DE102019131334A1 - Verfahren zur Spur verfolgen von ausgedehnten Objekten mit wenigstens einer Detektionsvorrich-tung und Detektionsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Spurverfolgung von ausgedehnten Objekten (12) mit wenigstens einer Detektionsvorrichtung (14) und eine Detektionsvorrichtung (14) beschrieben. Bei dem Verfahren werden während aufeinander folgenden Messzyklen ein Objekt (12) detektiert und aus wenigstens einem Teil der Detektionen (36) des Objekts (12) wenigstens ein Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) ermittelt, der eine Position und eine Bewegung des wenigstens einen Objekts (12) charakterisiert. Während eines Messzyklus wird wenigstens ein Sendesignal (30) in einen Überwachungsbereich (24) der wenigstens einen Detektionsvorrichtung (14) gesendet, wenigstens ein Empfangssignal (34) wird empfangen, welches von wenigstens einem Sendesignal (30) herrührt, welches an wenigstens einer Reflexionsstelle (32) des wenigstens einen Objekt (12) reflektiert wird. Aus dem wenigstens einen Empfangssignal (34) wird wenigstens eine Detektion für die wenigstens eine Reflexionsstelle (32) ermittelt. Die wenigstens eine Detektion weist wenigstens eine Detektionseigenschaft (R, Θ, ρ; xd, yd) auf, welche eine Position und eine Bewegung der wenigstens einen Reflexionsstelle (32) charakterisiert. Wenigstens ein Teil der Detektionen wird aus einem gemeinsamen Messzyklus nacheinander einer Aktualisierungsschleife zugeführt, mit der aus wenigstens einem Teil der Detektionseigenschaften (R, Θ, ρ; xd, yd) der zugeführten Detektionen wenigstens ein Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) aktualisiert wird.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spurverfolgung von ausgedehnten Objekten mit wenigstens einer Detektionsvorrichtung, bei dem während aufeinander folgenden Messzyklen ein Objekt detektiert wird und aus wenigstens einem Teil der Detektionen des Objekts wenigstens ein Tracking-Zustand ermittelt wird, der eine Position und eine Bewegung des wenigstens einen Objekts charakterisiert, wobei während eines Messzyklus
• - wenigstens ein Sendesignal in einen Überwachungsbereich der wenigstens einen Detektionsvorrichtung gesendet wird,
• - wenigstens ein Empfangssignal empfangen wird, welches von wenigstens einem Sendesignal herrührt, welches an wenigstens einer Reflexionsstelle des wenigstens einen Objekt reflektiert wird,
• - aus dem wenigstens einen Empfangssignal wenigstens eine Detektion für die wenigstens eine Reflexionsstelle ermittelt wird, wobei die wenigstens eine Detektion wenigstens eine Detektionseigenschaft aufweist, welche eine Position und eine Bewegung der wenigstens einen Reflexionsstelle charakterisiert.
• Ferner betrifft die Erfindung eine Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Objekten in einem Überwachungsbereich,
• - mit wenigstens einem Sensor, mit dem Sendesignale in den Überwachungsbereich gesendet werden können und mit dem Empfangssignale, welche von Sendesignalen herrühren, die an Reflexionsstellen wenigstens eines Objekts reflektiert werden, empfangen werden können,
• - und mit wenigstens einer Auswerteeinrichtung, mit der auf Basis wenigstens eines der Empfangssignale jeweilige Detektionen für Reflexionsstellen ermittelt werden können.
• Stand der Technik
• Aus der Veröffentlichung „Tracking of Extended Objects with High Resolution Doppler Radar" von Dominik Kellner et al., veröffentlicht in IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems PP:1-13, Dezember 2015, ist die Untersuchung des Problems der Verfolgung von erweiterten Zielen mit mehreren Radardetektionen bekannt. Die Detektionen sind nicht unbedingt die Kontur eines Fahrzeugs und ihre relative Position zum Fahrzeug kann nicht zuverlässig geschätzt werden. Eine genaue Bestimmung der Ausrichtung und Kontur des Fahrzeugs ist nicht möglich, so dass die räumliche Ausdehnung auf einen einzigen Repräsentationspunkt reduziert wird. Durch das Verfolgen dieses Punktes wird während einer nichtlinearen Bewegung ein systematischer Fehler in Geschwindigkeit, Richtung und Drehgeschwindigkeit eingespeist, wenn sich der Repräsentationspunkt nicht im Rotationszentrum befindet oder nicht relativ zum Ziel über aufeinanderfolgende Einzelbilder stabil ist. Um einen instabilen Repräsentationspunkt zu kompensieren und auch hochdynamische Manöver erkennen und verfolgen zu können, ist das Geschwindigkeitsprofil in den Tracking-Algorithmus integriert. Durch Extraktion des sinusförmigen Verlaufs der Dopplergeschwindigkeit über den Azimutwinkel (kinematische Verlängerung) werden genaue Informationen über den Bewegungszustand gewonnen. Durch den Vergleich der Positionsableitung des Repräsentationspunktes über aufeinanderfolgende Einzelbilder (Richtung, Drehgeschwindigkeit und Geschwindigkeit) mit den Bewegungsparametern des Geschwindigkeitsprofils ist der Tracking-Algorithmus in der Lage, das Rotationszentrum eines erweiterten Ziels ohne räumliche Informationen zu bestimmen. Eine genaue Bestimmung des Bewegungszustands eines erweiterten Ziels ist nur mit Kenntnis des Rotationszentrums möglich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Detektionsvorrichtung der eingangs genannten Art zu gestalten, mit denen die Spurverfolgung von ausgedehnten Objekten einfacher und genauer durchgeführt werden kann.
• Offenbarung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass wenigstens ein Teil der Detektionen aus einem gemeinsamen Messzyklus nacheinander einer Aktualisierungsschleife zugeführt wird, mit der aus wenigstens einem Teil der Detektionseigenschaften der zugeführten Detektionen wenigstens ein Tracking-Zustand aktualisiert wird.
