DE102019115661A1

DE102019115661A1 - Sliding window-integrationsschema zur objekterkennung in einem radarsystem

Info

Publication number: DE102019115661A1
Application number: DE102019115661.0A
Authority: DE
Inventors: Oren Longman; Igal Bilik
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2020-05-14
Also published as: CN111190183A; US20200150222A1; US10969466B2

Abstract

Ein System und Verfahren zur Erkennung eines Objektes mit einem Radarsystem beinhaltet das Senden von zwei oder mehr Sätzen linearer frequenzmodulierter Signale mit einer Abstandsdauer Dg, während derer keine Übertragung stattfindet, zwischen jedem der zwei oder mehr Sätze der linearen frequenzmodulierten Signale. Jeder der zwei oder mehreren Sätze der linearen frequenzmodulierten Signale definiert einen Teilrahmen, und zwei oder mehr Teilrahmen definieren einen Rahmen. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen von Reflexionen, die sich aus den linearen frequenzmodulierten Signalen ergeben, die auf ein oder mehrere Objekte in einem Sichtfeld des Radarsystems treffen, und das Verarbeiten der Reflexionen, um das eine oder die mehreren Objekte zu identifizieren. Das Verarbeiten beinhaltet das Durchführen einer Zweipunkt-Radon-Transformation, um eine Phasenvorspannung zu korrigieren, die durch die Abstandsdauer verursacht wird, während der keine Übertragung stattfindet.

Description

EINLEITUNG
Der Gegenstand der Offenbarung betrifft ein „Sliding Window“-Integrationsschema zur Objekterkennung in einem Funkerkennungs- und Entfernungsmesssystem (Radarsystem).
Radarsysteme werden zunehmend für die Erkennung und Verfolgung von Objekten eingesetzt. So kann beispielsweise ein Fahrzeug (z. B. Automobil, LKW, Baumaschinen, Landmaschinen, automatisierte Fabrikausrüstung) ein oder mehrere Radarsysteme beinhalten, um mögliche Hindernisse auf seinem Fahrweg zu erkennen. Die Erkennung von Objekten ermöglicht einen verbesserten oder automatisierten Fahrzeugbetrieb (z. B. adaptive Geschwindigkeitsregelung, Kollisionsvermeidung, automatisches Bremsen). Im Allgemeinen weisen Radarsysteme einen Kompromiss zwischen der Rahmendauer (d. h. der Dauer der Übertragung) und der Rahmen-Aktualisierungsrate auf (d. h., wie oft die Übertragung durchgeführt wird), sodass eine längere Rahmendauer typischerweise zu einer niedrigeren oder weniger häufigen Rahmen-Aktualisierungsrate führt. Zusätzlich ist die Rahmendauer durch das Radar-Tastverhältnis begrenzt, das das Zeitverhältnis ist, das ein Radar intermittierend sendet. Ein Radar-Tastverhältnis ist aufgrund der Wärmeabfuhr begrenzt. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein „Sliding Window“-Integrationsschema zur Objekterkennung in einem Radarsystem bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts mit einem Radarsystem das Senden von zwei oder mehr Sätzen linearer frequenzmodulierter Signale mit einer Abstandsdauer Dg, während derer keine Übertragung stattfindet, zwischen jedem der zwei oder mehr Sätze der linearen frequenzmodulierten Signalen. Jeder der zwei oder mehreren Sätze der linearen frequenzmodulierten Signale definiert einen Teilrahmen, und zwei oder mehr Teilrahmen definieren einen Rahmen. Das Verfahren beinhaltet auch das Empfangen von Reflexionen, die sich aus den linearen frequenzmodulierten Signalen ergeben, die auf ein oder mehrere Objekte in einem Sichtfeld des Radarsystems treffen, und das Verarbeiten der Reflexionen, um das eine oder die mehreren Objekte zu identifizieren, wobei das Verarbeiten das Durchführen einer Zweipunkt-Radon-Transformation zum Korrigieren einer Phasenvorspannung beinhaltet, die durch die Abstandsdauer verursacht wird, während derer es keine Übertragung gibt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verarbeiten der Reflexionen das Erhalten von Abtastwerten der Reflexionen unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers und das Durchführen einer Radon-Fourier-Transformation der Entfernung an den Abtastwerten, die einem ersten Rahmen zugeordnet sind, wobei die Radon-Fourier-Transformation der Entfernung entlang einer Kurve ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale definieren die Abtastwerte einen Datenwürfel mit den Dimensionen Zeit, Chirp und Kanal, wobei sich das Chirp auf das lineare frequenzmodulierte Signal und der Kanal sich auf einen Empfänger unter einer Vielzahl von Empfängern bezieht, und die Radon-Fourier-Transformation der Entfernung ergibt eine Entfernungs-Chirp-Entfernungsrate-Kanalkarte, wobei sich die Entfernungsrate auf eine Radialgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Objekte bezieht.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verarbeiten der Reflexionen auch das Hinzufügen von Abtastwerten, die für einen nächsten Teilrahmen erhalten wurden, der nach dem Teilrahmen des ersten Rahmens gesendet wurde, indem die Entfernungs-Chirp-Entfernungsrate-Kanalkarte um eine Zeitverschiebung vorgespannt wird, die der Summe einer Dauer des nächsten Teilrahmens und Dg entspricht.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verarbeiten der Reflexionen das Definieren eines zweiten Rahmens als alle außer einem frühesten der Teilrahmen des ersten Rahmens und des nächsten Teilrahmens.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Durchführen der Zweipunkt-Radon-Transformation das Integrieren der Chirps in jeden der Teilrahmen des ersten Rahmens und innerhalb des nächsten Teilrahmens und zwischen den Teilrahmen, um eine Dopplerdimension d zu erzeugen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Korrigieren der Phasenvorspannung unter Verwendung der Zweipunkt-Radon-Transformation das Erhalten von: $S [r, d, p] = \sum_{m = 1}^{M} s [r, m, p] e^{- 2 π j P h (m, p)} e^{- 2 π j d \frac{m}{M}},$
