DE102021125603A1 - Verfahren zur Kalibrierung eines Radarsystems eines Fahrzeugs, Radarsystem und Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Radarsystems (14) eines Fahrzeugs (10) zur Überwachung einer Umgebung des Fahrzeugs (10). Während einer Bewegung des Fahrzeugs (10) wird mit dem Radarsystem (14) wenigstens ein Radarsignal (22) in einen Überwachungsbereich (18) gesendet. Mit dem Radarsystem (14) wird wenigstens ein Echosignal (26) von wenigstens einem Radarsignal (22) empfangen, das an wenigstens einem Ziel (24) reflektiert wird. Aus wenigstens einer Phasendifferenz des wenigstens einen empfangenen Echosignals (26), das mit unterschiedlichen Antennen des Radarsystems (14) empfangen wird, wird wenigstens ein Phasen-basierter Zielwinkel (ΦS) ermittelt, wobei der Phasen-basierte Zielwinkel (ΦS) die Richtung des wenigstens einen detektierten Ziels (24) in Bezug auf ein Radar-Bezugssystem (28S) des Radarsystems (14) charakterisiert. Aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung des wenigstens einen empfangenen Echosignals (26) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (vH) des Fahrzeugs (10) wird wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel (ΦH) ermittelt, wobei der Doppler-basierte Zielwinkel (ΦH) die Richtung des wenigstens einen detektierten Ziels (24) in Bezug auf ein Soll-Bezugssystem (28H) charakterisiert, das die Kalibrierungssituation bei der Sollmontage des Radarsystems (14) am Fahrzeug (10) definiert. Wenigstens ein Winkel-Korrekturwert (ΔΦ) wird aus einer Differenz von wenigstens einem Phasen-basierten Zielwinkel (ΦS) und wenigstens einem Doppler-basierten Zielwinkel (ΦH) ermittelt. Der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert (ΔΦ) wird mit wenigstens einem der entsprechenden Zielwinkel (ΦS) in einer Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert, um wenigstens bei nachfolgenden Messungen mit dem Radarsystem (14) Phasen-basierte Zielwinkel (ΦS) zu korrigierten Zielwinkel (Φcorr) zu korrigieren.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Radarsystems eines Fahrzeugs zur Überwachung einer Umgebung des Fahrzeugs, wobei während einer Bewegung des Fahrzeugs
  mit dem Radarsystem wenigstens ein Radarsignal in einen Überwachungsbereich gesendet wird, mit dem Radarsystem wenigstens ein Echosignal von wenigstens einem Radarsignal empfangen wird, welches an wenigstens einem Ziel reflektiert wird,
  wenigstens ein Phasen-basierter Zielwinkel aus wenigstens einer Phasendifferenz des wenigstens einen empfangenen Echosignals ermittelt wird, welches mit unterschiedlichen Antennen des Radarsystems empfangen wird, wobei der Phasen-basierte Zielwinkel die Richtung des wenigstens einen detektierten Ziels in Bezug auf ein Radar-Bezugssystem des Radarsystems charakterisiert,
  wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung des wenigstens einen empfangenen Echosignals und einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird, wobei der Doppler-basierte Zielwinkel die Richtung des wenigstens einen detektierten Ziels in Bezug auf ein Soll-Bezugssystem charakterisiert, welches die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montage des Radarsystems am Fahrzeug definiert,
  wenigstens ein Winkel-Korrekturwert durch Vergleichen des wenigstens einen Phasen-basierten Zielwinkels und des wenigstens einen Doppler-basierten Zielwinkels ermittelt werden kann.
• Ferner betrifft die Erfindung ein Radarsystem eines Fahrzeugs zur Überwachung einer Umgebung des Fahrzeugs, umfassend
  wenigstens eine Antenne zum Senden von Radarsignalen in einen Überwachungsbereich,
  wenigstens zwei Antennen zum Empfang von Echosignalen von Radarsignalen, die an wenigstens einem Ziel reflektiert werden,
  Mittel zur Ermittlung Phasen-basierter Zielwinkel aus Phasendifferenzen von empfangenen Echosignalen, die mit unterschiedlichen Antennen empfangen werden können, wobei die Phasen-basierten Zielwinkel Richtungen von detektierten Zielen in Bezug auf ein Radar-Bezugssystem des Radarsystems charakterisieren,
  Mittel zu Ermittlung von Doppler-basierten Zielwinkeln aus Doppler-Verschiebungen von empfangenen Echosignalen und Fahrzeuggeschwindigkeiten des Fahrzeugs, wobei Doppler-basierte Zielwinkel Richtungen von detektierten Zielen in Bezug auf ein Soll-Bezugssystem charakterisieren, das die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montage des Radarsystems an dem Fahrzeug charakterisiert,
  Mittel zur Ermittlung von Winkel-Korrekturwerten durch Vergleichen Phasen-basierter Zielwinkel und Doppler-basierter Zielwinkel.
• Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem Radarsystem zur Überwachung einer Umgebung des Fahrzeugs,
  wobei das wenigstens eine Radarsystem umfasst
  wenigstens eine Antenne zum Senden von Radarsignalen in einen Überwachungsbereich,
  wenigstens zwei Antennen zum Empfang von Echosignalen von Radarsignalen, die an wenigstens einem Ziel reflektiert werden,
  und wobei das Fahrzeug umfasst
  Mittel zur Ermittlung Phasen-basierter Zielwinkel aus Phasendifferenzen von empfangenen Echosignalen, die mit unterschiedlichen Antennen empfangen werden können, wobei die Phasen-basierten Zielwinkel Richtungen von detektierten Zielen in Bezug auf ein Radar-Bezugssystem des Radarsystems charakterisieren,
  Mittel zu Ermittlung von Doppler-basierten Zielwinkeln aus Doppler-Verschiebungen von empfangenen Echosignalen und Fahrzeuggeschwindigkeiten des Fahrzeugs, wobei Doppler-basierte Zielwinkel Richtungen von detektierten Zielen in Bezug auf ein Soll-Bezugssystem charakterisieren, das die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montage des Radarsystems an dem Fahrzeug charakterisiert,
  Mittel zur Ermittlung von Winkel-Korrekturwerten durch Vergleichen Phasen-basierter Zielwinkel und Doppler-basierter Zielwinkel.
• Stand der Technik
• Aus der US 2020/0132812 A1 ist die Korrektur von Phasenabweichungen zwischen den Antennen des Radarsystems für AV-Anwendungen bekannt. Anstatt die statische Umgebung herauszufiltern, können die statischen Objekte in der Umgebung genutzt werden, um das Radar zu kalibrieren, während sich das Fahrzeug bewegt. Die statischen Objekte können zum Beispiel als Messquelle für die Phasenabweichungen zwischen den Antennen des Arrays verwendet werden. Der von einem statischen Objekt gemessene Doppler ist proportional zum Sinus eines Winkels zwischen einer Achse senkrecht zur Fahrzeugrichtung und der Sichtlinie zum Objekt, und der Phasenversatz zwischen den Antennen ist proportional zum Kosinus desselben Winkels, wird aber auch durch den unbekannten Kalibrierungsfehler verfälscht. Daher können zwei verschiedene Messarten zur Bestimmung des Winkels verwendet werden: die direkte Winkelmessung auf der Grundlage der Phasenabweichungen zwischen den Antennen (z. B. die Standard-Radarmessung) oder eine Winkelmessung auf der Grundlage der von den Antennen gemessenen Doppler. Durch den Vergleich der Dopplermessungen mit den Phasenmessungen können die Kalibrierungsfehler des Phasenversatzes für die Antennen geschätzt werden.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, ein Radarsystem und ein Fahrzeug bereitzustellen, bei denen die Genauigkeit von Radarmessung verbessert werden kann. Insbesondere soll eine Kalibrierung des Radarsystems verbessert werden können.
• Offenbarung der Erfindung
• Die Aufgabe der Erfindung kann mit dem Verfahren dadurch gelöst werden, dass der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert aus einer Differenz von wenigstens einem Phasen-basierten Zielwinkel und wenigstens einem Doppler-basierten Zielwinkel ermittelt wird und der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert zusammen mit wenigstens einem der entsprechenden Zielwinkel in einer Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert wird, zu dem Zweck, Phasen-basierte Zielwinkel wenigstens bei nachfolgenden Messungen mit dem Radarsystem zu korrigierten Zielwinkeln zu korrigieren.
• Erfindungsgemäß wird der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert aus einer Differenz aus wenigstens einem Phasen-basierten Zielwinkel und wenigstens einem Doppler-basierten Zielwinkel ermittelt. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Winkelkorrektur mit einer einfachen Berechnung ermittelt werden. Der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert wird zusammen mit wenigstens einem der entsprechenden Zielwinkel, insbesondere dem entsprechenden wenigstens einen Phasen-basierten Zielwinkel, in einer Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert verwendet werden, um die Phasen-basierten Zielwinkel zu korrigieren, welche bei nachfolgenden Messungen ermittelt werden. Die korrigierten Zielwinkel charakterisieren die wahre Richtung des detektierten Ziels in Bezug auf das Soll-Bezugssystem.
• Jedes Radarsystem hat sein eigenes Radar-Bezugssystems und sein eigenes Soll-Bezugssystem. Das Radar-Bezugssystem definiert die tatsächliche Montageposition und die tatsächliche Ausrichtung des entsprechenden Radarsystems. Das Soll-Bezugssystem definiert die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montage, insbesondere die Soll-Montageposition und die Soll-Ausrichtung, des entsprechenden Radarsystems in Bezug zu dem Fahrzeug, insbesondere in Bezug auf Fahrzeugachsen des Fahrzeugs. Insbesondere kann die Soll-Montage die Montageposition und die Orientierung des Radarsystems nach der Erstmontage an dem Fahrzeug charakterisieren. Die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montage des Radarsystems kann nach der Montage des Radarsystems an dem Fahrzeug ermittelt werden, insbesondere am Ende der Produktionslinie.
• Mit der Erfindung kann eine Selbstkalibrierung des Radarsystems realisiert werden. Dabei kann die Kalibrierung für das komplette Sichtfeld oder einen Teil des Sichtfelds des Radarsystems durchgeführt werden.
• Durch die Erfindung ist keine Objektverfolgung erforderlich. Auf diese Weise kann die Verarbeitungsleistung des Radarsystems, welche für die Kalibrierung erforderlich ist, verringert werden. Lediglich Informationen über die detektierten Ziele sind für die Kalibrierung erforderlich. Informationen darüber, ob detektierte Ziele zum selben Pfad gehören, sind nicht erforderlich.
• Die erfindungsgemäße Kalibrierung wird direkt in dem Soll-Bezugssystem erlangt. Infolgedessen kann ein Montagewinkel des Radarsystems an dem Fahrzeug nur nominal verwendet werden und muss nicht aktualisiert werden. Mit der erfindungsgemäßen Kalibrierung kann die Abweichung zwischen dem Radar-Bezugssystem und dem Soll-Bezugssystem korrigiert werden. Solche Abweichungen können durch Montagetoleranzen, Verschiebungen des Radarsystems beispielsweise durch Stöße, Positionsänderungen der Antennen, Auswirkungen von Temperaturveränderungen oder andere Faktoren entstehen.
• Ein Ziel im Sinne der Erfindung ist ein Bereich oder ein Reflexionspunkt eines Objekts, von dem Radarsignale reflektiert werden können. Ein Objekt kann eines oder mehrere solcher Ziele haben. Falls das Objekt mehrere Ziele hat, können Radarsignale auch unterschiedlich von diesen reflektiert werden, zum Beispiel in unterschiedliche Richtungen. Ziele, die mit dem Radarsystem detektiert werden, können zur einfacheren Unterscheidung als detektierte Ziele bezeichnet werden.
• Mit dem Radarsystem können wenigstens Richtungen von Zielen ermittelt werden. Zusätzlich kann das Radarsystem verwendet werden, um Entfernungen und/oder Geschwindigkeiten von Radarzielen relativ zu dem Radarsystem und/oder zu dem Fahrzeug zu ermitteln.
• Das Verfahren zur Kalibrierung, insbesondere Selbstkalibrierung, des Radarsystems kann immer oder nur zeitweise parallel zu regulären Radarmessungen durchgeführt werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit von regulären Radarmessungen weiter verbessert werden.
• Die Erfindung kann für Radarsysteme von Fahrzeugen, insbesondere Motorfahrzeugen, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei Landfahrzeugen, insbesondere Personenwagen, Lastwagen, Bussen, Motorrädern oder dergleichen, Luftfahrzeugen und/oder Wasserfahrzeugen, verwendet werden. Die Erfindung kann auch für Radarsysteme von Fahrzeugen, die autonom oder teilautonom betrieben werden können, verwendet werden. Jedoch ist die Erfindung nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch im stationären Betrieb, in der Robotik und/oder in Maschinen, insbesondere Bau- oder Transportmaschinen, wie Kränen, Baggern oder dergleichen, verwendet werden.
• Das Radarsystem kann vorteilhafterweise verbunden sein mit oder Teil sein von wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs oder einer Maschine, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem. Auf diese Weise kann ein autonomer oder teilautonomer Betrieb des Fahrzeugs oder der Maschine ermöglicht werden.
• Die Erfindung kann für Radarsysteme verwendet werden, die als Front-Radarsysteme, Eck-Radarsysteme, Heck-Radarsysteme, Dach-Radarsysteme, Unterboden-Radarsysteme oder Innenraum-Radarsysteme von Fahrzeugen ausgestaltet sind. Entsprechend kann das Radarsystem ein Front-Radarsystem, ein Eck-Radarsystem, ein Heck-Radarsystem, ein Dach-Radarsystem, ein Unterboden-Radarsystem oder ein Innenraum-Radarsystem des Fahrzeugs sein.
• Das Radarsystem kann verwendet werden, um stationäre oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Freiräume, insbesondere Parkräume, Niederschlag oder dergleichen zu detektieren.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel und der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert mit dem entsprechenden wenigstens einen Phasen-basierten Zielwinkel in der Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert werden zu dem Zweck, Phasen-basierte Zielwinkel zu korrigieren. Auf diese Weise kann bei regulären Messungen der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert auf Basis wenigstens eines gemessenen Phasen-basierten Zielwinkels direkt aus der Umsetzungstabelle entnommen werden. Bei regulären Messungen ist die Ermittlung des Doppler-basierten Zielwinkels für die Korrektur des Phasen-basierten Zielwinkels nicht notwendig.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können mehrere Phasen-basierte Zielwinkel und entsprechende Doppler-basierte Zielwinkel ermittelt werden und entsprechende Winkel-Korrekturwerte aus den Phasen-basierten Zielwinkeln und den entsprechenden Doppler-basierten Zielwinkel ermittelt werden. Auf diese Weise können Winkel-Korrekturwerte für Phasen-basierte Zielwinkel in dem kompletten Sichtfeld oder einem Teil des Sichtfelds des Radarsystems ermittelt werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Radialgeschwindigkeit wenigstens eines detektierten Ziels aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung wenigstens eines empfangenen Echosignals ermittelt werden und wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel des wenigstens einen detektierten Ziels kann aus der wenigstens einen Radialgeschwindigkeit des wenigstens einen detektierten Ziels und der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Doppler-basierte Zielwinkel ohne Richtungsmessung realisiert werden. So kann der Doppler-basierte Zielwinkel unabhängig von dem Bezugssystem des Radarsystems ermittelt werden. Der Doppler-basierte Zielwinkel kann die tatsächliche Richtung in Bezug auf das Soll-Bezugssystem charakterisieren.
