DE102019114631A1

DE102019114631A1 - Zielpositionsschätzung aus kreuzübertragungsreflexionen von unsynchronisierten radaren

Info

Publication number: DE102019114631A1
Application number: DE102019114631.3A
Authority: DE
Inventors: Oded Bialer; Amnon Jonas
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2020-02-13
Also published as: US20200049808A1; CN110857982A

Abstract

Ein Fahrzeug, ein Radarsystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Schätzung eines Kreuzübertragungsbereichs eines Objekts. Das Radarsystem beinhaltet ein erstes Radar, ein zweites Radar und einen Prozessor. Das erste Radar überträgt ein Testsignal. Das zweite Radar ist vom ersten Radar um einen ausgewählten Abstand entfernt und empfängt ein Gesamtsignal, welches das direkt vom ersten Radar empfangene Testsignal und eine Reflexion des Testsignals vom Ziel beinhaltet. Der Prozessor führt eine nichtlineare Operation am Gesamtsignal durch, um einen Kreuzkorrelationsterm des direkt empfangenen Testsignals und des Reflexionssignals zu erhalten und einen Kreuzübertragungsbereich des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm zu schätzen.

Description

EINLEITUNG
Der Gegenstand der Offenbarung betrifft das Ermitteln von Radarparametern eines Objekts unter Verwendung von Radarsignalen und insbesondere das Ermitteln einer Position eines Objekts unter Verwendung unsynchronisierter Radare.
In Fahrzeug-Radarsystemen befinden sich oft mehrere Radare am Fahrzeug. Jeder Radar beinhaltet im Allgemeinen einen Sender und einen Empfänger. Der Sender sendet ein Signal, das von einem Objekt reflektiert wird, und wird am Empfänger empfangen, um einen Parameter des Objekts, wie beispielsweise eine Position des Objekts, zu bestimmen. Durch die Synchronisierung mehrerer Radare können diese Parameter unter Verwendung eines Signals bestimmt werden, das von einem Radar an einem Punikt des Fahrzeugs übertragen wird, wobei eine Reflexion des Signals von einem anderen Radar an einem anderen Punkt des Fahrzeugs empfangen wird. Die Synchronisation von Radaren erfordert jedoch eine beträchtliche Menge an zusätzlicher Verarbeitungsschaltungen und Leistungsbedarf. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein System und ein Verfahren zum Bestimmen einer Position des Objekts bereitzustellen, das keine synchronisierten Radare erfordert.
KURZDARSTELLUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Schätzung eines Kreuzübertragungsbereichs eines Objekts offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Übertragen eines Testsignals von einem Sender, das Empfangen eines Gesamtsignals direkt vom Sender an einem vom Sender getrennten Empfänger und einer Reflexion des Testsignals vom Objekt, das Durchführen einer nichtlinearen Operation am Gesamtsignal, um einen Kreuzkorrelationsterm des direkt empfangenen Testsignals und des Reflexionssignals zu erhalten, und die Schätzung des Kreuzübertragungsbereichs des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind der Sender und der Empfänger unsynchronisiert. Die Durchführung der nichtlinearen Operation beinhaltet ferner mindestens eines der folgenden Elemente: die Ausgabe des Gesamtsignals, den Erhalt eines skalaren Produkts des Gesamtsignals und den Erhalt eines absoluten Werts des Gesamtsignals. Das Verfahren beinhaltet ferner die Anwendung eines Bandpassfilters auf ein Ergebnis der nichtlinearen Operation. Das Verfahren beinhaltet ferner die Integration des Kreuzkorrelationsterms zur Schätzung der Rundlaufverzögerung zwischen Sender, Objekt und Empfänger. Das Verfahren beinhaltet ferner die Anwendung einer Fourier-Transformation auf den Kreuzkorrelationsterm und die Schätzung des Kreuzübertragungsbereichs des Objekts von der Spitze in einem resultierenden Fourier-Spektrum. Das Verfahren beinhaltet ferner die Kombination des geschätzten Kreuzübertragungsbereichs des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm mit einer Schätzung eines Selbstübertragungsbereichs des Objekts von einem Selbstübertragungsecho.