wobei
r, d, p die Entfernung, die Dopplerdimension d, und ein Entfernungsratenparameter sind, s[r,m,p] ist eine komplexe Wellenform mit der Phasenvorspannung, Ph ist ein Phasenvorspannungs-Korrekturfaktor und m ist ein Index von 1 bis zu einer Anzahl von Chirps M.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist der Phasenvorspannungs-Korrekturfaktor Ph gegeben durch: $P h (m, p) = \frac{2 p}{λ} T O T,$
wobei
die übertragene Wellenlänge λ ist, und TOT ist eine Integrationszeit, die durch eine Dauer des ersten Rahmens gegeben ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verarbeiten das Durchführen einer Strahlformung und Erkennung an einem Ergebnis der Zweipunkt-Radon-Transformation zum Erfassen des einen oder der mehreren Objekte.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verarbeiten das Erhalten einer Entfernung für jedes der einen oder mehreren Objekte.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein System zum Erfassen eines Objekts einen Sender zum Übertragen von zwei oder mehr Sätzen linearer frequenzmodulierter Signale mit einer Abstandsdauer Dg, während der keine Übertragung stattfindet, zwischen jedem der zwei oder mehr Sätzen der linearen frequenzmodulierten Signale. Jeder der zwei oder mehreren Sätze der linearen frequenzmodulierten Signale definiert einen Teilrahmen, und zwei oder mehr Teilrahmen definieren einen Rahmen. Das System beinhaltet auch einen Empfänger zum Empfangen von Reflexionen, die sich aus den linearen frequenzmodulierten Signalen ergeben, die auf ein oder mehrere Objekte in einem Sichtfeld des Radarsystems treffen, und einen Prozessor zum Verarbeiten der Reflexionen, um das eine oder die mehreren Objekte zu identifizieren. Das Verarbeiten der Reflexionen beinhaltet das Durchführen einer Zweipunkt-Radon-Transformation, um eine Phasenvorspannung zu korrigieren, die durch die Abstandsdauer verursacht wird, während der keine Übertragung stattfindet.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale erhält der Prozessor Abtastwerte der Reflexionen unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers und führt eine Radon-Fourier-Transformation der Entfernung an den Abtastwerten durch, die einem ersten Rahmen zugeordnet sind, wobei die Radon-Fourier-Transformation der Entfernung eine Transformation entlang einer Kurve ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale definieren die Abtastwerte einen Datenwürfel mit den Dimensionen Zeit, Chirp und Kanal, wobei sich das Chirp auf das lineare frequenzmodulierte Signal und der Kanal sich auf einen Empfänger unter einer Vielzahl von Empfängern bezieht, und die Radon-Fourier-Transformation der Entfernung ergibt eine Entfernungs-Chirp-Entfernungsrate-Kanalkarte, wobei sich die Entfernungsrate auf eine Radialgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Objekte bezieht.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale fügt der Prozessor Abtastwerte hinzu, die für einen nächsten Teilrahmen erhalten wurden, der nach dem Teilrahmen des ersten Rahmens übertragen wurde, indem die Entfernungs-Chirp-Entfernungsrate-Kanalkarte um eine Zeitverschiebung vorgespannt wird, die der Summe einer Dauer des nächsten Teilrahmens und Dg entspricht.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale definiert der Prozessor einen zweiten Rahmen als alle außer einem frühesten der Teilrahmen des ersten Rahmens und des nächsten Teilrahmens.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale führt der Prozessor die Zweipunkt-Radon-Transformation durch Integrieren der Chirps innerhalb jedes der Teilrahmen des ersten Rahmens und innerhalb des nächsten Teilrahmens und zwischen den Teilrahmen durch, um eine Dopplerdimension d zu erzeugen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale korrigiert der Prozessor die Phasenvorspannung unter Verwendung der Zweipunkt-Radon-Transformation durch das Erhalten von: $S [r, d, p] = \sum_{m = 1}^{M} s [r, m, p] e^{- 2 π j P h (m, p)} e^{- 2 π j d \frac{m}{M}},$
wobei
r, d, p die Entfernung, die Dopplerdimension d, und ein Entfernungsratenparameter sind, s[r,m,p] ist eine komplexe Wellenform mit der Phasenvorspannung, Ph ist ein Phasenvorspannungs-Korrekturfaktor und m ist ein Index von 1 bis zu einer Anzahl von Chirps M.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist der Phasenvorspannungs-Korrekturfaktor Ph gegeben durch: $P h (m, p) = \frac{2 p}{λ} T O T,$
wobei
die übertragene Wellenlänge λ ist, und TOT ist eine Integrationszeit, die durch eine Dauer des ersten Rahmens gegeben ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale führt der Prozessor eine Strahlformung und Erkennung durch, die auf einem Ergebnis der Zweipunkt-Radon-Transformation beruht, um das eine oder die mehreren Objekte zu erfassen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale befindet sich das System in einem Fahrzeug, der Prozessor ist ferner konfiguriert, um eine Entfernung zu jedem der einen oder mehreren Objekte zu erhalten, und der Betrieb des Fahrzeugs wird entsprechend der Entfernung gesteuert.
