DE102019111577A1

DE102019111577A1 - Filterung zum behandeln des range-walk-effekts in range-doppler-abbildungen

Info

Publication number: DE102019111577A1
Application number: DE102019111577.9A
Authority: DE
Inventors: Gonen Barkan; Ishai Eljarat; Igal Bilik; Oren Longman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2019-11-14
Also published as: CN110471065A; US20190346548A1

Abstract

Ein Radarsystem und Verfahren zum Verarbeiten eines oder mehrerer Rücksignale, die durch ein Empfangsteil eines Radarsystems erhalten werden, die sich aus dem Senden eines oder mehrerer Signale ergeben, ein Sendeteil umfassend, um das eine oder die mehreren Signale zu senden, und ein Empfangsteil, um das eine oder die mehreren Rücksignale zu empfangen, die aus der Reflexion des einen oder der mehreren Signale durch ein Ziel resultieren. Das System umfasst auch einen Prozessor, um das eine oder die mehreren Rücksignale unter Verwendung einer zweistufigen schnellen Fourier-Transformation (FFT - Fast Fourier Transform) zu verarbeiten, um eine Range-Doppler-Abbildung zu erhalten, die Energiepegel bei jedem Satz von Entfernungswerten und einem Satz von Doppler-Werten anzeigt, um die Range-Doppler-Abbildung unter Verwendung eines Kernels zu filtern, der gemäß einer Schätzung einer Anzahl des Satzes von Entfernungswerten, über die die Energiepegel über einem Schwellenwert verteilt sind, bemessen ist, und eine Zielerfassung basierend auf einem Ergebnis der Filterung durchzuführen.

Description

EINLEITUNG
Der Gegenstand der Offenbarung bezieht sich auf die Filterung, um den Range-Walk in einer Range-Doppler-Abbildung zu behandeln.
Fahrzeuge (z. B. Automobile, Lastwagen, Landmaschinen, Baumaschinen, automatisierte Fabrikausstattung) umfassen zunehmend Sensoren, die die Erweiterung und Automatisierung des Fahrzeugbetriebs unterstützen. Beispielhafte Sensoren umfassen Funkerfassungs- und Entfernungsmesssysteme (Radar - Radio Detection and Ranging), Lichterfassungs- und Entfernungsmesssysteme (Lidar - Light Detection And Ranging), Kameras und Mikrofone. Ein Radarsystem kann den Doppler-Effekt verwenden, um die Relativgeschwindigkeit eines erfassten Ziels zusammen mit seiner Entfernung zu bestimmen. Der Doppler-Effekt bezieht sich auf die Verschiebung der Sendefrequenz, die in einem Rücksignal (d. h., dem Empfangssignal), das sich aus der Reflexion durch ein Ziel ergibt, ersichtlich ist. Die Verarbeitung von Empfangssignalen zum Erhalten von Informationen über ein Ziel, wie relative Position, Entfernung und Geschwindigkeit, umfasst das Entwickeln einer Range-Doppler-Abbildung, die empfangene Energie in jeder von mehreren Entfernungszellen und von jeder der mehreren Doppler-Zellen anzeigt. Basierend auf der Zielgeschwindigkeit kann die Range-Doppler-Abbildung jedoch durch ein Phänomen beeinflusst werden, das als Range-Walk bezeichnet wird, wobei Energie, die von einem Ziel reflektiert wird, über mehrere Entfernungszellen verteilt wird. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Filterung bereitzustellen, um den Range-Walk-Effekt in einer Range-Doppler-Abbildung zu behandeln.
KURZDARSTELLUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Radarsystem ein Sendeteil zum Senden eines oder mehrerer Signale und ein Empfangsteil zum Empfangen eines oder mehrerer Rücksignale, die sich aus der Reflexion des einen oder der mehreren Signale durch ein Ziel ergeben. Das System umfasst auch einen Prozessor, um das eine oder die mehreren Rücksignale unter Verwendung einer zweistufigen schnellen Fourier-Transformation (FFT - Fast Fourier Transform) zu verarbeiten, um eine Range-Doppler-Abbildung zu erhalten, die Energiepegel bei jedem Satz von Entfernungswerten und einem Satz von Doppler-Werten anzeigt, um die Range-Doppler-Abbildung unter Verwendung eines Kernels zu filtern, der gemäß einer Schätzung einer Anzahl des Satzes von Entfernungswerten, über die die Energiepegel über einem Schwellenwert verteilt sind, bemessen ist, und eine Zielerfassung basierend auf einem Ergebnis der Filterung durchzuführen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale wird eine Anzahl von N Chirps des einen oder der mehreren Signale durch das Sendeteil in einem Rahmen und einer Anzahl von Abtastungen N Abtastungen von jedem der N Chirps-Signale erhalten.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt der Prozessor auch die Integrationszeit Tint als T_int = N_Abtastungen · F_s · N_chirps, wobei Fs die Frequenz ist, mit der die Anzahl der Abtastungen erhalten wird.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale schätzt der Prozessor auch eine Anzahl von Elementen des Kernels als $N_{c e l l s} = [\frac{T_{i n t} R_{A b t a s t u n g e n}}{R_{m a x}} d],$
wobei der Satz von Entfernungswerten von 0 bis R max reicht, was ein maximal eindeutiger Zielbereich ist, R Abtastungen ist eine Anzahl von Inkrementen von 0 bis R max, und d ist ein Doppler-Wert innerhalb des Satzes von Doppler-Werten, die mit der Anzahl der Entfernungswerte verbunden sind, über die die Energiepegel oberhalb eines Schwellenwertes verteilt sind.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale hat jedes der Elemente des Kernels einen Wert von 1/N Zellen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale filtert der Prozessor auch die Range-Doppler-Abbildung, um das Ergebnis der Filterung durch Falten der R Abtastungen-Anzahl der Energiepegel, die dem Doppler-Wert d zugeordnet sind, mit der N Zellen-Anzahl der Elemente des Kernels zu erhalten.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist das Radarsystem ein Multi-Eingangs-Multi-Ausgangs(MIMO - Multi-Input-Multi-Output)-Radarsystem.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale befindet sich das Radarsystem innerhalb oder an einem Fahrzeug und ist konfiguriert, um eine Position und Geschwindigkeit eines Objekts in Bezug auf das Fahrzeug zu erfassen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Verarbeiten eines oder mehrerer, durch ein Empfangsteil eines Radarsystems erhaltener Rücksignale, die sich aus dem Senden eines oder mehrerer Signale ergeben, das Durchführen einer zweistufigen schnellen Fourier-Transformation (FFT), um eine Range-Doppler-Abbildung zu erhalten, die die Energiepegel bei jedem einer Reihe von Entfernungswerten und einem Satz von Doppler-Werten anzeigt. Das Verfahren umfasst auch das Filtern der Range-Doppler-Abbildung unter Verwendung eines Kernels, der gemäß einer Schätzung einer Anzahl von Entfernungswerten, über die die Energiepegel oberhalb eines Schwellenwerts verteilt sind, und das Durchführen einer Zielerkennung unter Verwendung eines Ergebnisses der Filterung, bemessen ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch das Senden einer Anzahl N Chirps des einen oder der mehreren Signale und Erhalten einer Anzahl von Abtastungen N Abtastungen von jedem der N Chirps-Signale.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch das Ermitteln der Integrationszeit Tint als T_int = N_Abtastungen · F_s · N_chirps, wobei Fs die Frequenz ist, mit der die Anzahl der Abtastungen erhalten wird.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch das Schätzen einer Anzahl von Elementen des Kernels als $N_{c e l l s} = [\frac{T_{i n t} R_{A b t a s t u n g e n}}{R_{m a x}} d],$
wobei der Satz von Entfernungswerten von 0 bis R max ist, was ein maximal eindeutiger Zielbereich ist, R Abtastungen ist eine Anzahl von Schritten von 0 bis R max, und d ein Doppler-Wert innerhalb des Satzes von Doppler-Werten, der mit der Anzahl der Entfernungswerte verbunden ist, über die die Energiepegel über einem Schwellenwert verteilt sind, und das Einstellen eines Wertes jedes der Elemente des Kernels auf 1/N Zellen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Filtern der Range-Doppler-Abbildung zum Erhalt des Ergebnisses der Filterung das Falten der R Abtastungen-Anzahl der Energiepegel, die dem Doppler-Wert d zugeordnet sind, mit der N Zellen-Anzahl der Elemente des Kernels.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren ebenfalls die Erfassung einer Position und Geschwindigkeit eines Objekts in Bezug auf das Fahrzeug, basierend auf der Zielerfassung.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug ein Radarsystem, das ein Sendeteil zum Senden eines oder mehrerer Signale, und ein Empfangsteil zum Empfangen eines oder mehrerer Rücksignale, die sich aus der Reflexion des einen oder der mehreren Signale durch ein Ziel ergeben. Das System umfasst auch einen Prozessor, um das eine oder die mehreren Rücksignale unter Verwendung einer zweistufigen schnellen Fourier-Transformation (FFT - Fast Fourier Transform) zu verarbeiten, um eine Range-Doppler-Abbildung zu erhalten, die Energiepegel bei jedem Satz von Entfernungswerten und einem Satz von Doppler-Werten anzeigt, um die Range-Doppler-Abbildung unter Verwendung eines Kernels zu filtern, der gemäß einer Schätzung einer Anzahl des Satzes von Entfernungswerten, über die die Energiepegel über einem Schwellenwert verteilt sind, bemessen ist, und eine Zielerfassung basierend auf einem Ergebnis der Filterung durchzuführen. Das Fahrzeug umfasst ebenfalls eine Steuerung, um den Fahrzeugbetrieb, basierend auf der Zielerfassung, zu verbessern oder zu automatisieren.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale wird eine Anzahl N Chirps des einen oder der mehreren Signale durch das Sendeteil in einem Rahmen gesendet, und eine Anzahl von Abtastungen N Abtastungen von jedem der N Chirps-Signale erhalten, und der Prozessor ist ferner konfiguriert, um die Integrationszeit Tint als T_int = N_samples · F_s · N_chirps zu bestimmen, wobei Fs die Frequenz ist, mit der die Anzahl der Abtastungen erhalten wird.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale schätzt der Prozessor eine Anzahl von Elementen des Kernels als $N_{c e l l s} = [\frac{T_{i n t} R_{A b t a s t u n g e n}}{R_{m a x}} d],$
wobei der Satz von Entfernungswerten von 0 bis R max reicht, was ein maximal eindeutiger Zielbereich ist, R Abtastungen ist eine Anzahl von Inkrementen von 0 bis R max, und d ist ein Doppler-Wert innerhalb des Satzes von Doppler-Werten, die mit der Anzahl der Entfernungswerte verbunden sind, über die die Energiepegel oberhalb eines Schwellenwertes verteilt sind.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale hat jedes der Elemente des Kernels einen Wert von 1/N Zellen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale filtert der Prozessor die Range-Doppler-Abbildung, um das Ergebnis der Filterung durch Falten der R Abtastungen-Anzahl der Energiepegel, die dem Doppler-Wert d zugeordnet sind, mit der N Zellen-Anzahl der Elemente des Kernels zu erhalten.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist das Radarsystem ein Multi-Eingangs-Multi-Ausgangs(MIMO - Multi-Input-Multi-Output)-Radarsystem.
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 Eigenschaften, Vorteile und Details erscheinen, nur exemplarisch, in der folgenden ausführlichen Beschreibung der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die folgenden Zeichnungen bezieht:

1 ist ein Blockdiagramm eines Szenarios ein Radarsystem betreffend gemäß Ausführungsformen;
2 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Radarsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
3 zeigt eine beispielhafte Range-Doppler-Abbildung, die gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen gefiltert wird;
4 zeigt einen beispielhaften Faltungsprozess für einen Kernel, der gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen erhalten wurde;
5 zeigt eine beispielhafte Range-Doppler-Abbildung, die gefiltert wird, um den Range-Walk-Effekt gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen zu behandeln; und
6 zeigt die Range-Doppler-Abbildung, die sich aus der Filterung ergibt, um den Range-Walk-Effekt in der Range-Doppler-Abbildung von 5 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zu behandeln.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Wie bereits erwähnt, kann ein Radarsystem einer von mehreren Sensoren sein, die Informationen zur Erweiterung oder Automatisierung des Fahrzeugbetriebs bereitstellen. Ein Radar kann eine kontinuierliche Welle oder eine Reihe von Impulsen senden. So kann beispielsweise ein Radarsystem eine frequenzmodulierte kontinuierliche Welle senden, die als Chirp bezeichnet wird, mit einer linearen Zunahme oder Abnahme der Frequenz über die Dauer der kontinuierlichen Welle. Ein Radarsystem kann einen oder mehrere Sender und einen oder mehrere Empfänger umfassen. So kann beispielsweise das Radarsystem ein Multi-Eingangs-Multi-Ausgangs(MIMO)-System mit mehreren Sendekanälen und mehreren Empfangskanälen sein. Zu Erläuterungszwecken wird das Senden von Chirps in einem MIMO-Radarsystem erörtert.
Die Verarbeitung von Empfangssignalen, die sich aus den Chirps ergeben, die von einem Ziel reflektiert werden, ist bekannt und wird hier nur im Allgemeinen beschrieben. Die typische Verarbeitung von empfangenen Reflexionen umfasst das Durchführen einer Analog-Digital-Wandlung und einer Fast-Fourier Transformation (FFT) in Bezug auf die Entfernung (bezeichnet als Entfernungs-FFT). Das Ergebnis der Entfernungs-FFT ist eine Anzeige der Energieverteilung über die vom Radar erkennbaren Entfernungen für jedes gesendete Chirp, wobei jedem Empfangskanal und jedem Sendekanal eine andere Entfernungs-FFT zugeordnet ist. Somit ist die Gesamtzahl der Entfernungs-FFTs ein Produkt aus der Anzahl der übertragenen Chirps und der Anzahl der Empfangskanäle.
Eine Doppler-FFT wird dann auf das Ergebnis der Entfernungs-FFT angewendet. Die Doppler-FFT ist auch ein bekanntes Verfahren in der Radarerfassung und wird verwendet, um eine Entfernungs-Doppler-Abbildung pro Empfangskanal zu erhalten. Da die Entfernungs-FFT und Doppler-FFT nacheinander durchgeführt werden, um eine Range-Doppler-Abbildung gemäß der beispielhaften Ausführungsform zu erhalten, kann das Verfahren als ein zweistufiger FFT-Prozess bezeichnet werden. Für die einzelnen Empfangskanal- und Sendekanalpaare werden alle Chirps für jede Entfernungszelle der Entfernungs-Chirp-Abbildung (erhalten mit der Entfernungs-FFT) gemeinsam verarbeitet. Das Ergebnis der Doppler-FFT, die Entfernungs-Doppler-Abbildung, zeigt die Relativgeschwindigkeit jedes erkannten Ziels zusammen mit seiner Entfernung an. Die Anzahl der Doppler-FFTs ist ein Produkt aus der Anzahl der Entfernungszellen und der Anzahl der Empfangskanäle.
Die digitale Strahlformung führt zu einer Entfernungs-Doppler-Abbildung (Relativgeschwindigkeit) pro Strahl. Die digitale Strahlformung ist ebenfalls ein bekannter Prozess und umfasst das Erhalten eines Vektors komplexer Skalare aus dem Vektor der empfangenen Signale und der Matrix der tatsächlichen empfangenen Signale an jedem Empfangselement für jeden Einfallswinkel einer Zielreflexion. Die digitale Strahlformung stellt einen Azimutwinkel zu jedem der erkannten Ziele, basierend auf einem Schwellenwert der komplexen Skalare des erhaltenen Vektors, bereit. Die Ausgänge, die letztendlich durch das Verarbeiten der empfangenen Signale erhalten werden, sind die Entfernung, Doppler, Azimut, Höhe und Amplitude jedes Ziels.
Wie bereits erwähnt, kann die Range-Doppler-Abbildung einen Range-Walk nachweisen. Aufgrund des Range-Walks in der Doppler-Zelle (d. h., ein Doppler-Intervall innerhalb des Doppler-Bereichs, der durch die Range-Doppler-Abbildung abgedeckt ist), die mit der Relativgeschwindigkeit eines Ziels verbunden ist, wird die Energie über mehrere Entfernungszellen verteilt. Insbesondere ist die Anzahl der Entfernungszellen mit einem Energiepegel oberhalb eines Schwellenwerts aufgrund des Range-Walk-Effekts größer. Dies liegt daran, dass die Zielgeschwindigkeit so hoch ist, dass sich während der Sendedauer der Reihe von Chirps der Bereich zum Ziel um mehr als das Bereichsintervall (z. B. 5 bis 10 Zentimeter) ändert, das von jeder Entfernungszelle abgedeckt wird. Je näher sich die dem Ziel zugeordnete Doppler-Zelle an dem maximalen Doppler befindet, der in der Entfernungs-Doppler-Abbildung gezeigt ist, desto häufiger tritt das Problem des Range-Walks auf. Der Range-Walk beeinflusst das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR - Signal-To-Noise Ratio). Dies beeinflusst wiederum die Genauigkeit, mit der der Einfallswinkel (d. h., Azimut) des Ziels anschließend unter Verwendung der Strahlformung berechnet werden kann.
Ausführungsformen der hierin ausführlich beschriebenen Systeme und Verfahren behandeln den Range-Walk in einer Range-Doppler-Abbildung, um das SNR zu erhöhen und folglich die Genauigkeit der Azimutschätzung. Insbesondere ist eine Filterbank, basierend auf der Anzahl der Entfernungszellen, über die die Zielreaktion verteilt ist, konzipiert. Das Ergebnis der Filterung ist eine schärfere Reaktion, die in weniger Entfernungszellen konzentriert ist, was die Wirkung des Range-Walk in der Range-Doppler-Abbildung ausgleicht. Das nachfolgende Strahlformungsergebnis liefert eine genauere Schätzung des Azimutwinkels zum Ziel.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist 1 ein Blockdiagramm eines Szenarios, das ein kohärentes Radarsystem 110 betrifft. Das in 1 dargestellte Fahrzeug 100 ist ein Kraftfahrzeug 101. Ein kohärentes Radarsystem 110, das unter Bezugnahme auf 2 ausführlicher beschrieben wird, ist an der Frontpartie des Kraftfahrzeugs 101 dargestellt. Gemäß alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen können sich ein oder mehrere Lidarsysteme 110 an anderer Stelle im Fahrzeug 100 befinden. Teile des Radarsystems 110 können innerhalb des Fahrzeugs 100 oder auf diesem angeordnet sein. Ein weiterer Sensor 115 (z. B. Kamera, Mikrofon, Lidarsystem) ist ebenfalls dargestellt. Informationen, die durch das Radarsystem 110 und einen oder mehrere andere Sensoren 115 erhalten werden, können für eine Steuerung 120 (z. B. einer elektronischen Steuereinheit (ECU - Electronic Control Unit)) bereitgestellt werden.
Die Steuerung 120 kann die Informationen zum Steuern eines oder mehrerer Fahrzeugsysteme 130 verwenden. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 ein autonomes Fahrzeug sein, das zumindest teilweise von der Steuerung 120 gesteuert wird. Das Radarsystem 110 und ein oder mehrere andere Sensoren 115 können verwendet werden, um Objekte 140 zu erkennen, wie beispielsweise den Fußgänger 145, der in 1 dargestellt ist. Die Steuerung 120 kann eine Verarbeitungsschaltung umfassen, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzte oder dedizierte oder Gruppe) und einen Speicher beinhalten kann, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
2 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Radarsystems 110 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das beispielhafte Radarsystem 110 ist ein MIMO-System. Somit gibt es mehrere Sendekanäle 215 und Empfangskanäle 225. Im Allgemeinen umfasst das Radarsystem 110 ein Sendeteil 210, das den Sendekanälen 215 zugeordnet ist, ein Empfangsteil 220, das den Empfangskanälen 225 zugeordnet ist, und eine Radarsteuerung 230. Die Radarsteuerung 230 kann eine Verarbeitungsschaltung umfassen, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC - Application Specific Integrated Circuit), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzte oder dedizierte oder Gruppe) und einen Speicher umfasst, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Die Radarsteuerung 230 kann mit dem Radarsystem 110 in einem Gehäuse untergebracht sein oder kann eine Fahrzeugsteuerung 120 sein, die zusätzliche Funktionen zur Steuerung des Radarsystems 110 ausführt.
In dem in 2 dargestellten beispielhaften MIMO-Radarsystem 110 umfasst jeder Sendekanal 215 einen Oszillator 211, einen Puffer 212, einen Leistungsverstärker 213 und ein Antennenelement 214. Jeder Empfangskanal 225 umfasst ein Antennenelement 221, einen Vorverstärker 222, einen Mischer 223 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC - Analog-To-Digital Converter) 224. Während nur drei Sendekanäle 215 und drei Empfangskanäle 225 dargestellt sind, kann das Radarsystem 110 eine beliebige Anzahl an Kanälen umfassen, und die Anzahl von Sendekanälen 215 kann sich von der der Empfangskanäle 225 unterscheiden. Jeder Sendekanal 215 sendet ein Sendesignal 217 (z. B. Chirp 240). Wenn dieses Sendesignal 217 auf ein Ziel 140 trifft, wird Energie in Form von Empfangssignalen 227 reflektiert. Im beispielhaften MIMO-System empfängt jeder Empfangskanal 225 die Empfangssignale 227, die von jedem Sendesignal 217 jedes Sendekanals 215, wie zuvor erwähnt, erzeugt werden. Die Verarbeitung der Empfangssignale 227 umfasst das Erzeugen der Range-Doppler-Abbildung 310 (3) und das Behandeln des Range-Walk-Effekts auf die Range-Doppler-Abbildung 310 gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen.
Ein beispielhafter Chirp 240 ist in 2 dargestellt. Die Zeit ist entlang der Achse 243 dargestellt und die Frequenz ist entlang der Achse 245 dargestellt. Wie 2 zeigt, weist der beispielhafte Chirp 240 eine linear zunehmende Frequenz über die Dauer des Chirps 240 auf.
Der Chirp wird abgetastet, um eine Anzahl von Abtastungen zu erhalten, die durch N Abtastungen angegeben ist. Die Häufigkeit der Abtastung Fs, dies ist die invertierte Periode der Abtastungen Ts, wird in 2 gezeigt. Die Anzahl der Chirps 240, die von den Sendekanälen 215 in einem Rahmen gesendet werden, wird durch N Chirps angegeben. In dem beispielhaften Radarsystem 110, dargestellt in 2, können N Chirps drei sein, da drei Sendekanäle 215 vorhanden sind, die jeweils einen Chirp 240 senden würden. Die entsprechende Integrationszeit Tint, die auch als die Zeit auf dem Ziel 140 bezeichnet werden kann, ist gegeben durch: $T_{i n t} = N_{A b t a s t u n g e n} \cdot F_{S} \cdot N_{c h i r p s}$
3 zeigt eine beispielhafte Range-Doppler-Abbildung 310, die gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen gefiltert wird. Wie zuvor beschrieben, ist jedem Empfangskanal 225 eine andere Range-Doppler-Abbildung 310 zugeordnet. Die beispielhafte Range-Doppler-Abbildung 310 weist Entfernungswerte von 0 Metern bis R max auf, was der maximale eindeutige Zielbereich, über 16 Zellen (bezeichnet als R Abtastungen) ist. Die Werte der N Abtastungen und R Abtastungen können gleich sein. Die Range-Doppler-Abbildung 310 zeigt auch Doppler-Werte von Dmin bis Dmax. Metern pro Sekunde (m/s) über 10 Zellen. Zum Beispiel, wenn Dmin -5 m/s ist und Dmax. 4 m/s ist, wobei jede Doppler-Zelle 1 m/s derart umfasst, dass die 10 Zellen -5 m/s entsprechen, -4 m/s, -3 m/s, -2 m/s, -1 m/s, 0 m/s, 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s und 4 m/s. Die als d angegebene Zelle entspricht -1 m/s. Gemäß dem beispielhaften Fall wird die Energie, die durch die Range-Doppler-Abbildung 310 angezeigt wird, die von den Empfangssignalen 227 wie zuvor beschrieben erhalten wird, über mehrere Entfernungszellen in der Doppler-Zelle d verteilt. Insbesondere wird die Energie überwiegend über die 7 Entfernungszellen verteilt, die durch 320 angezeigt werden. Diese Verteilung über die 7 Entfernungszellen, die durch 320 angezeigt werden, stellt das Range-Walk-Phänomen dar. Gemäß den hierin ausgeführten Ausführungsformen wird der Kernel, der zum Filtern der Range-Doppler-Abbildung 310 entwickelt wurde, gemäß einer Schätzung der Anzahl der Entfernungszellen bemessen, die als 320 gekennzeichnet sind.
Die Schätzung der Anzahl der Zellen N Zellen über die Entfernungsreaktion (d. h., die Range-Doppler-Abbildung 310 Werte für die Entfernungszellen in der Doppler-Zelle d) verteilt ist, ist gegeben durch: $N_{c e l l s} = [\frac{T_{i n t} R_{A b t a s t u n g e n}}{R_{m a x}} d]$
Der Wert der N Zellen ist die Größe des Kernels und bildet auch die Grundlage der Filterwerte. So kann beispielsweise der Filter ein Mittelwert und jede der N Zellen kann die Anzahl der Filterwerte 1/N Zellen sein. Der Filter kann stattdessen ein mittlerer oder Gaußscher Filter mit der N Zellen-Anzahl von Werten sein. Die Faltung der Entfernungsreaktion bezieht sich auf eine gleitende Fenstermultiplikation mit dem Kernel. Es kann beispielsweise jeder bekannte Faltungsalgorithmus verwendet werden, wie beispielsweise das Auffüllen mit Nullen, Extrapolation oder zirkuläre oder zyklische Faltung.
4 zeigt einen beispielhaften Faltungsprozess für einen Kernel, der gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen erhalten wird. Im beispielhaften Fall ist R Abtastungen (d. h., die Anzahl der Entfernungszellen in der Range-Doppler-Abbildung 310) fünf, und N Zellen, bestimmt gemäß EQ. 2, ist drei. Die Energiewerte in den fünf Entfernungszellen werden durch r1, r2, r3, r4, r5 dargestellt. Die drei Kernelwerte werden durch k1, k2, k3 dargestellt. Wie bereits erwähnt, können die Kernelwerte k1, k2, k3 alle 1/N Zellen (= 1/3 im Beispiel) im beispielhaften Fall eines Mittelwertfilters sein. Die Kernelwerte k1, k2, k3 können basierend auf einem Median- oder Gaußschen Filter gemäß alternativen Ausführungsformen eingestellt werden. In dem beispielhaften Fall ist eine Faltung mit Auffüllen mit Nullen dargestellt. Wie 4 zeigt, resultieren sieben Werte (R1-R7) aus der gleitenden Fenstermultiplikation, die die Filterung der Entfernungszellen darstellt, die der Doppler-Zelle d zugeordnet sind und das Entfernungsphänomen aufweisen. Die Berechnungen sind für R1, R4 und R7 zu Erläuterungszwecken ausführlich beschrieben. Die sieben Werte R1 bis R7, anstatt der ursprünglichen fünf Werte r1 bis r5, dienen zur genaueren Erfassung der Entfernung zum Ziel 140.
5 zeigt eine beispielhafte Range-Doppler-Abbildung 310, die zur Behandlung des Range-Walk-Effekts gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen einer Filterung unterzogen werden. Energie wird entlang der Achse 520 angezeigt. Wie in 5 dargestellt, umfassen die Entfernungszellen, die der Doppler-Zelle d zugeordnet sind, die Spitze 510. Die an anderen Doppler-Zellen erfasste Energie wird zur Vereinfachung nicht dargestellt. Diese Energie, die sich nicht aus der Reflexion durch ein Ziel 140 ergibt, kann als Grundrauschen bezeichnet werden. Die Doppler-Zelle d wird, basierend auf den Energiepegeln entlang den mit einer Doppler-Zelle d verbundenen Entfernungszellen, zugeordnet, die einen Schwellenwert (z. B. einen Wert oberhalb des Grundrauschens) überschreiten. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, wird N Zellen basierend auf EQ. 2 berechnet. Wie bereits erwähnt, ist N Zellen die Schätzung der Anzahl der Entfernungszellen, über die die Entfernungsreaktion verteilt ist, und die auch der Anzahl der verwendeten Kernels entspricht, um die Entfernungszellen zu filtern, die der Doppler-Zelle zugeordnet sind d.
6 zeigt die Range-Doppler-Abbildung 310, die sich aus der Filterung ergibt, um den Range-Walk-Effekt in der Range-Doppler-Abbildung 310 von 5, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, zu behandeln. In 6 umfassen die Entfernungszellen im Zusammenhang mit Doppler-Zelle d die Spitze 610. Ein Vergleich von 5 und 6 zeigt, dass die Basis der Spitze 510 in 5 breiter als die Basis der Spitze 610 in 6 ist. Die Verwendung der in 6 dargestellten Entfernungs-Doppler-Zelle 310, um die Entfernung von dem Radarsystem 110 zu dem Ziel 140 zu bestimmen (d. h., das Ziel 140, das zu den Spitzen 510 (5) und 610 führt) führt zu einer genaueren Schätzung, als wenn die Range-Doppler-Abbildung 310 von 5 verwendet würde. Dies liegt daran, dass das in der Range-Doppler-Abbildung 310 nachgewiesene Range-Walk-Phänomen in 5 dargestellt ist.
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

Radar-System, umfassend: Sendeteil, konfiguriert zum Senden eines oder mehrerer Signale; Empfangsteil, konfiguriert, um ein oder mehrere Rücksignale zu empfangen, die sich aus der Reflexion des einen oder der mehreren Signale durch ein Ziel ergeben; und einen Prozessor, konfiguriert, um das eine oder mehreren Rücksignale unter Verwendung einer zweistufigen schnellen Fourier-Transformation (FFT) zu verarbeiten, um eine Range-Doppler-Abbildung zu erhalten, die die Energiepegel bei jeweils einem Satz von Entfernungswerten und einem Satz von Doppler-Werten anzeigt, um die Range-Doppler-Abbildung unter Verwendung eines Kernels zu filtern, der gemäß einer Schätzung einer Anzahl des Satzes von Entfernungswerten, über die die Energiepegel über einem Schwellenwert verteilt sind, bemessen ist, und eine Zielerfassung basierend auf einem Ergebnis der Filterung durchzuführen.
Radarsystem nach Anspruch 1, wobei eine Anzahl N Chirps des einen oder der mehreren Signale durch das Sendeteil in einem Rahmen gesendet wird und eine Anzahl von Abtastungen N Abtastungen von jedem der N Chirps-Signale erhalten wird, und der Prozessor ferner konfiguriert ist, um die Integrationszeit Tint zu bestimmen als: $T_{i n t} = N_{A b t a s t u n g e n} \cdot F_{S} \cdot N_{c h i r p s},$
wobei Fs die Frequenz ist, mit der die Anzahl der Abtastungen erhalten wird.
Radarsystem nach Anspruch 2, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um eine Anzahl von Elementen des Kernels zu schätzen als: $N_{c e l l s} = [\frac{T_{i n t} R_{A b t a s t u n g e n}}{R_{m a x}} d],$
wobei Satz von Entfernungswerten von 0 bis R max, was ein maximal eindeutiger Zielbereich ist, R Abtastungen eine Anzahl von Schritten von 0 bis R max ist, und d ein Doppler-Wert innerhalb des Satzes von Doppler-Werten ist, der mit der Anzahl der Entfernungswerte verbunden ist, über die die Energiepegel über einem Schwellenwert verteilt sind.
Radarsystem nach Anspruch 3, wobei jedes der Elemente des Kernels einen Wert von 1/N Zellen hat.
Radarsystem nach Anspruch 3, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um die Range-Doppler-Abbildung zu filtern, um das Ergebnis der Filterung durch Falten der R Abtastungen-Anzahl der Energiepegel, die dem Doppler-Wert d zugeordnet sind, mit der N Zellen-Anzahl der Elemente des Kernels zu erhalten.
Radarsystem nach Anspruch 1, wobei das Radarsystem ein Multi-Eingangs-Multi-Ausgangs(MIMO)-Radarsystem ist und sich innerhalb oder auf einem Fahrzeug befindet und konfiguriert ist, um eine Position und Geschwindigkeit eines Objekts in Bezug auf das Fahrzeug zu erfassen.
Verfahren zum Verarbeiten eines oder mehrerer Rücksignale, die durch ein Empfangsteil eines Radarsystems erhalten werden, die sich aus dem Senden eines oder mehrerer Signale ergeben, das Verfahren umfassend: Durchführen einer zweistufigen schnellen Fourier-Transformation (FFT), um eine Range-Doppler-Abbildung zu erhalten, die die Energiepegel bei jedem einer Reihe von Entfernungswerten und einem Satz von Doppler-Werten anzeigt; Filtern der Range-Doppler-Abbildung unter Verwendung eines Kernels, der gemäß einer Schätzung einer Anzahl von Entfernungswerten bemessen ist, über die die Energiepegel oberhalb eines Schwellenwerts verteilt sind; und Durchführen einer Zielerkennung unter Verwendung eines Ergebnisses der Filterung.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Senden einer Anzahl N Chirps des einen oder der mehreren Signale und Erhalten einer Anzahl von Abtastungen N Abtastungen von jedem der N Chirps-Signale.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Ermitteln der Integrationszeit Tint als: $T_{i n t} = N_{A b t a s t u n g e n} \cdot F_{S} \cdot N_{c h i r p s},$
wobei Fs die Frequenz ist, mit der die Anzahl der Abtastungen erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Schätzen einer Anzahl von Elementen des Kernels als: $N_{c e l l s} = [\frac{T_{i n t} R_{A b t a s t u n g e n}}{R_{m a x}} d],$
wobei der Satz von Entfernungswerten von 0 bis R max ist, was ein maximal eindeutiger Zielbereich ist, R Abtastungen eine Anzahl von Schritten von 0 bis R max ist, und d ein Doppler-Wert innerhalb des Satzes von Doppler-Werten, der mit der Anzahl der Entfernungswerte verbunden ist, über die die Energiepegel über einem Schwellenwert verteilt sind, und das Einstellen eines Wertes jedes der Elemente des Kernels auf 1/N Zellen, wobei das Filtern der Range-Doppler-Abbildung zum Erhalten des Ergebnisses der Filterung das Falten der R Abtastungen-Anzahl der Energiepegel, die dem Doppler-Wert d zugeordnet sind, mit der N Zellen-Anzahl der Elemente des Kernels umfasst.