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
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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
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
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
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.
-
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.
Das System
Jede Messeinheit (
Die Auswerteeinrichtung
Die
Die
Gezeigt wird ein Objekt
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
sn,k,m ergibt sich also aus dem Skalarprodukt von
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
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
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
Im ersten Schritt I können Messungen mit einer geeigneten Messeinrichtung erfolgen, wobei Messwerte von Abständen und Relativgeschwindigkeiten für jedes Objekt
In einem zweiten Schritt II kann nach einem Einlesen
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 (
Der oben genannte mathematische Zusammenhang kann wie folgt definiert sein:
Mit der normalisierten Winkelhalbierenden, etwa als I2-Norm:
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 (
vk = (v k, x , v k, y , v k, z ) T can be solved (
In einem dritten Schritt III können aus der aktuellen Schätzung für die Werte von
In einem vierten Schritt
In einem fünften Schritt
In einem sechsten Schritt
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.
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