• Erfindungsgemäß werden die entsprechenden Detektionseigenschaften der Detektionen direkt zur Aktualisierung des wenigstens einen Tracking-Zustands verwendet. Eine vorherige Abschätzung eines Geschwindigkeitsprofils, wie dies bei dem Verfahren, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, erforderlich ist, ist erfindungsgemäß nicht nötig.
• Auf diese Weise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Tracking-Zustände von ausgedehnten Objekten, welche sich mit Manövern bewegen, einfacher auch mit nur einem Sensor ermittelt werden. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren sind mehrere Sensoren erforderlich, um ein entsprechendes Geschwindigkeitsprofil unter Verwendung von Azimut und Dopplerinformationen von Detektionen zu ermitteln.
• Vorteilhafterweise kann ein Tracking-Zustand eine Position, insbesondere eine Longitudinalposition und eine Lateralposition, eine Orientierung, eine Geschwindigkeit und eine Gierwinkelrate insbesondere bezüglich eines globalen Koordinatensystems enthalten. Auf diese Weise kann die Spur des Objekts genau angegeben und verfolgt werden.
• Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung wenigstens einen Radar-Sensor und/oder wenigstens einen LiDAR-Sensor aufweisen. Mit derartigen Sensoren können Überwachungsbereiche berührungslos mithilfe von elektromagnetischen Sendesignalen und elektromagnetischen Empfangssignalen auf Objekte hin überwacht werden.
• Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung nach einem Signal-Laufzeitverfahren arbeiten. Nach einem Signal-Laufzeitverfahren arbeitende Detektionsvorrichtungen können als Time-of-Flight- (TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (LiDAR), Laser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR), Radar oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Sendesignals und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Sendesignals als Empfangssignal gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Detektionsvorrichtung und dem erfassten Objekt ermittelt.
• Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung wenigstens ein laserbasiertes Entfernungsmesssystem aufweisen. Laserbasierte Entfernungsmesssysteme können vorteilhafterweise als Laserscanner ausgestaltet sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit einem insbesondere gepulsten Laserstrahl abgetastet werden.
• Die Erfindung kann vorteilhafterweise bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch im stationären Betrieb eingesetzt werden.
• Die Detektionsvorrichtung kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und/oder einer Gestenerkennung oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
• Mit der Detektionsvorrichtung können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, erfasst werden.
• Bei einer vorteilhaften Gestaltung des Verfahrens kann für wenigstens einen Tracking-Zustand eine zugehörige Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix ermittelt werden. Auf diese Weise kann die Streuung der Komponenten des wenigstens einen Tracking-Zustands mehrdimensional charakterisiert werden.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens eine Positionsgröße, insbesondere Polarkoordinate und/oder kartesische Koordinate, welche eine Position der wenigstens einen Reflexionsstelle charakterisiert, als wenigstens eine Detektionseigenschaft ermittelt werden und/oder wenigstens eine Bewegungsgröße, insbesondere ein Dopplerwert, die eine Geschwindigkeit wenigstens einer Reflexionsstelle charakterisiert, kann als wenigstens eine Detektionseigenschaft ermittelt werden. Auf diese Weise können mit den Detektionen die Positionen und/oder die Bewegungen der entsprechenden Reflexionsstellen insbesondere in wenigstens einem entsprechenden Koordinatensystem charakterisiert werden.
• Positionen in Polarkoordinaten können vorteilhafterweise in einem Polarkoordinatensystem der Detektionsvorrichtung, insbesondere einem Polarkoordinatensystem eines entsprechenden Sensors, angegeben werden.
• Positionen in kartesischen Koordinaten können vorteilhafterweise in einem globalen kartesischen Koordinatensystem angegeben werden.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Bewegungs-Innovationsgröße, insbesondere eine Doppler-Innovationsgröße, ermittelt werden, welche die Entwicklung wenigstens einer Bewegungsgröße, insbesondere eines Dopplerwertes, die eine Geschwindigkeit wenigstens einer Reflexionsstelle charakterisiert, beschreibt. Auf diese Weise können Veränderungen der wenigstens einen Bewegungsgröße zwischen den Messzyklen angegeben werden.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann für wenigstens eine Bewegungs-Innovationsgröße, insbesondere eine Doppler-Innovationsgröße, welche die Entwicklung wenigstens einer Bewegungsgröße, insbesondere eines Dopplerwertes, die eine Geschwindigkeit wenigstens einer Reflexionsstelle charakterisiert, beschreibt, eine Bewegungs-Innovationsgrößen-Kovarianzmatrix, insbesondere eine Doppler-Innovationsgrößen-Kovarianzmatrix, ermittelt werden. Auf diese Weise kann eine Streuung der Bewegungs-Innovationsgröße mehrdimensional charakterisiert werden.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann in der Aktualisierungsschleife
• - wenigstens eine die Entwicklung der Geschwindigkeit wenigstens einer Reflexionsstelle charakterisierende Bewegungs-Innovationsgröße, insbesondere eine Doppler-Innovationsgröße, aktualisiert werden und/oder
• - wenigstens ein Kalman-Gain auf Basis einer Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix ermittelt werden und/oder - der Tracking-Zustand und/oder eine Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix des Tracking-Zustands aktualisiert werden.