In einer exemplarischen Ausführungsform wird ein Radarsystem für ein Fahrzeug offenbart. Das Radarsystem beinhaltet ein erstes Radar, ein zweites Radar und einen Prozessor. Das erste Radar ist so konfiguriert, dass es ein Testsignal überträgt. Das zweite Radar wird vom ersten Radar um eine ausgewählte Entfernung entfernt und so konfiguriert, dass es ein Gesamtsignal empfängt, welches das direkt vom ersten Radar empfangene Testsignal und eine Reflexion des Testsignals vom Ziel beinhaltet. Der Prozessor ist so konfiguriert, dass er eine nichtlineare Operation am Gesamtsignal durchführt, um einen Kreuzkorrelationsterm des direkt empfangenen Testsignals und des Reflexionssignals zu erhalten und einen Kreuzübertragungsbereich des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm zu schätzen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind das erste Radar und das zweite Radar unsynchronisiert. Der Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er die nichtlineare Operation durchführt, indem mindestens eine Quadratur des Gesamtsignals durchgeführt wird, ein skalares Produkt des Gesamtsignals erhalten wird und ein absoluter Wert des Gesamtsignals erhalten wird. Der Prozessor ist ferner dazu konfiguriert, einen Filter auf ein Ergebnis der nichtlinearen Operation anzuwenden. Der Prozessor ist ferner dazu konfiguriert, den Kreuzkorrelationsterm zur Schätzung des Kreuzübertragungsbebereichs des Objekts zu integrieren. Der Prozessor ist ferner dazu konfiguriert, den geschätzten Kreuzübertragungsbereich des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm mit einer Schätzung eines Selbstübertragungsbereichs des Objekts von einem Selbstübertragungsecho zu kombinieren. Der Prozessor ist ferner dazu konfiguriert, das Fahrzeug in Bezug auf das Objekt basierend auf dem geschätzten Kreuzübertragungsbereich zu navigieren.
In noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird ein Fahrzeug offenbart. Das Fahrzeug beinhaltet ein erstes Radar, ein zweites Radar und einen Prozessor. Das erste Radar ist dazu konfiguriert, ein Testsignal zu übertragen. Das zweite Radar ist vom ersten Radar um eine ausgewählte Entfernung entfernt und dazu konfiguriert, ein Gesamtsignal zu empfangen, welches das direkt vom ersten Radar empfangene Testsignal und eine Reflexion des Testsignals vom Ziel beinhaltet. Der Prozessor ist dazu konfiguriert, eine nichtlineare Operation am Gesamtsignal durchzuführen, um einen Kreuzkorrelationsterm des direkt empfangenen Testsignals und des Reflexionssignals zu erhalten und einen Kreuzübertragungsbereich des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm zu schätzen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind das erste Radar und das zweite Radar unsynchronisiert. Der Prozessor ist ferner dazu konfiguriert, die nichtlineare Operation durchzuführen, indem mindestens eine Quadratur des Gesamtsignals durchgeführt wird, ein skalares Produkt des Gesamtsignals und ein absoluter Wert des Gesamtsignals erhalten wird. Der Prozessor ist ferner dazu konfiguriert, einen Filter auf ein Ergebnis der nichtlinearen Operation anzuwenden. Der Prozessor ist ferner dazu konfiguriert, den Kreuzkorrelationsterm zur Schätzung des Kreuzgetriebebereichs des Objekts zu integrieren. Der Prozessor ist ferner dazu konfiguriert, den geschätzten Kreuzübertragungsbereich des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm mit einer Schätzung des Selbstübertragungsbereichs des Objekts von einem Selbstübertragungsecho zu kombinieren.
