EP4402512A1 - Verfahren zur bestimmung wenigstens einer elevationsgrösse eines objektziels mit einem kfz- radarsystem - Google Patents

Verfahren zur bestimmung wenigstens einer elevationsgrösse eines objektziels mit einem kfz- radarsystem

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Publication number
EP4402512A1
EP4402512A1 EP22783479.3A EP22783479A EP4402512A1 EP 4402512 A1 EP4402512 A1 EP 4402512A1 EP 22783479 A EP22783479 A EP 22783479A EP 4402512 A1 EP4402512 A1 EP 4402512A1
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EP
European Patent Office
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radar system
directional
variable
elevation
radar
Prior art date
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Pending
Application number
EP22783479.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Vanaev
Waqas MALIK
Christian Sturm
Stefan Goerner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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    • G01S2013/9327—Sensor installation details
    • G01S2013/93271—Sensor installation details in the front of the vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for determining at least one elevation variable of an object target of an object, which is detected by a radar system, in particular of a vehicle, with respect to an elevation reference plane, in which radar signals are transmitted with the radar system and echo signals from radar signals reflected on the object target are received speed of movement of the radar system is determined, a radial speed of the at least one object target relative to the radar system is determined with the radar system using the received echo signals, a first directional variable is determined with the radar system using the received echo signals, which indicates the direction of the object target relative to a first opposite the Radar system fixed reference area characterized, by means of the first directional variable, the radial velocity and the rate of movement, a second directional variable, which indicates the direction of the object target relative to a second characterized by a fixed reference range compared to the radar system, at least one elevation variable of the object target is determined by means of at least one of the directional variables.
  • the invention also relates to a radar system, in particular of a vehicle, comprising at least one antenna for transmitting radar signals, at least one antenna for receiving echo signals from radar signals reflected from object targets, and means for determining at least one elevation variable of object targets detected with the radar system, with respect to an elevation -Reference plane, the means having
  • Means for determining radial velocities of detected object targets relative to the radar system by means of received echo signals Means for determining first directional variables, which characterize directions of object targets relative to a first reference area that is fixed relative to the radar system, by means of received echo signals
  • Means for determining second directional variables which characterize directions of object targets relative to a second fixed reference area relative to the radar system, using first directional variables, radial speeds and a speed of movement of the radar system, and means for determining at least one elevation variable of object targets using at least one of the directional variables.
  • the invention also relates to a vehicle with at least one radar system, the at least one radar system comprising at least one antenna for transmitting radar signals, at least one antenna for receiving echo signals from radar signals reflected from object targets, and means for determining at least one elevation variable of object targets detected with the radar system of objects with respect to an elevation reference plane, the means having
  • Means for determining second directional variables which characterize directions of object targets relative to a second fixed reference area relative to the radar system, using first directional variables, radial speeds and a speed of movement of the radar system, and means for determining at least one elevation variable of object targets using at least one of the directional variables.
  • a method for radar-based measurement and/or classification of objects in a vehicle environment is known from DE 10 2018 000 517 A1, the vehicle environment being analyzed by means of at least one arranged on a vehicle Radar sensor is detected and in a determination and / or classification of a height of an object based on an evaluation of a shift in a Doppler frequency between a transmitted from the radar sensor and a radar signal reflected from the object Doppler information is generated.
  • the height of the object can be determined by using the previously determined information about the azimuth angle of the object together with the received Doppler information to accurately calculate the elevation angle.
  • the object's azimuth angle is determined by digital beamforming to multiple horizontal antennas of the radar sensor. Once the elevation angle of the object is calculated, the height of the object can be found from the elevation angle of the object and the radial distance from the radar sensor to the object as given in an equation.
  • the invention is based on the object of designing a method, a radar system and a vehicle of the type mentioned at the outset, in which the determination of at least one elevation variable of a detected object target with respect to an elevation reference plane can be implemented more efficiently.
  • the at least one elevation variable should be able to be determined more precisely and/or more simply, in particular using simpler and/or space-saving means.
  • the object is achieved according to the invention in the method in that radar signals are transmitted with at least one antenna of the radar system and echo signals are received with at least two antennas of the radar system, the respective phase centers of the antennas being arranged along an imaginary antenna axis which is parallel to the elevation reference plane runs, the first directional variable is determined relative to a first reference axis which is fixed relative to the radar system as a reference range and the second directional variable is determined relative to a second reference axis which is fixed relative to the radar system as a reference range.
