DE102016206550A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) und Verfahren zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes (20) mit einem Kursberechnungsfilter (2) zur Berechnung einer geschätzten Bewegungsrichtung +K ) des Objektes (20) auf Basis einer prädizierten Position –K , y^ –K ) des Objektes (20) und auf Basis der in Radarmessdaten des Objektes angegebenen Position (xK, yK) des Objektes (20); und mit einer Berechnungseinheit (3) zur Berechnung von kartesischen Geschwindigkeiten (VxK, YyK) des Objektes (20) in Abhängigkeit von einer gemessenen radialen Objektgeschwindigkeit (VradK) und einem gemessenen Objektwinkel (ϕK), die in den Radarmessdaten des Objektes (20) angegeben sind, und in Abhängigkeit der durch das Kursberechnungsfilter (2) berechneten geschätzten Bewegungsrichtung (θ^ K) des Objektes (20).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes, insbesondere eines beweglichen Fahrzeuges.
  • Straßenfahrzeuge verfügen zunehmend über Radarsensoren zur Erfassung ihrer Fahrzeugumgebung. Ein Radartrackingsystem baut aus Messpunkten vergangener Abtastzyklen eine Spur (Track) eines beweglichen Objektes auf. Derartige Spuren beschreiben den bisherigen Weg eines Objektes und erlauben somit die Beobachtung seines Bewegungsverhaltens, d. h. dessen aktuelle Position, dessen Geschwindigkeit und dessen Bewegungsrichtung. Radarsensoren können nicht direkt die kartesische Geschwindigkeit eines Objektes in Kursrichtung messen, sondern messen eine relative radiale Dopplergeschwindigkeit zwischen dem realen physikalischen Objekt und dem Radarsensor. Bei den meisten Anwendungen von Radartrackingsystemen ist vor allem die kartesische Position, Geschwindigkeit und manchmal auch die Beschleunigung eines Objektes relevant, die als Zustände in einem Trackingfilter geschätzt werden. Falls man die Radarrohmessungsdaten einer Radarmesseinrichtung als Messdaten für das Trackingfilter verwendet, kann eine stark korrelierte, nicht lineare Konversion bzw. Umwandlung dieser Rohmessdaten bzw. Rohmessungen in geschätzte Zustände mit kartesischen Variablen nicht vermieden werden. Dies führt wiederum zu komplexen Linearisierungen und aufwendigen Berechnungen durch eine dafür notwendige Berechnungs- bzw. Transformationseinheit. Durch die aufwendigen Berechnungen wird zudem die Reaktionszeit des Radartrackingsystems erhöht.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes zu schaffen, bei der die dafür notwendige Berechnungszeit gegenüber herkömmlichen Systemen reduziert wird.
  • Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Die Erfindung schafft demnach eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes mit: einem Kursberechnungsfilter zur Berechnung einer geschätzten Bewegungsrichtung des Objektes auf Basis einer prädizierten Position des Objektes und auf Basis der in Radarmessdaten des Objektes angegebenen Position des Objektes; und mit einer Berechnungseinheit zur Berechnung von kartesischen Geschwindigkeiten der Radarrohmessungen in Abhängigkeit von einer gemessenen radialen Geschwindigkeit und einem gemessenen Winkel, die in den Radarmessdaten des Objektes angegeben sind, und in Abhängigkeit der durch das Kursberechnungsfilter berechneten geschätzten Bewegungsrichtung des getrackten Objektes.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist dieses ein lineares Trackingfilter auf, das eine kartesische Position, Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung des Objektes iterativ in Abhängigkeit von den durch die Berechnungseinheit bisher berechneten kartesischen Kinematiken des Objektes und der in den Radarmessdaten angegebenen Kinematiken des Objektes berechnet.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese ein JPDA-Filter auf, das in Abhängigkeit von der durch das lineare Trackingfilter iterativ berechneten Position und der iterativ berechneten Geschwindigkeit des Objektes sensorisch erfasste Radarmessdaten zur Ermittlung der Radarmessdaten des betreffenden Objektes filtert.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die von dem linearen Trackingfilter berechnete Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Objektes an eine Auswerteeinheit eines Fahrerassistenzsystems ausgegeben.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Kursberechnungsfilter ein Kalman-Filter.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Kursberechnungsfilter ein Tiefpassfilter.
  • Die Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Ermittlung von Objektkinematiken eines beweglichen Objektes mit den in Patentanspruch 7 angegebenen Merkmalen.
  • Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zum Ermitteln von Objektkinematiken eines beweglichen Objektes mit den Schritten:
    Berechnen einer geschätzten Bewegungsrichtung des Objektes auf Basis einer prädizierten Position des Objektes und auf Basis der in sensorisch erfassten Radarmessdaten angegebenen Position des Objektes und
    Berechnen von kartesischen Kinematiken des Objektes in Abhängigkeit von einer gemessenen radialen Objektgeschwindigkeit und einem gemessenen Objektwinkel des Objektes, die in den Radarmessdaten des Objektes angegeben sind, und in Abhängigkeit von der berechneten geschätzten Bewegungsrichtung des Objektes.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine kartesische Position, Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung des Objektes iterativ in Abhängigkeit von den prädizierten Kinematiken des Objekts und den kartesischen Radarrohmessungskinematiken, welche durch die Bewegungsrichtungsschätzung sowie den polaren Rohkinematiken bestimmt werden, berechnet.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Abhängigkeit von der durch das lineare Trackingfilter iterativ berechneten prädizierten Position und iterativ berechneten prädizierten Geschwindigkeit des Objektes sensorisch erfasste Radarmessdaten zur Ermittlung der Radarmessdaten des betreffenden Objektes gefiltert.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die berechnete Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Objektes durch eine Auswerteeinheit eines Fahrerassistenzsystems zur Bereitstellung von Fahrerassistenzfunktionen ausgewertet.
  • Die Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt ein Radartrackingsystem mit den in Patentanspruch 11 angegebenen Merkmalen.
  • Die Erfindung schafft demnach ein Radartrackingsystem mit einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes, insbesondere in der Umgebung des Radartrackingsystems, mit:
    einem Kursberechnungsfilter zur Berechnung einer geschätzten Bewegungsrichtung des Objektes auf Basis einer prädizierten Position des Objektes und auf Basis der in Radarmessdaten des Objektes angegebenen Position des Objektes und mit einer Berechnungseinheit zur Berechnung von kartesischen Geschwindigkeiten der Radarrohmessungen in Abhängigkeit von einer gemessenen radialen Objektgeschwindigkeit und einem gemessenen Objektwinkel, die in den Radarmessdaten des Objektes angegeben sind, und in Abhängigkeit der durch das Kursberechnungsfilter berechneten geschätzten Bewegungsrichtung des Objektes.
  • Die Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug mit den in Patentanspruch 12 angegebenen Merkmalen.
  • Die Erfindung schafft demnach ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug, wobei das Fahrerassistenzsystem eine Auswerteeinheit aufweist, welche die von einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung berechnete Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung eines Objektes, insbesondere eines anderen Fahrzeuges in der Fahrzeugumgebung des Fahrzeuges, zur Bereitstellung von Fahrerassistenzfunktionen für den Fahrer des Fahrzeuges in Echtzeit auswertet.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems ist das bewegliche Objekt ein in der Fahrzeugumgebung des Fahrzeuges befindliches anderes Fahrzeug oder ein sonstiger Verkehrsteilnehmer, insbesondere ein Passant.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges ist das Fahrzeug ein Landfahrzeug bzw. Straßenfahrzeug, insbesondere Pkw oder Lkw.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges ist das Fahrzeug ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug oder Helikopter.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges ist das Fahrzeug ein Seefahrzeug, insbesondere ein Überwasserfahrzeug oder Unterwasserfahrzeug.
  • Die Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein Verkehrsüberwachungssystem mit den in Patentanspruch 15 angegebenen Merkmalen.
  • Die Erfindung schafft demnach ein Verkehrsüberwachungssystem zur Überwachung eines Luftverkehrs, eines Seeverkehrs oder eines Straßenverkehrs von Objekten innerhalb eines Überwachungsgebietes mit mindestens einer in dem Überwachungsgebiet vorgesehenen Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Ermittlung einer Objektkinematik der in dem Überwachungsgebiet befindlichen beweglichen Objekte.
  • Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der verschiedenen Aspekte der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer möglichen beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
  • 2 ein weiteres Blockschaltbild zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes;
  • 3 ein einfaches Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Objektkinematiken eines beweglichen Objektes;
  • 4 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes;
  • 5A, 5B, 5C schematische Darstellungen zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes.
  • Wie man aus 1 erkennen kann, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zwei Einheiten auf, nämlich ein Kursberechnungsfilter 2 und eine Berechnungseinheit 3. Das Kursberechnungsfilter bzw. Headingfilter 2 ist zur Berechnung einer geschätzten Bewegungsrichtung bzw. eines geschätzten Kurses eines beweglichen Objektes vorgesehen. Das Kursberechnungsfilter 2 berechnet die geschätzte Bewegungsrichtung des beweglichen Objektes dabei auf Basis einer prädizierten Position des getrackten Objektes und auf Basis der in Radarmessdaten des Objektes angegebenen aktuellen bzw. gemessenen Position des Objektes.
  • Die Berechnungseinheit 3 der Vorrichtung 1 ist zur Berechnung von kartesischen Geschwindigkeiten der Radarrohmessungen vorgesehen. Die Berechnungseinheit 3 berechnet die kartesischen Geschwindigkeiten in Abhängigkeit von einer gemessenen radialen Objektgeschwindigkeit und einem gemessenen Objektwinkel des Objektes, die in den Radarmessdaten des Objektes angegeben sind, sowie in Abhängigkeit der durch das Kursberechnungsfilter 2 berechneten geschätzten Bewegungsrichtung des Objektes. Das Kursberechnungsfilter 2 der Vorrichtung 1 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Kalman-Filter. Das Kalman-Filter wertet einen bekannten aktuellen Zustand eines Objektes bzw. Zielobjektes, d. h. dessen Position, Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit und ggf. Beschleunigung, aus und prädiziert daraus einen neuen Zustand des Zielobjektes zum Zeitpunkt der zuletzt vorgenommenen Radarmessung. Bei der Vornahme dieser Vorhersage erneuert das Kalman-Filter auch eine Schätzung des dabei entstehenden Fehlers bzw. eine Schätzung der Unsicherheit einer Prädiktion bzw. Vorhersage. Das Kalman-Filter filtert vorzugsweise einen gewichteten Durchschnittswert dieser Zustandsvorhersage und der zuletzt vorgenommenen Messung des jeweiligen Zustandes, wobei es die bekannten Messfehler der Radarmesseinheit sowie die eigene Unsicherheit aufgrund eines Zielobjekt-Bewegungsmodells mitberücksichtigt. Das Kalman-Filter führt ein Update seiner Schätzung hinsichtlich der Unsicherheit der Zustandsschätzung durch. Die Berechnung durch das Kalman-Filter erfolgt somit im Wesentlichen in zwei Unterschritten. Das Kalman-Filter erzeugt zunächst Schätzungen der aktuellen Zustandsvariablen zusammen mit deren Unsicherheiten bzw. Varianz. Sobald die nächsten Messdaten vorliegen, werden diese Schätzungen upgedatet bzw. erneuert unter Verwendung eines gewichteten Durchschnittswertes, wobei ein höheres Gewicht auf Schätzwerte mit höherer Gewissheit bzw. geringerer Varianz gelegt werden kann. Die Berechnung erfolgt dabei vorzugsweise rekursiv in Echtzeit, wobei die aktuell vorliegenden Messdaten und der zuvor berechnete Zustand sowie dessen Unsicherheitsmatrix verwendet werden. Das in 1 dargestellte Kursberechnungsfilter 2 der Vorrichtung 1 kann alternativ auch durch ein Tiefpassfilter implementiert sein. Das Kursberechnungsfilter 2 berechnet die geschätzte Bewegungsrichtung des Objektes. Da nur die Bewegungsrichtung des Objektes berechnet bzw. geschätzt wird, können diese Berechnungen durch das Kursberechnungsfilter 2 sehr schnell in Echtzeit durchgeführt werden.
  • Die Berechnungseinheit 3 führt eine Berechnung der kartesischen Geschwindigkeiten der Radarrohmessungen in Abhängigkeit der durch das Kursberechnungsfilter 2 berechneten geschätzten Bewegungsrichtung des Objektes sowie weiterer Messdaten durch, welche die gemessene radiale Objektgeschwindigkeit und den gemessenen Objektwinkel des Objektes umfassen, welche in den aktuellen Radarmessdaten, die von einer Radarmesseinheit geliefert werden, angegeben sind.
  • 2 zeigt in einem Blockschaltbild ein mögliches Ausführungsbeispiel für ein Radartrackingsystem, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung 1 weist ein Kursberechnungsfilter 2 und eine Berechnungseinheit 3 auf. Die Berechnungseinheit 3 berechnet die kartesischen Geschwindigkeiten der Rohmessungen und gibt diese über eine Leitung 4 an ein lineares Trackingfilter 5 des Radartrackingsystems ab. Das Radartrackingsystem verfügt ferner bei der dargestellten Ausführungsform über ein JPDA(Joint Probabilistic Data Association)-Filter 6, das sensorisch erfasste Radarmessdaten RMD zur Ermittlung von Radarmessdaten des betreffenden Objektes filtert. Die Radarmessdaten RMD des betreffenden Objektes enthalten dabei die aktuelle Position des Objektes xK, yK. Das lineare Trackingfilter 5 berechnet eine kartesische Position, Geschwindigkeit und eine Beschleunigung des Objektes bzw. Zielobjektes iterativ in Abhängigkeit von den durch die Berechnungseinheit 3 berechneten kartesischen Geschwindigkeiten der durch JPDA assoziierten Rohmessungen und der in einer Prädizierungseinheit 11 prädizierten Objektkinematiken. Die kartesischen Positionen der assoziierten Radarmessdaten RMD des betreffenden Objektes werden von dem JPDA-Filter 6 über die Signalleitungen 7 an das lineare Trackingfilter 5 abgegeben, wie in 2 dargestellt. Die in den Radarmessdaten RMD gemessene Position des Objektes wird von dem JPDA-Filter 6 zudem über die Leitung 8 an das Kursberechnungsfilter 2 der Vorrichtung 1 abgegeben, wie ebenfalls in 2 dargestellt. Weiterhin enthalten die Radarmessdaten RMD des Objektes die gemessene radiale Objektgeschwindigkeit und den gemessenen Objektwinkel des Objektes, welche von dem JPDA-Filter 6 über Signalleitungen 9 der Berechnungseinheit 3 der Vorrichtung 1 zugeführt werden. Das JPDA-Filter 6 ist eingangsseitig mit einer Radarmesseinheit verbunden und enthält alle Radarmessdaten RMD von verschiedenen Objekten in der Umgebung des Radartrackingsystems. Das JPDA-Filter 6 assoziiert somit erhaltene Radarmessdaten RMD mit zugehörigen beweglichen bereits getrackten Objekten in der Umgebung. Das JPDA-Filter 6 filtert in Abhängigkeit von der durch die Prädizierungseinheit 11 iterativ berechneten prädizierten Position und der iterativ berechneten prädizierten Geschwindigkeit des Objektes sensorisch erfasste Radarmessdaten RMD, die es von der Radarmesseinheit erhält, zur Ermittlung von Radarmessdaten des betreffenden Objektes bzw. Zielobjektes. Die von dem linearen Trackingfilter 5 upgedateten Kinematiken, d. h., Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Objektes können an eine nachgeschaltete Auswerteeinheit eines Fahrerassistenzsystems ausgegeben werden. Darüber hinaus werden die berechneten Objektkinematiken, welche die Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des beweglichen Objektes aufweisen, in einer rekursiven Schleife über eine Leitung 10 an die Prädiktionseinheit bzw. das Prädiktionsfilter 11 für den nächsten Berechnungszyklus zurückgeführt, wie in 2 dargestellt. Das Prädiktionsfilter 11 prädiziert die an den linearen Trackingfilter 5 abgegebenen Werte, wobei das Kursberechnungsfilter bzw. Headingfilter 2 über eine Leitung 12 die prädizierte Position des Objektes erhält. Das JPDA-Filter 6 erhält von dem Prädiktionsfilter 11 die prädizierte Position und die prädizierte Geschwindigkeit des Objektes über eine Leitung 13. Weiterhin erhält das lineare Trackingfilter 5 über eine Leitung 14 die prädizierte Position, die prädizierte Geschwindigkeit und/oder die prädizierte Beschleunigung des Objektes zum letzten Berechnungszyklus über die Leitung 14, sodass eine rekursive Berechnung vorgenommen werden kann. Mithilfe des JPDA-Filters 6 können die Clustermessungen relevanten getrackten Zielobjekten zugeordnet werden. Mit Hilfe der prädizierten Position und Positionsmessungen kann die Bewegungsrichtung bzw. der Kurs des Zielobjektes geschätzt werden. Basierend auf dem berechneten Kurs bzw. der berechneten Bewegungsrichtung werden durch die Berechnungseinheit 3 auf Basis der gemessenen radialen Objektgeschwindigkeit und des gemessenen Objektwinkels die kartesischen Geschwindigkeiten berechnet. Die berechneten kartesischen Geschwindigkeiten werden zusammen mit den kartesischen Positionsmessdaten RMD des betreffenden Objektes als normale kartesische Messeingangsdaten für das lineare Trackingfilter 5 verwendet, das als Ausgangsgrößen die upgedatete Position, die upgedatete Geschwindigkeit und die upgedatete Beschleunigung des Objektes sowie die zugehörigen Standardabweichungen berechnet. Berechnungstechnisch aufwendige nichtlineare Datentransformationen können hierdurch vermieden werden, sodass die notwendige Rechenzeit vermindert wird. Mithilfe des Kursberechnungsfilters bzw. Headingfilters 2 ist es möglich, die Radarrohmessdaten RMD, d. h. insbesondere Bereich, Winkel und radiale Dopplergeschwindigkeit, in Messdaten eines kartesischen Koordinatensystems für das lineare Trackingfilter 5 umzuwandeln. Die upgedateten Daten werden in einer rekursiven Berechnungsschleife rückgeführt. Dies erlaubt einen ständigen Vergleich mit aktuellen Positionsmessungen und dient einer genauen Schätzung einer Standardabweichung des momentanen Kurses des Objektes.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Objektkinematiken eines beweglichen Objektes.
  • In einem ersten Schritt S1 erfolgt eine Berechnung einer geschätzten Bewegungsrichtung des Objektes auf Basis einer prädizierten Position des getrackten Objektes und auf Basis der in sensorisch erfassten Radarmessdaten RMD angegebenen Position des Objektes.
  • In einem weiteren Schritt S2 werden kartesische Geschwindigkeiten der Rohmessungen in Abhängigkeit von einer gemessenen radialen Objektgeschwindigkeit und einem gemessenen Objektwinkel des Objektes, die in den Radarmessdaten RMD des Objektes angegeben sind, und in Abhängigkeit von der berechneten geschätzten Bewegungsrichtung des Objektes berechnet. Das in 3 dargestellte erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in Echtzeit durch eine Vorrichtung eines Radartrackingsystems ausgeführt.
  • 4 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß 1 Teil eines Radartrackingsystems 15, welches Radarmessdaten RMD von einer Radarmesseinheit 16 fortlaufend erhält. Die Radarmesseinheit 16 und das Radartrackingsystem 15 befinden sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Karosserie eines Fahrzeuges 17. Dieses Fahrzeug 17 verfügt über ein Fahrerassistenzsystem 18. Das Fahrerassistenzsystem 18 verfügt über eine Auswerteeinheit bzw. eine Datenverarbeitungseinheit 19. Die Auswerteeinheit 19 erhält von dem Radartrackingsystem 15 fortlaufend Ausgangsdaten, die von dem linearen Trackingfilter 5 einer in dem Radartrackingsystem 15 enthaltenen Vorrichtung 1 zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes abgegeben werden. Das lineare Trackingfilter 5 der Vorrichtung 1 berechnet fortlaufend rekursiv in Echtzeit eine Position, eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung eines Objektes in der Umgebung des Fahrzeuges 17. Die Auswerteeinheit 19 des Fahrerassistenzsystems 18 wertet die von dem linearen Trackingfilter 5 abgegebenen Daten, welche die Position, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung eines oder mehrerer Objekte in der Umgebung des Fahrzeuges 17 umfassen, zur Bereitstellung von Fahrerassistenzfunktionen für den Fahrer des Fahrzeuges 17 in Echtzeit aus. Diese Fahrerassistenzfunktionen umfassen beispielsweise Lenkvorgänge, um Kollisionen mit anderen Objekten, insbesondere anderen Fahrzeugen, zu vermeiden. Wie in 4 dargestellt, bewegt sich das Fahrzeug 17 auf einer rechten Fahrspur einer Straße mit einer Geschwindigkeit V, wobei sich vor dem Fahrzeug 17 als Objekt ein weiteres Fahrzeugobjekt 20-A befindet. Hinter dem Fahrzeug 17 bewegt sich als Objekt B ein zweites Fahrzeug 20-B in die gleiche Richtung. Darüber hinaus ist in 4 ein drittes Objekt bzw. Fahrzeugobjekt 20-C dargestellt, welches auf der Gegenspur an dem Fahrzeug 17 vorbeifährt.
  • Die in dem Radartrackingsystem 15 des Fahrzeuges 17 integrierte Vorrichtung 1 ist geeignet, Objektkinematiken verschiedener beweglicher Objekte bzw. Fahrzeuge in der Umgebung des Fahrzeuges 17 zu ermitteln und für eine Auswerteeinheit 19 eines Fahrerassistenzsystems 18 zur weiteren Datenauswertung bereitzustellen. Bei den Objekten kann es sich um beliebige Verkehrsteilnehmer, beispielsweise Fahrzeuge oder Passanten, handeln. Bei dem Straßenfahrzeug 17 handelt es sich vorzugsweise um einen Pkw oder Lkw. Alternativ kann es sich bei dem Fahrzeug 17 auch um ein Luftfahrzeug oder um ein Seefahrzeug handeln. Die Objekte bzw. Zielobjekte können auch Fahrzeuge, beispielsweise Luftfahrzeuge, Seefahrzeuge oder Landfahrzeuge, aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei den Luftfahrzeugen um Passagierjets oder Privatflugzeuge, um Helikopter oder Drohnen handeln. Die Objektkinematiken der in der Umgebung des Fahrzeuges 17 befindlichen Objekte können zwei- oder dreidimensional ermittelt werden. Die berechneten kartesischen Geschwindigkeiten des Objektes umfassen demzufolge mindestens zwei, vorzugsweise drei, Koordinaten.
  • Die 5A, 5B, 5C dienen zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes. Zur Zykluszeit t1 bewegt sich ein bewegliches Zielobjekt 20 auf eine bisherige Bewegungsrichtung bzw. auf einen bisherigen Kurs K1. Die gemessene zugehörige Zielposition ZP ist ebenfalls in 5A dargestellt. In 5A ist die aufgrund der korrigierten Bewegungsrichtung bzw. des korrigierten berechneten Kurses K2 Fahrspur dargestellt. Die Fahrspur des Objektes 20 ist als durchgezogene Linie dargestellt. Der korrigierte Kurs K2 wird für den nächsten Berechnungszyklus t2 zum bisherigen Kurs K1' und wird aufgrund der ausgewerteten Radarmessdaten des zugehörigen Objektes 20 erneut korrigiert zu einem Kurs K2', wie in 5B gezeigt. Demzufolge neigt sich die Spur des Objektes 20 in Richtung auf den korrigierten Kurs K2', wie in 5B dargestellt. Der korrigierte Kurs K2' wird zum bisherigen Kurs K1'' und es erfolgt eine erneute Korrekturänderung auf den Kurs K2'' entsprechend der ausgewerteten Radarmessdaten des Objektes 20 zur Zykluszeit t3, wie in 5C dargestellt. Das Kursberechnungsfilter 2 ermittelt somit auf Basis einer bisherigen Schätzung und auf Grundlage neuer Messdaten fortlaufend einen aktuellen Kurs des Zielobjektes. Falls die in den Messdaten angegebene neue Position des Zielobjektes sich nicht an der zuvor geschätzten Kursrichtung befindet, passt das Kursberechnungsfilter bzw. Headingfilter 2 seine Schätzung an die neuen Messdaten und die bisherige Schätzung sowie deren Varianz an. Das Kursberechnungsfilter 2 ist in der Lage, einen Großteil des Messrauschens (Stabilität) herauszufiltern und ist ferner in der Lage, seine Schätzung auf Basis der neuen bzw. letzten Messdaten schnell anzupassen (Flexibilität). Bei einer möglichen Ausführungsform kann das Kursberechnungsfilter 2 durch ein Tiefpassfilter implementiert werden. Die Ausgangsdaten des Kursberechnungsfilters 2 können die geschätzte Bewegungsrichtung des Zielobjektes 20 und dessen Varianz aufweisen. Das Tiefpassfilter, welches bei einer möglichen Ausführungsform als Kursberechnungsfilter 2 dient, kann bei einer möglichen Ausführungsform wie folgt implementiert werden: θ = f(V1, V2) × θalt + (1 – f(V1, V2)) × θgemessen, wobei
    • θalt
    die geschätzte Bewegungsrichtung des letzten Berechnungszyklus darstellt,
    θgemessen
    die gemessene Bewegungsrichtung des Objektes des derzeitigen aktuellen Berechnungszyklus,
    f(V1, V2)
    eine Gewichtungsfunktion der geschätzten und gemessenen Varianzen V1, V2 der Bewegungsrichtungen darstellt und
    θ
    die geschätzte Bewegungsrichtung des Objektes im derzeitigen aktuellen Berechnungszyklus ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Ermittlung einer Objektkinematik kann auch für ein Verkehrsüberwachungssystem eingesetzt werden. Dieses Verkehrsüberwachungssystem dient zur Überwachung eines Luftverkehrs, eines Seeverkehrs oder eines Straßenverkehrs, in dem sich verschiedene Verkehrsteilnehmer bzw. bewegliche Objekte 20 innerhalb eines Überwachungsgebietes des Überwachungssystems bewegen. Das Überwachungssystem umfasst dabei mindestens eine Vorrichtung 1 zur Ermittlung von Objektkinematiken verschiedener beweglicher Objekte innerhalb des Überwachungsgebietes, wie sie in 1 dargestellt ist. Dabei können die Objektkinematiken verschiedener beweglicher Objekte in Echtzeit mit sehr geringer Latenz bzw. Verzögerungszeit berechnet werden, sodass die Reaktionszeit des Verkehrsüberwachungssystems niedrig ist. Hierdurch können insbesondere Kollisionen zwischen verschiedenen Objekten 20 innerhalb des Überwachungsgebietes zuverlässig und sicher vermieden werden. Bei einer möglichen Ausführungsform werden die von dem Verkehrsüberwachungssystem ermittelten Objektkinematiken verschiedener beweglicher Objekte 20 drahtlos über eine Funkschnittstelle an die verschiedenen Objekte in dem Überwachungsgebiet übertragen. Auf diese Weise werden bewegliche Objekte 20, beispielsweise Luft- oder Straßenfahrzeuge, ständig über die Objektkinematik und/oder und den aktuellen Kurs bzw. die aktuelle Bewegungsrichtung anderer in seiner Nähe befindlicher Objekte informiert und können entsprechend reagieren, insbesondere zur Kollisionsvermeidung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zur Ermittlung einer Objektkinematik
    2
    Kursberechnungsfilter
    3
    Berechnungseinheit
    4
    Leitung
    5
    Trackingfilter
    6
    IPDA-Filter
    7
    Leitung
    8
    Leitung
    9
    Leitung
    10
    Leitung
    11
    Filter
    12
    Leitung
    13
    Leitung
    14
    Leitung
    15
    Radartrackingsystem
    16
    Radarmesseinheit
    17
    Fahrzeug
    18
    Fahrerassistenzsystem
    19
    Auswerteeinheit
    20
    Zielobjekt

Claims (15)

  1. Vorrichtung (1) zur Ermittlung einer Objektkinematik eines beweglichen Objektes (20) mit: – einem Kursberechnungsfilter (2) zur Berechnung einer geschätzten Bewegungsrichtung (θ ^ + / K) des Objektes (20) auf Basis einer prädizierten Position (x ^ – / K, y ^ – / K) des getrackten Objektes (20) und auf Basis der in Radarmessdaten (RMD) des Objektes angegebenen Position (xK, yK) des Objektes (20); und mit – einer Berechnungseinheit (3) zur Berechnung von kartesischen Geschwindigkeiten (VxK, YyK) des Objektes (20) in Abhängigkeit von einer gemessenen radialen Objektgeschwindigkeit (VradK) und einem gemessenen Objektwinkel (ϕK), die in den Radarmessdaten (RMD) des Objektes (20) angegeben sind, und in Abhängigkeit der durch das Kursberechnungsfilter (2) berechneten geschätzten Bewegungsrichtung (θ ^K) des Objektes (20).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem linearen Trackingfilter (5), das eine Position (x ^ + / K, y ^ + / K), eine Geschwindigkeit (V ^ + / xK, V ^ + / yK) und/oder eine Beschleunigung (a ^ + / xK, a ^ + / yK) des Objektes (20) iterativ in Abhängigkeit von den durch die Berechnungseinheit (3) berechneten kartesischen Geschwindigkeiten (VxK, VyK) der Rohmessungen, der in den Radarmessdaten angegebenen Position (XK, YK) des Objektes (20) sowie den in einem Prädiktionsfilter (11) prädizierten Objektkinematiken des vorherigen Berechnungszyklus berechnet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem JPDA-Filter (6), das in Abhängigkeit von der durch das lineare Trackingfilter (5) iterativ berechneten prädizierten Position (x ^ – / K, y ^ – / K) und der iterativ berechneten prädizierten Geschwindigkeit (V ^ – / xK, V ^ – / yK) des Objektes (20) sensorisch erfasste Radarmessdaten zur Ermittlung der Radarmessdaten des betreffenden Objektes (20) assoziiert.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die von dem linearen Trackingfilter (5) berechnete Position (x ^ + / K, y ^ + / K), Geschwindigkeit (V ^ + / xK, V ^ + / yK) und/oder Beschleunigung (a ^ + / xK, a ^ + / yK) des Objektes (20) an eine Auswerteeinheit (19) eines Fahrerassistenzsystems (18) ausgegeben werden.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kursberechnungsfilter (2) ein Kalman-Filter ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kursberechnungsfilter (2) ein Tiefpassfilter ist.
  7. Verfahren zum Ermitteln von Objektkinematiken eines beweglichen Objektes (20) mit den folgenden Schritten: – Berechnen (S1) einer geschätzten Bewegungsrichtung (θ ^ + / K) des Objektes auf Basis einer prädizierten Position (x ^ – / K, y ^ – / K) des Objektes (20) und auf Basis der in sensorisch erfassten Radarmessdaten (RMD) angegebenen Position (xK, yK) des Objektes (20); und – Berechnen (S2) von kartesischen Geschwindigkeiten (VxK, VyK) des Objektes (20) in Abhängigkeit von einer gemessenen radialen Objektgeschwindigkeit (VradK) und einem gemessenen Objektwinkel (ϕK) des Objektes (20), die in den Radarmessdaten (RMD) des Objektes angegeben sind, und in Abhängigkeit von der berechneten geschätzten Bewegungsrichtung (ϕ ^ + / K) des Objektes (20).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Position (x ^ + / K, y ^ + / K), eine Geschwindigkeit (V ^ + / xK, V ^ + / yK) und/oder eine Beschleunigung (a ^ + / xK, a ^ + / yK) des Objektes (20) iterativ in Abhängigkeit von der berechneten kartesischen Geschwindigkeit (VxK, VyK) der Radarmessungen (des Objektes) (20), der in den Radarmessdaten (RMD) angegebenen Position (XK, YK) des Objektes (20) sowie der prädizierten Objektkinematiken berechnet werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei in Abhängigkeit von der durch das Prädiktionsfilter (11) iterativ berechneten prädizierten Position (x ^ – / K, y ^ – / K) und iterativ berechneten prädizierten Geschwindigkeit (V ^ – / xK, V ^ – / yK) des Objektes (20) sensorisch erfasste Radarmessdaten zur Ermittlung der Radarmessdaten des betreffenden Objektes (20) (gefiltert) assoziiert werden.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 oder 9, wobei die berechnete Position (x ^ + / K, y ^ + / K), Geschwindigkeit (V ^ + / xK, V ^ + / yK) und/oder Beschleunigung (a ^ + / xK, a ^ + / yK) des Objektes (20) durch eine Auswerteeinheit (19) eines Fahrerassistenzsystems (18) zur Bereitstellung von Fahrerassistenzfunktionen ausgewertet werden.
  11. Radartrackingsystem (15) mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6.
  12. Fahrerassistenzsystem (18) für ein Fahrzeug (17), wobei das Fahrerassistenzsystem (18) eine Auswerteeinheit (19) aufweist, welche die von der Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6 berechnete Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung mindestens eines Objektes (20) zur Bereitstellung von Fahrerassistenzfunktionen für den Fahrer des Fahrzeuges (17) in Echtzeit auswertet.
  13. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 12, wobei das bewegliche Objekt (20) ein in der Fahrzeugumgebung des Fahrzeuges (17) befindliches anderes Fahrzeug oder ein sonstiger Verkehrsteilnehmer, insbesondere ein Passant, ist.
  14. Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei das Fahrzeug (17) ein Luftfahrzeug, ein Seefahrzeug oder ein Landfahrzeug aufweist.
  15. Verkehrsüberwachungssystem zur Überwachung eines Luftverkehrs, eines Seeverkehrs oder eines Straßenverkehrs von Objekten (20) innerhalb eines Überwachungsgebietes mit mindestens einer in dem Überwachungsgebiet vorgesehenen Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6 zur Ermittlung einer Objektkinematik der in dem Überwachungsgebiet befindlichen beweglichen Objekte (20).
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