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 Einzelheiten erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht. Hierbei gilt:

zeigt ein Fahrzeug mit einem zugehörigen Fahrwegplanungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
zeigt das Fahrzeug aus , das ein Verfahren zur Ermittlung eines Bereichs eines Objekts unter Verwendung eines Selbstübertragungsechos von einem einzigen Radar ausführt;
veranschaulicht ein Verfahren zum Bestimmen des Bereichs des Objekts unter Verwendung eines Transübertragungsechos;
zeigt Details des veranschaulichenden Radarsystems des Fahrzeugs aus ;
zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Ermittlung eines Bereichs für ein Objekt unter Verwendung von unsynchronisierten Radaren veranschaulicht; und
zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse der Kombination aus Selbst- und Kreuzübertragungserkennung veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren Anwendungen oder Einsatzgebieten zu beschränken. Es versteht sich, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt ein Fahrzeug 10, dem ein Fahrspurplanungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in 100 zugeordnet ist. Im Allgemeinen bestimmt das Fahrspurplanungssystem 100 einen Fahrspurplan 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 umschließt im Wesentlichen die Komponenten des Fahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Fahrgestell 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 Fahrspurplanungssystem 100 ist in das autonome Fahrzeug 10 (im Folgenden als das autonome Fahrzeug 10 bezeichnet) integriert. Das autonome Fahrzeug 10 ist beispielsweise ein Fahrzeug, das automatisch gesteuert wird, um Passagiere von einem Ort zum anderen zu befördern. Das autonome Fahrzeug 10 ist in der veranschaulichten Ausführungsform als Pkw dargestellt, es sollte jedoch beachtet werden, dass auch jedes andere Fahrzeug, einschließlich Motorrädern, Lastwagen, Sportfahrzeugen (SUVs), Freizeitfahrzeugen (RVs), Wasserfahrzeugen, Luftfahrzeugen usw. verwendet werden kann. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das autonome Fahrzeug 10 ein sogenanntes Level-Vier- oder Level-Fünf-Automatisierungssystem. Ein Level-Vier-System bezeichnet unter Bezugnahme auf die Fahrmodus-spezifische Leistung durch ein automatisiertes Fahrsystem eine „hohe Automatisierung“ aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe, selbst wenn ein menschlicher Fahrer nicht auf eine Anforderung, einzugreifen, reagiert. Ein Level-Fünf-System bezeichnet eine „Vollautomatisierung“ und verweist auf die allzeitige Eständige Vollzeiterbringung aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter allen Fahrbahn- und Umgebungsbedingungen, die von einem menschlichen Fahrer bewältigt werden können, durch ein automatisiertes Fahrsystem.
Wie dargestellt, beinhaltet das autonome Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Antriebssystem 20, ein Getriebesystem 22, ein Lenksystem 24, ein Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Stellgliedsystem 30, mindestens eine Datenspeichervorrichtung 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 Übertragungssystem 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, an den Fahrzeugrädern 16 und 18 ein Bremsdrehmoment 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 Stellung der Fahrzeugräder 16 und 18. Während das Lenksystem in einigen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung zur Veranschaulichung als ein Lenkrad dargestellt ist, braucht 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 autonomen 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 Radarsystem mit einer Anordnung von Radarsensoren, wobei sich die Radarsensoren an verschiedenen Stellen entlang des Fahrzeugs 10 befinden. Im Betrieb sendet ein Radarsensor einen elektromagnetischen Impuls 48 aus, der am Fahrzeug 10 von einem oder mehreren Objekten 50 im Sichtfeld des Sensors reflektiert wird. Der reflektierte Impuls 52 erscheint als eine oder mehrere Erkennungen am Radarsensor.
Das Stellgliedsystem 30 beinhaltet ein oder mehrere Stellgliedvorrichtungen 42a-42n, die ein oder mehrere Fahrzeugeigenschaften, wie zum Beispiel das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26, steuern, ist aber nicht darauf beschränkt. In verschiedenen Ausführungsformen können die Fahrzeugmerkmale ferner Innen- und/oder Außenfahrzeugmerkmale beinhalten, wie beispielsweise Türen, einen Kofferraum und Innenraummerkmale, wie z. B. Lüftung, Musik, Beleuchtung usw. (nicht nummeriert), sind jedoch nicht auf diese beschränkt (nicht nummeriert).
