der Umgebung um ein bewegtes Objekt, 1 a schematic representation of a first object scene to illustrate the mapping of the environment around a moving object,

2 eine schematische Darstellung einer zweiten Objektszene zur Erläuterung der Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit zwischen einem Radar und einem bewegten Objekt, 2 a schematic representation of a second object scene for explaining the determination of a relative velocity between a radar and a moving object,

3 die geometrische Beziehung zwischen fahrendem Radar und stationären Objekten, 3 the geometric relationship between moving radar and stationary objects,

4 eine erste Messsituation in schematischer Darstellung, 4 a first measurement situation in a schematic representation,

5 die Range-Doppler-Bilder (RD-Bilder) der beiden Empfangsantennen, 5 the range Doppler images (RD images) of the two receiving antennas,

6 das sich aus den beiden RD-Bildern ergebende RDA-BIld, 6 the RDA image resulting from the two RD images,

7 die resultierende Umgebungsdarstellung der ersten Messsituation, 7 the resulting environment representation of the first measurement situation,

8 eine zweite Messsituation auf einem Parkplatz, 8th a second measurement situation in a parking lot,

9 die Umgebungsdarstellung der zweiten Messsituation, 9 the ambient representation of the second measurement situation,

10 eine dritte Messsituation auf einem Parkplatz, 10 a third measurement situation in a parking lot,

11 die Umgebungsdarstellung der dritten Messsituation, 11 the ambient representation of the third measurement situation,

12 die gemessene Geschwindigkeit des Radars in der ersten Messsituation, 12 the measured speed of the radar in the first measurement situation,

13 eine vierte Messsituation mit einem bewegten Objekt, 13 a fourth measurement situation with a moving object,

14 die gemessenen Geschwindigkeiten des Radars und des bewegten Objekts, und 14 the measured velocities of the radar and the moving object, and

15 eine schematische Darstellung der Vorrichtung. 15 a schematic representation of the device.

1 dient zur prinzipiellen Erläuterung des Radarkonzepts und der Aufnahmesituation in einer ersten Objektszene, wobei das Verfahren auf einem Range-Doppler-Winkel-Verfahren basiert, was auch als RDA-Verfahren (RDA: Range-Doppler-Angle) bezeichnet wird. Zur Winkelschätzung wird ein FMCW-Radar (FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave) verwendet, welches in diesem Beispiel eine Sendeantenne Tx und zwei Empfangsantennen Rx1 und Rx2 umfasst. FMCW-Radare mit der Fähigkeit zur Winkelmessung sind als sogenannte Amplituden- oder Phasenmonopulsradare, als MIMO-Radare oder auch in vielen anderen Ausführungsformen bekannt. Ferner sind FMCW-Radare mit einer Range-Doppler-Auswertung ebenfalls im Stand der Technik bekannt. 1 serves to explain in principle the radar concept and the recording situation in a first object scene, the method being based on a range-doppler-angle method, which is also referred to as RDA Method (RDA: Range Doppler Angle) is called. For angle estimation, an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar is used, which in this example comprises a transmit antenna Tx and two receive antennas Rx1 and Rx2. FMCW radars with the ability to measure angles are known as so-called amplitude or phase monopulse radars, as MIMO radars or in many other embodiments. Furthermore, FMCW radars with range Doppler evaluation are also known in the art.

Bei einem FMCW-Range-Doppler-Radar werden nacheinander eine Anzahl von N linear frequenzmodulierten Signale (FMCW-Signale) ausgesendet und der gesamte Satz der resultierenden N Empfangssignale wird anschließend gemeinsam ausgewertet, wobei üblicherweise eine zweidimensionale Fouriertransformation zur Anwendung gelangt. Dabei werden die Signale eines winkelmessenden FMCW-Radars mit Range-Doppler-Auswertung so verarbeitet, dass es möglich wird eine SAR Bildgebung durchzufühlen, auch wenn die exakte Relativgeschwindigkeit zwischen Radar und Objekt unbekannt ist.In an FMCW-range Doppler radar, a number of N linear frequency-modulated signals (FMCW signals) are transmitted in succession, and the entire set of resulting N received signals is then evaluated together, usually using a two-dimensional Fourier transform. The signals of an angle-measuring FMCW radar with Range Doppler evaluation are processed so that it is possible to sense an SAR imaging, even if the exact relative speed between radar and object is unknown.

Zur weiteren Beschreibung des Radarkonzepts wird von einem einfachen sogenannten Phasenmonopulsradar mit einer Sendeantenne Tx und zwei getrennten Empfangsantennen Rx1 und Rx2 ausgegangen. Eine Erweiterung auf weitere Sende- und/oder Empfangsantennen z. B. zur Verbesserung der Winkelschätzung wäre jederzeit möglich. Ferner sind in der Umgebung des Radars in 1 drei als Punktstreuer wirkende Objekte Oi, i = 1, 2, 3, angeordnet.To further describe the radar concept, a simple so-called phase monopulse radar with a transmitting antenna Tx and two separate receiving antennas Rx1 and Rx2 is assumed. An extension to further transmitting and / or receiving antennas z. B. to improve the angle estimate would be possible at any time. Furthermore, in the surroundings of the radar in 1 three acting as point scatterers objects Oi, i = 1, 2, 3, respectively.

Für eine kompakte Darstellung wird von den folgenden weiteren Vereinfachungen ausgegangen:

  • – Der Abstand zwischen Sendeantenne Tx und den Empfangsantennen Rx1, Rx2 sei viel kleiner als der Abstand zwischen dem Radar und einem Objekt Oi (Fernfeldnäherung).
  • – Der Detektionsbereiche aller Antennen Tx, Rx1, Rx2 wird als identisch angenommen.
  • – Die beiden Empfangsantennen Rx1, Rx2 seien so eng benachbart, dass die Phasendifferenz der beiden Empfangssignale der beiden Antennen Rx1, Rx2 eindeutig einem Objektwinkel zugeordnet werden kann. Dazu wird angenommen, dass die Abstände bzw. die Winkel von einem Objekt Oi zu jeder Empfangsantenne Rx1, Rx2 nahezu gleich sind (Fernfeldnäherung).
  • – Die Position der Radarempfangsantenne Rx1 wird als Ursprung des Weltkoordinatensystems (x, y) definiert. Dies führt zu einer vereinfachten Transformation zwischen dem Winkel θoi in den Antennenkoordinaten eines Objekts Oi und dem Winkel θw,oi in den Weltkoordinaten θw,Oi = θOi – φ.
  • – Es wird angenommen, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Radar und Objekt Oi während einer Zeitdauer Ts nahezu konstant bleibt.
For a compact presentation, the following further simplifications are assumed:
  • The distance between the transmitting antenna Tx and the receiving antennas Rx1, Rx2 is much smaller than the distance between the radar and an object Oi (far field approximation).
  • The detection ranges of all antennas Tx, Rx1, Rx2 are assumed to be identical.
  • - The two receiving antennas Rx1, Rx2 are so close to each other that the phase difference of the two received signals of the two antennas Rx1, Rx2 can be uniquely associated with an object angle. It is assumed that the distances or angles from an object Oi to each receiving antenna Rx1, Rx2 are almost equal (far field approximation).
  • The position of the radar receiving antenna Rx1 is defined as the origin of the world coordinate system (x, y). This leads to a simplified transformation between the angle θ oi in the antenna coordinates of an object Oi and the angle θ w, oi in the world coordinates θ w, Oi = θ Oi - φ.
  • It is assumed that the relative velocity between the radar and the object Oi remains almost constant during a time Ts.

