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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Messpunkts, insbesondere eine Radar- oder Lidarvorrichtung mit der Fähigkeit zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Messpunkts und mit einer auf der bestimmten Eigenschaft basierenden Auswertung von Messpunkten.
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Unter einem Messpunkt soll insbesondere ein Punkt eines externen Objekts verstanden werden, an welchem elektromagnetische Wellen im Rahmen der Funktion einer Radar- oder Lidarvorrichtung reflektiert werden.
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Unter einer Eigenschaft des Messpunkts sollen insbesondere eine Position, eine Zuordnung eines Messpunkts zu einem anderen Messpunkt, eine Zuordnung eines Messpunkts zu einem Objekt oder eine Materialeigenschaft verstanden werden. Vorzugsweise werden Messpunkte mit derselben bestimmten Eigenschaft ein- und demselben externen Objekt zugeordnet. Unter einer Materialeigenschaft soll insbesondere ein Material verstanden werden, welches der Messpunkt aufweist oder aus welchem der Messpunkt besteht. Weiterhin soll unter einer Eigenschaft eines Messpunkts auch eine Witterungsbedingung
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Stand der Technik
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Radar- oder Lidar-basierte Fahrerassistenzsysteme ermitteln aus elektromagnetischen Parametern von an externen Messpunkten rückgestrahlten elektromagnetischen Wellen Trajektorieninformationen, das heißt Informationen über Positionen und Geschwindigkeiten solcher Messpunkte. Entsprechende elektromagnetische Parameter sind üblicherweise eine Strahlungsintensität, eine Phase, d.h. eine Phasenverschiebung zwischen ausgesendeten und rückgestrahlten elektromagnetischen Wellen sowie Laufzeitunterschiede zwischen dem Aussenden von elektromagnetischen Wellen und dem Erfassen der rückgestrahlten elektromagnetischen Wellen. Die ermittelten Trajektorieninformationen für eine Vielzahl von Messpunkten dienen als Basis für eine Objekt- und Umgebungshypothese.
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Herkömmlicherweise werden verschiedene Messpunkte durch Auswertealgorithmen basierend auf z.B. einer gleichen Geschwindigkeit, einer gemeinsamen Bewegung, einer symmetrischen Bewegung, einer skalierten Bewegung etc. ein- und demselben Objekt zugewiesen.
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In der
DE 4 243 527 A1 ist ein Verfahren zum Klassifizieren eines Radarziels beschrieben, wobei aus Radar-Echosignalen ein Dopplerspektrum gebildet wird, in dem Doppler-Spektrum periodisch auftretende Spektrallinien ermittelt werden und mit Hilfe der periodisch auftretenden Spektrallinien eine Klassifizierung des Radarzieles erfolgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
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Demgemäß ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Messpunkts vorgesehen, mit: einer Sendeeinrichtung, mittels welcher elektromagnetische Wellen mit einer ersten Polarisation aussendbar sind, sodass durch eine optische Wechselwirkung der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen mit dem Messpunkt elektromagnetische Wellen mit einer zweiten und/oder mit einer dritten Polarisation erzeugbar sind, wobei die zweite Polarisation insbesondere gleich der ersten Polarisation sein kann; einer ersten Detektoreinrichtung zum Detektieren einer ersten Strahlungsleistung, Ipar, an dem Messpunkt erzeugter elektromagnetischer Wellen mit der zweiten Polarisation und zum Erzeugen eines ersten Messsignals basierend auf der detektierten ersten Strahlungsleistung, Ipar; einer zweiten Detektoreinrichtung zum Detektieren einer zweiten Strahlungsleistung, Iperp, an dem Messpunkt erzeugter elektromagnetischer Wellen mit der dritten Polarisation, welche von der zweiten Polarisation verschieden ist, und zum Erzeugen eines zweiten Messsignals basierend auf der detektierten zweiten Strahlungsleistung, Iperp; und einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen einer Eigenschaft des Messpunkts basierend auf dem ersten Messsignals und dem zweiten Messsignal.
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Die erzeugten elektromagnetischen Wellen können insbesondere Teil-Wellen einer erzeugten elektromagnetischen Gesamt-Welle sein, wobei eine virtuelle Aufteilung in erste elektromagnetische Teil-Wellen mit der zweiten Polarisation und in zweite elektromagnetische Teil-Wellen mit der dritten Polarisation erfolgt.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Messpunkts vorgesehen, mit: Aussenden von elektromagnetischen Wellen mit einer ersten Polarisation, sodass durch eine optische Wechselwirkung mit dem Messpunkt elektromagnetische Wellen mit einer zweiten und/oder mit einer dritten Polarisation erzeugbar sind; Detektieren einer ersten Strahlungsleistung, Ipar, an dem Messpunkt erzeugter elektromagnetischer Wellen mit der zweiten Polarisation und Erzeugen eines ersten Messsignals basierend auf der detektierten ersten Strahlungsleistung, Ipar; Detektieren einer zweiten Strahlungsleistung, Iperp, an dem Messpunkt erzeugter elektromagnetischer Wellen mit der dritten Polarisation, welche von der zweiten Polarisation verschieden ist, und Erzeugen eines zweiten Messsignals basierend auf der detektierten zweiten Strahlungsleistung, Iperp; und Bestimmen einer Eigenschaft des Messpunkts basierend auf einem Vergleich des ersten Messsignals mit dem zweiten Messsignal.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass von einer Radar- oder Lidarvorrichtung ausgesendete elektromagnetische Wellen an verschiedenen Materialien mit unterschiedlich veränderter Polarisation reflektiert werden, wobei sich die jeweilige, zum Teil charakteristische, Veränderung in einem so genannten Depolarisationsverhältnis erfassen lässt.
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Vorrichtung vorzusehen, welche elektromagnetische Wellen mit einer vordefinierten ersten Polarisation zu einem Messpunkt hin aussendet und welche die Polarisation auf den ausgesendeten elektromagnetischen Wellen basierender, insbesondere reflektierter, elektromagnetischer Wellen erfasst und darauf basierend eine Eigenschaft des Messpunkts bestimmt.
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Unter einer Polarisation soll sowohl eine zirkulare Polarisation im oder gegen den Uhrzeigersinn als auch eine lineare Polarisation mit einer festen Polarisationsrichtung verstanden werden. Durch Messen von Strahlungsintensitäten elektromagnetischer Teil-Wellen einer auf die Vorrichtung einfallenden elektromagnetischen Gesamt-Welle, wobei die Teil-Wellen zwei, insbesondere lineare und voneinander linear unabhängige Mess-Polarisationen aufweisen, ist eine beliebige lineare Polarisation einer elektromagnetischen Welle in derselben Ebene bestimmbar. Werden z.B. Strahlungsintensitäten zwei aufeinander senkrecht stehender linearer Mess-Polarisationen gemessen, und ergibt das Messen zwei gleiche Strahlungsintensitäten, so weist die einfallende elektromagnetische Gesamt-Welle eine lineare Polarisation auf, welche zu jeder der beiden Mess-Polarisationen einen Winkel von 45° aufweist.
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Sind sowohl die zweite Polarisation als auch die dritte Polarisation von der ersten Polarisation verschieden, kann das Bestimmen der Eigenschaft des Messpunkts weiterhin basierend auf der bekannten ersten Polarisation ermittelt werden, insbesondere auf dem Verhältnis der ersten und zweiten Strahlungsleistungen zu einer jeweiligen zu erwartenden ersten und zweiten Strahlungsleistung, welche bei einem hypothetischen Einfallen einer unveränderten ausgesendeten elektromagnetischen Welle mit der ersten Polarisation durch die erste und die zweite Detektoreinrichtung detektiert würden.
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Aus der bekannten ersten Polarisation der ausgesendeten elektromagnetischen Welle und den gemessenen Strahlungsintensitäten jeweils für die zweite und die dritte Polarisation der erzeugten, insbesondere reflektierten, elektromagnetischen Wellen ist eine Depolarisationsrate ermittelbar, welche sich insbesondere für verschiedene Materialien des Messpunkts unterscheidet.
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Beispielsweise kann eine zufällige Polarisation einer reflektierten elektromagnetischen Welle auf eine fraktale Oberfläche wie etwa Stein oder Erde hinweisen. Entsprechend kann die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, nicht anderweitig klassifizierbare Messpunkte in einer Materialklasse „Stein und Erde“ zu klassifizieren, d.h. als Materialeigenschaft „Stein oder Erde“ zu bestimmen.
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Weiterhin kann eine Polarisationsänderung um 180° (oder anders ausgedrückt: eine Polarisationsänderung um 0° verbunden mit einem Phasensprung um 180°) auf eine metallische Oberfläche hinweisen. Entsprechend kann die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, Messpunkte, welche eine Drehung der ersten Polarisation um 180° bewirken, in eine Materialklasse „Metall“ zu klassifizieren. Hierzu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Phasenermittlungseinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, einen Phasenunterschied zwischen den ausgesendeten elektromagnetischen Wellen und den reflektierten, durch die Vorrichtung empfangenen elektromagnetischen Wellen zu ermitteln.
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Weiterhin können, basierend auf dem Depolarisationsverhältnis, gerade Anzahlen (inklusive Null) von Reflexionen der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen von ungeraden Anzahlen (inklusive Eins) von Reflexionen der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen unterschieden werden, wobei z.B. die Anzahl der Phasensprünge als Unterscheidungskriterium dienen kann. Das heißt, es ist ermittelbar, ob die durch die optische Wechselwirkung mit dem Messpunkt erzeugten elektromagnetischen Wellen direkt oder über weitere Reflexionen an weiteren Messpunkten an die erste und die zweite Detektoreinrichtung gelangt sind. Hierdurch können Geisterobjekte ausgefiltert oder korrekt klassifiziert werden.
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Geisterobjekte entstehen durch Messpunkte, an welchen die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen reflektieren, wobei die dadurch erzeugten elektromagnetischen Wellen auf ihrem Weg zu der ersten und/oder der zweiten Detektoreinrichtung noch mindestens ein weiteres Mal reflektiert werden. Das heißt, es findet nicht nur eine erste Reflexion an dem Messpunkt, sondern eine Mehrfachreflexion statt. Dabei kann es herkömmlicherweise zu einer unrichtigen Berechnung der Position des ursprünglichen Messpunkts kommen, wenn fälschlich von einem direkten Einfall nach einer Einfachreflexion statt einem indirekten Einfall nach einer Mehrfachreflexion ausgegangen wird.
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Basierend auf dem ersten und dem zweiten Messsignal, insbesondere auf dem Depolarisationsverhältnis, kann zwischen einer Einfach- und einer Mehrfachreflexion unterschieden werden, wodurch eine unrichtige Berechnung der Position des Messpunkts vermieden wird. Es kann eine korrekte Berechnung der Position des Messpunkts unter Verwendung von weiteren Informationen, beispielsweise den bestimmten Eigenschaften, insbesondere Materialeigenschaften, Laufzeiten oder Einfallswinkeln, durchgeführt werden. Ist keine korrekte oder zumindest hinreichend plausible Berechnung der Position des Messpunkts möglich, so kann der Messpunkt ausgefiltert werden.
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Insbesondere können bestimmte Materialeigenschaften für eine Plausibilisierung einer Radarauswertung verwendet werden. Werden etwa ein korrekter Messpunkt eines Objekts sowie ein Geisterobjekt beide als zu der Klasse „Metall“ gehörig bestimmt, kann aufgrund von Informationen über einen Einfallswinkel und/oder eine Laufzeit derjenigen elektromagnetischen Wellen, deren Auswerten das Geisterobjekt ergeben hat, festgestellt werden, dass das Geisterobjekt in Wirklichkeit ein weiterer Messpunkt desselben Objekts wie der korrekte Messpunkt ist.
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Auf diese Weise können Informationen aus Mehrfachreflexionen gewonnen werden, welche durch Einfachreflexionen nicht zu erlangen sind. Beispielsweise könnte so festgestellt werden, dass sich zwischen zwei metallischen Objekten, etwa zwischen zwei Fahrzeugen, ein Fußgänger befindet, welcher im Begriff ist, zwischen den Fahrzeugen hervorzutreten, indem an einem der Fahrzeuge durch Reflexion der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen erzeugte elektromagnetische Wellen an dem Fußgänger ein weiteres Mal reflektiert werden, ehe sie zu der ersten und der zweiten Detektoreinrichtung gelangen.
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Durch Bestimmen der Eigenschaften, insbesondere Materialeigenschaften aller Messpunkte in einem interessierenden Raumbereich und/oder deren räumlicher Lage zueinander können die Messpunkte zu statistisch plausibilisierten Objekten zusammengefasst werden. Dabei auftretende Geisterobjekte können durch die Auswerteeinrichtung jeweils einer statistisch wahrscheinlichsten Quelle zugeordnet werden.
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In obigem Beispiel könnten etwa die Materialeigenschaften der beiden Fahrzeuge, zwischen welchen sich der Fußgänger befindet, sowie der Asphaltfläche, auf welcher er sich bewegt, bestimmt werden. Weiterhin kann eine räumliche Anordnung der Objekte in dem interessierenden Raumbereich, etwa basierend auf einer Radarauswertung der an den Objekten reflektierten, ausgesendeten elektromagnetischen Wellen, bestimmt werden. Über die plausibilisierten Objekte hinaus auftretende Geisterobjekte, welche durch Mehrfachreflexionen unter anderem an dem Fußgänger entstehen und welche mit den bestimmten Materialeigenschaften zunächst nicht vereinbar scheinen, können sodann durch die Auswerteeinrichtung miteinander verglichen werden, insbesondere im Hinblick auf Laufzeiten, Einfallswinkel und eine Anzahl der Reflexionen der reflektierten elektromagnetischen Wellen. Somit kann auf die Anwesenheit des Fußgängers zwischen den Fahrzeugen und auf der Asphaltfläche geschlossen werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, das Bestimmen der Eigenschaft des Messpunkts basierend auf einem Vergleich des ersten Messsignals mit dem zweiten Messsignal, insbesondere basierend auf einem Quotienten zwischen der ersten Strahlungsleistung, Ipar, und der zweiten Strahlungsleistung, Iperp, durchzuführen, also basierend auf Ipar/Iperp oder Iperp/Ipar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist sind die zweite und die dritte Polarisation lineare Polarisationen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform steht die zweite Polarisation senkrecht zur dritten Polarisation. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Polarisation gleich der ersten Polarisation.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Polarisation eine zirkulare Polarisation und die zweite Polarisation und/oder die dritte Polarisation eine elliptische Polarisation.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, bei dem Bestimmen der Eigenschaft des Messpunkts ein Material oder mehrere Materialien zu bestimmen, welche der Messpunkt aufweist oder aus welchem oder welchen der Messpunkt besteht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln elektromagnetischer Parameter der an dem Messpunkt erzeugten elektromagnetischen Wellen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den Messpunkt mit weiteren Messpunkten zu assoziieren, für welche die Auswerteeinrichtung dieselbe Eigenschaft bestimmt hat wie für den Messpunkt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung weiterhin dazu ausgebildet, basierend auf den ermittelten elektromagnetischen Parametern der miteinander assoziierten Messpunkte eine Geschwindigkeit und/oder eine Bewegung eines Objekts zu ermitteln. Somit können falsche Zuordnungen von Messpunkten zu Objekten, zu denen sie tatsächlich nicht gehören, verringert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, festzustellen, ob alle reflektierten elektromagnetischen Wellen in einem vorbestimmten räumlichen und/oder einem vorbestimmten zeitlichen Bereich eine gemeinsame Mindest-Polarisationsänderung gegenüber den ausgesendeten elektromagnetischen Wellen aufweisen. Die Auswerteeinrichtung kann weiterhin dazu ausgebildet sein, falls dies der Fall ist, die gemeinsame Mindest-Polarisationsänderung bei dem Bestimmen der Eigenschaft von Messpunkten in dem vorbestimmten räumlichen und/oder dem vorbestimmten zeitlichen Bereich außer Acht zu lassen. Beispielsweise kann ein im Wesentlichen, vorzugsweise völlig, konstanter Anteil an dem Depolarisationverhältnis von z.B. 5% durch leichten Regenfall, Schnee etc. verursacht sein, welcher bei allen Messungen auftritt und deshalb außer Acht gelassen wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann durch die Auswerteeinrichtung ein Datensignal erzeugt und ausgegeben werden, welches eine Witterungsbedingung indiziert und welches basierend auf einem bei dem Auswerten aller oder mehrerer erster und/oder zweiter Messsignale auftretenden, im Wesentlichen oder vollständig konstanten Anteil an dem Depolarisationsverhältnis erzeugt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgebildet mit einer Witterungs-Ermittlungseinrichtung, mittels welcher eine aktuelle Witterung an einer aktuellen Position der Vorrichtung ermittelbar ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, das erste und das zweite Messsignal basierend auf der ermittelten aktuellen Witterung anzupassen und das Bestimmen der Eigenschaft des Messpunkts basierend auf dem angepassten ersten und zweiten Messsignal durchzuführen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte: Bestimmen, ob die an dem Messpunkt erzeugten elektromagnetischen Wellen über keine Reflexion, über eine geradzahlige Anzahl von Reflexionen oder über eine ungeradzahlige Anzahl von Reflexionen an die erste und/oder die zweite Detektoreinrichtung gelangt sind; und Zuordnen des Messpunkts zu mindestens einem weiteren Messpunkt und/oder Bestimmen einer Position des Messpunkts, jeweils basierend zumindest darauf, ob die an dem Messpunkt erzeugten elektromagnetischen Wellen über keine Reflexion, über eine geradzahlige Anzahl von Reflexionen oder über eine ungeradzahlige Anzahl von Reflexionen an die erste und/oder die zweite Detektoreinrichtung gelangt sind. Hierdurch können Geisterobjekte ausgefiltert oder ihren korrekten Quellen zugeordnet werden, wodurch zusätzliche Informationen ermittelbar sind. Unter einem Zuordnen des Messpunkts zu einem weiteren Messpunkt soll insbesondere ein Bestimmen der beiden Messpunkte als zu ein- und demselben Objekt gehörig verstanden werden.
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Das Zuordnen des Messpunktes zu einem weiteren Messpunkt kann weiterhin basierend auf einem Vergleich der für die jeweiligen Messpunkte bestimmten Eigenschaften erfolgen, wobei ein Zuordnen nur in Betracht kommt, wenn mindestens eine, eine vorbestimmte Anzahl oder alle der bestimmten Eigenschaften, insbesondere Materialeigenschaften, übereinstimmen. Weiterhin kann das Zuordnen basierend auf einer bestimmten Laufzeit und/oder auf einem bestimmten Einfallswinkel derjenigen elektromagnetischen Wellen, deren Detektieren dem Bestimmen der Eigenschaften des Messpunkts zugrunde gelegen hat, erfolgen, wobei die bestimmte Laufzeit oder der bestimmte Einfallswinkel dazu verwendet werden können, eine räumliche Position des Messpunkts zu ermitteln. Das Bestimmen der Laufzeit und/oder des Einfallswinkels kann mittels einer Ermittlungs-einrichtung basierend auf üblichen Radarsignal-Auswerteverfahren erfolgen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Materialeigenschaft eines Messpunkts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Materialeigenschaft eines Messpunkts gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3a bis 3c schematisch verschiedene Situationen einer auf einen Messpunkt einfallenden elektromagnetischen Welle; und
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4 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen einer Materialeigenschaft eines Messpunkts gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 zum Klassifizieren eines Messpunkts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Beschreibung wird auch auf Bezugszeichen der nachfolgenden 3a–3c verwiesen.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine Sendeeinrichtung 12, mittels welcher elektromagnetische Wellen 30 mit einer ersten linearen Polarisation aussendbar sind. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise als ein Fahrzeug oder als Teil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Straßenfahrzeugs, ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist die erste lineare Polarisation senkrecht zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs bei Vorwärtsfahrt und weiterhin senkrecht zu einer Fahrebene des Fahrzeugs, das heißt vertikal.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine erste Detektoreinrichtung 14, mittels welcher eine erste Strahlungsleistung Ipar an einem Messpunkt 11 eines Objekts 13, 113 erzeugter, insbesondere reflektierter, auf die erste Detektoreinrichtung 14 eintreffender elektromagnetischer Wellen 32, 34 mit einer zweiten Polarisation, welche gleich der ersten linearen Polarisation ist, detektierbar ist. Das heißt, mittels der ersten Detektoreinrichtung 14 ist eine parallel zu der ersten linearen Polarisation polarisierte erste Strahlungskomponente der an dem Messpunkt 11 reflektierten elektromagnetischen Wellen 32, 34 erfassbar. Die erste Detektoreinrichtung 14 ist dazu ausgebildet, basierend auf der detektierten ersten Strahlungsleistung Ipar ein erstes elektrisches Messsignal 51 zu erzeugen.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine zweite Detektoreinrichtung 16, mittels welcher eine zweite Strahlungsleistung Iperp an dem Messpunkt 11 erzeugter, insbesondere reflektierter, auf die zweite Detektoreinrichtung 16 eintreffender elektromagnetischer Wellen 36 mit einer dritten linearen Polarisation detektierbar ist, wobei die dritte lineare Polarisation senkrecht zu der zweiten linearen Polarisation ausgerichtet ist. Das heißt, mittels der zweiten Detektoreinrichtung 16 ist eine senkrecht zu der ersten linearen Polarisation polarisierte zweite Strahlungskomponente der an dem Messpunkt 11 reflektierten elektromagnetischen Wellen 36 erfassbar. Die zweite Detektoreinrichtung 16 ist dazu ausgebildet, basierend auf der detektierten zweiten Strahlungsleistung Iperp ein zweites elektrisches Messsignal 52 zu erzeugen.
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Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Auswerteeinrichtung 18, mittels welcher mindestens eine Materialeigenschaft des Messpunkts 11 basierend auf einem Vergleich des ersten Messsignals 51 mit dem zweiten Messsignal 52 bestimmbar ist, insbesondere ein Material, aus welchem der Messpunkt 11 besteht. Basierend auf dem bestimmten Material wird der Messpunkt 11 durch die Auswerteeinrichtung 18 in eine von mehreren vordefinierten Materialklassen klassifiziert. Insbesondere wird ein Depolarisationsverhältnis D als ein Quotient Q zwischen der zweiten Strahlungsleistung Iperp und der ersten Strahlungsleistung Ipar festgelegt, D := Iperp/Ipar. Basierend auf der Depolarisationsrate D wird der Messpunkt 11 in eine der vordefinierten Materialklassen klassifiziert.
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2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 110 zum Bestimmen einer Materialeigenschaft eines Messpunkts 11, 111 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 110 ist eine Weiterbildung der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform und umfasst im Vergleich zu dieser zusätzlich eine Witterungs-Ermittlungseinrichtung 122 sowie eine Ermittlungseinrichtung 120 zum Ermitteln elektromagnetischer Parameter der erzeugten, insbesondere reflektierten elektromagnetischen Wellen 32, 34, 36, insbesondere im Verhältnis zu den ausgesendeten elektromagnetischen Wellen 30.
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Unter einem elektromagnetischen Parameter einer elektromagnetischen Welle, insbesondere einer reflektierten elektromagnetischen Welle, ist beispielsweise eine Phase, eine Phasenverschiebung, eine Frequenz, eine Frequenzänderung, eine Laufzeit, ein Laufzeitunterschied etc. zu verstehen, wobei als Referenz die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen dienen können. Die Ermittlungseinrichtung 120 kann beispielsweise die von der ersten und der zweiten Detektoreinrichtung 14, 16 erzeugten ersten und zweiten Messsignale 51, 52 zum Ermitteln der elektromagnetischen Parameter auswerten. Alternativ kann die Ermittlungseinrichtung auch eine weitere Detektoreinrichtung aufweisen, welche ihrerseits an dem Messpunkt 11 erzeugte, insbesondere reflektierte elektromagnetische Wellen 32, 34, 36 empfängt und den oder die elektromagnetischen Parameter basierend auf den mittels der weiteren Detektoreinrichtung empfangenen elektromagnetischen Wellen ermittelt.
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Die Ermittlungseinrichtung 120 ist dazu ausgebildet, ein drittes Messsignal 53 zu erzeugen, welches den oder die ermittelten elektromagnetischen Parameter indiziert und welches an die Auswerteeinrichtung 118 übermittelt wird. Die Auswerteeinrichtung 118 ist dazu ausgebildet, das Bestimmen der Materialeigenschaft des Messpunkts 11 basierend auch auf dem dritten Messsignal 53 durchzuführen. Beispielsweise kann es sich bei der erzeugten elektromagnetischen Welle 32 um eine an einem metallischen Objekt 13 reflektierte ausgesendete elektromagnetische Welle 30 handeln, welche im Vergleich zu der linearen ersten Polarisation der ausgesendeten elektromagnetischen Welle 30 dieselbe lineare Polarisation mit einer um 180° verschobenen Phase aufweist, siehe 3a. In diesem Fall erzeugt die erste Detektoreinrichtung 14 das erste Messsignal 51 basierend auf einer ersten Strahlungsintensität Ipar der reflektierten elektromagnetischen Wellen 32, 34 mit der ersten Polarisation, sodass die erste Strahlungsintensität Ipar im Wesentlichen oder vollständig gleich der Strahlungsintensität der ausgesendeten elektromagnetischen Welle 30 ist.
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Die zweite Detektoreinrichtung 16 erzeugt das zweite Messsignal 52 basierend auf einer zweiten Strahlungsintensität Iperp einer reflektierten elektromagnetischen Welle 36 mit der dritten Polarisation, welche senkrecht zu der ersten Polarisation ausgerichtet ist. Da eine solche Welle in dem oben beschriebenen Beispiel eines Messpunkts 11 eines metallischen Objekts 13 nicht, oder fast nicht, existiert, wird absolut, oder im Wesentlichen, keine zweite Strahlungsintensität Iperp erfasst.
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Weiterhin kann mittels der Ermittlungseinrichtung 122 festgestellt werden, dass ein Phasensprung der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen 30 um 180° vorliegt, welche Information der Auswerteeinrichtung 118 in dem dritten Messsignal 53 übermittelt wird. Basierend auf dem empfangenen ersten, zweiten und dritten Messsignal 51, 52, 53 klassifiziert die Auswerteeinrichtung 118 den Messpunkt 11 des metallischen Objekts 13 in die Materialklasse „Metall“, d.h. es wird als Materialeigenschaft des Messpunkts 11 eine metallische Beschaffenheit des Messpunkts 11 bestimmt.
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Die Auswerteeinrichtung 118 der Vorrichtung 110 ist weiterhin dazu ausgebildet, den Messpunkt 11 weiteren Messpunkten zuzuordnen, welche durch die Auswerteeinrichtung 18 in dieselbe Materialklasse klassifiziert wurden wie der Messpunkt 11. Die Auswerteeinrichtung 18 ist weiterhin dazu ausgebildet, basierend auf den ermittelten elektromagnetischen Parametern der miteinander assoziierten Messpunkte 11 eine Geschwindigkeit und/oder eine Bewegung eines Objekts 13, 113 zu ermitteln, welches einander zugeordnete Messpunkte 11, 111 aufweist. Die Auswerteeinrichtung 118 kann zu einem üblichen Auswerten von Radar- und/oder Lidardaten mit bekannten Objekt- und Umgebungshypothesen ausgebildet sein, wobei die Klassifizierung der Messpunkte in die Materialklassen zur Plausibilisierung verwendet wird. Beispielsweise kann festgelegt werden, dass es plausibler ist, dass zwei Messpunkte in derselben Materialklasse zu ein und demselben Objekt gehören als zwei Messpunkte in verschiedenen Materialklassen.
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Die Vorrichtung 110 weist zudem eine Witterungs-Ermittlungseinrichtung 122 auf, mittels welcher eine aktuelle Witterung an einer aktuellen Position der Vorrichtung 110 ermittelbar ist. Unter einer Witterung sollen insbesondere Schnee, Regen, Nebel etc. verstanden werden. Basierend auf der ermittelten Witterung wird durch die Witterungs-Ermittlungseinrichtung 122 ein viertes Messsignal 54 an die Auswerteeinrichtung 118 übermittelt. Die Witterungs-Ermittlungseinrichtung 122 kann beispielsweise als ein Regensensor, etwa eines Fahrzeugs, aber auch als eine Kommunikationseinrichtung ausgebildet sein, welche basierend auf einer erzeugten oder empfangenen GPS-Positionsinformation der Vorrichtung 110 bzw. des Fahrzeugs über ein Kommunikationsnetz, etwa das Internet, Witterungsdaten von einem Server abruft.
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Die Auswerteeinrichtung 118 ist weiterhin dazu ausgebildet, das erste und das zweite Messsignal 51, 52 sowie ggf. das dritte Messsignal 53 basierend auf der ermittelten aktuellen Witterung anzupassen und das Bestimmen der Materialeigenschaft des Messpunkts 11 basierend auf dem angepassten ersten und zweiten Messsignal 51, 52 und ggf. dem angepassten dritten Messsignal 53 durchzuführen. Beispielsweise kann in der Auswerteeinrichtung 118 hinterlegt sein, dass, falls die Witterungs-Ermittlungseinrichtung 122 ein Schnee indizierendes viertes Messsignal 54 sendet, ein verringertes Depolarisationsverhältnis D‘ als das aus dem ersten und dem zweiten Messsignal 51, 52 ermittelte Depolarisationsverhältnis D dem Bestimmen der Materialeigenschaft des Messpunkts 11 zugrunde gelegt werden soll. Das ermittelte Depolarisationsverhältnis D kann bei Schnee etwa um einen absoluten oder einen relativen, vordefinierten Verringerungswert verringert werden. Genauso kann vorgegangen werden, wenn das vierte Messsignal 54 Regen indiziert, wobei der absolute oder relative Verringerungswert bei Regen geringer ist als bei Schnee.
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Die Auswerteeinrichtung 118 ist weiterhin dazu ausgebildet, gerade Anzahlen von Reflexionen der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen 30 von ungeraden Anzahlen von Reflexionen der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen 30 zu unterscheiden, wobei zumindest die Anzahl (gerade oder ungerade) der Phasensprünge als Unterscheidungskriterium dient.
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Weiterhin kann basierend auf dem Depolarisationsverhältnis D bzw. D‘ ermittelbar sein, ob die durch die optische Wechselwirkung mit dem Messpunkt 11 erzeugten elektromagnetischen Wellen 32, 34, 36 direkt oder über weitere Reflexionen an weiteren Messpunkten an die erste und die zweite Detektoreinrichtung 14, 16 gelangt sind. Hierdurch können durch die Auswerteeinrichtung 118 Geisterobjekte ausgefiltert oder korrekt klassifiziert werden.
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Die Auswerteeinrichtung 118 kann dazu ausgebildet sein, die bestimmten Materialeigenschaften zur Plausibilisierung einer Radarauswertung zu verwenden. Werden etwa ein korrekter Messpunkt 11 eines metallischen Objekts 13 sowie ein Geisterobjekt beide als zu der Klasse „Metall“ gehörig bestimmt, kann aufgrund von Informationen über einen Einfallswinkel und/oder eine Laufzeit der elektromagnetischen Wellen, deren Auswertung das Geisterobjekt ergeben hat, festgestellt werden, dass das Geisterobjekt in Wirklichkeit ein weiterer Messpunkt des metallischen Objekts 13 ist. Die Informationen über den Einfallswinkel und/oder die Laufzeit können beispielsweise von der Ermittlungseinrichtung 122 bereitgestellt werden.
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3a zeigt schematisch die Situation einer auf einen Messpunkt 11 eines metallischen Objekts 13 in einer Einfallsrichtung R1 parallel zu einer z-Koordinatenachse einfallenden elektromagnetischen Welle 30 (gestrichelt dargestellt). Das metallische Objekt 13 hat eine unendliche Leitfähigkeit (sigma). Die elektromagnetische Welle 30 ist vollständig in eine Richtung parallel zu einer x-Koordinatenachse, also linear, polarisiert (erste Polarisation), welche senkrecht auf der z-Koordinatenachse steht, und durch ihre von der Zeit t bzw. der z-Koordinate abhängige Komponente Ex(z, t) ihres elektrischen Feldes E parallel zu der x-Koordinate symbolisiert wird. Die reflektierte elektromagnetische Welle 32 ist ebenso vollständig in die Richtung parallel zu der x-Koordinatenachse, also linear, polarisiert (zweite Polarisation), wobei ein Phasensprung um 180° stattgefunden hat. Die Amplitude der einfallenden elektromagnetischen Welle 30 ist dieselbe wie die Amplitude der reflektierten elektromagnetischen Welle 32. Gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform ist die erste Detektoreinrichtung 14 dazu ausgebildet, als die erste Strahlungsintensität Ipar eine Strahlungsintensität von elektromagnetischen Wellen 32, 34, welche parallel zu der x-Koordinate polarisiert sind, zu messen. Bei der in 3a gezeigten Situation wäre die gemessene erste Strahlungsintensität Ipar gleich der Strahlungsintensität der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen 30, während die gemessene zweite Strahlungsintensität Iperp gleich Null wäre, entsprechend dem Fehlen einer Wellenkomponente mit der dritten Polarisation.
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3b und 3c zeigen schematisch die Situation einer auf einen Messpunkt 111 eines nichtmetallischen Objekts 113 in einer Einfallsrichtung R1 parallel zu einer z-Koordinatenachse einfallenden elektromagnetischen Welle 30 (gestrichelt dargestellt). Das nichtmetallische Objekt 113 weist eine endliche Leitfähigkeit (sigma) auf. In 3b ist die einfallende elektromagnetische Welle 30, welche wie die einfallende elektromagnetische Welle 30 aus 3a polarisiert ist (erste Polarisation), sowie eine erste reflektierte elektromagnetische Welle 34 (eine erste Wellenkomponente einer reflektierten elektromagnetischen Gesamtwelle) dargestellt, welche mit der zweiten Polarisation ebenso vollständig parallel zu der x-Koordinate polarisiert ist. Die elektromagnetischen Wellen 30, 34 sind in 3b durch ihre von der Zeit t bzw. der z-Koordinate abhängige Komponente Ex(z, t) ihres elektrischen Feldes E parallel zu der x-Koordinate symbolisiert. Die Amplitude der einfallenden elektromagnetischen Welle 30 ist größer als wie die Amplitude der ersten reflektierten elektromagnetischen Welle 34.
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In 3c ist eine zweite reflektierte elektromagnetische Welle 36 (eine zweite Wellenkomponente der reflektierten elektromagnetischen Gesamtwelle) dargestellt, welche mit einer dritten Polarisation vollständig parallel zu der y-Koordinate polarisiert ist. Die zweite elektromagnetischen Welle 36 ist durch ihre von der Zeit t bzw. der z-Koordinate abhängige Komponente Ey(z, t) ihres elektrischen Feldes E parallel zu der y-Koordinate symbolisiert. Bei der in 3b und 3c gezeigten Situation wäre die gemessene erste Strahlungsintensität Ipar geringer als die Strahlungsintensität der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen 30, während die gemessene zweite Strahlungsintensität Iperp geringer als die erste Strahlungsintensität, aber größer als Null wäre.
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4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Klassifizieren eines Messpunkts gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform ist zur Verwendung mit der Vorrichtung gemäß der ersten und/oder zweiten Ausführungsform geeignet und kann speziell dazu ausgebildet sein. Insbesondere ist das Verfahren gemäß allen in Bezug auf die erste und/oder die zweite Ausführungsform beschriebenen Varianten und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anpassbar. Für Details zu dem erfindungsgemäßen Verfahren wir daher auch auf die vorangehende Beschreibung, insbesondere der ersten und der zweiten Ausführungsform verwiesen.
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In einem Schritt S01 werden elektromagnetische Wellen 30 mit einer ersten Polarisation ausgesendet, sodass durch eine optische Wechselwirkung der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen 30 mit dem Messpunkt 11 elektromagnetische Wellen mit einer zweiten und/oder mit einer dritten Polarisation erzeugbar sind. In einem Schritt S02 wird eine erste Strahlungsleistung, Ipar, an dem Messpunkt 11 erzeugter elektromagnetischer Wellen 32, 34 mit der zweiten Polarisation detektiert und ein erstes Messsignal 51 basierend auf der detektierten ersten Strahlungsleistung, Ipar, erzeugt. In einem Schritt S03 wird eine zweite Strahlungsleistung, Iperp, an dem Messpunkt 11 erzeugter elektromagnetischer Wellen 36 mit der dritten Polarisation, welche von der zweiten Polarisation verschieden ist, detektiert, und ein zweites Messsignal 52 basierend auf der detektierten zweiten Strahlungsleistung, Iperp, erzeugt. In einem Schritt S04 wird eine Materialeigenschaft des Messpunkts 11 basierend auf einem Vergleich des ersten Messsignals 51 mit dem zweiten Messsignal 52 bestimmt.
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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.
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Insbesondere kann die zweite Polarisation auch senkrecht zur ersten Polarisation stehen, wobei die dritte Polarisation sowohl von der ersten als auch von der dritten Polarisation verschieden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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