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), ein Hilfsprozessor unter mehreren mit der Steuerung 34 verbundenen Prozessoren, 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 die Medien 46 können flüchtige und nicht-flüchtige Speicher in einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Speicher mit direktem Zugriff (RAM) oder 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 die 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 von beliebigen anderen 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 autonomen Fahrzeugs 10 verwendet werden.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme beinhalten, von denen jedes eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zur Umsetzung von logischen Funktionen beinhaltet. 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 autonomen Fahrzeugs 10 durch und erzeugen Steuersignale an das Stellgliedsystem 30, um die Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 basierend auf der Logik, den Berechnungen, den Verfahren und/oder Algorithmen automatisch zu steuern. Obwohl in nur eine Steuerung 34 dargestellt ist, können Ausführungsformen des autonomen Fahrzeugs 10 eine beliebige Anzahl an Steuerungen 34 beinhalten, die über ein geeignetes Kommunikationsmedium oder eine Kombination von Kommunikationsmedien kommunizieren und zusammenwirken, um die Sensorsignale zu verarbeiten, Logiken, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen durchzuführen, und Steuersignale zu erzeugen, um die Funktionen des autonomen Fahrzeugs 10 automatisch zu steuern.
Das Fahrspurplanungssystem 100 navigiert das autonome Fahrzeug 10 basierend auf einer Bestimmung von Objekten und/oder deren Standorten innerhalb der Umgebung des Fahrzeugs. In verschiedenen Ausführungsformen betreibt die Steuerung 34 eine Vielzahl von Radaren an verschiedenen Stellen am Fahrzeug 10, um eine Position (d. h. Reichweite, Elevation und Azimut) des Objekts 50 unter Verwendung von unsynchronisierten Radaren zu bestimmen, insbesondere unter Verwendung von Übertragungsechos zwischen unsynchronisierten Radaren. Der bestimmte Standort kann entweder allein oder in Kombination mit ähnlichen Parametern verwendet werden, die von einzelnen Radarsystemen erhalten werden, um Reichweite, Azimut und/oder Höhe des Objekts 50 zu Navigationszwecken bereitzustellen. Nach der Bestimmung verschiedener Parameter des Objekts, wie Reichweite, Azimut, Erhöhung, Geschwindigkeit usw., kann die Steuerung 34 die eine oder mehreren 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 steuern.
zeigt das Fahrzeug 10 aus , das ein Verfahren zur Bestimmung eines Selbstübertragungsbereichs R des Objektes 50 unter Verwendung eines Selbstübertragungsechos von einem einzelnen Radar des Fahrzeugs 10 ausführt. Das Fahrzeug 10 weist ein erstes Radar 202 und ein zweites Radar 204 auf. Jedes aus dem ersten Radar 202 und dem zweiten Radar kann einen Sender und mindestens einen Empfänger beinhalten. Alternativ kann jedes Radar einen Wandler beinhalten, der sowohl als Sender als auch als Empfänger arbeitet.
zeigt Details des veranschaulichenden Radarsystems des Fahrzeugs 10. Das erste Radar 202 beinhaltet einen Sender 402 zur Übertragung eines oder mehrerer Testsignale und einer Vielzahl von Empfängern 404 zum Empfangen von Reflexionen des einen oder der mehreren Testsignale. Auf ähnliche Weise beinhaltet der zweite Radar 204 einen Sender 406 zum Übertragen eines oder mehrerer Testsignale und einer Vielzahl von Empfängern 408 zum Empfangen von Reflexionen des einen oder der mehreren Testsignale. Es ist offensichtlich, dass, während das erste Radar 202 und das zweite Radar 404 nicht synchronisiert sind, ein von Sender 402 des ersten Radars 202 übertragenes Testsignal von der Vielzahl von Empfängern 408 des zweiten Radars 204 empfangen werden kann, und ein von Sender 406 des zweiten Radars 204 übertragenes Testsignal von der Vielzahl von Empfängern 404 des ersten Radars 202 empfangen werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Testsignal ein linear moduliertes Frequenzsignal (LFM), das auch als Chirp-Signal bekannt ist.
Zurück zu , ist das zweite Radar 204 dargestellt, das den Betrieb eines Selbstübertragungsechos zur Bestimmung eines Selbstübertragungsbereichs des Objekts 104 in Bezug auf das Fahrzeug 10 veranschaulicht. Während das zweite Radar 204 zu Veranschaulichungszwecken dargestellt ist, versteht sich, dass deas erste Radar 202 auch einen Bereich von Objekt 50 unter Verwendung eines Selbstübertragungsechos, entweder unabhängig vom zweiten Radar 204 oder in Kombination mit dem zweiten Radar 204, bestimmen kann. In einem Selbstübertragungsecho sendet das zweite Radar 204 ein Testsignal s(t) und empfängt eine Reflexion r(t) des Testsignals vom Objekt 50. Da der Sender und Empfänger des zweiten Radars 204 (d.h. des gleichen Radars) miteinander synchronisiert sind, wird der Selbstübertragungsbereich R aus einer Korrelation des reflektierten Signals r(t) mit dem lokalen radarübertragenen Signal s(t) erhalten, wie in Gl. (1) dargestellt: $R \propto a r g max_{μ} \int r (t) * s (t - μ) d t$
wobei µ ein Verzögerungsversatz zwischen dem übertragenen Signal s(t) und dem empfangenen Signal r(t) ist. Gl. (1) eignet sich für die Entfernungsbestimmung, wenn Sender und Empfänger synchronisiert sind. Allerdings eignet sich Gl. (1) nicht für die Verwendung eines Senders und eines Empfängers, die nicht synchronisiert sind.
veranschaulicht ein Verfahren zur Bestimmung des Kreuzübertragungsbereichs R' des Objekts 50 unter Verwendung eines Kreuzübertragungsechos. Das Kreuzübertragungsecho nutzt sowohl das erste Radar 202 als auch das zweite Radar 204. Das erste Radar 202 und das zweite Radar 204 sind durch einen ausgewählten oder bekannten Abstand getrennt und nicht miteinander synchronisiert. Zusätzlich befinden sich das erste Radar 202 und das zweite Radar 204 innerhalb einer Sichtlinie voneinander. Der Kreuzübertragungsbereich ist eine zurückgelegte Entfernung vom ersten Radar 202 zum Objekt 50 und dann zum zweiten Radar 204. Im Allgemeinen ist ein Kreuzübertragungsbereich eines Objekts ein Bereich, der unter Verwendung eines Signals bestimmt wird, das zwischen zwei unterschiedlichen Radaren über das Objekt läuft.
Als eine Darstellung des Echos der Kreuzübertragung erzeugt das erste Radar 202 ein Testsignal s(t) (304), das sich vom ersten Radar 202 in alle Richtungen ausbreitet. Das zweite Radar 204 empfängt als Ergebnis der Übertragung des Testsignals zwei Signale. Zuerst empfängt das zweite Radar 204 direkt das Testsignal s(t), das direkt vom ersten Radar 202 zum zweiten Radar 204 läuft. Zweitens empfängt das zweite Radar 204 eine Reflexion r(t) (306) des Testsignals 304 vom Objekt 50. Das resultierende Gesamtsignal y(t), das am zweiten Radar 204 empfangen wird, wird durch Gl. (2) beschrieben: $y (t) = r (t) + s (t - τ)$
wobei r(t) das reflektierte Signal 306 ist und s(t - τ) das direkt empfangene Testsignal 304 ist. Die Variable τ bezieht sich auf die Entfernung zwischen dem ersten Radar 202 und dem zweiten Radar 204, die eine bekannte Grtöße ist.
Um einen Kreuzkorrelationsterm aus dem Gesamtsignal y(t) von Gl. (2) zu erzeugen, wird eine nichtlineare Operation am Gesamtsignal y(t) durchgeführt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die nichtlineare Operation Folgendes beinhalten: Quadratur des Gesamtsignals, Durchführung einer skalaren Multiplikation des Gesamtsignals, Erhalten des Absolutwerts des Gesamtsignals usw. Zu illustrativeb Zwecken zeigt Gleichung (3) die Ergebnisse des Quadratur des Gesamtsignals: $y^{2} (t) = r^{2} (t) + s^{2} (t - τ) + 2 r (t) s (t - τ)$
Deie nichtlineare Operation führt Terme ein, die das Quadrat der Reflexion und das Quadrat des Testsignals sind sowie einen Kreuzkorrelationsterm 2r(t)s(t - τ). Somit erzeugt die Durchführung der nichtlinearen Operation den Kreuzkorrelationsterm, der verwendet werden kann, um einen Kreuzübertragungsbereich von unsynchronisierten Radaren unter Verwendung von Gl. (1) oder einer ähnlichen Gleichung zu bestimmen. Für ein LFM-Testsignal ergibt der Kreuzkorrelations-Term ein sinusförmiges Signal, wie sin(2πft + φ), oder ein komplexes exponentielles Signal. exp (j2πft + φ). In jedem Fall ist die Frequenz f proportional zur Rundlaufzeitverzögerung zwischen der Sendeantenne, dem Objekt und der Empfangsantenne. Somit wird die Rundlaufzeitverzögerung bestimmt, indem die Frequenz f des Kreuzkorrelationsterms durch Anwendung einer Fourier-Transformation auf den Kreuzkorrelationsterm geschätzt wird. Der Spitzenwert des Fourier-Spektrums bezieht sich auf die Rundlaufzeitverzögerung für ein einzelnes Objekt. Für mehrere Objekte an verschiedenen Positionen erzeugt die Fourier-Transformation mehrere Spitzen, eine für jede der mehreren Rundlaufzeitverzögerungen in Bezug auf die mehreren Objekte. Die Fourier-Transformation wird in verschiedenen Ausführungsformen entweder durch eine diskrete Fourier-Transformation oder eine Fast-Fourier-Transformation umgesetzt. Ein Bandpassfilter kann auf den Ausgang der Fourier-Transformation angewendet werden. Die Bestimmung des Kreuzübertragungsbereichs unter Verwendung von Echos mit Kreuzübertragung wird mit Bezug auf erörtert.
zeigt ein Flussdiagramm 500, das ein Verfahren zur Ermittlung einer Entfernung R zu einem Objekt 204 unter Verwendung von unsynchronisierten Radaren veranschaulicht. In Box 502 wird ein Testsignal s(t) an einem ersten Radar erzeugt. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Testsignal s(t) ein lineares frequenzmoduliertes Signal oder „Chirp“-Signal sein. In Box 504 wird ein Gesamtsignal y(t) an einem zweiten Radar, das mit dem ersten Radar nicht synchronisiert ist, empfangen, wobei das Gesamtsignal die Summe aus dem Testsignal, das direkt vom ersten Radar empfangen wird, und einer Reflexion des Testsignals vom Objekt ist.
In Box 506 wird eine nichtlinearere Operation am Gesamtsignal durchgeführt. Die nichtlineare Operation erzeugt das Quadrat des Reflexionssignals, des Quadrats des direkt empfangenen Signals und des Kreuzkorrelationsterms, der ja ein Produkt aus Reflexionssignal und direkt empfangenem Signal beinhaltet, das zeitlich durch eine Zeitverzögerung verschoben ist. Das Quadrat des Reflexionssignals und das Quadrat des direkt empfangenen Signals sind Hochfrequenzterme und Niederfrequenzterme. Daher wird in Box 508 ein Filter auf das Signal angewendet, um diese Terme zu entfernen. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Filter ein Bandpassfilter.
In Box 510 wird das gefilterte Signal (d. h. der Term des Kreuzprodukts) in einen Frequenzraum umgewandelt, beispielsweise unter Verwendung einer Fourier-Transformation. In Box 512 befinden sich die Spitzen des Kreuzproduktterms im Frequenzraum. Die Spitzen in der Fourier-Domäne sind proportional zu und/oder beauf die Kreuzübertragungsbereiche des Objekts. In Box 514 wird ein Versatztwert (cτ) abgeleitet, wobei der Versatz durch die direkte Laufzeitverzögerung vom Sender zum Empfänger eingeführt wird. Die Spitze im Fourier-Spektrum ist eine Messung der Differenz zwischen der Rundlaufzeitverzögerung (entlang des Weges vom Sender zum Objekt und zum Empfänger) und der Verzögerung τ entlang dem direkten Weg (zwischen Sender und Empfänger). Die Messung der Rundlaufzeitverzögerung wird um τ oder um die entsprechende Entfernungsmessung cτ angepasst, um den Versatz aus den Berechnungen des Kreuzübertragungsbereichs zu eliminieren.
In Box 516 werden die Kreuzübertragungs-Bereichsmessungen und die Entfernungsmesswerte der Selbstübertragung zu einem einheitlichen Strahlformungssignal kombiniert. Für ein Radarsystem mit dem ersten Radar 202 und dem zweiten Radar 204 können sowohl das erste Radar 202 als auch das zweite Radar 204 verwendet werden, um einen Selbstübertragungsbereich unter Verwendung eines Selbstübertragungsechos zu bestimmen. Darüber hinaus können Kreuzübertragungsbereiche mit zwei vernetzten Echobereichen bestimmt werden. Da jedes Radar mehrere Sender und Empfänger aufweist, entsprechen die Matrizen A₁(θ), A₂(θ), A₃(θ),A₄(θ) den mehreren Sender- und Empfängerwegen für Selbstübertragungsecho und Kreuzübertragungsecho. Das kombinierte Entfernungssignal z(θ) ist in Gl. (4) beschrieben: $z (θ) = A_{1} (θ) y_{1} + A_{2} (θ) y_{2} + A_{3} (θ) y_{3} + A_{4} (θ) y_{4}$
wobei y₁ eine Selbstübertragungsentfernung ist, die von einem ersten Radar bestimmt wird, y₂ eine Selbstübertragungsentfernung ist, die von einem zweiten Radar bestimmt wird, y₃ eine Kreuzübertragungsentfernung ist, die durch Übertragung eines Testsignals von einem ersten Radar und Empfangen der Reflexion am zweiten Radar bestimmt wird, und y₄ eine Kreuzübertragungsentfernung ist, die durch Übertragung eines Testsignals von einem zweiten Radar und Empfangen der Reflexion am ersten Radar bestimmt wird. Das kombinierte Entfernungssignal z(θ) kann dem Prozessor 44 aus bereitgestellt werden, um eine Position des Objekts 50 anzugeben, die verwendet wird, um die Navigation des Fahrzeugs 10 in Bezug auf das Objekt 50 zu steuern.
zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse der Kombination aus Selbstübertragungs- und Kreuzübertragungsentfernung veranschaulicht. Die Kurve 601 stellt Spitzen für eine Winkelposition des Objekts 50 dar, die nur eine Selbstübertragung von einem einzelnen Radar verwendet. Die Kurve 603 zeigt Spitzen für die Winkellage des Objekts 50 unter Verwendung einer Kombination von hierin offenbarten Verfahren zur Selbstübertragung und Kreuzübertragung. Die Strahlbreite jeder Kurve zeigt eine geschätzte Position und Auflösung des Objekts an, das über das jeweilige Entfernungsmessverfahren erhalten wird. Die Strahlbreite der Kurve 603 (von etwa -5° bis +5°), die eine Kreuzübertragungs-Entfernungsmessung verwendet, wird um mindestens einen Faktor 2 über die Strahlbreite der Kurve 605 (von etwa -15° bis +15°) verringert, welche nur die Selbstübertragungsentfernung verwendet. Somit wird die Winkelauflösung des Objekts 50 um mindestens einen Faktor 2 erhöht.