Ausgehend von einer Startposition pTx = (xTx, yTx)T = (aTx·cosφ, aTx·sinφ)T sendet die in 1 dargestellte Radarsendeantenne Tx während einer begrenzten Zeitdauer Ts ständig Signale in Richtung der Objekte Oi, i = 1, 2, 3. Die Größe aTx ist der Abstand zwischen dem Koordinatenursprung und Sendeantenne Tx. Ferner definiert die Größe φ den Winkel der Drehung der Radarantennen um den Ursprung. Schließlich sei die Fahrgeschwindigkeit ν = (νx, νy = 0)T des Radarsystems während des Messvorgangs konstant. Starting from a starting position p Tx = (x Tx , y Tx ) T = (a Tx · cosφ, a Tx · sinφ) T sends the in 1 illustrated radar transmission antenna Tx for a limited period T s constantly signals in the direction of the objects Oi, i = 1, 2, 3. The size a Tx is the distance between the coordinate origin and transmitting antenna Tx. Further, the quantity φ defines the angle of rotation of the radar antennas about the origin. Finally, the driving speed is ν = (ν x, ν y = 0) T of the radar system during the measurement constant.

Die von der Sendeantenne Tx ausgesandten Radarstrahlen werden an einem Objekt Oi mit der Position pOi = (xOi, yOi)T gestreut bzw. reflektiert. In 1 sind drei Objekte O1, O2 und O3 beispielhaft dargestellt. Die von allen Objekten Oi gestreuten Signale werden dann von den beiden Empfangsantennen Rx1 und Rx2 separat empfangen. Die Startpositionen der Antennen Rx1 und Rx2 sind jeweils festgelegt durch: pRx1 = (xRx1 = 0, yRx1 = 0)T und pRx2 = (xrx2, yRx2)T = (l·cos(π + φ), l·sin(π + φ)) The radar beams emitted from the transmitting antenna Tx are scattered at an object Oi having the position p Oi = (x Oi , y Oi ) T. In 1 three objects O1, O2 and O3 are shown by way of example. The signals scattered by all the objects Oi are then separately received by the two receiving antennas Rx1 and Rx2. The starting positions of the antennas Rx1 and Rx2 are each defined by: p Rx1 = (x Rx1 = 0, y Rx1 = 0) T and p Rx2 = ( x.rx2 , y Rx2 ) T = ( l.cos (π + φ), l · sin (π + φ))

Dabei entspricht l dem Abstand zwischen den Empfangsantennen Rx1, Rx2, der im Allgemeinen kleiner oder gleich der Hälfte der Wellenlänge des Radarsignals λ/2 ist.Here l corresponds to the distance between the receiving antennas Rx1, Rx2, which is generally less than or equal to half the wavelength of the radar signal λ / 2 .

Die Messung mit einer Zeitdauer Ts führt zu einer Gruppe von M unterschiedlichen Messsignalen, die im Folgenden mit s(ts, t) bezeichnet werden, wobei ts die Slow-time und t die Fast-time bedeutet.The measurement with a time Ts results in a group of M different measurement signals, which are referred to below as s (t s , t), where t s is the slow-time and t is the fast-time.

Eine Transformation der M Messsignale s(ts, t) mit einer zweidimensionalen Fouriertransformation in den Frequenz- und Dopplerfrequenzbereich – wie dies von FMCW-Range-Doppler-Verfahren nach dem Stand der Technik bekannt ist – ergeben die folgenden Range-Doppler-Bilder, abgekürzt RD-Bilder, für jede der beiden Empfangsantennen: SRx1(ωd, ω) = FFT2{sRx1(ts, t)·W(ts, t)} (1) SRx2(ωd, ω) = FFT2{sRx2(ts, t)·W(ts, t)} (2) A transformation of the M measurement signals s (t s , t) into the frequency and Doppler frequency range using a two-dimensional Fourier transformation, as known from prior art FMCW range Doppler methods, yields the following range Doppler images, abbreviated RD images, for each of the two receiving antennas: Rx1 S (ω d, ω) = {s FFT2 Rx1 (t s, t) * W (t s, t)} (1) S Rx2 (ω d, ω) = {s FFT2 Rx2 (t s, t) * W (t s, t)} (2)

Dabei bezeichnet W eine zweidimensionale Fensterfunktion, beispielsweise ein Hamming-Fenster. Das Range-Doppler-Bild lässt sich als eine Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung von Abstand dOi und Dopplergeschwindigkeit νr,Oi eines Punktstreuers POi zum Radar darstellen. In this case, W denotes a two-dimensional window function, for example a Hamming window. The range Doppler image can be represented as a probability density distribution of distance d Oi and Doppler velocity ν r, Oi of a point scatterer P Oi to the radar.

Bei weiteren Sende- und/oder Empfangsantennen ergeben sich entsprechend weitere RD-Bilder.With further transmitting and / or receiving antennas, corresponding further RD images result.

Eine Richtungsschätzung zwischen allen Objekten Oi und dem Radar ergibt sich durch eine konjugierte Multiplikation zweier RD-Bilder:

Figure DE102014218092A1_0002
A direction estimation between all objects Oi and the radar results from a conjugate multiplication of two RD images:
Figure DE102014218092A1_0002

Aus zwei RD-Bildern, die mit räumlich beabstandeten Antennen Rx1, Rx2 gewonnen werden, wird durch die konjugierte Multiplikation ein sogenanntes RDA-Bild erzeugt, welches jedem Bildpunkt aus den RD-Bildern einen Winkel relativ zum Radar zuordnet. Durch Verwendung von weiteren Antennen respektive RD-Bildern kann die Winkelmessung für jeden Bildpunkt verbessert werden.From two RD images obtained with spatially-spaced antennas Rx1, Rx2, the conjugate multiplication generates a so-called RDA image which assigns each pixel of the RD images an angle relative to the radar. By using additional antennas or RD images, the angle measurement for each pixel can be improved.

Falls der Abstand l zwischen den Empfangsantennen Rx1, Rx2 gleich der halben Wellenlänge der Radarstrahlung ist, also l = λ/2, so vereinfacht sich Gleichung (3) zu:

Figure DE102014218092A1_0003
If the distance l between the receiving antennas Rx1, Rx2 is equal to half the wavelength of the radar radiation, ie l = λ / 2, equation (3) simplifies to:
Figure DE102014218092A1_0003

Ein geometrisch korrektes Abbild der Umgebung um das Radar kann nun wie folgt gewonnen werden:
Jedem Pixel im RD-Bild kann in einem ersten Schritt eine eindeutige Entfernung relativ zum Radar zugeordnet werden. Da bei einer FMCW-Range-Doppler-Auswertung die Entfernungs-Achse zunächst nur eine sogenannte pseudo-Range beschreibt, d.h. die Range-Achse noch durch eine Dopplerkomponente verfälscht wird, ist diese Dopplerverschiebung zunächst für jeden Pixel zu korrigieren. Dies ist jedoch einfach möglich, da jedem Pixel im RD-Bild eine eindeutige Dopplerfrequenz zugeordnet werden kann. A geometrically correct image of the surroundings around the radar can now be obtained as follows:
Each pixel in the RD image can be assigned a unique distance relative to the radar in a first step. Since in an FMCW range Doppler evaluation the distance axis initially only describes a so-called pseudo range, ie the range axis is still distorted by a Doppler component, this Doppler shift must first be corrected for each pixel. However, this is easily possible because each pixel in the RD image can be assigned a unique Doppler frequency.

