DE102022130151A1 - Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors - Google Patents

Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors Download PDF

Info

Publication number
DE102022130151A1
DE102022130151A1 DE102022130151.6A DE102022130151A DE102022130151A1 DE 102022130151 A1 DE102022130151 A1 DE 102022130151A1 DE 102022130151 A DE102022130151 A DE 102022130151A DE 102022130151 A1 DE102022130151 A1 DE 102022130151A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
radar
sensor
occlusion
targets
mimo radar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022130151.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Zechner
Jeremy Dreger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFM Electronic GmbH
Original Assignee
IFM Electronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFM Electronic GmbH filed Critical IFM Electronic GmbH
Publication of DE102022130151A1 publication Critical patent/DE102022130151A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G01S13/44Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
    • G01S13/4454Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing phase comparisons monopulse, i.e. comparing the echo signals received by an interferometric antenna arrangement
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/583Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/584Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G01S7/4039Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system of sensor or antenna obstruction, e.g. dirt- or ice-coating
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/32Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G01S13/343Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using sawtooth modulation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/027Constructional details of housings, e.g. form, type, material or ruggedness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35Details of non-pulse systems
    • G01S7/352Receivers
    • G01S7/356Receivers involving particularities of FFT processing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G01S7/4026Antenna boresight

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors, basiert darauf, dass mehrere Sendeantennen und mehreren Empfangsantennen vorhanden sind. Für verschiedene Ziele in einer Zielliste, wird die Signalantwort in den einzelnen virtuellen Kanälen überprüft. Weicht mindestens eine Signalantwort von den übrigen ab, liegt eine Fehlfunktion vor. Wird dieser Fehler für alle Ziele bestimmt, wird eine Verdeckung signalisiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors.
  • Die Funktionstüchtigkeit eines Radarsensors kann durch verschiedene äußere Einflüsse beeinträchtigt werden. Solche äußeren Einflüsse sind Verdeckungen verursacht z. B. durch Folien, Laub, unsachgemäßes Anbringen von Aufklebern, Unfall mit Sensorverstellung, Ausbrechen von Montageteilen, umgefallene Hindernisse, Ansammlung einer Schmutzschicht z. B. während eines Produktionsprozesses, Wasserfilm, Vereisung der Sensoroberfläche.
  • Insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen mit harten Sicherheitsanforderungen ist eine verlässliche Erkennung dieser Ausfälle von sehr großer Bedeutung. Beispielsweise darf es nicht dazu kommen, dass ein Sicherheitssystem eine Gefahr in einer Umgebung nicht wahrnimmt, weil es durch eine Verdeckung diese Gefahr nicht erkennen konnte.
  • Aus der EP2401630B1 ist ein „Verfahren zur Erkennung von Vereisung bei einem winkelauflösenden Radarsensor in einem Fahrerassistenzsystem für Kraftfahrzeuge“ bekannt, bei dem Signale von mehreren Antennenelementen, die jeweils eine spezifische Winkelcharakteristik aufweisen, mit den entsprechenden Winkelcharakteristiken verglichen werden und der Azimutwinkel eines georteten Objekts anhand einer Winkelfitgüte bestimmt wird, die angibt, wie gut die Signale der Antennenelemente für einen gegebenen Azimutwinkel mit den Winkelcharakteristiken übereinstimmen, wobei ein Indikator für Vereisung gebildet wird. Das verwendete Qualitätskriterium ist in manchen Fällen nicht ausreichend.
  • Übliche weitere Verfahren zur Erkennung einer Sensorverdeckung nutzen eine bestimmte Erwartung an das Verhalten in ihrer eingesetzten Umgebung aus. Ist beispielsweise bei einem Einsatz an Fahrzeugen die Sensorausrichtung und die eigene Bewegung bekannt, so können nach einer Bewegung entlang einer bestimmten Strecke die gemessenen Daten mit der erwarteten Veränderung der Umgebung verglichen werden. Bei einer festen Sensorinstallation und einer wenig veränderlichen Umgebung kann über längere Zeitabschnitte eine Umgebungserwartung gelernt werden und eine Abweichung zu dieser Erwartung überprüft werden.
  • Andere Verfahren nutzen die Redundanz mehrere Sensoren und vergleichen deren Daten jeweils gegenseitig untereinander. Ein Fusionssystem aus Radar und Kamera kann beispielsweise ein Fehlverhalten erkennen, wenn die Radar- und Kamera Objektlisten stark voneinander abweichen.
  • Weitere Verfahren messen aktiv störende Einflüsse auf den Sensor. Beispielsweise kann durch eine Messung der elektrischen Eigenschaften der Gehäuseoberfläche eine Vereisung oder Verschmutzung des Sensors erkannt werden.
  • Die bekannten Verfahren haben alle Einschränkungen oder zusätzliche Anforderungen an das Messsystem, die nicht immer erfüllt werden können. Die häufigsten Probleme sind:
    • Sie arbeiteten zu langsam oder brauchen initial eine lange Anlaufzeit zum Lernen der Szene währenddessen eine Störung noch nicht erkannt werden kann.
    • Sie sind unzuverlässig insbesondere in neuen Situationen die noch nicht erlernt oder berücksichtigt werden konnten.
    • Sie funktionieren nur bei bestimmten Anwendungen und Abläufen und lässt sich nicht auf beliebige Anwendungen erweitern.
    • Sie können nicht kontinuierlich Störungen erkennen, weil sie von sporadisch auftretenden Ereignissen abhängen.
    • Sie benötigten zusätzliche Vorrichtungen die allerdings wegen Kosten, rechtlichen oder technischen Gründen nicht erfüllt werden können.
    • Sie können keine teilweise Verdeckung der Sensorfläche erkennen.
    • Sie können keine kontaktlose Verdeckung im Nahbereich des Sensors erkennen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors, das insbesondere die oben genannten Nachteile nicht aufweist, das einfach realisierbar ist und das kostengünstig umsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert einen Radarsensors, mit mehreren Sendeantennen und mehreren Empfangsantennen, wobei für verschiedene Ziele in einer Zielliste, die Signalantwort in den einzelnen virtuellen Kanälen überprüft wird. Weicht mindestens eine Signalantwort von den übrigen ab liegt eine Fehlfunktion vor. Wird dieser Fehler für alle Ziele bestimmt, wird eine Verdeckung signalisiert.
  • Wie bereits erwähnt kann die Funktionstüchtigkeit des MIMO-Radars durch Verschmutzung des Radardeckels beeinträchtigt oder durch eine Verdeckung (z. B. Alu-Folie) unmittelbar vor dem Radardeckel innerhalb der Blockdistanz des MIMO-Radar-Sensor als Fehlfunktionen beeinträchtigt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen schematisch:
    • 1 Sendemodul und Empfangsmodul eines MIMO-Radars mit anschließender Signalverarbeitung
    • 2 verschiedene Verfahrensschritte der Signalauswertung
    • 3 schematische Darstellung einer Umgebung eines MIMO Radars mit einem Ziel ohne Verdeckung
    • 4 schematische Darstellung einer Umgebung eines MIMO Radars mit einem Ziel mit einem verdeckenden Objekt
    • 5 schematische Darstellung eines Radarsensors
    • 6 Radarkeule eines 3D-Radars (FMCW MIMO)
    • 7 Explosionsdarstellung eines MIMO Radar-Sensors
    • 8 Punktewolke
  • 1 beschreibt einen solchen Radar mit FMCW Modulation wie er typischerweise im Industrie- und Automotive-Umfeld eingesetzt wird. Gezeigt wird beispielhaft eine Konfiguration aus 3 Sende- und 4 Empfangsantennen. Die verstärkten Empfangssignale werden dann mit dem Sendesignal gemischt und zu einem digitalen Basisbandsignal gewandelt. Die Signalverarbeitung erzeugt aus dem Radarsignal eine Radar Zielliste (auch Punktewolke genannt). In einem Nachverarbeitungsschritt der Signalverarbeitung wird dann die Erkennung der Sensor Verdeckung und Verschmutzung durchgeführt.
  • Dabei ist das vorgestellte Verfahren komplett unabhängig von der Art der Radaranwendung, Beschaffenheit der Umgebung und benötigt keine zusätzlichen Sensoren. Es eignet sich daher für alle Anwendungen, insbesondere der Überwachung von Maschinen und Fußgängern im industriellen Umfeld und der Erkennung von Fahrzeugen und Hindernissen im Automobilbereich mit bewegtem Sensor.