• Die Radialgeschwindigkeit des Ziels ist die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Ziel und dem Radarsystem in Richtung der Sichtlinie zwischen dem Ziel und einem Bezugspunkt des Radarsystems. Der Bezugspunkt des Radarsystems kann vorteilhafterweise ein Koordinatenursprung des Radar-Bezugssystems sein.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel wenigstens eines detektierten Ziels aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung wenigstens eines Echosignals mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle und/oder mittels wenigstens einer Berechnung ermittelt werden. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Doppler-basierte Zielwinkel effizient ermittelt werden.
• Mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle kann die Ermittlung des wenigstens einen Doppler-basierten Zielwinkels schneller durchgeführt werden. Mittels wenigstens einer Berechnung kann der wenigstens eine Doppler-basierte Zielwinkel individueller ermittelt werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Radialgeschwindigkeit wenigstens eines detektierten Ziels aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung wenigstens eines Echosignals mittels wenigstens einer Berechnung und/oder mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle ermittelt werden und wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel wenigstens eines detektierten Ziels kann aus wenigstens einer Radialgeschwindigkeit wenigstens eines detektierten Ziels und einer Fahrzeuggeschwindigkeit mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle und/oder mittels wenigstens einer Berechnung ermittelt werden. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Radialgeschwindigkeit effizienter ermittelt werden.
• Mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle kann die Ermittlung der wenigstens einen Radialgeschwindigkeit schneller durchgeführt werden. Mittels wenigstens einer Berechnung kann die wenigstens eine Radialgeschwindigkeit individueller ermittelt werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Radialgeschwindigkeit wenigstens eines detektierten Ziels aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung wenigstens eines empfangenen Echosignals ermittelt werden und wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel wenigstens eines detektierten Ziels kann aus einem Quotienten der wenigstens einen Radialgeschwindigkeit des wenigstens einen detektierten Ziels und der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Radialgeschwindigkeit unabhängig von dem Radar-Bezugssystems ermittelt werden.
• Für ein 2D-Radarsysteme oder für den Fall, dass sich das detektierte Ziel in derselben Höhe wie das Radarsystem befindet, kann das erfindungsgemäße Verfahren die theoretischen Beziehung für die Dopplergeschwindigkeit von statischen Zielen gegenüber einem bewegten Fahrzeug nutzen: $${\text{v}}_{\text{r}}={\text{v}}_{\text{H}}\text{ cos}\left({\mathrm{\Phi }}_{\text{H}}\right).$$

  
• Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel des wenigstens einen detektierten Ziels aus der wenigstens einen Radialgeschwindigkeit des wenigstens einen detektierten Ziels und der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung der folgenden Beziehung berechnet werden: $${\mathrm{\Phi }}_{\text{H}}={\text{cos}}^{-1}\left({\text{v}}_{\text{r}}/{\text{v}}_{\text{H}}\right)$$

  

  dabei ist Φ_H der Doppler-basierte Zielwinkel des wenigstens einen detektierten Ziels in dem Soll-Bezugssystems, v_r ist die Radialgeschwindigkeit des wenigstens einen detektierten Ziels und v_H ist die Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Bezeichnung „Φ“ des Doppler-basierten Zielwinkels ist hier nur beispielhaft und bedeutet nicht unbedingt, dass der Doppler-basierte Winkel der Azimut ist. Die Bezeichnung des Doppler-basierten Winkels kann auch „Θ“, „α“, „β“ oder dergleichen lauten.
• Die Kalibrierung eines 3D-Radarsystems kann sehr einfach sein. Mit einem 3D-Radarsystem können Entfernungen, Azimut und Elevation von Zielen ermittelt werden. Vorteilhafterweise kann die Kalibration des 3D-Radarsystems mit einer Erstkalibrierung beginnen, beispielsweise der Selbstkalibrierung im Azimut. Anschließend kann die Kalibrierung in der Elevation auf ähnliche Weise erfolgen.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Phasen-basierter Zielwinkel wenigstens eines detektierten Ziels aus wenigstens einer Phasendifferenz des wenigstens einen Echosignals mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle und/oder wenigstens einer Berechnung ermittelt werden. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Phasen-basierte Zielwinkel effizient ermittelt werden.
• Mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle kann die Ermittlung des wenigstens einen Phasen-basierten Zielwinkels schneller durchgeführt werden. Die Umsetzungstabelle kann vorab beispielsweise mit einer Erstkalibrierung des Radarsystems realisiert werden. Auf diese Weise kann die Umsetzungstabelle verwendet werden, um eine Erstkalibrierung zur Ermittlung wenigstens eines Phasen-basierten Zielwinkels durchzuführen. Die Erstkalibrierung des Radarsystems kann auf elektromagnetischer Simulation oder theoretischer Beziehung, die mit einem Antennenlayout der Radarantennen ermittelt wird, basieren. Eine derartige Erstkalibrierung ermöglicht eine erste Klassifizierung von Detektionen von stationären Zielen nach einer üblichen Signalverarbeitungskette des Radarsystems.
• Mittels wenigstens einer Berechnung kann der wenigstens eine Phasen-basierte Zielwinkel individueller ermittelt werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können
  mehrere Anfangstupel jeweils mit einem Doppler-basierten Zielwinkel und einem entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkel, die auf demselben Echosignal basieren, ermittelt werden,
  und diejenigen Doppler-basierten Zielwinkel, welche zu Anfangstupeln mit denselben Phasen-basierten Zielwinkeln gehören, können zu einem entsprechenden gemittelten Doppler-basierten Zielwinkel gemittelt werden,
  jeder der gemittelten Doppler-basierten Zielwinkel mit dem entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkel kann einem entsprechenden Mittelungstupel zugeordnet werden
  die den Phasen-basierten Zielwinkeln entsprechenden Winkel-Korrekturwerte können aus der Differenz des gemittelten Doppler-basierten Zielwinkels und des Phasen-basierten Zielwinkels der entsprechenden Mittelungstupel ermittelt werden, und die Winkel-Korrekturwerte mit den entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln können in der Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert werden. Auf diese Weise können Schwankungen bei den Dopplermessungen, die beispielsweise durch Rauschen oder andere, beispielsweise statistische Effekte, verursacht werden, kompensiert werden.
• Tupel können Wertepaare sein, die in einem geeigneten Speichermedium gespeichert werden können. Derartige Speichermedien können Teil des Radarsystems und/oder des Fahrzeugs sein. Umsetzungstabellen können Gruppen von Kombinationen von Werten, beispielsweise Gruppen von Tupeln, aufweisen.
• Zur einfacheren Unterscheidung wird ein Tupel, das aus einem Doppler-basierten Einzelzielwinkel und dem entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkel besteht, der aus demselben Echosignal abgeleitet wird, als ein „Anfangstupel“ bezeichnet. Entsprechend wird ein Tupel, das aus einem gemittelten Doppler-basierten Zielwinkel und dem entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkel besteht, als ein „Mittelungstupel“ bezeichnet.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können Radialgeschwindigkeiten der entsprechenden detektierten Ziele aus Doppler-Verschiebungen ermittelt werden und Quotienten aus Radialgeschwindigkeiten und entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeiten ermittelt werden,
  mehrere Anfangstupel jeweils mit Quotienten und entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln können ermittelt werden,
  diejenigen Quotienten, die zu Anfangstupeln mit denselben Phasen-basierten Zielwinkeln gehören, können zu einem entsprechenden Mittelungsquotienten gemittelt werden, entsprechende Doppler-basierte Zielwinkel können aus den Mittelungsquotienten ermittelt werden,
  jeder der Doppler-basierten Zielwinkel mit dem entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkel kann einem Mittelungstupel zugeordnet werden,
  der Winkel-Korrekturwert, der dem Phasen-basierten Zielwinkel entspricht, kann aus der Differenz des Doppler-basierten Zielwinkels und des Phasen-basierten Zielwinkels des entsprechenden Mittelungstupels ermittelt werden, und der Winkel-Korrekturwert mit den entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln kann in der Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert werden. Auf diese Weise können Schwankungen in den Dopplermessungen, die beispielsweise durch Rauschen oder andere, beispielsweise statistische Effekte, verursacht werden, direkter kompensiert werden.