Das RDA-Bild liefert nun in einem zweiten Schritt zudem für jeden Pixel eine relative Winkellage zum Radar. Mit der Entfernungs- und Winkelinformation, die in Schritt 1 und 2 für jeden Pixel gewonnen wurde, ist es nun in einem dritten Schritt einfach möglich, jeden Pixel aus einem RD-Bild in ein räumliches xy-Koordinatensystem zu übertragen. Diese Koordinatentransformation ist nun für jeden Pixel durchzuführen. Hierdurch ergibt sich dann ein geometrisch korrektes Abbild der Umgebung und zwar unabhängig davon welche Relativgeschwindigkeit zwischen Radar und Objekt bei der Messung vorgelegen hat. In a second step, the RDA image now provides a relative angular position to the radar for each pixel. With the range and angle information obtained for each pixel in steps 1 and 2, it is now possible in a third step to easily transfer each pixel from an RD image into a xy coordinate system. This coordinate transformation is now to be performed for each pixel. This results in a geometrically correct image of the environment, irrespective of the relative velocity between the radar and the object during the measurement.

Signalanteile bzw. Pixel ohne Radar-Echosignale – also nur mit Stör- oder Rauschkomponenten – verteilen sich statistisch im x-y-Bildbereich und stören das resultierende Bild kaum. Signalanteile bzw. Pixel, die von Radar-Echosignalen bzw. von Objekten stammen, werden durch das Verfahren systematisch ortsrichtig im Bild angeordnet. Signal components or pixels without radar echo signals - ie only with noise or noise components - are distributed statistically in the x-y image area and hardly disturb the resulting image. Signal components or pixels originating from radar echo signals or from objects are systematically arranged in the image in the image by the method.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass sich auch ein korrektes Abbild für Situationen ergibt in denen einen Objektszene abgebildet wird in der sich zwei Objekte mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen. Nach dem bisherigen Stand der SAR-Technik wäre dies nicht möglich. A particular advantage of the method is that a correct image also results for situations in which an object scene is mapped in which two objects move at different speeds. According to the current state of the SAR technology, this would not be possible.

Wird die Antennenanordnung von einer Linie auf ein Fläche erweitert, so dass die Winkel in beiden Raumrichtungen bestimmbar werden, so ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine dreidimensionale Bildgebung möglich. If the antenna arrangement is extended from a line to a surface, so that the angles in both spatial directions can be determined, a three-dimensional imaging is also possible with the method according to the invention.

Da die oben genannte Transformation im Allgemeinen nicht zu Positionen führt, die auf einem äquidistanten Raster liegen, ist eine Interpolation nötig, die wie folgt ausgeführt werden kann:
Die Ortsinformationen aller Objekte Oi können den beiden RD-Bildern und dem RDA-Bild entnommen werden. Eine Abbildung der Umgebung um ein bewegtes Radar erfolgt durch die folgenden Schritte:

  • – Definition eines zweidimensionales Bildes B mit einer begrenzten Auflösung, um einen zweidimensionalen Raum zu beschreiben. Das Gewicht jedes Bildpunktes wird Null gesetzt.
  • – Für jeden Bildpunkt (ωd, ω) lässt sich ein Abstand dOi wie folgt ermitteln:
    Figure DE102014218092A1_0004
    wobei c die Lichtgeschwindigkeit und μ die Sweep-Rate bezeichnet.
  • – Aus der Kombination der Gleichungen (4) und (5) ergibt sich die Position P für jeden Bildpunkt (ωd, ω) wie folgt:
    Figure DE102014218092A1_0005
  • – Als Funktion der ermittelten Position P werden die vier Bildpunkte des Interpolationsbildes B ermittelt, die den kleinsten Abstand zur Position P haben und diese Bildpunkte werde wir folgt gewichtet:
    Figure DE102014218092A1_0006
Since the above transformation does not generally lead to positions lying on an equidistant grid, interpolation is necessary, which can be carried out as follows:
The location information of all objects Oi can be taken from the two RD images and the RDA image. An illustration of the environment around a moving radar is provided by the following steps:
  • - Definition of a two-dimensional image B with a limited resolution to describe a two-dimensional space. The weight of each pixel is set to zero.
  • - For each pixel (d ω, ω) can be a distance d Oi determined as follows:
    Figure DE102014218092A1_0004
    where c denotes the speed of light and μ the sweep rate.
  • From the combination of equations (4) and (5), the position P for each pixel (ω d , ω) is as follows:
    Figure DE102014218092A1_0005
  • As a function of the determined position P, the four pixels of the interpolation image B are determined which have the smallest distance to the position P and these pixels are weighted as follows:
    Figure DE102014218092A1_0006

2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Objektszene zur Erläuterung der Bestimmung der Relativgeschwindigkeit zwischen einem Radar und einem bewegten Objekt. Dabei liegt der Unterschied zur Situation der 1 darin, dass sich das Objekt O1 mit der Geschwindigkeit νO1 = (νO1,x, νO1,y)T bewegt, während die anderen Objekte O2, O3 weiterhin stationär im Raum angeordnet sind. Die zur Situation der 1 getroffenen Aussagen, insbesondere die Gleichungen (1) bis (7), sind folglich auch für diese Situation zutreffend. 2 shows a schematic representation of a second object scene for explaining the determination of the relative velocity between a radar and a moving object. This is the difference to the situation of 1 in that the object O1 moves at the speed ν O1 = (ν O1, x , ν O1, y ) T , while the other objects O2, O3 continue to be stationary in space. The to the situation of 1 The statements made, in particular equations (1) to (7), are therefore also correct for this situation.

Wie aus der 2 ersichtlich ist, ergibt sich allgemein die relative Dopplergeschwindigkeit zwischen einem Radar R und einem Punktstreuer Oi mit der Position pOi zu: νR,Oi = νx·sinθw,Oi – |vOi|·cosαOi, (8) wobei vOi und αOi die Fahrgeschwindigkeit und Fahrrichtung des Objektes Oi sind und im Beispiel der 3 die Position der Radarempfangsantenne Rx1 mit dem Radar R gleichgesetzt wird.Like from the 2 It can be seen, the relative speed between a Doppler radar R and a point Oi spreader with the position p Oi generally yields to: ν R, Oi = ν x · sin θ w, Oi - | v Oi | · cos α Oi , (8) where v Oi and α Oi are the driving speed and direction of the object Oi and in the example of 3 the position of the radar receiving antenna Rx1 is equated with the radar R.

Für alle stationären Objekte mit |vOi| = 0, in der 2 sind dies die Objekte O2 und O3, vereinfacht sich Gleichung (8) zu:

Figure DE102014218092A1_0007
For all stationary objects with | v Oi | = 0, in the 2 if these are the objects O2 and O3, equation (8) simplifies to:
Figure DE102014218092A1_0007

3 zeigt den geometrischen Zusammenhang zwischen der Radargeschwindigkeit und den stationären Objekten, die in 2 beispielhaft durch die Objekte O2 und O3 gegeben sind. Dabei bewegt sich das Radar mit der Geschwindigkeit νx nach links, wobei die y-Komponente der Radargeschwindigkeit Null ist. Der Geschwindigkeitsvektor der Radars lässt sich daher vektoriell zerlegen in eine Geschwindigkeitskomponente νR,O2 bezüglich des Objekts O2 und eine Komponente νR,O3 bezüglich des Objekts O3, wie dies in 3 dargestellt ist. 3 shows the geometric relationship between the radar velocity and the stationary objects that are in 2 exemplified by the objects O2 and O3. At the same time, the radar moves to the left at the speed ν x , where the y component of the radar speed is zero. The velocity vector of the radar can therefore be vectorially resolved into a velocity component ν R, O2 relating to the object O2 and a component ν R, O3 respect to the object O3 as shown in 3 is shown.

Die Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit erfolgt nun mit den nachfolgend angegebenen Schritten:

  • – Definition eines eindimensionalen Vektors V mit einer vorgegebenen minimalen und maximalen Geschwindigkeit und einer begrenzten Auflösung. So kann beispielsweise eine minimale/maximale Geschwindigkeit von ± 2 m/s sowie einer vorgegebenen Auflösung von 5 mm/s zur Bestimmung einer Radarfahrgeschwindigkeit von 0,5 m/s vorgegeben sein. Die Gewichte aller Punkte sind dabei Null gesetzt.
  • – Für jeden Bildpunkt (ωd, ω) wird mittels Gleichung (9) eine Radargeschwindigkeit νx(ωd, ω) ermittelt. Dabei entspricht die Dopplergeschwindigkeit in Gleichung (9) der Dopplergeschwindigkeit in den Gleichungen (1) und (2), so dass sich ergibt:
    Figure DE102014218092A1_0008
  • – Die berechnete Radargeschwindigkeit νx wird dem eindimensionalen Vektor V zugeordnet, wobei die Gewichtung der Elemente des Vektors wie folgt erfolgt:
    Figure DE102014218092A1_0009
The determination of the relative vectorial velocity now takes place with the following steps:
  • - Definition of a one-dimensional vector V with a given minimum and maximum speed and a limited resolution. Thus, for example, a minimum / maximum speed of ± 2 m / s and a predetermined resolution of 5 mm / s for determining a radar travel speed of 0.5 m / s be given. The weights of all points are set to zero.
  • For each pixel (ω d , ω) a radar velocity ν x (ω d , ω) is determined by means of equation (9). Here, the Doppler velocity in equation (9) corresponds to the Doppler velocity in equations (1) and (2), giving:
    Figure DE102014218092A1_0008
  • - The calculated radar speed ν x, where the weighting of the elements of the vector as follows is assigned to the one-dimensional vector V is carried out:
    Figure DE102014218092A1_0009

Diese Abbildung ermöglicht die Bestimmung der vektoriellen Fahrgeschwindigkeit eines sich bewegenden Radars. Weiterhin wird die Trennung der bewegenden Objekte von den stationären Objekten in einer komplexen Umgebung durch die Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit ermöglicht. Ist der Gültigkeitsbereich der Radarfahrgeschwindigkeit bekannt, so ergibt sich die Radarfahrgeschwindigkeit durch die Bestimmung des lokalen Maximums. Anschließend kann der Term |νOi|·cosαOi in Gleichung (8) bestimmt werden.This figure allows the determination of the vectorial travel speed of a moving radar. Furthermore, the separation of the moving objects from the stationary objects in a complex environment is made possible by the determination of the relative vectorial velocity. If the validity range of the radar speed is known, the radar speed results from the determination of the local maximum. Subsequently, the term | ν Oi | · cos α Oi can be determined in equation (8).

4 zeigt einen Messaufbau in schematischer Darstellung, wie er sowohl zur Erstellung des Umgebungsabbildes eines Radars und zur Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit zwischen dem Radar und Objekten in der Umgebung des Radars eingesetzt wird. 4 shows a measurement setup in a schematic representation, as it is used both for creating the environment image of a radar and for determining the relative vectorial speed between the radar and objects in the vicinity of the radar.

Schematisch dargestellt in 4 ist ein Radar R, welches beispielsweise aus den aus der 1 bekannten Komponenten, nämlich der Sendeantenne Tx und den beiden Empfangsantenne Rx1 und Rx2, zusammengesetzt ist. Dabei fällt in diesem Messaufbau das Radarkoordinatensystem mit dem Weltkoordinatensystem x-y zusammen und das Radar R bewegt sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit v in x-Richtung, d.h. in 1 nach links. Folglich gilt für den Messaufbau der 4: φ = 0.Schematically represented in 4 is a radar R, which for example from the from the 1 known components, namely the transmitting antenna Tx and the two receiving antenna Rx1 and Rx2, is composed. In this measurement setup, the radar coordinate system coincides with the world coordinate system xy and the radar R moves at uniform velocity v in the x-direction, ie in 1 to the left. Consequently, the measurement setup of the 4 : φ = 0.

Das eingesetzte Radar R fährt für die in den folgenden Figuren dargestellten Messungen mit einer Fahrgeschwindigkeit von 0.05 m/s in x-Richtung, wobei für die Auswertung eine 16 cm Apertur aufgenommen wurde. Das eingesetzte Radar R mit seinen zwei Empfangsantennen Rx1, Rx2 basiert auf dem bekannten FMCW-Konzept mit einer Mittelfrequenz von 24 GHz und einer Bandbreite vorn 250 MHz. In einem vorgegebenen Abstand in y-Richtung sind zwei Winkelreflektoren WR1 und WR2 vor einer Wand W angeordnet, wobei die Wand W parallel zur x-Achse verläuft. Das Radar R fährt während einer Messung an den beiden vor der Wand W angeordneten Winkelreflektoren WR1 und WR2 mit einem konstantem seitlichen Abstand vorbei.The used radar R drives for the measurements shown in the following figures with a travel speed of 0.05 m / s in the x-direction, with a 16 cm aperture was recorded for the evaluation. The radar R with its two receiving antennas Rx1, Rx2 is based on the well-known FMCW concept with a center frequency of 24 GHz and a bandwidth of 250 MHz. At a predetermined distance in the y-direction, two angle reflectors WR1 and WR2 are arranged in front of a wall W, the wall W being parallel to the x-axis. The radar R moves during a measurement on the two arranged in front of the wall W angle reflectors WR1 and WR2 with a constant lateral distance over.

In 5 sind die nach Gleichung 1 und 2 ermittelten RD-Bilder dargestellt, wobei der obere Teil der 5 das RD-Bild der Empfangsantenne Rx1 und der untere Teil der 5 das RD-Bild der zweiten Empfangsantenne Rx2 zeigt. In den beiden RD-Bildern sind das Signal S1 des ersten Winkelreflektors WR1, das Signal S2 des zweiten Winkelreflektors WR2 und das Signal S3 der Wand W deutlich zu erkennen.In 5 are the RD images determined according to Equations 1 and 2, wherein the upper part of 5 the RD image of the receiving antenna Rx1 and the lower part of the 5 shows the RD image of the second receiving antenna Rx2. In the two RD images, the signal S1 of the first angle reflector WR1, the signal S2 of the second angle reflector WR2 and the signal S3 of the wall W are clearly visible.

6 zeigt die Darstellung der Winkel aller Objekte im Raum, die nach Gleichung (4) ermittelt wird, also das RDA-Bild, welches sich aus einer konjugierten Multiplikation der beiden RD-Bilder der 5 ergibt. 6 shows the representation of the angles of all objects in the space, which is determined according to equation (4), ie the RDA image, which consists of a conjugate multiplication of the two RD images of the 5 results.

Die resultierende Abbildung der in 4 dargestellten Messumgebung des Radars R zeigt 7, der die Entfernung der Wand W sowie die Position der beiden Winkelreflektoren WR1 und WR2 zu entnehmen ist.The resulting image of in 4 shown measuring environment of the radar R shows 7 which shows the distance of the wall W and the position of the two angle reflectors WR1 and WR2.

8 zeigt die Erprobung des Verfahrens zur Erstellung eines Umgebungsbildes auf einem Parkplatz in schematischer Darstellung. Gegeben ist eine Messsituation auf einem Parkplatz, bei welcher das Radar R robotergetrieben den Parkplatz in x-Richtung mit der Geschwindigkeit v abfährt und die parkenden Fahrzeuge F1, F2 und F3 detektieren soll. Dabei sind die Parkplätze durch Markierungen PM definiert und von den vier durch die Markierungen definierten Parkplätze sind drei mit den Fahrzeuge F1, F2 und F3 belegt, die unterschiedlich tief in die Querparkplätze eintauchen. Das Koordinatensystems des Radars R ist hier um 45° gegenüber dem Weltsystem gedreht, mit anderen Worten φ = 45°. 8th shows the testing of the method for creating an environmental image in a parking lot in a schematic representation. Given is a measurement situation in a parking lot in which the radar R robot drives off the parking lot in the x-direction with the speed v and should detect the parking vehicles F1, F2 and F3. The parking spaces are defined by markings PM and of the four parking spaces defined by the markings, three are occupied by the vehicles F1, F2 and F3, which diverge at different depths into the transverse parking spaces. The coordinate system of the radar R is here rotated by 45 ° with respect to the world system, in other words φ = 45 °.

In 9 ist die ermittelte Umgebung des Radars R der 8 dargestellt, also die Parkplatzumgebung, wobei in 9 schematisch die Antennenausrichtung des Radars R sowie die Richtung der Bewegung angegeben ist. Zu erkennen sind die Positionen der Heckpartien der Fahrzeuge F1, F2 und F3, wobei die unterschiedliche Eintauchtiefe der Fahrzeuge in die Querparklücken ebenso der Umgebungsdarstellung entnommen werden kann.In 9 is the determined environment of the radar R of 8th shown, so the parking lot environment, with in 9 schematically the antenna orientation of the radar R and the direction of movement is indicated. Evident are the positions of the rear parts of the vehicles F1, F2 and F3, wherein the different immersion depth of the vehicles in the transverse parking spaces can also be taken from the environmental representation.

10 zeigt eine weitere Situation auf einem Parkplatz, wobei der linke Teil der 10 eine Sichtrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Radars R und der rechte Teil der 10 die Sichtrichtung in Bewegungsrichtung des Radars R zeigt. Dabei steht ein erstes Fahrzeug F1 parallel zur Bewegungsrichtung des Radars R, so dass die Bewegungstrajektorie des Radars parallel zur Fahrerseite des ersten Fahrzeugs F1 verläuft und daher die beiden fahrerseitig angeordneten Räder Rd1 und Rd2 exponiert sind. Dabei beträgt der Abstand der beiden Räder ca. 2.77 m. Ferner ist ein zweites Fahrzeug F2 in Fahrtrichtung des Radars R hinter dem ersten Fahrzeug F1 in Parkposition in einer Querparklücke angeordnet. Das Koordinatensystems des Radars R ist hier wie in 8 um 45° gegenüber dem Weltsystem gedreht, also φ = 45°. 10 shows another situation in a parking lot, the left part of the 10 a viewing direction perpendicular to the direction of movement of the radar R and the right part of the 10 the viewing direction in the direction of movement of the radar R shows. In this case, a first vehicle F1 is parallel to the direction of movement of Radar R, so that the movement trajectory of the radar is parallel to the driver side of the first vehicle F1 and therefore the two driver side wheels Rd1 and Rd2 are exposed. The distance between the two wheels is approx. 2.77 m. Furthermore, a second vehicle F2 is arranged in the direction of travel of the radar R behind the first vehicle F1 in parking position in a transverse parking space. The coordinate system of the radar R is here as in 8th rotated by 45 ° with respect to the world system, ie φ = 45 °.

11 zeigt das Resultat der Auswertung der Radarmessung in Form der Abbildung der Umgebung des Radars R, wobei die x-Achse in der Bewegungsrichtung des Radars R und die y-Richtung senkrecht dazu verläuft. Zu erkennen ist, dass sich die Fahrzeuge F1 und F2 in einem Abstand von ca. 5 m zur durch die x-Achse dargestellten Bewegungslinie des Radars R befinden, wobei die Radarsignale der Räder Rd1 und Rd2 deutlich gegenüber den Radarsignalen der Fahrerseite des Fahrzeugs F1 hervortreten. Ferner kann dem Umgebungsabbild der Radabstand von ca. 2,80 m entnommen werden. 11 shows the result of the evaluation of the radar measurement in the form of mapping the surroundings of the radar R, wherein the x-axis in the direction of movement of the radar R and the y-direction is perpendicular thereto. It can be seen that the vehicles F1 and F2 are located at a distance of approximately 5 m to the line of movement of the radar R represented by the x-axis, the radar signals of the wheels Rd1 and Rd2 clearly emerging from the driver's side of the vehicle F1 , Furthermore, the distance of about 2.80 m can be taken from the ambient image.

12 zeigt das Resultat einer Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit des Radars R in der in 4 dargestellten Versuchsanordnung, wobei für den Winkel φ zwischen Radarkoordinatensystem und Weltkoordinatensystem gilt φ = 0°. Ausgehend von der Versuchsanordnung der 4 sowie den in den 5 und 6 dargestellten RD-Bildern und RDA-Bild lässt sich aus den Winkeln des RDA-Bild der 6 mit Hilfe der Gleichungen (10) und (11) die Fahrgeschwindigkeit des Roboters bestimmen, wie dies in 12 dargestellt ist, wobei die mittels Radar bestimmte Fahrgeschwindigkeit bei 0,05 m/s liegt, was der im Versuchsaufbau verwendeten Geschwindigkeit entspricht. 12 shows the result of a determination of the driving speed of the radar R in the in 4 test arrangement shown, wherein for the angle φ between the radar coordinate system and the world coordinate system applies φ = 0 °. Based on the experimental design of the 4 as well as in the 5 and 6 shown RD images and RDA image can be seen from the angles of the RDA image of 6 Using the equations (10) and (11) to determine the driving speed of the robot, as in 12 is shown, wherein the determined by radar driving speed is 0.05 m / s, which corresponds to the speed used in the experimental setup.

13 zeigt einen Versuchsaufbau ähnlich dem der 4, wobei das Koordinatensystem des Radars gegenüber dem x-y-Weltkoordinatensystem um 45° gedreht ist. Mit anderen Worten φ = 45°. Das Radar R bewegt sich im Versuch mit einer Geschwindigkeit von 0,075 m in x-Richtung, wobei das Radar beispielsweise auf einer Fahrschiene fährt. Die Datenaufnahme erfolgt analog zu dem Aufbau der 4, d.h. das Radar R umfasst eine Sendeantenne und zwei Empfangsantennen (nicht dargestellt). Im Unterschied zum Versuch gemäß 4 läuft während der Messung eine Person P am Radar R vorbei. 13 shows a test setup similar to that of 4 , wherein the coordinate system of the radar is rotated by 45 ° with respect to the xy world coordinate system. In other words, φ = 45 °. The radar R moves in the experiment with a speed of 0.075 m in the x-direction, the radar, for example, runs on a running rail. The data acquisition is analogous to the structure of 4 that is, the radar R includes a transmitting antenna and two receiving antennas (not shown). In contrast to the experiment according to 4 During the measurement, a person P walks past the radar R.

14 zeigt das Ergebnis der Geschwindigkeitsbestimmung basierend auf den Gegebenheiten der 13. Zu erkennen ist der Peak der Fahrgeschwindigkeit des Radars bei ca. 0,08 m/s in Übereinstimmung mit der eingestellten Fahrgeschwindigkeit. Ferner sind drei Peaks bei Geschwindigkeiten zwischen 0,9 bis 1,3 m/s zu erkennen, die der laufenden Person zugeordnet werden können. Dabei entsprechen die Peak bei 1 m/s und 1,2 m/s den Handbewegungen der laufenden Person und der mittlere Peak bei 1,15 m/s entspricht der Laufgeschwindigkeit vP der Person P. 14 shows the result of the velocity determination based on the circumstances of 13 , The peak of the speed of the radar can be seen at approx. 0.08 m / s in accordance with the set driving speed. Furthermore, three peaks can be identified at speeds between 0.9 and 1.3 m / s, which can be assigned to the current person. The peaks at 1 m / s and 1.2 m / s correspond to the hand movements of the current person and the mean peak at 1.15 m / s corresponds to the walking speed v P of the person P.

15 zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung, in der sowohl die Umgebung des sich bewegenden Radars als auch die relativen Geschwindigkeiten zwischen Radar und Objekten, insbesondere sich bewegenden Objekten, ermittelt werden. 15 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the device, in which both the environment of the moving radar and the relative velocities between radar and objects, in particular moving objects, are determined.

Die dargestellte Vorrichtung umfasst ein Radarantenne 1 mit einer Sendeantenne 2 und zwei Empfangsantennen 3, 4, wobei die Radarantenne 1 eine lineare Antennenanordnung aufweist. Die Radarantenne 1 wird von einer Steuerungseinrichtung 5 gesteuert, die eine Radarsteuerung 6 zur Ansteuerung der Radarantenne 1 sowie zur Erfassung und Gruppierung der Messwerte entsprechend der Empfangsantenne und der Messdauer aufweist. Die erfassten Messwertgruppen werden einer ersten Transformationseinrichtung 7 zugeführt, die mittels einer Fouriertransformation die Messwertgruppen in Rang-Doppler-Bilder, sog. RD-Bilder transformiert. Die beiden RD-Bilder der beiden Empfangsantennen 3, 4 werden anschließend in einer zweiten Transformationseinrichtung 8 mittels einer konjugierten Multiplikation in RDA-Bilder transformiert, die Winkelinformationen enthalten. Aus den RD-Bildern zusammen mit den Winkelinformationen des entsprechenden RDA-Bilds wird in einer Einrichtung 9 ein Abbild der Umgebung des Radars 1 erstellt. In einer weiteren Einrichtung 10 wird aus den Informationen der RD-Bilder und des RDA-BIldes ein Geschwindigkeitsvektor erstellt, dem die Geschwindigkeit des Radars 1 und die bewegter Objekte im Umfeld des Radars 1 entnommen werden kann. The illustrated device comprises a radar antenna 1 with a transmitting antenna 2 and two receiving antennas 3 . 4 , where the radar antenna 1 a linear antenna arrangement. The radar antenna 1 is from a controller 5 controlled by a radar control 6 for controlling the radar antenna 1 and for detecting and grouping the measured values corresponding to the receiving antenna and the measuring duration. The acquired measured value groups become a first transformation device 7 fed, which transforms the measured value groups in rank Doppler images, so-called RD images by means of a Fourier transform. The two RD images of the two receiving antennas 3 . 4 are subsequently in a second transformation device 8th transformed into RDA images containing angle information by means of a conjugate multiplication. The RD images together with the angle information of the corresponding RDA image is stored in one device 9 an image of the surroundings of the radar 1 created. In another facility 10 From the information of the RD images and the RDA image, a velocity vector is created, which is the speed of the radar 1 and the moving objects around the radar 1 can be removed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

O1O1
Objekt object
O2O2
Objekt object
O3O3
Objekt object
OiOi
i-tes Objekt i-th object
poi p oi
Position des i-ten Objekts Position of the ith object
doi d oi
Abstand des i-ten Objekts zum Nullpunkt Distance of the i-th object to the zero point
xx
x-Achse Welt x-axis world
yy
y-Achse Welt y-axis world
vv
Geschwindigkeit des Radars Speed of the radar
νx ν x
x-Komponente der Geschwindigkeit x component of speed
νy ν y
y-Komponente der Geschwindigkeit y component of speed
TxTx
Sendeantenne Radar Transmitting antenna radar
Rx1Rx1
erste Empfangsantenne Radar first receiving antenna radar
Rx2Rx2
zweite Empfangsantenne second receiving antenna
pTx p Tx
Position der Sendeantenne Position of the transmitting antenna
pRx1 p Rx1
Position der ersten Empfangsantenne Position of the first receiving antenna
pRx2 p Rx2
Position der zweiten Empfangsantenne Position of the second receiving antenna
θoi θ oi
Winkel des i-ten Objekts im Radarkoordinatensystem Angle of the ith object in the radar coordinate system
θw,oi θ w, oi
Winkel des i-ten Objekts im Weltkoordinatensystem Angle of the ith object in the world coordinate system
φφ
Winkel zwischen Radarkoordinatensystem – Weltkoordinatensystem Angle between radar coordinate system - world coordinate system
RR
Radar radar
WW
Wand wall
WR1WR1
Winkelreflektor 1 Angle reflector 1
WR2WR2
Winkelreflektor 2 Angle reflector 2
F1F1
Fahrzeug 1 Vehicle 1
F2F2
Fahrzeug 2 Vehicle 2
F3F3
Fahrzeug 3 Vehicle 3
PMPM
Parkmarkierung Park marker
Rd1Rd1
Rad 1 Wheel 1
Rd2Rd2
Rad 2 Wheel 2
PP
Person person
vP v p
Geschwindigkeit der Person Speed of the person
11
Radar radar
22
Sendeantenne transmitting antenna
33
Empfangsantenne receiving antenna
44
Empfangsantenne receiving antenna
55
Steuereinrichtung control device
66
Steuerung Radar und Messwerterfassung Control radar and measured value acquisition
77
Transformation in Range-Doppler-Bilder (RD-BIlder) Transformation into Range Doppler images (RD images)
88th
Transformation zweier RD-BIlder in RDA-Bilder Transformation of two RD images into RDA images
99
Berechnung Umgebungsabbild Calculation environment image
1010
Berechnung relativer Geschwindigkeiten Calculation of relative speeds

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010015723 A1 [0006] DE 102010015723 A1 [0006]
  • DE 102010051207 A1 [0007] DE 102010051207 A1 [0007]
  • DE 19912370 A1 [0008] DE 19912370 A1 [0008]
  • DE 102009030075 A1 [0009] DE 102009030075 A1 [0009]
  • DE 102010048896 A1 [0010] DE 102010048896 A1 [0010]

Claims (10)

Verfahren zur Abbildung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mittels eines winkelmessenden FMCW-Radars (R, 1) mit Range-Doppler-Auswertung, wobei das FMCW-Radar (R, 1) mindestens eine Sendeantenne (Tx, 2) und mindestens zwei Empfangsantennen (Rx1, Rx2, 3, 4) aufweist, das FCMW-Radar (R, 1) einen vorgegebenen Winkel (φ) zur Bewegungsrichtung aufweist und die Fernfeldnäherung anwendbar ist, das sich mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig bewegende Radar (R, 1) für eine begrenzte Zeitdauer Signale in Richtung von Objekten (Oi, O1, O2, O3) in der Umgebung des Kraftfahrzeugs emittiert, die von den Objekten (Oi, O1, O2, O3) reflektierten Signale von den mindestens zwei Empfangsantennen (Rx1, Rx2, 3, 4) separat empfangen werden, die in der begrenzten Zeitdauer empfangenen Signale eine Gruppe von M unterschiedlichen Messsignalen für jede Empfangsantenne (Rx1, Rx2, 3, 4) bildet, jede Gruppe der M Messsignale mittels einer zweidimensionalen Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert und ein Range-Doppler-Bild jeder Gruppe erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Zuordnen eines Abstands relativ zum Radar (R, 1) zu jedem Pixel des Range-Doppler-Bildes, zur Schätzung der Winkel zwischen Radar (R, 1) und Objekten (Oi, O1, O2, O3) eine konjugierte Multiplikation der mindestens zwei Range-Doppler-Bilder zu einem RDA-Bild durchgeführt wird, und aus den Abstandsinformationen der Pixel zweier Range-Doppler-Bilder und den Winkelinformationen des entsprechenden RDA-Bildes ein Abbild der Umgebung des Radars (R) erzeugt wird.Method for imaging the surroundings of a motor vehicle by means of an angle-measuring FMCW radar (R, 1 ) with Range Doppler evaluation, the FMCW radar (R, 1 ) at least one transmitting antenna (Tx, 2 ) and at least two receiving antennas (Rx1, Rx2, 3 . 4 ), the FCMW radar (R, 1 ) has a predetermined angle (φ) to the direction of movement and the far field approximation is applicable, the radar moving rectilinearly at a constant speed (R, 1 ) emits signals in the direction of objects (Oi, O1, O2, O3) in the vicinity of the motor vehicle for a limited period of time, the signals reflected from the objects (Oi, O1, O2, O3) from the at least two receiving antennas (Rx1, Rx2 . 3 . 4 ) are received separately, the signals received in the limited time period, a group of M different measurement signals for each receiving antenna (Rx1, Rx2, 3 . 4 ), each group of the M measurement signals is transformed into the frequency domain by means of a two-dimensional Fourier transformation and a range Doppler image of each group is generated, characterized in that a distance relative to the radar (R, 1 ) to each pixel of the range Doppler image, to estimate the angle between radar (R, 1 ) and objects (Oi, O1, O2, O3) a conjugate multiplication of the at least two range Doppler images is performed to a RDA image, and from the distance information of the pixels of two range Doppler images and the angle information of the corresponding RDA Image is an image of the environment of the radar (R) is generated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dopplerverschiebung jedes Pixels der Range-Doppler-Bilder korrigiert wird. A method according to claim 1, characterized in that the Doppler shift of each pixel of the range-Doppler-images is corrected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dreidimensionale Abbildung der Umgebung des Kraftfahrzeugs mit einer zweidimensionalen Antenne des Radars (R, 1) erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a three-dimensional image of the surroundings of the motor vehicle with a two-dimensional antenna of the radar (R, 1 ) he follows. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Interpolation der Bildpunkte des Umgebungsabbildes zur Erzeugung eines äquidistanten Rasters erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an interpolation of the pixels of the surrounding image for generating an equidistant raster takes place. Verfahren, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, zur Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit zwischen einem Radar (R, 1) eines Kraftfahrzeugs und Objekten (Oi, O1, O2, O3) in der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels eines winkelmessenden FMCW-Radars (R, 1) mit Range-Doppler-Auswertung, wobei das FMCW-Radar (R) mindestens eine Sendeantenne (Tx, 2) und mindestens zwei Empfangsantennen (Rx1, Rx2, 3, 4) aufweist, das FCMW-Radar (R, 1) einen vorgegebenen Winkel (φ) zur Bewegungsrichtung aufweist und die Fernfeldnäherung anwendbar ist, das sich mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig bewegende Radar (R, 1) für eine begrenzte Zeitdauer Signale in Richtung der Objekte (Oi, O1, O2, O3) in der Umgebung des Kraftfahrzeugs emittiert, die von den Objekten (Oi, O1, O2, O3) reflektierten Signale von den mindestens zwei Empfangsantennen (Rx1, Rx2, 3, 4) separat empfangen werden, die in der begrenzten Zeitdauer empfangenen Signale eine Gruppe von M unterschiedlichen Messsignalen für jede Empfangsantenne (Rx1, Rx2, 3, 4) bildet, jede Gruppe der M Messsignale mittels einer zweidimensionalen Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert und ein Range-Doppler-Bild jeder Gruppe erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schätzung der Winkel zwischen Radar (R, 1) und Objekten (Oi, O1, O2, O3) eine konjugierte Multiplikation der mindestens zwei Range-Doppler-Bilder zu einem RDA-Bild durchgeführt wird, für jeden Bildpunkt der Range-Doppler-Bilder aus dem entsprechenden RDA-Bild eine Radargeschwindigkeit ermittelt wird.Method, in particular according to one of the preceding claims, for determining the relative vectorial velocity between a radar (R, 1 ) of a motor vehicle and objects (Oi, O1, O2, O3) in the vicinity of the motor vehicle by means of an angle-measuring FMCW radar (R, 1 ) with range Doppler evaluation, wherein the FMCW radar (R) at least one transmitting antenna (Tx, 2 ) and at least two receiving antennas (Rx1, Rx2, 3 . 4 ), the FCMW radar (R, 1 ) has a predetermined angle (φ) to the direction of movement and the far field approximation is applicable, the radar moving rectilinearly at a constant speed (R, 1 ) emits signals in the direction of the objects (Oi, O1, O2, O3) in the vicinity of the motor vehicle for a limited period of time, the signals reflected from the objects (Oi, O1, O2, O3) from the at least two receiving antennas (Rx1, Rx2 . 3 . 4 ) are received separately, the signals received in the limited time period, a group of M different measurement signals for each receiving antenna (Rx1, Rx2, 3 . 4 ), each group of the M measurement signals is transformed by means of a two-dimensional Fourier transformation into the frequency domain and a range Doppler image of each group is generated, characterized in that, for estimation, the angle between radar (R, 1 ) and objects (Oi, O1, O2, O3) a conjugate multiplication of the at least two range Doppler images to an RDA image is performed, a radar velocity is determined for each pixel of the range Doppler images from the corresponding RDA image , Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die für alle Bildpunkte ermittelten Radargeschwindigkeiten in einen eindimensionalen Geschwindigkeitsvektor übernommen werden und zur Ermittlung der Radarfahrgeschwindigkeit sowie der Geschwindigkeiten der sich bewegenden Objekte lokale Maxima bestimmt werden.A method according to claim 5, characterized in that the radar velocities determined for all pixels are taken over into a one-dimensional velocity vector and local maxima are determined to determine the radar velocity and the velocities of the moving objects. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der Radarfahrgeschwindigkeit von den Geschwindigkeiten sich bewegender Objekte (Oi, O1, O2, O3) die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs als Radarfahrgeschwindigkeit herangezogen wird. A method according to claim 6, characterized in that the speed of the motor vehicle is used as the radar travel speed for the separation of the radar velocity from the speeds of moving objects (Oi, O1, O2, O3). Vorrichtung zur Abbildung der Umgebung eines Radars (R, 1) eines Kraftfahrzeugs und zur Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit zwischen dem Radar (R, 1) und Objekten (Oi, O1, O2, O3) in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, wobei die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eingerichtet und ausgelegt ist, mit einem winkelmessenden FMCW-Radar (R, 1) mit Range-Doppler-Auswertung, wobei das FMCW-Radar (R, 1) mindestens eine Sendeantenne (Tx, 2) und mindestens zwei Empfangsantennen (Rx1, Rx2, 3, 4) aufweist, und einer Steuereinrichtung (5) mit einer Einrichtung (6) zur Steuerung des Radars (R, 1) und zur Auswertung der empfangenen Messsignale, wobei die Steuereinrichtung (5) eine Einrichtung (7) zur Bestimmung von Range-Doppler-Bildern aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) weiter umfasst: eine Einrichtung (8) zur Bestimmung eines RDA-Bildes aus zwei Range-Doppler-Bilder mittels konjugierter Multiplikation der zwei Range-Doppler-Bilder, und eine Einrichtung (9) zur Erzeugung eines Abbilds der Umgebung des Radars (R, 1) aus den Abstandsinformationen der Pixel zweier Range-Doppler-Bilder und den Winkelinformationen des entsprechenden RDA-Bildes.Device for imaging the surroundings of a radar (R, 1 ) of a motor vehicle and for determining the relative vectorial speed between the radar (R, 1 ) and objects (Oi, O1, O2, O3) in the vicinity of the motor vehicle, wherein the device for carrying out the method according to one of claims 1 to 4 is set up and designed with an angle-measuring FMCW radar (R, 1 ) with Range Doppler evaluation, the FMCW radar (R, 1 ) at least one transmitting antenna (Tx, 2 ) and at least two receiving antennas (Rx1, Rx2, 3 . 4 ), and a control device ( 5 ) with a device ( 6 ) for controlling the radar (R, 1 ) and for evaluating the received measurement signals, wherein the control device ( 5 ) An institution ( 7 ) for determining range Doppler images, characterized in that the control device ( 5 ) further comprises: a facility ( 8th ) for determining an RDA image from two range Doppler images by means of conjugate multiplication of the two range Doppler images, and a device ( 9 ) for generating an image of the surroundings of the radar (R, 1 ) from the distance information of the pixels of two range Doppler images and the angle information of the corresponding RDA image. Vorrichtung zur Bestimmung der relativen vektoriellen Geschwindigkeit zwischen einem Radar (R, 1) eines Kraftfahrzeugs und Objekten (Oi, O1, O2, O3) in der Umgebung des Kraftfahrzeugs insbesondere nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7 eingerichtet und ausgelegt ist, mit einem winkelmessenden FMCW-Radar (R, 1) mit Range-Doppler-Auswertung, wobei das FMCW-Radar (R, 1) mindestens eine Sendeantenne (Tx, 2) und mindestens zwei Empfangsantennen (Rx1, Rx2, 3, 4) aufweist, und einer Steuereinrichtung (5) mit einer Einrichtung (6) zur Steuerung des Radars und zur Auswertung der empfangenen Messsignale, wobei die Steuereinrichtung (5) eine Einrichtung (7) zur Bestimmung von Range-Doppler-Bildern aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) weiter umfasst: eine Einrichtung (8) zur Bestimmung eines RDA-Bildes aus zwei Range-Doppler-Bilder mittels konjugierter Multiplikation der zwei Range-Doppler-Bilder, und eine Einrichtung (10) zur Ermittlung der Radargeschwindigkeit für jeden Bildpunkt der Range-Doppler-Bilder aus dem entsprechenden RDA-Bild.Device for determining the relative vectorial velocity between a radar (R, 1 ) of a motor vehicle and objects (Oi, O1, O2, O3) in the vicinity of the motor vehicle, in particular according to claim 8, wherein the device for carrying out the method according to one of claims 5 to 7 is set up and designed with an angle-measuring FMCW radar ( R 1 ) with Range Doppler evaluation, the FMCW radar (R, 1 ) at least one transmitting antenna (Tx, 2 ) and at least two receiving antennas (Rx1, Rx2, 3 . 4 ), and a control device ( 5 ) with a device ( 6 ) for controlling the radar and for evaluating the received measurement signals, wherein the control device ( 5 ) An institution ( 7 ) for determining range Doppler images, characterized in that the control device ( 5 ) further comprises: a facility ( 8th ) for determining an RDA image from two range Doppler images by means of conjugate multiplication of the two range Doppler images, and a device ( 10 ) for determining the radar velocity for each pixel of the range Doppler images from the corresponding RDA image. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) zur Ermittlung der Radargeschwindigkeit die für alle Bildpunkte ermittelten Radargeschwindigkeiten in einen eindimensionalen Geschwindigkeitsvektor übernimmt und zur Ermittlung der Radarfahrgeschwindigkeit sowie der Geschwindigkeiten der sich bewegenden Objekte (Oi, O1, O2, O3) lokale Maxima des Geschwindigkeitsvektors bildet.Device according to claim 9, characterized in that the device ( 10 ) for determining the radar speed takes over the radar speeds determined for all pixels in a one-dimensional velocity vector and for determining the radar velocity and the speeds of the moving objects (Oi, O1, O2, O3) forms local maxima of the velocity vector.
DE102014218092.9A 2014-09-10 2014-09-10 Creating an image of the environment of a motor vehicle and determining the relative speed between the motor vehicle and objects in the environment Pending DE102014218092A1 (en)

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