  • Der Status der Verdeckung kann unverzüglich und bereits nach dem ersten Radar Messzyklus ausgegeben werden. Es muss dabei keine Analyse über mehrere Messschritte durchgeführt werden (wie z.B. das Erzeugen von Vergleichsdaten über lange Zeitabschnitte) oder bestimmte Ereignisse die unregelmäßig auftreten (wie z.B. bewegte Objekte in der Szene, Fahrzeug fährt an) abgewartet werden.
  • Der Sensor kann sowohl fest verbaut sein als sich auch beliebig durch den Raum bewegen. Insbesondere werden keine Annahmen oder Eingaben über die Art der Sensorbewegung benötigt.
  • Verarbeitungsschritte
  • Die Verarbeitungsschritte der Verdeckungserkennung sind in 2 dargestellt.
  • Mit dem Einlesen des Radarsignals wird das Basisbandsignal dem Softwaremodul zugeführt.
  • Die Berechnung der „Range Doppler Map“ besteht bei einem FMCW Radar typischerweise aus einer 2D-FFT der abgetasteten Werte von mehreren Frequenzrampen in Range- und Doppler Dimension.
  • Die Kanalkorrektur wird mit einem Kalibriervektor durchgeführt der typischerweise nach der Produktion mit einem starken Ziel unter dem Winkel 0° ermittelt und gespeichert wird. Die Korrektur stellt sicher, dass ein einzelnes punktförmiges Ziel in allen virtuellen Kanälen (Rx/Tx Kombinationen) ein Signal gleicher Amplitude und mit einer Phasenlage entsprechend der Antennenanordnung und der Empfangsrichtung des Signals abgebildet wird.
  • Das Erstellen der Radar Zielliste beinhaltet typischerweise eine Analyse von Signalzu Rauschverhältnis, lokalen Maxima und weiteren Ausschlusskriterien (z.B. Nebenkeulenabstand).
  • Alle bisherigen Verarbeitungsschritte inklusive des Erstellens der Radar Zielliste werden üblicherweise bei FMCW und MIMO-Radaren durchgeführt und können für die Verdeckungserkennung genutzt werden, ohne nochmals berechnet zu werden.
  • Der nächste Schritt ist nur notwendig bei Radaren, die so parametriert sind, um viele Ziele mit besonders niedriger Energie aber erhöhter Falschwahrscheinlichkeit auszugeben. Hierzu wird die Radar Zielliste zunächst gefiltert damit nur die verlässlichen Ziele oberhalb einer minimalen Leistung weiter untersucht werden. Ansonsten kann die gesamte Zielliste genutzt werden.
  • Enthält die Zielliste keine Elemente steht die Entscheidung für den aktuellen Messzyklus fest. Verdeckung wurde erkannt und die Verarbeitung ist beendet.
  • Ansonsten werden nun alle Elemente der Zielliste hinsichtlich ihrer Kanalqualität analysiert. Die Werte der Kanäle werden aus der „Range Doppler Map“ entnommen - und zwar aus dem entsprechenden Range-Index und Doppler-Index des jeweiligen Ziels. Damit ergibt sich eine komplexe Signalantwort für jeden Kanal. Für das Beispiel des MIMO-Radars aus 1 mit 3 Tx- und 4 Rx-Kanälen ergeben sich somit 12 komplexe virtuelle Kanalantworten Xi mit i = 1 ... 12 für jedes Ziel.
  • Allgemein gilt die Anzahl der virtuellen Kanäle AVK ist das Produkt aus der Anzahl der Sendeantennen AS und der Anzahl der Empfangsantennen AE.
  • Nun wird der Betrag für alle komplexen Signalantworten in den einzelnen Kanälen gebildet: X i ' = | X i |
    Figure DE102022130151A1_0001
  • Das Kriterium für die Signalkanalqualität y lautet: y = max ( X i ' ) min ( X i ' )
    Figure DE102022130151A1_0002
  • Die bestmögliche Signalkanalqualität ist gegeben durch y = 1. Größere Werte für y bedeuten eine schlechtere Kanalqualität. Die Entscheidung für ein ausreichend gutes Ziel wird daher durch den Vergleich zu einem Schwellwert Tgetroffen. y < T
    Figure DE102022130151A1_0003
    T wird anhand der Kanalqualität und Güte des Radarsensors festgelegt. Er liegt typischerweise bei T ≈ 2.
