DE102019110779A1

DE102019110779A1 - Differential-phasenbasierter detektor

Info

Publication number: DE102019110779A1
Application number: DE102019110779.2A
Authority: DE
Inventors: Moshe Levy-Israel; Igal Bilik
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2019-11-07
Also published as: CN110441774A; US20190339376A1

Abstract

Ein Fahrzeug, ein Fahrzeugsystem und ein Verfahren zum Erkennen eines Objekts. Das Fahrzeugsystem beinhaltet eine Multi-Input-Multi-Output-(MIMO)-Radaranordnung sowie einen Prozessor. Die MIMO-Radaranordnung ist so konfiguriert, dass sie ein Radarsignal vom Objekt erhält. Der Prozessor ist konfiguriert, um eine Differentialphase des Radarsignals für die MIMO-Anordnung zu bestimmen, eine Wahrscheinlichkeitskarte aus einem Zeichen der Differentialphase zu erzeugen und die Erkennung des Objekts zu bestätigen

Description

EINLEITUNG
Die Offenbarung bezieht sich auf die Reduzierung des Auftretens von Fehlalarmen in Kraftfahrzeug-Radarsystemen, und insbesondere auf ein System und Verfahren zur Signalerkennung basierend auf einer Differenzphase einer Radaranordnung eines Fahrzeugs.
Viele Fahrzeuge beinhalten Radarsysteme zum Bestimmen von Parametern eines Objekts in einer Umgebung des Fahrzeugs, wie beispielsweise eine Reichweite und Geschwindigkeit des Objekts in Bezug auf das Fahrzeug. Die Bestimmung dieser Parameter ermöglicht es dem Fahrer oder einem autonomen Antriebssystem des Fahrzeugs, eine Maßnahme zu ergreifen, um den Kontakt mit dem Objekt zu vermeiden. Ein Multi-Input-Multi-Output-(MIMO)-Radarsystem in einem Fahrzeug sendet eine Abfolge von Signalen in die Umgebung und empfängt Reflexionen der übertragenen Signale von dem Objekt. Die reflektierten Signale erzeugen Energiespitzen in einem Frequenzraum. Eine Erkennung des Objekts wird für eine Spitze mit einer Intensität bestimmt, die einen ausgewählten Schwellenwert überschreitet. Aufgrund von Rauschen und anderen Eigenschaften des Radarsystems ist es möglich, dass Fehlalarme oder, mit anderen Worten, Spitzen auftreten, die den gewählten Schwellenwert überschreiten, sich jedoch nicht auf das Objekt beziehen. Dementsprechend ist es wünschenswert, zwischen Fehlalarmspitzen und objektbezogenen Erkennungsspitzen unterscheiden zu können.
KURZDARSTELLUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erkennen eines Objekts offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Erhalten eines Radarsignals vom Objekt an einer Multi-Input-Multi-Output-(MIMO)-Radaranordnung, das Bestimmen einer Differenzphase des Radarsignals für die MIMO-Anordnung, das Erzeugen einer Wahrscheinlichkeitskarte aus einem Vorzeichen der Differenzphase und das Bestätigen der Erkennung des Objekts aus der Wahrscheinlichkeitskarte.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren das Bestimmen einer positiven Phasenerkennung für einen Wert der Wahrscheinlichkeitskarte, der einen Wahrscheinlichkeitsschwellenwert überschreitet. Das Verfahren beinhaltet ferner das Erzeugen einer Bereichs-Doppler-Energiekarte und das Bestimmen einer positiven Energieerkennung für eine Spitze der Entfernungs-Doppler-Karte, die einen Energieschwellenwert überschreitet. In einer Ausführungsform wird die Erkennung des Objekts in einem Bereich und einer Geschwindigkeit aus einer gewichteten Summe der positiven Energieerkennung und der positiven Phasenerkennung in dem Bereich und der Geschwindigkeit bestätigt. In einer weiteren Ausführungsform wird die Wahrscheinlichkeitskarte mit dem Wahrscheinlichkeitsschwellenwert unter Verwendung des der positiven Energieerkennung zugeordneten Wertes verglichen. Die Wahrscheinlichkeitskarte beinhaltet eine Objekterkennungswahrscheinlichkeit, die eine Summierung von Zeichen der Differentialphase des Signals von Sendern der MIMO-Anordnung ist. In verschiedenen Ausführungsformen wird das Fahrzeug basierend auf der Erkennung in Bezug auf das Objekt navigiert.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird ein System zum Erkennen eines Objekts offenbart. Das Fahrzeugsystem beinhaltet eine Multi-Input-Multi-Output-(MIMO)-Radaranordnung sowie einen Prozessor. Die MIMO-Radaranordnung ist so konfiguriert, dass sie ein Radarsignal vom Objekt erhält. Der Prozessor ist konfiguriert, um eine Differentialphase des Radarsignals für die MIMO-Anordnung zu bestimmen, eine Wahrscheinlichkeitskarte aus einem Zeichen der Differentialphase zu erzeugen und die Erkennung des Objekts aus der Wahrscheinlichkeitskarte zu bestätigen.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist der Prozessor ferner konfiguriert, um eine positive Phasenerkennung für einen Wert der Wahrscheinlichkeitskarte zu bestimmen, der einen Wahrscheinlichkeitsschwellenwert überschreitet. Der Prozessor ist ferner konfiguriert, um eine Bereichs-Doppler-Energiekarte zu erzeugen und eine positive Energieerkennung für eine Spitze der Entfernungs-Doppler-Karte zu bestimmen, die einen Energieschwellenwert überschreitet. In einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner konfiguriert, um die Erkennung des Objekts in einem Bereich und einer Geschwindigkeit aus einer gewichteten Summe der positiven Energieerkennung und der positiven Phasenerkennung in dem Bereich und der Geschwindigkeit zu bestätigen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Prozessor ferner konfiguriert, um den Wert der Wahrscheinlichkeitskarte mit dem Wahrscheinlichkeitsschwellenwert unter Verwendung des der Erkennung der positiven Energie zugeordneten Wertes zu vergleichen. Die Wahrscheinlichkeitskarte beinhaltet eine Objekterkennungswahrscheinlichkeit, die eine Summierung von Zeichen der Differentialphase des Signals zwischen Sendern der MIMO-Anordnung ist. Der Prozessor ist ferner konfiguriert, um das Fahrzeug in Bezug auf das Objekt basierend auf der Erkennung des Objekts zu navigieren.
In noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird ein Fahrzeug offenbart. Das Fahrzeug beinhaltet eine Multi-Input-Multi-Output-(MIMO)-Radaranordnung sowie einen Prozessor. Die MIMO-Radaranordnung ist so konfiguriert, dass sie ein Radarsignal vom Objekt erhält. Der Prozessor ist konfiguriert, um eine Differentialphase des Radarsignals für die MIMO-Anordnung zu bestimmen, eine Wahrscheinlichkeitskarte aus einem Zeichen der Differentialphase zu erzeugen und die Erkennung des Objekts aus der Wahrscheinlichkeitskarte zu bestätigen.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist der Prozessor ferner konfiguriert, um eine positive Phasenerkennung für einen Wert der Wahrscheinlichkeitskarte zu bestimmen, der einen Wahrscheinlichkeitsschwellenwert überschreitet. Der Prozessor ist ferner konfiguriert, um eine Bereichs-Doppler-Energiekarte zu erzeugen und eine positive Energieerkennung für eine Spitze der Entfernungs-Doppler-Karte zu bestimmen, die einen Energieschwellenwert überschreitet. In einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner konfiguriert, um die Erkennung des Objekts in einem Bereich und einer Geschwindigkeit aus einer gewichteten Summe der positiven Energieerkennung und der positiven Phasenerkennung in dem Bereich und der Geschwindigkeit zu bestimmen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Prozessor ferner konfiguriert, um den Wert der Wahrscheinlichkeitskarte mit dem Wahrscheinlichkeitsschwellenwert unter Verwendung des der Erkennung der positiven Energie zugeordneten Wertes zu vergleichen. Die Wahrscheinlichkeitskarte beinhaltet eine Objekterkennungswahrscheinlichkeit, die eine Summierung von Zeichen der Differentialphase des Signals zwischen Sendern der MIMO-Anordnung ist.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne Weiteres hervor.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten erscheinen, nur exemplarisch, in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:

1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Trajektorienplanungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 zeigt eine illustrative Multi-Input- und Multi-Output-(MIMO)-Anordnung, die mit dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann;
3 zeigt ein Zeitdiagramm, das die Übertragungssignale aus dem Satz von Sendern der MIMO-Anordnung veranschaulicht;
4 zeigt eine Senderanordnung mit N Sendern und einer Vielzahl von zugehörigen Sendersignalen;
5 zeigt eine Konfiguration einer Zeitmultiplex-Multi-Input-Multi-Output-Anordnung, die geeignet ist, Fehlalarme basierend auf einer Differentialphase zwischen Sendern und Empfängern zu bestimmen;
6 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein erstes Verfahren zum Erkennen eines Objekts unter Verwendung der Differentialphase veranschaulicht;
7 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein zweites Verfahren zum Erkennen eines Objekts unter Verwendung der Differentialphase veranschaulicht; und
8 zeigt eine veranschaulichende Entfernungs-Doppler-Karte und ein fahrzeugzentriertes Raster.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendung zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt 1 im Allgemeinen bei 100 ein Trajektorienplanungssystem, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen einem Fahrzeug 10 zugeordnet ist. Im Allgemeinen bestimmt das Trajektorienplanungssystem 100 einen Trajektorienplan für das automatisierte Fahren des Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 beinhaltet im Allgemeinen ein Fahrgestell 12, eine Karosserie 14, Vorderräder 16 und Hinterräder 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umhüllt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Fahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Chassis 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16 und 18 sind jeweils mit dem Fahrgestell 12 in der Nähe einer jeweiligen Ecke der Karosserie 14 drehbar gekoppelt.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 10 ein autonomes Fahrzeug und das Trajektorienplanungssystem 100 ist in darin integriert. So kann beispielsweise das Fahrzeug 10 automatisch gesteuert werden, um Passagiere von einem Ort zum anderen zu befördern. Das Fahrzeug 10 ist in der veranschaulichten Ausführungsform als Pkw dargestellt, es sollte jedoch beachtet werden, dass auch jedes andere Fahrzeug, einschließlich Motorräder, Lastwagen, Sportfahrzeuge (SUVs), Freizeitfahrzeuge (RVs), Schiffe, Flugzeuge usw. verwendet werden können. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Fahrzeug 10 ein sogenanntes Level-Vier- oder Level-Fünf-Automatisierungssystem. Ein Level-Vier-System zeigt eine „hohe Automatisierung“ unter Bezugnahme auf die Fahrmodus-spezifische Leistung durch ein automatisiertes Fahrsystem aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe an, selbst wenn ein menschlicher Fahrer nicht angemessen auf eine Anforderung einzugreifen, reagiert. Ein Level-Fünf-System zeigt eine „Vollautomatisierung“ an und verweist auf die Vollzeitleistung eines automatisierten Fahrsystems aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter allen Fahrbahn- und Umgebungsbedingungen, die von einem menschlichen Fahrer verwaltet werden können.
Wie dargestellt, beinhaltet das Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Antriebssystem 20, ein Übertragungssystem 22, ein Lenksystem 24, ein Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Stellgliedsystem 30, mindestens einen Datenspeicher 32 und mindestens eine Steuerung 34. Das Antriebssystem 20 kann in verschiedenen Ausführungsformen einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, wie beispielsweise einen Traktionsmotor und/oder ein Brennstoffzellenantriebssystem, beinhalten. Das Getriebesystem 22 ist dazu konfiguriert, Leistung vom Antriebssystem 20 auf die Fahrzeugräder 16 und 18 gemäß den wählbaren Übersetzungsverhältnissen zu übertragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Getriebesystem 22 ein Stufenverhältnis-Automatikgetriebe, ein stufenlos verstellbares Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe beinhalten. Das Bremssystem 26 ist dazu konfiguriert, den Fahrzeugrädern 16 und 18 ein Bremsmoment bereitzustellen. Das Bremssystem 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, Brake-by-Wire, ein regeneratives Bremssystem, wie beispielsweise eine elektrische Maschine und/oder andere geeignete Bremssysteme beinhalten. Das Lenksystem 24 beeinflusst die Position der Fahrzeugräder 16 und 18. Während in einigen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung zur Veranschaulichung als ein Lenkrad dargestellt, kann das Lenksystem 24 kein Lenkrad beinhalten.
Das Sensorsystem 28 beinhaltet eine oder mehrere Sensorvorrichtungen 40a-40n, die beobachtbare Zustände der äußeren Umgebung und/oder der inneren Umgebung des Fahrzeugs 10 erfassen. Die Sensorvorrichtungen 40a-40n können Radargeräte, Lidare, globale Positionierungssysteme, optische Kameras, Wärmebildkameras, Ultraschallsensoren und/oder andere Sensoren beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Fahrzeug 10 ein Multi-Input-Multi-Output-(MIMO)-Radarsystem mit einer Reihe von Radarwandlern, wobei die Radarwandler an verschiedenen Stellen entlang des Fahrzeugs 10 angeordnet sind. Im Betrieb sendet ein Radarwandler elektromagnetische Impulse 48 aus, die vom Objekt 50 am Fahrzeug 10 zurückreflektiert werden. Die reflektierten Impulse 52 werden an den Wandlern empfangen, um Parameter wie Reichweite und Doppler (Geschwindigkeit) des Objekts 50 zu bestimmen.
Das Stellantriebssystem 30 beinhaltet ein oder mehrere Stellantriebsvorrichtungen 42a-42n, die ein oder mehrere Fahrzeugeigenschaften, wie zum Beispiel das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26, steuern, sind aber nicht darauf beschränkt. In verschiedenen Ausführungsformen können die Fahrzeugmerkmale ferner Innen- und/oder Außenfahrzeugmerkmale, wie beispielsweise Türen, einen Kofferraum und Innenraummerkmale, wie z. B. Belüftung, Musik, Beleuchtung usw., beinhalten, sind jedoch nicht auf diese beschränkt (nicht nummeriert) beinhalten, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Die Steuerung 34 beinhaltet mindestens einen Prozessor 44 und eine computerlesbare Speichervorrichtung oder Medien 46. Der Prozessor 44 kann eine Spezialanfertigung oder ein handelsüblicher Prozessor sein, eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikprozessoreinheit (GPU) unter mehreren Prozessoren verbunden mit der Steuerung 34, ein Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chip-Satzes), ein Makroprozessor, eine Kombination derselben oder allgemein jede beliebige Vorrichtung zur Ausführung von Anweisungen. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder Medien 46 können flüchtige und nicht-flüchtige Speicher in einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Speicher mit direktem Zugriff (RAM) und einem Keep-Alive-Memory (KAM) beinhalten. KAM ist ein persistenter oder nicht-flüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, während der Prozessor 44 ausgeschaltet ist. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder Medien 46 können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl an bekannten Speichervorrichtungen, wie beispielsweise PROMs (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), EPROMs (elektrische PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder beliebige andere elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichervorrichtungen, implementiert werden, die Daten speichern können, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die von der Steuerung 34 beim Steuern des Fahrzeugs 10 verwendet werden.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme beinhalten, von denen jede eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zum Implementieren von logischen Funktionen umfasst. Die Anweisungen empfangen und verarbeiten, wenn diese vom Prozessor 44 ausgeführt werden, Signale vom Sensorsystem 28, führen Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen zur automatischen Steuerung der Komponenten des Fahrzeugs 10 durch und erzeugen Steuersignale an das Stellantriebsystem 30, um die Komponenten des Fahrzeugs 10 basierend auf der Logik, den Berechnungen, den Verfahren und/oder Algorithmen automatisch zu steuern. Obwohl in 1 nur eine Steuerung 34 dargestellt ist, können Ausführungsformen des Fahrzeugs 10 eine beliebige Anzahl an Steuerungen 34 beinhalten, die über irgendein geeignetes Kommunikationsmedium oder eine Kombination von Kommunikationsmedien kommunizieren und zusammenwirken, um die Sensorsignale zu verarbeiten, Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen durchzuführen, und Steuersignale zu erzeugen, um die Funktionen des autonomen Fahrzeugs 10 automatisch zu steuern.
Das Trajektorienplanungssystem 100 navigiert das Fahrzeug 10 basierend auf einer Bestimmung des Objekts und/oder deren Standorte in der Umgebung des Fahrzeugs. In verschiedenen Ausführungsformen führt die Steuerung 34 Berechnungen durch, um aus den Reflexionen 52 das Vorhandensein und/oder den Standort eines Objekts in der Umgebung des Fahrzeugs zu bestimmen, was eine Berücksichtigung einer Phase der Reflexionen beinhaltet, wie sie von der MIMO-Anordnung empfangen werden. Nach dem Bestimmen verschiedener Parameter des Objekts, wie beispielsweise Reichweite, Azimut, Höhe, Geschwindigkeit usw. aus der Vielzahl von Erkennungen, kann die Steuerung 34 die eine oder mehrere Betätigungsvorrichtungen 42a-n, das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und/oder die Bremse 26 bedienen, um das Fahrzeug 10 in Bezug auf das Objekt 50 zu navigieren. In verschiedenen Ausführungsformen navigiert die Steuerung 34 das Fahrzeug 10, um den Kontakt mit dem Objekt 50 zu vermeiden.
2 zeigt eine illustrative Multi-Input- und Multi-Output-(MIMO)-Anordnung 200, die mit dem Fahrzeug 10 von 1 verwendet werden kann. Die MIMO-Anordnung 200 beinhaltet einen Satz von Sendern 202 und einen Satz von Empfängern 204. In verschiedenen Ausführungsformen kann die MIMO-Anordnung 200 einen Satz von Wandlern beinhalten, wobei jeder Wandler sowohl als Sender als auch als Empfänger dient. Jeder Sender beinhaltet einen Wellenform-Generator 206, eine Triggerschaltung 208, einen Verstärker 210 und eine Senderantenne 212. Der Wellenform-Generator 206 stellt einen HF-Impuls zum Übertragen bereit. In verschiedenen Ausführungsformen ist der HF-Impuls ein linear frequenzmoduliertes (LFM) Signal, auch bekannt als Chirpsignal, bei dem die Frequenz des Signals linear von einer ersten Frequenz auf eine zweite Frequenz über die Dauer des Signals ansteigt. Die Triggerschaltung stellt der Senderantenne 212 das Chirpsignal nach einem Zeitplan zur Verfügung. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Triggerschaltungen der Sender zum Zeitmultiplexen ihrer übertragenen Signale synchronisiert, wie in 3 dargestellt.
