DE102022210263A1

DE102022210263A1 - Verfahren zur Steuerung eines kohärenten kooperativen Radarsensornetzwerks

Info

Publication number: DE102022210263A1
Application number: DE102022210263.0A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schmid; Daniel Schindler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2024-03-28
Also published as: WO2024068070A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines kohärenten kooperativen Radarsensornetzwerks, das mehrere Radarsensoren (11, 12, 13) aufweist, wobei zumindest zwei Sensoren (12, 13) kohärent arbeiten. Die Sensordaten (SD1, SD2, SD3) werden nach dem Auswertetyp in kohärent auszuwertende Daten (KD) und nicht-kohärent auszuwertende Daten (NKD) aufgeteilt. Die kohärent auszuwertenden Daten (KD) und die nicht-kohärent auszuwertende Daten (NKD) werden an jeweils unterschiedliche Auswerteeinheiten (110, 120, 130; 31, 32, 33) übermittelt, welche dann jeweils eine Auswertung durchführen. Die einzelnen Auswertungen werden zu einer Gesamtauswertung kombiniert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines kohärenten kooperativen Radarsensornetzwerks. Zudem betrifft die Erfindung ein kohärentes kooperatives Radarsensornetzwerk, welches das Verfahren durchführt.
Stand der Technik
In der DE 10 2015 224 787 A1 wird ein kohärentes kooperatives Radarsensornetzwerk aus wenigstens zwei Radarsensoren beschrieben. Die Radarsensoren werden miteinander synchronisiert, entweder mittels eines Austausch von Daten oder über ein Signal. Jeder Radarsensor übermittelt Informationen über die Radarsignale an eine Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung kann extern ausgebildet sein oder auch in einem der Radarsensoren integriert sein. Die Verarbeitungseinrichtung verarbeitet die empfangenen Informationen und bestimmt bevorzugt sowohl bistatische als auch monostatische Abstände zu einem Objekt.
Aus der DE 10 2019 220 238 A1 geht ein kohärentes kooperatives Radarsensornetzwerk aus wenigstens zwei Radarsensoren und ein Verfahren zu dessen Kalibrierung hervor. Dabei wird ein Phasensteuerungssignal zwischen den Radarsensoren übertragen und basierend auf dem Phasensteuersignal ein Radarsignal gesendet. Eine Auswerteeinheit wertet die empfangenen Signale der Radarsensoren aus.
Die Auswertung der Radarsignale erfolgt herkömmlicherweise zentral in einer Auswerteeinheit. Dies gilt sowohl für kohärente Daten als auch für nicht-kohärente Daten. Die Auswerteeinheit kann auch Teil eines Radarsensors sein, an die dann die Daten der restlichen Radarsensoren gesendet wird.
Für ein nicht-kohärentes Radarsensornetzwerk ist zudem bekannt, die nicht-kohärenten Daten dezentral in den Radarsensoren auszuwerten.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines kohärenten kooperativen Radarsensornetzwerks vorgeschlagen. Das kohärente kooperative Radarsensornetzwerk weist mehrere miteinander verbundene und zusammenwirkende Radarsensoren auf. Zumindest zwei Sensoren und vorzugsweise alle Sensoren arbeiten kohärent. Es können aber auch nicht-kohärente kooperative Sensoren vorgesehen sein.
Es ist vorgesehen, die auszuwertenden Sensordaten aufzuteilen, um diese in unterschiedlichen Auswerteeinheiten auszuwerten. Die Auswerteeinheiten können physikalische Rechengeräte oder Prozessoren sein oder als virtuelle Kerne oder Softwareblöcke realisiert werden. Die Sensordaten werden nach dem Auswertetyp in kohärent auszuwertende Daten (im Folgenden auch als kohärente Daten bezeichnet) und in nicht-kohärent auszuwertende Daten (im Folgenden auch als nicht-kohärente Daten bezeichnet) eingeteilt. Hierfür erfolgt vorzugsweise eine Berechnung des (zweidimensionalen) Spektrums. Die Aufteilung basiert dann auf dem Spektrum. Dabei werden Bereiche ermittelt, die vorteilhafterweise kohärent oder nicht-kohärent ausgewertet werden. Dann werden die komplexen, spektralen Samples entsprechend den Bereichen verteilt. Bei einem frequenzmodulierten Dauerstrichradar (FMCW) kann die Aufteilung auch mittels Filterung auf Basis eines Zeitsignals erfolgen. Aus einer Hochpass-Filterung werden die kohärenten Daten gewonnen und aus einer Tiefpass-Filterung werden die nicht-kohärenten Daten gewonnen. Die kohärent auszuwertenden Daten und die nicht-kohärent auszuwertenden Daten werden an jeweils unterschiedliche Auswerteeinheiten übermittelt. Die Daten liegen dann an den Auswerteeinheiten vor, welche dann jeweils eine Auswertung ihrer Daten durchführen. Die nicht-kohärenten Daten werden somit von zumindest einer Auswerteeinheit ausgewertet und getrennt davon werden die kohärenten Daten von zumindest einer anderen Auswerteeinheit ausgewertet. Die einzelnen Auswertungen werden dann zu einer Gesamtauswertung kombiniert, die in einer Auswerteeinheit durchgeführt wird.
Durch die Aufteilung wird der Rechenaufwand an mehrere Auswerteeinheiten verteilt und die einzelnen Auswertungen können parallel durchgeführt werden, sodass die jeweiligen Auswerteeinheiten weniger Rechenleistung aufbringen müssen oder die Gesamtleistungsfähigkeit steigt.
Bei der Auswertung der nicht-kohärenten Daten werden beispielsweise die vektorielle Geschwindigkeit erfasst und/oder eine gemeinsame Zielliste erstellt (Location Aggregation). Bei der Auswertung der kohärenten Daten kann eine Phasen- und/oder Frequenzsynchronisation über das Antennenarray erfolgen und/oder eine Winkelschätzung durchgeführt werden. Es wird hierfür auf die DE 10 2019 220 238 A1 verwiesen.
Vorzugsweise erfolgt die Zuordnung der Auswerteeinheiten zu den Daten anhand des erwarteten Rechenaufwands bzw. der erwarteten benötigten Rechenleistung für die Daten des jeweiligen Auswertetyps, um den Rechenaufwand, der zum Auswerten des jeweiligen Datensatzes benötigt wird, über die Auswerteeinheiten auszugleichen. Beispielsweise benötigt die Auswertung der kohärenten Daten mehr Rechenleistung als die die Auswertung der nicht-kohärenten Daten. Demnach wird insbesondere die Anzahl der Auswerteeinheiten und/oder die Rechenleistung der Auswerteeinheit vorzugsweise abhängig vom Auswertetyp gewählt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die aufgeteilten Daten gleiche Datenvolumina besitzen, um eine konstante Datenrate zu erreichen. Dies ist insbesondere bei mehreren kooperativen Sensoren (beispielsweise bei vier oder mehr Sensoren) relevant. Hier könnte man den kohärenten Anteil und/oder den nicht-kohärenten Anteil nochmals unterteilen. Vorzugsweise werden die Schwellenwerte dynamisch an die Daten angepasst.
Bei der Gesamtauswertung werden die Daten der einzelnen Auswertungen für jedes Ziel in einer Auswerteeinheit kombiniert. Somit werden schließlich alle Antennenkombinationen der Sende- und Empfangsantennen aller Sensoren gemeinsam ausgewertet, was z. B. für eine kooperative Winkelberechnung notwendig ist.
Es können weitere Aufteilungen der auszuwertenden Sensordaten vorgesehen sein. Die Sensordaten können nach einem oder mehreren der folgenden Kriterien für das verwendete Radarsignal aufgeteilt werden:

• Distanzbereiche - hier kann für die Aufteilung ein Distanzschwellenwert festgelegt werden;
• Doppler-/Geschwindigkeitsbereiche - aus der Dopplerverschiebung kann die Geschwindigkeit ermittelt werden, daher kann entweder direkt die Dopplerverschiebung als Kriterium verwendet werden oder ein Geschwindigkeitsschwellenwert festgesetzt werden; und
• Winkelbereiche.

Die Kriterien stellen sinnvolle Schnittebenen für die Sensordaten dar. Auch können Kombinationen der Kriterien für die Aufteilung verwendet werden. Insbesondere können die Aufteilung in kohärente und nicht-kohärente Daten und die Aufteilung in Distanzbereiche vorteilhaft kombiniert werden, da eine kohärente Winkelauswertung erst ab einer bestimmten Entfernung, in dem die Annahme für das Fernfeld gilt, sinnvoll durchgeführt werden.
Die genannten Schwellenwerte können je nach Datenrate, Rechenleistung, Rechenoperationen usw. optimiert werden. Vorzugsweise wird vor dem Informationsaustausch die gemeinsame Trennebene bestimmt. Hierfür kann z. B. ein Handshake-Protokoll zwischen den Sensoren erfolgen. Als Beispiel kann für die Aufteilung immer die kleinste Schwellenwert verwendet werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schnitte gleiche Datenvolumina besitzen, um eine konstante Datenrate zu erreichen. Dies ist insbesondere relevant, wenn durch die Aufteilung bestimmte Bereiche mehr Ziele beinhalten als andere. Vorzugsweise werden die Schwellenwerte dynamisch an die Daten angepasst.
Die Daten der unterschiedlichen Kriterien werden dann an unterschiedliche Auswerteeinheiten übermittelt. Die Auswerteeinheiten führen dann jeweils eine Auswertung ihrer Daten durch. Die einzelnen Auswertungen werden dann zu einer Gesamtauswertung kombiniert, die in einer Auswerteeinheit durchgeführt wird. Durch die Aufteilung wird der Rechenaufwand an mehrere Auswerteeinheiten verteilt und die einzelnen Auswertungen können parallel durchgeführt werden, sodass die jeweiligen Auswerteeinheiten weniger Rechenleistung aufbringen müssen.
Zur Aufteilung der Sensordaten können diese an eine Datenverteilereinheit übermittelt werden. Die Datenverteilereinheit teilt die Sensordaten wie vorstehend beschrieben auf und verteilt diese dann entsprechend an die Auswerteeinheiten. Die Datenverteilereinheit kann Teil einer oder mehrerer der Sensoren sein oder als eigenständige Einheit ausgebildet sein.
Heutzutage weisen Radarsensoren oftmals bereits Auswerteeinheiten auf. Insbesondere können die Daten an die Auswerteeinheiten in den Radarsensoren verteilt werden. Hierfür kann vorzugsweise die vorstehend genannte Datenverteilereinheit verwendet werden. Es wird dann eine bidirektionale Verbindung zu den Sensoren benötigt. Die Auswerteeinheiten in den Radarsensoren führen dann die Auswertung ihrer Daten durch. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass kein zentrales Rechengerät notwendig ist, da die Auswertung direkt in den Radarsensoren durchgeführt werden kann.
Zudem wird im Vergleich zu einer zentralen Auswertung die Gesamtdatenrate zwischen den Auswerteeinheiten reduziert. Ein Teil der Daten verbleibt jeweils im Sensor bzw. in dessen Auswerteeinheit, bis diese vollständig ausgewertet wurden. Bei gleicher Datenlast zwischen N Auswerteeinheiten gilt für die Datenrate in den beiden Fällen folgender Zusammenhang: $R_{Dezentral} = (1 \cdot \frac{1}{N}) R_{Zentral}$
Als Beispiel für drei Sensoren verringert sich die Gesamtdatenrate im Vergleich zu einer zentralen Auswertung um 1/3.
Da die Daten in den Auswerteeinheiten der Radarsensoren erst nach vollständigem Austausch verworfen oder überschrieben werden können, ist vorzugsweise ein Datenpuffer vorgesehen. Bei gleichmäßen Datenvolumen D_Sensordaten kann die Größe des Puffers D_Puffer durch folgenden Zusammenhang abgeschätzt werden: $D_{Puffer} = \frac{1}{N} D_{Sensordaten}$
Als Beispiel für drei Auswerteeinheiten verringert sich die Größe des Puffers damit mindestens auf 1/3 im Vergleich zu einer zentralen Auswerteeinheit. Das Puffern kann neben der Aufteilung der Daten ebenfalls in der obengenannten Datenverteilereinheit erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann ein zentrales Rechengerät mit mehreren Auswerteeinheiten vorgesehen sein. Die Daten werden an das zentrale Rechengerät übermittelt und dort an die verschiedenen Auswerteeinheiten aufgeteilt. Die Aufteilung kann durch die obengenannte Datenverteilereinheit erfolgen, die weiterhin in einem oder mehrerer der Sensoren, als separate Einheit oder als Teil des zentralen Rechengeräts ausgeführt sein kann. Die mehreren Auswerteeinheiten innerhalb des zentralen Rechengeräts führen dann die Auswertung ihrer Daten durch. Dabei können die Daten jedes Sensors bis zu einer Winkelschätzung separat voneinander ausgewertet werden. Insbesondere sind die mehreren Auswerteeinheiten verschiedene Prozessoren des Rechengeräts oder als virtuelle Kerne oder als Softwareblöcke realisiert. Vorzugsweise greifen die Auswerteeinheiten des zentralen Rechengeräts auf einen zentralen Speicher zu, sodass die Daten jeder Auswerteeinheit zur Verfügung stehen. Alternativkann für jede Auswerteeinheit oder für eine Gruppe von Auswerteeinheiten ein Speicher vorgesehen sein.
Sind sowohl Auswerteeinheiten in den Sensoren als auch ein zentrales Rechengerät mit mehreren Auswerteeinheiten vorhanden, ist vorzugsweise vorgesehen, die nicht-kohärent auszuwertenden Sensordaten an die Auswerteeinheit des nicht-kohärenten Radarsensors zu übermitteln, da diese eine geringere Rechenleistung benötigen. Die kohärent auszuwertenden Sensordaten können dann an das zentrale Rechengerät übermittelt werden, dessen leistungsfähigere Auswerteeinheiten die Auswertung mit höherem Rechenaufwand übernehmen.
Gemäß einem Aspekt können die Sensordaten als Rohdaten von den Sensoren übermittelt werden. Dadurch können einfache Sensorköpfe verwendet werden, welche Rohdaten, z. B. Analog-Digital-Wandler-Daten, liefern. Optional können diese Rohdaten vor dem Übermitteln dezimiert werden. Alternativ können Fourier-transformierte Daten, wie beispielsweise Range-FFT-Daten, Doppler-FFT-Daten und/oder Range-Doppler-FFT-Daten übermittelt werden. Dadurch können einfache und kostengünstige Radarsensoren verwendet werden, die bei Rohdaten keine Vorverarbeitungseinheit und bei Fourier-transformierten Daten eine einfache Vorverarbeitungseinheit, welche die Fourier-Transformation durchführen, aufweisen müssen. Wenn ein zentrales Rechengerät für die Auswertung vorhanden ist, müssen die Radarsensoren auch keine Auswerteeinheit aufweisen. Außerdem werden durch die Rohdaten bzw. die Fourier-transformierten Daten alle Informationen für alle Ziele übertragen. Dies führt zwar bei der Übermittlung zu einer hohen Datenrate, aber zu keinem Verlust von Informationen. Wenn nur Rohdaten übertragen werden, können Maßnahmen, die typischerweise bei einer Vorverarbeitung stattfinden, wie z. B. eine Entfernungs- und/oder Dopplerauswertung mittels schneller Fouriertransformation, bei der Auswertung durchgeführt werden.
Bei der Gesamtauswertung kann eine nicht-kohärente Integration (NCI) auf Basis mehrerer Sensoren durchgeführt werden. Die NCI-Berechnung kann sowohl für kohärente als auch für nicht-kohärente Daten durchgeführt werden. Bevorzugterweise wird eine gemeinsame NCI-Berechnung für Ziele mit Fernfeldbedingung durchgeführt, da bei diesen Zielen davon ausgegangen werden kann, dass diese in derselben Distanz-Geschwindigkeits-Zelle durch mehrere Sensoren detektierbar sind. Für den Nahbereich (nicht-kohärenter Bereich) wird die NCI-Berechnung bevorzugt auf Basis der Daten der Einzelsensoren bzw. der bistatischen Messungen jeweils einzeln durchführt. Bei der Einzelauswertung besteht die Gefahr, dass Ziele vom Einzelsensor nicht erkannt werden. Bevor die Daten endgültig verworfen werden, können die fehlenden Ziele von Einzelsensoren bzw. bistatischen Messungen nachträglich durch die zentrale NCI-Berechnung detektiert werden. Dadurch wird für eine nachgelagerte Zieldetektion, z. B. mittels konstanter Fehlalarmrate (CFAR), ein höherer Integrationsgewinn im Vergleich zur Einzelauswertung erreicht. Im Ergebnis wird die Sensitivität und Reichweite des kooperativen Sensornetzwerks erhöht. Schließlich werden für den jeweiligen Datentyp typische, weitere Signalverarbeitungsschritte, wie beispielsweise eine Winkelauswertung und/oder eine Geschwindigkeitsauswertung, und nicht-kohärente Prozessierungsschritte (z. B. Ermittlung einer vektoriellen Geschwindigkeit und/oder Erstellung einer gemeinsamen Zielliste) auf Basis der mehreren oder einzelnen Sensoren durchgeführt. Die Signalverarbeitungsschritte sind für kohärente und nicht-kohärente Auswertung gleich benannt, werden aber unterschiedlich ausgeführt. Vorzugsweise kann die Winkelauswertung für die kohärenten Daten auf Basis aller Sensoren durchgeführt werden, für nicht-kohärente Daten kann die Winkelauswertung auf Basis der Einzelsensordaten erfolgen. Vorzugsweise kann die Geschwindigkeitsauswertung für die kohärenten Daten auf herkömmliche Weise erfolgen, für die nicht-kohärenten Daten kann die Geschwindigkeitsauswertung zusätzlich durch eine vektorielle Geschwindigkeitsauswertung ergänzt werden. Dies stellt ein zusätzliches Auswertungsergebnis dar. Das gemeinsame Ergebnis kann z. B. in Form einer Zielliste (target list) ausgegeben werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt können die Sensordaten in den Sensoren vorverarbeitet werden, bevor diese übermittelt werden. Hierfür kann eine Vorverarbeitungseinheit in den Sensoren vorgesehen sein oder die oben beschriebene Auswerteeinheit in den Sensoren verwendet werden. Die vorverarbeiteten Sensordaten werden dann übermittelt und wie oben beschrieben aufgeteilt und ausgewertet.
Gemäß einem weiteren Aspekt können die Sensordaten an die Auswerteeinheiten übermittelt werden. Die Auswerteeinheit kann in den Sensoren integriert sein oder in einem zentralen Rechengerät ausgebildet sein. Die Vorverarbeitung wird dann in den Auswerteeinheiten durchgeführt. Vorzugsweise werden die Sensordaten in den Auswerteeinheiten vorverarbeitet, bei denen auch die Auswertung stattfindet. Alternativ können die vorverarbeiteten Sensordaten wie oben beschrieben übermittelt und aufgeteilt werden.
Bei einer Art der Vorverarbeitung wird in jedem Sensoren oder in jeder Auswerteeinheit eine Entfernungs- und/oder Dopplerauswertung beispielsweise mittels schneller Fouriertransformation (FFT) oder mittels diskreter Fouriertransformation (DFT) durchgeführt. Ferner wird in jedem Sensor mit diesen Daten eine angepasste Auswertung mit einer konstanten Falschalarmrate (CFAR) durchgeführt und somit eine Erfassung von Zielen, d. h. eine Zieldetektion erfolgen. Bei der angepassten CFAR wird eine im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren höhere Falschalarmrate verwendet. Durch die höhere Falschalarmrate werden vergleichsweise mehr Ziele detektiert. Die höhere Falschalarmrate soll so gewählt werden, dass möglichst alle Ziele detektiert werden, sodass keine Informationen über Ziele in der von den Sensoren erfassten Szene verworfen werden. Die vorverarbeiteten Sensordaten werden dann übermittelt. Die Datenrate bei der Übermittlung der vorverarbeiteten wird dadurch im Vergleich zu der Übermittlung von Rohdaten um ein Vielfaches, beispielsweise in der Größenordnung des Faktors 10, reduziert.
Bei der Gesamtauswertung wird vorteilhafterweise eine Auswertung mit niedrigerer konstanter Falschalarmrate auf Basis aller Sensoren durchgeführt. Der Begriff „niedrigere“ bezieht sich hierbei auf den Vergleich mit der zuvor beschriebenen CFAR. Vorzugsweise wird für diese CFAR die üblichen Parametrisierungen verwendet. Dadurch werden die gemeinsamen Ziele in üblicher Form erfasst. Zusätzlich kann eine nicht-kohärente Integration (NCI) auf Basis mehrerer Sensoren in den spektralen Bereichen, die von mehr als einem Sensor Daten übertragen wurden, durchgeführt werden, wie sie oben beschrieben ist. Dadurch wird ein deutlich höherer Integrationsgewinn im Vergleich zur Einzelauswertung erreicht. Schließlich werden wie oben beschrieben, für den jeweiligen Datentyp typische, weitere Signalverarbeitungsschritte, wie beispielsweise eine Winkelauswertung und/oder eine Geschwindigkeitsermittlung und nicht-kohärente Prozessierungsschritte (z. B. Ermittlung einer vektoriellen Geschwindigkeit und/oder Erstellung einer gemeinsamen Zielliste) auf Basis der mehreren oder einzelnen Sensoren durchgeführt.
Bei der Vorverarbeitung entscheidet jeder Sensor bzw. jede Auswerteeinheit eigenständig, welche Daten verworfen werden. Somit kann es vorkommen, dass ein Teil der Sensoren gegebenenfalls keine Sensordaten übermittelt. Für die Gesamtauswertung des kohärenten kooperativen Radarnetzwerks ist aber eine Winkelbestimmung mit lückenhaften Daten nachteilig. Vorzugsweise wird ein Qualitätskriterium eingeführt, mit dem entschieden wird, ob Ziele, die nur von einem Teil der Radarsensoren erfasst wurden, ausgewertet werden. So ein Qualitätskriterium kann z. B. ein Mehrheitsentscheid der Sensoren sein. Ist das Qualitätskriterium erfüllt, werden die teilweise erfassten Ziele ausgewertet. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass die Winkelauswertung nur mit einer Untermenge der Radarsensoren durchgeführt wird. Für die Auswertung der nicht-kohärenten Daten kann eine Aggregation der Ziele erfolgen.
Bei einer weiteren Art der Vorverarbeitung der Sensordaten wird in jedem Sensoren oder in jeder Auswerteeinheit eine Entfernungs- und Dopplerauswertung durchgeführt. Dann wird in jedem Sensoren oder in jeder Auswerteeinheit eine vollständige Auswertung mit einer konstanten Falschalarmrate durchgeführt. Vorzugsweise wird für diese CFAR die üblichen Parametrisierungen verwendet. Dadurch werden die gemeinsamen Ziele in üblicher Form erfasst. Hierbei können im Vergleich zu den Rohdaten und zu der Auswertung mit niedrigerer CFAR Ziele verworfen werden. Außerdem kann eine Spitzenwert-Ermittlung (peak search) durchgeführt werden und gegebenenfalls Nachbarregionen der Spitzenwerte zusätzlich übertragen, vorverarbeitet und/oder ausgewertet werden. Ferner wird in jedem Sensoren oder in jeder Auswerteeinheit eine Winkelschätzung auf Basis der Sensordaten der einzelnen Sensoren und/ oder der bistatischen Messpfade durchgeführt. Dadurch wird ein grob geschätzter Winkel erhalten. Das Ergebnis dieser Vorverarbeitung wird in einer Zielliste (target list) gespeichert, die zusätzlich Phaseninformationen beinhaltet. Diese zusätzlichen Informationen betreffen die relativen Phasenlagen der einzelnen Sender-Empfänger-Antennenkanäle für jedes Ziel uns liegen als komplexe Amplitude aller virtuellen Kanäle vor. Die Zielliste mit den Phaseninformationen wird als vorverarbeitete Sensordaten übermittelt.
Bei der Gesamtauswertung können die Ziellisten der einzelnen Sensoren bzw. der einzelnen Auswerteeinheiten zusammengeführt werden. Außerdem kann erneut eine CFAR und/oder eine Spitzenwert-Ermittlung durchgeführt, um die Datenmenge zu reduzieren. Wenn mehrere vorverarbeitete Sensordaten dasselbe Ziel (z. B. gleiche Entfernungs- und Dopplerdaten und gegebenenfalls zusätzlich gleiche Winkel oder Winkelbereiche) liefern, kann eine kooperative Winkelschätzung auf Basis der Ziellisten durchgeführt werden. Im Ergebnis wird der Rechenaufwand bei der Gesamtauswertung und bestenfalls bei der Auswertung der kohärenten Daten deutlich reduziert. Die Datenrate bei der Übermittlung der vorverarbeiteten Daten wird dadurch im Vergleich zu der Übermittlung von Rohdaten um ein Vielfaches, beispielsweise in der Größenordnung des Faktors 1000, reduziert. Bei der Auswertung der Einzelsensoren und anschließender kooperativen Auswertung ist der kooperative Integrationsgewinn vor der CFAR vergleichsweise gering. Schließlich werden wie oben beschrieben, für den jeweiligen Datentyp typische, weitere Signalverarbeitungsschritte auf Basis der einzelnen oder mehreren Sensoren durchgeführt.
Der bei der vorstehend beschriebenen Vorverarbeitung erhaltene grob geschätzte Winkel kann bei der Gesamtauswertung mittels einer Verfeinerung näher bestimmt werden, da relativen Phasenlagen der Sende-Empfangs-Antennenkanäle in allen Ziellisten vorliegen. Hierfür wird eine kohärente kooperative Winkelschätzung in einem festlegbaren Bereich um den zumindest einen geschätzten Winkel mit einer höheren Winkelauflösung durchgeführt. Dies kann beispielsweise mittels schneller Fouriertransformation oder eines Bartlett-Schätzers oder einer Maximum-Likelihood-Methode erfolgen. Da der Winkelbereich, in dem die höhere Winkelauflösung angewendet wird, stark beschränkt wird, z. B. innerhalb der Trennfähigkeit der einzelnen Sensoren in Elevation und Azimut, ist der Rechenaufwand für diese Auswertung vergleichbar mit einer herkömmlichen Winkelschätzung eines Einzelsensors über den gesamten Winkelbereich. Durch diese Auswertung können insbesondere auch mehrere Ziele in dem Winkelbereich gefunden und getrennt werden. Im Normalfall kann das Ergebnis dieser Winkelschätzung die grobe Winkelschätzung der Sensoren bzw. der Auswerteeinheiten ersetzen. Falls ein Gütewert der kooperativen Auswertung unterschritten wird, kann auf die Winkelschätzung der Einzelsensoren bzw. der Auswerteeinheiten zurückgegriffen werden. Der Gütewert kann beispielsweise als Ergebnis der Korrelation zwischen einer Steuermatrix und der komplexen Amplitude erhalten werden. Dazu können Meta-Informationen über die Art der Prozessierung an die Zielliste angehängt werden.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen Rechengerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
Des Weiteren wird ein kohärentes kooperatives Radarsensornetzwerk vorgeschlagen, welches mehrere Radarsensoren aufweist. Zumindest zwei Sensoren arbeiten kohärent. Zudem weist das Radarsensornetzwerk eine Datenverteilereinheit auf, mit der Sensordaten verteilt werden können. Die Datenverteilereinheit kann Teil einer oder mehrerer der Sensoren sein. Das Radarnetzwerk ist eingerichtet, die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens durchzuführen.
Ferner kann das kohärente kooperative Radarsensornetzwerk ein zentrales Rechengerät aufweisen. Das zentrale Rechengerät ist eingerichtet, die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens auszuführen. Hierfür kann das zentrale Rechengerät die Datenverteilereinheit aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt ein schematisches Schaubild der Daten und deren Aufteilung.
2 zeigt eine systematische Abbildung eines kohärenten kooperativen Radarsensornetzwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine systematische Abbildung eines kohärenten kooperativen Radarsensornetzwerks gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt ein Winkeldiagramm des Azimut- und des Elevationswinkels zur Winkelschätzung eines Ziels.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt in einem schematischen Schaubild von Daten die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 und 3 zeigen jeweils ein kohärentes kooperatives Radarsensornetzwerk mit mehreren Radarsensoren (von denen drei dargestellt sind) 11, 12, 13. In diesem Beispiel ist ein erster Radarsensor 11 als nicht-kohärenter Sensor ausgebildet, ein zweiter Radarsensor 12 und ein dritter Radarsensor 13 sind kohärent ausgebildet. In anderen Ausführungsbeispielen können alle Radarsensoren 11, 12, 13 kohärent ausgebildet sein. Sensordaten SD1, SD2, SD3, die von Radarsensoren 11, 12, 13 erfasst wurden, werden entsprechend ihres Auswertetyps, also ob sie kohärent oder nicht-kohärent ausgewertet werden, durch eine Datenverteilungseinheit 2 aufgeteilt. Zuvor kann eine Berechnung des (zweidimensionalen) Spektrums erfolgen und die Aufteilung auf dem Spektrum basieren. Dabei werden Bereiche ermittelt, die vorteilhafterweise kohärent oder nicht-kohärent ausgewertet werden. Bei einem frequenzmodulierten Dauerstrichradar (FMCW) kann die Aufteilung mittels Filterung erfolgen. Mittels einer Hochpass-Filterung werden kohärente Daten KD erhalten und mittels einer Tiefpass-Filterung werden nicht-kohärente Daten NKD erhalten. Die kohärenten Daten KD und die nicht-kohärenten Daten NKD werden an verschiedene Auswerteeinheiten 110, 120, 130; 31, 32, 33 verteilt und dort ausgewertet. Es wird hierzu auf die 2 und 3 verwiesen. Aus den nicht-kohärenten Daten NKD wird z. B. eine vektorielle Geschwindigkeit ermittelt und/oder eine gemeinsame Ziellisteerstellt. Für die kohärenten Daten KD erfolgt z.B. eine Phasen- und/oder Frequenzsynchronisation über das Antennenarray und es wird zudem eine Winkelschätzung durchgeführt.
Zusätzlich können die Daten nach Distanzbereichen, Doppler-/Geschwindigkeitsbereichen und/oder Winkelbereichen des verwendeten Radarsignals aufgeteilt werden und an die Auswerteeinheiten 110, 120, 130, 31, 32, 33 verteilt werden, welche dann die Auswertung ihrer Daten durchführen.
In 2 weisen die Radarsensoren 11, 12, 13 jeweils eine Auswerteeinheit 110, 120, 130 auf, welche eine Vorverarbeitung der Sensordaten SD1, SD2, SD3 durchführen. Alternativ können auch Rohdaten und/oder Fourier-transformierte Daten, wie beispielsweise Range-FFT-Daten, Doppler-FFT-Daten und/oder Range-Doppler-FFT-Daten übermittelt werden und die entsprechenden Schritte später bei der Auswertung durchgeführt werden. Die vorverarbeiteten Sensordaten SD1, SD2, SD3 beinhalten Ziellisten ZL1, ZL2, ZL3 (siehe 4) mit den jeweiligen Zielen Z1, Z2, Z3. Die vorverarbeiteten Sensordaten SD1, SD2, SD3 (bzw. die Rohdaten und/oder die Fourier-transformierten Daten) werden an eine Datenverteilereinheit 2 übermittelt. Die Datenverteilereinheit 2 ist hier als separate Einheit ausgebildet, kann aber auch Teil eines Radarsensors 11, 12, 13 sein. Die Datenverteilereinheit 2 teilt die Daten wie vorstehend in Zusammenhang mit 1 beschrieben auf und übermittelt diese an die Auswerteeinheiten 120, 130, 140 der Radarsensoren 11, 12, 13. Zwischen den Radarsensoren 11, 12, 13 und der Datenverteilereinheit 2 besteht eine bidirektionale Verbindung. Die nicht-kohärenten Daten NKD werden dabei an die Auswerteeinheit 110 des ersten Radarsensors 11 gesendet. Dies gilt insbesondere, wenn die Datenverteilereinheit 2 Teil der Radarsensoren 11, 12, 13 ist. Die kohärenten Daten KD werden nach Zielen oder Teilspektren der ausgewählten Bereichen getrennt und entsprechend aufgeteilt und an die Auswerteeinheit 120 des zweiten Radarsensors 12 und an die Auswerteeinheit 130 des dritten Radarsensors 13, welche kohärent arbeiten, übermittelt. In den Auswerteeinheiten 110, 120, 130 findet dann eine Auswertung ihrer Daten wie vorstehend in Zusammenhang mit 1 beschrieben statt. Die ausgewerteten Daten werden dann erneut über die Datenverteilereinheit 2 an ein zentrales Rechengerät 3 übermittelt. Das zentrale Rechengerät 3 weist eine Auswerteeinheit 30 auf, die ein gemeinsames Auswerteergebnis erzeugt. Alternativ kann dies auch in einer der Auswerteeinheiten 110, 120, 130 der Radarsensoren 11, 12, 13 erfolgen.
In 3 weisen die Radarsensoren 11, 12, 13 jeweils eine Vorverarbeitungseinheit 111, 121, 131 auf, welche eine Vorverarbeitung der Sensordaten SD1, SD2, SD3 durchführen. Alternativ können auch Rohdaten und/oder Fourier-transformierte Daten, wie beispielsweise Range-FFT-Daten Doppler-FFT-Daten und/oder Range-Doppler-FFT-Daten übermittelt werden und die entsprechenden Schritte später bei der Auswertung durchgeführt werden. Die vorverarbeiteten Sensordaten SD1, SD2, SD3 beinhalten Ziellisten ZL1, ZL2, ZL3 (siehe 4) mit den jeweiligen Zielen Z1, Z2, Z3. Die vorverarbeiteten Sensordaten SD1, SD2, SD3 (bzw. die Rohdaten und/oder die Fourier-transformierten Daten) werden an eine Datenverteilereinheit 2 übermittelt. Zudem ist ein zentrales Rechengerät 3 vorgesehen, dass mehrere Auswerteeinheiten 30, 31, 32, 33 aufweist. Die Auswerteeinheiten 30, 31, 32, 33 können beispielsweise Prozessoren, virtuelle Kerne oder Softwareblöcke sein. Die Datenverteilereinheit 2 ist hier als separate Einheit ausgebildet, kann aber auch Teil des zentralen Rechengeräts 3 sein. Die Datenverteilereinheit 2 teilt die Daten wie vorstehend in Zusammenhang mit 1 beschrieben auf und übermittelt diese an die Auswerteeinheiten 31, 32, 33 des zentralen Rechengeräts 3. Die Verbindungen zwischen den Radarsensoren 11, 12, 13 und der Datenverteilereinheit 2 sowie zwischen der Datenverteilereinheit 2 und dem zentralen Rechengerät 3 können als einfache Verbindungen ausgebildet sein. Die nicht-kohärenten Daten NKD werden rein beispielhaft an die Auswerteeinheit 31 gesendet. Die kohärenten Daten KD werden nach Zielen oder Teilspektren von ausgewählten Bereichen getrennt und entsprechend aufgeteilt und an die Auswerteeinheit 32 und 33 übermittelt. In den Auswerteeinheiten 31, 32, 33 findet dann eine Auswertung ihrer Daten wie vorstehend in Zusammenhang mit 1 beschrieben statt. Die ausgewerteten Daten werden dann an die Auswerteeinheit 30 übermittelt, die eine Gesamtauswertung der kombinierten Auswertungen durchführt.
In 4 sind drei Ziellisten ZL1, ZL2, ZL3 für die drei Radarsensoren 11, 12, 13 gezeigt. Diese weisen in diesem Beispiel jeweils drei Ziele Z1, Z2, Z3 auf. Zumindest das erste Ziel Z1 soll in den drei Ziellisten ZL1, ZL2, ZL3 der drei Radarsensoren 11, 12, 13 identisch sein. Es ist ein Winkeldiagramm des Azimutwinkels ϕ und des Elevationswinkels θ angegeben. Bei der Vorverarbeitung wurde vom ersten Radarsensor 11 durch eine grobe Winkelschätzung mit niedriger Auflösung ein Azimutwinkel ϕ₁ und ein Elevationswinkel θ₁ für das erste Ziel Z1 geschätzt. Bei der Gesamtauswertung wird eine kohärente kooperative Winkelschätzung für alle Radarsensoren 11, 12, 13 durchgeführt. Da die groben Winkel ϕ₁ und θ₁ bereits bekannt sind, wird in einem festlegbaren Bereich um diese die Winkelschätzung mit einer höheren Winkelauflösung durchgeführt. Die höhere Winkelauflösung wird durch das engmaschigere Gitter in 4 dargestellt. Die Grenzen des Bereichs werden für den Azimutwinkel ϕ zu ϕ₁ - Δϕ und ϕ₁ + Δϕ gewählt und für den Elevationswinkel θ zu θ₁ - Δθ und θ₁ + Δθ gewählt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015224787 A1 [0002]
DE 102019220238 A1 [0003, 0009]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines kohärenten kooperativen Radarsensornetzwerks, aufweisend mehrere Radarsensoren (11, 12, 13), wobei zumindest zwei Sensoren (12, 13) kohärent arbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten (SD1, SD2, SD3) nach dem Auswertetyp in kohärent auszuwertende Daten (KD) und nicht-kohärent auszuwertende Daten (NKD) aufgeteilt werden und dass die kohärent auszuwertenden Daten (KD) und die nicht-kohärent auszuwertende Daten (NKD) an jeweils unterschiedliche Auswerteeinheiten (110, 120, 130; 31, 32, 33) übermittelt werden, welche dann jeweils eine Auswertung durchführen, und wobei die einzelnen Auswertungen zu einer Gesamtauswertung kombiniert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten (SD1, SD2, SD3) nach Distanzbereichen, Doppler-/Geschwindigkeitsbereichen und/oder Winkelbereichen des verwendeten Radarsignals aufgeteilt werden und dass die Daten der unterschiedlichen Bereiche an unterschiedliche Auswerteeinheiten (110, 120, 130; 31, 32, 33) übermittelt werden, welche dann jeweils eine Auswertung durchführen, und wobei die einzelnen Auswertungen zu einer Gesamtauswertung kombiniert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten (SD1, SD2, SD3) an eine Datenverteilereinheit (2) übermittelt werden, die Sensordaten (SD1, SD2, SD3) von der Datenverteilereinheit (2) aufgeteilt und die kohärent auszuwertenden Daten (KD) und die nicht-kohärent auszuwertende Daten (NKD) von der Datenverteilereinheit (2) an die Auswerteeinheiten (110, 120, 130; 31, 32, 33) verteilt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten (KD, NKD) an Auswerteeinheiten (110, 120, 130) in den Sensoren (11, 12, 13) verteilt werden und die Auswerteeinheiten (110, 120, 130) der Sensoren (11, 12, 13) die Auswertung durchführen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten (KD, NKD) an ein zentrales Rechengerät (3) übermittelt werden und Auswerteeinheiten (31, 32, 33) des zentralen Rechengeräts (3) die Auswertung durchführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten (SD1, SD2, SD3) als Rohdaten oder als Fourier-transformierte Daten von den Sensoren (11, 12, 13) übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten (SD1, SD2, SD3) in den Sensoren (11, 12, 13) vorverarbeitet werden und die Sensordaten (SD1, SD2, SD3) als vorverarbeitete Sensordaten übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten (SD1, SD2, SD3) in den Auswerteeinheiten (110, 120, 130) vorverarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorverarbeitung der Sensordaten (SD1, SD2, SD3) eine Entfernungs- und Dopplerauswertung durchgeführt wird und daraus durch eine angepasste Auswertung mit einer konstanten Falschalarmrate eine Erfassung von Zielen (Z1, Z2, Z3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gesamtauswertung eine weitere Auswertung mit niedrigerer konstanter Falschalarmrate zur Erfassung von gemeinsamen Zielen (Z1) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Ziele, die nur von einem Teil der Radarsensoren (11, 12, 13) erfasst wurden, nur ausgewertet werden, wenn ein Qualitätskriterium erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorverarbeitung der Sensordaten (SD1, SD2, SD3) eine Entfernungs- und Dopplerauswertung durchgeführt wird und daraus durch eine vollständige Auswertung mit einer konstanten Falschalarmrate eine Erfassung von Zielen und eine Winkelschätzung erfolgt, wobei die übermittelten Sensordaten eine Zielliste (ZL1, ZL2) mit Phaseninformationen beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung für zumindest einen bei der Vorverarbeitung geschätzten Winkel (ϕ₁, θ₁) eines Ziels (Z1) eine kohärente kooperative Winkelschätzung in einem festlegbaren Bereich um den zumindest einen geschätzten Winkel mit einer höheren Winkelauflösung durchgeführt wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.
Kohärentes kooperatives Radarsensornetzwerk, aufweisend mehrere Radarsensoren (11, 12, 13), wobei zumindest zwei Sensoren (12, 13) kohärent arbeiten, und eine Datenverteilereinheit (2), wobei das Radarnetzwerk eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen.
Kohärentes kooperatives Radarsensornetzwerk nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch ein zentrales Rechengerät (3), welches eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen.