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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Radar-Zieleliste. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Sensorsystem zum Detektieren von Zielen in einer Umgebung eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren zum Ermitteln einer Radar-Zieleliste.
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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. Über Sensoren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.
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Ein wichtiges Sensorprinzip ist dabei die Radartechnik. 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 Radarsensoren umfassen typischerweise mehrere Sende- und Empfangselemente (Antennenarray), die ein Array virtueller Empfangskanäle des Radarsensors (Rx/Tx-Antennenpaare bzw. virtuelles Empfangsarray) bilden. In jedem virtuellen 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.
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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-force-alarm-rate Verfahren, sowie eine Hochpunktbestimmung umfassen. Basierend auf diesen vorverarbeiteten Sensordaten bzw. den bestimmten Hochpunkten kann dann eine Radar-Zieleliste (auch als Punktewolke bezeichnet) erzeugt werden. Diese Radar-Zieleliste umfasst die Zielparameter Abstand, Radial- bzw. Dopplergeschwindigkeit sowie (soweit verfügbar) Azimut- und Elevationswinkel und bildet die Basis für eine Umgebungserkennung.
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Um basierend auf Phasendifferenzen empfangener Signale an Elementen eines Antennenarrays hochauflösende Winkel zu bestimmen, existieren mehrere Methoden. Beispiele sind MUSIC, Root-MUSIC oder ESPRIT. Maximum-Likelihood-Methoden sind zumeist aufwendig zu rechnen in der Ortsdomäne, können jedoch in der Frequenzdomäne effizient berechnet werden. Bei der Ermittlung mehrerer Ziele innerhalb eines Hochpunkts wird üblicherweise ein Bereich eines Hochpunkts, der zumeist mehrere Zellen um den eigentlichen Hochpunkt herum umfasst, ausgewertet. In Engels et al., „Advances in Automotive Radar: A Framework on Computationally Efficient High-Resolution Frequency Estimation“ wird in diesem Zusammenhang ein flexibler Ansatz zur effizient berechenbaren hochauflösenden Frequenzschätzung, der auf einer abgekoppelten Frequenzschätzung in der Fourier-Domäne basiert, offenbart. Die Verarbeitung kann dabei auf die Abstands-, Geschwindigkeits- und Azimutdimension angewendet werden.
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Nachteilig an bisherigen Ansätzen ist, dass die notwendigen Berechnungen zum Identifizieren mehrerer Ziele innerhalb eines Hochpunkts oft vergleichsweise aufwendig sind. Dies gilt insbesondere, wenn zusätzlich zu einem Azimutwinkel auch noch ein Elevationswinkel berechnet werden soll. Es ergibt sich ein vierdimensionales Optimierungsproblem, wenn ein hochauflösender Winkel bestimmt werden soll.
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Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen effizient berechenbaren und zuverlässigen Ansatz zum Erzeugen einer Radar-Zieleliste bereitzustellen. Insbesondere soll eine hohe Winkelauflösung in der Azimut- und Elevationsdimension ermöglicht werden. Die für die Berechnung benötigte Prozessorleistung soll minimal gehalten werden, um so hohe Aktualisierungsraten zu ermöglichen.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Radar-Zieleliste, mit:
- einer Eingangsschnittstelle zum Empfangen von vorverarbeiteten Sensordaten eines Radarsensors mit Informationen zu detektierten Leistungen in einem Hochpunktbereich in einer Azimutdimension und in einer Elevationsdimension;
- einer Anpassungseinheit zum Anpassen eines vordefinierten Einzelzielmodells für die Azimutdimension und für die Elevationsdimension an die vorverarbeiteten Sensordaten, wobei das vordefinierte Einzelzielmodell erwartete Leistungen für einen Hochpunktbereich eines einzelnen Ziels umfasst;
- einer Vergleichseinheit zum separaten Vergleichen der vorverarbeiteten Sensordaten mit dem angepassten Einzelzielmodell in der Azimutdimension und in der Elevationsdimension und zum Auswählen derjenigen Dimension, in der die vorverarbeiteten Sensordaten eine größere Abweichung von dem angepassten Einzelzielmodell aufweisen; und
- einer Auswerteeinheit zum Ermitteln einer Radar-Zieleliste mit Informationen zu Zielen in einem Sichtfeld des Radarsensors basierend auf einer Auswertung der vorverarbeiteten Sensordaten in der ausgewählten Dimension.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Sensorsystem zum Detektieren von Zielen in einer Umgebung eines Fahrzeugs, mit:
- einem frequenzmodulierten Multipuls-Radarsensor zum Erzeugen und Vorverarbeiten von Sensordaten mit mehreren Sendeelementen und mehreren Empfangselementen, die ein Array von in mehreren Spalten und Zeilen angeordneten virtuellen Empfangselementen bilden, wobei die Sendeelemente und die Empfangselemente so angeordnet sind, dass jeweils die Spalten des Arrays einander entsprechen und die Zeilen des Arrays einander entsprechen; und
- einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben.