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 Radarsystem, das von einem „Sliding Window“-Integrationsschema zur Objekterfassung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen profitiert;
2 veranschaulicht Übertragungen, die zu Reflexionen führen, die unter Verwendung eines „Sliding Window“-Integrationsschemas gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung verarbeitet werden;
3 ist ein Verfahrensablauf eines Verfahrens zum Durchführen eines „Sliding Window“-Integrationsschemas zur Objekterfassung in einem Radarsystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung;
4 zeigt eine exemplarische Radon Fourier-Transformation der Entfernung, die in dem „Sliding Window“-Integrationsschema gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet wird;
5 zeigt eine exemplarische Radon-Fourier-Transformation der Entfernung mit dem Entfernungsratenparameter, der auf die Radialgeschwindigkeit eines Objekts eingestellt ist;
6 zeigt den Realteil der komplexen Wellenform für ein erfasstes Objekt mit einem gegebenen Wert in der Entfernungsdimension und dem Entfernungsratenparameter;
7 zeigt den Realteil der komplexen Wellenform für das gleiche erfasste Objekt, wie in 6 dargestellt; und
8 veranschaulicht eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses basierend auf der Verwendung eines „Sliding Window“-Integrationsschemas gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen.

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, werden Radarsysteme in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie zum Beispiel zur Objekterkennung in Fahrzeugen. Im Allgemeinen sind in einem Radarsystem die Rahmendauer und die Rahmen-Aktualisierungsrate umgekehrt proportional. Während jedoch eine längere Rahmendauer die maximal erfassbare Entfernung erhöht, erhöht eine schnellere (höhere) Rahmen-Aktualisierungsrate die Erfassungsaktualisierungsrate von Objekten. Die Übertragung kann eine Reihe linearer frequenzmodulierter kontinuierlicher Wellenformen (LFM-CW-Wellenformen) umfassen, die als Chirps bezeichnet werden. In einem Multi-Input-Multi-Output-Radarsystem (MIMO-Radarsystem) mit mehreren Sendeelementen und mehreren Empfangselementen oder in einem System mit mehreren Sendern und einem einzelnen Empfänger können die mehreren Sender beispielsweise jeweils nacheinander ein Chirp senden. In einem Single-Input-Multi-Output-(SIMO) oder einem Single-Input-Single-Output-System mit einem einzelnen Sender bzw. mehreren oder einem einzelnen Empfänger, kann der einzelne Sender eine Reihe von Chirps übertragen.
Ausführungsformen der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren ermöglichen eine Erhöhung der Rahmendauer ohne Beeinträchtigung der Rahmen-Aktualisierungsrate, indem sie Teilrahmen innerhalb eines Rahmens verwenden und Reflexionen über den Rahmen integrieren. Innerhalb eines Zeitfensters, das als die Rahmendauer bezeichnet wird, werden mehrere Teilrahmen gesendet. Jeder Teilrahmen beinhaltet eine Reihe von Chirps, und angrenzende Teilrahmen haben Abstände (d. h. Zeiträume ohne Übertragung) zwischen ihnen. Diese Abstände führen zu Abständen in den empfangenen Signalen (d. h. Reflexionen), die entstehen, wenn die Übertragungen auf Objekte treffen. Durch die Möglichkeit, die Reflexionen, die sich aus einem Rahmen von Teilrahmen ergeben, gemeinsam zu verarbeiten, kann das Radarsystem von der Wiederholrate der Teilrahmen (die höher ist als die Wiederholrate von Rahmen) und der Dauer des Rahmens (die höher ist als die Dauer eines Teilrahmens) profitieren. Das Abtasten der Abstände in den empfangenen Signalen macht jedoch die Verarbeitung von Reflexionen für einen Rahmen schwieriger. Gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen wird ein „Sliding Window“-Integrationsschema zur Objekterkennung verwendet. Ein „Sliding Window“ (gleitendes Fenster) von Teilrahmen wird als ein Rahmen betrachtet, und ein Zweipunkt-Radon-Transformationsschema wird bei der Verarbeitung verwendet. Die Radon-Transformation ist eine allgemeine Transformation der Funktionen entlang der Kurven. Die Radon-Fourier-Transformation ist eine Art der Radon-Transformation mit exponentiellen Kernels, ähnlich der Fourier-Transformation, und kann als Verallgemeinerung der Fourier-Transformation mit der auf Krümmungen definierten Transformation anstatt auf geraden Linien gesehen werden.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt 1 ein Radarsystem 110, das von einem „Sliding Window“-Integrationsschema zur Objekterfassung profitiert. Ein in 1 dargestelltes exemplarisches Fahrzeug 100 ist ein Automobil 101. Das Automobil 101 wird mit einem Radarsystem 110, einer Steuerung 120 und Fahrzeugsystemen 125 unter der Haube dargestellt, aber gemäß alternativen Ausführungsformen können sich diese und andere Komponenten an einer oder mehreren verschiedenen Stellen im und um das Fahrzeug 100 befinden. Andere Sensoren 130 (z.B. Kameras, Lidarsystem) können sich auch im oder am Fahrzeug 100 an anderen Stellen befinden als in 1 dargestellt. Das Radarsystem 110 beinhaltet Komponenten zur Durchführung von Übertragung und Empfang. Das Radarsystem 110 kann zusätzlich eine Verarbeitungsschaltung beinhalten, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor 115 (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher 117 beinhalten, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bieten.
Die Steuerung 120 kann eine oder eine Sammlung von elektronischen Steuereinheiten (ECUs) sein, die verschiedene Fahrzeugsysteme 125 steuern (z. B. Kollisionsvermeidungssystem, automatisches Bremssystem, adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem, autonomes Antriebssystem). So kann beispielsweise die Steuerung 120 mit dem Radarsystem 110 oder mit einer Kombination von Sensoren 130 zusätzlich zu dem Radarsystem 110 kommunizieren, um ein Kollisionsvermeidungssystem des Fahrzeugs 100 basierend auf Informationen über ein Objekt 140 zu betreiben, wie beispielsweise den Fußgänger 145, der in 1 gezeigt ist. Die Steuerung 120 kann eine Verarbeitungsschaltung wie das Radarsystem 110 beinhalten. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann die Verarbeitung von Radarreflexionen durch die Verarbeitungsschaltung des Radarsystems 110, die Steuerung 120 oder einer Kombination der beiden durchgeführt werden.
2 veranschaulicht Übertragungen, die zu Reflexionen führen, die unter Verwendung eines „Sliding Window“-Integrationsschemas gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung verarbeitet werden. Drei Rahmen 210-f1, 210-f2, 210-f3 (allgemein als 210 bezeichnet) sind für die Teilrahmen 220-f1, 220-f2, 220-f3, 220-f4, 220-f5 (allgemein als 220 bezeichnet) angegeben. Die Zeit t ist entlang einer Achse angegeben, und Frequenz f ist entlang einer senkrechten Achse angegeben. Die Teilrahmendauer Dsf und die Abstandsdauer Dg zwischen den Teilrahmen 220 sind ebenfalls angegeben. In dem in 2 dargestellten exemplarischen Fall beinhaltet jeder Teilrahmen 220 vier Chirps 230. In dem exemplarischen Fall beinhalten die Chirps 230 auch einen linearen Frequenzanstieg im Laufe der Zeit (d. h. ein Upchirp). Die in 2 dargestellten Rahmen 210, Teilrahmen 220 und Chirps 230 sind nur exemplarisch. Eine unterschiedliche Anzahl von Chirps 230 kann einen Teilrahmen 220 (z. B. mehr oder weniger Sendeelemente) bilden, und eine unterschiedliche Anzahl von Teilrahmen 220 kann einen Rahmen 210 bilden.
Wie bereits erwähnt, ist die Rahmendauer (d. h. die Zeitdauer jedes Rahmens 210) ein wesentlicher Faktor für den maximalen Erfassungsbereich des Radarsystems 110 für ein Objekt 140 im Sichtfeld. Die Rahmendauer ist auch die Integrationszeit TOT. Die maximal erfassbare Entfernung für ein Objekt 140 ist gegeben durch: $R = \sqrt[4]{\frac{P_{t} G_{t} G_{r} λ^{2} σ T O T}{{(4 π)}^{3} k T_{k} B F S N R_{m i n}}}$
Die Sendeleistung wird dargestellt durch Pt, die Sende- und Empfangsantennenverstärkung werden jeweils dargestellt durch G_t und G_r, λ ist die übertragene Wellenlänge und σ ist der Radarquerschnitt des Objekts 140. Das thermische Rauschen im Empfänger wird durch _kT_kB dargestellt, wobei k die Boltzmann-Konstante ist, T_k ist die Temperatur in Kelvin, und B ist die Spektraldichte. SNR_min ist das minimale Signal-Rausch-Verhältnis (SRV) und stellt die Empfängerempfindlichkeit dar. Wie Gl. 1 zeigt, sind die maximal erfassbare Entfernung R und die Dauer des Rahmens 210 (TOT) direkt proportional.