• Mit der Bewegungs-Innovationsgröße kann ein Maß zwischen der Bewegungsgröße, die erwartet wird, und der Bewegungsgröße, die mit den Detektionen gemessen wird, bereitgestellt werden. Die Bewegungs-Innovationsgröße kann zur Aktualisierung des Tracking-Zustands und/oder der Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix verwendet werden. Mit dem Kalman-Gain kann eine Gewichtung der Innovationsgrößen bezüglich der Unsicherheit gegenüber ihren Schätzungen eingeführt werden. Die Innovationsgrößen, die mit einer größeren Unsicherheit als ihre Schätzungen behaftet sind, können so mit einem geringeren Gewicht in die Aktualisierung eingehen als solche, bei denen das Gegenteil der Fall ist.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein aktualisierter Tracking-Zustand und/oder eine aktualisierte Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix aus einem Messzyklus für die Aktualisierung des Tracking-Zustands und/oder der Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix von weiteren Detektionen desselben Messzyklus verwendet werden. Auf diese Weise kann für alle folgenden Detektionen desselben Messzyklus jeweils ein aktualisierter Tracking-Zustand und/oder eine aktualisierte Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix zur Verfügung gestellt werden. So kann insgesamt die Aktualisierung des Tracking-Zustands für ein entsprechend verfolgtes Objekt genauer durchgeführt werden.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Detektionen eines jeweiligen Messzyklus einer Zulässigkeitsprüfung unterzogen werden und nur die diejenigen Detektionen der Aktualisierungsschleife zugeführt werden, welche als zulässig erkannt werden. Auf diese Weise können Ausreißer unter den Detektionen herausgefiltert werden. So kann insgesamt die Aktualisierung des Tracking-Zustands und/oder der Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix verbessert, insbesondere genauer durchgeführt werden. So können Detektionen erkannt werden, die insbesondere von Streuungen, Störungen oder dergleichen herrühren.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Detektionen eines gemeinsamen Messzyklus einer Filterung, insbesondere einem Sigma Filter, zugeführt werden, die der Aktualisierungsschleife vorgeordnet ist. Auf diese Weise können Ausreißer unter den Detektionen herausgefiltert werden, welche nicht einem vorgegebenen Zulässigkeitskriterium entsprechen.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein aktualisierter Tracking-Zustand und/oder eine aktualisierte Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix aus einem Messzyklus für eine Zulässigkeitsprüfung der Detektionen wenigstens eines folgenden Messzyklus herangezogen werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Spurverfolgung von Messzyklus zu Messzyklus weiter verbessert werden.
• Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der Detektionsvorrichtung dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Auswerteeinrichtung Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Derartige Mittel können insbesondere mit ein Trackingsystem realisiert werden.
• Vorteilhafterweise können die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Wege realisiert sein.
• Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
• Figurenliste
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
• 1 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug in einer Fahrsituation, in der schräg vor dem Fahrzeug ein Zielfahrzeug fährt, wobei das Fahrzeug ein Radarsystem zur Erfassung und zur Spurverfolgung des Zielfahrzeugs aufweist;
• 2 eine Darstellung von Detektionspositionen von Reflexionsstellen des Zielfahrzeugs aus der 1, welche mit dem Radarsystem des Fahrzeugs erfasst werden;
• 3 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Spurverfolgung des Zielfahrzeugs aus 1mit dem Radarsystem des Fahrzeugs.
• In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• Ausführungsform(en) der Erfindung
• In der 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Kraftfahrzeugs in der Draufsicht in einer Fahrsituation gezeigt. Schräg rechts vor dem Fahrzeug 10 fährt ein Objekt in Form eines Zielfahrzeugs 12. Das Zielfahrzeug 12' ist in einer Position zu einem späteren Zeitpunkt gestrichelt angedeutet.
• Das Fahrzeug 10 verfügt über eine Detektionsvorrichtung in Form eines Radarsystems 14. Das Radarsystem 14 umfasst beispielhaft vier Radarsensoren 16, welche jeweils an den Ecken des Fahrzeugs 10 angeordnet sind. Ferner umfasst das Radarsystem 14 eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 18, mit der das Radarsystem 14 gesteuert und mit dem Radarsystem 16 gewonnene Informationen verarbeitet werden können. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 umfasst ein Trackingsystem 20, mit dem eine Spur von einem erfassten Objekt, beispielhaft dem Zielefahrzeug 12, verfolgt werden kann. Die Spurverfolgung wird im englischsprachigen als „Tracking“ bezeichnet.
• Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 weist Mittel auf zur Durchführung von weiter unten erläuterten Verfahren zur Spurverfolgung. Diese Mittel können auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Wege beispielsweise mit dem Trackingsystem 20 realisiert sein.
• Ferner umfasst das Fahrzeug 10 ein Fahrerassistenzsystem 22. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 ist mit dem Fahrerassistenzsystem 22 zum Informationsaustausch verbunden. Informationen über einen Überwachungsbereich 24 in der Umgebung des Fahrzeugs 10, welche mit dem Radarsystem 14 ermittelt werden, können von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 an das Fahrerassistenzsystem 22 übermittelt werden.
• Mithilfe des Fahrerassistenzsystems 22 kann das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden.