  • Sobald ein Ziel in der Liste eine gute Kanalqualität anzeigt ist die Entscheidung für den aktuellen Messzyklus beendet und es wird „keine Verdeckung“ signalisiert. Zeigt allerdings kein Ziel eine ausreichend gute Kanalqualität wird „Verdeckung“ signalisiert.
  • Um ein zu schnelles Umschalten zwischen „Verdeckung“ und „keine Verdeckung“ zu verhindern ist es sinnvoll eine Hysterese für die Bewertung über mehrere Messzyklen einzuführen. Wird beispielsweise ein zu häufiges Auslösen des Zustands „Verdeckung“ befürchtet, kann eine Umschaltung von „keine Verdeckung“ zu „Verdeckung“ erst nach mehrmaliger Bestätigung von „Verdeckung“ erfolgen. Entsprechendes gilt für den Übergang von „Verdeckung“ zu „keine Verdeckung“.
  • Wirksamkeit des Kriteriums der Kanalqualität
  • Der Hintergrund für das genutzte Kriterium der Kanalqualität soll beispielhaft erläutert werden. In 3 sind eine Sendeantenne Tx1 und zwei Empfangsantennen Rx1 und Rx2 eines Radarsystems dargestellt. Das ausgesendete Signal von Tx1 wird von einem Ziel im Fernfeld reflektiert und von Rx1 und Rx2 als ebene Wellenfront empfangen. Da beide Signalpfade (Tx1 zu Rx1 und Tx1 zu Rx2) nahezu identische Lauflänge und Reflexionswinkel haben, erfahren sie auch die gleiche Dämpfung. Somit haben beide Kanäle einen Phasenversatz durch den dargestellten Lauflängenunterschied aber eine betragsmäßig gleiche Amplitude. Nach dem Kriterium der Kanalqualität ergeben identische Amplituden die bestmögliche Kanalqualität.
  • In 4 wird nun beispielhaft ein verdeckendes Objekt in den Signalpfad eingebracht. Der Signalpfad Tx1 zu Rx2 bleibt dabei unverändert, die direkte Strecke des reflektierten Signals zu Rx1 ist allerdings verdeckt. Dadurch treten jetzt verschiedene Effekte auf, die von Material und Struktur des verdeckenden Objekts bestimmt sind. Wäre das Objekt stark dämpfend oder hätte es eine Oberflächenstruktur, die nicht zu einer Reflexion in Richtung Rx1 führen würde, dann wäre das Empfangssignal in Rx1 sehr schwach bzw. nicht vorhanden. Ist das Objekt jedoch für den Radar stark reflektierend (z.B. eine Alufolie) gibt es eine Vielzahl von Reflexionen und damit mehrere Signalpfade, die im Empfänger Rx1 enden. Durch die unterschiedlichen Reflexionen und Lauflängen haben diese Signale in der Regel unterschiedliche Amplituden und Phasen. Die Kanalantwort Tx1 zu Rx1 entsteht durch additive Überlagerung dieser Signale was zu konstruktiver oder destruktiver Interferenz und damit stark veränderter Amplitude führt. Nach dem Kriterium der Kanalqualität ergibt der Vergleich der Amplituden Tx1 zu Rx1 und Tx1 zu Rx2 eine schlechte Kanalqualität.
  • Die Beispiele von 3 und 4 dienen nur zur Erläuterung. Das beschriebene Verhalten ist aber allgemeingültig hinsichtlich Anzahl und Position von Sende- und Empfangsantennen und der Position und Größe des eingebrachten verdeckenden Objektes.
  • Mögliche Verdeckung- und Verschmutzungsfälle
  • Zur Vollständigkeit werden die möglichen Verdeckung- und Verschmutzungsfälle mit dem zu erwartenden Ergebnis aufgelistet:
  • 1. Komplette Verdeckung und dichte Abschirmung der Antennen (beispielsweise durch eine Alufolie)
  • Bei kompletter Abschirmung wird in der Regel kein Ziel erkannt oder durch Mehrfachreflexionen nur Ziele mit sehr niedriger Kanalqualität. Somit wird Verdeckung signalisiert.
  • 2. Teilweise Verdeckung mit dichter Abschirmung (beispielsweise durch eine Alufolie die über einen Teilbereich der Antennen aufliegt)
  • Bei teilweiser Verdeckung sind einige Kanäle vollständig erhalten, andere enthalten dagegen durch die Abschirmung kein Signal oder durch Mehrfachreflexionen ein sehr gestörtes Signal. Insgesamt führt die niedrige Kanalqualität durch den Signalunterschied der gestörten und ungestörten Kanäle zu dem Ergebnis der Verdeckung.
  • 3. Verdeckung im Nahbereich (beispielsweise durch Einbringen eines Metallkörpers näher als der minimale Detektionsabstand)
  • Da der Metallkörper sich näher als der minimale Detektionsabstand zum Sensor befindet kann er nicht als gültiges Ziel erkannt werden und ist selbst nicht in der Zielliste enthalten. Durch den kleinen Abstand und der räumlichen Ausbreitung der Antennen haben alle Kanäle ein unterschiedliches Reflexionsverhalten mit dem Metallkörper. Wenn daher Ziele hinter dem Metallkörper durch Reflexion um den Metallkörper herum oder durch einzelne unverdeckte Antennen detektiert werden können, so haben sie eine niedrige Kanalqualität. Somit wird Verdeckung signalisiert.
  • 4. Verschmutzung oder Vereisung an der Oberfläche des Radars
  • Hier muss zwischen leichter und schwerer Verschmutzung unterschieden werden.
  • Bei leichter Verschmutzung kann ein Radarsensor trotz leichter Dämpfung des reflektierten Signals noch korrekt messen. In diesem Fall werden Ziele mit guter Kanalqualität erkannt und es wird „keine Verdeckung“ signalisiert. Der Sensor arbeitet korrekterweise im Normalbetrieb.
  • Bei starker Verschmutzung kommt es allerdings zu starker Dämpfung oder zu Reflexionen an der Dreck- oder Eisschicht. Der Radar kann nicht mehr korrekt messen und erkennt entweder keine oder nur noch Ziele mit niedriger Kanalqualität. Somit wird Verdeckung signalisiert.
  • Falschausgaben können für einzelne Ziele nicht ausgeschlossen werden.
  • Die Möglichkeit der falschen Ausgabe von „Verdeckung“ bei tatsächlicher Existenz von reflektierenden unverdeckten Radarzielen besteht, wenn es mehrere Ziele mit gleicher Distanz und Geschwindigkeit aber unterschiedlichem Winkel gibt. Denn diese Überlagerung mehrerer Signalpfade führt zur gleichen schlechten Kanalantwort wie die zuvor beschriebenen Mehrwegeausbreitungen in 4. Für das Ergebnis „Verdeckung“ in einem Messzyklus müssten allerdings ausnahmslos alle erkannten Ziele diese Eigenschaft aufweisen. Da heutige Radarsysteme aber üblicherweise über hohe Bandbreiten verfügen und mehrerer Rampen aussenden haben sie eine hohe Trennfähigkeit in Distanz und Geschwindigkeit. Daher wird es auch immer mindestens ein gut separiertes Ziel geben und dieser Fehlerfall tritt in der Praxis in realen Szenarien bei korrekter Parametrierung der Schwellwerte nicht auf.
  • Die Möglichkeit der falschen Ausgabe von „keine Verdeckung“ bei tatsächlicher Verdeckung kann nur entstehen, wenn verdeckte Ziele als Ziele mit guter Kanalantwort detektiert werden. Dazu müsste das verdeckende Objekt so beschaffen sein, dass nur ein Signalpfad entsteht. Allerdings müsste dies für alle Kanalkombinationen erfüllt sein was bei typischen MIMO-Radaren mit vielen Kanälen (z.B. 12 Kanäle wie in 1.) in der Praxis nicht vorkommen kann.
  • Die oben beschriebene Verdeckungserkennung ermöglicht sehr einfach die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Radarsystems mit einem kooperativen Ziel. Dabei braucht der Radarsensor keine Information über die Szenerie und ein lästiges Konfigurieren des kooperativen Ziels entfällt. Bringt man beispielsweise einen Radar Reflektor als Testobjekt in die Nähe oder in den Hintergrund einer zu überwachenden Zone wird dieser im normalen Betrieb immer erkannt und führt zur ständigen Ausgabe von „keine Verdeckung“. Die schwierige und je nach Anwendung oft unmögliche Unterscheidung einer tatsächlich komplett leeren Szene oder einer leer aussehenden Szene durch eine perfekte Verdeckung wird damit gelöst. Erst wenn nun der überwachende Bereich und damit auch das Testziel verdeckt werden gibt es kein Ziel mehr mit guter Kanalantwort und die resultierende Ausgabe von „Verdeckung“ ist gleichzusetzen mit einer Störung des Radarsystems.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Vielzahl von Vorteilen erzielt.