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Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein entsprechend der zuvor beschriebenen Vorrichtung ausgebildete 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.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorgenannten 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 das Sensorsystem, das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Vorrichtung in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass vorverarbeitete Sensordaten eines Radarsensors empfangen werden. Insbesondere werden detektierte Leistungen für ein virtuelles Empfangsarray empfangen, die sich auf eine Azimut- und Elevationsdimension beziehen. Einerseits ist es möglich, dass detektierte Leistungen für das gesamte Array, also alle verschiedenen Winkelkombinationen, empfangen werden. Andererseits ist es möglich, dass lediglich die detektierten Leistungen im Hochpunkt sowie in der Nachbarschaft des Hochpunkts (Hochpunktbereich) empfangen werden. Die vorverarbeiteten Sensordaten können insbesondere Leistungsangaben für mehrere Zellen einer Matrix umfassen. Zunächst wird ein Einzelzielmodell für die Azimutdimension und für die Elevationsdimension angepasst. Hierbei entspricht das Einzelmodell einer Modellierung von Leistungsangaben, die mit dem Radarsensor für ein einzelnes Ziel empfangen würden. Dann erfolgt für jede der beiden Dimensionen separat ein Vergleich der vorverarbeiteten Sensordaten mit dem angepassten Einzelzielmodell. Diejenige Dimension, die eine größere Abweichung von dem angepassten Einzelzielmodell aufweist, wird ausgewählt. Die ausgewählte Dimension wird der Ermittlung der Radar-Zieleliste zugrunde gelegt. Insbesondere wird in der ausgewählten Dimension analysiert, ob der Hochpunkt bzw. der Hochpunktbereich ein einzelnes Ziel oder mehrere Ziele umfasst.
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Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen wird demnach eine Auswahl zwischen der Azimut- und Elevationsdimension getroffen und die Bestimmung der Zieleliste von dieser Auswahl abhängig gemacht. Basierend auf der Auswahl wird zunächst die ausgewählte Dimension der Ermittlung der Radar-Zieleliste zugrunde gelegt. Dadurch, dass die beiden Dimensionen insoweit sequentiell ausgewertet werden, wird die Dimensionalität und Komplexität des Optimierungsproblems reduziert. Die Prozessierung kann wesentlich vereinfacht werden. Hierdurch reduziert sich die notwendige Prozessorleistung. Die Aktualisierungsrate kann erhöht werden. Es kann eine zuverlässige und präzise Ermittlung von Zielen basierend auf der Hochpunktliste erfolgen, die effizient berechenbar ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Vergleichseinheit zum Ermitteln einer mittleren quadratischen Abweichung der vorverarbeiteten Sensordaten von dem angepassten Einzelzielmodell ausgebildet. Die Vergleichseinheit ist weiterhin zum Auswählen derjenigen Dimension, in der sich eine geringere mittlere quadratische Abweichung ergibt, ausgebildet. Vorzugsweise wird als Metrik für die Auswahl der zuerst auszuwertenden Dimension eine mittlere quadratische Abweichung von dem angepassten Einzelzielmodell verwendet. Hierbei wird ausgenutzt, dass diese mittlere quadratische Abweichung effizient berechenbar ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit zum Ermitteln eines einzelnen Ziels innerhalb des Hochpunktbereichs ausgebildet, wenn die Abweichung der vorverarbeiteten Sensordaten von dem angepassten Einzelzielmodell in der ausgewählten Dimension unterhalb eines vordefinierten Schwellenwerts liegt. Weiterhin ist die Auswerteeinheit zum Ermitteln mehrerer Ziele innerhalb des Hochpunktbereichs ausgebildet, wenn die Abweichung der vorverarbeiteten Sensordaten von dem angepassten Einzelzielmodell in der ausgewählten Dimension oberhalb des vordefinierten Schwellenwerts liegt. Durch die Verwendung des vordefinierten Schwellenwerts ergibt sich in anderen Worten eine Abbruchbedingung. Wenn die detektierten Leistungen in dem Hochpunktbereich in beiden Dimensionen dem Einzelzielmodell gut entsprechen, ist keine weitere Analyse notwendig. Für den analysierten Hochpunktbereich wird ein einzelnes Ziel angenommen. Die notwendige Prozessorleistung wird reduziert und es ergibt sich eine effiziente Berechenbarkeit.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit zum Ermitteln mehrerer Ziele innerhalb des Hochpunktbereichs basierend auf einem Schätzverfahren mit vordefinierten Parametern ausgebildet. Vorzugsweise wird ein sogenanntes parametriertes Schätzverfahren verwendet. Die vordefinierten Parameter sind dabei insbesondere von der verwendeten Antenne des Radarsensors bzw. von dessen virtuellem Empfangsarray abhängig. Eine präzise Ermittlung von Winkeln kann erreicht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit zum Ermitteln mehrerer Ziele innerhalb des Hochpunktbereichs basierend auf einem Vergleich der vorverarbeiteten Sensordaten mit einem angepassten vordefinierten Zweizielemodell ausgebildet. Nachdem festgestellt wurde, dass die empfangenen vorverarbeiteten Sensordaten nicht gut zu dem angepassten Einzelzielmodell passen, wird vorzugsweise zunächst untersucht, ob ein Zweizielemodell anwendbar ist. Auch das Zweizielemodell kann dabei basierend auf dem virtuellen Empfangsarray vordefiniert sein. Durch die Verwendung eines Zweizielemodells im ersten Schritt kann eine effiziente Berechenbarkeit erreicht werden, da die meisten Fälle abgefangen werden können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit zum Ermitteln einer Radar-Zieleliste, die für jedes Ziel einen Abweichungsparameter mit Informationen zu einer Abweichung von einem angepassten vordefinierten Modell umfasst, ausgebildet. Der Abweichungsparameter ist vorzugsweise mindestens zweidimensional und umfasst Informationen zu einer Abweichung in der Azimutdimension und in der Elevationsdimension. Der Abweichungsparameter kann dabei insbesondere ein normierter Parameter auf einer vorgegebenen Skala sein. Durch die Verwendung eines Abweichungsparameters wird erreicht, dass folgenden Auswertungen eine Konfidenz in die ermittelten Radarziele zugrunde gelegt werden kann. Bei der weiteren Prozessierung, beispielsweise bei der Objektdetektion, kann diese Konfidenz zu einer höheren Genauigkeit führen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Anpassungseinheit zum Anpassen des vordefinierten Einzelzielmodells basierend auf einer Nachschlageoperation in einer vorberechneten Nachschlagetabelle ausgebildet. Eine Nachschlageoperation (Look-up-Operation beziehungsweise Look-up-Table) kann effizient berechnet werden. Ein Großteil der notwendigen Berechnungsschritte erfolgt vor Inbetriebnahme und muss nicht für die jeweiligen Sensordaten erneut berechnet werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen die vorverarbeiteten Sensordaten detektierte Leistungen in einer Abstands- und Geschwindigkeitsdimension. Zusätzlich können Daten beziehungsweise Leistungen in der Abstands- und Geschwindigkeitsdimension vorhanden sein. Es ergibt sich vorzugsweise eine vierdimensionale Zieleliste, wobei für jedes Ziel ein Abstand, eine Geschwindigkeit sowie zwei Winkel angegeben sind.
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Ein Radarsensor sendet ein Radarsignal aus und empfängt Reflexionen des Radarsignals an Objekten (auch als Ziele bezeichnet) innerhalb eines Sichtfelds des Radarsensors. Ein Objekt kann insbesondere ein anderes Fahrzeug, aber auch ein anderer Verkehrsteilnehmer (Fußgänger, Radfahrer etc.) oder ein feststehendes Objekt (Baum, Haus, Verkehrszeichen etc.) sein. Das Sichtfeld bezeichnet ein Gebiet, innerhalb dessen Objekte erfasst werden können. 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. Vorverarbeitete Sensordaten können insbesondere eine zweidimensionale Angabe von Leistungen in verschiedenen Zellen in Richtung einer Azimut- und Elevationsdimension umfassen. Die Sensordaten können insoweit in Form einer Matrix vorliegen und ein Abbild der Umgebung liefern. Ebenfalls ist es möglich, dass lediglich die Hochpunkte und ihre Nachbarschaftsbereiche in Form einer Hochpunktliste empfangen werden. Hierdurch kann die zu übertragende Datenmenge minimiert werden. Ein Hochpunktbereich ist insbesondere als Bereich mehrerer Zellen um diejenige Zelle herum, die dem Hochpunkt entspricht, zu verstehen. Beispielsweise kann der vordefinierte Hochpunktbereich in der Azimut- und Elevationsdimension jeweils zwei Zellen beidseitig des Hochpunkts umfassen.
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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 erfindungsgemäßen Sensorsystems;
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln einer Radar-Zieleliste;
- 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Sende- und Empfangselementen eines Radarsensors auf der linken Seite und ein zugehöriges Array von virtuellen Empfangselementen auf der rechten Seite;
- 4 eine schematische Darstellung eines Ergebnisses eines Beamformings für das Array mit zugehörigen Azimut- und Elevationsschnitten in der Hochpunktposition;
- 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 6 eine ausführlichere Darstellung der erfindungsgemäßen Frequenzschätzung in vier Dimensionen.
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In der 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Sensorsystem 10 zum Detektieren von Zielen 12 in einer Umgebung 14 eines Fahrzeugs 16 dargestellt. Bei dem Sensorsystem 10 handelt es sich im dargestellten Beispiel um ein Automotive-Radarsystem, das in das Fahrzeug 16 integriert ist. Objekte 18 in der Umgebung 14 des Fahrzeugs können als einzelne Ziele 12 detektiert werden. Ebenfalls ist es möglich, dass ein einzelnes Objekt 18 mehrere Ziele 12 in der Radar-Zieleliste bildet.
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Das Sensorsystem 10 umfasst einen Radarsensor 20 sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung 22 zum Ermitteln einer Radar-Zieleliste. Der Radarsensor 20 ist dazu ausgebildet, Objekte 18 beziehungsweise Ziele 12 innerhalb seines Sichtfelds 23 zu detektieren. Vorzugsweise ist der Radarsensor 20 als frequenzmodulierter Multipuls-Radarsensor (FMCW-Radarsensor) ausgebildet und generiert Sensordaten, die die Umgebung 14 des Fahrzeugs abbilden. In der Vorrichtung 22 wird eine Radar-Zieleliste ermittelt, die dazu verwendet werden kann, ein Abbild der Umgebung 14 zu erzeugen, um beispielsweise einen autonomen Betrieb des Fahrzeugs 16 zu ermöglichen oder einen Fahrer des Fahrzeugs 16 zu unterstützen.
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In der 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 22 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 22 kann insbesondere in den Radarsensor integriert sein. Ebenfalls ist es möglich, dass die Vorrichtung 22 als Zusatzmodul für einen Radarsensor oder für ein Fahrzeugsteuergerät implementiert ist. Weiterhin kann die Vorrichtung 22 in Software implementiert sein, die von einem Prozessor des Radarsensors oder von einem Prozessor des Fahrzeugsteuergeräts ausgeführt wird.
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Die Vorrichtung 22 umfasst eine Eingangsschnittstelle 24, eine Anpassungseinheit 26, eine Vergleichseinheit 28 sowie eine Auswerteeinheit 30. Die verschiedenen Einheiten und Schnittstellen können dabei insbesondere einzeln oder kombiniert beziehungsweise vollständig oder teilweise in Soft- und/oder in Hardware implementiert sein.
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Die Eingangsschnittstelle 24 ist an einen Radarsensor angebunden und empfängt dessen Sensordaten nach einer Vorverarbeitung von Rohdaten innerhalb des Multipuls-Radarsensors. Insbesondere umfassen die empfangenen vorverarbeiteten Sensordaten Informationen zu detektierten Leistungen in einem Hochpunktbereich in einer Azimutdimension und in einer Elevationsdimension. Einerseits ist es möglich, dass direkt eine Hochpunktliste empfangen wird, die die entsprechenden Leistungsangaben zu einem oder mehreren Hochpunkten und deren Umfeld umfasst. Andererseits kann auch eine vollständige Azimut- und Elevationsmatrix empfangen werden, die nicht nur die Hochpunkte und deren Umgebungen, sondern auch alle weiteren Zellen in den Winkeldimensionen umfasst. Insbesondere umfassen die Sensordaten dabei eine Leistungsinformation für verschiedene diskrete Zellen in der Azimutdimension (Zellengröße beispielsweise 0,5 Grad) und in der Elevationsdimension (Zellengröße beispielsweise ebenfalls 0,5 Grad).
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In der Anpassungseinheit 26 wird ein vordefiniertes Einzelzielmodell für die Azimutdimension und die Elevationsdimension an die vorverarbeiteten Sensordaten angepasst. Die Anpassung umfasst dabei vorzugsweise insbesondere ein Anpassen von Modellparametern eines Modells, das für eine Topologie beziehungsweise einen Aufbau eines Arrays von Sende- und Empfangselementen sowie eine Topologie des virtuellen Empfangsarrays vordefiniert beziehungsweise vorberechnet wurde. Insbesondere ist es dabei möglich, dass eine Nachschlageoperation in einer entsprechenden Tabelle (Look-up-Table) durchgeführt wird. Die Anpassung wird dabei für die Azimut- und Elevationsdimension vorzugsweise separat durchgeführt. Bei der Anpassung wird vorzugsweise eine Metrik, beispielsweise ein mittlerer quadratischer Abstand zwischen vorverarbeiteten Sensordaten und Einzelzielmodell, minimiert.
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In der Vergleichseinheit 28 werden die vorverarbeiteten Sensordaten mit dem angepassten Einzelzielmodell separat für die Azimutdimension und die Elevationsdimension verglichen. Insbesondere wird ermittelt, in welcher der beiden Dimensionen eine größere Abweichung zwischen realen Daten und angepasstem Modell vorliegt. Hierzu können die zuvor ermittelten mittleren quadratischen Abweichungen verglichen werden. Es kann also ein mittlerer quadratischer Abstand zwischen den detektierten Leistungen und den modellierten Leistungen als Metrik für den Vergleich verwendet werden. Erfindungsgemäß wird diejenige Dimension, in der die Abweichung größer ist, der Ermittlung der Radar-Zieleliste zunächst zugrunde gelegt.
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Die Ermittlung der Radar-Zieleliste erfolgt dann in der Auswerteeinheit 30 basierend auf einer Auswertung der vorverarbeiteten Sensordaten in der ausgewählten Dimension. Es werden also die Daten zunächst lediglich in der zuvor ausgewählten Dimension ausgewertet, wodurch eine effiziente Verarbeitung sichergestellt werden kann. Insbesondere wird ermittelt, ob der analysierte Hochpunkt ein Ziel oder mehrere Ziele umfasst und wie diese Ziele innerhalb des Hochpunkts verteilt sind. Es wird eine Radar-Zieleliste mit Informationen zu den verschiedenen Zielen im Sichtfeld des Radarsensors ermittelt. Hierzu kann die Auswerteeinheit 30 beispielsweise dazu ausgebildet sein, einen Music-, Root-Music-, ESPRIT- oder Maximum-Likelihood-Ansatz anzuwenden.