• Dem Fahrzeug 10 und dem Zielfahrzeug 12 sind beispielhaft ein globales Koordinatensystem 26 zugeordnet. Das globale Koordinatensystem 26 ist beispielhaft ein kartesischen Koordinatensystem. Beispielhaft erstrecken sich eine x-Achse und eine y-Achse des globalen Koordinatensystems 26 räumlich horizontal. Eine z-Achse des globalen Koordinatensystems 26 erstreckt sich räumlich vertikal nach oben.
• Jedem der Radarsensoren 16 ist ferner ein eigenes Sensor-Koordinatensystem 28 zugeordnet. In der 1 ist der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich das Sensor-Koordinatensystem 28 des Radarsensors 16 in Fahrtrichtung vorne rechts gezeigt.
• Die Sensor-Koordinatensysteme 28 sind beispielhaft als Polarkoordinatensysteme ausgestaltet. Die Pole PO der Sensor-Koordinatensysteme 28 befinden sich jeweils an den entsprechenden Radarsensoren 16. Die Positionen der Radarsensoren 16 werden durch die Positionen der Pole PO der Sensor-Koordinatensysteme 28 charakterisiert und in dem globalen Koordinatensystem 26 mit den Koordinaten x_s und y_s angegeben. Die Geschwindigkeiten der Radarsensoren 16 werden durch die Geschwindigkeit ihrer Pole PO charakterisiert, welche in dem globalen Koordinatensystem 26 mit den Geschwindigkeitskomponenten v_sx und v_sy angegeben werden. Die Richtungen der Sensor-Koordinatensysteme 28 sind jeweils mit „PA“ bezeichnet. Beispielsweise zeigt die Richtung PA des Sensor-Koordinatensystems 28 des Radarsensors 16 in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 vorne rechts schräg nach vorne rechts.
• Die Polarkoordinaten von Punkten in dem Sensor-Koordinatensysteme 28 sind jeweils mit einem Abstand R und einem Polarwinkel, nämlich dem Azimut Θ, bezeichnet. Der Abstand R und das jeweilige Azimut Θ der Sensor-Koordinatensysteme 28 befinden sich beispielsweise in einer jeweiligen Ebene parallel zur x-y-Ebene des globalen Koordinatensystems 26. In der bestimmungsgemäßen Anordnung des Fahrzeugs 10 erstreckt sich die x-y-Ebene des globalen Koordinatensystems 26 räumlich horizontal.
• Mit den Radarsensoren 16 werden jeweilige Sendesignale 30 in Form von Radarpulsen in den Überwachungsbereich 24 gesendet. Die Sendesignale 30 werden an Objekten im Überwachungsbereich 24, beispielsweise an Reflexionsstellen 32 des Zielfahrzeugs 12, als Echos reflektiert. In der 1 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einige Reflexionsstellen 32 des Zielfahrzeugs 12 beispielhaft als Kreuze in Kreisen angedeutet. Grundsätzlich befinden sich Reflexionsstellen 32 an allen Teilen des Zielfahrzeugs 12, welche für Radarsignale reflektierend wirken.
• Die an Reflexionsstellen 32 in Richtung des Fahrzeugs 10 reflektierten Sendesignale 30 werden mit den Radarsensoren 16 als Empfangssignale 34 detektiert.
• Aus den Empfangssignalen 34 werden die Abstände R und die Azimute Θ der erfassten Reflexionsstellen 32 in dem Sensor-Koordinatensystem 28 des entsprechenden Radarsensors 16 als Detektionen 36 ermittelt. Ferner werden jeweils ein Dopplerwert ρ als Maß für eine Relativgeschwindigkeit der entsprechenden Reflexionsstellen 32 ermittelt und der jeweiligen Detektion 36 zugeordnet. Die zu entsprechenden Reflexionsstellen 32 gehörenden Detektionen 36 sind in der 2 als Kreise mit Kreuzen angedeutet. In der 2 sind das Fahrzeug 10 und das Zielfahrzeug 12 der besseren Orientierung wegen gestrichelt angedeutet.
• Der Abstand R, das Azimut Θ und den Dopplerwert ρ in dem entsprechenden Sensor-Koordinatensystem 28 sind Detektionseigenschaften der entsprechenden Detektion 36. Unter der Annahme, dass die Position und Geschwindigkeit des entsprechenden Radarsensors 16, also die Koordinaten x_s und y_s und die Positionen und Geschwindigkeitskomponenten v_sx und v_sy, in dem globalen Koordinatensystem 26 bekannt sind, können die Positionen der Detektionen 36 in dem globalen Koordinatensystem 26 in kartesischen Koordinaten x_d und y_d angegeben werden. Die kartesischen Koordinaten x_d und y_d bilden ebenfalls Detektionseigenschaften der entsprechenden Detektionen 36.
• Bei dem Zielfahrzeug 12 handelt es sich beispielhaft ebenfalls um ein Kraftfahrzeug. Mit dem Radarsystem 14 kann die Spur des Zielfahrzeugs 12 verfolgt werden. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 des Radarsystems 14 verfügt über Mittel, mit denen aus den Detektionseigenschaften (R, Θ, ρ, x_d, y_d) und einer jeweiligen Radialgeschwindigkeit v_r der zu den Detektionen 36 gehörenden Reflexionsstellen 32 ein Tracking-Zustand des Zielfahrzeugs 12 ermittelt werden kann. Der Tracking-Zustand beschreibt dem momentanen Bewegungszustand des Zielfahrzeugs 12 auf seiner Spur. Der Tracking-Zustand wird aus einer Vielzahl von Detektionen über mehrere Messzyklen bestimmt.
• Der Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) umfasst die Ortskoordinaten x und y und die Geschwindigkeit v eines Referenzpunktes 38 des Zielfahrzeugs 12 in dem globalen Koordinatensystem 26, einen Orientierungswinkel α einer Referenzachse 38 des Zielfahrzeugs 12 gegenüber der x-Achse des globalen Koordinatensystems 26 und eine Gierwinkelrate ω des Zielfahrzeugs 12. Dabei wird beispielhaft angenommen, dass es sich bei dem Referenzpunkt 38 um das Rotationszentrum des Zielfahrzeugs 12 bei einem Richtungswechsel handelt. Die Referenzachse 40 des Zielfahrzeugs 12 ist beispielhaft die Fahrzeuglängsachse. Der Referenzpunkt 38 ist beispielhaft der Schnittpunkt der Referenzachse 40 mit einer Hinterachse 42 des Zielfahrzeugs 12.
• Für die Detektionseigenschaften einer Detektion 36, den Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) und die Positionen und die Geschwindigkeiten eines Radarsensors 16 bestehen folgende Zusammenhänge: $${\text{v}}_{\text{r}}=\left({\text{v}}_{\text{s}}-{\text{v}}_{\text{sz}}\right)\text{cos}\left(\mathrm{\Theta }\right)+\left({\text{v}}_{\text{y}}-{\text{v}}_{\text{sy}}\right)\text{sin}\left(\mathrm{\Theta }\right)$$

  

  $${\text{v}}_{\text{r}}=\left(\text{vcos}\left(\mathrm{\alpha }\right)-\mathrm{\varpi }\left({\text{y}}_{\text{d}}-\text{y}\right)-\text{v}\right)\text{cos}\left(\mathrm{\Theta }\right)+\left(\text{vsin}\left(\mathrm{\alpha }\right)+\mathrm{\varpi }\left({\text{x}}_{\text{d}}-\text{x}\right)-{\text{v}}_{\text{sy}}\right)\text{sin}\left(\mathrm{\Theta }\right)$$

  

  $${\text{v}}_{\text{r}}=\left(\text{vcos}\left(\mathrm{\alpha }\right)-\mathrm{\varpi }\left(\left(\text{Rsin}\left(\mathrm{\Theta }\right)+{\text{y}}_{\text{s}}\right)-\text{y}\right)-{\text{v}}_{\text{sx}}\right)\text{cos}\left(\mathrm{\Theta }\right)+\left(\text{vsin}\left(\mathrm{\alpha }\right)+\mathrm{\varpi }\left(\left(\text{Rcos}\left(\mathrm{\Theta }\right)+{\text{x}}_{\text{s}}\right)-\text{x}\right)-{\text{v}}_{\text{sy}}\right)\text{sin}\left(\mathrm{\Theta }\right)$$

  

  $${\text{v}}_{\text{r}}=\left(\text{vcos}\left(\mathrm{\alpha }\right)-\mathrm{\varpi }\left({\text{y}}_{\text{s}}-\text{y}\right)-{\text{v}}_{\text{sx}}\right)\text{cos}\left(\mathrm{\Theta }\right)+\left(\text{vsin}\left(\mathrm{\alpha }\right)+\mathrm{\varpi }\left({\text{x}}_{\text{s}}-\text{x}\right)-{\text{v}}_{\text{sy}}\right)\text{sin}\left(\mathrm{\Theta }\right)$$

  
• Im Folgenden wird ein Verfahren zur Spurverfolgung eines ausgedehnten Objekts in dem Überwachungsbereich 24 mit dem Radarsystem 14 am Beispiel des Zielfahrzeugs 12 anhand des Ablaufschemas in der 3 näher erläutert. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 weist Mittel zur Durchführung des Verfahrens auf, welche auf software- und/oder hardwaremäßigem Wege realisiert sein können.
• Bei dem Verfahren wird das Zielfahrzeug 12 während aufeinanderfolgender Messzyklen detektiert. Nach jedem Messzyklus wird aus den Detektionen 36 des Zielfahrzeugs 12 der Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) für das Zielfahrzeug 12 aktualisiert.
• Während eines Messzyklus werden in einem Schritt 60 mit den Radarsensoren 16 jeweils Sendesignale 30 in den Überwachungsbereich 24 gesendet. Die Sendesignale 30 werden, sofern das Zielfahrzeug 12 sich in dem jeweiligen Sichtfeld des entsprechenden Radarsensors 16 befindet, an entsprechenden Reflexionsstellen 32 des Zielfahrzeugs 12 reflektiert.
• Die zu den jeweiligen Sendesignalen 30 gehörenden reflektierten Empfangssignale 34 werden mit den entsprechenden Radarsensoren 16 empfangen. Aus den Empfangssignalen 34 werden für die Detektionen 36 der Reflexionsstellen 32 jeweils der Dopplerwert ρ und das Azimut Θ als Detektionsinformationen für ermittelt.
• In einem Schritt 62 werden die Detektionen 36 des aktuellen Messzyklus einer Zulässigkeitsprüfung unterzogen. Auf diese Weise werden Ausreißer beispielsweise aufgrund von Störungen oder Reflexionen herausgefiltert. Hierzu werden die Detektionen 36 einem Sigma Filter zugeführt, welcher einer Aktualisierungsschleife 44 zur Aktualisierung des Tracking-Zustands (x, y, v, α, ω) vorgeordnet ist. Für die Zulässigkeitsprüfung der Detektionen 36 werden ein aktualisierter Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) und eine aktualisierte Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix aus einem vorherigen Messzyklus oder, sofern es sich um den ersten Messzyklus handelt, aus einer Prädiktion verwendet.
• Die als zulässig erachteten Detektionen 36 werden in einem Speicher 64 gespeichert und nacheinander der Aktualisierungsschleife 44 zugeführt. Die zulässigen Detektionen 36 werden nacheinander der Aktualisierungsschleife 44 zugeführt, welche die Schritte 64 bis 72 umfasst.
• In einem Schritt 66 wird eine Doppler-Innovationsgröße s gemäß der folgenden Gleichung auf Basis des zuletzt aktualisierten Tracking-Zustands (x, y, v, α, ω) berechnet: $$\text{s}={\text{v}}_{\text{r}}-\mathrm{\rho }=\left(\text{v cos}\left(\mathrm{\alpha }\right)-\mathrm{\varpi }\left({\text{y}}_{\text{s}}-\text{y}\right)-{\text{v}}_{\text{sx}}\right)\text{cos}\left(\mathrm{\Theta }\right)+\left(\text{v sin}\left(\mathrm{\alpha }\right)+\left({\text{x}}_{\text{s}}-\text{x}\right)-{\text{v}}_{\text{sy}}\right)\text{sin}\left(\mathrm{\Theta }\right)-\mathrm{\rho }$$

  
• Die Doppler-Innovationsgröße s beschreibt die Entwicklung des Dopplerwertes ρ, also der Geschwindigkeit, des Zielfahrzeugs 12.
• Ferner wird eine Doppler-Innovationsgrößen-Kovarianzmatrix S gemäß der folgenden Gleichung berechnet: $$\text{S}={\text{H}}_{\text{k}}{\text{P}}_{\text{k}/\text{k}-1}{\text{H}}_{\text{k}}{}^{\text{T}}+{\text{J}}_{\text{k}}{\text{P}}_{\text{k}/\text{k}-1}{\text{J}}_{\text{k}}{}^{\text{T}}$$

  
• Die Doppler-Innovationsgrößen-Kovarianz S beschreibt eine mehrdimensionale Streuung der Doppler-Innovationsgröße s.
• Dabei ist P_{k/k -1} die Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix. H_k ist die Jacobi-Matrix für den Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) mit der Ableitung der Doppler-Innovationsgröße s nach den Tracking-Zustand (x, y, α, v, ω), also δs/δ(x, y, α, v, ω). J_k ist die Jacobi-Matrix für die Detektionen 36 mit der Ableitung der Doppler-Innovationsgröße s nach den Detektionsinformationen (Θ, ρ), also δs/δ(Θ, ρ). Ein Laufparameter für die Messzyklen ist mit k bezeichnet.
• In einem Schritt 68 wird der Kalman-Gain K gemäß der folgenden Gleichung berechnet: $$\text{K}=-{\text{P}}_{\text{k}/\text{k}-1}{\text{H}}_{\text{k}}{}^{\text{T}}{\text{S}}^{-1}$$

  
• Mit dem Kalman-Gain wird eine Gewichtung zwischen der Doppler-Innovationsgröße s gegenüber ihren Schätzungen bezüglich der Unsicherheit eingeführt.
• In einem Schritt 70 wird der Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) aktualisiert. Hierzu werden die Positionskoordinaten x und y, die Geschwindigkeit v und die Gierwinkelrate ω gemäß der folgenden Gleichung berechnet: $${\left(\text{x}\text{, y}\text{, }\mathrm{\alpha }\text{, v}\text{, }\mathrm{\varpi }\right)}_{\text{k}}={\left(\text{x}\text{, y}\text{, }\mathrm{\alpha }\text{, v}\text{, }\mathrm{\varpi }\right)}_{\text{k}-1}+\text{K s}$$

  
• Dabei ist hier K der Kalman-Gain und k der Laufparameter für die Detektionen 36 des Messzyklus.
• Außerdem wird in dem Schritt 70 die Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix P gemäß der folgenden Gleichung aktualisiert: $${\text{P}}_{\text{k}/\text{k}-1}=\left(1+{\text{K H}}_{\text{k}}\right){\text{P}}_{\text{k}/\text{k}-1}$$

  
• In einem Schritt 72 wird geprüft, ob in dem Speicher 64 weitere zulässige Detektionen 36 des Messzyklus vorliegen, welche noch nicht der Aktualisierungsschleife 44 zugeführt wurden. Falls noch nicht verwendete zulässige Detektion 36 vorliegen, wird die Aktualisierungsschleife 44 mit einer nicht bearbeiteten zulässigen Detektion 36 unter Verwendung des zuletzt aktualisierten Tracking-Zustands (x, y, v, α, ω) erneut durchlaufen.
• Falls in dem Speicher 64 keine zulässigen Detektionen 36 des Messzyklus mehr vorliegen, welche noch nicht für die Aktualisierung verwendet wurden, wird das Verfahren für den nächsten Messzyklus ausgehend von dem Schritt 60 wiederholt.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• „Tracking of Extended Objects with High Resolution Doppler Radar" von Dominik Kellner et al., veröffentlicht in IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems PP:1-13, Dezember 2015 [0003]

Claims (11)

1. Verfahren zur Spurverfolgung von ausgedehnten Objekten (12) mit wenigstens einer Detektionsvorrichtung (14), bei dem während aufeinander folgenden Messzyklen ein Objekt (12) detektiert wird und aus wenigstens einem Teil der Detektionen (36) des Objekts (12) wenigstens ein Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) ermittelt wird, der eine Position und eine Bewegung des wenigstens einen Objekts (12) charakterisiert, wobei während eines Messzyklus - wenigstens ein Sendesignal (30) in einen Überwachungsbereich (24) der wenigstens einen Detektionsvorrichtung (14) gesendet wird, - wenigstens ein Empfangssignal (34) empfangen wird, welches von wenigstens einem Sendesignal (30) herrührt, welches an wenigstens einer Reflexionsstelle (32) des wenigstens einen Objekt (12) reflektiert wird, - aus dem wenigstens einen Empfangssignal (34) wenigstens eine Detektion (36) für die wenigstens eine Reflexionsstelle (32) ermittelt wird, wobei die wenigstens eine Detektion (36) wenigstens eine Detektionseigenschaft (R, Θ, ρ; x_d, y_d) aufweist, welche eine Position und eine Bewegung der wenigstens einen Reflexionsstelle (32) charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Detektionen (36) aus einem gemeinsamen Messzyklus nacheinander einer Aktualisierungsschleife (44) zugeführt wird, mit der aus wenigstens einem Teil der Detektionseigenschaften (R, Θ, ρ; x_d, y_d) der zugeführten Detektionen (36) wenigstens ein Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) aktualisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) eine zugehörige Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix (P_k/k-1) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Positionsgröße (R; x_d, y_d), insbesondere Polarkoordinate und/oder kartesische Koordinate, welche eine Position der wenigstens einen Reflexionsstelle (32) charakterisiert, als wenigstens eine Detektionseigenschaft ermittelt wird und/oder wenigstens eine Bewegungsgröße (p), insbesondere ein Dopplerwert, die eine Geschwindigkeit wenigstens einer Reflexionsstelle (32) charakterisiert, als wenigstens eine Detektionseigenschaft ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungs-Innovationsgröße (s), insbesondere eine Doppler-Innovationsgröße, ermittelt wird, welche die Entwicklung wenigstens einer Bewegungsgröße (p), insbesondere eines Dopplerwertes, die eine Geschwindigkeit wenigstens einer Reflexionsstelle (32) charakterisiert, beschreibt.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens eine Bewegungs-Innovationsgröße (s), insbesondere eine Doppler-Innovationsgröße, welche die Entwicklung wenigstens einer Bewegungsgröße (p), insbesondere eines Dopplerwertes, die eine Geschwindigkeit wenigstens einer Reflexionsstelle (32) charakterisiert, beschreibt, eine Bewegungs-Innovationsgrößen-Kovarianzmatrix (S), insbesondere eine Doppler-Innovationsgrößen-Kovarianzmatrix, ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aktualisierungsschleife (44) - wenigstens eine die Entwicklung der Geschwindigkeit wenigstens einer Reflexionsstelle (32) charakterisierende Bewegungs-Innovationsgröße (s), insbesondere eine Doppler-Innovationsgröße, aktualisiert wird und/oder - wenigstens ein Kalman-Gain (K) auf Basis einer Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix (P_k/k-1) ermittelt wird und/oder - der Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) und/oder eine Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix (P_k/k-1) des Tracking-Zustands (x, y, v, α, ω) aktualisiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktualisierter Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) und/oder eine aktualisierte Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix (P_k/k-1) aus einem Messzyklus für die Aktualisierung des Tracking-Zustands (x, y, v, α, ω) und/oder der Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix (P_{k/k -1}) von weiteren Detektionen (36) desselben Messzyklus verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionen (36) eines jeweiligen Messzyklus einer Zulässigkeitsprüfung (62) unterzogen werden und nur die diejenigen Detektionen (36) der Aktualisierungsschleife (44) zugeführt werden, welche als zulässig erkannt werden.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionen (36) eines gemeinsamen Messzyklus einer Filterung (62), insbesondere einem Sigma Filter, zugeführt werden, die der Aktualisierungsschleife (44) vorgeordnet ist.
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktualisierter Tracking-Zustand (x, y, v, α, ω) und/oder eine aktualisierte Tracking-Zustands-Kovarianzmatrix (P_k-1) aus einem Messzyklus für eine Zulässigkeitsprüfung der Detektionen (36) wenigstens eines folgenden Messzyklus herangezogen wird.
11. Detektionsvorrichtung (14) zum Detektieren von Objekten (12) in einem Überwachungsbereich (24), - mit wenigstens einem Sensor (16), mit dem Sendesignale (30) in den Überwachungsbereich (24) gesendet werden können und mit dem Empfangssignale (34), welche von Sendesignalen (30) herrühren, die an Reflexionsstellen (32) wenigstens eines Objekts (12) reflektiert werden, empfangen werden können, - und mit wenigstens einer Auswerteeinrichtung (18), mit der auf Basis wenigstens eines der Empfangssignale (34) jeweilige Detektionen (36) für Reflexionsstellen (32) ermittelt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auswerteeinrichtung (18) Mittel (20) aufweist zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorigen Ansprüche.

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