DE102019204914A1 - Determination of a clear relative speed by means of model adaptation - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (16) zum Bestimmen einer Relativgeschwindigkeit eines Objekts (12), mit: einer Eingangsschnittstelle (22) zum Empfangen von vorverarbeiteten Sensordaten eines frequenzmodulierten Multipuls-Radarsensors (14), wobei die Sensordaten ein Frequenzspektrum eines Objekts in einem Umfeld eines Fahrzeugs (18) umfassen; einer Auswerteeinheit (24) zum Ermitteln einer Position eines Hochpunkts innerhalb des Frequenzspektrums basierend auf den Sensordaten; einer Beschreibungseinheit (26) zum Ermitteln eines Beschreibungsparameters, der eine Form des Frequenzspektrums in einer unmittelbaren Umgebung der Position des Hochpunkts beschreibt; einer Modellierungseinheit (28) zum Anpassen eines vordefinierten Modells basierend auf der ermittelten Position des Hochpunkts und zum Ermitteln mehrerer Modellwerte basierend auf dem angepassten Modell, wobei die Modellwerte jeweils eine Form eines Frequenzspektrums für eine Geschwindigkeitshypothese beschreiben; einer Vergleichseinheit (30) zum Vergleichen des Beschreibungsparameters mit den mehreren Modellwerten und zum Auswählen eines Modellwertes mit maximaler Übereinstimmung mit dem Beschreibungsparameter; und einer Ausgabeeinheit (32) zum Ausgeben der Geschwindigkeitshypothese des ausgewählten Modellwertes als Relativgeschwindigkeit des Objekts. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein System (10) und ein Verfahren zum Bestimmen einer Relativgeschwindigkeit eines Objekts (12).The present invention relates to a device (16) for determining a relative speed of an object (12), having: an input interface (22) for receiving preprocessed sensor data from a frequency-modulated multi-pulse radar sensor (14), the sensor data representing a frequency spectrum of an object in an environment a vehicle (18); an evaluation unit (24) for determining a position of a high point within the frequency spectrum based on the sensor data; a description unit (26) for determining a description parameter which describes a shape of the frequency spectrum in the immediate vicinity of the position of the high point; a modeling unit (28) for adapting a predefined model based on the determined position of the high point and for determining a plurality of model values based on the adjusted model, the model values each describing a form of a frequency spectrum for a speed hypothesis; a comparison unit (30) for comparing the description parameter with the plurality of model values and for selecting a model value with maximum correspondence with the description parameter; and an output unit (32) for outputting the speed hypothesis of the selected model value as the relative speed of the object. The present invention also relates to a system (10) and a method for determining a relative speed of an object (12).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Relativgeschwindigkeit eines Objekts. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein System sowie ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zum Bestimmen einer Relativgeschwindigkeit eines Objekts.The present invention relates to a device for determining a relative speed of an object. The present invention also relates to a system and a method and a computer program product for determining a relative speed of an object.
Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl von Sensoren, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Ein wichtiges Sensorprinzip für die Erfassung der Umgebung im Bereich der autonom und teilautonom fahrenden Fahrzeuge ist dabei die Radartechnik. Radarsensoren im Fahrzeugbereich umfassen typischerweise mehrere Sende- und Empfangselemente, die virtuelle Kanäle des Radarsensors (Rx/Tx-Antennenpaare) bilden. In jedem Empfangskanal erfolgt ein Heruntermischen in das Basisband, eine Filterung und anschließend eine Digitalisierung des so erhaltenen Basisbandsignals. Durch eine Vorverarbeitung der Basisbandsignale für jeden Empfangskanal kann eine Detektion und Lokalisierung eines Ziels, also eines Objekts in einem Sichtfeld des Radarsensors erfolgen.Modern vehicles (cars, vans, trucks, motorcycles, etc.) have a large number of sensors that provide the driver with information and control individual functions of the vehicle partially or fully automatically. Radar technology is an important sensor principle for capturing the environment in the area of autonomous and semi-autonomous vehicles. Radar sensors in the vehicle sector typically include several transmitting and receiving elements that form virtual channels of the radar sensor (Rx / Tx antenna pairs). In each reception channel, the baseband signal is downmixed, filtered and then the baseband signal obtained in this way is digitized. By preprocessing the baseband signals for each receiving channel, a target, that is to say an object, can be detected and localized in a field of view of the radar sensor.
