DE102022204776B3 - Method for locating a vehicle within a SAR image - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren eines Fahrzeuges (1) innerhalb eines SAR-Bildes eines Radarsystems des Fahrzeuges (1), bei dem das Radarsystem Radarsignale aussendet, welche an Objekten in der Umgebung des Fahrzeuges (1) reflektiert werden, das Radarsystem anhand von Radardetektionen eine SAR-Signatur (6) für die erfassten Objekte erstellt und basierend darauf ein SAR-Bild der Umgebung des Fahrzeuges (1) generiert, das Radarsystem Einzeldetektionen (7) erfasst, und die Einzeldetektionen mit dem SAR-Bild abgeglichen werden, um das Fahrzeug (1) im SAR-Bild zu lokalisieren.The invention relates to a method for locating a vehicle (1) within an SAR image of a radar system of the vehicle (1), in which the radar system emits radar signals which are reflected by objects in the area surrounding the vehicle (1), the radar system using Radar detections create a SAR signature (6) for the detected objects and based on this a SAR image of the area surrounding the vehicle (1) is generated, the radar system records individual detections (7) and the individual detections are compared with the SAR image in order to Locate the vehicle (1) in the SAR image.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren eines Fahrzeuges innerhalb eines SAR-Bildes eines Radarsystems des Fahrzeuges, ein Radarsystem für ein Fahrzeug zum Erzeugen eines SAR-Bildes, ein Fahrzeug aufweisend ein entsprechendes Radarsystem sowie eine Verwendung des erfindungsgemäßen Radarsystems.The present invention relates to a method for locating a vehicle within an SAR image of a radar system of the vehicle, a radar system for a vehicle for generating a SAR image, a vehicle having a corresponding radar system and use of the radar system according to the invention.
Technologischer HintergrundTechnological background
Aus dem Stand der Technik sind Radartechniken bekannt, mittels denen hochauflösende Radarinformationen, nachfolgend auch als Radarbild bezeichnet, gewonnen werden können. Derartige hochauflösende Radarbilder sind insbesondere für das autonome Fahren von Fahrzeugen von hoher Relevanz. Insbesondere das Synthetische-Apertur-Radar (SAR) ermöglicht eine hohe räumliche Auflösung. Die Berechnung von hochauflösenden Radarinformationen, insbesondere bei SAR-Radarsystemen, erfordert einen sehr hohen Rechenaufwand, da neben der hochgenauen Kenntnis der Bewegungsbahn des Fahrzeugs, an dem sich das Radarsystem befindet, jeder Rasterbereich bzw. Pixel des Radarbildes unter Berücksichtigung mehrerer rampenartiger oder pulsartiger Radarsignale berechnet werden muss. Daher sind die Systemanforderungen an ein Radarsystem mit hoher räumlicher Auflösung und Echtzeit- bzw. quasi-Echtzeit-Anforderungen sehr hoch, insbesondere im Hinblick auf die Größe des Systemspeichers bzw. der Prozessorleistung.Radar techniques are known from the prior art, by means of which high-resolution radar information, also referred to below as radar image, can be obtained. Such high-resolution radar images are particularly relevant for autonomous driving of vehicles. Synthetic Aperture Radar (SAR) in particular enables high spatial resolution. The calculation of high-resolution radar information, especially in the case of SAR radar systems, requires a great deal of computing effort because, in addition to the highly precise knowledge of the trajectory of the vehicle on which the radar system is located, each grid area or pixel of the radar image is calculated taking into account several ramp-like or pulse-like radar signals must become. The system requirements for a radar system with high spatial resolution and real-time or quasi-real-time requirements are therefore very high, particularly with regard to the size of the system memory and the processor capacity.
Stand der TechnikState of the art
Für hoch automatisierte Fahrfunktionen wie den Highway Piloten oder vollautomatisiertes Einparken ohne Fahrereingriff werden redundante Sensorsysteme benötigt, die eine hochgenaue und robuste Lokalisierung erlauben. Die Lokalisierung kann beispielsweise auf Basis von visuellen Landmarken realisiert werden (wie beispielsweise beschrieben in S. Luthardt, V. Willert and J. Adamy, „LLama-SLAM: Learning High-Quality Visual Landmarks for Long-Term Mapping and Localization“, 21st International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), Maui, Hawaii, USA, 2018, S. 2645-2652 Diese werden mit Hilfe von am Fahrzeug montierten Kamerasensoren generiert. Durch die eingesetzte Kamera können jedoch Einschränkungen entstehen, wie z. B. dass bei schlechter Sicht wie Regen, Nebel oder Schneefall relevante Landmarken gegebenenfalls nicht mehr zuverlässig erkannt werden können. Derartige Lokalisierungs-Systeme auf Basis von visuellen Landmarken können somit in kritischen Szenarien leichter versagen oder ungenaue Ergebnisse liefern, wenn beispielsweise das Wetter schlecht ist und die relevanten Landmarken nicht in Sicht sind.For highly automated driving functions such as the Highway Pilot or fully automated parking without driver intervention, redundant sensor systems are required that allow highly accurate and robust localization. The localization can be realized, for example, on the basis of visual landmarks (as described, for example, in S. Luthardt, V. Willert and J. Adamy, "LLama-SLAM: Learning High-Quality Visual Landmarks for Long-Term Mapping and Localization", 21st International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), Maui, Hawaii, USA, 2018, p Visibility such as rain, fog or snowfall may no longer reliably detect relevant landmarks. Such localization systems based on visual landmarks can therefore fail more easily in critical scenarios or deliver inaccurate results, for example if the weather is bad and the relevant landmarks are not in sight are.
Dagegen sind sogenannte radarbasierte SLAM (Simultaneous Localization and Mapping)-Verfahren im Vorteil. Hier ist allerdings die erreichbare Winkelauflösung und die damit verbundene Genauigkeit der Radarkarte, durch die limitierte Anzahl an Antennen und Aperturgröße im Radarsensor limitiert. Hochauflösende Radarsensoren sind zudem mit einem erhöhten Kosten- und Herstellungsaufwand verbunden. Beispielsweise wird in Jürgens, N. Koch and M. -M. Meinecke, „Radar-based Automotive Localization using Landmarks in a Multimodal Sensor Graph-based Approach,“ 21st International Radar Symposium (IRS), 2020, S. 373-378, doi: 10.23919/IRS48640.2020.9253921 ein System beschrieben, welches Landmarken auf Basis von Radardaten erfasst. Die
Ferner arbeiten bisherige Systeme in der Regel mit aufakkumulierten Radar Punktwolken. Ein besonderer Ansatz ist zudem die Generierung von SAR-Bildern mit Hilfe eines Synthetic Aperture Radars (SAR), wie beispielsweise beschrieben in H. Iqbal, A. Loeffler, M. Mejdoub, F. Gruson, „Realistic SAR Implementation for Automotive Applications“, 17th European Radar Conference, Utrecht. Die Nutzung von SAR verspricht dabei eine deutlich höhere Auflösung der generierten Karte mit geringem Hardwareaufwand. Es können dabei z. B. bereits verbaute Seitenradare verwendet werden, wobei theoretisch auch nur ein Radar mit nur einer Antenne ausreichend ist. Beispielsweise sind auch in
Die
Aus
Aus
Ferner beschreibt die
Aufgabe der vorliegenden ErfindungObject of the present invention
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mittels dem eine verlässliche und hochgenaue Lokalisierung in Automotive SAR-Bildern ermöglicht wird.Proceeding from this, it is the object of the invention to specify a method by means of which reliable and highly precise localization in automotive SAR images is made possible.
Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 sowie der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Zweckmäßiger Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.The above object is achieved by the combination of features of
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Lokalisieren eines Fahrzeuges innerhalb eines SAR-Bildes eines Radarsystems des Fahrzeuges, sendet das Radarsystem Radarsignale aus, welche an Objekten in der Umgebung des Fahrzeuges reflektiert und vom Radarsystem wieder empfangen werden. Das Radarsystem kann dann anhand der Radardetektionen eine SAR-Signatur für die erfassten Objekte erstellen und basierend darauf ein SAR-Bild der Umgebung des Fahrzeuges generieren. Ferner erfasst das Radarsystem auch Einzeldetektionen bzw. Einzelreflexionen, die mit dem SAR-Bild abgeglichen werden, wobei die Einzeldetektionen in das SAR-Bild übernommen werden bzw. die im SAR-Bild erfassten SAR-Signaturen mit den Einzeldetektionen überlagert bzw. abgeglichen werden, um dann das Fahrzeug im SAR-Bild zu lokalisieren. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine zusätzliche Funktionalität zur hochgenaueren Lokalisierung (autonomes fahren Level 3/ 4) bereitgestellt. Daraus resultiert der Vorteil, dass eine deutlich höhere laterale Auflösung als im herkömmlichen Radarzyklus erzielt wird. Zudem stellt das Verfahren eine kostengünstige Implementierung von hochgenauen Lokalisierungsaufgaben ohne zusätzliche Sensorik zur Verfügung, womit eine verlässliche und hochgenaue Lokalisierung in Automotive SAR-Bildern ermöglicht wird.In the method according to the invention for locating a vehicle within an SAR image of a radar system of the vehicle, the radar system emits radar signals which are reflected on objects in the vicinity of the vehicle and are received again by the radar system. The radar system can then use the radar detections to create an SAR signature for the detected objects and, based on this, generate an SAR image of the vehicle's surroundings. Furthermore, the radar system also records individual detections or individual reflections, which are compared with the SAR image, with the individual detections being incorporated into the SAR image or the SAR signatures recorded in the SAR image being superimposed or compared with the individual detections then locate the vehicle in the SAR image. The method according to the invention provides additional functionality for more precise localization (autonomous driving level 3/4). This results in the advantage that a significantly higher lateral resolution is achieved than in the conventional radar cycle. In addition, the method provides a cost-effective implementation of high-precision localization tasks without additional sensors, which enables reliable and high-precision localization in automotive SAR images.
Vorzugsweise ist ein erster Modus vorgesehen, in dem das Radarsystem Radardetektionen für eine SAR-Signatur erfasst und ein zweiter Modus vorgesehen, in dem das Radarsystem Einzeldetektionen erfasst.A first mode is preferably provided in which the radar system records radar detections for an SAR signature and a second mode is provided in which the radar system records individual detections.
Zweckmäßigerweise können der erste Modus und der zweite Modus im Wechsel nacheinander oder parallel nebeneinander erfolgen.The first mode and the second mode can expediently take place alternately one after the other or in parallel next to one another.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können anhand des Abgleichs der Einzeldetektionen mit dem SAR-Bild, zusätzlich auch andere Objekte im SAR-Bild lokalisiert werden.According to a further embodiment of the invention, other objects can also be localized in the SAR image using the comparison of the individual detections with the SAR image.
Ferner können auch Navigationsdaten erfasst und/oder empfangen werden (z. B. durch das Navigationssystem), die dem SAR-Bild, insbesondere Pixelweise, hinterlegt werden.Furthermore, navigation data can also be recorded and/or received (e.g. by the navigation system), which are stored in the SAR image, in particular pixel by pixel.
Zweckmäßigerweise können die Navigationsdaten dazu vorgesehen sein, das Fahrzeug oder Objekte in der Umgebung des Fahrzeuges zu lokalisieren.The navigation data can expediently be provided for locating the vehicle or objects in the vicinity of the vehicle.
Ferner beansprucht die vorliegende Erfindung ein Radarsystem für ein Fahrzeug, umfassend zumindest einen Radarsensor, welches ein SAR-Bild erzeugt, wobei das Fahrzeug anhand eines erfindungsgemäßen Verfahrens lokalisiert wird.Furthermore, the present invention claims a radar system for a vehicle, comprising at least one radar sensor, which generates a SAR image, with the vehicle being localized using a method according to the invention.
Zudem beansprucht die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes Radarsystem.In addition, the present invention claims a vehicle comprising a radar system according to the invention.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung zudem das Verwenden eines erfindungsgemäßen Radarsystems zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des Radarsystems. Hierbei werden Radardetektionen beim Stop des Fahrzeuges (z. B. beim Abstellen/Parken des Fahrzeuges) erfasst, wobei ein SAR-Bild erstellt wird und das Fahrzeug und/oder Objekte im SAR-Bild nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lokalisiert wird/werden. Das erste SAR-Bild kann dann beispielsweise in einem Speicher des Radarsystems hinterlegt werden. Beim Start des Fahrzeuges können dann Radardetektionen erfasst werden, wobei das Fahrzeug und/oder Objekte im SAR-Bild anhand der Radardetektionen im letzten SAR-Bild lokalisiert wird/werden. Die Lokalisierung ist hierbei wichtig, um festzustellen, dass sich das Fahrzeug zwischen Stop und Start nicht bewegt hat. Dann können die Radardetektionen mit den Radardetektionen im SAR-Bild abgeglichen werden, so dass Abweichungen zwischen diesen erfasst werden (z. B. Abweichungen im Bild oder der Lokalisierung), wobei dadurch Rückschlüsse auf die Funktionalität des Radarsystems anhand der Abweichungen gezogen werden können. Beispielsweise kann von einem Misalignment bzw. einer Sensordejustage ausgegangen werden, wenn sich die Umgebung im SAR-Bild verändert (z. B. in Hinblick auf stationäre Objekte, wie Leitplanken, Straßenrandbebauung oder dergleichen) das Fahrzeug 1 aber die gleiche Lokalisation aufweist. In praktischer Weise kann das Radarsystem dann den Fahrer des Fahrzeuges auf eine derartige Dejustage hinweisen.Furthermore, the present invention also includes the use of a radar system according to the invention for checking the functionality of the radar system. In this case, radar detections are recorded when the vehicle is stopped (e.g. when the vehicle is switched off/parked), a SAR image being created and the vehicle and/or objects in the SAR image being localized using the method according to the invention. The first SAR image can then be stored in a memory of the radar system, for example. Radar detections can then be recorded when the vehicle is started, with the vehicle and/or objects in the SAR image being localized using the radar detections in the last SAR image. Localization is important here to determine that the vehicle has not moved between stop and start. The radar detections can then be compared with the radar detections in the SAR image, so that deviations between them are recorded (e.g. deviations in the image or the localization), whereby conclusions can be drawn about the functionality of the radar system based on the deviations. For example, a misalignment or a sensor misalignment can be assumed if the environment in the SAR image changes (eg with regard to stationary objects such as crash barriers, roadside buildings or the like) but the
Beschreibung der Erfindung anhand von AusführungsbeispielenDescription of the invention based on exemplary embodiments
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zweckmäßigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte Darstellung eines Verkehrsszenarios, bei dem ein Fahrzeug mittels Radarsensorik ein SAR-Bild erstellt gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
2 eine vereinfachte Darstellung des Verkehrsszenarios aus1 mit der eingetragenen SAR-Signatur des erstellten SAR-Bildes; -
3 eine vereinfachte Darstellung des Verkehrsszenarios aus1 , bei dem das Fahrzeug mittels Radarsensorik Einzeldetektionen erstellt, sowie -
4 eine vereinfachte Darstellung des SAR-Bildes aus2 mit den eingetragenen Einzeldetektionen aus3 .
-
1 a simplified representation of a traffic scenario in which a vehicle uses radar sensors to create a SAR image according to an embodiment of the method according to the invention; -
2 a simplified representation of thetraffic scenario 1 with the entered SAR signature of the created SAR image; -
3 a simplified representation of thetraffic scenario 1 , in which the vehicle creates individual detections using radar sensors, as well as -
4 a simplified representation of theSAR image 2 with the entered individual detections3 .
In
Gemäß
Danach werden Einzeldetektionen 7 erfasst, wie in
In praktischer Weise kann das Verfahren in Parksituationen genutzt werden: Bei der Vorbeifahrt an einer Parklücke kann diese mittels SAR genau vermessen werden, wobei eine Umgebungskarte bzw. ein SAR-Bild generiert wird. Durch die komplette Vorbeifahrt an der Parklücke ist es dann möglich, diese komplett einzumessen. In überraschender Weise kann es beim darauffolgenden eigentlichen Parkvorgang Vorteile bringen, Radareinzeldetektionen zur Lokalisierung im SAR-Bild zu verwenden. Beispielsweise ist durch die Funktionsweise von SAR die Messung erst nach der Vorbeifahrt an Objekten komplett vorhanden. Hierbei ist es insbesondere sehr vorteilhaft, den SAR- und Radareinzeldetektionsmodus zur Lokalisierung zu verknüpfen.The method can be used in a practical way in parking situations: when driving past a parking space, this can be precisely measured using SAR, with a map of the surroundings or a SAR image being generated. By driving past the parking space completely, it is then possible to measure it completely. In a surprising way, the following actual Parking bring benefits to use radar single detections for localization in the SAR image. For example, due to the way SAR works, the measurement is only complete after the vehicle has passed objects. It is particularly advantageous here to link the SAR and radar single detection mode for localization.
Ferner kann das vorliegende Verfahren genutzt werden, um ein Sensormisalignment zu erfassen, indem nach dem Fahrzeugneustart die Radardetektionen mit dem beim Fahrzeugstop gespeichertem SAR-Bild abgeglichen bzw. angeglichen werden können. Sofern dann Abweichungen vorliegen, können diese zum automatischen Sensoralignment herangezogen werden, bei dem sich der Sensor automatisch einstellt, oder es kann genutzt werden, um dem Fahrer ein Missalignment anzuzeigen, so dass dieser eine Werkstatt aufsuchen kann.Furthermore, the present method can be used to detect a sensor misalignment in that, after the vehicle has been restarted, the radar detections can be compared or adjusted with the SAR image stored when the vehicle stopped. If deviations are then present, these can be used for automatic sensor alignment, in which the sensor adjusts itself automatically, or it can be used to indicate a misalignment to the driver so that he can visit a workshop.
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