• Vorteilhafterweise kann eine statistische Analyse der Quotienten durchgeführt werden, die dann eine erforderliche Kalibrierungs-Umsetzungstabelle darstellt. So können fehlerhafte Daten, welche Kombinationen von nicht stationären detektierten Zielen und/oder falsche Winkelinformationen enthalten, kompensiert werden. Vorteilhafterweise kann eine statistische Auswertung durchgeführt werden, beispielsweise durch Verwendung von Histogrammen für Ausschnitte des Sichtfelds. Außerdem können, falls das Radarsystem bereits über Tracking verfügt, detektierte Ziele in der Nähe von Tracks einfach vernachlässigt werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann geprüft werden, ob das detektierte wenigstens eine Ziel stationär ist, und, falls das wenigstens eine detektierte Ziel nicht stationär ist, die Echosignale von dem wenigstens einen nicht stationären Ziel nicht für die Ermittlung des wenigstens einen Winkel-Korrekturwertes verwendet werden. Auf diese Weise können nur stationäre Ziele zur Kalibrierung verwendet werden. Mit stationären Zielen kann die Kalibrierung genauer durchgeführt werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können Azimut und/oder Elevationswinkel als wenigstens ein entsprechender Zielwinkel ermittelt werden. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Zielwinkel in Bezug auf Koordinatensysteme angegeben werden, die üblicherweise als Bezugssysteme in Fahrzeugen verwendet werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Fahrzeuggeschwindigkeit mit wenigstens einem Geschwindigkeitsmesssystem, insbesondere einem Geschwindigkeitsmesssystem des Fahrzeugs, ermittelt werden. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Fahrzeuggeschwindigkeit sehr genau ermittelt werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens zwei Zielwinkel, insbesondere Azimut und Elevationswinkel, ermittelt werden, welche die Richtungen von Zielen in Bezug auf unterschiedliche Bezugsbereiche des Bezugssystems charakterisieren. Auf diese Weise können dreidimensionale Richtungen von Zielen gewonnen werden.
• Ferner wird die Aufgabe der Erfindung mit dem Radarsystem dadurch gelöst, dass das Radarsystem Mittel zur Ermittlung von Winkel-Korrekturwerten aus Differenzen von Phasen-basierten Zielwinkeln und Doppler-basierten Zielwinkeln
  und wenigstens eine Korrektur-Umsetzungstabelle zum Speichern von Winkel-Korrekturwerten mit entsprechenden Zielwinkeln, insbesondere mit entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln, umfasst.
• Erfindungsgemäß umfasst das Radarsystem Mittel zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens zur Kalibrierung des Radarsystems. Auf diese Weise kann die Kalibrierung mit dem Radarsystem selbst durchgeführt werden.
• Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Korrektur-Umsetzungstabelle zur Speicherung von Winkelkorrekturen mit entsprechenden Zielwinkeln ausgebildet sein zur Speicherung von Winkel-Korrekturwerten mit entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln. Auf diese Weise kann bei regulären Messungen der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert direkt aus der Umsetzungstabelle entnommen werden, die auf wenigstens einem gemessenen Phasen-basierten Zielwinkeln basiert. Bei regulären Messungen ist die Ermittlung des Doppler-basierten Zielwinkels für die Korrektur des Phasen-basierten Zielwinkels nicht erforderlich.
• Vorteilhafterweise können die Mittel durch Software und/oder Hardware realisiert werden.
• Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Teil der Mittel in einer Steuer- und Auswerteeinrichtung des Radarsystems und/oder einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs realisiert sein.
• Vorteilhafterweise kann das Radarsystem Mittel zu Ermittlung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, das Radarsystem mit einem Geschwindigkeitsmesssystem des Fahrzeugs zu verbinden.
• Zusätzlich oder alternativ kann das Radarsystem mit einem Fahrzeugmesssystem des Fahrzeugs verbunden sein. Auf diese Weise kann die Fahrzeuggeschwindigkeit, die mit dem Fahrzeugmesssystem gemessen wird, zur Kalibrierung des Radarsystems oder zur Verbesserung einer mit Mitteln des Radarsystems gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden.
• Außerdem wird die Aufgabe der Erfindung mit dem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Fahrzeug Mittel zur Ermittlung von Winkel-Korrekturwerten aus Differenzen von Phasen-basierten Zielwinkeln und Doppler-basierten Zielwinkeln
  und wenigstens eine Korrektur-Umsetzungstabelle zum Speichern von Winkel-Korrekturwerten mit entsprechenden Zielwinkeln, insbesondere mit entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln, umfasst.
• Erfindungsgemäß umfasst das Fahrzeug wenigstens ein Radarsystem und Mittel zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens zur Kalibrierung von Radarsystemen. Wenigstens ein Teil der Mittel zur Durchführung des Verfahrens zur Kalibrierung kann als Teil wenigstens eines Radarsystems implementiert sein. Das Radarsystem selbst ist Teil des Fahrzeugs. Dementsprechend ist ein Teil des Radarsystems auch Teil des Fahrzeugs. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Teil der Mittel zur Durchführung des Verfahrens zur Kalibrierung separat von dem Radarsystem, beispielsweise mit einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs, realisiert sein.
• Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug wenigstens ein Fahrerassistenzsystem umfassen. Mit dem Fahrerassistenzsystem können Informationen, welche von dem wenigstens einen Radarsystem gewonnen werden, für den autonomen oder wenigstens teilautonom Betrieb des Fahrzeugs verwendet werden.
• Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Radarsystem mit wenigstens einem Fahrerassistenzsystem verbunden sein. Auf diese Weise können Informationen, die mit dem wenigstens ein Radarsystem aufgenommen werden, an das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem übermittelt werden.
• Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Radarsystem und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug dargestellten Merkmale und Vorteile und deren entsprechende vorteilhafte Ausgestaltungen sinngemäß auch füreinander und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich miteinander kombiniert werden, wodurch sich weitere vorteilhafte Effekte ergeben können, die über die Summe der einzelnen Effekte hinausgehen.
• Figurenliste
• Die vorliegende Erfindung mit den oben genannten und anderen Gegenständen und Vorteilen kann am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen verstanden werden, aber nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, wobei schematisch gezeigt ist
• 1 eine Draufsicht eines Fahrzeugs mit drei Radarsystemen zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor und schräg vor dem Fahrzeug, einem Fahrerassistenzsystem und einem Geschwindigkeitsmesssystem, in einer Fahrsituation mit einem Objekt schräg vor dem Fahrzeug;
• 2 ein Funktionsdiagramm eines der Radarsysteme mit dem Fahrerassistenzsystem und dem Geschwindigkeitsmesssystem des Fahrzeugs aus 1 ;
• 3 ein Diagramm, in dem Tupel mit Quotienten aus Radialgeschwindigkeiten und Fahrzeuggeschwindigkeiten auf der Ordinatenachse und Azimute auf der Abszissenachse dargestellt sind;
• 4 eine Seitenansicht des Fahrzeugs in der Fahrsituation aus 1.
• In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei den Zeichnungen handelt es sich lediglich um schematische Darstellungen, die nicht dazu bestimmt sind, spezifische Parameter der Erfindung darzustellen. Außerdem sollen die Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und sind daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung zu verstehen.
• Ausführungsform(en) der Erfindung
• In der 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenwagens in einer Draufsicht in einer Fahrsituation gezeigt. 4 zeigt das Fahrzeug 10 in einer Seitenansicht.
• Das Fahrzeug 10 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 12, drei Radarsysteme 14 und ein Geschwindigkeitsmesssystem 16. Die Radarsysteme 14 sind funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 12 verbunden, sodass mit den Radarsystemen 14 gewonnene Informationen über einen Überwachungsbereich 18 in Fahrtrichtung vor und schräg vor dem Fahrzeug 10 an das Fahrerassistenzsystem 12 übermittelt werden können. Das Fahrerassistenzsystem 12 kann verwendet werden, um Funktionen des Fahrzeugs 10, zum Beispiel Fahrfunktionen, autonom oder teilautonom durchzuführen.
• Beispielhaft sind die Radarsysteme 14 in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet und in den Überwachungsbereich 18 gerichtet. Eines der Radarsysteme 14 befindet sich im Zentrum der vorderen Stoßstange und fungiert als Front-Radarsystem 14. Die zwei anderen Radarsysteme 14 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der der vorderen Stoßstange und fungieren jeweils als Eck-Radarsysteme 14. Die Radarsysteme 14 können auch an anderen Stellen des Fahrzeugs 10 angeordnet, auch anders ausgerichtet sein. Die Radarsysteme 14 können verwendet werden, um Objekte 20 in dem Überwachungsbereich 18 zu detektieren.
• Die Objekte 20 können stationäre oder bewegte Objekte, beispielsweise Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, zum Beispiel Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, beispielsweise Parkräume, Niederschlag oder dergleichen sein.
• Die Radarsysteme 14 sind bezüglich ihrer Ausgestaltung und ihrer Funktionsweise identisch. Die Radarsysteme 14 und ihre Funktionen werden im Folgenden am Beispiel des Front-Radarsystems 14 beschrieben.
• Um Objekte 20 zu detektieren, werden Radarsignale 22 mit dem Radarsystem 14 in den Überwachungsbereich 18 gesendet. Radarsignale 22, die an Zielen 24 von Objekten 20 in Richtung des Radarsystems 14 reflektiert werden, werden mit dem Radarsystem 14 als Echosignale 26 empfangen. Objektinformationen, wie eine Entfernung R, eine Radialgeschwindigkeit V_r und eine Richtung des detektierten Ziels 24 relativ zu Bezugssystemen 28, nämlich einem Radar-Bezugssystem 28_S und einem Soll-Bezugssystem 28_H des Fahrzeugs 10, können aus den empfangenen Echosignalen 24 ermittelt werden.
• Ein Ziel 24 im Sinne der Erfindung ist ein Bereich oder ein Reflexionspunkt eines Objekts 20, an dem Radarsignale 22 reflektiert werden können. Ein Objekt 20 kann eines oder mehrere solcher Ziele 24 haben. Wenn das Objekt 20 mehrere Ziele 24 hat, können Radarsignale 22 auch unterschiedlich von diesen reflektiert werden, zum Beispiel in unterschiedliche Richtungen. Ziele 24, die mit dem Radarsystem 14 detektiert werden, können zur besseren Unterscheidung als detektierte Ziele 24 bezeichnet werden.
• Das Radar-Bezugssystem 28_S ist ein orthogonales x-y-z-Koordinatensystem, dessen Achsen als x_S, y_S und z_S bezeichnet sind. Das Soll-Bezugssystem 28_H ist ein orthogonales x-y-z-Koordinatensystem, dessen Achsen als x_H, y_H und z_H bezeichnet sind. Jedes der Radarsysteme 14, nämlich das Front-Radarsystem und die zwei Eck-Radarsysteme, haben ihr eigenes Radar-Bezugssystem 28_S und ihr eigenes Soll-Bezugssystem 28_H. Das Radar-Bezugssystem 28s definiert die tatsächliche Montageposition und die tatsächliche Ausrichtung des jeweiligen Radarsystems 14. Das Soll-Bezugssystem 28_H definiert die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montageposition und der Sollausrichtung des jeweiligen Radarsystems 14 bezüglich des Fahrzeugs 10. Die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montage des Radarsystems 14 wird nach ErstMontage des Radarsystems 14 an dem Fahrzeug 10, zum Beispiel am Ende der Produktionslinie, ermittelt.
• Wenn das Radarsystem 14 ideal ausgerichtet ist, fällt sein Radar-Bezugssystem 28s mit seinem Soll-Bezugssystem 28_H zusammen. In Wirklichkeit kann das Radar-Bezugssystem 28_S von dem Soll-Bezugssystem 28_H abweichen, wie für das Front-Radarsystem 14 in 1 und 4 beispielhaft gezeigt ist. Diese Abweichung kann unterschiedliche Ursachen haben. Solche Abweichungen können von Montagetoleranzen, Verschiebungen des Radarsystems 10 beispielsweise durch Stöße, Positionsänderungen der Antennen Tx und/oder Rx, Auswirkungen von Temperaturschwankungen oder andere Faktoren herrühren.
• Beispielsweise erstreckt sich die x_H-Achse des Soll-Bezugssystems 28_H des Front-Radarsystems 14 in Richtung der Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs 10, die y_H-Achse des Soll-Bezugssystems 28_H erstreckt sich parallel zu der Querachse des Fahrzeugs 10 und die z_H-Achse des Soll-Bezugssystems 28_H erstreckt sich parallel zu der Fahrzeug-Vertikalachse des Fahrzeugs 10. Die nicht gezeigten Achsen der jeweiligen Soll-Bezugssysteme 28_H der zwei Eck-Radarsysteme 18 erstrecken sich jeweils unter einem Winkel zu den Fahrzeugachsen des Fahrzeugs 10.
• Während des Betriebs des Fahrzeugs 10, verwendet das Fahrerassistenzsystem 12 Objektinformationen, wie Entfernungen R, Radialgeschwindigkeiten V_r und Richtungen relativ zu dem Soll-Bezugssystem 28_H. Um die Objektinformationen der detektierten Ziele 24 relativ zum Radar-Bezugssystem 28_S genau bestimmen zu können, wird das Radarsystem 14 einer Anfangskalibrierung unterzogen. Diese kann ausgeführt werden beispielsweise nachdem das Radarsystem 14 hergestellt oder nachdem das Radarsystem 14 erstmalig an dem Fahrzeug 10 montiert wird. Um etwaige Unstimmigkeiten zwischen dem Radar-Bezugssystem 28s und dem Soll-Bezugssystem 28_H zu korrigieren, werden später Selbstkalibrierungen durchgeführt, wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird.
• Wie in dem Funktionsdiagramm in 2 gezeigt, hat das Radarsystem 14 beispielsweise zwei Empfangsantennen Rx und eine Sendeantenne Tx. Die Empfangsantennen Rx und die Sendeantenne Tx sind jeweils funktional mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 des Radarsystems 14 verbunden.
• Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 kann die Sendeantenne Tx zum Senden von Radarsignalen 22 gesteuert werden. Mit den Empfangsantennen Rx können Echosignale 26 empfangen und in elektrische Signale umgewandelt werden. Die elektrischen Signale können an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 übermittelt und mit dieser verarbeitet werden. Beispielsweise können Objektinformationen über die detektierten Objekte 20 aus den elektrischen Signalen ermittelt werden.
• Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 ist mit dem Fahrerassistenzsystem 12 verbunden. Über die Verbindung können mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 ermittelte Informationen, beispielsweise die Objektinformationen über detektierte Objekte 20, an das Fahrerassistenzsystem 12 übermittelt werden. Die übermittelten Informationen können mit dem Fahrerassistenzsystem zum autonomen oder teilautonomen Betrieb des Fahrzeugs 10 verwendet werden.
• Mit dem Geschwindigkeitsmesssystem 16 kann eine Fahrzeuggeschwindigkeit V_H des Fahrzeugs 10 ermittelt werden. Das Geschwindigkeitsmesssystem 16 ist beispielsweise mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 verbunden. Die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit V_H kann so direkt an das Radarsystem 14 übermittelt werden. Das Geschwindigkeitsmesssystem 16 kann auch indirekt mit dem Radarsystem 14 und/oder dem Fahrerassistenzsystem 12, beispielsweise über ein Steuergerät des Fahrzeugs 10, verbunden sein.
• Die Richtung eines detektierten Ziels 24 relativ zu dem Radarsystem 14 wird durch den Azimut Φ und den Elevationswinkel Θ charakterisiert. Der Azimut Φ ist der Winkel zwischen der x-z-Ebene des jeweiligen Bezugssystems 28 und der orthogonalen Projektion der Sichtlinie zwischen dem Ziel 24 und dem Koordinatenursprung des Bezugssystems 28 auf die x-y-Ebene. Der Elevationswinkel Θ ist der Winkel zwischen der x-y-Ebene und der Sichtlinie zwischen dem Ziel 24 und dem Koordinatenursprung. Zur besseren Unterscheidung werden der Azimut Φ und der Elevationswinkel Θ jeweils mit dem Index „H“ bezeichnet, wenn sie sich auf das Soll-Bezugssystem 28_H beziehen. Beziehen sich der Azimut Φ oder der Elevationswinkel Θ auf das Radar-Bezugssystem 28_S, werden sie entsprechend mit dem Index „S“ versehen.
• Die Selbstkalibrierung des Radarsystems 14 zum korrigieren etwaiger Abweichungen zwischen dem Radar-Bezugssystem 28s und dem Soll-Bezugssystem 28_H wird während einer Bewegung des Fahrzeugs 10 durchgeführt. Die Selbstkalibrierung wird parallel zu der regulären Radarmessung ausgeführt. Dies bedeutet für die Selbstkalibrierung, dass dieselben Radarsignale 22 und Echosignale 26 wie für die reguläre Radarmessung verwendet werden. Während der regulären Radarmessung werden Objektinformationen von Objekten 20 in dem Überwachungsbereich 18 gewonnen, die dann für das Fahrerassistenzsystem 12 verwendet werden können. Die Selbstkalibrierung kann mit Unterbrechungen durchgeführt werden, beispielsweise periodisch oder wenn ein Objekt 20 detektiert wird,.
• Ferner wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V_H kontinuierlich mit dem Geschwindigkeitsmesssystem 16 gemessen.
• Für die Selbstkalibrierung werden mehrere Radarmessungen durchgeführt. Während jeder Radarmessung wird mit der Sendeantenne Tx ein Radarsignal 22 in den Überwachungsbereich 18 gesendet. Das Radarsignal 22 wird an Zielen 24 von Objekten 20 reflektiert. 1 und 4 zeigen ein Beispiel eines Ziels 24 eines Objekts 20.
• Das Echosignal 26, das an dem Ziel 24 zu dem Radarsystem 14 reflektiert wird, wird mit den Empfangsantennen Rx empfangen und in entsprechende elektrische Signale umgewandelt. Die elektrischen Signale werden an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 übermittelt.
• Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 werden die Entfernung R, die Radialgeschwindigkeit V_r, der Azimut Φ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28_S und der Elevationswinkel Θ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28s des Ziels 24 direkt aus dem Echosignal 28 ermittelt.
• Die Entfernung R wird beispielsweise mittels Time-of-Flight Messung oder einem anderen hier nicht weiter interessierenden Verfahren ermittelt.
• Die Radialgeschwindigkeit V_r wird aus Doppler-Verschiebungen des empfangenen Echosignals 26 beispielsweise mittels Berechnung ermittelt. Alternativ kann die Radialgeschwindigkeit V_r aus Doppler-Verschiebungen mittels einer vorgegebenen Umsetzungstabelle ermittelt werden.
• Der Azimut Φ_S und der Elevationswinkel Θ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28s werden jeweils durch Messung der Phasendifferenz des empfangenen Echosignals 26 zwischen unterschiedlichen Empfangsantenne Rx ermittelt. Aus diesem Grund sind der Azimut Φ_S und der Elevationswinkel Θ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28_S Phasen-basierte Zielwinkel. Dabei werden der Azimut Φ_S und der Elevationswinkel es des detektierten Ziels 24 beispielsweise aus den Phasendifferenzen mittels einer geeigneten Umsetzungstabelle ermittelt. Alternativ können der Azimut Φ_S und der Elevationswinkel es aus den Phasendifferenzen berechnet werden.
• Nach der ersten Radarmessung wird geprüft, ob das detektierte Ziel 24 stationär ist. Wenn das detektierte Ziel 24 nicht stationär ist, werden die Echosignale 26 von dem nicht stationären Ziel 24 nicht für die Selbstkalibrierung verwendet. Die Prüfung auf stationäre Ziele kann auch in einem anderen Stadium des Selbstkalibrierungsprozesses durchgeführt werden.
• Wenn das detektierte Ziel 24 als stationär betrachtet wird, wird die Selbstkalibrierung für den Azimut Φ_S und dann für den Elevationswinkel es durchgeführt. Alternativ kann die Selbstkalibrierung zuerst für den Elevationswinkel es und dann für den Azimut Φ_S durchgeführt werden. Als Beispiel wird im Folgenden die Selbstkalibrierung für den Azimut Φ_S beschrieben. Die Selbstkalibrierung des Elevationswinkels es kann analog durchgeführt werden.
• Für den Fall, dass der Elevationswinkel Θ_H Null ist, besteht die folgende trigonometrische Beziehung zwischen der Radialgeschwindigkeit V_r, der Fahrzeuggeschwindigkeit V_H und dem Azimut Φ_H bezogen auf das Soll-Bezugssystem 28_H: $${\mathrm{\Phi }}_{\text{H}}={\text{cos}}^{-1}\left({\text{V}}_{\text{r}}/{\text{V}}_{\text{H}}\right)$$

  
• Für jede Radarmessung werden Quotienten (V_r/V_H) aus Radialgeschwindigkeiten V_r und entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeiten V_H für jedes detektierte Ziel 24 ermittelt. Da, wie bereits erwähnt, die Radialgeschwindigkeit V_r aus Doppler-Verschiebungen des empfangenen Echosignals 26 ermittelt wird, sind der Azimut Φ_H und der Elevationswinkel Θ_H in Bezug auf das Soll-Bezugssystem 28_H Doppler-basierte Zielwinkel.
• Um Schwankungen in den Dopplermessungen für die Radialgeschwindigkeit V_r zu kompensieren, die beispielsweise durch Rauschen oder andere, beispielsweise statistische Effekte verursacht werden, werden die Quotienten (V_r/V_H) aus Radialgeschwindigkeiten V_r und entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeiten V_H über den entsprechenden Azimut Φ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28_S gemittelt.
• Hierzu wird für jedes detektierte Ziel 24 und jede Radarmessung ein Anfangstupel 32 mit dem Quotienten aus Radialgeschwindigkeit V_r und Fahrzeuggeschwindigkeit V_H zusammen mit den entsprechenden Azimut Φ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28_S ermittelt. So werden mit mehreren Radarmessungen mit mehreren Zielen 24 mehrere Anfangstupel 32 jeweils mit Quotienten (V_r/V_H) und entsprechenden Azimuten Φ_S ermittelt. Die Anfangstupel 32 können temporär beispielsweise als Zahlenpaare in einem Speichermedium beispielsweise der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 gespeichert werden.
• In dem Diagramm in 3 sind die Anfangstupel 32 jeweils als Punkte dargestellt.
• Die einzelnen Quotienten (V_r/V_H), die zu Anfangstupeln 32 gehören, werden zu einem entsprechenden Mittelungsquotienten (V_r/V_H)_av gemittelt. In der 3 liegen die Mittelungsquotienten (V_r/V_H)_av auf einer Mittelungslinie 34.
• Mit den Mittelungsquotienten (V_r/V_H)_av wird ein Azimut Φ_H in Bezug auf das Soll-Bezugssystem 28_H jeweils für den entsprechenden Azimut es in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28_S mit der Gleichung (1) berechnet. Alternativ können die Azimute Φ_H aus den Mittelungsquotienten (V_r/V_H)_av mittels einer vorgegebenen Umsetzungstabelle ermittelt werden. Der Ausdruck „Doppler-basiert“ dient lediglich zur besseren Unterscheidung von anderen erwähnten Umsetzungstabellen.
• Jeder der auf diese Weise berechneten Azimute Φ_H mit den entsprechenden Azimuten Φ_S wird einem Mittelungstupel 36 zugewiesen. Die Mittelungstupel 36 liegen in 3 auf einer durchgezogenen Linie 34, wo vier der Mittelungstupel 36 beispielhaft als Kreuze dargestellt sind, während die Doppler-basierte Referenz durch die gestrichelte Linie 38 dargestellt ist. Die Mittelungstupel 36 können beispielsweise als Zahlenpaare temporär in einem Speichermedium beispielsweise der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 gespeichert werden.
• Ein den Azimuten Φ_S entsprechender Winkel-Korrekturwert ΔΦ wird aus der Differenz des Azimut Φ_H und des Azimut Φ_S jedes Mittelungstupels 36 ermittelt. Der Winkel-Korrekturwert ΔΦ stellt die Korrektur zwischen den Doppler-basierten Winkeln, nämlich dem Azimut Φ_H, und den Phasen-basierten Winkeln, nämlich dem Azimut Φ_S, dar.
• Die Winkel-Korrekturwerte ΔΦ mit den entsprechenden Azimuten Φ_S werden in einer Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert. Der Ausdruck „Korrektur“ vor „Umsetzungstabelle“ dient lediglich zur besseren Unterscheidung von anderen erwähnten Umsetzungstabellen. Die Korrektur-Umsetzungstabelle kann beispielsweise als eine Gruppe von Zahlenpaaren in einem Speichermedium beispielsweise der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 gespeichert werden.
• Alternativ können, statt die Quotienten (V_r/V_H) zu mitteln, zuerst die Azimute Φ_H in Bezug auf das Soll-Bezugssystem 28_H jeweils für den entsprechenden Azimut Φ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28s aus der Gleichung (1) berechnet werden. Dann können die Azimute Φ_H, die demselben Azimut Φ_S entsprechen, gemittelt werden.
• Für nachfolgende reguläre Radarmessungen mit dem Radarsystem 14 werden die Azimute Φ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28_S mit entsprechenden Winkel-Korrekturwerten ΔΦ aus der Korrektur-Umsetzungstabelle korrigiert und als korrigierte Azimute Φ_corr bereitgestellt. Auf diese Weise werden korrigierte Azimute Φ_corr auf Basis der Phasenverschiebungsmessungen ermittelt.
• Zusätzlich können für die vergangenen Radarmessungen Azimute Φ_S mit entsprechenden Winkel-Korrekturwerten ΔΦ neu korrigiert werden.
• Wie bereits erwähnt, wird die Selbstkalibrierung des Elevationswinkels Θ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28_S analog zu der Selbstkalibrierung des Azimut Φ_S in Bezug auf das Radar-Bezugssystem 28_S durchgeführt. Zur Korrektur des Elevationswinkels es wird eine entsprechende Korrektur-Umsetzungstabelle mit entsprechenden Winkel-Korrekturwerten ΔΘ ermittelt. Die Elevationswinkel es werden mit den entsprechenden Winkel-Korrekturwerten ΔΘ aus der Korrektur-Umsetzungstabelle korrigiert und als korrigierte Elevationswinkel Θ_corr bereitgestellt.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 20200132812 A1 [0004]

Claims (16)

1. Verfahren zur Kalibrierung eines Radarsystems (14) eines Fahrzeugs (10) zur Überwachung einer Umgebung des Fahrzeugs (10), wobei während einer Bewegung des Fahrzeugs (10) mit dem Radarsystem (14) wenigstens ein Radarsignal (22) in einen Überwachungsbereich (18) gesendet wird, mit dem Radarsystem (14) wenigstens ein Echosignal (26) von wenigstens einem Radarsignal (22) empfangen wird, welches an wenigstens einem Ziel (24) reflektiert wird, wenigstens ein Phasen-basierter Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) aus wenigstens einer Phasendifferenz des wenigstens einen empfangenen Echosignals (26) ermittelt wird, welches mit unterschiedlichen Antennen (Rx) des Radarsystems (14) empfangen wird, wobei der Phasen-basierte Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) die Richtung des wenigstens einen detektierten Ziels (24) in Bezug auf ein Radar-Bezugssystem (28_S) des Radarsystems (14) charakterisiert, wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung des wenigstens einen empfangenen Echosignals (26) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V_H) des Fahrzeugs (10) ermittelt wird, wobei der Doppler-basierte Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) die Richtung des wenigstens einen detektierten Ziels (24) in Bezug auf ein Soll-Bezugssystem (28_H) charakterisiert, welches die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montage des Radarsystems (14) am Fahrzeug (10) definiert, wenigstens ein Winkel-Korrekturwert (ΔΦ, ΔΘ) durch Vergleichen des wenigstens einen Phasen-basierten Zielwinkels (Φ_S, Θ_S) und des wenigstens einen Doppler-basierten Zielwinkels (Φ_H, Θ_H) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert (ΔΦ, ΔΘ) aus einer Differenz von wenigstens einem Phasen-basierten Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) und wenigstens einem Doppler-basierten Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) ermittelt wird und der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert (ΔΦ, ΔΘ) zusammen mit wenigstens einem der entsprechenden Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) in einer Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert wird, zu dem Zweck, Phasen-basierte Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) wenigstens bei nachfolgenden Messungen mit dem Radarsystem (14) zu korrigierten Zielwinkeln (Φ_corr, Θ_corr) zu korrigieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) und der wenigstens eine Winkel-Korrekturwert (ΔΦ, ΔΘ) mit dem entsprechenden wenigstens einen Phasen-basierten Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) in der Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert wird, zu dem Zweck Phasen-basierte Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) zu korrigieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Phasen-basierte Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) und entsprechende Doppler-basierte Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) ermittelt werden und entsprechende Winkel-Korrekturwerte (ΔΦ, ΔΘ) aus den Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) und den entsprechenden Doppler-basierten Zielwinkeln (Φ_H, Θ_H) ermittelt werden.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Radialgeschwindigkeit (v_r) wenigstens eines detektierten Ziels (24) aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung wenigstens eines empfangenen Echosignals (26) ermittelt wird und wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) des wenigstens einen detektierten Ziels (24) aus der wenigstens einen Radialgeschwindigkeit (v_r) des wenigstens einen detektierten Ziels (24) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (V_H) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) wenigstens eines detektierten Ziels (24) aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung wenigstens eines Echosignals (26) mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle und/oder mittels wenigstens einer Berechnung ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Radialgeschwindigkeit (v_r) wenigstens eines detektierten Ziels (24) aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung wenigstens eines Echosignals (26) mittels wenigstens einer Berechnung und/oder mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle ermittelt wird und wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) wenigstens eines detektierten Ziels (24) aus wenigstens einer Radialgeschwindigkeit (v_r) wenigstens eines detektierten Ziels (24) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V_H) mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle und/oder mittels wenigstens einer Berechnung ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Radialgeschwindigkeit (v_r) wenigstens eines detektierten Ziels (24) aus wenigstens einer Doppler-Verschiebung wenigstens eines empfangenen Echosignals (26) ermittelt wird und wenigstens ein Doppler-basierter Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) wenigstens eines detektierten Ziels (24) aus einem Quotienten der wenigstens einen Radialgeschwindigkeit (v_r) des wenigstens einen detektierten Ziels (24) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (V_H) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Phasen-basierter Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) wenigstens eines detektierten Ziels (24) aus wenigstens einer Phasendifferenz des wenigstens einen Echosignals (26) mittels wenigstens einer Umsetzungstabelle und/oder wenigstens einer Berechnung ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anfangstupel (32) jeweils mit einem Doppler-basierten Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) und einem entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkel (Φ_H, Θ_H), die auf demselben Echosignal (26) basieren, ermittelt werden, und diejenigen Doppler-basierten Zielwinkel (Φ_H, Θ_H), welche zu Anfangstupeln (32) mit denselben Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) gehören, zu einem entsprechenden gemittelten Doppler-basierten Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) gemittelt werden, jeder der gemittelten Doppler-basierten Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) mit dem entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) einem entsprechenden Mittelungstupel (36) zugeordnet wird die den Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) entsprechenden Winkel-Korrekturwerte (ΔΦ, ΔΘ) aus der Differenz des gemittelten Doppler-basierten Zielwinkels und des Phasen-basierten Zielwinkels (Φ_S, Θ_S) der entsprechenden Mittelungstupel ermittelt werden, und die Winkel-Korrekturwerte (ΔΦ, ΔΘ) mit den entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) in der Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert werden.