3 ist ein Verfahrensablauf eines Verfahrens zum Durchführen eines „Sliding Window“-Integrationsschemas zur Objekterfassung in einem Radarsystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung. Bevor die in 3 dargestellten Prozesse erörtert werden, wird eine Kurzzusammenfassung der herkömmlichen Verarbeitung von Reflexionen bereitgestellt. Der Datenwürfel, der verarbeitet wird, hat Zeit-, Chirp- und Kanaldimensionen. Nachdem Abtastwerte von reflektierten Signalen für einen Rahmen (d. h. einen Teilrahmen 220, wie in 2 dargestellt) durch eine Analog-Digital-Wandlung (ADC) erhalten wurden, wird eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) in Bezug auf die Entfernung (bezeichnet als Entfernungs-FFT) durchgeführt, um eine Anzeige der Energieverteilung über die Entfernungen für jedes Chirp zu erhalten. Es gibt eine unterschiedliche Entfernungs-FFT für jeden Empfangskanal und Sendekanal in einem MIMO-System. Die aus der Entfernungs-FFT resultierende Entfernungs-Chirp-Kanalkarte wird einer Doppler-FFT unterzogen, um eine Entfernungs-Doppler-Kanalkarte oder eine Entfernungs-Doppler-Karte pro Empfangskanal zu erhalten. Die digitale Strahlformung wird durchgeführt, um eine Entfernungs-Doppler-Strahlkarte oder eine Entfernungs-Doppler-Karte (Relativgeschwindigkeits-Karte) pro Strahl zu erhalten. Die digitale Strahlformung beinhaltet 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 und Erfassung bieten einen Azimutwinkel und einen Steigungswinkel zu jedem der erfassten Objekte, basierend auf einem Schwellenwert der komplexen Skalare des erhaltenen Vektors. Die Ausgaben, die letztendlich durch die Verarbeitung der empfangenen Signale erhalten werden, sind Entfernung, Doppler, Azimut, Höhe und Amplitude jedes Objekts.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird diese herkömmliche Verarbeitung modifiziert, um den Abstand zwischen den Teilrahmen 220 zu adressieren, die miteinander integriert sind, um eine Rahmendauer (TOT) zu erhalten, die länger ist als die einzelnen Teilrahmen 220. Bei Block 310 beinhaltet das Erhalten von Abtastwerten für die Teilrahmen 220, aus denen sich Rahmen 210 zusammensetzt, indem ein ADC bei empfangenen Reflexionen ausgeführt wird. Bei Block 320 führt das Durchführen einer Radon-Fourier-Transformation der Entfernung zu einer Entfernungs-Chirp-Entfernungsrate-Kanalkarte, wie weiter ausführlich beschrieben. Ein Radonspektrum ist analog zu einem Doppler-Spektrum und wird verwendet, um die Entfernungsmigration eines Objekts 140 zu adressieren.
Das Aktualisieren des Rahmens 210 bei Block 330 bezieht sich auf die Vorspannung der Radon-Fourier-Kurve der Entfernung aufgrund einer Zeitverschiebung einer Dauer des Teilrahmens 220 DsF und einer Abstandsdauer des Teilrahmens Dg wenn sich der Rahmen 210 verschiebt (z. B. von Rahmen 210-f1 auf Rahmen 210-f2). Dies wird ferner noch ausführlicher beschrieben. Bei Block 340 integriert die Durchführung einer Zweipunkt-Radon-Transformation die verschiedenen Chirps 230 in jedem Teilrahmen 220 und zwischen den Teilrahmen 220, um eine Entfernungs-Doppler-Entfernungsrate-Kanalkarte zu erzeugen. Das Durchführen von Strahlformung und Erkennung bei Block 350 führt dann zu einer Erkennung von Objekten 140 unter Verwendung einer Entfernungs-Doppler-Entfernungsrate-Strahlkarte, um Entfernung, Doppler, Azimut, Höhe und Amplitude jedes Objekts zu erhalten. Die kohärente Integration über die Teilrahmen 220 eines Rahmens 210 führt dazu, dass das SRV zur Objekterkennung um einen Faktor der Anzahl der Teilrahmen 220 steigt.
Das Erhalten der Radon-Fourier-Transformation der Entfernung bei Block 320 wird für jeden Teilrahmen 220 durchgeführt. Diese Transformation richtet die Reflexionen über Chirps 230 für einen gegebenen Entfernungsratenparameter p aus. Die Transformation F[r, m, p] für die Entfernungsdimension r, die Chirp-Dimension m, und den Entfernungsratenparameter p wird gegeben durch: $F [r, m, p] = \sum_{n = 1}^{N} f [n, m] e^{- 2 π j R (n, m, p)} e^{- 2 π j \frac{n}{N}}$
Abtastdimension n geht von 1 zu N, der Anzahl der Abtastungen. Di Entfernung zu einem Objekt 140 kann bestimmt werden als: $R (n, m, p) = f r e q u e n z \cdot Z e i t = (m \cdot P R I \cdot \frac{2 * Steigung}{c}) (n \cdot f s)$
Die Lichtgeschwindigkeit wird angezeigt durch c. Die Pulswiederholfrequenz PRI ist die Frequenz, mit der die Teilrahmen 220 gesendet werden und wird durch 1/(Dsf+Dg) angegeben. Die Steigung ist die Steigung der Chirps 230 oder der Frequenzanstieg f über die Zeit t, und fs ist die Abtastfrequenz.
4 zeigt eine exemplarische Radon-Fourier-Transformation der Entfernung 410, die Reflexionen über die Chirps 230 ausrichtet. Eine Radonkurve 415 ist angegeben. Der Chirp-Index wird entlang der Achse 401 angezeigt, und die Entfernung in Metern (m) ist entlang der Achse 402 angegeben. 5 zeigt eine exemplarische Radon-Fourier-Transformation der Entfernung 510 mit dem auf Vr gesetzten Entfernungsratenparameter p, der Radialgeschwindigkeit eines Objekts 140.
Die Aktualisierung des Rahmens 210 bei Block 330 bezieht sich auf den Betrieb des „Sliding Window“. Wenn einem Rahmen 210 ein neuer Teilrahmen 220 hinzugefügt wird (z. B. wird der Teilrahmen 220-sf4 zu Rahmen 210-f1 hinzugefügt), wird der älteste Teilrahmen 220 im vorherigen Rahmen 210 entfernt (z. B. wird der Teilrahmen 220-sf1 entfernt, um den Rahmen 210-f2 zu bilden). Die Radonkurve 415 wird durch das TS-Äquivalent der Zeitverschiebung der Dauer eines Teilrahmens 220 und eines Zwischenraums Dg vorgespannt. Die Zeitverschiebung TS ist fest und wird gegeben durch: $T S [r, m, p] = F [r - \frac{(M \cdot P R I + D g) \cdot p}{Δ R}, m, p]$
In GL. 4 ist M die Anzahl der Chirps 230 innerhalb eines Teilrahmens 220, und ΔR ist die Entfernungsauflösung und wird gegeben durch: $Δ R = \frac{1}{Steigung \cdot P R I} \frac{c}{2}$
Das Durchführen einer Zweipunkt-Radon-Transformation bei Block 340 ist eine Transformation, die die verschiedenen Chirps 230 in jedem Teilrahmen 220 und zwischen Teilrahmen 220 integriert. Diese Transformation erzeugt die Doppler-Dimension d. Die Abstände der Dauer Dg zwischen den Teilrahmen 220 erzeugen für jedes Objekt 140 eine Phasenvorspannung. Die Phasenvorspannung ist eine Funktion der Dopplerfrequenz bezogen auf ein Objekt 140 und den Zwischenraum und wird als Teil der Zweipunkt-Radon-Transformation gemäß der folgenden Schritte korrigiert: $S [r, d, p] = \sum_{m = 1}^{M} s [r, m, p] e^{- 2 π j P h (m, p)} e^{- 2 π j d \frac{m}{M}}$
In GL. 6 ist s[r,m,p] eine komplexe Wellenform, die die Phasenvorspannung beinhaltet, und Ph ist der Phasenvorspannungs-Korrekturfaktor gegeben durch: $P h (m, p) = \frac{2 p}{λ} T O T$
Die digitale Strahlformung, bei Block 350, beinhaltet die Erfassung mit einer ersten Stufe einschließlich der Spitzenerkennung.
6 zeigt den Realteil der komplexen Wellenform s[r, m, p] (d. h. Wellenform 600), entlang Achse 620, für ein erkanntes Objekt 140 mit einem gegebenen Wert in der Entfernungsdimension r und dem Entfernungsratenparameterp. Die Zeit in Mikrosekunden ist in der Achse 610 angegeben. Wie 6 zeigt, führt die Dauer des Abstands Dg zu einem Phasensprung in der Wellenform 600 zwischen a und b. 7 zeigt den Realteil der komplexen Wellenform S[r, d, p] (Wellenform 700), entlang der Achse 720 für das gleiche erkannte Objekt 140. Wie 7 zeigt, führt die Zweipunkt-Radon-Transformation gemäß GL. 6t dazu, dass der Phasensprung in der Wellenform 600 in der Wellenform 700 entfernt wird.