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In der 3 ist auf der linken Seite schematisch das physikalische Array-Layout eines Radarsensors dargestellt. Der Radarsensor umfasst mehrere Sendeelemente S sowie mehrere Empfangselemente E. Es versteht sich, dass weitere Sende- und Empfangselemente vorgesehen sein können, die an anderen Positionen angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sendeelemente S und die Empfangselemente E im Wesentlichen in einem Quadrat angeordnet, wobei die Sendeelemente zwei gegenüberliegende Kanten besetzen und die Empfangselemente die weiteren zwei Kanten besetzen. Vorzugsweise wird ein 76-Gigahertz-Radarsensor verwendet und die Abstände bzw. Größen der Elemente sind entsprechend angepasst. Es versteht sich, dass auch andere Frequenzen möglich sind.
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Auf der rechten Seite der 3 ist das aus dieser Anordnung resultierende Array von virtuellen Empfangselementen V dargestellt. Das Array beziehungsweise die virtuellen Empfangselemente V des Arrays sind in mehreren Spalten C und in mehreren Zeilen R angeordnet. Wie in dem gezeigten Beispiel in der 3 ersichtlich, entsprechen die Spalten C einander und entsprechen die Zeilen R einander. Dadurch, dass die Spalten und Zeilen jeweils deckungsgleich sind, wird eine entkoppelte Berechnung in der Elevations- und Azimutdimension ermöglicht. In anderen Worten ist der Beamformer für die Azimut- und Elevationsdimension jeweils separat berechenbar. Die zweidimensionale Antwort des Beamformers ist ein Produkt aus Elevation und Azimut. Durch die Anordnung der virtuellen Empfangselemente V in einander entsprechenden Spalten C und einander entsprechenden Zeilen R wird erreicht, dass eine solche separate Berechenbarkeit vorliegt.
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Grundsätzlich hat ein derartiges regelmäßiges virtuelles Empfangsarray insoweit Nachteile, als Mehrdeutigkeiten auftreten können. Dies kann vermieden werden, indem zusätzliche Sendeelemente und/oder Empfangselemente im physikalischen Array vorgesehen sind, die an unregelmäßigen Positionen liegen und zu unregelmäßig angeordneten virtuellen Empfangselementen führen (im dargestellten Beispiel nicht gezeigt). Diese unregelmäßigen virtuellen Empfangselemente können dann zur Auflösung von Mehrdeutigkeiten zusätzlich verwendet werden.
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In der 4 ist oben rechts schematisch das Ergebnis eines Beamformings für das in der vorigen Darstellung gezeigte Array dargestellt. Die gezeigte Matrix gibt die detektierten Leistungen in einem Hochpunktbereich in einer Azimutdimension (x-Achse) und in einer Elevationsdimension (y-Achse) an. Der Hochpunkt 32 beziehungsweise die Zelle des Hochpunkts weist die höchste Leistung auf. Der Hochpunkt ist von Zellen mit geringerer Leistung umgeben. Unter einem Hochpunktbereich versteht sich insoweit vorzugsweise eine Mehrzahl an Zellen, die einen Hochpunkt und dessen Umgebung umfassen, beispielsweise insgesamt 5*5 oder 7*7 Zellen.
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Auf der linken Seite beziehungsweise unter der Matrix sind Schnitte in der Azimutdimension (unten) und in der Elevationsdimension (links) dargestellt. Im unteren Schaubild ist beispielhaft dargestellt, dass die Hauptkeule zwei Ziele 12 umfasst. Im Verfahren des Stands der Technik wird üblicherweise ein parametrisches Modell verwendet, um den Hochpunktbereich zu analysieren und zu überprüfen, ob der Hochpunkt ein einzelnes Ziel oder mehrere Ziele umfasst. Hierzu wird oft ein vierdimensionales Modell in den Abstands-, Geschwindigkeits-, Elevations- und Azimutdimensionen verwendet. Erfindungsgemäß wird demgegenüber eine separate Berücksichtigung der Dimensionen vorgeschlagen, wobei insbesondere die Azimut- und Elevationsdimension getrennt voneinander sequentiell überprüft werden. Hierdurch kann die erforderliche Rechenleistung wesentlich reduziert werden.