3 zeigt ein Zeitdiagramm 300, das die Übertragungssignale aus dem Satz von Sendern der MIMO-Anordnung veranschaulicht. Ein Satz von k Sendern T_x1 ,..., T_xk sendet nacheinander k Signale S_Tx1 ,..., S_Txk . Das Zeitdiagramm 300 veranschaulicht diese Abfolge für k= 3 Sender. Das Zeitdiagramm zeigt ein erstes Signal (S_Tx1 ), das von einem ersten Sender (T_x1 ) gesendet wird, gefolgt von einem zweiten Signal (S_Tx2 ), das von einem zweiten Sender (T_x2 ) gesendet wird, dem ein drittes Signal (S_Tx3 ) folgt, das von einem dritten Sender (T_x3 ) gesendet wird. Nach dem Übertragen des dritten Signals wiederholt sich der Zyklus. Die ersten, zweiten und dritten Signale sind Chirpsignale. Die ansteigende Flanke der Signale zeigt den Anstieg der Frequenz der Chirpsignale im Laufe der Zeit an.
Zurück zu 2, wird ein Signal von der Triggerschaltung 208 am Verstärker 210 verstärkt und der Senderantenne 212 zugeführt, die das Signal in die Umgebung des Fahrzeugs (10, 1) weiterleitet. Jeder Empfänger des Satzes von Empfängern 204 beinhaltet eine Empfängerantenne 214, einen Verstärker 216, eine Multiplexerschaltung 218 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 220. Die Empfängerantenne 214 empfängt eine Reflexion des HF-Signals von verschiedenen Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs (10, 1) und stellt das Signal dem Verstärker 216 bereit. Der Verstärker 216 verstärkt das Signal und kann auch rauscharme Signale in verschiedenen Ausführungsformen aus dem Signal entfernen. Das verstärkte Signal wird der Multiplexerschaltung 218 bereitgestellt. Die Multiplexerschaltung 218 ist mit der Triggerschaltung synchronisiert, um eine Phasenbeziehung zwischen dem Satz von Sendern 202 und dem Satz von Empfängern 204 herzustellen. Das gemultiplexte Signal wird dem ADC 220 zugeführt, der das gemultiplexte Signal in ein digitales Signal umwandelt, das mit verschiedenen Verfahren an der digitalen Verarbeitungseinheit 222 oder am Prozessor (44, 1) verarbeitet werden kann
4 zeigt eine Senderanordnung mit N Sendern und einer Vielzahl von zugehörigen Sendersignalen. Eine Phasendifferenz Δφ zwischen den Sendersignalen aus der Senderanordnung wird angezeigt durch: $Δ φ = Δ φ_{R} + Δ φ_{D}$
wobei Δφ_R eine Phasendifferenz ist, die sich auf eine Trennung oder einen Abstand zwischen den Sendern bezieht, und Δφ_D eine Dopplerphasendifferenz ist, die auf die Phasendifferenzen der Frequenzen der Chirpsignale zurückzuführen ist.
5 zeigt eine Konfiguration einer Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffs-(TDMA)-Multi-Input-Multi-Output-(MIMO)-Anordnung 500, die zum Bestimmen von Fehlalarmen basierend auf einer Differentialphase zwischen Sendern und Empfängern geeignet ist. Die Anordnung 500 beinhaltet Sender, wie beispielsweise den Sender TX0 und den Sender TX1, die entlang einer Achse, wie beispielsweise der y-Achse, ausgerichtet sind. Empfänger, wie beispielsweise die Empfänger RX0 und RX1, sind entlang einer Achse ausgerichtet, die senkrecht zur Achse der Sender steht, wie beispielsweise entlang der x-Achse.
Obwohl nur mit zwei Sendern und zwei Empfängern zur Veranschaulichung dargestellt, beinhaltet die TDMA MIMO-Anordnung (500) im Allgemeinen K-Sender und L-Empfänger. Diese Anordnung erzeugt einen Standort 502, an dem ein virtuelles Signal empfangen wird. Dieser virtuelle Kanal kann durch VCE(k,l) angezeigt werden und ein linear frequenzmoduliertes (LFM) Signal, das am virtuellen Empfänger VCE(k, l) empfangen wird, kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden: $x_{0} (t, n, k, l) = A e^{j w_{c} t} e^{j w_{d} n T_{c}} e^{j (f (k) + g (l))}$
wobei x₀(t, n, k, l) das Signal ist, das dem k^ten Sender und dem l^ten Empfänger entspricht, t ist die kontinuierliche Zeit, n ist ein Chirp-Index, ω_c ist die Träger-Winkelfrequenz, ω_D ist die Doppler-Winkelfrequenz und T_c ist eine Chirp-Dauer. Die Funktion f(k) ist eine Wellenfunktion der k^ten Senderposition und g(l) ist eine Wellenfunktion des l^ten Empfängers.
Ein Chirpsignal wird am gleichen virtuellen Empfänger von einem benachbarten Sender k' empfangen (wobeik' = mod(k + 1, K)) gegeben ist durch die Gl. (3) $x_{1} (t, n + 1, k', l) = A e^{j w_{c} t} e^{j w_{d} (n + 1) T_{c}} e^{j (f (k') + g (l))}$
Durch das Definieren von y(k, l) als die l -element-weise konjugierte Multiplikation von x₀ mit x₁ , dann: $y (k, l) = x_{0} * c o n j {x_{1}} = A B e^{j w_{d}} e^{j (f (k) - f (k'))}$
Durch Anwenden einer Dopplerkorrektur auf Gl. (4) dann: $y (k, k') = C e^{j * f (k, k')}$
Die konstante Differentialphase f(k, k')ist eine Funktion des Kopplungsabstandes zwischen den Sendern k und k'. Wenn der Abstand zwischen den Antennen und k' d ist, dann kann Gl. (5) neu geschrieben werden als: $y (θ) = C e^{j 2 π d s i n (θ)}$
Gl. (6) veranschaulicht, dass y(θ)in Bezug auf den Index / invariant ist und dass die Phase über die Empfängerelemente konstant ist. Daher kann die Zeichenkohärenz über die Empfängerelemente durch Summieren der L-Zeichen gemessen werden. Wenn die Erkennung eine echte Erkennung ist (d. h. kein Fehlalarm), werden alle Zeichen zusammenhängend summiert und der absolute Wert ist L.
Eine Wahrscheinlichkeit P einer Erkennung („eine Objekterfassungswahrscheinlichkeit“) kann definiert werden durch: $P = \frac{Σ_{k} | Σ_{i} s i g n (i m a g (y_{k, l} (θ))) |}{K L}$
Da sich die Wahrscheinlichkeit P auf die Summierung der Vorzeichen der Signale bezieht, liegt die Wahrscheinlichkeit für ein reales Signal nahe eins. Um die Auswirkungen von Rauschen zu reduzieren, ist es möglich, das Signal so zu summieren, dass die durch Rauschen verursachte Abweichung als Vorzeichenwechsel reflektiert wird, wodurch sich die Rauschsignale gegenseitig aufheben. Um Vorzeichenvariationen aufgrund von Rauschschwankungen zu erzeugen, wird der mittlere Winkel der Signale entlang eines konstanten Phasenwinkels (π/2) ausgerichtet. Somit: $y_{n o r m} (k, l) = y (k, l) e^{j * (\frac{π}{2} - a n g l e (m e a n (y))}$
und $P = \frac{Σ_{k} | Σ_{i} s i g n (i m a g (y_{n o r m, k, l} (θ))) |}{K L}$
Die Wahrscheinlichkeit P ist eine Summe der Vorzeichen des Imaginärteils der Konjugationsmultiplikation über die MIMO-Anordnung und wird auf die Anzahl der Empfänger und Sender normiert. Da Rauschen eine inkohärente Phasenbeziehung aufweist, ist der Wert von P für ein Rauschsignal etwa Null. Andererseits weist ein Nichtrauschsignal eine relativ kohärente Phasenbeziehung auf, wodurch sich der Wert von P für ein Nichtrauschsignal dem Produkt KL nähert. Die Summierungen auf der rechten Seite stellen eine Zahl zwischen Null und KL bereit. Durch das Normalisieren (d. h. durch Division durch KL) weist die Wahrscheinlichkeit P einen Wert zwischen Null und 1 auf. Ein reales Zielsignal weist im Allgemeinen einen viel höheren Wert auf als ein Fehlalarmsignal. Daher kann der Wert der Wahrscheinlichkeit P verwendet werden, um die Anzahl der Fehlalarme oder Fehlerkennungen an der MIMO-Anordnung zu reduzieren, wie hierin erläutert wird.
6 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein erstes Verfahren zum Erkennen eines Objekts unter Verwendung von Werten der Wahrscheinlichkeit P veranschaulicht. Das Diagramm 600 beinhaltet ein zweidimensionales Fast-Fourier-Transformations-(2D FFT)-Modul 602, einen strahlformenden Energiekartengenerator 604, einen Differentialphasenkartengenerator 606, einen Detektor 608 und eine Richtung des Ankunftsmoduls 610.
Das (2D-FFT)-Modul 602 empfängt ein digitalisiertes zweidimensionales Radarsignal 620 und erzeugt aus dem zweidimensionalen Radarsignal 620 eine Entfernungs-Doppler-Karte 622. Die Entfernungs-Doppler-Karte 622 wird sowohl dem strahlformenden Energiekartengenerator 604 als auch dem Differentialphasenplangenerator 606 bereitgestellt. Der strahlformende Energiekartengenerator 604 empfängt eine Steuermatrix 624 und erzeugt eine Energiekarte 626 für das Bereichs-Doppler-Signal durch Zuordnen einer Intensität eines Signals zu einem Bereich und einer Geschwindigkeit. Der Differentialphasenkartengenerator 606 erzeugt eine Differentialphasenwahrscheinlichkeitskarte 628 (im Folgenden auch als „Wahrscheinlichkeitskarte“ bezeichnet), indem er die Wahrscheinlichkeitsberechnungen zur Objekterkennung verwendet, die erläutert werden mit Bezug auf die Gl. (2)-(9).
Die Bereichs-Doppler-Energiekarte 626 und die Wahrscheinlichkeitskarte 628 werden dem Detektor 608 bereitgestellt, der eine oder mehrere Erkennungen 632 daraus bestimmt. Der Detektor 608 empfängt auch einen Wahrscheinlichkeitsschwellenwert und einen Energieschwellenwert 630. Der Detektor 608 vergleicht Werte in der Energiekarte 626 mit dem Energiegrenzwert, um eine positive Energieerkennung zu identifizieren. Ebenso vergleicht der Detektor 608 Wahrscheinlichkeitswerte in der Wahrscheinlichkeitskarte 628 mit dem Wahrscheinlichkeitsschwellenwert, um positive Phasenerkennungen zu bestimmen. Der Detektor 608 stellt eine gewichtete Summe aus der positiven Energieerkennung und der positiven Phasenerkennung bereit, um die Erkennungen 632 zu bestätigen. Die bestätigten Erkennungen 632 werden der Ankunftsrichtungsmodul 610 bereitgestellt, das Parameter 634 wie Ankunftsrichtung bestimmt, wodurch Reichweite, Doppler, Azimut und Elevation für die bestätigte Erkennung 632 erhalten werden. Die Parameter 634 können auf einem Raster dargestellt werden, um deren Bezug zum Fahrzeug darzustellen. Reichweite, Doppler, Azimut und Höhe der Erkennung können zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt werden, um ein Objekt zu identifizieren und das Fahrzeug in Bezug auf das Objekt zu navigieren.
7 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein zweites Verfahren zum Erkennen eines Objekts unter Verwendung der Wahrscheinlichkeit P veranschaulicht. Das schematische Diagramm 700 beinhaltet ein zweidimensionales Fast-Fourier-Transformations-(2D FFT)-Modul 602, einen strahlformenden Energiekartengenerator 604, einen Differentialphasenkartengenerator 606, einen Detektor 608 und ein Ankunftsrichtungsmodul 610. Die Anordnung des strahlformenden Energiekartengenerators 604, des Differentialphasenkartengenerators 606 und des Detektors 608 unterscheidet sich von der in 6.
Das (2D-FFT)-Modul 602 empfängt das digitalisierte zweidimensionale Radarsignal 620 und erzeugt aus dem zweidimensionalen Radarsignal 620 eine Entfernungs-Doppler-Karte 622. Die Entfernungs-Doppler-Karte 622 wird sowohl dem strahlformenden Energiekartengenerator 604 als auch dem Detektor 608 bereitgestellt. Der strahlformende Energiekartengenerator 604 empfängt die Entfernungs-Doppler-Karte 622 und eine Steuermatrix 624 und erzeugt eine Energiekarte 626 für das Bereichs-Doppler-Signal durch Zuordnen einer Intensität eines Signals zu einem Bereich und einer Geschwindigkeit. Die Energiekarte 626 wird dem Detektor 608 bereitgestellt, der auch eine Energieschwellenkarte 702 empfängt. Der Detektor 608 vergleicht Intensitätswerte in der Energiekarte 626 mit den entsprechenden Schwellenwerten in der Schwellenkarte 702, um eine oder mehrere positive Energieerkennungen 632 zu bestimmen.
Die positiven Energieerkennungen 632 werden dem Differentialphasenkartengenerator 606 bereitgestellt, der auch eine Wahrscheinlichkeitskarte 704 empfängt. Für die dem Differentialphasenkartengenerator 606 bereitgestellten Werte, d. h. für diejenigen Werte, für die eine positive Energieerkennung vorliegt, bestimmt der Differentialphasenkartengenerator 606 eine Objekterkennungswahrscheinlichkeit und vergleicht die Objekterkennungswahrscheinlichkeit mit einem Wahrscheinlichkeitsschwellenwert der Wahrscheinlichkeitskarte 704, um eine oder mehrere positive Phasenerkennungen 710 zu bestimmen. Wenn somit eine positive Energieerkennung und eine positive Phasenerkennung vorliegt, bestätigt der Differentialphasenkartengenerator eine Erkennung 710. Die bestätigten Erkennungen 710 werden dem Ankunftsrichtungsmoduls 610 bereitgestellt. Das Ankunftsrichtungsmodul 610 bestimmt die Parameter 634 wie eine Ankunftsrichtung, wodurch Reichweite, Doppler, Azimut und Elevation für die bestätigte Erkennung erhalten werden. Die Parameter 634 können auf einem Raster dargestellt werden, um deren Bezug zum Fahrzeug darzustellen.
8 zeigt eine veranschaulichende Entfernungs-Doppler-Karte 800 und ein fahrzeugzentriertes Raster 802. Die Entfernungs-Doppler-Karte 800 zeigt eine Vielzahl von Signalen, die über eine Reichweite von etwa 200 Metern innerhalb einer Formgebungsgeschwindigkeit von etwa -30 Kilometern pro Stunde (km/h) bis etwa +30 km/h erhalten wurden. Ein Cluster von bestätigten Erkennungen 805 ist in etwa 100 Metern Entfernung bei etwa 20 km/h in Bezug auf die MIMO-Anordnung dargestellt. Zudem werden eine Reihe von Erkennungen von Fehlalarmen 815 in einer Entfernung von etwa 40 Metern angezeigt. Diese Fehlalarme werden durch die Verwendung des hierin offenbarten Phasendetektors herausgefiltert. Die bestätigten Energieerkennungen bei (100 m, 20 km/h) werden durch einen Indikator 808 angezeigt, der farbcodiert sein kann. Bestätigte Phasenerkennungen werden unter Verwendung von Quadratmarkierungen 810 markiert. Eine Erkennung kann an Stellen bestätigt werden, die sowohl eine positive Energieerkennung als auch eine positive Phasenerkennung aufweisen. Die bestätigten Erkennungen werden auf dem Raster 802 abgebildet.
Während die vorstehende Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Objekts, umfassend: Erhalten eines Radarsignals vom Objekt an einer Multi-Input-Multi-Output-(MIMO)-Radaranordnung; Bestimmen einer Differentialphase des Radarsignals für die MIMO-Anordnung; Erzeugen einer Wahrscheinlichkeitskarte aus einem Zeichen der Differentialphase; und Bestätigen der Erkennung des Objekts aus der Wahrscheinlichkeitskarte.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen einer positiven Phasenerkennung für einen Wert der Wahrscheinlichkeitskarte, der einen Wahrscheinlichkeitsschwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Erzeugen einer Bereichs-Doppler-Energiekarte und das Bestimmen einer positiven Energieerkennung für eine Spitze der Entfernungs-Doppler-Karte, die einen Energieschwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend das Bestätigen der Erkennung des Objekts bei einem Bereich und einer Geschwindigkeit aus einer gewichteten Summe der positiven Energieerkennung und der positiven Phasenerkennung in dem Bereich und der Geschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend das Vergleichen der Wahrscheinlichkeitskarte mit dem Wahrscheinlichkeitsschwellenwert unter Verwendung des der positiven Energieerkennung zugeordneten Wertes.
Fahrzeugsystem zum Erkennen eines Objekts, umfassend: eine Multi-Input-Multi-Output-(MIMO)-Radaranordnung, die zum Erhalten eines Radarsignals von dem Objekt konfiguriert ist; einen Prozessor, der konfiguriert ist, zum: Bestimmen einer Differentialphase des Radarsignals für die MIMO-Anordnung, Erzeugen einer Wahrscheinlichkeitskarte aus einem Zeichen der Differentialphase, und Bestätigen der Erkennung des Objekts aus der Wahrscheinlichkeitskarte.
System nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist, um eine positive Phasenerkennung für einen Wert der Wahrscheinlichkeitskarte zu bestimmen, der einen Wahrscheinlichkeitsschwellenwert überschreitet.
System nach Anspruch 7, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist, um eine Bereichs-Doppler-Energiekarte zu erzeugen und eine positive Energieerkennung für eine Spitze der Entfernungs-Doppler-Karte zu bestimmen, die einen Energieschwellenwert überschreitet.
System nach Anspruch 8, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist,um die Erkennung des Objekts in einem Bereich und einer Geschwindigkeit aus einer gewichteten Summe der positiven Energieerkennung und der positiven Phasenerkennung in dem Bereich und der Geschwindigkeit zu bestätigen.
System nach Anspruch 8, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist, um den Wert der Wahrscheinlichkeitskarte mit dem Wahrscheinlichkeitsschwellenwert unter Verwendung des der Erkennung der positiven Energie zugeordneten Wertes zu vergleichen.