8 veranschaulicht eine Verbesserung des SRV basierend auf der Verwendung eines „Sliding Window“-Integrationsschemas gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Eine Entfernungs-Doppler-Karte 801 ist für einen Rahmen 210 dargestellt, der Teilrahmen 220 mit Abständen dazwischen beinhaltet. Der Doppler-Index wird entlang der Achse 810 und die Entfernung in Metern entlang der Achse 820 angegeben. Wie die Entfernungs-Doppler-Karte 801 anzeigt, wird die Erkennung 825 des Objekts 140 auf mehrere Entfernungszellen verteilt. Die Spitzenleistung der Erfassung beträgt 90 Dezibel (dB). Eine Entfernungs-Doppler-Karte 802 ist für mehrere Rahmen 210 dargestellt. Es gibt keine Erhöhung des SRV basierend auf der Verarbeitung von mehr als einen Rahmen 210. Jede der Erkennungen 825a, 825b des Objekts 140, die jedem Rahmen 210 entsprechen, wird über mehrere Entfernungszellen verteilt, und es gibt einen Zwischenraum 835 eines Satzes von Entfernungszellen zwischen den beiden Erkennungen 825a, 825b.
Die Entfernungs-Doppler-Karte 800 ergibt sich aus der Zielintegration entlang der richtigen Kurve (d. h. die Zweipunkt-Radon-Transformation mit dem auf die Radialgeschwindigkeit Vr des Objekts 140 eingestellten Entfernungsratenparameter p). Wie die Entfernungs-Doppler-Karte 800 anzeigt, befindet sich die Erkennung 825 in einer einzigen Entfernungszelle. Diese Akkumulation des Signals in einer Entfernungszelle führt zu einem Anstieg des SRV von 7 dB im exemplarischen Fall, wie in 8 dargestellt. Eine Verbesserung um 4 dB kann auf die Entfernungsmigrationskompensation und um 3 dB auf die mehrstrahlige kohärente Multi-Rahmen-Integration zurückgeführt werden.
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 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 Erfassen eines Objektes mit einem Radarsystem, das Verfahren umfassend: Senden von zwei oder mehr Sätzen linearer frequenzmodulierter Signale mit einer Abstandsdauer Dg, während der keine Übertragung stattfindet, zwischen jedem der zwei oder mehr Sätze der linearen frequenzmodulierten Signale, worin jeder der zwei oder mehr Sätze der linearen frequenzmodulierten Signale einen Teilrahmen definiert, und zwei oder mehr Teilrahmen einen Rahmen definieren; Empfangen von Reflexionen, die sich aus den linearen frequenzmodulierten Signalen ergeben, die auf ein oder mehrere Objekte in einem Sichtfeld des Radarsystems treffen; und Verarbeiten der Reflexionen, um das eine oder die mehreren Objekte zu identifizieren, wobei die Verarbeitung das Durchführen einer Zweipunkt-Radon-Transformation beinhaltet, um eine Phasenvorspannung zu korrigieren, die durch die Abstandsdauer verursacht wird, während der keine Übertragung stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verarbeiten der Reflexionen das Erhalten von Abtastwerten der Reflexionen unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers und das Durchführen einer Radon-Fourier-Transformation der Entfernung an den Abtastwerten, die einem ersten Rahmen zugeordnet sind, wobei die Radon-Fourier-Transformation der Entfernung eine Transformation entlang einer Kurve ist, wobei die Abtastwerte einen Datenwürfel mit den Dimension Zeit, Chirp und Kanal definieren, wobei sich das Chirp auf das lineare frequenzmodulierte Signal und der Kanal auf einen Empfänger aus einer Vielzahl von Empfängern bezieht, und die Radon-Fourier-Transformation der Entfernung zu einer Entfernungs-Chirp-Entfernungsrate-Kanalkarte führt, wobei sich die Entfernungsrate auf die Radialgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Objekte bezieht, und die Verarbeitung der Reflexionen und das Hinzufügen von Abtastwerten beinhaltet, die für einen nächsten Teilrahmen erhalten wurden, der nach dem Teilrahmen des ersten Rahmens übertragen wurde, indem Entfernungs-Chirp-Entfernungsrate-Kanalkarte durch die Zeitverschiebung vorgespannt wird, die des Summe einer Dauer des nächsten Teilrahmens und Dg entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Verarbeiten der Reflexionen das Definieren eines zweiten Rahmens als alle außer einem frühesten der Teilrahmen des ersten Rahmens und des nächsten Teilrahmens beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Durchführen der Zweipunkt-Radon-Transformation das Integrieren der Chirps in jeden der Teilrahmen des ersten Rahmens und innerhalb des nächsten Teilrahmens und zwischen den Teilrahmen zum Erzeugen einer Dopplerdimension d beinhaltet, wobei das Korrigieren der Phasenvorspannung unter Verwendung der Zweipunkt-Radon-Transformation das Erhalten beinhaltet von: $S [r, d, p] = \sum_{m = 1}^{M} s [r, m, p] e^{- 2 π j P h (m, p)} e^{- 2 π j d \frac{m}{M}},$
wobei r, d, p die Entfernung, die Dopplerdimension d, und ein Entfernungsratenparameter sind, s[r,m,p] ist eine komplexe Wellenform mit der Phasenvorspannung, Ph ist ein Phasenvorspannungs-Korrekturfaktor und m ist ein Index von 1 bis zu einer Anzahl von Chirps M, und der Phasenvorspannungs-Korrekturfaktor Ph wird gegeben durch: $P h (m, p) = \frac{2 p}{λ} T O T,$
wobei die übertragene Wellenlänge λ ist, und TOT ist eine Integrationszeit, die durch eine Dauer des ersten Rahmens gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verarbeiten das Durchführen von Strahlformung und Erkennung an einem Ergebnis der Zweipunkt-Radon-Transformation zum Erfassen eines oder mehrerer Objekte und das Erhalten einer Entfernung für jedes der einen oder mehreren Objekte beinhaltet.
System zum Erkennen eines Objekts, das System umfassend: einen Sender der konfiguriert ist zum Senden von zwei oder mehr Sätzen linearer frequenzmodulierter Signale mit einer Abstandsdauer Dg, während der keine Übertragung stattfindet, zwischen jedem der zwei oder mehr Sätze der linearen frequenzmodulierten Signale, worin jeder der zwei oder mehr Sätze der linearen frequenzmodulierten Signale einen Teilrahmen definiert, und zwei oder mehr Teilrahmen einen Rahmen definieren; einen Empfänger konfiguriert zum Empfangen von Reflexionen, die sich aus den linearen frequenzmodulierten Signalen ergeben, die auf ein oder mehrere Objekte in einem Sichtfeld des Radarsystems treffen; und einen Prozessor konfiguriert zum Verarbeiten der Reflexionen, um das eine oder die mehreren Objekte zu identifizieren, wobei die Verarbeitung der Reflexionen das Durchführen einer Zweipunkt-Radon-Transformation beinhaltet, um eine Phasenvorspannung zu korrigieren, die durch die Abstandsdauer verursacht wird, während der keine Übertragung stattfindet.
System nach Anspruch 6, worin der Prozessor konfiguriert ist zum Erhalten von Abtastwerten der Reflexionen unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers und zum Durchführen einer Radon-Fourier-Transformation der Entfernung an den Abtastwerten, die einem ersten Rahmen zugeordnet sind, wobei die Radon-Fourier-Transformation der Entfernung eine Transformation entlang einer Kurve ist, wobei die Abtastwerte einen Datenwürfel mit den Dimension Zeit, Chirp und Kanal definieren, wobei sich das Chirp auf das lineare frequenzmodulierte Signal und der Kanal auf einen Empfänger aus einer Vielzahl von Empfängern bezieht, und die Radon-Fourier-Transformation der Entfernung zu einer Entfernungs-Chirp-Entfernungsrate-Kanalkarte führt, wobei sich die Entfernungsrate auf die Radialgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Objekte bezieht, und der Prozessor ferner konfiguriert ist zum Hinzufügen von Abtastwerten, die für einen nächsten Teilrahmen erhalten wurden, der nach dem Teilrahmen des ersten Rahmens übertragen wurde, indem Entfernungs-Chirp-Entfernungsrate-Kanalkarte durch die Zeitverschiebung vorgespannt wird, die des Summe einer Dauer des nächsten Teilrahmens und Dg entspricht.
System nach Anspruch 7, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist zum Definieren eines zweiten Rahmens als alle außer einem frühesten der Teilrahmen des ersten Rahmens und des nächsten Teilrahmens.
System nach Anspruch 7, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist zum Durchführen der Zweipunkt-Radon-Transformation durch das Integrieren der Chirps in jeden der Teilrahmen des ersten Rahmens und innerhalb des nächsten Teilrahmens und zwischen den Teilrahmen zum Erzeugen einer Dopplerdimension d, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist zum Korrigieren der Phasenvorspannung unter Verwendung der Zweipunkt-Radon-Transformation durch das Erhalten von: $S [r, d, p] = \sum_{m = 1}^{M} s [r, m, p] e^{- 2 π j P h (m, p)} e^{- 2 π j d \frac{m}{M}},$
wobei r, d, p die Entfernung, die Dopplerdimension d, und ein Entfernungsratenparameter sind, s[r,m,p] ist eine komplexe Wellenform mit der Phasenvorspannung, Ph ist ein Phasenvorspannungs-Korrekturfaktor und m ist ein Index von 1 bis zu einer Anzahl von Chirps M, und der Phasenvorspannungs-Korrekturfaktor Ph wird gegeben durch: $P h (m, p) = \frac{2 p}{λ} T O T,$
wobei die übertragene Wellenlänge λ ist, und TOT ist eine Integrationszeit, die durch eine Dauer des ersten Rahmens gegeben ist.
System nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist zum Durchführen von Strahlformung und Erfassung an einem Ergebnis der Zweipunkt-Radon-Transformation zum Erfassen eines oder mehrerer Objekte, wobei sich das System in einem Fahrzeug befindet, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist zum Erhalten einer Entfernung zu jedem der einen oder mehreren Objekte, und der Betrieb des Fahrzeugs gemäß der Entfernung gesteuert wird.