  • Das Verfahren arbeitet schnell und braucht initial keine lange Anlaufzeit zum Lernen der Szene währenddessen eine Störung noch nicht erkannt werden kann.
  • Es ist sehr unzuverlässig insbesondere in neuen Situationen die noch nicht erlernt oder berücksichtigt werden konnten.
  • Es funktioniert bei vielen Anwendungen und Abläufen und lässt sich auf beliebige Anwendungen erweitern.
  • Es kann kontinuierliche Störungen erkennen, weil es nicht von sporadisch auftretenden Ereignissen abhängt.
  • Es werden keine zusätzlichen Vorrichtungen benötigt, die zu rechtlichen oder technischen Problemen führen können.
  • Es werden auch teilweise Verdeckung der Sensorfläche sicher erkannt.
  • Es werden auch kontaktlose Verdeckungen durch Folien im Nahbereich des Sensors erkannt.
  • 5 zeigt einen Radar Sensor ganz schematisch.
  • Die 6 zeigt eine Radarkeule mit Personen eines 3D-Radars (FMCW MIMO).
  • Die Unterscheidung der Objekte erfolgt über die Geschwindigkeit, die Entfernung und den Horizontalwinkel.
  • 7 zeigt eine Explosionsdarstellung eine MIMO-Radar-Sensors.
  • 8 zeigt die Zielliste als Punktewolke links ohne Verdeckung rechts mit Verdeckung.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Qualitätskriterium, wird nicht der mittlere Fehler über alle Kanäle berücksichtigt, sondern ein härteres Kriterium verwendet.
  • Bei 4 Kanälen und einer Teilverdeckung nur an einer Antenne (halbe Empfangsleistung) und bei der Berücksichtigung des mittleren Fehlers als Qualitätskriterium wirkt sich das nicht entscheidend aus.
  • Wird jedoch das erfindungsgemäße Qualitätskriterium mit min- und max-Wert verwendet, so wirkt sich das entscheidend aus in der Hinsicht, dass wenn ein einzelnes Ziel bereits diese hohe Güte aufweist, es sich nicht um eine Störung oder eine Verdeckung handeln kann. Insbesondere bei sehr vielen Kanäle bekommt man eine bessere Aussagekraft im Hinblick auf die Funktionstüchtigkeit des MIMO-Radars.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2401630 B1 [0004]

Claims (6)

  1. Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors, mit mehreren Sendeantennen und mehreren Empfangsantennen, wobei den Sende- und Empfangsantennen virtuelle Kanäle zugeordnet werden, wobei die Anzahl AVK der virtuellen Kanäle dem Produkt aus der Anzahl der Sendeantennen AS und der Anzahl der Empfangsantennen AE entspricht, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Ermittlung einer Radar Zielliste b) Wenn die Zielliste keine Elemente enthält wird eine Verdeckung signalisiert c) Wenn die Zielliste mehrere Elemente Z1, Z2, Z3, ..ZN enthält, wird für jedes Ziel Z1, Z2, Z3 ... ZN die Signalantwort XZ1i, XZ2i, XZ3i, XZNi in den einzelnen Kanälen i∈{1 ,..AZN} ermittelt und anhand eines Qualitätskriteriums geprüft, ob größere Abweichungen in den Signalantworten für die einzelnen Kanälen vorliegen d) Wenn für alle Ziele größere Abweichungen vorliegen, wird eine Verdeckung signalisiert, wobei das Qualitätskriterium durch folgende Formel ermittelt wird: y = max ( X M i ' ) min ( X ' M i )  mit  X Z M i ' = | X Z M i |  mit M { 1,... N }
    Figure DE102022130151A1_0004
  2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der virtuellen Kanäle 12 ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielliste mindestens 10 Ziele vorzugsweise 100 Ziele enthält.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdeckung des MIMO-Radars durch Verschmutzung des Radardeckels bedingt ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdeckung des MIMO-Radars durch eine Folie z. B. eine Alu-Folie unmittelbar vor dem Radardeckel innerhalb der Blockdistanz des MIMO-Radar-Sensor bedingt ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdeckung unmittelbar nach einem Messzyklus detektiert wird, wobei keine besonderen Anforderungen an die Messumgebung oder Abläufe in der Szene gestellt werden, wobei sowohl teilweise als auch eine vollständige Verdeckung des Sensors erkannt wird, wobei auch eine kontaktlose Verdeckung im Nahbereich mit eingeschränkter Messfähigkeit des Sensors erkannt wird.
