DE102014226030A1 - Method for operating a radar system and radar system - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, welches mindestens einen Radarsensor aufweist, aufweisend Aussenden eines Radarsignals, welches eine Vielzahl von Rampen aufweist Empfangen des von Objekten reflektierten Radarsignals, Berechnen eines zweidimensionalen Spektrums für das empfangene Radarsignal, Bestimmen einer Abweichung der Form lokaler Maxima in dem zweidimensionalen Spektrum, welche die Objekte repräsentieren, von einer für unbeschleunigte Objekte erwarteten Form, und Bestimmen jeweils einer Beschleunigung jedes der Objekte basierend auf der erfassten Abweichung. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Radarsystem.The present invention discloses a method of operating a radar system having at least one radar sensor comprising emitting a radar signal having a plurality of ramps receiving the radar signal reflected from objects, calculating a two-dimensional spectrum for the received radar signal, determining a deviation of locality Maxima in the two-dimensional spectrum representing the objects from a shape expected for unaccelerated objects, and determining each acceleration of each of the objects based on the detected deviation. Furthermore, the present invention discloses a corresponding radar system.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, welches mindestens einen Radarsensor aufweist. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein entsprechendes Radarsystem.The present invention relates to a method of operating a radar system comprising at least one radar sensor. Furthermore, the present invention relates to a corresponding radar system.
Stand der TechnikState of the art
Auch, wenn die vorliegende Erfindung im Folgenden in Zusammenhang mit Radarsystemen für Fahrzeuge beschrieben wird, ist sie darauf nicht beschränkt und kann mit beliebigen Radarsystemen eingesetzt werden.Also, when the present invention is described below in the context of vehicle radar systems, it is not limited thereto and may be used with any radar systems.
In modernen Fahrzeugen werden eine Vielzahl elektronischer Systeme eingesetzt, die z. B. dazu dienen können, einen Fahrer beim Führen des Fahrzeugs zu unterstützen. Beispielsweise können Bremsassistenten vorausfahrende Verkehrsteilnehmer erkennen und das Fahrzeug entsprechend abbremsen und beschleunigen, so dass immer ein vorgegebener Mindestabstand zu den vorausfahrenden Verkehrsteilnehmern eingehalten wird. Solche Bremsassistenten können auch eine Notbremsung einleiten, wenn sie erkennen, dass der Abstand zu dem vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer zu gering wird.In modern vehicles, a variety of electronic systems are used, the z. B. can serve to assist a driver in driving the vehicle. Brake assistants, for example, can detect drivers driving ahead and brake and accelerate the vehicle accordingly, so that a predetermined minimum distance to the preceding road users is always maintained. Such brake assistants may also initiate emergency braking if they recognize that the distance to the preceding vehicle is too low.
Weitere Fahrerassistenzsysteme können auch den Bereich hinter dem Fahrzeug beobachten und den Fahrer, z. B. bei einem durch ein Setzen des Blinkers erkannten Spurwechsel, vor einem herannahenden Fahrzeug warnen, oder z. B. die Rückhaltesysteme des Fahrzeugs, wie z. B. Gurtstraffer, vorbereiten, wenn ein unmittelbar bevorstehender Aufprall erkannt wird.Other driver assistance systems can also observe the area behind the vehicle and the driver, z. B. in a detected by a setting of the turn signal lane warning of an approaching vehicle, or z. B. the restraint systems of the vehicle, such. As belt tensioners, prepare when an imminent impact is detected.
Um solche Assistenzsysteme in einem Fahrzeug bereitstellen zu können, ist es notwendig, Daten über das Umfeld des jeweiligen Fahrzeugs zu erfassen. Im oben genannten Beispiel eines Bremsassistenten ist es z. B. nötig, die Position eines vorausfahrenden Verkehrsteilnehmers zu erfassen, um den Abstand des Fahrzeugs zu dem vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer berechnen zu können.In order to be able to provide such assistance systems in a vehicle, it is necessary to acquire data about the surroundings of the respective vehicle. In the above example of a brake assistant, it is z. For example, it may be necessary to detect the position of a preceding road user in order to be able to calculate the distance of the vehicle to the preceding road user.
Zur Erfassung des Fahrzeugumfeldes können dabei unterschiedliche Sensortypen eingesetzt werden. Beispielsweise können Radarsensoren, Ultraschallsensoren, Kameras oder dergleichen eingesetzt werden.To capture the vehicle environment different sensor types can be used. For example, radar sensors, ultrasonic sensors, cameras or the like can be used.
Als Radarsensoren werden in Fahrzeugen zur Erkennung des Fahrzeugumfeldes üblicherweise FMCW-Radarsensoren eingesetzt, mit welchen der Abstand des Fahrzeugs zu dem vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer bestimmt werden kann.As radar sensors FMCW radar sensors are usually used in vehicles for detecting the vehicle environment, with which the distance of the vehicle to the preceding road user can be determined.
Beispielsweise zeigt die
Für eine umfassende Umfelderfassung ist ferner wünschenswert, auch die Beschleunigung des vorausfahrenden Verkehrsteilnehmers bestimmen zu können.For a comprehensive environment detection is also desirable to be able to determine the acceleration of the preceding road user.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Radarsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.The present invention discloses a method with the features of
Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, welches mindestens einen Radarsensor aufweist, aufweisend Aussenden eines Radarsignals, welches eine Vielzahl von Rampen aufweist, Empfangen des von Objekten reflektierten Radarsignals, Berechnen eines zweidimensionalen Spektrums für das empfangene Radarsignal, Bestimmen einer Abweichung der Form lokaler Maxima in dem zweidimensionalen Spektrum, welche die Objekte repräsentieren, von einer für unbeschleunigte Objekte erwarteten Form, und Bestimmen jeweils einer Beschleunigung jedes der Objekte basierend auf der erfassten Abweichung.Accordingly, it is provided:
A method of operating a radar system having at least one radar sensor, comprising emitting a radar signal having a plurality of ramps, receiving the radar signal reflected from objects, calculating a two-dimensional spectrum for the received radar signal, determining a deviation of the shape of local maxima in the radar two-dimensional spectrum representing the objects from a shape expected for unaccelerated objects, and determining each acceleration of each of the objects based on the detected deviation.
Ferner ist vorgesehen:
Ein Radarsystem mit einem Radarsensor, welcher ausgebildet ist, ein Radarsignal auszusenden, welches eine Vielzahl von Rampen aufweist und das von Objekten reflektierte Radarsignal zu empfangen, und mit einer Recheneinrichtung, welche ausgebildet ist, mit einem erfindungsgemäßen Verfahren basierend auf dem empfangenen Radarsignal eine Beschleunigung der Objekte zu berechnen.It is also provided:
A radar system comprising a radar sensor configured to emit a radar signal having a plurality of ramps and to receive the radar signal reflected from objects, and having a calculator which is configured to accelerate, based on the received radar signal, a method according to the invention To calculate objects.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass es bei FMCW-Radarsystemen nicht möglich ist, die Beschleunigung eines Objekts direkt zu erfassen. Eine Erfassung der Beschleunigung eines Objekts ist z. B. nur über die Erfassung zweier Geschwindigkeiten des Objekts zu unterschiedlichen Zeitpunkten und eine anschließende Differenzbildung oder dergleichen möglich.The finding underlying the present invention is that it is not possible in FMCW radar systems to detect the acceleration of an object directly. A detection of the acceleration of an object is z. B. only on the detection of two speeds of the object at different times and a subsequent difference or the like possible.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Möglichkeit vorzusehen, bei welcher in einem einzelnen Messzyklus die Beschleunigung eines Objekts gegenüber dem Radarsensor oder z. B. einem Fahrzeug, in welchem der Radarsensor integriert ist, auch Relativbeschleunigung genannt, erfasst werden kann.The idea underlying the present invention is now to take this knowledge into account and to provide a possibility in which, in a single measuring cycle, the acceleration of an object relative to the radar sensor or z. B. a vehicle in which the radar sensor is integrated, also called relative acceleration, can be detected.
Dazu sieht die vorliegende Erfindung vor, dass ein Radarsignal ausgesendet und das von Objekten reflektierte Radarsignal empfangen wird. Dies kann z. B. durch einen Radarsensor eines erfindungsgemäßen Radarsystems erfolgen.For this purpose, the present invention provides that a radar signal is transmitted and the radar signal reflected by objects is received. This can be z. B. by a radar sensor of a radar system according to the invention.
Für das empfangene Radarsignal wird daraufhin ein zweidimensionales Spektrum berechnet. Insbesondere kann das zweidimensionale Spektrum dabei eine quadratische Aufteilung in eine Vielzahl von Frequenzbins (k, l) aufweisen.For the received radar signal, a two-dimensional spectrum is then calculated. In particular, the two-dimensional spectrum can have a quadratic division into a multiplicity of frequency bins (k, l).
Um die Beschleunigung von Objekten gegenüber dem Radarsensor zu bestimmen, sieht die Erfindung vor, dass in dem zweidimensionalen Spektrum die Form der lokalen Maxima, welche durch die Objekte, hervorgerufen werden, bewertet wird. Insbesondere wird die Abweichung der Form der lokalen Maxima von einer für unbeschleunigte Objekte erwarteten Form bewertet und basierend auf der Abweichung die jeweilige Beschleunigung bestimmt. Bei Verwendung identischer Fensterfunktionen in der Auswertung der Radarsignale bildet die für unbeschleunigte Objekte erwartete Form beispielsweise einen Kreis.In order to determine the acceleration of objects relative to the radar sensor, the invention provides that in the two-dimensional spectrum the shape of the local maxima, which are caused by the objects, is evaluated. In particular, the deviation of the shape of the local maxima from a form expected for unaccelerated objects is evaluated, and the respective acceleration is determined based on the deviation. When using identical window functions in the evaluation of the radar signals, the form expected for unaccelerated objects forms a circle, for example.
Dadurch ermöglicht es die vorliegende Erfindung in nur einem Messzyklus die Beschleunigung bzw. die Relativbeschleunigung von Objekten zu erfassen.As a result, the present invention makes it possible to detect the acceleration or the relative acceleration of objects in only one measurement cycle.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.
In einer Ausführungsform weist das Berechnen eines zweidimensionalen Spektrums das Berechnen einer zweidimensionalen Fourier-Transformation, insbesondere einer zweidimensionalen Fast-Fourier-Transformation, auf. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Berechnung des zweidimensionalen Spektrums.In one embodiment, calculating a two-dimensional spectrum comprises calculating a two-dimensional Fourier transform, in particular a two-dimensional fast Fourier transform. This allows a simple and fast calculation of the two-dimensional spectrum.
In einer Ausführungsform weist das Bestimmen der Abweichung das Bestimmen einer Richtung einer Hauptachse einer Ellipse und eines Verhältnisses der Hauptachse und einer Nebenachse der Ellipse auf. Dies ermöglicht eine einfache geometrische Bestimmung der Abweichung der Form.In one embodiment, determining the deviation comprises determining a direction of a major axis of an ellipse and a ratio of the major axis and a minor axis of the ellipse. This allows a simple geometric determination of the deviation of the shape.
In einer Ausführungsform wird beim Bestimmen jeweils einer Beschleunigung der Betrag der Beschleunigung des entsprechenden Objekts basierend auf der Länge der Hauptachse im Verhältnis zur Länge der Nebenachse der jeweiligen Ellipse bestimmt. Dadurch kann auf sehr einfache Weise der Wert bzw. der Betrag der Beschleunigung bestimmt werden.In one embodiment, in determining each acceleration, the amount of acceleration of the corresponding object is determined based on the length of the major axis relative to the length of the minor axis of the respective ellipse. This can be determined in a very simple manner, the value or the amount of acceleration.
In einer Ausführungsform wird beim Bestimmen jeweils einer Beschleunigung das Vorzeichen der Beschleunigung basierend auf der Richtung der Hauptachse bestimmt.In one embodiment, in determining each acceleration, the sign of the acceleration is determined based on the direction of the main axis.
In einer Ausführungsform wird ein positives Vorzeichen für die Beschleunigung bestimmt, wenn die Komponente der Hauptachse auf der Abszissenachse des zweidimensionalen Spektrums positiv ist.In one embodiment, a positive sign is determined for the acceleration when the component of the major axis is positive on the abscissa axis of the two-dimensional spectrum.
In einer Ausführungsform wird ein negatives Vorzeichen für die Beschleunigung bestimmt, wenn die Komponente der Hauptachse auf der Abszissenachse des zweidimensionalen Spektrums negativ ist.In one embodiment, a negative sign for the acceleration is determined when the component of the major axis is negative on the abscissa axis of the two-dimensional spectrum.
Wird lediglich die Richtung der Hauptachse zur Bestimmung des Vorzeichens genutzt, kann diese sehr einfach berechnet werden.If only the direction of the main axis is used to determine the sign, this can be calculated very easily.
In einer Ausführungsform werden beim Bestimmen einer Abweichung der Form lineare Amplituden der lokalen Maxima mittels einer quadratischen Form einer gauß'schen Glockenkurve berechnet. Durch die quadratische Form der gauß'schen Glockenkurve kann eine Basis für eine numerische Berechnung der Beschleunigungen bereitgestellt werden.In one embodiment, in determining a deviation of the shape, linear amplitudes of the local maxima are calculated by means of a quadratic form of a Gaussian bell curve. By the quadratic form of the Gaussian bell curve, a basis for a numerical calculation of the accelerations can be provided.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren das Schätzen der Parameter der quadratischen Form insbesondere mittels der Methode der kleinesten Quadrate auf. Die Methode der kleinsten Quadrate kann z. B. in einem Steuergerät bzw. einer Recheneinrichtung eines Fahrzeugs oder eines Radarsystems effizient umgesetzt werden.In one embodiment, the method comprises estimating the parameters of the square shape, in particular by means of the least squares method. The method of least squares can z. B. be implemented efficiently in a control device or a computing device of a vehicle or a radar system.
In einer Ausführungsform wird beim Bestimmen jeweils einer Beschleunigung eine auf der quadratischen Form basierende quadratische Gleichung gelöst. Dies ermöglicht eine sehr einfache Berechnung der Beschleunigung.In one embodiment, in determining each acceleration, a quadratic equation based on the quadratic form is solved. This allows a very simple calculation of the acceleration.
In einer Ausführungsform weisen die Rampen des Radarsignals eine Länge von weniger als 200 Mikrosekunden auf.In one embodiment, the ramps of the radar signal are less than 200 microseconds in length.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. It shows:
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - have been given the same reference numerals.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht das Aussenden S1 eines Radarsignals
Das Auswerten besteht in dem Berechnen S3 eines zweidimensionalen Spektrums
Mathematisch kann das zweidimensionale Spektrum
Die Werte
Bei MSFMCW, multiple source frequency modulated continuous wave, basierten Radarverfahren werden Nslow identische LFMCW-Rampen
Zur Auswertung werden die Abweichungen der Formen lokaler Maxima
Dabei kann die Bestimmung der Formen der lokalen Maxima
Zur Beschreibung der Formen der lokalen Maxima
Aus den Leistungswerten der neun um das jeweilige Maximum
Die Parameter der inversen Kovarianzmatrix C–1 lassen sich dann wie folgt bestimmen The parameters of the inverse covariance matrix C -1 can then be determined as follows
M+ bezeichnet die Pseudoinverse der Matrix M.M + denotes the pseudoinverse of the matrix M.
Aus den geschätzten Parametern
In einer weiteren Ausführungsform wird zunächst eine Schätzung der Kovarianzmatrix C ^ durch Invertierung der geschätzten inversen Kovarianzmatrix In another embodiment, an estimate of the covariance matrix C i is first obtained by inverting the estimated inverse covariance matrix
Das Element
In einer Ausführungsform werden Koeffizienten, die derartig klein sind, dass diese vernachlässigt werden können, gestrichen, um die Formel zu vereinfachen. Dies kann in einer Ausführungsform z. B. auf die Koeffizienten c2 und c3 zutreffen, welche üblicherweise kleiner als 10–17 sind. Somit vereinfacht sich obige Gleichung zu:
Die Geschwindigkeit v kann als bekannt angenommen werden, da sie direkt aus der (interpolierten) Position des jeweiligen Maximums
Für eine Ausführungsform, in welcher c5 = 0 ist, ergibt sich nur ein Schätzwert: For an embodiment in which c 5 = 0, there is only one estimated value:
In der Regel weist eine der beiden Schätzungen
Alternativ dazu kann in einer Ausführungsform die Entscheidung, welche der beiden Schätzwerte korrekt ist, durch Lösen der linearen Gleichung für a ^ erfolgen.Alternatively, in one embodiment, the decision as to which of the two estimates is correct may be made by solving the linear equation for a ^.
Die Koeffizienten c1, ..., c6 können auf unterschiedliche Arten bestimmt werden. In einer Ausführungsform können die Koeffizienten c1, ..., c6 numerisch bestimmt werden. Alternativ können die Koeffizienten c1, ..., c6 experimentell ermittelt oder durch Simulationen bestimmt werden.The coefficients c 1 ,..., C 6 can be determined in different ways. In one embodiment, the coefficients c 1 ,..., C 6 can be determined numerically. Alternatively, the coefficients c 1, ..., c are determined experimentally 6 or determined by simulations.
In einer Ausführungsform können die Koeffizienten c1, ..., c6 numerisch derart bestimmt werden, dass eine der Gleichungen für
In einer Ausführungsform können die Koeffizienten c1, ..., c6 für jeden Typ von Radarsensor
Das Radarsystem
In
Der Radarsensor übermittelt Signale, welche das empfangene Radarsignal
Das Spektrum
Die
Das Spektrum der
Im Gegensatz zu
In
Unter einem lokalen Maximum
Das zweidimensionale Spektrum
Das Objekt
In dem zweidimensionalen Spektrum
Je größer die Relativbeschleunigung des in dem zweidimensionalen Spektrum
Das zweidimensionale Spektrum
Das durch das Maximum
In
In dem Diagramm ist über die Ordinatenachse die Frequenz und über die Abszissenachse die Zeit dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Radarsignal eine Vielzahl
Nslow bezeichnet die Anzahl der schnellen Rampen
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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