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In der 5 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln einer Radar-Zieleliste dargestellt. Das Verfahren umfasst Schritte des Empfangens S10 von vorverarbeiteten Sensordaten, des Anpassens S12 eines vordefinierten Einzelzielmodells, des separaten Vergleichens S14 der vorverarbeiteten Sensordaten mit dem angepassten Einzelzielmodell und des Ermittelns S16 einer Radar-Zieleliste. Das Verfahren kann beispielsweise in Software implementiert sein, die auf einem Fahrzeugsteuergerät oder einem Prozessor eines Radarsensors ausgeführt wird. Vorzugsweise wird das Verfahren während des normalen Betriebs eines Radarsensors basierend auf dessen aktuellem Ausgangssignal angewendet.
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In der 6 ist schematisch der Ablauf der erfindungsgemäßen Frequenzschätzung in den vier Dimensionen beziehungsweise für die vier Zielparameter Abstand, Geschwindigkeit, Azimutwinkel und Elevationswinkel dargestellt. Erfindungsgemäß wird es insoweit möglich, den aus Engels et al., „Advances in Automotive Radar: A Framework on Computationally Efficient High-Resolution Frequency Estimation“ bekannten Ansatz um eine weitere Winkeldimension zu erweitern. Es wird eine entkoppelte Parameterschätzung für die vier verschiedenen Zielparameter durchgeführt.
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Zunächst erfolgt in einem ersten Schritt S20 für jeden Zielparameter separat eine Modellanpassung eines Einzelzielmodells ausgehend von den Sensordaten des Radarsensors. Dann erfolgt in einem Vergleichsschritt S22 eine Ermittlung des mittleren quadratischen Fehlers für jeden Zielparameter separat. Der mittlere quadratische Fehler repräsentiert eine Abweichung der Sensordaten von dem angepassten Modell. Es wird diejenige Dimension beziehungsweise derjenige Zielparameter bestimmt, der die größte Abweichung aufweist. In einem Entscheidungsschritt S24 wird überprüft, ob die ermittelte größte Abweichung oberhalb eines Schwellenwerts liegt. Der Entscheidungsschritt S24 stellt dabei eine Abbruchbedingung dar. Wenn die Abweichung geringer als der vordefinierte Schwellenwert ist, wird keine weitere Verarbeitung durchgeführt. Im darauffolgenden Anpassungsschritt S26 wird ein zweidimensionales Modell (Zweizielemodell) an die Sensordaten für den zuvor festgelegten ausgewählten Zielparameter angepasst. Die mittlere quadratische Abweichung zwischen den Sensordaten und dem angepassten Zweizielemodell wird ermittelt. In einem weiteren Entscheidungsschritt S28 wird überprüft, ob ein Verhältnis der Abweichung der Sensordaten vom Zweizielemodell zu der zuvor berechneten Abweichung vom Einzelzielmodell unterhalb eines weiteren vordefinierten Schwellenwerts liegt. Wenn die Übereinstimmung mit dem Zweizielemodell dabei schlechter oder nur unwesentlich besser als die Übereinstimmung mit dem Einzelzielmodell ist, erfolgt ein Abbruch. Sofern eine ausreichende Übereinstimmung mit dem Zweizielemodell festgestellt wird, wird in einem letzten Schätzungsschritt S30 eine Schätzung der anderen Zielparameter in den verbleibenden Dimensionen vorgenommen. Es wird insoweit eine einzelne Dimension ausgewählt, um in dieser zunächst eine Festlegung zu treffen, ob ein Einzelzielmodell oder ein Zweizielemodell verwendet werden soll. Durch die durchgeführte Abschichtung in der Dimensionalität kann die Prozessorlast reduziert werden.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Sensorsystem
- 12
- Ziel
- 14
- Umgebung
- 16
- Fahrzeug
- 18
- Objekt
- 20
- Radarsensor
- 22
- Vorrichtung
- 23
- Sichtfeld
- 24
- Eingangsschnittstelle
- 26
- Anpassungseinheit
- 28
- Vergleichseinheit
- 30
- Auswerteeinheit
- 32
- Hochpunkt
- S
- Sendeelement
- E
- Empfangselement
- V
- virtuelles Empfangselement
- C
- Spalte
- R
- Zeile