DE102022130151.6A 2021-11-17 2022-11-15 Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors Pending DE102022130151A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021130054 2021-11-17
DE102021130054.1 2021-11-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022130151A1 true DE102022130151A1 (de) 2023-05-17

Family

ID=86144517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022130151.6A Pending DE102022130151A1 (de) 2021-11-17 2022-11-15 Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022130151A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2401630B1 (de) 2009-02-27 2013-04-03 Robert Bosch GmbH Verfahren zur erkennung von vereisung bei einem winkelauflösenden radarsensor in einem fahrerassistenzsystem für kraftfahrzeuge

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2401630B1 (de) 2009-02-27 2013-04-03 Robert Bosch GmbH Verfahren zur erkennung von vereisung bei einem winkelauflösenden radarsensor in einem fahrerassistenzsystem für kraftfahrzeuge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008038365A1 (de) Fahrzeug-Radarsystem und Verfahren zur Bestimmung einer Position zumindest eines Objekts relativ zu einem Fahrzeug
DE102018132745B4 (de) Fmcw radar mit störsignalunterdrückung im zeitbereich
DE102018200688B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines akustischen Sensors
DE102013008953B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Radareinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, sowie Radareinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen
DE102015116434A1 (de) Verfahren zur Schätzung der Eigengeschwindigkeit
DE102015101292A1 (de) Verfahren zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs durch Überprüfen einer räumlichen Abweichung von Messpunkten, Steuereinrichtung, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug
DE102006057277A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Radarsystems bei möglicher Zielobjektverdeckung sowie Radarsystem zur Durchführung des Verfahrens
DE102014114107A1 (de) Radarsensor
WO2001022113A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur zustandserkennung bei einem system zur automatischen längs- und/oder querregelung bei einem kraftfahrzeug
DE102015011928A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Sicherheitssystems eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug
DE102015116441A1 (de) Verfahren zur adaptiven Schätzung einer Winkelkorrekturkennlinie
DE102014209723A1 (de) Bestimmung eines Indikators für eine Erblindung eines Radarsensors
DE102016103203A1 (de) Verfahren zum Erkennen eines blockierten Zustands eines Radarsensors, Radarsensorvorrichtung, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug
EP2005209A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung eines oder mehrerer objekte in der umgebung eines fahrzeuges
DE102010021053B3 (de) Verfahren zur Detektion von Störungen des Messbetriebs einer Ultraschall-Messanordnung eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug
DE102015004468A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems und Kraftfahrzeug
DE102022130151A1 (de) Verfahren zur Erkennung der Funktionstüchtigkeit eines MIMO-Radars-Sensors
DE102017202964A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen von Ultraschallsignalinformationen
DE102016123207A1 (de) Verfahren zur Detektion eines Störeinflusses bei einem Radarsignal
DE102020121108A1 (de) Verfahren zum Erkennen von Verkehrsteilnehmern in einer Umgebung eines Fahrzeugs anhand von Messungen eines Radarsensors durch Identifizieren von Stördetektionen sowie Recheneinrichtung
DE102012101942B4 (de) Verfahren zur Winkelschätzung von Umgebungsobjekten mit einem Radarsystem insbesondere in einem Kraftfahrzeug
EP3136124B1 (de) Verfahren zum betrieb von radarsensoren in einem kraftfahrzeug und kraftfahrzeug
EP3673283B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum bestimmen von qualitätseigenschaften für winkelmessung für ein kraftfahrzeug
DE102020128877B3 (de) Verfahren zur Ermittlung einer Änderung einer Reichweite eines Lidarsensors
WO2021204536A1 (de) Verfahren zur bestimmung einer winkelinformation

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed