DE102019220210A1 - Method for determining the position and / or determining the speed of at least one object and system for determining the position and / or determining the speed of at least one object - Google Patents

Method for determining the position and / or determining the speed of at least one object and system for determining the position and / or determining the speed of at least one object Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts (1a, 1b, ..., 1n) aus einer bestehenden Abstandsmessung und/oder einer bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung umfassend ein Einlesen (S1) der bestehenden Abstandsmessung und/oder der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung, ein Ermitteln (S2a) einer Position des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Abstandsmessung und/oder Ermitteln (S2b) einer Geschwindigkeit des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung, ein Ermitteln (S3) von zu erwartenden Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsmessungen, ein Bilden (S4a) eines Abstandsresiduums zwischen der bestehenden Abstandsmessung und der erwarteten Abstandsmessung und/oder Bilden (S4b) eines Relativgeschwindigkeitsresiduums, ein Ermitteln (S5a) einer Positionskorrektur und/oder Ermitteln (S5b) einer Geschwindigkeitskorrektur, und ein Bestimmen (S6) einer korrigierten Position und/oder einer korrigierten Geschwindigkeit.The present invention creates a method for determining the position and / or determining the speed of at least one object (1a, 1b, ..., 1n) from an existing distance measurement and / or an existing relative speed measurement comprising reading in (S1) the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement, determining (S2a) a position of the at least one object from the existing distance measurement and / or determining (S2b) a speed of the at least one object from the existing relative speed measurement, determining (S3) expected distance and / or Relative speed measurements, forming (S4a) a residual distance between the existing distance measurement and the expected distance measurement and / or forming (S4b) a relative speed residual, determining (S5a) a position correction and / or determining (S5b) a speed correction, and determining (S6) one corrected position and / or a corrected speed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts und ein System für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts.The present invention relates to a method for determining the position and / or determining the speed of at least one object and a system for determining the position and / or determining the speed of at least one object.

Stand der TechnikState of the art

Fahrerassistenzsysteme können vorgesehen sein, um einen Abstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug mittels Radartechnologie zu bestimmen. So kann das Fahrerassistenzsystem etwa einen adaptiven Geschwindigkeitsassistenten umfassen, der die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf einen vorbestimmten Wert einstellen kann und dabei einen vorbestimmten Abstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug einhalten kann. Üblicherweise können zur Bestimmung des Abstands zum vorausfahrenden Kraftfahrzeug Radarsensoren vorgesehen sein, wobei ein Radarsignal am Objekt reflektiert werden kann und wieder empfangen werden kann und auf der Basis des ausgesandten und des empfangenen Signals kann ein Abstand bestimmt werden. Insbesondere kann dazu ein moduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) verwendet werden.Driver assistance systems can be provided in order to determine a distance from a motor vehicle driving ahead by means of radar technology. For example, the driver assistance system can include an adaptive speed assistant that can set the speed of the motor vehicle to a predetermined value and can thereby maintain a predetermined distance from a motor vehicle driving ahead. Usually, radar sensors can be provided to determine the distance to the motor vehicle driving ahead, with a radar signal being reflected on the object and being able to be received again, and a distance can be determined on the basis of the transmitted and received signals. In particular, a modulated continuous wave radar (FMCW radar) can be used for this purpose.

In der DE 10 2013 008 953 A1 wird beschrieben, dass ein System mit zwei Radarsensoren vorgesehen werden kann, wobei gleichzeitig der erste Radarsensor ein erstes Radarsignal aussendet, das nach der Reflexion am Objekt vom zweiten Radarsensor empfangen wird, während der zweite Radarsensor ein zweites Radarsignal aussendet, das nach der Reflexion am Objekt vom ersten Radarsensor empfangen wird. Auf diese Weise kann eine Summe der Abstände zwischen den Radarsensoren und dem Objekt bestimmt werden, was auch als bistatischer Abstand bezeichnet werden kann.In the DE 10 2013 008 953 A1 describes that a system with two radar sensors can be provided, the first radar sensor simultaneously emitting a first radar signal which is received by the second radar sensor after reflection on the object, while the second radar sensor emits a second radar signal which is received after reflection on the object is received by the first radar sensor. In this way, a sum of the distances between the radar sensors and the object can be determined, which can also be referred to as the bistatic distance.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts nach Anspruch 1 und ein System für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts nach Anspruch 9.The present invention creates a method for determining the position and / or determining the speed of at least one object according to claim 1 and a system for determining the position and / or determining the speed of at least one object according to claim 9.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred further developments are the subject of the subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verfahren zum Erhöhen einer Genauigkeit einer Positionsbestimmung und/oder einer Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts und ein System zum Erhöhen einer Genauigkeit einer Positionsbestimmung und/oder einer Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts anzugeben, wobei eine Messeinrichtung bereits Abstände und/oder Relativgeschwindigkeiten zumindest eines Objekts bereitstellt.The idea on which the present invention is based consists in specifying a method for increasing the accuracy of a position determination and / or a speed determination of at least one object and a system for increasing the accuracy of a position determination and / or a speed determination of at least one object, with a measuring device already providing distances and / or provides relative speeds of at least one object.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts aus einer bestehenden Abstandsmessung und/oder einer bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung, ein Einlesen der bestehenden Abstandsmessung und/oder der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung des zumindest einen Objekts von einer Messeinrichtung, welche jeweils eine Abstandsmessung und/oder jeweils eine Relativgeschwindigkeitsmessung für zumindest ein Objekt mittels zumindest zweier Messeinheiten ausführt; ein Ermitteln einer Position des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Abstandsmessung und/oder ein Ermitteln einer Geschwindigkeit des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung unter Kenntnis der Position der Messeinheiten; ein Ermitteln von zu erwartenden Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsmessungen des Objekts von den jeweiligen Messeinheiten für die ermittelte Position und/oder für die ermittelte Geschwindigkeit des Objekts basierend auf den bekannten Positionen der Messeinheiten; ein Bilden eines Abstandsresiduums zwischen der bestehenden Abstandsmessung und der erwarteten Abstandsmessung und/oder Bilden eines Relativgeschwindigkeitsresiduums zwischen der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung und der erwarteten Relativgeschwindigkeitsmessung; ein Ermitteln einer Positionskorrektur aus der ermittelten Position aus dem Abstandsresiduum und/oder ein Ermitteln einer Geschwindigkeitskorrektur einer ermittelten Geschwindigkeit und aus dem Relativgeschwindigkeitsresiduum; ein Bestimmen einer korrigierten Position und/oder einer korrigierten Geschwindigkeit.According to the invention, in the method for determining the position and / or determining the speed of at least one object from an existing distance measurement and / or an existing relative speed measurement, the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement of the at least one object are read in by a measuring device, which each measure a distance and / or each carries out a relative speed measurement for at least one object by means of at least two measuring units; determining a position of the at least one object from the existing distance measurement and / or determining a speed of the at least one object from the existing relative speed measurement with knowledge of the position of the measuring units; determining expected distance and / or relative speed measurements of the object from the respective measuring units for the determined position and / or for the determined speed of the object based on the known positions of the measuring units; forming a residual distance between the existing distance measurement and the expected distance measurement and / or forming a relative speed residual between the existing relative speed measurement and the expected relative speed measurement; determining a position correction from the determined position from the residual distance and / or determining a speed correction of a determined speed and from the relative speed residual; determining a corrected position and / or a corrected speed.

Es können also vorteilhaft Messungen oder Schätzungen von Abstandswerten und/oder Werten der Relativgeschwindigkeit von zumindest einem Objekt bezüglich zumindest zweier Messeinheiten von einer Messeinrichtung empfangen werden. Diese Messwerte können sich auf monostatischen und ggf. auch bistatischen Abständen sowie monostatischen und ggf. auch bistatischen relativen Geschwindigkeiten von Objekten stützen. Für mehr als zwei Messeinheiten können solche Messungen dabei stets auf Paaren von Messeinheiten basieren. Dabei kann eine Messung auch derart durchgeführt werden, dass eine bistatische Messung stets für ein Paar erfolgen kann und eine monostatische Messung stets einzeln für jede der Messeinheiten erfolgen kann. Ein Paar kann jedoch auch den Sender und Empfänger bezeichnen, wobei für bistatische Messungen dies zwei unterschiedliche Messeinheiten darstellt und für monostatische Messungen dies auch eine Einheit in einem der Messeinheiten darstellen kann. Die Messeinrichtung kann die Messergebnisse an eine Auswerteeinrichtung oder Steuereinrichtung übermitteln. Dies kann aktiv bei einer gerade eben erst erfolgten Messung erfolgen oder schon aus vorherigen erfolgten Messungen resultieren und bereits lokal in der Auswerteeinrichtung oder zentralen Steuereinrichtung hinterlegt sein. Es kann vorteilhaft ein mathematischer Zusammenhang zwischen einerseits der tatsächlichen Position pk und der (tatsächlichen) Geschwindigkeit vk eines Objekts k und andererseits der gemessenen Relativgeschwindigkeit sn,k,m, genutzt werden, welche durch das Paar (n, m) von Messeinheiten beobachtet werden kann. Auf diese Weise kann eine tatsächliche Position und Geschwindigkeit, oder zumindest eine verbesserte Näherung dafür, eines oder aller detektierten Objekte, aus den Abständen und Relativgeschwindigkeiten ermittelt werden.Measurements or estimates of distance values and / or values of the relative speed of at least one object with respect to at least two measuring units can therefore advantageously be received by a measuring device. These measured values can be based on monostatic and possibly also bistatic distances as well as monostatic and possibly also bistatic relative speeds of objects. For more than two measuring units, such measurements can always be based on pairs of measuring units. A measurement can also be carried out in such a way that a bistatic measurement can always be carried out for a pair and a monostatic measurement can always be carried out individually for each of the measuring units. However, a pair can also designate the transmitter and receiver, two of which are used for bistatic measurements represents different measurement units and for monostatic measurements this can also represent a unit in one of the measurement units. The measuring device can transmit the measurement results to an evaluation device or control device. This can take place actively in the case of a measurement that has just taken place or it can already result from previous measurements taken and already be stored locally in the evaluation device or central control device. A mathematical relationship between on the one hand the actual position can be advantageous pk and the (actual) speed vk of an object k and on the other hand the measured relative speed sn, k, m, which can be observed by the pair (n, m) of measuring units. In this way, an actual position and speed, or at least an improved approximation for one or all of the detected objects, can be determined from the distances and relative speeds.

Das Ermitteln der Position des Objekts, kann auch für mehrere oder alle zu detektierenden Objekte erfolgen. Mehrere Messeinheiten können so für ein Objekt genutzt werden, um dessen Position und Geschwindigkeit zu schätzen, also den Wert für Position und Geschwindigkeit dadurch zu verbessern, dass die Position und Geschwindigkeit aus Daten mehrerer Messeinheiten gleichzeitig ermittelt und abgeglichen werden kann. Solche verbesserten Werte können dann aus einem mathematischen Zusammenhang verbesserte Abstands- und Relativgeschwindigkeitswerte für jede Messeinheit ergeben, welche hierbei als zu erwartende Abstands- und Relativgeschwindigkeitswerte bezeichnet werden.The position of the object can also be determined for several or all objects to be detected. Several measuring units can thus be used for an object in order to estimate its position and speed, i.e. to improve the value for position and speed in that the position and speed can be determined and compared simultaneously from data from several measuring units. Improved values of this kind can then result from a mathematical connection with improved distance and relative speed values for each measuring unit, which are referred to here as the expected distance and relative speed values.

Die Relativgeschwindigkeit kann sich dabei auf eine Geschwindigkeit in Sichtrichtung der Messeinheit zum Objekt beziehen, wobei bei einem Paar von Messeinheiten dann die Komponente der Geschwindigkeit des Objekts entlang der Winkelhalbierenden des Winkels zwischen der Messeinheit als Relativgeschwindigkeit berücksichtigt werden kann.The relative speed can relate to a speed in the viewing direction of the measuring unit to the object, with the component of the speed of the object along the bisector of the angle between the measuring unit then being able to be taken into account as the relative speed for a pair of measuring units.

Die zu erwartende Abstands- und zu erwartende Relativgeschwindigkeitsmessung betrifft hierbei jene Werte des Abstands und der Relativgeschwindigkeit, zurückermittelt aus der Position und der Geschwindigkeit des Objekts, für welche die Auswerteeinrichtung genau diese gefundene Position und Geschwindigkeit ermitteln würde. Diese können sich von den bestehenden Abstands- und Relativgeschwindigkeitswerten unterscheiden, da diese lediglich Schätzungen sind und nur bis zu einem bestimmten Grad korrekt sind.The distance and the expected relative speed measurement to be expected relates to those values of the distance and the relative speed, determined back from the position and the speed of the object, for which the evaluation device would precisely determine this position and speed found. These can differ from the existing distance and relative speed values, since these are only estimates and are only correct to a certain extent.

Es kann unter Berücksichtigung sowohl der Abstandsmessungen als auch der Relativgeschwindigkeitsmessungen eine Genauigkeit von Position und Geschwindigkeit verbessert werden, vorteilhaft besser als nur aus reinen Abstandsmessungen. Hierbei können für eine erhöhte Genauigkeit alle vorhandenen Paare von Messeinheiten genutzt werden, was eine erhöhte Genauigkeit für Abstände und Geschwindigkeiten von Objekten ergeben kann.Taking into account both the distance measurements and the relative speed measurements, an accuracy of position and speed can be improved, advantageously better than just from pure distance measurements. In this case, all existing pairs of measuring units can be used for increased accuracy, which can result in increased accuracy for distances and speeds of objects.

Es kann somit mittels des Verfahrens vorteilhaft eine Weiterverarbeitung gemessener Abstände und Relativgeschwindigkeiten erfolgen, wodurch eine Erhöhung der Genauigkeit der Schätzung der Position des Objekts erzielt werden kann, zusätzlich kann eine Ermittlung der Geschwindigkeit des Objekts erfolgen, eine Erhöhung der Robustheit von Positions- und Geschwindigkeitsschätzungen erzielt werden, und hierbei eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit großer Abweichungen der Schätzwerte. Letzteres kann dadurch erreicht werden, dass eine Vielzahl von Messgrößen berücksichtigt werden kann, etwa von mehreren Paaren von Messeinheiten. Des Weiteren kann auch mittels einer höheren Anzahl an Messungen besser plausibilisiert werden, ob die Messungen korrekt sind, also sich das Netzwerk in einem funktional sichereren Zustand befindet.The method can thus advantageously be used to further process measured distances and relative speeds, whereby an increase in the accuracy of the estimation of the position of the object can be achieved; in addition, the speed of the object can be determined and the robustness of position and speed estimates can be increased and thereby a reduction in the likelihood of large deviations in the estimates. The latter can be achieved in that a large number of measured variables can be taken into account, for example from several pairs of measuring units. Furthermore, a higher number of measurements can be used to better check whether the measurements are correct, i.e. whether the network is in a functionally safer state.

Die Messung der Messeinrichtung kann an mehreren Messeinheiten erfolgen, wobei die Anzahl der Paare von Messeinheiten, damit die Anzahl von bistatischen Messungen Nbi, mit der Anzahl der Messeinheiten N steigen kann, gemäß Nbi = N · (N-1)/2.The measuring device can be measured on several measuring units, the number of pairs of measuring units, so that the number of bistatic measurements Nbi, can increase with the number of measuring units N, according to Nbi = N * (N-1) / 2.

Für N = 4 Sensoren ergeben sich beispielsweise Nbi = 6 Paare und mögliche bistatische Messungen.For N = 4 sensors, for example, Nbi = 6 pairs and possible bistatic measurements result.

Eine Anzahl der monostatischen Messungen kann dabei gleich der Anzahl der Sensoren N sein. Eine Zahl der bistatischen Messungen übersteigt daher für N > 3 die Zahl der monostatischen Messungen, wobei dies als Vorteil mit steigender Anzahl von Messeinrichtungen überproportional zunehmen kann.A number of monostatic measurements can be the same as the number of sensors N. A number of bistatic measurements therefore exceeds the number of monostatic measurements for N> 3, with the advantage that this can increase disproportionately with an increasing number of measuring devices.

Insgesamt können so etwa N + Nbi = N · (N+1)/2 Messungen durchgeführt werden und in der weiteren Verarbeitung berücksichtigt werden.Overall, approximately N + Nbi = N * (N + 1) / 2 measurements can be carried out and taken into account in further processing.

In dem Verfahren können die Signale aller Messeinrichtungen oder auch nur einer Teilmenge dieser berücksichtigt werden, insbesondere wenn aufgrund der Anordnung der Messeinrichtungen angenommen werden kann, dass sich der Sichtbereich von einigen Messeinrichtungen überlappen kann, von anderen jedoch nicht. Dafür kann es sinnvoll sein, das Gleichungssystem aus den Signalen verschiedener Messeinheiten zu reduzieren, indem Messungen derjeniger bistatischer Paare, die keinen sich überlappenden Sichtbereich haben, nicht berücksichtigt werden, um Rechenaufwand zu sparen und Fehlmessungen zu verhindern.In the method, the signals of all measuring devices or only a subset of them can be taken into account, in particular if, due to the arrangement of the measuring devices, it can be assumed that the field of view of some measuring devices may overlap, but not of others. For this it can make sense to reduce the system of equations from the signals of different measurement units by not taking measurements of those bistatic pairs that do not have an overlapping field of view into account, in order to save computational effort and to prevent incorrect measurements.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird von der Messeinrichtung die Abstandsmessung und/oder die Relativgeschwindigkeitsmessung stets nur für jeweils ein Paar von Messeinheiten aus den zumindest zwei Messeinheiten ausgeführt.According to a preferred embodiment of the method, the measuring device always carries out the distance measurement and / or the relative speed measurement for only one pair of measuring units from the at least two measuring units.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind die bestehenden Abstandsmessungen und/oder bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessungen von einer Mehrzahl von Paaren von Messeinheiten durchgeführt.According to a preferred embodiment of the method, the existing distance measurements and / or existing relative speed measurements are carried out by a plurality of pairs of measuring units.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Position und/oder Geschwindigkeit des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Abstandsmessung und/oder aus der bestehenden Geschwindigkeitsmessung auf Basis einer mathematischen Beziehung des Abstands des Objekts jeweils zu Messeinheiten zumindest eines Paars ermittelt.According to a preferred embodiment of the method, the position and / or speed of the at least one object is determined from the existing distance measurement and / or from the existing speed measurement on the basis of a mathematical relationship between the distance of the object and measuring units of at least one pair.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Ermitteln von zu erwartenden Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsmessungen, das Bilden des Abstandsresiduums und das Ermitteln einer Positionskorrektur oder einer Geschwindigkeitskorrektur mehrmals wiederholt.According to a preferred embodiment of the method, the determination of distance and / or relative speed measurements to be expected, the formation of the residual distance and the determination of a position correction or a speed correction are repeated several times.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Ermitteln von zu erwartenden Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsmessungen, das Bilden des Abstandsresiduums und das Ermitteln einer Positionskorrektur oder einer Geschwindigkeitskorrektur mehrmals wiederholt, bis sich das Abstandsresiduum und/oder das Relativgeschwindigkeitsresiduum gegenüber einer vorherigen Wiederholung um weniger als einen vorbestimmten Mindestwert verändert.According to a preferred embodiment of the method, the determination of expected distance and / or relative speed measurements, the formation of the distance residual and the determination of a position correction or a speed correction is repeated several times until the distance residual and / or the relative speed residual compared to a previous repetition is less than changed a predetermined minimum value.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine bestimmte Gewichtung von bestimmten Komponenten des Abstandsresiduums und/oder des Relativgeschwindigkeitsresiduums.According to a preferred embodiment of the method, certain weighting of certain components of the residual distance and / or the residual relative velocity takes place.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dieses an einem Netzwerk von Radarsensoren, LIDAR-Sensoren und/oder Ultraschallsensoren durchgeführt.According to a preferred embodiment of the method, this is carried out on a network of radar sensors, LIDAR sensors and / or ultrasonic sensors.

Erfindungsgemäß umfasst ein System für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts aus einer bestehenden Abstandsmessung und/oder einer bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung eine Messeinrichtung mit zumindest zwei Messeinheiten, welche dazu eingerichtet ist, die bestehende Abstandsmessung und/oder die bestehende Relativgeschwindigkeitsmessung des zumindest einen Objekts zu erzeugen, wobei jeweils eine Abstandsmessung und/oder jeweils eine Relativgeschwindigkeitsmessung für zumindest ein Objekt mittels zumindest zweier Messeinheiten ausführt wird; eine Auswerteeinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die bestehende Abstandsmessung und/oder die bestehende Relativgeschwindigkeitsmessung des zumindest einen Objekts von der Messeinrichtung einzulesen, eine Position des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Abstandsmessung zu ermitteln und/oder eine Geschwindigkeit des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung unter Kenntnis der Position der Messeinheiten zu ermitteln; zu erwartenden Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsmessungen des Objekts von den jeweiligen Messeinheiten für die ermittelte Position und/oder für die ermittelte Geschwindigkeit des Objekts basierend auf den bekannten Positionen der Messeinheiten zu ermitteln; ein Abstandsresiduum zwischen der bestehenden Abstandsmessung und der erwarteten Abstandsmessung zu bilden und/oder ein Relativgeschwindigkeitsresiduums zwischen der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung und der erwarteten Relativgeschwindigkeitsmessung zu bilden; eine Positionskorrektur aus der ermittelten Position aus dem Abstandsresiduum zu ermitteln und/oder eine Geschwindigkeitskorrektur einer ermittelten Geschwindigkeit und aus dem Relativgeschwindigkeitsresiduum zu ermitteln, und eine korrigierte Position und/oder eine korrigierte Geschwindigkeit zu ermitteln.According to the invention, a system for determining the position and / or determining the speed of at least one object from an existing distance measurement and / or an existing relative speed measurement comprises a measuring device with at least two measuring units, which is set up to measure the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement of the at least one object to generate, wherein a distance measurement and / or a respective relative speed measurement is carried out for at least one object by means of at least two measuring units; an evaluation device which is set up to read in the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement of the at least one object from the measuring device, to determine a position of the at least one object from the existing distance measurement and / or a speed of the at least one object from the existing one To determine relative speed measurement with knowledge of the position of the measuring units; to determine expected distance and / or relative speed measurements of the object from the respective measuring units for the determined position and / or for the determined speed of the object based on the known positions of the measuring units; to form a distance residual between the existing distance measurement and the expected distance measurement and / or to form a relative speed residual between the existing relative speed measurement and the expected relative speed measurement; to determine a position correction from the determined position from the residual distance and / or to determine a speed correction of a determined speed and from the relative velocity residual, and to determine a corrected position and / or a corrected speed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems umfasst die Messeinrichtung n>=2 Messeinheiten, mittels welchen jeweils paarweise bistatische Abstände zwischen einem Objekt und den Messeinheiten bestimmbar sind.According to a preferred embodiment of the system, the measuring device comprises n> = 2 measuring units, by means of which bistatic distances between an object and the measuring units can be determined in pairs.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems umfasst dieses ein Netzwerk von Radarsensoren, LIDAR-Sensoren und/oder Ultraschallsensoren und/oder ist mit einem solchen Netzwerk für einen Datenaustausch verbunden.According to a preferred embodiment of the system, it comprises a network of radar sensors, LIDAR sensors and / or ultrasonic sensors and / or is connected to such a network for data exchange.

Das System kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmalen und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The system can also be distinguished by the features mentioned in connection with the method and their advantages, and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment indicated in the schematic figures of the drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Erhöhen einer Genauigkeit einer Positionsbestimmung und/oder einer Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts nach einem Abtasten zumindest eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2a eine schematische Darstellung einer Anordnung von Radarsensoren in einem System gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2b eine schematische Darstellung einer Anordnung von Radarsensoren in einem System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Bestimmung einer Position und einer Geschwindigkeit durch ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a system for increasing the accuracy of a position determination and / or a speed determination of at least one object after scanning at least one object according to an embodiment of the present invention;
  • 2a a schematic representation of an arrangement of radar sensors in a system according to an embodiment of the present invention;
  • 2 B a schematic representation of an arrangement of radar sensors in a system according to a further embodiment of the present invention;
  • 3 a schematic representation of a determination of a position and a speed by a method according to an embodiment of the present invention; and
  • 4th a block diagram of method steps of a method according to an embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols denote identical or functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zum Erhöhen einer Genauigkeit einer Positionsbestimmung und/oder einer Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts nach einem Abtasten zumindest eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic representation of a system for increasing the accuracy of a position determination and / or a speed determination of at least one object after scanning at least one object according to an embodiment of the present invention.

Das System 10 für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts (1a, 1b, ..., 1n) aus einer bestehenden Abstandsmessung und/oder einer bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung umfasst eine Messeinrichtung M mit zumindest zwei Messeinheiten ME1, ME2 zum Abtasten zumindest eines Objekts (1, 1a, 1b, ..., 1n), und/oder eine Gesamtanzahl von Messeinheiten von n >= 2, wobei die Messeinheiten dazu eingerichtet sein können, jeweils Messsignale gleichzeitig auszusenden. Diese Signale können beispielsweise vorbestimmte Frequenzversätze zueinander aufweisen und an zumindest einem Objekt (k,1, 1a, 1b, ..., 1n) reflektierte Messsignale zumindest einer anderen Messeinheit empfangen. Das System 10 umfasst weiterhin eine Auswerteeinrichtung AE, welche dazu eingerichtet ist, (n x (n - 1))/2 bistatische Abstände oder monostatische Abstände zum zumindest einem Objekt (1, 1a, 1b, ..., 1n) aus den reflektierten Messsignalen (RS1, RS2, ..., RSn) zu bestimmen, wobei an einer ersten Messeinheit der Frequenzversatz zu mindestens einer weiteren Messeinheit bestimmt werden kann.The system 10 for determining the position and / or determining the speed of at least one object ( 1a , 1b , ..., 1n) A measuring device M with at least two measuring units comprises an existing distance measurement and / or an existing relative speed measurement ME1 , ME2 for scanning at least one object ( 1 , 1a , 1b , ..., 1n) , and / or a total number of measurement units of n> = 2, it being possible for the measurement units to be set up to transmit measurement signals at the same time. These signals can for example have predetermined frequency offsets to one another and at least one object ( k , 1 , 1a , 1b , ..., 1n) receive reflected measurement signals from at least one other measurement unit. The system 10 further comprises an evaluation device AE which is set up for this purpose (nx (n - 1 )) / 2 bistatic distances or monostatic distances to at least one object ( 1 , 1a , 1b , ..., 1n) from the reflected measurement signals ( RS1 , RS2 , ..., RSn ), wherein the frequency offset to at least one further measuring unit can be determined on a first measuring unit.

Jede Messeinheit (R1, R2, ..., R4) kann dabei eine Sendeeinrichtung (T1, T2, ..., T4) und eine Empfangseinrichtung (E1, E2, ..., E4) für die Messsignale umfassen. Die Messeinheiten können dann in einem Netzwerk jeweils über eine Schnittstelle ST mit der Auswerteeinrichtung AE verbunden sein.Each measurement unit ( R1 , R2 , ..., R4 ) can be a transmitting device ( T1 , T2 , ..., T4 ) and a receiving device ( E1 , E2 , ..., E4 ) for the measurement signals. The measuring units can then each have an interface in a network ST with the evaluation device AE be connected.

Die Auswerteeinrichtung AE, ist dazu eingerichtet, die bestehende Abstandsmessung und/oder die bestehende Relativgeschwindigkeitsmessung des zumindest einen Objekts (1a, 1b, ..., 1n) von der Messeinrichtung (M) einzulesen, eine Position des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Abstandsmessung zu ermitteln und/oder eine Geschwindigkeit des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung unter Kenntnis der Position der Messeinheiten (ME1, ME2) zu ermitteln; zu erwartenden Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsmessungen des Objekts von den jeweiligen Messeinheiten (ME1, ME2) für die ermittelte Position und/oder für die ermittelte Geschwindigkeit des Objekts basierend auf den bekannten Positionen der Messeinheiten (ME1, ME2) zu ermitteln; ein Abstandsresiduum zwischen der bestehenden Abstandsmessung und der erwarteten Abstandsmessung zu bilden und/oder ein Relativgeschwindigkeitsresiduums zwischen der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung und der erwarteten Relativgeschwindigkeitsmessung zu bilden; eine Positionskorrektur aus der ermittelten Position aus dem Abstandsresiduum zu ermitteln und/oder eine Geschwindigkeitskorrektur einer ermittelten Geschwindigkeit und aus dem Relativgeschwindigkeitsresiduum zu ermitteln, und eine korrigierte Position und/oder eine korrigierte Geschwindigkeit zu ermitteln.The evaluation device AE , is set up to measure the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement of the at least one object ( 1a , 1b , ..., 1n) from the measuring device (M) to determine a position of the at least one object from the existing distance measurement and / or a speed of the at least one object from the existing relative speed measurement with knowledge of the position of the measuring units ( ME1 , ME2 ) to determine; Expected distance and / or relative speed measurements of the object from the respective measuring units ( ME1 , ME2 ) for the determined position and / or for the determined speed of the object based on the known positions of the measuring units ( ME1 , ME2 ) to determine; to form a distance residual between the existing distance measurement and the expected distance measurement and / or to form a relative speed residual between the existing relative speed measurement and the expected relative speed measurement; to determine a position correction from the determined position from the residual distance and / or to determine a speed correction of a determined speed and from the relative velocity residual, and to determine a corrected position and / or a corrected speed.

2a zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von Radarsensoren in einem System gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2a shows a schematic representation of an arrangement of radar sensors in a system according to an embodiment of the present invention.

Die 2a zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung von beispielsweise acht Radarsensoren (Messeinheiten) R1, R2, ..., R8, etwa in einem Fahrzeug F. Diese Radarsensoren können jeweils in einem Randbereich des Fahrzeugs, und den gesamten Umfang des Fahrzeugs abdeckend, angeordnet sein. Auf diese Weise können sich die Sichtfelder zumindest zweier benachbarter Radarsensoren überlappen.The 2a shows a plan view of an arrangement of, for example, eight radar sensors (measuring units) R1 , R2 , ..., R8 , for example in a vehicle F. . These radar sensors can each be arranged in an edge region of the vehicle and covering the entire circumference of the vehicle. In this way, the fields of view of at least two adjacent radar sensors can overlap.

2b zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von Radarsensoren in einem System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 B shows a schematic representation of an arrangement of radar sensors in a system according to a further exemplary embodiment of the present invention.

Die 2b zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung von beispielsweise sechs Radarsensoren R1, R2, ..., R6, etwa in einem System mit einer runden Außenseite. Die Sichtbereiche SB zumindest zweier benachbarter Radarsensoren können sich dabei vorteilhaft überlappen und eine bistatische, aber auch eine monostatische, Abstands- und Geschwindigkeitsermittlung eines Objektes 1, 1a, ..., 1n zu ermöglichen. So können der erste Radarsensor R1 und der zweite Radarsensor R2 beispielsweise einen Überlapp OL12 von deren Sichtbereichen aufweisen, ähnlich kann ein Überlapp OL16 des ersten und des sechsten Radarsensors R6 erzeugt werden, sowie auch weitere Überlappregionen OL56 (fünfter und sechster Sensor) oder OL45 (fünfter und vierter Sensor) oder weitere. Die Sensoren können beispielsweise äquidistant um die Außenseite angeordnet sein.The 2 B shows a plan view of an arrangement of, for example, six radar sensors R1 , R2 , ..., R6 , for example in a system with a round exterior. The viewing areas SB at least Two adjacent radar sensors can advantageously overlap and a bistatic, but also a monostatic, distance and speed determination of an object 1 , 1a , ..., 1n to enable. So can the first radar sensor R1 and the second radar sensor R2 for example an overlap OL12 of their fields of view, an overlap can be similar OL16 of the first and sixth radar sensors R6 are generated, as well as other overlapping regions OL56 (fifth and sixth sensor) or OL45 (fifth and fourth sensor) or more. The sensors can, for example, be arranged equidistantly around the outside.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Bestimmung einer Position und einer Geschwindigkeit durch ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic representation of a determination of a position and a speed by a method according to an embodiment of the present invention.

Gezeigt wird ein Objekt 1 an einer Position pk , welches eine tatsächliche Geschwindigkeit vk aufweist. Der mathematische Zusammenhang zwischen Abstand, Position, Relativgeschwindigkeit und Geschwindigkeit wird im Folgenden näher erläutert, beispielhaft am Fall der bistatischen Messung, also pm ≠ pn. Der monostatische Fall ist durch Setzen von pm = pn möglich. Das Verfahren kann daher in der beschriebenen Weise sowohl auf rein monostatische Messungen, als auch rein bistatische Messungen, als auch Kombinationen von monostatischen und bistatischen Messungen angewendet werden. Das Objekt an Position pk mit tatsächlicher Geschwindigkeit vk führt bei bistatischer Messung mittels zweier Messeinheiten an den Orten pn und pm zu dem gemessenen Abstand r n , k , m = | p k p n | + | p k p m | .

Figure DE102019220210A1_0001
An object is shown 1 at one position p k which is an actual speed v k having. The mathematical relationship between distance, position, relative speed and speed is explained in more detail below, using the bistatic measurement as an example, i.e. pm ≠ pn. The monostatic case is possible by setting pm = pn. The method can therefore be used in the manner described both for purely monostatic measurements and purely bistatic measurements, as well as combinations of monostatic and bistatic measurements. The object in position pk at actual speed vk leads to the measured distance in the case of bistatic measurement by means of two measuring units at the locations pn and pm r n , k , m = | p k - p n | + | p k - p m | .
Figure DE102019220210A1_0001

Weitere Positionen mit identischem Abstand liegen auf einer Ellipse e um die Fokuspunkte pm und pn. Die beobachtete (bestehende) bistatische Relativgeschwindigkeit sn,k,m entspricht dem Anteil der Geschwindigkeit vk, welcher senkrecht zur Tangente tg an die Ellipse e durch Punkt pk steht.Further positions with an identical distance lie on an ellipse e around the focal points pm and pn. The observed (existing) bistatic relative speed sn, k, m corresponds to the proportion of the speed vk , which is perpendicular to the tangent tg to the ellipse e through point pk stands.

sn,k,m ergibt sich also aus dem Skalarprodukt von vk mit dem Einheitsvektor bn,k,m,0, welcher in Richtung der genannten Senkrechten von den Messeinheiten weg zeigt, mittels sn,k,m = vk bn,k,m,0.sn, k, m results from the scalar product of vk with the unit vector bn, k, m, 0, which points away from the measurement units in the direction of the above-mentioned perpendicular, by means of sn, k, m = vk bn, k, m, 0.

Die Senkrechte stellt vorteilhaft die Winkelhalbierende wh der Abstände dn,k = pk - pn und dm,k = pk - pm dar.
Es gilt also bn,k,m,0 =bn,k,m/|bn,k,m|, mit bn,k,m = dn,k/|dn,k|+dm,k/|dm,k|.
The perpendicular advantageously represents the bisector wh of the distances dn, k = pk - pn and dm, k = pk - pm.
So we have bn, k, m, 0 = bn, k, m / | bn, k, m |, with bn, k, m = dn, k / | dn, k | + dm, k / | dm, k |.

Dies ergibt eine Abhängigkeit der (bestehenden) gemessenen Relativgeschwindigkeit sn,k,m von sowohl der Position pk als auch der Geschwindigkeit vk des Objekts. Da Messungen mit bestimmten Verfahren, insbesondere mit Radarsensoren, höhere Genauigkeiten in der Geschwindigkeit als im Abstand erlauben können, ist es möglich, die Geschwindigkeitsmessung auch zu einer genaueren Positionsbestimmung zu nutzen, als dies mit reinen Abstandsmessungen allein möglich wäre.This results in a dependence of the (existing) measured relative speed sn, k, m on both the position pk as well as the speed vk of the object. Since measurements with certain methods, in particular with radar sensors, can allow higher accuracies in speed than in distance, it is possible to use the speed measurement for a more precise position determination than would be possible with pure distance measurements alone.

4 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4th shows a block diagram of method steps of a method according to an embodiment of the present invention.

Bei dem Verfahren für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts aus einer bestehenden Abstandsmessung und/oder einer bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung erfolgt ein Einlesen S1 der bestehenden Abstandsmessung und/oder der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung des zumindest einen Objekts von einer Messeinrichtung, welche jeweils eine Abstandsmessung und/oder jeweils eine Relativgeschwindigkeitsmessung für zumindest ein Objekt mittels zumindest zweier Messeinheiten ausführt; ein Ermitteln S2a einer Position des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Abstandsmessung und/oder Ermitteln S2b einer Geschwindigkeit des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung unter Kenntnis der Position der Messeinheiten; ein Ermitteln S3 von zu erwartenden Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsmessungen des Objekts von den jeweiligen Messeinheiten für die ermittelte Position und/oder für die ermittelte Geschwindigkeit des Objekts basierend auf den bekannten Positionen der Messeinheiten; ein Bilden S4a eines Abstandsresiduums zwischen der bestehenden Abstandsmessung und der erwarteten Abstandsmessung und/oder Bilden S4b eines Relativgeschwindigkeitsresiduums zwischen der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung und der erwarteten Relativgeschwindigkeitsmessung; ein Ermitteln S5a einer Positionskorrektur aus der ermittelten Position aus dem Abstandsresiduum und/oder Ermitteln S5b einer Geschwindigkeitskorrektur einer ermittelten Geschwindigkeit und aus dem Relativgeschwindigkeitsresiduum; und ein Bestimmen S6 einer korrigierten Position und/oder einer korrigierten Geschwindigkeit.In the method for determining the position and / or determining the speed of at least one object from an existing distance measurement and / or an existing relative speed measurement, reading takes place S1 the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement of the at least one object by a measuring device which in each case carries out a distance measurement and / or in each case a relative speed measurement for at least one object by means of at least two measuring units; a determination S2a a position of the at least one object from the existing distance measurement and / or determining S2b a speed of the at least one object from the existing relative speed measurement with knowledge of the position of the measuring units; a determination S3 of expected distance and / or relative speed measurements of the object by the respective measuring units for the determined position and / or for the determined speed of the object based on the known positions of the measuring units; a making S4a a distance residual between the existing distance measurement and the expected distance measurement and / or formation S4b a relative speed residual between the existing relative speed measurement and the expected relative speed measurement; a determination S5a a position correction from the determined position from the residual distance and / or determination S5b a speed correction of a determined speed and from the relative speed residual; and a determining S6 a corrected position and / or a corrected speed.

Detailschritte nach dem Bildschema können dabei wie im Folgenden beschrieben erfolgen.Detailed steps according to the image scheme can be carried out as described below.

Das Verfahren lässt sich in sechs Schritten durchführen, von denen die Schritte B, C und D mehrfach ausgeführt werden können, wobei die Iterationen der Verbesserung der Genauigkeit dienen können.The procedure can be carried out in six steps, one of which is the steps B. , C. and D. can be executed multiple times, the iterations can serve to improve the accuracy.

Im ersten Schritt I können Messungen mit einer geeigneten Messeinrichtung erfolgen, wobei Messwerte von Abständen und Relativgeschwindigkeiten für jedes Objekt k (1, 1a, ..., 1n) erhoben werden können, wobei es sich um monostatische und/oder bistatische Messungen handeln kann. Bei einer Anwendung mehrerer Messeinheiten können sich mehrere gemessene Abstände rn,k,m und Relativgeschwindigkeiten sn,k,m ergeben, welche sich jeweils auf ein Sensorpaar (m, n) und ein Objekt k beziehen können. Für das Beispiel von N= 3 Messeinheiten kann ein Vektor mit gemessenen Abständen R sowie ein Vektor mit gemessenen Relativgeschwindigkeiten S gewonnen werden, mit R = ( r 1, k ,1 r 1, k ,2 r 1, k ,3 r 2, k ,2 r 2, k ,3 r 3, k ,3 ) ,        S = ( s 1, k ,1 s 1, k ,2 s 1, k ,3 s 2, k ,2 s 2, k ,3 s 3, k ,3 )

Figure DE102019220210A1_0002
In the first step I, measurements can be made with a suitable measuring device, with measured values of distances and relative speeds for each object k ( 1 , 1a , ..., 1n), which can be monostatic and / or bistatic measurements. If several measuring units are used, several measured distances r n, k, m and relative speeds s n, k, m can result, each of which relates to a sensor pair (m, n) and an object k can relate. For the example of N = 3 measuring units, a vector with measured distances R and a vector with measured relative speeds S can be obtained with R. = ( r 1, k ,1 r 1, k , 2 r 1, k , 3 r 2, k , 2 r 2, k , 3 r 3, k , 3 ) , S. = ( s 1, k ,1 s 1, k , 2 s 1, k , 3 s 2, k , 2 s 2, k , 3 s 3, k , 3 )
Figure DE102019220210A1_0002

In einem zweiten Schritt II kann nach einem Einlesen S1 ein mathematischer Zusammenhang zwischen Position, Geschwindigkeit und Abstand sowie Relativgeschwindigkeit genutzt werden und im Teilschritt A die Position und die Geschwindigkeit des Objekts oder mehrerer Objekte initial geschätzt werden. Dabei können Messwerte mehrerer Messeinheiten für die Ermittlung der Komponenten des Positionsvektors und des Geschwindigkeitsvektors berücksichtigt werden und somit vorteilhaft ein überbestimmtes Gleichungssystem für ein Objekt oder jedes Objekt erstellt werden. Durch eine Lösung des Gleichungssystems erhält man dann eine Schätzung für Position und Geschwindigkeitswerte des jeweiligen Objekts, welche Daten mehrerer Messeinheiten berücksichtigen.In a second step II, after reading in S1 a mathematical relationship between position, speed and distance as well as relative speed can be used and in sub-step A the position and speed of the object or several objects are initially estimated. In this case, measured values from several measuring units can be taken into account for the determination of the components of the position vector and the speed vector, and thus an overdetermined system of equations can advantageously be created for an object or each object. By solving the system of equations, one then obtains an estimate for the position and speed values of the respective object, which takes data from several measuring units into account.

Mit anderen Worten kann aus dem bekannten mathematischen Zusammenhang zwischen einerseits den beobachteten Abständen und Relativgeschwindigkeiten und andererseits der Position und Geschwindigkeit des Objekts die initiale Schätzung der Position pk = (pk,x; pk,y; pk,z)T des Objekts gewonnen werden (S2a).In other words, from the known mathematical relationship between, on the one hand, the observed distances and relative speeds and, on the other hand, the position and speed of the object, the initial estimate of the position pk = (p k, x ; p k, y ; p k, z ) T of the object be won ( S2a ).

Der oben genannte mathematische Zusammenhang kann wie folgt definiert sein: p m = ( p m , x p m , y p m , z ) p n = ( p n , x p n , y p n , z ) p k = ( p k , x p k , y p k , z ) v k = ( v k , x v k , y v k , z )

Figure DE102019220210A1_0003
pm und pn sind dabei die Positionen der Messeinheiten. d n , k = p k p n = ( d n , k , x d n , k , y d n , k , z ) , d m , k = p k p m = ( d m , k , x d m , k , y d m , k , z ) r n , k , m = r n , k + r m , k = | d n , k | + | d m , k |
Figure DE102019220210A1_0004
somit folgt die Winkelhalbierende zwischen den zwei Messeinheiten und durch das Objekt k als b n , k , m = d n , k | d n , k | + d m , k | d m , k | = = ( p k , x p m , x r m , k + p k , x p n , x r n , k p k , y p m , y r m , k + p k , y p n , y r n , k p k , z p m , z r m , k p k , z p n , z r n , k )
Figure DE102019220210A1_0005
The above-mentioned mathematical relationship can be defined as follows: p m = ( p m , x p m , y p m , z ) p n = ( p n , x p n , y p n , z ) p k = ( p k , x p k , y p k , z ) v k = ( v k , x v k , y v k , z )
Figure DE102019220210A1_0003
p m and p n are the positions of the measuring units. d n , k = p k - p n = ( d n , k , x d n , k , y d n , k , z ) , d m , k = p k - p m = ( d m , k , x d m , k , y d m , k , z ) r n , k , m = r n , k + r m , k = | d n , k | + | d m , k |
Figure DE102019220210A1_0004
thus the bisector follows between the two measuring units and through the object k as b n , k , m = d n , k | d n , k | + d m , k | d m , k | = = ( p k , x - p m , x r m , k + p k , x - p n , x r n , k p k , y - p m , y r m , k + p k , y - p n , y r n , k p k , z - p m , z r m , k - p k , z - p n , z r n , k )
Figure DE102019220210A1_0005

Mit der normalisierten Winkelhalbierenden, etwa als I2-Norm: b n , k , m , o = b n , k m | b n , k , m |

Figure DE102019220210A1_0006
| b n , k , m | = ( ( p k , x p m , x r m , k + p k , x p n , z r n , k ) 2 + ...             ... + ( p k , y p m , y r m , k + p k , y p n , y r n , k ) 2 + ...             ... + ( p k , z p m , z r m , k + p k , z p n , z r n , k ) 2 ) 1 2
Figure DE102019220210A1_0007
s n , k , m = v k ,   b n , k , m , o = v k , x | b n , k , m | ( p k , x p m , x r m , k + p k , x p n , x r n , k ) + ... ... + v k , y | b n , k , m | ( p k , y p m , y r m , k + p k , y p n , y r n , k ) + ... ... + v k , z | b n , k , m | ( p k , z p m , z r m , k + p k , z p n , z r n , k )
Figure DE102019220210A1_0008
With the normalized bisector, for example as an I2 norm: b n , k , m , O = b n , k m | b n , k , m |
Figure DE102019220210A1_0006
| b n , k , m | = ( ( p k , x - p m , x r m , k + p k , x - p n , z r n , k ) 2 + ... ... + ( p k , y - p m , y r m , k + p k , y - p n , y r n , k ) 2 + ... ... + ( p k , z - p m , z r m , k + p k , z - p n , z r n , k ) 2 ) 1 2
Figure DE102019220210A1_0007
s n , k , m = v k , b n , k , m , O = v k , x | b n , k , m | ( p k , x - p m , x r m , k + p k , x - p n , x r n , k ) + ... ... + v k , y | b n , k , m | ( p k , y - p m , y r m , k + p k , y - p n , y r n , k ) + ... ... + v k , z | b n , k , m | ( p k , z - p m , z r m , k + p k , z - p n , z r n , k )
Figure DE102019220210A1_0008

Hierbei ist es möglich, nur auf einen Teil der Information zurückzugreifen, z.B. nur auf die monostatischen Abstandsmessungen (dies können die direkten Abstände zwischen Objekt und Messeinheit sein) um etwa ein sich daraus ergebende Gleichungssystem mit drei Unbekannten und drei Gleichungen eindeutig lösen zu können.Here it is possible to access only part of the information, e.g. only the monostatic distance measurements (these can be the direct distances between the object and the measuring unit) in order to be able to uniquely solve a resulting system of equations with three unknowns and three equations.

Aus der Kenntnis dieser Position und zum Beispiel einer Untermenge von Relativgeschwindigkeitsmessungen (beispielsweise den drei monostatischen Messungen) kann wiederum ein Gleichungssystem zur initialen Bestimmung der Geschwindigkeit
vk = (vk,x, vk,y, vk,z)T gelöst werden (S2b). Die initialen Schätzungen können hierbei auch als p^k und v^k bezeichnet werden, und unterschiedliche Grade an Genauigkeit der Werte für die Position sowie die Geschwindigkeit umfassen.
From the knowledge of this position and, for example, a subset of relative speed measurements (for example the three monostatic measurements), a system of equations for the initial determination of the speed can in turn
vk = (v k, x , v k, y , v k, z ) T can be solved ( S2b ). The initial estimates can also be referred to as p ^ k and v ^ k, and include different degrees of accuracy of the values for the position and the speed.

In einem dritten Schritt III können aus der aktuellen Schätzung für die Werte von pk und vk und den bekannten Positionen der Sensoren erwartete Schätzwerte für die Abstands- und Relativgeschwindigkeitsmessungen R^ und S^ rückberechnet werden, welche sich aus dem mathematischen Zusammenhang ergeben können.In a third step III, the current estimate for the values of pk and vk and estimated values expected from the known positions of the sensors for the distance and relative speed measurements R ^ and S ^ are calculated back, which can result from the mathematical relationship.

In einem vierten Schritt B kann die Abweichung der ermittelten erwarteten Werte R^ (r^i,ki) und S^(s^i,ki) von den ursprünglich bestehenden Werten für R (ri,ki) und S (si,ki), mit i = 1 - n, ermittelt werden, etwa als Residuenbildung Z, beispielsweise für drei Messeinheiten z = ( R S ) ( R ^ S ^ ) = ( r 1, k ,1 r ^ 1, k ,1 r 1, k ,2 r ^ 1, k ,2 r 1, k ,3 r ^ 1, k ,3 r 2, k ,2 r ^ 2, k ,2 r 2, k ,3 r ^ 2, k ,3 r 3, k ,3 r ^ 3, k ,3 s 1, k ,1 s ^ 1, k ,1 s 1, k ,2 s ^ 1, k ,2 s 1, k ,3 s ^ 1, k ,3 s 2, k ,2 s ^ 2, k ,2 s 2, k ,3 s ^ 2, k ,3 s 3, k ,3 s ^ 3, k ,3 )

Figure DE102019220210A1_0009
In a fourth step B. the deviation of the determined expected values R ^ (r ^ i, ki ) and S ^ (s ^ i, ki ) from the originally existing values for R (r i, ki ) and S (s i, ki ), with i = 1 - n, can be determined, for example as a residual formation Z, for example for three measurement units z = ( R. S. ) - ( R. ^ S. ^ ) = ( r 1, k ,1 - r ^ 1, k ,1 r 1, k , 2 - r ^ 1, k , 2 r 1, k , 3 - r ^ 1, k , 3 r 2, k , 2 - r ^ 2, k , 2 r 2, k , 3 - r ^ 2, k , 3 r 3, k , 3 - r ^ 3, k , 3 s 1, k ,1 - s ^ 1, k ,1 s 1, k , 2 - s ^ 1, k , 2 s 1, k , 3 - s ^ 1, k , 3 s 2, k , 2 - s ^ 2, k , 2 s 2, k , 3 - s ^ 2, k , 3 s 3, k , 3 - s ^ 3, k , 3 )
Figure DE102019220210A1_0009

In einem fünften Schritt C kann aus dem ermittelten Residuum Z und der vorhandenen Schätzung für pk und vk jeweils eine Verbesserung bzw. Korrektur der Schätzung (Update) Δpk (S5a) und Δvk (S5b) bestimmt werden. Diese Updates können sich aus den Sensitivitäten der Komponenten des Residuums gegenüber Veränderungen (aus Korrektur) von der geschätzten Position und Geschwindigkeit des Objekts ergeben, wobei unterschiedliche Komponenten betrachtet werden können und durch mehrere oder alle Messeinheiten ausgedrückt/betrachtet werden können. Die genannten Sensitivitäten können entweder im Vorfeld analytisch durch Ableitung gewonnen werden oder numerisch zur Laufzeit des Programms durch geringfügige Veränderung der Schätzwerte ermittelt werden. Die Sensitivitäten über Ableitungen können dabei (analytisch oder numerisch) über den in Schritt II genannten mathematischen Zusammenhang bestimmt werden.In a fifth step C. can be derived from the determined residual Z and the existing estimate for pk and vk an improvement or correction of the estimate (update) Δpk ( S5a ) and Δvk ( S5b ) can be determined. These updates can result from the sensitivities of the components of the residual to changes (from correction) of the estimated position and speed of the object, whereby different components can be viewed and expressed / viewed by several or all measurement units. The sensitivities mentioned can either be obtained analytically in advance by deriving them or determined numerically during the runtime of the program by slightly changing the estimated values. The sensitivities via derivatives can be determined (analytically or numerically) via the mathematical relationship mentioned in step II.

In einem sechsten Schritt D können die zuvor ermittelten Updates Δpk und Δvk verwendet werden, um neue und verbesserte (korrigierte) Schätzwerte pk (neu) und vk (neu) mit einer höheren Genauigkeit zu erzeugen, wobei p k ( neu ) = p k + Δ p k ;   v k ( neu ) = v k + Δ v k .

Figure DE102019220210A1_0010
In a sixth step D. the previously determined updates Δpk and Δvk can be used to generate new and improved (corrected) estimates pk (new) and vk to generate (new) with a higher accuracy, whereby p k ( New ) = p k + Δ p k ; v k ( New ) = v k + Δ v k .
Figure DE102019220210A1_0010

Dies bietet mit anderen Worten eine Aussage darüber, wie sich die Schätzung von R und S verbessern muss, damit die daraus ermittelbare Position und Geschwindigkeit in deren Genauigkeit auf den durch die Updates verbesserten Grad korrigiert werden können.In other words, this provides a statement about how the estimation of R and S must improve so that the accuracy of the position and speed that can be determined therefrom can be corrected to the degree improved by the updates.

Ein iteratives Wiederholen der Schritte drei bis sechs kann die Schätzung iterativ verbessern und sich der tatsächlichen Position und Geschwindigkeit des Objekts annähern. Dieses Wiederholen kann etwa nach einer festen Anzahl von Iterationen abgebrochen werden oder wenn das Residuum nicht mehr stärker als ein charakteristisches Ausmaß (nicht mehr nennenswert) sinkt, was anzeigen kann, dass sich die Schätzung nicht weiter verbessert.Iteratively repeating steps three to six can iteratively improve the estimate and approximate the actual position and speed of the object. This repetition can be terminated after a fixed number of iterations or if the residual is no longer greater than a characteristic extent (no longer noteworthy) decreases, which can indicate that the estimate is no longer improving.

Vorzugsweise können 1 - 10 Iterationen erfolgen. Für das Verfahren kann vorteilhaft ein Algorithmus wie der Gauß-Newton-Algorithmus oder Marquardt-Levenberg-Algorithmus verwendet werden.Preferably 1-10 iterations can take place. An algorithm such as the Gauss-Newton algorithm or Marquardt-Levenberg algorithm can advantageously be used for the method.

Die Anwendung mehrerer Messeinheiten und Berücksichtigung mehrerer Messdaten vom jeweiligen Objekt kann einen optimalen Ausgleich zwischen mehreren oder allen gemessenen Abstands- und Relativgeschwindigkeitswerten bewirken. Dadurch können einzelne Fehler von einzelnen Messeinheiten einen geringeren Einfluss auf die Positionsschätzung und Geschwindigkeitsschätzung haben.The use of several measurement units and consideration of several measurement data from the respective object can bring about an optimal balance between several or all measured distance and relative speed values. As a result, individual errors from individual measurement units can have less of an influence on the position estimation and speed estimation.

Des Weiteren können verschiedene Gewichte für die verschiedenen Komponenten des Residuums vorgesehen sein und genutzt werden, die die erwartete Genauigkeit der Messungen widerspiegeln können. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass jene Messungen mit einer typischen höheren Genauigkeit auch einen stärkeren Einfluss auf die letztlich ermittelte Position und Geschwindigkeit erhalten können, wodurch die Schätzung vorteilhaft verbessert werden kann. Hierbei kann etwa bei Netzwerke von Messeinheiten, insbesondere Radarsensoren, berücksichtigt werden, dass Messungen der Relativgeschwindigkeiten typischerweise andere Genauigkeiten erreichen können als Messungen der Abstände und dass bistatische Messungen typischerweise andere Genauigkeiten erreichen können als monostatische Messungen. Hierbei kann auch berücksichtigt werden, dass Messsignale mit einer größeren Amplitude eine höhere Robustheit und Genauigkeit aufweisen können als Messsignale mit kleineren Amplituden.Furthermore, different weights can be provided and used for the different components of the residual, which can reflect the expected accuracy of the measurements. In this way it can be ensured that those measurements with a typically higher accuracy can also have a stronger influence on the ultimately determined position and speed, as a result of which the estimation can advantageously be improved. In this case, for example, in the case of networks of measuring units, in particular radar sensors, it can be taken into account that measurements of the relative speeds can typically achieve different accuracies than measurements of the distances and that bistatic measurements can typically achieve different accuracies than monostatic measurements. It can also be taken into account here that measurement signals with a larger amplitude can have a higher robustness and accuracy than measurement signals with smaller amplitudes.

Das beschriebene Verfahren kann ein bewegliches Radarziel betrachten, welches beispielsweise einmal in Ruhe und einmal in Bewegung betrachtet wird.The method described can consider a moving radar target, which is viewed once at rest and once in motion, for example.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many different ways.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102013008953 A1 [0003]DE 102013008953 A1 [0003]

Claims (11)

Verfahren für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts (1a, 1b, ..., 1n) aus einer bestehenden Abstandsmessung und/oder einer bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung umfassend die Schritte: - Einlesen (S1) der bestehenden Abstandsmessung und/oder der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung des zumindest einen Objekts (1a, 1b, ..., 1n) von einer Messeinrichtung (M), welche jeweils eine Abstandsmessung und/oder jeweils eine Relativgeschwindigkeitsmessung für zumindest ein Objekt (1a, 1b, ..., 1n) mittels zumindest zweier Messeinheiten (ME1, ME2) ausführt; - Ermitteln (S2a) einer Position des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Abstandsmessung und/oder Ermitteln (S2b) einer Geschwindigkeit des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung unter Kenntnis der Position der Messeinheiten (ME1, ME2); - Ermitteln (S3) von zu erwartenden Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsmessungen des Objekts von den jeweiligen Messeinheiten (ME1, ME2) für die ermittelte Position und/oder für die ermittelte Geschwindigkeit des Objekts basierend auf den bekannten Positionen der Messeinheiten (ME1, ME2); - Bilden (S4a) eines Abstandsresiduums zwischen der bestehenden Abstandsmessung und der erwarteten Abstandsmessung und/oder Bilden (S4b) eines Relativgeschwindigkeitsresiduums zwischen der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung und der erwarteten Relativgeschwindigkeitsmessung; - Ermitteln (S5a) einer Positionskorrektur aus der ermittelten Position und aus dem Abstandsresiduum und/oder Ermitteln (S5b) einer Geschwindigkeitskorrektur einer ermittelten Geschwindigkeit und aus dem Relativgeschwindigkeitsresiduum; - Bestimmen (S6) einer korrigierten Position und/oder einer korrigierten Geschwindigkeit.Method for determining the position and / or determining the speed of at least one object (1a, 1b, ..., 1n) from an existing distance measurement and / or an existing relative speed measurement, comprising the steps: - Reading (S1) the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement of the at least one object (1a, 1b, ..., 1n) from a measuring device (M), which each measure a distance and / or a relative speed measurement for at least one object (1a, 1b, ..., 1n) using at least two measuring units (ME1, ME2); - Determining (S2a) a position of the at least one object from the existing distance measurement and / or determining (S2b) a speed of the at least one object from the existing relative speed measurement with knowledge of the position of the measuring units (ME1, ME2); - Determination (S3) of expected distance and / or relative speed measurements of the object from the respective measuring units (ME1, ME2) for the determined position and / or for the determined speed of the object based on the known positions of the measuring units (ME1, ME2) ; - Forming (S4a) a residual distance between the existing distance measurement and the expected distance measurement and / or forming (S4b) a relative speed residual between the existing relative speed measurement and the expected relative speed measurement; - determining (S5a) a position correction from the determined position and from the residual distance and / or determining (S5b) a speed correction of a determined speed and from the relative speed residual; - Determination (S6) of a corrected position and / or a corrected speed. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Messeinrichtung (ME) die Abstandsmessung und/oder die Relativgeschwindigkeitsmessung stets nur für jeweils ein Paar von Messeinheiten (ME1, ME2) aus den zumindest zwei Messeinheiten (ME1, ME2) ausführt.Procedure according to Claim 1 , in which the measuring device (ME) always carries out the distance measurement and / or the relative speed measurement for only one pair of measuring units (ME1, ME2) from the at least two measuring units (ME1, ME2). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die bestehenden Abstandsmessungen und/oder bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessungen von einer Mehrzahl von Paaren von Messeinheiten durchgeführt werden.Procedure according to Claim 1 or 2 , in which the existing distance measurements and / or existing relative speed measurements are carried out by a plurality of pairs of measuring units. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Position und/oder Geschwindigkeit des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Abstandsmessung und/oder der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung auf Basis einer mathematischen Beziehung des Abstands des Objekts jeweils zu Messeinheiten zumindest eines Paars ermittelt wird.Method according to one of the Claims 1 to 3 , in which the position and / or speed of the at least one object is determined from the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement on the basis of a mathematical relationship between the distance of the object and the measurement units of at least one pair. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Schritte S3 bis S6 mehrmals wiederholt werden.Method according to one of the Claims 1 to 4th , in which steps S3 to S6 are repeated a number of times. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Schritte S3 bis S6 wiederholt werden, bis sich das Abstandsresiduum und/oder das Relativgeschwindigkeitsresiduum gegenüber einer vorherigen Wiederholung um weniger als einen vorbestimmten Mindestwert verändert.Procedure according to Claim 5 , in which steps S3 to S6 are repeated until the residual distance and / or the residual relative speed changes by less than a predetermined minimum value compared to a previous repetition. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem eine bestimmte Gewichtung von bestimmten Komponenten des Abstandsresiduums und/oder des Relativgeschwindigkeitsresiduums erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 6th , in which a certain weighting of certain components of the residual distance and / or the relative velocity residual takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches an einem Netzwerk von Radarsensoren, LIDAR-Sensoren und/oder Ultraschallsensoren durchgeführt wird.Method according to one of the Claims 1 to 7th , which is carried out on a network of radar sensors, LIDAR sensors and / or ultrasonic sensors. System (10) für eine Positionsbestimmung und/oder eine Geschwindigkeitsbestimmung zumindest eines Objekts (1a, 1b, ..., 1n) aus einer bestehenden Abstandsmessung und/oder einer bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung umfassend - eine Messeinrichtung (M) mit zumindest zwei Messeinheiten (ME1, ME2), welche dazu eingerichtet ist, die bestehende Abstandsmessung und/oder die bestehende Relativgeschwindigkeitsmessung des zumindest einen Objekts (1a, 1b, ..., 1n) zu erzeugen, wobei jeweils eine Abstandsmessung und/oder jeweils eine Relativgeschwindigkeitsmessung für zumindest ein Objekt (1a, 1b, ..., 1n) mittels zumindest zweier Messeinheiten (ME1, ME2) ausführt wird; - eine Auswerteeinrichtung (AE), welche dazu eingerichtet ist, die bestehende Abstandsmessung und/oder die bestehende Relativgeschwindigkeitsmessung des zumindest einen Objekts (1a, 1b, ..., 1n) von der Messeinrichtung (M) einzulesen, eine Position des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Abstandsmessung zu ermitteln und/oder eine Geschwindigkeit des zumindest einen Objekts aus der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung unter Kenntnis der Position der Messeinheiten (ME1, ME2) zu ermitteln; zu erwartenden Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsmessungen des Objekts von den jeweiligen Messeinheiten (ME1, ME2) für die ermittelte Position und/oder für die ermittelte Geschwindigkeit des Objekts basierend auf den bekannten Positionen der Messeinheiten (ME1, ME2) zu ermitteln; ein Abstandsresiduum zwischen der bestehenden Abstandsmessung und der erwarteten Abstandsmessung zu bilden und/oder ein Relativgeschwindigkeitsresiduums zwischen der bestehenden Relativgeschwindigkeitsmessung und der erwarteten Relativgeschwindigkeitsmessung zu bilden; eine Positionskorrektur aus der ermittelten Position aus dem Abstandsresiduum zu ermitteln und/oder eine Geschwindigkeitskorrektur einer ermittelten Geschwindigkeit und aus dem Relativgeschwindigkeitsresiduum zu ermitteln, und eine korrigierte Position und/oder eine korrigierte Geschwindigkeit zu ermitteln.System (10) for determining the position and / or determining the speed of at least one object (1a, 1b, ..., 1n) from an existing distance measurement and / or an existing relative speed measurement comprising - a measuring device (M) with at least two measuring units (ME1, ME2), which is set up to generate the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement of the at least one object (1a, 1b, ..., 1n), with a distance measurement and / or in each case a relative speed measurement for at least one object ( 1a, 1b, ..., 1n) is carried out by means of at least two measuring units (ME1, ME2); - An evaluation device (AE), which is set up to read in the existing distance measurement and / or the existing relative speed measurement of the at least one object (1a, 1b, ..., 1n) from the measuring device (M), a position of the at least one object to determine from the existing distance measurement and / or to determine a speed of the at least one object from the existing relative speed measurement with knowledge of the position of the measuring units (ME1, ME2); to determine expected distance and / or relative speed measurements of the object from the respective measuring units (ME1, ME2) for the determined position and / or for the determined speed of the object based on the known positions of the measuring units (ME1, ME2); to form a residual distance between the existing distance measurement and the expected distance measurement and / or a relative velocity residual between the existing one To form the relative speed measurement and the expected relative speed measurement; to determine a position correction from the determined position from the residual distance and / or to determine a speed correction of a determined speed and from the relative velocity residual, and to determine a corrected position and / or a corrected speed. System (10) nach Anspruch 9, bei welchem die Messeinrichtung (M) n>=2 Messeinheiten (ME1, ME2) umfasst, mittels welchen jeweils paarweise bistatische Abstände zwischen einem Objekt und den Messeinheiten bestimmbar sind.System (10) according to Claim 9 , in which the measuring device (M) comprises n> = 2 measuring units (ME1, ME2), by means of which bistatic distances can be determined in pairs between an object and the measuring units. System (10) nach Anspruch 9 oder 10, welches ein Netzwerk von Radarsensoren, LIDAR-Sensoren und/oder Ultraschallsensoren umfasst und/oder mit einem solchen Netzwerk für einen Datenaustausch verbunden ist.System (10) according to Claim 9 or 10 , which comprises a network of radar sensors, LIDAR sensors and / or ultrasonic sensors and / or is connected to such a network for data exchange.
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