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Radialgeschwindigkeiten der entsprechenden detektierten Ziele (24) aus Doppler-Verschiebungen ermittelt werden und Quotienten aus Radialgeschwindigkeiten (v_r) und entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeiten (V_H) ermittelt werden, mehrere Anfangstupel (32) jeweils mit Quotienten und entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) ermittelt werden, diejenigen Quotienten, die zu Anfangstupeln (32) mit denselben Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) gehören, zu einem entsprechenden Mittelungsquotienten (v_r/v_H)_AV gemittelt werden, entsprechende Doppler-basierte Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) aus den Mittelungsquotienten (v_r/v_H)_AV ermittelt werden, jeder der Doppler-basierten Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) mit dem entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) einem Mittelungstupel (36) zugeordnet wird, der Winkel-Korrekturwert (ΔΦ, ΔΘ), der den Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) entspricht, aus der Differenz des Doppler-basierten Zielwinkels (Φ_H, Θ_H) und des Phasen-basierten Zielwinkels (Φ_S, Θ_S) des entsprechenden Mittelungstupels (36) ermittelt wird, und der Winkel-Korrekturwert (ΔΦ, ΔΘ) mit den entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) in der Korrektur-Umsetzungstabelle gespeichert wird.
11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob das detektierte wenigstens eine Ziel (24) stationär ist, und, falls das wenigstens eine detektierte Ziel (24) nicht stationär ist, die Echosignale (26) von dem wenigstens einen nicht stationären Ziel (24) nicht für die Ermittlung des wenigstens einen Winkel-Korrekturwertes (ΔΦ, ΔΘ) verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Azimut (Φ) und/oder Elevationswinkel (Θ) als wenigstens ein entsprechender Zielwinkel ermittelt wird.
13. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V_H) mit wenigstens einem Geschwindigkeitsmesssystem (16), insbesondere einem Geschwindigkeitsmesssystem des Fahrzeugs (10), ermittelt wird.
14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Zielwinkel, insbesondere Azimut (Φ) und Elevationswinkel (Θ), ermittelt werden, welche die Richtungen von Zielen (24) in Bezug auf unterschiedliche Bezugsbereiche des Bezugssystems (28) charakterisieren.
15. Radarsystem (14) eines Fahrzeugs (10) zur Überwachung einer Umgebung des Fahrzeugs (10), umfassend wenigstens eine Antenne (Tx) zum Senden von Radarsignalen (22) in einen Überwachungsbereich (18), wenigstens zwei Antennen (Rx) zum Empfang von Echosignalen (26) von Radarsignalen (22), die an wenigstens einem Ziel (24) reflektiert werden, Mittel zur Ermittlung Phasen-basierter Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) aus Phasendifferenzen von empfangenen Echosignalen (26), die mit unterschiedlichen Antennen (Rx) empfangen werden können, wobei die Phasen-basierten Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) Richtungen von detektierten Zielen (24) in Bezug auf ein Radar-Bezugssystem (28s) des Radarsystems (14) charakterisieren, Mittel zu Ermittlung von Doppler-basierten Zielwinkeln (Φ_H, Θ_H) aus Doppler-Verschiebungen von empfangenen Echosignalen (26) und Fahrzeuggeschwindigkeiten (V_H) des Fahrzeugs (10), wobei Doppler-basierte Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) Richtungen von detektierten Zielen (24) in Bezug auf ein Soll-Bezugssystem (28H) charakterisieren, das die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montage des Radarsystems (14) an dem Fahrzeug (10) charakterisiert, Mittel zur Ermittlung von Winkel-Korrekturwerten (ΔΦ, ΔΘ) durch Vergleichen Phasen-basierter Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) und Doppler-basierter Zielwinkel (Φ_H, Θ_H), dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem (14) Mittel zur Ermittlung von Winkel-Korrekturwerten (ΔΦ, ΔΘ) aus Differenzen von Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) und Doppler-basierten Zielwinkeln (Φ_H, Θ_H) und wenigstens eine Korrektur-Umsetzungstabelle zum Speichern von Winkel-Korrekturwerten (ΔΦ, ΔΘ) mit entsprechenden Zielwinkeln, insbesondere mit entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S), umfasst.
16. Fahrzeug (10) mit wenigstens einem Radarsystem (14) zur Überwachung einer Umgebung des Fahrzeugs (10), wobei das wenigstens eine Radarsystem (14) umfasst wenigstens eine Antenne (Tx) zum Senden von Radarsignalen (22) in einen Überwachungsbereich (18), wenigstens zwei Antennen (Rx) zum Empfang von Echosignalen (26) von Radarsignalen (22), die an wenigstens einem Ziel (24) reflektiert werden, und wobei das Fahrzeug (10) umfasst Mittel zur Ermittlung Phasen-basierter Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) aus Phasendifferenzen von empfangenen Echosignalen (26), die mit unterschiedlichen Antennen (Rx) empfangen werden können, wobei die Phasen-basierten Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) Richtungen von detektierten Zielen (24) in Bezug auf ein Radar-Bezugssystem (28s) des Radarsystems (14) charakterisieren, Mittel zu Ermittlung von Doppler-basierten Zielwinkeln (Φ_H, Θ_H) aus Doppler-Verschiebungen von empfangenen Echosignalen (26) und Fahrzeuggeschwindigkeiten (V_H) des Fahrzeugs (10), wobei Doppler-basierte Zielwinkel (Φ_H, Θ_H) Richtungen von detektierten Zielen (24) in Bezug auf ein Soll-Bezugssystem (28_H) charakterisieren, das die Kalibrierungssituation mit der Soll-Montage des Radarsystems (14) an dem Fahrzeug (10) charakterisiert, Mittel zur Ermittlung von Winkel-Korrekturwerten (ΔΦ, ΔΘ) durch Vergleichen Phasen-basierter Zielwinkel (Φ_S, Θ_S) und Doppler-basierter Zielwinkel (Φ_H, Θ_H), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) Mittel zur Ermittlung von Winkel-Korrekturwerten (ΔΦ, ΔΘ) aus Differenzen von Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S) und Doppler-basierten Zielwinkeln (Φ_H, Θ_H) und wenigstens eine Korrektur-Umsetzungstabelle zum Speichern von Winkel-Korrekturwerten (ΔΦ, ΔΘ) mit entsprechenden Zielwinkeln, insbesondere mit entsprechenden Phasen-basierten Zielwinkeln (Φ_S, Θ_S), umfasst.

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