Die meisten heutzutage im Fahrzeugbereich eingesetzten Radarsensoren arbeiten als Multipuls-Radarsensoren (auch als Chirp Sequence Radarsensoren bezeichnet), bei denen in kurzen Abständen mehrere frequenzmodulierte Pulse ausgesendet werden. Die Vorverarbeitung kann dabei insbesondere eine Fouriertransformation oder Optimalfilterung der Basisbanddaten für einen einzelnen Radarpuls (sog. schnelle Vorverarbeitung, fast-time processing), eine weitere Fouriertransformation für mehrere Pulse (sog. langsame Vorverarbeitung, slow-time processing), ein Beamforming, eine Signalleistungsdetektion, beispielsweise basierend auf constant-forcealarm-rate Verfahren, sowie eine Hochpunktbestimmung umfassen.Most of the radar sensors used today in the vehicle sector work as multi-pulse radar sensors (also referred to as chirp sequence radar sensors), in which several frequency-modulated pulses are emitted at short intervals. The preprocessing can be a Fourier transformation or optimal filtering of the baseband data for a single radar pulse (so-called fast preprocessing, fast-time processing), a further Fourier transformation for several pulses (so-called slow preprocessing, slow-time processing), beamforming, signal power detection , for example based on the constant-force alarm rate method, as well as a high point determination.
Eine Herausforderung für Multipuls-Radarsensoren mit konstanter Pulswiederholungszeit (pulse repetition time, PRT) besteht darin, dass diese auf Messungen einer Relativgeschwindigkeit (bzw. einer relativen Radialgeschwindigkeit innerhalb des sogenannten Hauptintervalls beschränkt sind. Lediglich innerhalb dieses Hauptintervalls zwischen - vm/2 und + vm/2 kann eine maximale eindeutige Geschwindigkeit
Ein Ansatz zum Lösen dieser Problematik liegt in der Verwendung unterschiedlicher Pulswiederholungszeiten, entweder zwischen Pulsen oder von einem kohärenten Verarbeitungsintervall (coherent processing interval, CPI) zum folgenden. Hierdurch kann die maximale eindeutige Geschwindigkeit erhöht werden. Ein Nachteil der Verwendung unterschiedlicher Pulswiederholungszeiten zwischen aufeinanderfolgenden Intervallen besteht darin, dass eine Latenzzeit vergrößert wird und eine Verknüpfung zwischen Detektionen in mehreren Intervallen notwendig wird. Dies ist insbesondere im Fall mehrerer und/oder schnell bewegter Ziele, wie er regelmäßig im Fahrzeugbereich auftritt, fehleranfällig. Ansätze, bei denen die Pulswiederholungszeit zwischen Pulsen innerhalb desselben Intervalls variiert wird, sind grundsätzlich nicht für eine Verarbeitung mit einer schnellen Fouriertransformation (FFT) geeignet und können Nebenkeulen im Geschwindigkeitsspektrum aufweisen. Gestaffelte Puls-zu-Puls-Verfahren, bei denen die Pulswiederholungszeit in aufeinanderfolgenden Intervallen variiert wird, haben den Nachteil, dass eine Zieldetektion lediglich basierend auf der Hälfte der Pulse durchgeführt werden kann. Hierdurch wird der Gewinn vermindert und eine Verwendung von sogenannten slow-time Multiple Input Multiple Output (MIMO)-Verfahren erschwert.One approach to solving this problem is to use different pulse repetition times, either between pulses or from one coherent processing interval (CPI) to the next. This allows the maximum unique speed to be increased. A disadvantage of using different pulse repetition times between successive intervals is that a latency time is increased and a link between detections in several intervals becomes necessary. This is prone to errors in particular in the case of multiple and / or rapidly moving targets, as occurs regularly in the vehicle area. Approaches in which the pulse repetition time between pulses is varied within the same interval are fundamentally unsuitable for processing with a fast Fourier transform (FFT) and can have side lobes in the speed spectrum. Staggered pulse-to-pulse methods, in which the pulse repetition time is varied in successive intervals, have the disadvantage that target detection can only be carried out based on half the pulses. This reduces the profit and makes the use of so-called slow-time multiple input multiple output (MIMO) methods more difficult.
Im Zusammenhang mit der eindeutigen Messung einer Relativgeschwindigkeit wird in der
Nachteilig an bisher bekannten Verfahren ist die vergleichsweise aufwendige Verarbeitung sowie der damit einhergehende Bedarf an Rechenleistung. Zudem bedingen die bisherigen Ansätze zumeist einen Verlust an Auflösung.Disadvantages of previously known methods are the comparatively complex processing and the associated need for computing power. In addition, the previous approaches mostly caused a loss of resolution.
Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen Ansatz zum eindeutigen Bestimmen einer Relativgeschwindigkeit eines Objekts bereitzustellen. Insbesondere soll es ermöglicht werden, eine eindeutige Geschwindigkeitsmessung durchzuführen, ohne dass eine wesentlich höhere Rechenleistung benötigt wird und/oder die Sensitivität und/oder Reaktionszeit vermindert wird.Based on this, the present invention has the object of providing an approach for the unambiguous determination of a relative speed of an object. In particular, it should be made possible to carry out an unambiguous speed measurement without a significantly higher computing power being required and / or the sensitivity and / or reaction time being reduced.
Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Relativgeschwindigkeit eines Objekts, mit:
- einer Eingangsschnittstelle zum Empfangen von vorverarbeiteten Sensordaten eines frequenzmodulierten Multipuls-Radarsensors, wobei die Sensordaten ein Frequenzspektrum eines Objekts in einem Umfeld eines Fahrzeugs umfassen;
- einer Auswerteeinheit zum Ermitteln einer Position eines Hochpunkts innerhalb des Frequenzspektrums basierend auf den Sensordaten;
- einer Beschreibungseinheit zum Ermitteln eines Beschreibungsparameters, der eine Form des Frequenzspektrums in einer unmittelbaren Umgebung der Position des Hochpunkts beschreibt;
- einer Modellierungseinheit zum Anpassen eines vordefinierten Modells basierend auf der ermittelten Position des Hochpunkts und zum Ermitteln mehrerer Modellwerte basierend auf dem angepassten Modell, wobei die Modellwerte jeweils eine Form eines Frequenzspektrums für eine Geschwindigkeitshypothese beschreiben;
- einer Vergleichseinheit zum Vergleichen des Beschreibungsparameters mit den mehreren Modellwerten und zum Auswählen eines Modellwertes mit maximaler Übereinstimmung mit dem Beschreibungsparameter; und
- einer Ausgabeeinheit zum Ausgeben der Geschwindigkeitshypothese des ausgewählten Modellwertes als Relativgeschwindigkeit des Objekts.
- an input interface for receiving preprocessed sensor data from a frequency-modulated multipulse radar sensor, the sensor data including a frequency spectrum of an object in the surroundings of a vehicle;
- an evaluation unit for determining a position of a high point within the frequency spectrum based on the sensor data;
- a description unit for determining a description parameter which describes a shape of the frequency spectrum in the immediate vicinity of the position of the high point;
- a modeling unit for adapting a predefined model based on the determined position of the high point and for determining a plurality of model values based on the adjusted model, the model values each describing a form of a frequency spectrum for a speed hypothesis;
- a comparison unit for comparing the description parameter with the plurality of model values and for selecting a model value with maximum correspondence with the description parameter; and
- an output unit for outputting the speed hypothesis of the selected model value as the relative speed of the object.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System, insbesondere ein Automotive-Radarsystem, zum Bestimmen einer Relativgeschwindigkeit eines Objekts, mit:
- einem frequenzmodulierten Multipuls-Radarsensor zum Erfassen eines Objekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs mit einer Vorverarbeitungseinheit zum Vorverarbeiten eines Signals eines Empfangskanals des Multipuls-Radarsensors; und
- einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben.
- a frequency-modulated multi-pulse radar sensor for detecting an object in the vicinity of a vehicle, with a preprocessing unit for pre-processing a signal of a receiving channel of the multi-pulse radar sensor; and
- a device as described above.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein entsprechendes Verfahren und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.Further aspects of the invention relate to a corresponding method and a computer program product with program code for carrying out the steps of the method when the program code is executed on a computer, as well as a storage medium on which a computer program is stored that, when executed on a computer, causes the method described herein to be carried out.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Vorrichtung, das System, das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Vorrichtung und das System in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention. In particular, the device, the system, the method and the computer program product can be designed in accordance with the configurations described for the device and the system in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird in einem Multipuls-Radarsensorsystem eine Unterscheidung zwischen mehreren Geschwindigkeitshypothesen durch eine Anpassung eines Modells im Bereich eines Hochpunkts vorgeschlagen. Es werden Daten eines frequenzmodulierten Multipuls-Radarsensors nach der Vorverarbeitung empfangen. In einem Frequenzspektrum wird ein Hochpunkt ermittelt. Dieser Hochpunkt wird mit mehreren aus einem Modell ermittelten Hochpunkten, die verschiedenen Geschwindigkeitshypothesen entsprechen, verglichen. Ausgehend von dem Vergleich wird diejenige Geschwindigkeitshypothese ausgewählt, bei der die geringste Abweichung zwischen Modell und Sensordaten besteht. Insoweit wird erfindungsgemäß ausgenutzt, dass sich die Form von Hochpunkten in einem Frequenzspektrum sowohl in der Geschwindigkeitsdimension als auch in der Entfernungsdimension für verschiedene Geschwindigkeiten unterscheiden. Durch einen Vergleich mit einer Modellierung kann daher die Mehrdeutigkeit in der Geschwindigkeitsmessung aufgelöst werden und eine eindeutige Relativgeschwindigkeit bestimmt werden.According to the invention, a distinction between several speed hypotheses is proposed in a multi-pulse radar sensor system by adapting a model in the region of a high point. Data from a frequency-modulated multi-pulse radar sensor are received after preprocessing. A high point is determined in a frequency spectrum. This high point is compared with several high points determined from a model, which correspond to various speed hypotheses. On the basis of the comparison, that speed hypothesis is selected in which there is the smallest deviation between the model and the sensor data. To this extent, the invention makes use of the fact that the shape of high points in a frequency spectrum differ both in the speed dimension and in the distance dimension for different speeds. By means of a comparison with a modeling, the ambiguity in the speed measurement can therefore be resolved and a clear relative speed can be determined.
Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen wird insoweit eine eindeutige Geschwindigkeitsmessung ermöglicht. Es ist nicht erforderlich, die Pulswiederholungszeit anzupassen. Eine einfache Verarbeitung der Radarsensordaten bleibt erhalten. Es ergibt sich eine zuverlässige, eindeutige Messung der Relativgeschwindigkeit eines Objekts.In comparison to previous approaches, a clear speed measurement is made possible. It is not necessary to adjust the pulse repetition time. A simple processing of the radar sensor data is retained. A reliable, unambiguous measurement of the relative speed of an object results.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Modellierungseinheit zum Anpassen des vordefinierten Modells und zum Ermitteln der mehreren Modellwerte basierend auf einer Nachschlagetabelle mit vorberechneten Modellwerten für verschiedene Geschwindigkeitshypothesen für unterschiedliche Positionen von Hochpunkten ausgebildet. Die Berechnung des vordefinierten Modells kann einmalig erfolgen. Die Resultate können in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden. Dies hat den Vorteil, dass nicht für jede Messung eine aufwendige Berechnung durchgeführt werden muss. Eine effiziente Datenverarbeitung wird sichergestellt. Zudem wird eine schnelle Berechenbarkeit erreicht.In a preferred embodiment, the modeling unit is designed to adapt the predefined model and to determine the plurality of model values based on a look-up table with precalculated model values for different speed hypotheses for different positions of high points. The predefined model can be calculated once. The results can be stored in a look-up table. This has the advantage that a complex calculation does not have to be carried out for each measurement. Efficient data processing is ensured. In addition, rapid predictability is achieved.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die unmittelbare Umgebung der Position des Hochpunkts eine vordefinierte Anzahl an diskreten Werten. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung einer vergleichsweise geringen Anzahl an diskreten Werten eine ausreichende Genauigkeit hinsichtlich der Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Geschwindigkeitshypothesen (unterschiedlichen Formen von Hochpunkten) ermöglicht. Durch die Verwendung einer vordefinierten Anzahl wird eine einfache Vergleichbarkeit sichergestellt. Beispielsweise kann durch eine Verwendung von 3 bis 13 bzw. 9 Werten eine effiziente Berechenbarkeit erreicht werden.In an advantageous embodiment, the immediate vicinity of the position of the high point comprises a predefined number of discrete values. It has been found that the use of a comparatively small number of discrete values enables sufficient accuracy with regard to the differentiation between different speed hypotheses (different forms of high points). Using a predefined number ensures easy comparability. For example, by using 3 to 13 or 9 values, efficient calculability can be achieved.
In einer bevorzugten Ausgestaltung basiert das vordefinierte Modell auf einer Berechnung von Zeitbereichswerten, bei der eine Laufzeit der Abtastwerte innerhalb eines Pulses berücksichtigt wird. Ein einzelner Puls weist eine gewisse Länge auf, sodass sich insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten die Gegebenheiten während der Dauer eines einzelnen Pulses ändern können. Die Laufzeit entspricht insoweit einer Verzögerung innerhalb eines Pulses. Diese Laufzeit bzw. diese Verzögerung werden von bisherigen Modellen üblicherweise vernachlässigt. Durch die zusätzliche Berücksichtigung der Laufzeitänderung pro Puls wird erreicht, dass sich die Form des Frequenzspektrums im unmittelbaren Umfeld des Hochpunkts entsprechend der realen Daten ändert und so zwischen Geschwindigkeitshypothesen unterschieden werden kannIn a preferred embodiment, the predefined model is based on a calculation of time domain values, in which a transit time of the sampled values within a pulse is taken into account. A single pulse has a certain length, so that the conditions can change during the duration of a single pulse, especially at high speeds. The transit time corresponds to a delay within one pulse. This runtime or this delay is usually neglected by previous models. The additional consideration of the change in transit time per pulse ensures that the shape of the frequency spectrum in the immediate vicinity of the high point changes in accordance with the real data and thus a distinction can be made between speed hypotheses
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung basiert eine Berechnung der Modellwerte auf einer Optimalfilterung über einen Puls und einer Fouriertransformation über mehrere Pulse, wenn die vorverarbeiteten Sensordaten basierend auf einer Optimalfilterung einer beliebigen Pulsform vorverarbeitet wurden. Es ist möglich, eine Optimalfilterung (matched filter) in Verbindung mit einer Fouriertransformation über die mehreren Pulse eines Verarbeitungsintervalls (slow-time Fouriertransformation) zu verwenden. Abhängig von der Konfiguration des Multipuls-Radarsensors ergibt sich insoweit eine Modellierung, die der realen Datenverarbeitung innerhalb des Radarsensors entspricht. Es wird eine hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der eindeutigen Relativgeschwindigkeit sichergestellt.In a further preferred embodiment, a calculation of the model values is based on an optimal filtering over a pulse and a Fourier transformation over a plurality of pulses if the preprocessed sensor data have been preprocessed based on an optimal filtering of any pulse shape. It is possible to use an optimal filtering (matched filter) in connection with a Fourier transformation over the several pulses of a processing interval (slow-time Fourier transformation). Depending on the configuration of the multi-pulse radar sensor, this results in a modeling that corresponds to the real data processing within the radar sensor. A high level of accuracy is ensured when determining the clear relative speed.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung basiert eine Berechnung der Modellwerte auf einer ersten Fouriertransformation über einen Puls und einer zweiten Fouriertransformation über mehrere Pulse, wenn die vorverarbeiteten Sensordaten basierend auf einer Verarbeitung einer linear frequenzmodulierten Pulsfolge vorverarbeitet wurden. Wie zuvor kann die Modellierung ebenfalls entsprechend der realen Datenverarbeitung erfolgen, wenn eine erste Fouriertransformation für einen Puls (fast-time Fouriertransformation) gefolgt von einer Fouriertransformation über mehrere Pulse (slow-time Fouriertransformation) durchgeführt wird. Es ergibt sich eine genaue und zutreffende Modellierung mit hoher Aussagekraft bezüglich der Relativgeschwindigkeit.In an advantageous embodiment, a calculation of the model values is based on a first Fourier transformation over a pulse and a second Fourier transformation over several pulses if the preprocessed sensor data were preprocessed based on processing a linearly frequency-modulated pulse sequence. As before, the modeling can also be carried out in accordance with the real data processing if a first Fourier transformation is carried out for one pulse (fast-time Fourier transformation) followed by a Fourier transformation over several pulses (slow-time Fourier transformation). The result is a precise and appropriate modeling with high informative value with regard to the relative speed.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Multipuls-Radarsensor zum Aussenden von Radarpulsen mit einer hohen kohärenten Verarbeitungszeit ausgebildet. Vorzugsweise ist der Multipuls-Radarsensor zum Aussenden von Radarpulsen mit einer hohen Geschwindigkeitsauflösung ausgebildet. Vorzugsweise ist der Multipuls-Radarsensor zum Aussenden von 512 Radarpulsen innerhalb von 25 ms ausgebildet. Durch die Verwendung einer hohen kohärenten Verarbeitungszeit ergibt sich eine Verstärkung des Unterschieds in der Form des Frequenzspektrums im Bereich des Hochpunkts für verschiedene Geschwindigkeitshypothesen. Insoweit wird bei der Unterscheidung eine hohe Aussagekraft sichergestellt.In a preferred embodiment, the multi-pulse radar sensor is designed to transmit radar pulses with a long, coherent processing time. The multi-pulse radar sensor is preferably designed to transmit radar pulses with a high speed resolution. The multi-pulse radar sensor is preferably designed to transmit 512 radar pulses within 25 ms. The use of a high coherent processing time results in an amplification of the difference in the shape of the frequency spectrum in the region of the high point for different speed hypotheses. In this respect, the distinction ensures a high level of informative value.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Multipuls-Radarsensor zum Aussenden von Radarpulsen mit einer hohen Bandbreite ausgebildet. Vorzugsweise ist der Multipuls-Radarsensor zum Aussenden von Radarpulsen mit einer Bandbreite zwischen 800 MHz und 4.000 MHz, insbesondere einer Bandbreite von 1.000 MHz ausgebildet. Die Verwendung einer hohen Bandbreite, über die im Basisband die Frequenzänderung durchgeführt wird, insbesondere in Kombination mit einer hohen kohärenten Integrationszeit, bewirkt eine besser unterscheidbare Form des Frequenzspektrums in der Umgebung des Hochpunkts für unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten. Durch die Verwendung einer hohen Bandbreite ergibt sich eine hohe Distanzauflösung.In a further preferred embodiment, the multi-pulse radar sensor is designed to transmit radar pulses with a high bandwidth. The multi-pulse radar sensor is preferably designed to transmit radar pulses with a bandwidth between 800 MHz and 4,000 MHz, in particular a bandwidth of 1,000 MHz. The use of a high bandwidth over which the frequency change is carried out in the baseband, in particular in combination with a high coherent integration time, results in a more easily distinguishable form of the frequency spectrum in the vicinity of the high point for different relative speeds. The use of a high bandwidth results in a high distance resolution.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Multipuls-Radarsensor zum Betrieb in einem Frequenzbereich zwischen 76 GHz und 81 GHz ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ weist der Multipuls-Radarsensor eine konstante Pulswiederholungszeit auf. Durch den Betrieb in einem freigegebenen Frequenzbereich wird eine standardkonforme Verwendung ermöglicht. Es ergibt sich eine gute Einsetzbarkeit im Fahrzeugbereich.In a further advantageous embodiment, the multi-pulse radar sensor is designed for operation in a frequency range between 76 GHz and 81 GHz. Additionally or alternatively, the multi-pulse radar sensor has a constant pulse repetition time. Operation in a released frequency range enables standard-compliant use. It can be used well in the vehicle sector.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorverarbeitungseinheit des Multipuls-Radarsensors zum gleichzeitigen Verarbeiten von 256 oder 512 Radarpulsen ausgebildet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine vergleichsweise hohe Anzahl von Radarpulsen gleichzeitig verarbeitet wird, um beispielsweise eine Fouriertransformation über die mehreren Radarpulse durchzuführen.In an advantageous embodiment, the preprocessing unit of the multi-pulse radar sensor is designed for the simultaneous processing of 256 or 512 radar pulses. It has been found to be advantageous if a comparatively large number of radar pulses are processed at the same time in order, for example, to carry out a Fourier transformation over the multiple radar pulses.
Ein Radarsensor sendet ein Radarsignal aus und empfängt Reflexionen des Radarsignals an Objekten (auch als Ziele bezeichnet) innerhalb eines Sichtfelds des Radarsensors. Das Sichtfeld bezeichnet ein Gebiet, innerhalb dessen Objekte erfasst werden können. Ein Multipuls-Radarsensor sendet innerhalb eines kohärenten Verarbeitungsintervalls mehrere Radarpulse aus und kann auch als Chirp-Sequence-Radarsensor bezeichnet werden. Ein Radarsensor kann mehrere Einzelsensoren umfassen, die beispielsweise eine 360°-Rundumsicht ermöglichen und somit ein vollständiges Abbild der Umgebung eines Fahrzeugs aufzeichnen können. Vorverarbeitete Sensordaten bezeichnen abgetastete Basisbandsignale, die bereits vorverarbeitet wurden. Vorverarbeitungsschritte können insbesondere eine Optimalfilterung oder eine Fouriertransformation der Abtastwerte pro Puls und eine Fouriertransformation über mehrere Pulse umfassen. Ein Beschreibungsparameter sowie ein Modellwert können ein- oder mehrdimensional sein. Insbesondere kann ein Beschreibungsparameter bzw. ein Modellwert im Falle einer Beschreibung der unmittelbaren Umgebung der Position des Hochpunkts mittels einer vordefinierten Anzahl an diskreten Werten für jeden dieser Werte bzw. für jede dieser Positionen eine Leistungsangabe umfassen. Es ist möglich, dass ein Beschreibungsparameter und ein Modellwert die vordefinierte Umgebung eines Hochpunkts jeweils mittels einer vordefinierten Anzahl von Betrags- und Phasenwerten beschreiben. Ein Vergleich sowie eine Bewertung einer Übereinstimmung können beispielsweise basierend auf einer Bestimmung eines mittleren quadratischen Fehlers erfolgen. Ein Objekt kann insbesondere ein anderes Fahrzeug, aber auch ein anderer Verkehrsteilnehmer (Fußgänger, Radfahrer etc.) oder ein feststehendes Objekt (Baum, Haus, Verkehrszeichen etc.) sein. Eine Relativgeschwindigkeit ist hierin insbesondere als Radialgeschwindigkeit zu verstehen, wie sie von einem Radarsensor gemessen wird.A radar sensor sends out a radar signal and receives reflections of the radar signal from objects (also known as targets) within a field of view of the radar sensor. The field of view describes an area within which objects can be detected. A multi-pulse radar sensor sends out several radar pulses within a coherent processing interval and can also be referred to as a chirp sequence radar sensor. A radar sensor can comprise several individual sensors which, for example, enable a 360 ° all-round view and can thus record a complete image of the surroundings of a vehicle. Preprocessed sensor data refer to sampled baseband signals that have already been preprocessed. Preprocessing steps can in particular include an optimal filtering or a Fourier transformation of the sampled values per pulse and a Fourier transformation over a plurality of pulses. A description parameter and a model value can be one-dimensional or multidimensional. In particular, a description parameter or a model value in the case of a description of the immediate vicinity of the position of the high point by means of a predefined number of discrete values for each of these values or for each of these positions can include a performance specification. It is possible for a description parameter and a model value to describe the predefined environment of a high point in each case by means of a predefined number of magnitude and phase values. A comparison and an assessment of a match can be carried out based on a determination of a mean square error, for example. In particular, an object can be another vehicle, but also another road user (pedestrian, cyclist, etc.) or a stationary object (tree, house, traffic sign, etc.). A relative speed is to be understood here in particular as a radial speed as measured by a radar sensor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; -
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
3 eine schematische Darstellung einer mehrdeutigen Geschwindigkeitsmessung; -
4 eine schematische Darstellung der Berechnung des erfindungsgemäßen Modells; -
5 eine schematische Darstellung eines Abstands-Geschwindigkeitsleistungsspektrums mit einer vergrößerten Darstellung einer Umgebung eines Hochpunkts; -
6 eine schematische Darstellung der sich ergebenden Modellierungen für das Frequenzspektrum in der unmittelbaren Umgebung der Position des Hochpunkts im Vergleich mit den gemessenen Daten; und -
7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a system according to an aspect of the present invention; -
2 a schematic representation of a device according to the invention; -
3 a schematic representation of an ambiguous speed measurement; -
4th a schematic representation of the calculation of the model according to the invention; -
5 a schematic illustration of a distance-speed power spectrum with an enlarged illustration of a vicinity of a high point; -
6th a schematic representation of the resulting modeling for the frequency spectrum in the immediate vicinity of the position of the high point in comparison with the measured data; and -
7th a schematic representation of the method according to the invention.
In der
In der
Die Eingangsschnittstelle
Die Auswerteeinheit
In der Beschreibungseinheit
In der Modellierungseinheit
Die Anpassung des vordefinierten Modells und die Ermittlung der mehreren Modellwerte in der Modellierungseinheit
Diese berechneten Modellwerte werden dann in der Vergleichseinheit
Nach Abschluss des Vergleichs wird über die Ausgabeeinheit
In der
In der
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Pulswiederholungszeit konstant zu belassen und mehrere Geschwindigkeitshypothesen basierend auf einer Modellanpassung in einer unmittelbaren Umgebung eines Hochpunkts zu unterscheiden. Die Modellanpassung erfolgt dabei nach einer Vorverarbeitung, also nach der Anwendung einer Optimalfilterung oder einer Fouriertransformation über einen Puls (fast-time Fouriertransformation), einer Fouriertransformation über mehrere Pulse (slow-time Fouriertransformation), einem Beamforming, einer Leistungsdetektion und einer Hochpunktbestimmung. Es wird eine Modellierung pro Geschwindigkeitshypothese formuliert und eine Auswahl basierend auf der Abweichung zwischen den verschiedenen Modellierungen und der Messung vorgenommen.According to the invention, it is now proposed to keep the pulse repetition time constant and to differentiate between several speed hypotheses based on a model adaptation in the immediate vicinity of a high point. The model adaptation takes place after preprocessing, i.e. after the application of an optimal filtering or a Fourier transformation via a pulse (fast-time Fourier transformation), a Fourier transformation via several pulses (slow-time Fourier transformation), a beamforming, a power detection and a high point determination. A model is formulated for each speed hypothesis and a selection is made based on the deviation between the various models and the measurement.
In der
Diese Modellierung erweitert dabei Modelle der herkömmlichen Verarbeitung von Radarsignalen
Bei dieser Modellierung wird jedoch eine pulsabhängige Verzögerung der Fast-Time-Abtastwerte eines Pulses nicht abgebildet. Wenn diese Verzögerung in die Modellierung aufgenommen wird, ergeben sich die zuvor genannten Modellierungen in Gleichung (1) und in Gleichung (2). Wird in diesem Fall die Vorverarbeitung, die für die Modelle in Gleichung (3) und Gleichung (4) optimal ist, also eine Optimalfilterung und Fouriertransformation pro Puls gefolgt von einer Fouriertransformation übermehrere Pulse, angewendet, ändert sich eine Form einer Nachbarschaft eines Hochpunkts in den vorverarbeiteten Daten basierend auf einer eindeutigen Geschwindigkeit.With this modeling, however, a pulse-dependent delay of the fast-time sample values of a pulse is not mapped. If this delay is included in the modeling, the aforementioned modeling results in equation (1) and in equation (2). If, in this case, the preprocessing that is optimal for the models in equation (3) and equation (4), i.e. an optimal filtering and Fourier transformation per pulse followed by a Fourier transformation over several pulses, is used, a form of a neighborhood of a high point changes into the preprocessed data based on a unique speed.
In der
In der
In der
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.The invention has been comprehensively described and explained with reference to the drawings and the description. The description and explanation are to be understood as examples and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art after using the present invention and after carefully analyzing the drawings, the disclosure and the following claims.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.In the claims, the words “comprising” and “having” do not exclude the presence of further elements or steps. The undefined article “a” or “an” does not exclude the presence of a plural. A single element or a single unit can perform the functions of several of the units mentioned in the patent claims. An element, a unit, an interface, a device and a system can be implemented partially or completely in hardware and / or in software. The mere mention of some measures in several different dependent patent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously. A computer program can be stored / distributed on a non-volatile data carrier, for example on an optical memory or on a semiconductor drive (SSD). A computer program can be distributed together with hardware and / or as part of hardware, for example by means of the Internet or by means of wired or wireless communication systems. Reference signs in the claims are not to be understood as restrictive.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Systemsystem
- 1212
- Objektobject
- 1414th
- Multipuls-RadarsensorMultipulse radar sensor
- 1616
- Vorrichtungcontraption
- 1818th
- Fahrzeugvehicle
- 2020th
- SichtfeldField of view
- 2222nd
- EingangsschnittstelleInput interface
- 2424
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 2626th
- BeschreibungseinheitDescription unit
- 2828
- ModellierungseinheitModeling unit
- 3030th
- VergleichseinheitComparison unit
- 3232
- AusgabeeinheitOutput unit
- 3434
- Relativgeschwindigkeit des stationären ZielsRelative speed of the stationary target
- 3636
- Relativgeschwindigkeit des beweglichen ZielsRelative speed of the moving target
- 3838
- HochpunktHigh point
- 4040
- Kreiscircle
- 4242
- Kreuzcross
- 4444
- Quadratsquare
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102014212280 A1 [0006]DE 102014212280 A1 [0006]
Claims (13)
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- 2020-04-01 WO PCT/EP2020/059226 patent/WO2020201337A1/en active Application Filing
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