Es ist selbstverständlich, dass die Verwendung von zusätzlichen Kreuzübertragungsechos, wie es möglich ist, wenn mehrere Empfänger des Radarsystems aus verwendet werden, die Anzahl von Entfernungsmesswerten während der Kreuzübertragungs-Entfernungsmessung erhöhen und daher verwendet werden kann, um die Strahlbreite weiter zu reduzieren oder äquivalent, um die Winkelauflösung des Objekts zu erhöhen.
Während die obige 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 beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die ermittelten offenbarten Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen umfasst, die in ihren Schutzumfang fallen.

Claims

Verfahren zur Schätzung eines Kreuzübertragungsbereichs eines Objekts, das Folgendes umfasst: Übertragung eines Testsignals von einem Sender; den Empfang eines Gesamtsignals an einem vom Sender getrennten Empfänger, das ein direkt vom Sender empfangenes Testsignal und eine Reflexion des Testsignals vom Objekt beinhaltet; Durchführung einer nichtlinearen Operation am Gesamtsignal, um einen Kreuzkorrelationsterm des direkt empfangenen Testsignals und des Reflexionssignals zu erhalten; und Schätzung des Kreuzübertragungsbereichs des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Durchführung der nichtlinearen Operastion ferner mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: (i) die Quadratur des Gesamtsignals; (ii) die Berechnung eines skalaren Produkts aus dem Gesamtsignal; und (iii) die Berechnung eines Absolutwerts aus dem Gesamtsignal.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Integrieren des Kreuzkorrelationsterms zur Schätzung der Rundfahrtverzögerung zwischen Sender, Objekt und Empfänger.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Anwendung einer Fourier-Transformation auf den Kreuzkorrelationsterm und die Schätzung des Kreuzübertragungsbereichs des Objekts aus der Spitze in einem resultierenden Fourier-Spektrum umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Kombination des geschätzten Kreuzübertragungsbereichs des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm mit einer Schätzung eines Selbstübertragungsbereichs des Objekts aus einem Selbstübertragungsecho umfasst.
Radarsystem für ein Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein erstes Radar, das zum Senden eines Testsignals konfiguriert ist; ein zweites Radar, das vom ersten Radar um einen ausgewählten Abstand getrennt ist, wobei das zweite Radar so konfiguriert ist, dass es ein Gesamtsignal empfängt, welches das direkt vom ersten Radar empfangene Testsignal und eine Reflexion des Testsignals vom Ziel beinhaltet; und einen Prozessor, der dazu konfiguriert ist, Folgendes auszuführen: eine nichtlineare Operation am Gesamtsignal, um einen Kreuzkorrelationsterm des direkt empfangenen Testsignals und des Reflexionssignals zu erhalten; und Schätzung eines Kreuzübertragungsbereichs des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm.
Radarsystem nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, die nichtlineare Operation mindestens einem der folgenden Elemente auszuführen: (i) das Quadrieren des Gesamtsignals; (ii) Berechnung eines skalaren Produkts aus dem Gesamtsignal; und (iii) Berechnung eines Absolutwerts des Gesamtsignals.
Radarsystem nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, den Kreuzkorrelationsterm zur Schätzung des Kreuzübertragungsbereichs des Objekts zu integrieren.
Radarsystem nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, den geschätzten Kreuzübertragungsbereich des Objekts aus dem Kreuzkorrelationsterm mit einer Schätzung eines Selbstübertragungsbereichs des Objekts aus einem Selbstübertragungsecho zu kombinieren.
Radarsystem nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, das Fahrzeug in Bezug auf das Objekt basierend auf dem geschätzten Kreuzübertragungsbereich zu navigieren.