EP3775973A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines radarquerschnitts, verfahren zum trainieren eines wechselwirkungsmodells sowie radarzielemulator und prüfstand - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines radarquerschnitts, verfahren zum trainieren eines wechselwirkungsmodells sowie radarzielemulator und prüfstand

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EP3775973A1
EP3775973A1 EP19720761.6A EP19720761A EP3775973A1 EP 3775973 A1 EP3775973 A1 EP 3775973A1 EP 19720761 A EP19720761 A EP 19720761A EP 3775973 A1 EP3775973 A1 EP 3775973A1
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EP
European Patent Office
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radar
simulated
radar signal
target
virtual
Prior art date
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Application number
EP19720761.6A
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English (en)
French (fr)
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Franz Michael MAIER
Vamsi Prakash MAKKAPATI
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Publication date
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    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/54—Simulation of radar

Definitions

  • radar sensors play a central role due to their robustness to various weather conditions. Therefore, various driver assistance systems often access the sensor data provided by the radar sensors.
  • vehicle-in-the-loop test stands In order to test driver assistance systems, so-called vehicle-in-the-loop test stands are known, in which the environmental sensors, in particular radar sensors, of a vehicle are stimulated in accordance with a test scenario generated by an environmental simulation. The control signals generated by the driver assistance system are fed back into the environment simulation in real time in order to enable dynamic testing.
  • the stimulation of radar sensors usually has a manipulation, in particular modulation, of the radar signals emitted by them, the manipulation being characterized by the test scenario.
  • the thus modulated radar signals, which map the test scenario, are then sent back to the radar sensors.
  • stimulation points In order to manipulate a radar signal according to the test scenario, so-called stimulation points are required which contain information regarding the manipulation to be carried out. Stimulation points can in particular distances between the objects contained in the test scenario and the test vehicle with the driver assistance system to be tested, the azimuth angle of these objects with respect to the test vehicle, which contain the Doppler shift occurring as a result of the relative movement of the objects of the test vehicle and the radar cross section of the objects.
  • To calculate the radar cross section from the simulation data provided by the environmental simulation various approaches are known. In particular, statistical models that depend on object properties such as position (relative to the test vehicle) and extent can be created and noise added. Alternatively, the objects may be represented by virtual scattering centers. Raytracing approaches are also known, which also take material properties of the objects into account. However, these approaches are not real-time capable and therefore not suitable for dynamic testing in a vehicle-in-the-loop test bench.
  • US 2002/0198670 A1 describes a simulation algorithm for electromagnetic radiation, which makes it possible to calculate an electromagnetic wave scattered on a conductor in a monofrequency situation.
  • radar cross sections of objects whose geometric dimensions are known can thus be calculated.
  • the electronic marginal integral equation is solved by preconditioning an interaction matrix M and an iterative algorithm, which maps a method of conjugate gradients. This results in surface currents generated by the irradiation of waves on the object, by means of which the scattered waves can be determined.
  • US 2003/0234786 A1 relates to the generation of automatically factored approximations for bidirectional reflectance distribution functions.
  • texture factors are searched in a search space which, in combination with the projections, best approximate a bidirectional reflectance distribution function.
  • the resulting approximation errors are minimized in an outer cycle by looking for the amount of projections for which the error becomes minimal. From the full approximation of the bidirectional reflectance distribution function, reflectance values for different angles of view are calculated.
  • EP 0 157 153 A1 discloses a method for computer-aided simulation of complete radar systems, wherein a current power spectrum of a transmitter is used as signal, and this signal is changed according to the propagation path and the target properties.
  • the method provides the statistical moments of the processed signal.
  • a transmitter simulator amplitude and phase curve of the transmitter signal is specified and generates a power spectrum.
  • a target simulator geometric factors, target properties, propagation losses and antenna gains are converted into the receiver signal in a generalized radar equation.
  • the simulation method can be expressed analytically closed as the accumulated energy.
  • a first aspect of the invention relates to a method for determining a radar cross section of a simulated radar target, which can be used in particular for the purpose of stimulating a real radar signal in a radar target emulator, which preferably has the following operating steps:
  • a radar signal in the sense of the invention is in particular an electromagnetic wave and is preferably characterized by an amplitude, a phase, a frequency and / or a propagation direction.
  • the radar signal preferably propagates along the propagation direction within a solid angle range, the so-called field of view (FoV).
  • a simulated environment scenario in the sense of the invention is in particular a situation in which at least one simulated radar target, for example a vehicle, a pedestrian, a building or another surrounding object, in a defined relationship, in particular at a distance Alignment and / or movement is related to a vehicle to be tested.
  • the environment scenario may be, in particular, a traffic situation.
  • a physical variable characterizing a virtual radar signal in the sense of the invention is in particular a variable by which the radar signal is described.
  • the physical quantity can contain, for example, information about the amplitude and / or the phase of the radar signal.
  • the physical quantity is a power density or a field strength of the radar signal.
  • a value of a physical quantity, for example, as it is determined approximately at the receiver point, can thus be, for example, a beam angle-dependent power.
  • Directed scattering in the sense of the invention is in particular the scattering of the power or field strength into a solid angle range.
  • the radar signal scattered in such a way or the component of the radar signal scattered in this way preferably spreads from the simulated radar target within a so-called reflection cone, for example within a defined solid angle range.
  • a second aspect of the invention relates to a method for determining a radar cross section of a simulated radar target, which can be used in particular for stimulating a real radar signal in a radar target emulator, using the Phong formula, preferably according to the method according to the first aspect Invention.
  • the first and second aspects of the invention are based, in particular, on the approach to model the interaction of radar signals, which are preferably simulated as radar beams, with objects from an environmental scenario in such a way that a part of the radar signal acts after the interaction according to a specular scattering, for example according to a reflection, propagates to the objects and another part of the radar signal according to a diffuse, in particular isotropic, scattering at the objects.
  • a specular scattering for example according to a reflection
  • the radar cross section of the objects can then be determined.
  • the interaction of the radar beams propagating in the ambient scenario with the simulated radar targets is preferably based on an interaction model.
  • the interaction model is preferably imaged by the Phong formula, to which in particular a normalizable directionality term can be added.
  • the power density or optionally the field strength can be divided into a directed component and a diffuse component.
  • the directed component On the basis of the directed component, a multiple scattering of the radar signal on a plurality of simulated radar targets can be simulated with a low computation effort. Therefore, deriving the radar cross section of a simulated radar target based on the total power density at the receiver point is possible, at least substantially, in real time.
  • the total power density consists of a background part, namely the diffused components of the radar signal, and a directed part, namely the oriented components of the radar signal, which were (re-) reflected back into the receiver point or scattered in the direction of the receiver point , together.
  • the method according to the invention for determining a radar cross section of a simulated radar target can be used flexibly, for example in so-called virtual validation. It can be used, for example, to stimulate, in particular mathematical, radar sensor models.
  • the invention allows the real-time capable determination of a radar cross section of a simulated radar target, taking into account multiple reflections.
  • the propagation of the virtual radar signal from a transmitter point in the ambient scenario to the simulated radar target is simulated on the basis of an analytical description of the propagation of radar signals.
  • the propagation of the virtual radar signal can be determined by a numerical calculation based on the analytical description.
  • the propagation can be simulated by means of ray tracing, for example. This enables a particularly precise and realistic determination of the spread of the virtual radar signal until it hits a simulated radar target. Since this propagation of the radar signal is preferably modeled at least substantially rectilinearly, it can also be simulated in real time.
  • the propagation of at least a part of the radar signal which is characterized in particular by the directional component, after the change of the Effect simulated with the simulated radar target based on an analytical description of the propagation of radar signals, in particular by ray tracing.
  • the spread of the virtual radar signal after interaction with the simulated radar target can be simulated from the simulated radar target to the receiver point based on the analytical description of the propagation of radar signals.
  • the part of the radar signal which is characterized by the directional component of the physical quantity may, for example, contain a plurality of sub-signals which propagate substantially rectilinearly. The propagation directions of the sub-signals are preferably within a reflection cone.
  • a partial signal in the sense of the invention is in particular a single radar beam.
  • the interaction of the portion of the sub-signal with the simulated radar target is again described on the basis of the interaction model.
  • the at least substantially straight-line propagation of at least part of the radar signal between the transmitter point and at least one simulated radar target or between a plurality of simulated radar targets can be based on an analytical description of the radar signal Propagation of radar signals, in particular ray tracing, be simulated.
  • the interaction of the radar signal or at least part of the radar signal with the simulated radar targets can be simulated on the basis of the interaction model. In sum, this allows a particularly fast and precise determination of one or more radar cross sections.
  • the virtual radar signal includes a plurality of sub-signals, and the interaction of the virtual radar signal with the simulated radar target is modeled for each of the sub-signals.
  • the radar cross section is preferably derived on the basis of a plurality of determined values of the physical quantity at the receiver point.
  • the values of the physical quantity for all diffuse components of the sub-signals as well as the values of the physical size of those directional components which characterize scattered sub-signals in the direction of the receiving point are summed up. The radar cross section can then be determined on the basis of this sum.
  • the propagation of the partial signals is preferably assumed to be substantially rectilinear.
  • the partial signals preferably have different propagation directions.
  • the radar signal can be assigned a solid angle range in which the radar signal propagates. In the calculation of radar cross sections, the interaction of the radar signal with simulated radar targets, which lie outside the assigned solid angle range, can then correspondingly be disregarded, whereby the determination of the radar cross section is accelerated.
  • the physical variable is divided into the directional component and the diffuse component as a function of at least one model parameter which characterizes a physical property of the simulated radar target.
  • physical properties of the simulated radar target can be taken into account when calculating the radar cross section. For example, a surface finish of the radar target, a material of the radar target, and / or the like may be considered.
  • the at least one model parameter is a parameter of the Phong formula.
  • the at least one model parameter may be a pre-factor that indicates the diffusely scattered portion of the radar signal.
  • the at least one model parameter may be a pre-factor that indicates the directionally scattered portion of the radar signal.
  • the at least one model parameter can also be an exponent which indicates the width of a reflection cone within which directionally scattered components of the radar signal propagate. At least two of the model parameters can have a dependence on one another.
  • a third aspect of the invention relates to a method for training an interaction model, by means of which an interaction of a virtual radar signal with a simulated radar target can be modeled in such a way that a physical variable characterizing the virtual radar signal is directed into a directional component Scattering of the virtual radar signal, and divided into a diffuse component, which corresponds to an isotropic scattering of the virtual radar signal is divided.
  • the method comprises the following steps: (i) simulating the interaction of a virtual radar signal with a reference target based on an analytical description of the reflection of the radar signal at the reference target, wherein at least one value of a physical quantity that reflects the virtual radar reflected from the reference target - darsignal is characterized, or modeling the interaction of a real radar signal with a real-world replica of the reference target, wherein at least one value of the physical quantity which characterizes the real radar of the reference target reflected real radar signal is measured; and (ii) determining at least one model parameter of the interaction model based on the at least one determined value of the physical quantity.
  • the training of an interaction model in the sense of the invention is in particular an adaptation of the, preferably phenomenological, interaction model, in particular the Phong formula, to an analytical description of the interaction of a virtual radar signal with a simulated radar target or to the results of an experiment for the reflection of real radar signals.
  • the analytical description of the interaction can be given, for example, by the so-called RCS theory, which makes statements with regard to the propagation of radar signals and in particular with regard to the interaction of radar signals with objects possible.
  • the analytical description can in particular be based on an analytical model for the propagation of radar signals, in particular the reflection of radar signals on objects.
  • the experiment which makes it possible to model the interaction of a real radar signal with a real object, for example a reference target, can be carried out, for example, with a test setup which simulates the reflection of a virtual radar signal at the simulated radar target, in particular a reference target. replicates.
  • the at least one model parameter of the interaction model is preferably determined by comparing the at least one determined value of the physical variable with an analytically or experimentally determined value of the physical quantity, in particular with a value of the physical variable determined numerically on the basis of the analytical description.
  • At least one value of a physical quantity in the sense of the invention indicates in particular a scatter angle-dependent power of the radar signal scattered on the simulated radar target.
  • the at least one value of a physical quantity can in particular form a scattering characteristic.
  • the determination of at least one model parameter is in particular a normalization of a pre-factor of the interaction model.
  • determining at least one model parameter may be a normalization of a pre-factor of the Phong formula that indicates the directionally dispersed portion of the radar signal.
  • the third aspect of the invention is based, in particular, on the approach, the interaction of a virtual or real radar signal with a reference target whose properties, in particular extent, position, surface condition and / or material, are known on the basis of an analytical description to simulate, for example by numerically solving corresponding equations, or to model based on an experiment and thereby to determine at least one value of a physical quantity, for example the power density and / or the field strength of the radar signal.
  • the interaction model to be trained can then be related to the at least one determined value of the physical quantity, which preferably results in at least one model parameter of the interaction model.
  • at least one model parameter of the interaction model can be normalized in this way. This can ensure that the same value for the physical quantity is obtained when applying the interaction model at a receiver point in the simulated environment scenario as in a more complex calculation based on the analytical description of the interaction.
  • the interaction model for example the Phong formula, can then be adapted by suitably selecting the at least one model parameter such that a scattering characteristic determined by means of the interaction model corresponds to the beam characteristic determined on the basis of the analytical description.
  • the propagation of a real radar signal which is reflected on a real replica of the reference target, by measuring at least one value of the physical quantity.
  • the at least one model parameter may then be determined based on the at least one measured value of the physical quantity.
  • the at least one determined model parameter is stored.
  • the at least one model parameter is determined on the basis of a compensation calculation, in particular a regression analysis.
  • the at least one model parameter can form a parameter for fitting the determined values of the physical quantity.
  • the at least one model parameter is adjusted within the compensation calculation until a deviation between a value for the physical quantity calculated on the basis of the analytical description and a value for the physical quantity based on the Interaction model is minimal.
  • the at least one model parameter can be determined particularly reliably and precisely.
  • the reference target is a sphere. This is particularly advantageous since reliable analytical descriptions of the interaction with radar signals are known for a sphere.
  • the propagation of the virtual or real radar signal for several different reference objects is simulated or modeled.
  • at least one model parameter is determined on the basis of the values of the physical variable determined thereby, and the determined model parameters are stored as a function of object properties of the several different reference objects.
  • a fourth aspect of the invention relates to a device for determining a radar cross section of a simulated radar target, which is set up for carrying out a method according to the first, second and / or third aspect of the invention.
  • a true-to-life radar cross-section can be determined quickly and precisely, in particular at least substantially in real time, and precisely.
  • the device for determining a radar cross section is set up to record simulation data of a simulation device which characterizes a simulated ambient scenario and to determine the radar cross section of a simulated radar target contained in the ambient scenario on the basis of the simulation data using the interaction model.
  • the simulation data contains, for example, information relating to the object type of the simulated radar target, the shape of the radar target, the position of the radar target in the ambient scenario, the orientation of the radar target in the ambient scenario and / or the like.
  • the device is preferably set up to output not only the radar cross section but also further data needed for manipulating a real radar signal.
  • the device can be set up to output stimulation points on the basis of the simulation data and the interaction model.
  • a fifth aspect of the invention relates to a radar target emulator for manipulating a real radar signal output by a vehicle, in particular a motor vehicle.
  • the radar target emulator preferably has a simulation device that is configured to simulate an environmental scenario and to output simulation data that characterizes the environmental scenario.
  • the radar target emulator preferably has a device for determining a radar cross section of a simulated radar target according to the fourth aspect of the invention, which is set up to output at least one stimulation point on the basis of the simulation data.
  • the radar target emulator preferably has a stimulation device which is set up to receive the real radar signal, in particular to receive it, to manipulate the real radar signal on the basis of the at least one stimulation point and to output the radar signal manipulated in this way, in particular to transmit it ,
  • the simulation device is preferably designed to simulate the ambient scenario on the basis of boundary conditions predefined by a driver assistance system.
  • a sixth aspect of the invention relates to a test stand for a vehicle, in particular motor vehicle, comprising a radar target emulator according to the fifth aspect of the invention. As a result, a vehicle-in-the-loop test stand can be realized with which a dynamic testing of driver assistance systems of the vehicle is possible.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a test stand according to the invention
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of a method according to the invention for determining a radar cross section
  • Fig. 3 shows a preferred embodiment of an interaction model for
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment of a method for training an interaction model.
  • FIG. 1 shows a preferred exemplary embodiment of a test stand 100 according to the invention for a vehicle 2, in particular a motor vehicle, with a radar sensor 2 a.
  • the test stand 100 has a radar target emulator 10 for manipulating a real radar signal R output by the radar sensor 2 a, wherein the radar target 10 has a simulation device 3, a device 4 for determining a radar cross section of a simulated radar target, and a stimulation device 5.
  • the simulation device 3 is preferably set up to simulate an environmental scenario and to output simulation data D characterizing the environmental scenario.
  • the environment scenario includes, for example, simulated radar targets.
  • the device 4 can preferably at least output a stimulation point P, which in particular contains the radar cross section of at least one simulated radar target.
  • the stimulation device 5 can manipulate the received real radar signal R and return it as a manipulated radar signal R 'to the radar sensor 2a.
  • an input of the vehicle 2, in particular a behavior of the vehicle 2 caused by the driver assistance system can be taken into account.
  • the connection of the vehicle 2 with the simulation device 3 allows a feedback between reaction of the vehicle 2 and the simulated environment scenario, by means of which the vehicle 2 or the driver assistance system can be dynamically tested.
  • the simulation device 3 may be, for example, a computer that is set up to execute software for simulating environmental scenarios, for example CarMaker ⁇ .
  • the simulation device 3 preferably simulates a situation in the context of which the vehicle 2 could be operated.
  • the driving of the vehicle can be simulated taking into account other road users, environmental conditions such as weather, time of day or road conditions, and / or the like.
  • the situation may be characterized in particular by positions, orientations and / or types of other road users or obstacles. This information is preferably contained in the simulation data D.
  • the device 4 for determining a radar cross section of a simulated radar signal is preferably set up to reprocess the simulation data D in such a way that a radar signal R emitted by the radar sensor 2a can be manipulated according to the simulated environment scenario, ie, based on the transmitted radar signal R, a manipulated radar signal R 'can be generated, which characterizes the environment scenario.
  • the device 4 can simulate the propagation of a virtual radar signal, which preferably corresponds to the radar signal R emitted by the radar sensor 2 a, in the simulated ambient scenario, ie, taking into account the simulation data D. As described in detail in connection with FIG.
  • the radar cross section determined in this way is transmitted by the device 4, possibly with other information, such as the distance of the simulated radar target from the vehicle 2, the azimuth angle of the simulated radar target relative to the vehicle 2, the Doppler shift of the radar signal reflected at the simulated radar target, and / or the like. output.
  • the stimulation device 5 is preferably set up to effect the manipulation of the radar signal R by time delay and / or modulation of the signal.
  • the stimulation device 5 preferably has an at least partially analog circuit, through which the radar signal R received, for example by means of a receiving antenna, is looped before it is transmitted to the radar sensor 2a, for example by means of a transmitting antenna.
  • the stimulation device 5 can also have a computing device which is set up to carry out the manipulation of the radar signal R at least partially digitally.
  • FIG. 2 shows a preferred exemplary embodiment of a method 1a according to the invention for determining a radar cross section s of a simulated radar target, in particular for stimulating a real radar signal in a radar target emulator.
  • a method step S1 in particular on the basis of provided simulation data D, the propagation of a virtual radar signal in a simulated ambient scenario, which is preferably characterized by the simulation data D and contains, for example, a simulated radar target, is based on an interaction model W simulated.
  • the interaction model W may have been trained in previous method steps, if appropriate also in a separate method (see FIG. 4).
  • the interaction model W can be adapted by comparison with an analytical description of the propagation of radar signals or an experiment for the propagation of radar signals, for example by determining model parameters of the interaction model W.
  • the propagation of the virtual radar signal in the ambient scenario can be simulated, for example, in two substeps S1a, S1b.
  • the first sub-step S1 a for example, an at least substantially straight-line, approximately radiating, propagation of several Partial signals are accepted until one or more partial signals hit the virtual radar target and interact with it.
  • the partial signals preferably propagate within a predetermined solid angle range from a transmitter point, wherein the transmitter point within the environmental scenario preferably corresponds to the position of a vehicle which transmits the virtual radar signal.
  • the propagation of the virtual radar signal or the sub-signals can be simulated, for example by means of ray tracing, in particular until the radar signal or at least one of the sub-signals hits the simulated radar target.
  • the interaction of the virtual radar signal, in particular of at least one partial signal, with the simulated radar target is preferably modeled in a second substep S1 b in such a way that a physical variable characterizing the virtual radar signal, for example a power density or a field strength, is divided ,
  • a part of the radar signal can be imaged, for example, by a directional component Ga, which corresponds to a directed scattering of the virtual radar signal.
  • another part of the radar signal can be imaged by a diffuse component Gb which corresponds to an isotropic scattering of the virtual radar signal.
  • a part of the radar signal is therefore detectable after the interaction in a receiver point independently of the direction defined by the distance between the simulated radar target and the receiver point.
  • another part of the radar signal can only be detectable in a receiver point which lies within a certain space angle range in which the directional component Ga is scattered.
  • the interaction with the or other simulated radar targets is calculated for all sub-signals of the virtual radar signal, so that after method step S1 there is at least a number of directional and diffuse components corresponding to the number of sub-signals interacting with simulated radar targets. kung.
  • the propagation of the virtual radar signal can also be simulated iteratively by means of a repetition of the substeps S1a, S1b, in particular in order to take account of multiple reflections.
  • the propagation of the directional component Ga ie the directionally scattered parts of the original simulated radar signal
  • the interaction of the directional component Ga with another simulated radar target is simulated calculated. This can be done until none of the directional components Ga more hits a radar signal.
  • a value G of the physical quantity is determined at a receiver point.
  • the directional component Ga and the diffuse component Gb are preferably taken into account, for example by adding up the physical variable for different parts of the original radar signal at the receiver point.
  • a particularly high value G may result for the physical quantity if the receiver point lies within the solid angle range into which one or more directional components Ga are scattered.
  • the receiver point may be located at any position within the environment scenario. However, the receiver point preferably corresponds to the transmitter point from which the original virtual radar signal emanates.
  • step S3 the radar cross-section s of the simulated radar target can be determined and output.
  • FIG. 3 shows a preferred exemplary embodiment of an interaction model W for modeling the interaction of a virtual radar signal V with a simulated radar target Z, wherein the virtual radar signal V propagates from a transmitter point S at least substantially rectilinearly. If the virtual radar signal V hits the simulated radar target Z, a part of the virtual radar signal V is scattered isotropically and another part scattered according to the interaction model W.
  • the isotropically scattered part which propagates uniformly from the simulated radar target Z at least substantially in each spatial direction, is referred to as a diffuse component Gb.
  • the directionally scattered part which propagates essentially within a solid angle range W starting from the simulated radar target Z, is referred to as a directional component Ga.
  • the interaction is preferably described on the basis of a physical quantity which characterizes the virtual radar signal V, for example the power density or the field strength of the virtual radar signal V.
  • the physical variable is transformed into the diffuse component Gb and the directional Component Ga split.
  • the contribution of the differently scattered components becomes of the virtual radar signal V to a signal in a receiver point E determined.
  • the diffuse component Gb and the directional component Ga can be summed up and the sum compared with the original physical quantity to determine the radar cross section.
  • the so-called scattering angle ⁇ t> s indicates the angle between the direction of propagation of the directionally scattered component of the virtual radar signal V and the connecting line between the simulated radar target Z and a receiver point E, in the direction of which the power P is scattered.
  • P ' the power density
  • the diffuse component Gb can be understood as term P in k d / ( ⁇ R 2 ) and the directional component Ga as term P in k s Cos ns ⁇ t> s / ⁇ R 2 (n + 1)).
  • the degree of division i.
  • the proportion of the virtual radar signal V which is indicated after the virtual radar signal V impinges on the simulated radar target Z by the diffuse component Gb and the directional component Ga can be determined, for example, from an orientation of the simulated radar target Z with respect to FIG Transmission point S, in particular the orientation of a surface normal of the simulated radar signal Z relative to the test vehicle, ie to the transmitter point s (not shown).
  • the degree of division particularly preferably depends on a property of the simulated radar target Z, for example a surface texture, material and / or the like assigned to the radar target Z.
  • FIG. 4 shows a preferred exemplary embodiment of a method 1b for training an interaction model by means of which an interaction of a virtual radar signal with a simulated radar target can be modeled in such a way that a physical variable characterizing the virtual radar signal is transformed into a directional component corresponds to a directional scattering of the virtual radar signal, and is divided into a diffuse component that corresponds to an isotropic scattering of the virtual radar signal.
  • a method step S4 the interaction of a virtual or real radar signal with a reference target is simulated on the basis of an analytical description of the reflection of the radar signal at the reference target or modeled using an experiment.
  • at least one value G of a physical quantity is determined, which characterizes the virtual radar signal reflected at the reference target.
  • equations that analytically describe the interaction of electromagnetic radiation with an object can be solved numerically in order to determine the distribution of the power P SC at the object scattered as a function of the scattering angle ⁇ t> s .
  • the distribution can also be determined experimentally by means of a corresponding experimental setup in which real radar signals are reflected or scattered on a real object.
  • step S5 at least one model parameter k d , k s , n s of the interaction model, for example the optionally modified Phong formula, is determined on the basis of the at least one determined value G of the physical quantity.
  • the distribution of the power P SC at which is scattered on the object can be matched with the interaction model, in particular with the Phong formula, as a function of the scattering angle ⁇ s .
  • k d + k s 1.
  • the interaction model in particular the optionally modified Phong formula, realistically, the interaction of a radar signal with a radar target, i. physically at least substantially correct.
  • the interaction model in particular a directionality term added to the Phong formula, can be normalized.
  • a ball is preferably used as the reference target since the interaction of a radar signal with a ball can be simulated in a particularly precise and realistic manner.
  • the method steps S4, S5 can also be executed several times for different surface textures and / or materials of the reference target and the model parameters k d , k s , n s determined thereby stored in a database, in particular linked to the corresponding surface properties and / or materials become.
  • This approach which characterizes the interaction model, makes it possible, when applying the interaction model (see FIG. 2), to use those model parameters k d , k s , n s which depend on the properties of simulated radar targets in a simulated environmental scenario allow a particularly realistic description of the interaction.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (1a) und eine Vorrichtung (4) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (σ), ein Verfahren (1b) zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells (W), einen Radarzielemulator (10) zur Manipulation eines Radarsignals sowie einen Prüfstand (100) für ein Fahrzeug (2). Die Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals (V) wird simuliert auf der Grundlage eines Wechselwirkungsmodells (W) in einem simulierten Umgebungsszenario, welches das simulierte Radarziel (Z) enthält. Dabei wird eine Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals (V) mit dem simulierten Radarziel (Z) in der Weise modelliert, dass eine das virtuelle Radarsignal (V) charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente (Ga), die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, und in eine diffuse Komponente (Gb), die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, aufgeteilt wird. Ein Wert (G) der physikalischen Größe wird an einem Empfängerpunkt (E) im simulierten Umgebungsszenario unter Berücksichtigung der direktionalen Komponente (Ga) und der diffusen Komponente (Gb) ermittelt, und der Radarquerschnitt (σ) des simulierten Radarziels (Z) wird aus dem ermittelten Wert (G) der physikalischen Größe am Empfängerpunkt (E) abgeleitet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts, Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells sowie Radarzielemulator und Prüfstand
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels, insbesondere zur Stimulation eines rea- len Radarsignals in einem Radarzielemulator, ein Verfahren zum Trainieren eines Wech- selwirkungsmodells, einen Radarzielemulator zur Manipulation eines von einem Fahr- zeug, insbesondere Kraftfahrzeug, ausgegebenen realen Radarsignals sowie einen Prüfstand für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem solchen Radarziel- emulator.
Unter den verschiedenen Umgebungssensoren in aktuellen Fahrzeugen nehmen Radar- sensoren aufgrund ihrer Robustheit gegenüber verschiedenen Wetterbedingungen eine zentrale Rolle ein. Daher greifen verschiedene Fahrerassistenzsysteme häufig auf die von den Radarsensoren bereitgestellten Sensordaten zu.
Um Fahrerassistenzsysteme zu testen, sind so genannte Vehicle-in-the-Loop-Prüfstände bekannt, in denen die Umgebungssensoren, insbesondere Radarsensoren, eines Fahr- zeugs gemäß einem von einer Umgebungssimulation erzeugten Testszenario stimuliert werden. Daraufhin erzeugte Steuersignale des Fahrerassistenzsystems werden in Echt- zeit zurück in die Umgebungssimulation geführt, um ein dynamisches Testen zu ermögli- chen.
Die Stimulation von Radarsensoren weist in der Regel eine Manipulation, insbesondere Modulation, der von ihnen ausgesandten Radarsignale auf, wobei die Manipulation durch das Testszenario charakterisiert ist. Die derart modulierten Radarsignale, welche das Testszenario abbilden, werden dann an die Radarsensoren zurückgesandt.
Um ein Radarsignal gemäß dem Testszenario zu manipulieren, werden sog. Stimulati- onspunkte benötigt, die Information bezüglich der auszuführenden Manipulation enthal- ten. Stimulationspunkte können insbesondere Abstände zwischen den im Testszenario enthaltenen Objekten und dem Testfahrzeug mit dem zu testenden Fahrerassistenzsys- tem, die Azimutwinkel dieser Objekte bezüglich des Testfahrzeugs, die aufgrund der Re- lativbewegung der Objekte des Testfahrzeugs auftretende Dopplerverschiebung sowie den Radarquerschnitt der Objekte enthalten. Um den Radarquerschnitt aus den Simulationsdaten, die von der Umgebungssimulation bereitgestellt werden, zu berechnen, sind verschiedene Ansätze bekannt. Insbesondere können statistische Modelle, die von Objekteigenschaften wie Position (relativ zum Test- fahrzeug) und Ausdehnung abhängen, erstellt werden und Rauschen hinzugefügt wer- den. Alternativ können die Objekte durch virtuelle Streuzentren repräsentiert werden. Ebenfalls sind Raytracing-Ansätze bekannt, die auch Materialeigenschaften der Objekte berücksichtigen. Diese Ansätze sind jedoch nicht echtzeitfähig und daher nicht für dy- namisches Testen in einem Vehicle-in-the-Loop-Prüfstand geeignet.
Beispielsweise beschreibt US 2002/0198670 A1 einen Simulationsalgorithmus für Elekt- romagnetismus, der eine Berechnung einer an einem Leiter gestreuten elektromagneti- schen Welle in einer monofrequenten Situation ermöglicht. Damit können insbesondere Radarstreuquerschnitte von Objekten berechnet werden, deren geometrische Ausmaße bekannt sind. Dazu wird mittels Vorkonditionierung einer Interaktionsmatrix M und einem iterativen Algorithmus, der ein Verfahren der konjugierten Gradienten abbildet, die elekt- romagnetische Randintegralgleichung gelöst. Daraus ergeben sich durch Einstrahlung von Wellen erzeugte Oberflächenströme auf dem Objekt, anhand deren sich die gestreu- ten Wellen ermitteln lassen.
US 2003/0234786 A1 betrifft das Erzeugen von automatisch faktorierten Näherungen für bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktionen. Dabei werden in einem inneren Zyklus für eine initiale Menge von Projektionen Texturfaktoren in einem Suchraum gesucht, die in Kombination mit den Projektionen eine bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion am besten approximieren. Die dabei auftretenden Approximationsfehler werden in einem äußeren Zyklus minimiert, indem die Menge an Projektionen gesucht wird, für die der Fehler minimal wird. Aus der vollen Approximation der bidirektionale Reflektanzvertei- lungsfunktion werden Reflektanzwerte für verschiedene Blickwinkel berechnet.
EP 0 157 153 A1 offenbart ein Verfahren zum rechnergestützten Simulieren kompletter Radarsysteme, wobei als Signal ein momentanes Leistungsspektrum eines Senders verwendet wird, und dieses Signal entsprechend dem Ausbreitungsweg und den Zielei- genschaften verändert wird. Das Verfahren liefert die statistischen Momente des verar- beiteten Signals. In einem Sendersimulator wird Amplituden- und Phasenverlauf des Sendersignals vorgegeben und ein Leistungsspektrum erzeugt. In einem Zielsimulator werden geometrische Faktoren, Zieleigenschaften, Ausbreitungsverluste und Antennen- gewinne in einer verallgemeinerten Radargleichung zum Empfängersignal umgewandelt. Das Simulationverfahren kann analytisch geschlossen ausgedrückt werden als Bildung der akkumulierten Energie.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Emulation von Radarzielen zu verbessern. Insbe- sondere ist es eine Aufgabe, Radarziele in Echtzeit zu emulieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels, ein Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells, einen Radarzielemulator zur Stimulation eines von einem Fahrzeug ausgegebenen realen Radarsignals sowie einen Prüfstand für ein Fahrzeug mit einem solchen Radarzielemulator gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzug- te Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels, der insbesondere zur Stimulation eines realen Radarsig- nals in einem Radarzielemulator verwendet werden kann, welches vorzugsweise folgen- de Arbeitsschritte aufweist:
(i) Simulieren der Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals auf der Grundlage eines Wechselwirkungsmodells in einem simulierten Umgebungsszenario, welches das simu- lierte Radarziel enthält, wobei eine Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals mit dem simulierten Radarziel in der Weise modelliert wird, dass eine das virtuelle Radarsignal charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente, die einer ge- richteten Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, und in eine diffuse Komponen- te, die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, aufgeteilt wird;
(ii) Ermitteln eines Werts der physikalischen Größe an einem Empfängerpunkt im simu- lierten Umgebungsszenario unter Berücksichtigung der direktionalen Komponente und der diffusen Komponente; und
(iii) Ableiten des Radarquerschnitts des simulierten Radarziels aus dem ermittelten Wert der physikalischen Größe am Empfängerpunkt.
Ein Radarsignal im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine elektromagnetische Welle und wird vorzugsweise durch eine Amplitude, eine Phase, eine Frequenz und/oder eine Ausbreitungsrichtung charakterisiert. Dabei breitet sich das Radarsignal vorzugsweise innerhalb eines Raumwinkelbereichs, dem sog. field of view (FoV), entlang der Ausbrei- tungsrichtung aus. Ein simuliertes Umgebungsszenario im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Situa- tion, in der mindestens ein simuliertes Radarziel, beispielsweise ein Fahrzeug, ein Fuß- gänger, ein Gebäude oder ein sonstiges Umgebungsobjekt, in einer definierten Bezie- hung, insbesondere in einem Abstand, einer Ausrichtung und/oder einer Bewegung, zu einem zu testenden Fahrzeug steht. Das Umgebungsszenario kann insbesondere eine Verkehrssituation sein.
Eine ein virtuelles Radarsignal charakterisierende physikalische Größe im Sinne der Er- findung ist insbesondere eine Größe, durch die das Radarsignal beschrieben wird. Die physikalische Größe kann beispielsweise eine Information über die Amplitude und/oder die Phase des Radarsignals enthalten. Vorzugsweise ist die physikalische Größe eine Leistungsdichte oder eine Feldstärke des Radarsignals. Ein Wert einer physikalischen Größe, wie er etwa im Empfängerpunkt ermittelt wird, kann somit beispielsweise eine streuwinkelabhängige Leistung sein.
Eine gerichtete Streuung im Sinne der Erfindung ist insbesondere die Streuung der Leis- tung bzw. Feldstärke in einen Raumwinkelbereich. Das derart gestreute Radarsignal bzw. die derart gestreute Komponente des Radarsignals breitet sich vom simulierten Radarziel vorzugsweise innerhalb eines sog. Reflexionskegels, beispielsweise innerhalb eines definierten Raumwinkelbereichs, aus.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Radarquer- schnitts eines simulierten Radarziels, der insbesondere zur Stimulation eines realen Ra- darsignals in einem Radarzielemulator verwendet werden kann, unter Verwendung der Phong-Formel, vorzugsweise nach dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfin- dung.
Der erste und zweite Aspekt der Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, die Wechselwirkung von Radarsignalen, die vorzugsweise als Radarstrahlen simuliert wer- den, mit Objekten aus einem Umgebungsszenario vorzugsweise in der Weise zu model- lieren, dass sich ein Teil des Radarsignals nach der Wechselwirkung gemäß einer spe- kularen Streuung, etwa gemäß einer Reflexion, an den Objekten und ein anderer Teil des Radarsignals gemäß einer diffusen, insbesondere isotropen, Streuung an den Ob- jekten ausbreitet. Durch eine Analyse aller Teile der Radarsignale in einem Empfänger- punkt innerhalb des simulierten Umgebungsszenarios, der vorzugsweise auch dem Aus- gangspunkt der Radarsignale entspricht, kann dann der Radarquerschnitt der Objekte ermittelt werden. Der Wechselwirkung der sich im Umgebungsszenario ausbreitenden Radarstrahlen mit den simulierten Radarzielen wird in bevorzugter Weise ein Wechselwirkungsmodell zu Grunde gelegt. Dabei wird das Wechselwirkungsmodell vorzugsweise durch die Phong- Formel abgebildet, der insbesondere ein normierbarer Direktionalitätsterm hinzugefügt werden kann. Dadurch kann für jeden einzelnen Radarstrahl im simulierten Umgebungs- szenario die Leistungsdichte oder gegebenenfalls die Feldstärke in eine gerichtete Komponente und eine diffuse Komponente aufgeteilt werden. Auf Grundlage der gerich- teten Komponente kann so auch eine Mehrfachstreuung des Radarsignals an mehreren simulierten Radarzielen bei geringem Rechenaufwand simuliert werden. Daher ist ein Ableiten des Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels anhand der gesamten Leis- tungsdichte im Empfängerpunkt, zumindest im Wesentlichen, in Echtzeit möglich. Die gesamte Leistungsdichte setzt sich dabei aus einem Hintergrundteil, nämlich den diffu- sen Komponenten des Radarsignals, und einem gerichteten Teil, nämlich den gerichte- ten Komponenten des Radarsignals, die in den Empfängerpunkt (zurück-) reflektiert bzw. in Richtung des Empfängerpunkts gestreut wurden, zusammen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulier- ten Radarziels ist flexibel einsetzbar, etwa in der sog. virtuellen Validation. Es kann bei- spielsweise zur Stimulation von, insbesondere mathematischen, Radarsensormodellen eingesetzt werden.
Insgesamt erlaubt die Erfindung das echtzeitfähige Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels unter Berücksichtigung von Mehrfachreflexionen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals von einem Senderpunkt im Umgebungsszenario bis zum simulierten Radarziel auf Grundlage einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen simu- liert. Insbesondere kann die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals durch eine numeri- sche Berechnung, welche auf der analytischen Beschreibung basiert, ermittelt werden. Die Ausbreitung kann beispielsweise mittels Raytracing simuliert werden. Dadurch wird eine besonders präzise und realistische Ermittlung der Ausbreitung des virtuellen Radar- signals bis zum Auftreffen auf ein simuliertes Radarziel ermöglicht. Da diese Ausbreitung des Radarsignals bevorzugt zumindest im Wesentlichen geradlinig modelliert wird, kann sie auch in Echtzeit simuliert werden.
Vorzugsweise wird auch die Ausbreitung zumindest eines Teils des Radarsignals, das insbesondere durch die direktionale Komponente charakterisiert ist, nach der Wechsel- Wirkung mit dem simulierten Radarziel auf Grundlage einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen, insbesondere durch Raytracing, simuliert. Insbe- sondere kann die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals nach der Wechselwirkung mit dem simulierten Radarziel vom simulierten Radarziel aus zum Empfängerpunkt auf Grundlage der analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen simuliert werden. Der Teil des Radarsignals, der durch die direktionale Komponente der physikali- schen Größe charakterisiert ist, kann beispielsweise mehrere Teilsignale enthalten, die sich im Wesentlichen geradlinig ausbreiten. Die Ausbreitungsrichtungen der Teilsignale liegen dabei vorzugsweise innerhalb eines Reflexionskegels.
Ein Teilsignal im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein einzelner Radarstrahl.
Trifft danach zumindest ein Teil des Teilsignals abermals auf ein simuliertes Radarziel, wird die Wechselwirkung des Teils des Teilsignals mit dem simulierten Radarziel wieder auf Grundlage des Wechselwirkungsmodells beschrieben. Somit können auch Mehrfach- reflexionen des sich vom Senderpunkt ausbreitenden Radarsignals präzise und wirklich- keitsgetreu simuliert werden, was ein Ableiten eines besonders realistischen Radarquer- schnitts ermöglicht.
In bevorzugter Weise wird das virtuelle Radarsignal im simulierten Umgebungsszenario somit auf Grundlage von zwei Vorgängen beschrieben: einerseits kann die zumindest im Wesentlichen gradlinige Ausbreitung zumindest eines Teils des Radarsignals zwischen dem Senderpunkt und mindestens einem simulierten Radarziel oder zwischen mehreren simulierten Radarzielen auf Grundlage einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen, insbesondere Raytracing, simuliert werden. Andererseits kann die Wechselwirkung des Radarsignals oder zumindest eines Teils des Radarsignals mit den simulierten Radarzielen auf Grundlage des Wechselwirkungsmodells simuliert werden. In der Summe erlaubt dies ein besonders schnelles und präzises Ermitteln von einem oder mehreren Radarquerschnitten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das virtuelle Radarsignal mehre- re Teilsignale, und die Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals mit dem simulierten Radarziel wird für jedes der Teilsignale modelliert. Vorzugsweise wird der Radarquer- schnitt dabei auf Grundlage von mehreren ermittelten Werten der physikalischen Größe am Empfängerpunkt abgeleitet. Dadurch kann eine besonders realistische Ausbreitung des Radarsignals im simulierten Umgebungsszenario simuliert werden. Vorzugsweise werden im Empfangspunkt die Werte der physikalischen Größe für alle diffusen Komponenten der Teilsignale sowie die Werte der physikalischen Größe derje- nigen direktionalen Komponenten, die in Richtung des Empfangspunkts gestreute Teil- signale charakterisieren, aufsummiert. Auf Grundlage dieser Summe kann dann der Ra- darquerschnitt ermittelt werden.
Die Ausbreitung der Teilsignale wird vorzugsweise als im Wesentlichen geradlinig ange- nommen. Vorzugsweise weisen die Teilsignale dabei unterschiedliche Ausbreitungsrich- tungen auf. Dadurch kann dem Radarsignal ein Raumwinkelbereich zugeordnet werden, in dem sich das Radarsignal ausbreitet. Bei der Berechnung von Radarquerschnitten kann dann entsprechend die Wechselwirkung des Radarsignals mit simulierten Radar- zielen unberücksichtigt bleiben, die außerhalb zugeordneten Raumwinkelbereichs liegen, wodurch die Ermittlung des Radarquerschnitts beschleunigt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die physikalische Größe in Abhän- gigkeit von mindestens einem Modellparameter, der eine physikalische Eigenschaft des simulierten Radarziels charakterisiert, in die direktionale Komponente und die diffuse Komponente aufgeteilt. Dadurch können physikalische Eigenschaften des simulierten Radarziels bei der Berechnung des Radarquerschnitts berücksichtigt werden. Beispiels- weise kann eine Oberflächenbeschaffenheit des Radarziels, ein Material des Radarziels und/oder dergleichen berücksichtigt werden.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Modellparameter ein Parameter der Phong- Formel. Insbesondere kann der mindestens eine Modellparameter ein Vorfaktor sein, der den diffus gestreuten Anteil des Radarsignals angibt. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Modellparameter ein Vorfaktor sein, der den gerichtet gestreuten Anteil des Radarsignals angibt. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Modellpa- rameter auch ein Exponent sein, der die Breite eines Reflexionskegels, innerhalb dem sich gerichtet gestreute Anteile des Radarsignals ausbreiten, angibt. Dabei können min- destens zwei der Modellparameter eine Abhängigkeit voneinander aufweisen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trainieren eines Wechselwir- kungsmodells, mittels dem eine Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals mit einem simulierten Radarziel in der Weise modellierbar ist, dass eine das virtuelle Radarsignal charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente, die einer ge- richteten Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, und in eine diffuse Komponen- te, die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, aufgeteilt wird. Das Verfahren weist die folgenden Arbeitsschritte auf: (i) Simulieren der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals mit einem Referenzziel auf der Grundlage einer analyti- schen Beschreibung der Reflexion des Radarsignals am Referenzziel, wobei mindestens ein Wert einer physikalische Größe, welche das am Referenzziel reflektierte virtuelle Ra- darsignal charakterisiert, ermittelt wird, oder Modellieren der Wechselwirkung eines rea- len Radarsignals mit einer realen Nachbildung des Referenzziels, wobei mindestens ein Wert der physikalische Größe, welche das an der realen Nachbildung des Referenzziels reflektierte reale Radarsignal charakterisiert, gemessen wird; und (ii) Ermitteln von min- destens einem Modellparameter des Wechselwirkungsmodells auf Grundlage des min- destens einen ermittelten Werts der physikalischen Größe.
Das Trainieren eines Wechselwirkungsmodells im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Anpassen des, vorzugsweise phänomenologischen, Wechselwirkungsmodells, ins- besondere der Phong-Formel, an eine analytische Beschreibung der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals mit einem simulierten Radarziel oder an die Ergebnisse eines Experiments zur Reflexion von realen Radarsignalen. Die analytische Beschrei- bung der Wechselwirkung kann beispielsweise durch die sog. RCS-Theorie gegeben sein, welche Aussagen bezüglich der Ausbreitung von Radarsignalen und insbesondere bezüglich der Wechselwirkung von Radarsignalen mit Objekten ermöglicht. Die analyti- sche Beschreibung kann insbesondere auf einem analytischen Modell zur Ausbreitung von Radarsignalen, insbesondere der Reflexion von Radarsignalen an Objekten, beru- hen. Das Experiment, das eine Modellierung der Wechselwirkung eines realen Radar- signals mit einem realen Objekt, etwa einem Referenzziel ermöglicht, kann beispielswei- se mit einem Versuchsaufbau ausgeführt werden, der die Reflexion eines virtuellen Ra- dartsignals an dem simulierten Radarziel, insbesondere einem Referenzziel, nachbildet. Vorzugsweise wird der mindestens eine Modellparameter des Wechselwirkungsmodells durch Vergleichen des mindestens einen ermittelten Werts der physikalischen Größe mit einem analytisch oder experimentell ermittelten Wert der physikalischen Größe, insbe- sondere mit einem auf Grundlage der analytischen Beschreibung numerisch ermittelten Wert der physikalischen Größe ermittelt.
Mindestens ein Wert einer physikalischen Größe im Sinne der Erfindung gibt insbeson- dere eine streuwinkelabhängige Leistung des am simulierten Radarzielen gestreuten Radarsignals an. Der mindestens eine Wert einer physikalischen Größe kann insbeson- dere eine Streucharakteristik bilden. Das Ermitteln von mindestens einem Modellparameter ist insbesondere eine Normierung eines Vorfaktors des Wechselwirkungsmodells. Beispielsweise kann das Ermitteln von mindestens einem Modellparameter eine Normierung eines Vorfaktors der Phong-Formel sein, der den gerichtet gestreuten Anteil des Radarsignals angibt.
Der dritte Aspekt der Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, die Wechselwir- kung eines virtuellen oder realen Radarsignals mit einem Referenzziel, dessen Eigen- schaften, insbesondere Ausdehnung, Position, Oberflächenbeschaffenheit und/oder Ma- terial, bekannt sind, auf Grundlage einer analytischen Beschreibung, beispielsweise durch numerisches Lösen entsprechender Gleichungen, zu simulieren oder auf Grundla- ge eines Experiments zu modellieren und dabei mindestens einen Wert einer physikali- schen Größe, beispielsweise der Leistungsdichte und/oder der Feldstärke des Radarsig- nals, zu ermitteln. Das zu trainierende Wechselwirkungsmodell kann anschließend zu dem mindestens einen ermittelten Wert der physikalischen Größe in Beziehung gesetzt werden, woraus sich vorzugsweise mindestens ein Modellparameter des Wechselwir- kungsmodells ergibt. Insbesondere kann mindestens ein Modellparameter des Wech- selwirkungsmodells auf diese Weise normiert werden. Dadurch kann sichergestellt wer- den, dass bei Anwendung des Wechselwirkungsmodells an einem Empfängerpunkt im simulierten Umgebungsszenario der gleiche Wert für die physikalische Größe erhalten wird wie bei einer aufwändigeren Berechnung auf Grundlage der analytischen Beschrei- bung der Wechselwirkung.
Auf Grundlage der analytischen Beschreibung kann beispielsweise eine Streucharakte- ristik des Referenzziels ermittelt werden, welche die Leistung streuwinkelabhängig an- gibt. Das Wechselwirkungsmodell, beispielsweise die Phong-Formel, kann dann durch geeignete Wahl des mindestens einen Modelparameters derart angepasst werden, dass eine mittels des Wechselwirkungsmodells ermittelte Streucharakteristik der auf Grundla- ge der analytischen Beschreibung ermittelten Strahlcharakteristik entspricht.
Alternativ ist es denkbar, die Ausbreitung eines realen Radarsignals, das an einer realen Nachbildung des Referenzziels reflektiert wird, durch Messen mindestens eines Werts der physikalischen Größe zu bestimmen. Der mindestens eine Modellparameter kann dann auf Grundlage des mindestens einen gemessenen Werts der physikalischen Größe ermittelt werden. Vorzugsweise wird der mindestens eine ermittelte Modellparameter gespeichert. Dadurch kann die Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals mit einem simulierten Radarziel jederzeit präzise beschrieben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der mindestens eine Modellparameter auf Grundlage einer Ausgleichsrechnung, insbesondere einer Regressionsanalyse, ermittelt. Insbesondere kann der mindestens eine Modellparameter einen Parameter zum Fitten der ermittelten Werte der physikalischen Größe bilden. Vorzugsweise wird der mindes- tens eine Modellparameter im Rahmen der Ausgleichsrechnung angepasst, bis eine Ab- weichung zwischen einem Wert für die physikalische Größe, der auf Grundlage der ana- lytischen Beschreibung berechnet wurde, und einem Wert für die physikalische Größe, der auf Grundlage des Wechselwirkungsmodells berechnet wurde, minimal ist. Dadurch kann der mindestens eine Modellparameter besonders zuverlässig und präzise bestimmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Referenzziel eine Kugel. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da für eine Kugel zuverlässige analytische Beschreibungen der Wechselwirkung mit Radarsignalen bekannt sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Ausbreitung des virtuellen oder realen Radarsignals für mehrere verschiedene Referenzobjekte simuliert oder modelliert. Vorzugsweise wird jeweils mindestens ein Modellparameter auf Grundlage der dabei ermittelten Werte der physikalischen Größe ermittelt, und die ermittelten Modellparame- ter werden in Abhängigkeit von Objekteigenschaften der mehreren verschiedenen Refe- renzobjekte gespeichert. Durch Zugriff auf die gespeicherten Modellparameter kann so für verschiedene simulierten Radarziele, die beispielsweise unterschiedliche Oberflä- chenbeschaffenheiten aufweisen, aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder dergleichen, zuverlässig ein Wert für die physikalische Größe im Empfängerpunkt und somit der Wirkungsquerschnitt präzise ermittelt werden.
Insbesondere kann auf diese Weise das Wechselwirkungsmodell für verschiedene Refe- renzobjekte mit jeweils unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten und/oder aus jeweils unterschiedlichen Materialien trainiert werden. Auf Grundlage der ermittelten Mo- dellparameter kann so beispielsweise eine sog. Look-up-Tabelle erzeugt werden, die bei Verwendung des Wechselwirkungsmodells eine einfache Konfiguration des Wechselwir- kungsmodells für verschiedene Radarziele ermöglicht. Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquer- schnitts eines simulierten Radarziels, die eingerichtet ist zum Ausführen eines Verfah- rens gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung. Dadurch kann ein wirklichkeitsgetreuer Radarquerschnitt schnell, insbesondere zumindest im Wesentli- chen in Echtzeit, und präzise ermittelt werden.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts dazu eingerich- tet, Simulationsdaten einer Simulationsvorrichtung, welche ein simuliertes Umgebungs- szenario charakterisieren, aufzunehmen und auf Grundlage der Simulationsdaten unter Verwendung des Wechselwirkungsmodells den Radarquerschnitts eines im Umge- bungsszenario enthaltenen simulierten Radarzieles zu ermitteln. Dabei enthalten die Si- mulationsdaten beispielsweise Informationen bezüglich des Objekttyps des simulierten Radarziels, der Form des Radarziels, der Position des Radarziels im Umgebungsszena- rio, der Orientierung des Radarziels im Umgebungsszenario und/oder dergleichen. Die Vorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, neben dem Radarquerschnitt auch weitere Daten, die zur Manipulation eines realen Radarsignals benötigt werden, auszugeben. Insbesondere kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, auf Grundlage der Simulati- onsdaten und des Wechselwirkungsmodells Stimulationspunkte auszugeben.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft einen Radarzielemulator zur Manipulation eines von einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, ausgegebenen realen Radarsignals. Der Radarzielemulator weist vorzugsweise eine Simulationsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, ein Umgebungsszenario zu simulieren und Simulationsdaten auszuge- ben, die das Umgebungsszenario charakterisieren. Ferner weist der Radarzielemulator vorzugsweise eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarziels gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung auf, die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der Simulationsdaten wenigstens einen Stimulationspunkt auszugeben. Zu- dem weist der Radarzielemulator vorzugsweise eine Stimulationsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das reale Radarsignal aufzunehmen, insbesondere zu empfangen, das reale Radarsignal auf Grundlage des wenigstens einen Stimulationspunktes zu ma- nipulieren und das derart manipulierte Radarsignal auszugeben, insbesondere zu sen- den. Dabei ist die Simulationsvorrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, das Umge- bungsszenario auf Grundlage von Randbedingungen, die von einem Fahrerassistenz- system vorgegeben sind, zu simulieren. Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft einen Prüfstand für ein Fahrzeug, insbesonde- re Kraftfahrzeug, aufweisend einen Radarzielemulator gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung. Dadurch kann ein Vehicle-in-the-Loop-Prüfstand realisiert werden, mit dem ein dynamisches Testen von Fahrerassistenzsystemen des Fahrzeugs möglich ist.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, zumindest wo technisch sinnvoll, auch für den zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Aspekt der Erfindung und dessen vor- teilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von nicht einschränkenden Ausführungsbei- spielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen wenigstens teilweise schematisch:
Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prüf- stands;
Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfah- rens zum Ermitteln eines Radarquerschnitts;
Fig. 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Wechselwirkungsmodells zur
Modellierung der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals mit einem simulierten Radarziel; und
Fig. 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Trainieren ei- nes Wechselwirkungsmodells.
Figur 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prüf- stands 100 für ein Fahrzeug 2, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Radarsensor 2a. Der Prüfstand 100 weist einen Radarzielemulator 10 zur Manipulation eines von dem Radarsensor 2a ausgegebenen realen Radarsignals R auf, wobei der Radarzielemula- tor 10 eine Simulationsvorrichtung 3, eine Vorrichtung 4 zum Ermitteln eines Radarquer- schnitts eines simulierten Radarziels und eine Stimulationsvorrichtung 5 aufweist.
Die Simulationsvorrichtung 3 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, ein Umgebungsszena- rio zu simulieren und Simulationsdaten D auszugeben, die das Umgebungsszenario cha- rakterisieren. Das Umgebungsszenario enthält beispielsweise simulierte Radarziele. An- hand der Simulationsdaten D kann die Vorrichtung 4 in bevorzugter Weise wenigstens einen Stimulationspunkt P ausgeben, der insbesondere den Radarquerschnitt wenigs- tens eines simulierten Radarziels enthält. Auf Grundlage des wenigstens einen Stimula- tionspunktes P kann die Stimulationsvorrichtung 5 das empfangene reale Radarsignal R manipulieren und als manipuliertes Radarsignal R‘ an den Radarsensor 2a zurücksen- den.
Das Fahrzeug 2, insbesondere ein auf Grundlage von Sensordaten des Radar- sensors 2a betriebenes Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs 2, ist vorzugsweise mit der Simulationsvorrichtung 3 verbunden. Dadurch kann im Rahmen der Simulation des Umgebungsszenarios ein Input des Fahrzeugs 2, insbesondere ein durch das Fahreras- sistenzsystem bedingtes Verhalten des Fahrzeugs 2, berücksichtigt werden. Mit anderen Worten ermöglicht die Verbindung des Fahrzeugs 2 mit der Simulationsvorrichtung 3 eine Rückkopplung zwischen Reaktion des Fahrzeugs 2 und dem simulierten Umge- bungsszenario, mittels der das Fahrzeug 2 bzw. das Fahrerassistenzsystem dynamisch getestet werden kann.
Bei der Simulationsvorrichtung 3 kann es sich etwa um einen Computer handeln, der dazu eingerichtet ist, eine Software zur Simulation von Umgebungsszenarien, beispiels- weise CarMaker©, auszuführen. Die Simulationsvorrichtung 3 simuliert vorzugsweise eine Situation, in deren Kontext das Fahrzeug 2 betrieben werden könnte. Beispielswei- se kann die Fahrt des Fahrzeugs unter Berücksichtigung von anderen Verkehrsteilneh- mern, Umweltbedingungen wie Wetter, Tageszeit oder Straßenverhältnissen, und/oder dergleichen simuliert werden. Die Situation kann insbesondere durch Positionen, Orien- tierungen und/oder Typen anderer Verkehrsteilnehmer oder Hindernissen charakterisiert sein. Diese Information ist bevorzugt in den Simulationsdaten D enthalten.
Die Vorrichtung 4 zum Ermitteln eines Radarquerschnitts eines simulierten Radarsignals ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Simulationsdaten D derart aufzubereiten, dass ein vom Radarsensor 2a ausgesendetes Radarsignal R gemäß dem simulierten Umge- bungsszenario manipuliert werden kann, d.h. dass auf Grundlage des ausgesendeten Radarsignals R ein manipuliertes Radarsignal R‘ erzeugt werden kann, welches das Umgebungsszenario charakterisiert. Dazu kann die Vorrichtung 4 die Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals, welches vorzugsweise dem vom Radarsensor 2a ausgesende- ten Radarsignal R entspricht, in dem simulierten Umgebungsszenario, d.h. unter Berück- sichtigung der Simulationsdaten D, simulieren. Wie im Zusammenhang mit Figur 2 aus- führlich beschrieben ist, kann anhand der simulierten Ausbreitung des virtuellen Radar- Signals der Radarquerschnitt eines simulierten Radarziels aus dem simulierten Umge- bungsszenario, beispielsweise der Radarquerschnitt eines anderen Fahrzeugs oder ei- nes Hindernisses, gegebenenfalls unter dem Einfluss von Umweltbedingungen, abgelei- tet werden. Der derart ermittelte Radarquerschnitt wird von der Vorrichtung 4, gegebe- nenfalls mit anderen Informationen, etwa dem Abstand des simulierten Radarziels vom Fahrzeug 2, dem Azimutwinkel des simulierten Radarziels bezüglich des Fahrzeugs 2, der Dopplerverschiebung des am simulierten Radarziels reflektierten Radarsignals und/oder dergleichen, ausgegeben.
Die Stimulationseinrichtung 5 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Manipulation des Radarsignals R durch zeitliche Verzögerung und/oder Modulation des Signals zu bewir- ken. Dazu weist die Stimulationseinrichtung 5 in bevorzugter Weise eine zumindest teil- weise analoge Schaltung auf, durch die das, beispielsweise mittels einer Empfangsan- tenne, empfangene Radarsignal R geschleift wird, bevor es, beispielsweise mittels einer Sendeantenne, an den Radarsensor 2a gesendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Stimulationseinrichtung 5 aber auch eine Recheneinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Manipulation des Radarsignals R zumindest teilweise digital auszu- führen.
Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfah- rens l a zum Ermitteln eines Radarquerschnitts s eines simulierten Radarziels, insbe- sondere zur Stimulation eines realen Radarsignals in einem Radarzielemulator.
In einem Verfahrensschritt S1 wird, insbesondere anhand von bereitgestellten Simulati- onsdaten D, die Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals in einem simulierten Umge- bungsszenario, welches bevorzugt durch die Simulationsdaten D charakterisiert ist und beispielsweise ein simuliertes Radarzielen enthält, auf der Grundlage eines Wechselwir- kungsmodells W simuliert. Das Wechselwirkungsmodell W kann dabei in vorangehenden Verfahrensschritten, gegebenenfalls auch in einem separaten Verfahren, trainiert worden sein (siehe Figur 4). Beispielsweise kann das Wechselwirkungsmodell W durch Verglei- che mit einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen oder einem Experiment zur Ausbreitung von Radarsignalen angepasst werden, etwa indem Modell- parameter des Wechselwirkungsmodells W bestimmt werden.
Die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals im Umgebungsszenario kann beispielsweise in zwei Unterschritten S1a, S1 b simuliert werden. Im ersten Unterschritt S1 a kann etwa eine zumindest im Wesentlichen gradlinige, etwa strahlenförmige, Ausbreitung mehrerer Teilsignale angenommen werden, bis eines oder mehrere Teilsignale auf das virtuelle Radarziel treffen und mit diesem in Wechselwirkung treten. Die Teilsignale breiten sich dabei vorzugsweise innerhalb eines vorgegebenen Raumwinkelbereichs von einem Senderpunkt aus, wobei der Senderpunkt innerhalb des Umgebungsszenarios bevorzugt der Position eines Fahrzeugs, welches das virtuelle Radarsignal aussendet, entspricht. Die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals bzw. der Teilsignale kann beispielsweise mittels Raytracing simuliert werden, insbesondere bis das Radarsignal bzw. zumindest eines der Teilsignale auf das simulierte Radarziel trifft.
Die Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals, insbesondere zumindest eines Teilsig- nals, mit dem simulierten Radarziel wird in einem zweiten Unterschritt S1 b vorzugsweise in der Weise modelliert, dass eine das virtuelle Radarsignal charakterisierende physikali- sche Größe, etwa eine Leistungsdichte oder eine Feldstärke, aufgeteilt wird. Ein Teil des Radarsignals kann beispielsweise durch eine direktionale Komponente Ga abgebildet werden, die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht. Ein ande- rer Teil des Radarsignals kann dagegen durch eine diffuse Komponente Gb abgebildet werden, die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht. Ein Teil des Radarsignals ist daher nach der Wechselwirkung in einem Empfängerpunkt unabhängig von der durch die Strecke zwischen dem simulierten Radarziel und dem Empfängerpunkt definierten Richtung detektierbar. Ein anderer Teil des Radarsignals kann dagegen nur in einem Empfängerpunkt detektierbar sein, der innerhalb eines bestimmen Raumwin- kelbereichs, in welchen die gerichtete Komponente Ga gestreut wird, liegt.
Vorzugsweise wird die Wechselwirkung mit dem oder weiteren simulierten Radarzielen für alle Teilsignale des virtuellen Radarsignals berechnet, so das nach dem Verfahrens- schritt S1 mindestens eine Anzahl an direktionalen und diffusen Komponenten vorliegt, die der Anzahl an Teilsignalen entspricht, die mit simulierten Radarzielen in Wechselwir- kung getreten sind.
Die Ausbreitung des virtuellen Radarsignals kann mittels einer Wiederholung der Unter- schritte Sl a, S1 b auch iterativ simuliert werden, insbesondere um Mehrfachreflexionen zu berücksichtigen. Dabei wird in den folgenden Unterschritten S1 a die Ausbreitung der direktionalen Komponente Ga, d.h. der gerichtet gestreuten Teile des ursprünglichen simulierten Radarsignals, simuliert, und in den folgenden Unterschritten S1 b die Wech- selwirkung der direktionalen Komponente Ga mit einem weiteren simulierten Radarziel berechnet. Dies kann so lange durchgeführt werden, bis keine der direktionalen Kompo- nenten Ga mehr auf ein Radarsignal trifft.
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird ein Wert G der physikalischen Größe an einem Empfängerpunkt ermittelt. Dabei werden vorzugsweise die direktionale Kompo- nente Ga und die diffuse Komponente Gb berücksichtigt, etwa indem die physikalische Größe für unterschiedliche Teile des ursprünglichen Radarsignals im Empfängerpunkt aufsummiert wird. Dadurch kann sich für die physikalische Größe ein besonders hoher Wert G ergeben, wenn der Empfängerpunkt innerhalb des Raumwinkelbereichs liegt, in den eine oder mehrere direktionale Komponenten Ga gestreut wird bzw. werden.
Der Empfängerpunkt kann an einer beliebigen Position innerhalb des Umgebungsszena- rios angeordnet sein. Vorzugsweise entspricht der Empfängerpunkt jedoch dem Sender- punkt, von dem das ursprüngliche virtuelle Radarsignal ausgeht.
Anhand des ermittelten Werts G der physikalischen Größe kann in einem weiteren Ver- fahrensschritt S3 der Radarquerschnitt s des simulierten Radarziels ermittelt und ausge- geben werden.
Figur 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Wechselwirkungsmodells W für die Modellierung der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals V mit einem simulier- ten Radarziel Z, wobei sich das virtuelle Radarsignal V von einem Senderpunkt S zu- mindest im Wesentlichen geradlinig ausbreitet. Trifft das virtuelle Radarsignal V auf das simulierte Radarziel Z, wird gemäß dem Wechselwirkungsmodell W ein Teil des virtuel- len Radarsignals V isotrop und ein anderer Teil gerichtet gestreut. Der isotrop gestreute Teil, der sich ausgehend vom simulierten Radarziel Z zumindest Wesentlichen in jede Raumrichtung gleichmäßig ausbreitet, wird als diffuse Komponente Gb bezeichnet. Der gerichtet gestreute Teil, der sich ausgehend vom simulierten Radarziel Z im Wesentli- chen innerhalb eines Raumwinkelbereichs W ausbreitet, wird als direktionale Komponen- te Ga bezeichnet.
Die Wechselwirkung wird vorzugsweise anhand einer physikalischen Größe beschrie- ben, welche das virtuelle Radarsignal V charakterisiert, beispielsweise die Leistungsdich- te oder die Feldstärke des virtuellen Radarsignals V. Gemäß dem Wechselwirkungsmo- dell W wird die physikalische Größe in die diffuse Komponente Gb und die direktionale Komponente Ga aufgeteilt. Um auf Grundlage des Wechselwirkungsmodells W einen Radarquerschnitt zu ermitteln, wird der Beitrag der unterschiedlich gestreuten Anteile des virtuellen Radarsignals V zu einem Signal in einem Empfängerpunkt E ermittelt. Bei- spielsweise können die diffuse Komponente Gb und die direktionale Komponente Ga aufsummiert und die Summe mit der ursprünglichen physikalischen Größe verglichen werden, um den Radarquerschnitt ermitteln.
Die Wechselwirkung wird vorzugsweise mittels der Phong-Formel PSCat = kd + ks cosns<t>s beschrieben, wobei kd den isotrop gestreuten Anteil des virtuellen Radarsignals V, ks den gerichtet gestreuten Anteil des virtuellen Radarsignals V und der sog. Phong- Exponent ns die Breite des Raumwinkelbereichs W angibt. kd, ks und ns werden auch als Modellparameter bezeichnet. Der sog. Streuwinkel <t>s gibt den Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung des gerichtet gestreuten Anteils des virtuellen Radarsignals V und der Verbindungslinie zwischen dem simulierten Radarziel Z und einem Empfänger- punkt E an, in dessen Richtung die Leistung P gestreut wird.
Obwohl die Phong-Formel empirisch ist, kann mit ihrer Hilfe eine realistische Streuung von Radarsignalen beschrieben werden, insbesondere indem eine modifizierte Phong- Formel mit einem Direktionalitätsterm a = 2p/(h5 + 1 )verwendet wird. Für die Leistungs- dichte P‘, welche am Empfängerpunkt E in einem Abstand R vom simulierten Radarziel Z ermittelt werden kann, wenn am simulierten Radarziel Z das virtuelle Radarsignal V mit der Leistung Pin gestreut wird, ergibt sich P‘ =
Somit kann die diffuse Komponente Gb als Term Pin kd/(^R2) und die direktionale Kom- ponente Ga als Term Pin ks Cosns<t>s/^R2(n+1 )) aufgefasst werden.
Der Grad der Aufteilung, d.h. der Anteil des virtuellen Radarsignals V, der nach dem Auf- treffen des virtuellen Radarsignals V auf das simulierte Radarziel Z durch die diffuse Komponente Gb und die direktionale Komponente Ga angegeben wird, kann unter ande- rem beispielsweise von einer Ausrichtung des simulierten Radarziels Z bezüglich des Sendepunktes S, insbesondere von der Ausrichtung einer Oberflächennormalen des simulierten Radarsignals Z relativ zum Testfahrzeug, d.h. zum Senderpunkt s (nicht ge- zeigt), abhängen. Besonders bevorzugt hängt der Grad der Aufteilung jedoch von einer Eigenschaft des simulierten Radarziels Z, beispielsweise einer dem Radarziel Z zuge- ordneten Oberflächenbeschaffenheit, einem Material und/oder dergleichen, ab.
Diese Abhängigkeiten können insbesondere über eine geeignete Wahl der Modellpara- meter kd, ks und ns ausgedrückt werden. Die Anpassung der Phong-Formel an unter- schiedliche Streusituationen ist im Folgenden erläutert. Figur 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 1 b zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells, mittels dem eine Wechselwirkung eines virtuellen Ra- darsignals mit einem simulierten Radarziel in der Weise modellierbar ist, dass eine das virtuelle Radarsignal charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Kom- ponente, die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals entspricht, und in eine diffuse Komponente, die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals ent- spricht, aufgeteilt wird.
In einem Verfahrensschritt S4 wird die Wechselwirkung eines virtuellen oder realen Ra- darsignals mit einem Referenzziel auf der Grundlage einer analytischen Beschreibung der Reflexion des Radarsignals am Referenzziel simuliert oder mithilfe eines Experi- ments modelliert. Dabei wird vorzugsweise mindestens ein Wert G einer physikalischen Größe ermittelt, welche das am Referenzziel reflektierte virtuelle Radarsignal charakteri- siert.
Beispielsweise können Gleichungen, welche die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit einem Objekt analytisch beschreiben, numerisch gelöst werden, um die Verteilung der am Objekt gestreuten Leistung PSCat in Abhängigkeit vom Streuwinkel <t>s zu ermitteln. Alternativ kann die Verteilung auch experimentell mithilfe eines entspre- chenden Versuchsaufbaus, in dessen Rahmen reale Radarsignale an einem realen Ob- jekt reflektiert bzw. gestreut werden, bestimmt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt S5 wird mindestens ein Modellparameter kd, ks, ns des Wechselwirkungsmodells, beispielsweise der gegebenenfalls modifizierten Phong- Formel, auf Grundlage des mindestens einen ermittelten Werts G der physikalischen Größe ermittelt.
Beispielsweise kann die Verteilung der am Objekt gestreuten Leistung PSCat in Abhängig- keit vom Streuwinkel <t>s mit dem Wechselwirkungsmodell, insbesondere mit der Phong- Formel, gefittet werden. Insbesondere kann derjenige Satz m von Modellparametern kd, ks, ns, bei dem eine Abweichung zwischen dem mindestens einen Wert G der physikali- schen Größe, der auf Grundlage einer analytischen Beschreibung, und mindestens ei- nem Wert G der physikalischen Größe, der mittels des Wechselwirkungsmodells ermittelt wurde, bestimmt werden. Vorzugsweise wird dabei ausgenutzt, dass zwischen den Modellparametern kd, ks, ns zumindest teilweise eine Abhängigkeit besteht. Insbesondere wird ausgenutzt, dass kd + ks = 1.
Durch das Ausführen der Verfahrensschritte S4, S5 kann sichergestellt werden, dass das Wechselwirkungsmodell, insbesondere die, gegebenenfalls modifizierte Phong- Formel die Wechselwirkung eines Radarsignals mit einem Radarziel realistisch, d.h. physikalisch zumindest im Wesentlichen korrekt, wiedergibt. Mit anderen Worten kann das Wechselwirkungsmodell, insbesondere ein zur Phong-Formel hinzugefügter Direktio- nalitätsterm, normiert werden.
Als Referenzziel wird dabei vorzugsweise eine Kugel verwendet, da die Wechselwirkung eines Radarsignals mit einer Kugel besonders präzise und wirklichkeitsgetreu simulier- bar ist.
Die Verfahrensschritte S4, S5 können auch mehrmals für unterschiedliche Oberflächen- beschaffenheiten und/oder Materialien des Referenzziels ausgeführt werden und die dabei ermittelten Modellparameter kd, ks, ns in einer Datenbank, insbesondere verknüpft mit den entsprechenden Oberflächeneigenschaften und/oder Materialien, gespeichert werden. Dieses als Charakterisierung des Wechselwirkungsmodells bezeichnete Vorge- hen ermöglicht es, beim Anwenden des Wechselwirkungsmodells (siehe Figur 2) in Ab- hängigkeit der Eigenschaften von simulierten Radarzielen in einem simulierten Umge- bungsszenario diejenigen Modellparameter kd, ks, ns zu verwenden, welche eine beson- ders wirklichkeitsnahe Beschreibung der Wechselwirkung ermöglichen.
Bezuqszeichenliste
1 a Verfahren zum Ermitteln eines Radarquerschnitts
1 b Verfahren zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells
2 Fahrzeug
2a Radarsensor
3 Simulationsvorrichtung
4 Vorrichtung zum Ermitteln eines Radarquerschnitts
5 Stimulationvorrichtung
10 Radarzielemulator
100 System
S1 - S5 Verfahrensschritte
S1 a, S1 b Unterschritte
D Simulationsdaten
P Stimulationspunkt
R reales Radarsignal
R‘ modifiziertes Radarsignal
W Wechselwirkungsmodell
G Wert einer physikalischen Größe
Ga direktionale Komponente
Gb diffuse Komponente
s Streuquerschnitt
S Senderpunkt
E Empfängerpunkt
V virtuelles Radarsignal
z simuliertes Radarziel
f5 Streuwinkel
W Raumwinkelbereich
R Abstand
P‘ gestreute Leistungsdichte
Pscat gestreute Leistung
Pin Leistung eines Radarsignals
kd, ks, ns Modellparameter
m Satz von Modellparametern

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (1 a) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (s) eines simulierten Ra- darziels (Z), insbesondere zur Stimulation eines realen Radarsignals (R) in einem Radarzielemulator (10), aufweisend die Arbeitsschritte:
-Simulieren (S1 ) der Ausbreitung eines virtuellen Radarsignals (V) auf der Grund- lage eines Wechselwirkungsmodells (W) in einem simulierten Umgebungssze- nario, welches das simulierte Radarziel (Z) enthält, wobei eine Wechselwirkung des virtuellen Radarsignals (V) mit dem simulierten Radarziel (Z) in der Weise modelliert wird, dass eine das virtuelle Radarsignal (V) charakterisierende phy- sikalische Größe in eine direktionale Komponente (Ga), die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, und in eine diffuse Kompo- nente (Gb), die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsignals (V) ent- spricht, aufgeteilt wird;
-Ermitteln (S2) eines Werts (G) der physikalischen Größe an einem Empfänger- punkt (E) im simulierten Umgebungsszenario unter Berücksichtigung der direkti- onalen Komponente (Ga) und der diffusen Komponente (Gb); und
-Ableiten (S3) des Radarquerschnitts (o) des simulierten Radarziels (Z) aus dem ermittelten Wert (G) der physikalischen Größe am Empfängerpunkt (E).
2. Verfahren (1 a) nach Anspruch 1 , wobei die Ausbreitung des virtuellen Radarsig- nals (V) von einem Senderpunkt (S) im Umgebungsszenario bis zum simulierten Radarziel (Z) auf Grundlage einer analytischen Beschreibung der Ausbreitung von Radarsignalen, insbesondere durch Raytracing, simuliert wird.
3. Verfahren (1 a) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
-das virtuelle Radarsignal (V) mehrere Teilsignale enthält und die Wechselwir- kung des virtuellen Radarsignals (V) mit dem simulierten Radarziel (Z) für jedes der Teilsignale modelliert wird, und
-der Radarquerschnitt (o) auf Grundlage von mehreren ermittelten Werten (G) der physikalischen Größe am Empfängerpunkt (E) abgeleitet wird.
4. Verfahren (1 a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die physikalische Größe in Abhängigkeit von mindestens einem Modellparameter (kd, ks, ns), der eine phy- sikalische Eigenschaft des simulierten Radarziels (Z) charakterisiert, in die direk- tionale Komponente (Ga) und die diffuse Komponente (Gb) aufgeteilt wird.
5. Verfahren (1 a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 unter Verwendung der Phong- Formel.
6. Verfahren (1 a) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (o) eines simulierten Ra- darziels (Z), insbesondere zur Stimulation eines realen Radarsignals (R) in einem Radarzielemulator (10), unter Verwendung der Phong-Formel.
7. Verfahren (1 b) zum Trainieren eines Wechselwirkungsmodells (W), mittels dem eine Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals (V) mit einem simulierten Ra- darziel (Z) in der Weise modellierbar ist, dass eine das virtuelle Radarsignal (V) charakterisierende physikalische Größe in eine direktionale Komponente (Ga), die einer gerichteten Streuung des virtuellen Radarsignals (V) entspricht, und in eine diffuse Komponente (Gb), die einer isotropen Streuung des virtuellen Radarsig- nals (V) entspricht, aufgeteilt wird, aufweisend die Arbeitsschritte:
-Simulieren (S4) der Wechselwirkung eines virtuellen Radarsignals (V) mit einem
Referenzziel auf der Grundlage einer analytischen Beschreibung der Reflexion des Radarsignals (V) am Referenzziel, wobei mindestens ein Wert (G) einer physikalischen Größe, welche das am Referenzziel reflektierte virtuelle Radar- signal (V) charakterisiert, ermittelt wird, oder
Modellieren der Wechselwirkung eines realen Radarsignals mit einer realen Nachbildung des Referenzziels, wobei mindestens ein Wert (G) der physikali- schen Größe, welche das an der realen Nachbildung des Referenzziels reflek- tierte reale Radarsignal charakterisiert, gemessen wird; und
-Ermitteln (S5) von mindestens einem Modellparameter (kd, ks, ns) des Wechsel- wirkungsmodells (W) auf Grundlage des mindestens einen ermittelten Werts (G) der physikalischen Größe.
8. Verfahren (1 b) nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Modellparameter (kd, ks, ns) auf Grundlage einer Ausgleichsrechnung, insbesondere einer Regressi- onsanalyse, ermittelt wird.
9. Verfahren (1 b) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Referenzziel eine Kugel ist.
10. Verfahren (1 b) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei
-die Ausbreitung des virtuellen oder realen Radarsignals (V) für mehrere ver- schiedene Referenzobjekte simuliert oder modelliert wird,
-jeweils mindestens ein Modellparameter (kd, ks, ns) auf Grundlage der dabei er- mittelten Werte (G) der physikalischen Größe ermittelt wird, und
-die ermittelten Modellparameter (kd, ks, ns) in Abhängigkeit von Objekteigen- schaften der mehreren verschiedenen Referenzobjekte gespeichert werden.
1 1. Vorrichtung (4) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (o) eines simulierten Ra- darziels (Z), eingerichtet zum Ausführen eines Verfahrens (1 a, 1 b) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Radarzielemulator (10) zur Manipulation eines von einem Fahrzeug (2), insbe- sondere Kraftfahrzeug, ausgegebenen realen Radarsignals (R), aufweisend:
-eine Simulationsvorrichtung (3), die dazu eingerichtet ist, ein Umgebungsszena- rio zu simulieren und Simulationsdaten (D) auszugeben, die das Umgebungs- szenario charakterisieren;
-eine Vorrichtung (4) zum Ermitteln eines Radarquerschnitts (o) eines simulierten Radarziels (Z) nach Anspruch 1 1 , die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der Simulationsdaten (D) wenigstens einen Stimulationspunkt (P) auszugeben;
-eine Stimulationsvorrichtung (5), die dazu eingerichtet ist, das reale Radarsig- nal (R) aufzunehmen, insbesondere zu empfangen, das reale Radarsignal (R) auf Grundlage des wenigstens einen Stimulationspunktes (P) zu manipulieren und das derart manipulierte Radarsignal (R‘) auszugeben, insbesondere zu senden.
13. Prüfstand (100) für ein Fahrzeug (2), insbesondere Kraftfahrzeug, aufweisend einen Radarzielemulator (10) nach Anspruch 12.
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