DE102017007961A1 - Method and device for detecting a fault condition of a radar sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Störzustandes eines Radarsensors aufgrund wenigstens eines Störsignals in einem Empfangssignal des Radarsensors (1), bei dem das Empfangssignal, vorzugsweise nach einer analogen Aufbereitung, abgetastet und einer digitalen Signalverarbeitung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem abgetasteten Empfangssignal und/oder während der digitalen Signalverarbeitung wenigstens ein Datensatz oder ein Datenstrom gewonnen wird, der einem lernenden Klassifikator (23) zugeführt wird, mit dem ein Vorhandensein und/oder eine Art des Störzustands abgeschätzt wird.The invention relates to a method and a device for detecting a fault condition of a radar sensor due to at least one interference signal in a received signal of the radar sensor (1), in which the received signal, preferably after analog processing, is sampled and subjected to digital signal processing, characterized in that from the sampled received signal and / or during the digital signal processing at least one data set or a data stream is obtained, which is supplied to a learning classifier (23) with which a presence and / or a type of the fault condition is estimated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Störzustandes eines Radarsensors aufgrund wenigstens eines Störsignals in einem Empfangssignal des Radarsensors, bei dem das Empfangssignal, vorzugsweise nach einer analogen Vorverarbeitung, abgetastet und einer digitalen Signalverarbeitung unterzogen wird, Die Erfindung betrifft im Weiteren eine Vorrichtung zum Erkennen wenigstens eines Störzustands eines Radarsensors aufgrund wenigstens eines Störsignals in einem Empfangssignal des Radarsensors, mit einer Empfangssignalaufbereitungseinheit, mit einem Analog-Digital-Wandler zur Abtastung des Empfangssignals und mit einer digitalen Signalverarbeitungseinheit zur digitalen Signalverarbeitung des abgetasteten Empfangssignals.The invention relates to a method for detecting a fault condition of a radar sensor due to at least one interference signal in a received signal of the radar sensor, in which the received signal, preferably after analog preprocessing, scanned and subjected to digital signal processing, the invention further relates to a device for detecting at least an interference condition of a radar sensor due to at least one interference signal in a reception signal of the radar sensor, with a reception signal processing unit, with an analog-to-digital converter for sampling the reception signal and with a digital signal processing unit for digital signal processing of the sampled reception signal.
Radarsensoren werden zunehmend in Kraftfahrzeugen eingesetzt, insbesondere in Fahrerassistenzsystemen oder im Rahmen von autonomen Fahrfunktionen. Mit der steigenden Verbreitung der Radarsensoren im Automobilbereich nimmt aber auch die Wahrscheinlichkeit zu, dass sich die Radarsensoren gegenseitig stören. So kann ein Radarsensor zusätzlich zum eigenen an Objekten in der Umgebung reflektierten Signal Signale anderer automobiler Radarsensoren empfangen, d. h. es kommt zu gegenseitigen Interferenzen. Zu Interferenzen führende Störsignale können jedoch nicht nur von im gleichen Frequenzbereich arbeitenden Fahrzeugradaren stammen, sondern auch von die gleiche Technologie nutzenden non-automotiven Anwendungen. Neben diesen unbeabsichtigt auftretenden gegenseitigen Störungen sind zusätzlich noch Störsignale denkbar, die gezielt zur Störung automotiver Radarsysteme erzeugt werden.Radar sensors are increasingly used in motor vehicles, especially in driver assistance systems or in the context of autonomous driving functions. But with the increasing popularity of radar sensors in the automotive industry, the likelihood of the radar sensors interfering with each other increases. Thus, a radar sensor can receive signals from other automotive radar sensors in addition to its own reflected signal on objects in the environment, d. H. it comes to mutual interference. However, interfering signals may originate not only from vehicle radars operating in the same frequency range, but also from non-automotive applications using the same technology. In addition to these unintentionally occurring mutual interference, it is also possible to introduce interference signals that are specifically generated to disrupt automotive radar systems.
Um die für das hochautomatisierte und das autonome Fahren erforderliche hohe Verfügbarkeit der Sensoren zu erreichen, müssen die Sensoren möglichst resistent gegenüber den geschilderten Störeinflüssen sein, d. h. es müssen geeignete sensorinterne oder externe Maßnahmen gefunden werden, mit denen der Einfluss der Störungen vermindert oder unterdrückt werden können. Grundlage hierfür ist jedoch zunächst, dass ein Störeinfluss an sich und dessen Art durch den Radarsensor erkannt wird.In order to achieve the high availability of the sensors required for highly automated and autonomous driving, the sensors must be as resistant as possible to the described disturbing influences, i. H. suitable sensor-internal or external measures must be found with which the influence of the disturbances can be reduced or suppressed. However, the basis for this is, first of all, that a disturbing influence per se and its type is detected by the radar sensor.
In aktuellen Fahrzeugradarsensoren eingesetzte Störerkenner werten eine Kombination bestimmter durch elektromagnetische Störungen beeinflusste Sensorparameter aus. Grundlage hierfür ist eine Modellierung auf Basis einfacher und eindeutiger Störszenarien. Der Aufwand für eine solche Modellierung steigt jedoch mit der Anzahl betrachteter Parameter signifikant an.In current vehicle radar sensors used Störerkenner evaluate a combination of certain influenced by electromagnetic interference sensor parameters. The basis for this is a modeling based on simple and clear sturgeon scenarios. However, the cost of such modeling increases significantly with the number of parameters considered.
Aus
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von wenigstens einem Störsignal in einem hochfrequenten Empfangssignal eines Radarsensors, insbesondere eines Fahrzeugs, anzugeben, mit denen eine verbesserte Erkennung eines Störzustands ermöglicht wird.The object of the invention is to provide a method and a device for detecting at least one interference signal in a high-frequency received signal of a radar sensor, in particular of a vehicle, with which an improved detection of a fault condition is made possible.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by a method and a device having the features of the
Um ein Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine verbesserte Erkennung eines Störzustands ermöglicht wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass aus dem abgetasteten Empfangssignal und/oder während der digitalen Signalverarbeitung wenigstens ein Datensatz oder ein Datenstrom gewonnen wird, der einem lernenden Klassifikator zugeführt wird, mit dem ein Vorhandensein und/oder eine Art des Störzustands abgeschätzt wird. Der lernende Klassifikator wird bevorzugt mittels maschinellem Lernen trainiert, wobei sich besonders Verfahren des überwachten maschinellen Lernens (supervised learning) eignen. Beispielsweise kann der Klassifikator in Form eines künstlichen neuronalen Netzes ausgebildet sein. Der Abtastung des Empfangssignals kann eine Aufbereitung des mit unmittelbar mit wenigstens einer Empfangsantenne des Radarsystems empfangenen Signals vorangehen, insbesondere eine rauscharme Vorverstärkung mit einem sog. LNA (low noise amplifier), eine Filterung in einer oder mehreren Filterstufen, eine Frequenzumsetzung in ein Zwischenfrequenzband oder in ein Basisband, eine Verstärkung und/oder eine Filterung im Zwischenfrequenzband bzw. im Basisband.In order to develop a method according to the preamble of
Bevorzugt wird das abgetastete Empfangssignal in einer mehrstufigen digitalen Signalverarbeitungseinheit verarbeitet, beispielsweise in einem digitalen Signalprozessor (DSP). Der wenigstens eine Datensatz oder der Datenstrom wird vor, in und/oder nach einer der Stufen der digitalen Signalverarbeitungseinheit gewonnen. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Datensatz oder der Datenstrom aus dem hochfrequenten Empfangssignal gewonnen werden.The sampled received signal is preferably processed in a multistage digital signal processing unit, for example in a digital signal processor (DSP). The at least one data set or the data stream is obtained before, in and / or after one of the stages of the digital signal processing unit. In this way, the at least one data record or the data stream can be obtained from the high-frequency received signal.
Besonders bevorzugt enthält das Empfangssignal wenigstens ein Nutzsignal und/oder das wenigstens eine Störsignal, wobei das wenigstens eine Störsignal eine Frequenz in einem Frequenzbereich aufweist, in dem das wenigstens eine Nutzsignal zu erwarten ist. Das wenigstens eine Nutzsignal wird beispielsweise durch Reflexion eines vom Radarsensor über wenigstens eine Sendeantenne ausgesendeten hochfrequenten Sendesignals an einem oder mehreren ruhenden oder bewegten Objekt erhalten. Das wenigstens eine Störsignal kann beispielsweise von einem im selben Frequenzbereich arbeitenden, anderen Radarsystem, insbesondere einem anderen Fahrzeug-Radarsensor, und/oder einem Störsender stammen.Particularly preferably, the received signal contains at least one useful signal and / or the at least one interference signal, wherein the at least one interference signal has a frequency in a frequency range in which the at least one useful signal is to be expected. The at least one useful signal is obtained, for example, by reflection of a radio-frequency transmitted by the radar sensor via at least one transmitting antenna high-frequency transmission signal to one or more stationary or moving object. The at least one interference signal can originate, for example, from another radar system operating in the same frequency range, in particular another vehicle radar sensor, and / or a jamming transmitter.
Insbesondere setzen der Radarsensor und das die Störsignale erzeugende Radarsystem unterschiedliche oder gleiche Radartechnologien einsetzen, insbesondere jeweils entweder FMCW-Radar inkl. Chirp Sequence – oder Pulsradar- oder OFDM – oder Pseudo Noise(PN)-Technologie.In particular, the radar sensor and the radar system generating the interfering signals use different or identical radar technologies, in particular in each case either FMCW radar including chirp sequence or pulse radar or OFDM or pseudo noise (PN) technology.
Besonders bevorzugt wird zu einem Training des lernenden Klassifikators der Radarsensor einer Vielzahl von bekannten elektromagnetischen Szenarien und/oder bekannten Störzuständen ausgesetzt, bei denen das über wenigstens eine Empfangsantenne empfangene hochfrequente Empfangssignal jeweils ein oder mehrere bekannte Nutzsignale und/oder ein oder mehrere bekannte Störsignale enthält. Die jeweils aus den hochfrequenten Empfangssignalen gewonnenen Datensätze oder Datenströme werden jeweils dem oder den bekannten elektromagnetischen Szenarien und/oder bekannten Störzuständen mit den zugehörigen bekannten Nutzsignalen und/oder bekannten Störsignalen zugeordnet, wobei auf Basis der Zuordnung eine Abschätzung auf Vorhandensein und/oder Art des Störzustands erfolgt. Dem Klassifikator kann so insbesondere die Fähigkeit antrainiert werden, Assoziationen herzustellen und auf die wahrscheinliche Zusammensetzung des Empfangssignals, d. h. auf darin enthaltene Nutz- und/oder Störsignale zu schließen bzw. eine Abschätzung bezüglich Vorhandensein und/oder Art des Störzuständs abzugeben. Insbesondere können beim Training des lernenden Klassifikators zu den Nutz- bzw. Störsignalen jeweils eine Zeitfunktion (Amplitude bzw. Leistung über der Zeit), ein Spektrum, eine Modulation, Frequenz- und/oder Phasenverschiebung, Ort, Geschwindigkeit, und/oder eingesetzte Technologie der die Nutz- bzw. Störsignale erzeugenden Radarquellen bekannt sein.For a training of the learning classifier, the radar sensor is particularly preferably exposed to a multiplicity of known electromagnetic scenarios and / or known interference states in which the high-frequency received signal received via at least one receiving antenna contains one or more known useful signals and / or one or more known interference signals. The respective data sets or data streams obtained from the high-frequency received signals are respectively assigned to the known electromagnetic scenarios and / or known interference states with the associated known useful signals and / or known interference signals, wherein an estimate of the presence and / or type of the interference state is based on the assignment he follows. The classifier can thus be trained in particular the ability to create associations and to the probable composition of the received signal, i. H. to conclude useful and / or disturbing signals contained therein or to make an estimate regarding the presence and / or type of Störzuständs. In particular, when training the learning classifier to the useful or interfering signals each have a time function (amplitude or power over time), a spectrum, a modulation, frequency and / or phase shift, location, speed, and / or technology used the useful or disturbing signals generating radar sources be known.
Insbesondere werden die bekannten Nutzsignale von einem Simulator ausgesendet und/oder entstehen durch Reflexion eines vom Radarsensor über wenigstens eine Sendeantenne ausgesendeten hochfrequenten Sendesignals an sich an bekannten Positionen befindenden und/oder sich in bekannter Weise relativ zum Radarsensor bewegenden Objekten. Alternativ oder in Kombination werden die bekannten Störsignale von wenigstens einem sich an einer bekannten Position befindenden und/oder sich in bekannter Weise relativ zum Radarsensor bewegenden Radarsystem erzeugt.In particular, the known useful signals are emitted by a simulator and / or arise by reflection of a transmitted by the radar sensor via at least one transmitting antenna high-frequency transmission signal at known positions and / or moving in a known manner relative to the radar sensor objects. Alternatively or in combination, the known interference signals are generated by at least one radar system located at a known position and / or moving in a known manner relative to the radar sensor.
Vorzugsweise setzen der Radarsensor und das die bekannten Störsignale erzeugende Radarsystem unterschiedliche oder gleiche Radartechnologien ein, insbesondere jeweils FMCW-Radar- oder Pulsradar-Technologie.The radar sensor and the radar system generating the known interference signals preferably use different or identical radar technologies, in particular FMCW radar or pulse radar technology in each case.
Um eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 8 derart weiterzubilden, dass eine verbesserte Erkennung eines Störzustands ermöglicht wird, ist erfindungsgemäß eine Prozessor- und Speichereinheit vorgesehen, auf der ein lernenden Klassifikator implementiert ist, zur Abschätzung eines Vorhandenseins und/oder einer Art des Störzustands auf Basis wenigstens eines unmittelbar oder mittelbar aus dem abgetasteten Empfangssignal gewonnenen Datensatzes oder eines unmittelbar oder mittelbar aus dem abgetastetem Empfangssignal gewonnenen Datenstroms.In order to further develop a device according to the preamble of independent claim 8 such that an improved detection of a fault condition is made possible, according to the invention a processor and memory unit is provided on which a learning classifier is implemented for estimating a presence and / or a type of fault condition on the basis of at least one data record obtained directly or indirectly from the sampled received signal or a data stream obtained directly or indirectly from the sampled received signal.
Bevorzugt weist die digitale Signalverarbeitungseinheit mehrere Stufen auf. Ferner ist bevorzugt eine mit der Prozess- und Speichereinheit mittelbar oder unmittelbar verbundene Ausleiteinheit zur Ausleitung wenigstens eines Datensatzes oder eines Datenstromes vor, aus oder nach einer der Stufen vorgesehen.The digital signal processing unit preferably has several stages. Furthermore, a derivation unit indirectly or directly connected to the process and storage unit is preferably provided for discharging at least one data set or data stream before, from, or after one of the stages.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass der Aufwand für eine Modellierung von Störszenarien, der mit der Anzahl betrachteter Parameter signifikant ansteigt, vermieden wird. Die Nutzung eines Machine-Learning basierten Klassifikators bedingt lediglich die Bereitstellung von verschiedenen elektromagnetischen Trainingsszenarien, welche auch komplex und unscharf sein können. Durch Trainieren des lernenden Klassifikators mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Trainingsszenarien lässt sich die Genauigkeit bzw. Treffsicherheit des Klassifikators erhöhen. Auf diese Weise ist eine präzisere und detailliertere Erkennung eines Störzustands an sich und der Art der Störung möglich.The particular advantage of the method according to the invention and the device according to the invention is that the outlay for modeling disturbance scenarios, which increases significantly with the number of parameters considered, is avoided. The use of a machine learning based classifier requires only the provision of different electromagnetic training scenarios, which can be complex and blurred. By training the learning classifier with a variety of different training scenarios, the accuracy or Increase the accuracy of the classifier. In this way, a more precise and detailed detection of a fault condition per se and the nature of the fault is possible.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details emerge from the following description in which an exemplary embodiment is described with reference to the drawing. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
Es zeigen:Show it:
Die digitale Signalverarbeitungseinheit
- – Beobachtung der Kontur des Rauschteppichs über alle Entfernungs-, Doppler-, Winkelbereiche (nach den Entfernungs-, Doppler-, Winkel-FFT's)
- – Beobachtung des Verlaufs von Zielechos über alle Entfernungs-, Doppler-, Winkelbereiche (z. B. Verschmierung, Verbreiterung, Unterbrechung, Zerfall in Einzelziele, Auftreten eines zusätzlichen Ziels („Geisterziel”), Wegfall eines beobachteten Ziels, Verringerung der Beobachtungsreichweite eines Ziels).
- - observation of the contour of the noise carpet over all distance, Doppler, angle ranges (after the distance, Doppler, angle FFT's)
- - Observing the course of target echoes across all range, Doppler, angular ranges (eg smearing, broadening, interruption, decay into individual targets, occurrence of an additional target ("ghost target"), elimination of an observed target, reduction of the observation range of a target ).
Nachfolgend können entsprechend des erkannten Störzustands bzw. eines oder mehrerer Störsignale geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Rein beispielhaft seien diverse Maßnahmen aufgeführt, die einzeln oder in Kombination, eingesetzt werden könnten.Subsequently, appropriate countermeasures can be initiated according to the detected fault condition or one or more interference signals. Purely by way of example, various measures are listed, which could be used individually or in combination.
So kann im Raum-/Winkelbereich beispielsweise eine adaptive Störunterdrückung durch elektronische Antennendiagrammformung vorgenommen werden, wenn eine digitale Strahlformung (Digital Beamforming) im Empfangsfall möglich ist.Thus, in the space / angle range, for example, adaptive interference suppression can be performed by electronic antenna pattern shaping if digital beamforming is possible in the case of reception.
Im Zeitbereich kann beispielsweise eine Rekonstruktion des gestörten Modulations-Zeitsignals (z. B. Rampen) erfolgen.In the time domain, for example, a reconstruction of the disturbed modulation time signal (eg ramps) can take place.
Im Frequenzbereich ist insbesondere ein Herausfiltern des bekannten Störspektrums möglich. Als weitere Gegenmaßnahmen können eine Kodierung des Radar-Sendesignals, eine gegenseitige Verständigung von aufeinander schauenden Radaren (eine entsprechendende Kommunikationsmöglichkeit vorausgesetzt), Anwendung einer „Listen before Talk”-Technologie und/oder einer „Detect and Avoid”-Technologie vorgesehen sein.In the frequency domain in particular a filtering out of the known interference spectrum is possible. As further countermeasures, a coding of the radar transmission signal, a mutual understanding of successive radars (assuming a corresponding communication possibility), application of a "listen before talk" technology and / or a "detect and avoid" technology can be provided.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.While the invention has been further illustrated and explained in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be made by those skilled in the art can be derived without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not to be construed in any way as limiting the scope, applicability, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and description enable the skilled artisan to practice the exemplary embodiments, and those of skill in the knowledge of the disclosed inventive concept may make various changes, for example, to the function or arrangement of particular elements recited in an exemplary embodiment. without departing from the scope defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanation in the description.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Radarsensorradar sensor
- 33
- Empfangsantennereceiving antenna
- 55
- Sendeantennetransmitting antenna
- 77
- EmpfangssignalaufbereitungseinheitReception signal processing unit
- 99
- Mischermixer
- 1111
- Lokal-OszillatorLocal oscillator
- 1313
- Filterfilter
- 1515
- Verstärkeramplifier
- 1717
- Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
- 1919
- digitale Signalverarbeitungseinheitdigital signal processing unit
- 19'19 '
- Stufe der digitalen SignalverarbeitungseinheitStage of the digital signal processing unit
- 19''19 ''
- Stufe der digitalen SignalverarbeitungseinheitStage of the digital signal processing unit
- 19'''19 '' '
- Stufe der digitalen SignalverarbeitungseinheitStage of the digital signal processing unit
- 2020
- AusleiteinheitAusleiteinheit
- 2121
- Prozessor- und SpeichereinheitProcessor and memory unit
- 2323
- lernender Klassifikatorlearning classifier
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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