  • the first directional variable and the second directional variable are each determined relative to an associated reference axis.
  • the directional variables can be determined with a one-dimensional, linear antenna arrangement.
  • a two-dimensional, flat antenna arrangement is not required for this.
  • a two-dimensional, planar antenna arrangement is required. The invention makes it possible to determine at least one elevation variable with respect to the elevation reference plane of an object target using a space-saving and simply designed linear antenna arrangement.
  • the elevation reference plane runs horizontally.
  • the azimuth lies in a plane which is parallel to the elevation reference plane or is the elevation reference plane.
  • An azimuth reference plane, with respect to which the azimuth is defined, is perpendicular to the elevation reference plane.
  • the radial speed of an object target is the relative speed between the object target and the radar system in the direction of an imaginary connecting axis between the object target and a reference point of the radar system.
  • the reference point of the radar system can advantageously be the intersection of the at least two reference axes.
  • the reference point in particular the point of intersection of the at least two reference axes, or the projection of the reference point in the direction perpendicular to the elevation reference plane can advantageously lie between phase centers of the antennas, in particular on an imaginary antenna axis of the radar system.
  • the reference point in particular the point of intersection of the at least two reference axes, can lie on a plane which is defined by the contact areas of the wheels of the vehicle on the ground.
  • the reference system with the reference axes for the directional variables must be oriented to the roadway of the vehicle.
  • the speed of travel of the radar system is the speed at which the radar system moves in space.
  • the rate of advance of the radar system may advantageously be the rate of advance of the vehicle.
  • the speed of travel may be expressed as ground speed or the like.
  • the locomotion speed can be determined with a speed measuring system, in particular of the vehicle.
  • the method is used to determine at least one elevation variable of an object target with respect to an elevation reference plane.
  • An elevation variable can advantageously be an elevation height.
  • an elevation variable can be an elevation angle.
  • the elevation height is the distance between the object target and the elevation reference plane.
  • the elevation angle is the angle between the imaginary connecting axis between the object target and the reference point of the radar system on the one hand and the elevation reference plane on the other.
  • the azimuth of an object target can be determined with the method. In this way, both at least one elevation variable and the azimuth can be determined more precisely with the method.
  • the elevation height of an object target can be determined with the invention, which object is located in front of the vehicle in particular in the direction of travel.
  • a driver assistance system of the vehicle can be used in particular to determine whether the object target is arranged so low that the vehicle can drive over it, or whether the object target is arranged so high that the vehicle can drive under the object target.
  • the azimuth of a detected object target can be determined with radar systems which only have a linear arrangement of a plurality of antennas, in particular transmitting antennas and receiving antennas.
  • the azimuth can be assumed based on a phase shift of echo signals. the.
  • the echo signals are recorded with different receiving antennas.
  • the azimuth can only be precisely determined with such a radar system if the object target has the same elevation height as the phase centers of the antennas, in particular of the receiving antennas. If the object target is at a different elevation than the antennas, the azimuth will be determined inaccurately.
  • configurations of transmitting antennas and receiving antennas arranged in a planar manner are usually used. In this case, additional transmission channels and reception channels are required, with which only the determination of the elevation variables is carried out. This increases the complexity and cost of the radar systems used. This can be dispensed with in the invention.
  • distances and directions of object targets relative to the radar system, in particular relative to the vehicle can be determined in a two-dimensional plane.
  • the object target can be characterized in a three-dimensional space by precisely determining the at least one elevation variable.
  • the invention makes it possible to create a complete three-dimensional map of the surroundings of the radar system, in particular of the vehicle.
  • the invention makes it possible to improve both the determination of the azimuth and the determination of at least one elevation variable with a one-dimensional, linear antenna arrangement, without requiring additional antennas, in particular antennas arranged over an area, in particular receiving antennas.
  • the radar system can advantageously be used in vehicles, in particular motor vehicles.
  • the radar system can advantageously be used in land vehicles, in particular passenger cars, trucks, buses, motorcycles or the like, aircraft, in particular drones, and/or water vehicles.
  • the radar system can also be used in vehicles that can be operated autonomously or at least partially autonomously.
  • the radar system is not limited to vehicles. It can also be used in stationary operation, in robotics and/or in machines, in particular construction or transport machines such as cranes, excavators or the like.
  • the radar system can advantageously be connected to at least one electronic control device of a vehicle or a machine, in particular a driver assistance system and/or a chassis control system and/or a driver information device and/or a parking assistance system and/or a gesture recognition system or the like, or be part of one. In this way, at least some of the functions of the vehicle or machine can be carried out autonomously or partially autonomously.
  • the first directional variable can be determined from phase shifts between echo signals of the same radar signal received with different antennas. In this way, the first directional variable can be determined more precisely.
  • the second directional variable can be calculated from a mathematical, in particular trigonometric, relationship with the first directional variable, the radial speed and the locomotion speed, in particular a second directional variable in the form of a second directional angle as the arcsine of the quotient of the radial speed and the product of the locomotion speed and the cosine of a first directional quantity are calculated in the form of a first directional angle.
  • the second directional variable can be calculated more precisely from variables that have already been determined, in particular the first directional variable, the radial speed and the forward movement speed.
  • the second directional variable can thus be individually determined more precisely. Corresponding conversion tables are not required for this.
  • the second directional variable can be calculated in the form of a second directional angle as the arcsine of the quotient of the radial speed and the product of the locomotion speed and the cosine of the first directional variable in the form of a first directional angle.
  • directional variables can be calculated directly in the form of directional angles.
  • the second directional variable can be taken from a conversion table which contains assignments of first directional variables, second directional variables, radial speeds and velocities of locomotion, in particular a second directional variable can be taken from a conversion table corresponding to the respective locomotion speed, which second directional variables are converted as a function of contains first directional variables and radial velocities.
  • a second directional variable can be taken from a conversion table corresponding to the respective locomotion speed, which second directional variables are converted as a function of contains first directional variables and radial velocities.
  • the at least one conversion table can be determined in advance, in particular in the course of a calibration of the radar system, in particular at the end of the production line for the radar system or possibly the vehicle, and stored in a corresponding storage medium of the radar system, in particular a control and evaluation device.
  • a conversion table can be provided for different travel speeds, which contains the relationships between first directional variables, second directional variables and radial speeds for the respective travel speed.
  • the appropriate conversion table can be used depending on the respective travel speed.
  • the conversion table can have a plurality of triples, each with a first directional variable, a radial speed and the corresponding second directional variable.
  • Triples can be stored, in particular stored, easily, in particular by means of software technology.
  • the first directional variable and the second directional variable can be implemented in the form of angles. On In this way, the at least one elevation variable and/or azimuth of the detected object target can be determined more easily.
  • the two reference axes can be specified in such a way that they span a plane which extends parallel to or in the elevation reference plane.
  • the reference system for the directional variables and the reference system for the at least one elevation variable and the azimuth can have a common orientation. In this way, the at least one elevation variable and/or the azimuth can be determined more easily from the directional variables.
  • the method for determining at least one elevation variable for this object target is ended, otherwise the method for determining at least one elevation variable is continued become.
  • only stationary object targets are used to determine at least one elevation variable.
  • the at least one elevation variable can be determined more precisely using stationary object targets.
  • the end of the method for determining at least one elevation variable of an object target it can be started again with a different object target.
  • a difference between the radial speed and the product of the locomotion speed with the cosine of the first directional variable can be formed, the difference can be compared with at least one limit value, and depending on the result of the comparison, it can be assumed that the object target is stationary and the method for determining the at least one elevation variable is continued, otherwise the method for this object target is ended and/or the difference is compared with two specified limit values and, if the difference is between the two limit values, it is assumed that the object target is stationary and the method for determining the at least one elevation variable is continued, otherwise the method for this object target is ended.
  • a speed of an object target in space can be determined mathematically, in particular trigonometrically, taking into account the speed of movement, the radial speed and the first directional variable.
  • the difference between the radial velocities, the product of the locomotion velocity and the cosine of the first directional variable can be compared with at least one limit value and, depending on the result of the comparison, it can be assumed that the object target is stationary. It can be assumed that the object target is stationary if the difference is less than or less than/equal to the limit value. Alternatively or additionally, the object target may be assumed to be stationary if the difference is greater than or greater than/equal to the threshold.
  • the two limit values can advantageously have different signs. In this way, movement of the object target in the direction of the radar system can be provided with a limit value with a different sign than movement of the object target away from the radar system.
  • the two limit values can be specified in such a way that possible movements of the detected object target can be determined within a tolerance, in particular a measurement tolerance of the radar system and/or for the speed of movement.
  • the at least one elevation variable and/or the azimuth of the object target can be calculated using the first directional variable and the second directional variable and/or taken from at least one conversion table.
  • the determined directional variables can be transformed into the at least one elevation variable and/or into the azimuth with less effort.
  • the at least one elevation variable and/or the azimuth of the object target can advantageously be calculated from the first directional variable and the second directional variable.
  • a mathematical, in particular trigonometric, relationship can be used for this purpose.
  • ⁇ is a first directional variable in the form of a directional angle
  • ⁇ is a second directional variable in the form of a directional angle
  • R is a distance of the object target from the radar system
  • h is the elevation height
  • a distance of the object target can advantageously be determined with the radar system. In this way, all variables that relate to the object target and that are required to determine the at least one elevation variable can be determined with a single radar measurement.
  • the at least one elevation variable and/or the azimuth can be taken from at least one conversion table. In this way, the at least one elevation variable and/or the azimuth can be determined more quickly without additional computing effort.
  • triplets with possible elevation variables and respective first directional variables and second directional variables can be stored in the at least one conversion table.
  • the at least one conversion table can be determined in advance, in particular in the course of a calibration of the radar system, in particular at the end of the production line, and stored in a corresponding storage medium, in particular in the radar system.
  • the object is achieved according to the invention in the radar system in that the radar system has at least one antenna with which radar signals can be transmitted, and at least two antennas with which echo signals from radar signals reflected on an object target can be received, the respective phase centers of the antennas being arranged along an imaginary antenna axis which runs parallel to the elevation reference plane , a first reference axis fixed with respect to the radar system as a reference range for the first directional variable and a fixed second reference axis as a reference range for the second directional variable.
  • the antennas of the radar system are arranged linearly along the imaginary antenna axis.
  • the antenna arrangement can be designed in a space-saving and simple manner.
  • the antenna arrangement can be oriented in a defined manner with respect to the elevation reference plane. In this way, the at least one elevation variable can be determined more easily.
  • the radar system has a fixed first reference axis and a fixed second reference axis, which serve as reference ranges for the first directional variable and the second directional variable.
  • the object is achieved according to the invention in the vehicle in that the at least one radar system has at least one antenna with which radar signals can be sent and at least two antennas with which echo signals from radar signals reflected on an object target can be received, the respective phase centers of the antennas are arranged along an imaginary antenna axis which runs parallel to the elevation reference plane, a fixed first reference axis with respect to the at least one radar system as a reference range for the first directional variable and a fixed second reference axis as a reference range for the second directional variable.
  • At least one of the reference axes can be aligned with at least one defined imaginary axis of the vehicle, in particular a vehicle longitudinal axis, a vehicle transverse axis and/or a vehicle vertical axis, and/or a direction of travel axis of the vehicle.
  • the information obtained with the at least one radar system can be used more simply as environmental information for the vehicle.
  • the vehicle can advantageously have at least one driver assistance system. With the help of a driver assistance system, the vehicle can be operated autonomously or semi-autonomously.
  • At least one radar system can advantageously be functionally connected to at least one driver assistance system.
  • information about the environment of the vehicle which is obtained with the at least one radar system, can be used by the at least one driver assistance system for autonomous or semi-autonomous operation of the vehicle.
  • At least one radar system can be an in particular integral part of a driver assistance system and/or an automated driving system of the vehicle.
  • Radar systems have the advantage that radial velocities of detected object targets can be determined directly with them.
  • FIG. 1 shows a front view of a vehicle with a radar system for monitoring a monitoring area in front of the vehicle in the direction of travel, a driver assistance system and a shouted measuring system
  • FIG. 2 shows a three-dimensional representation of a driving situation of the vehicle from FIG. 1 with a Cartesian coordinate system that is fixed with respect to the radar system, with an object in front of the vehicle, with the vehicle only not being indicated in perspective in a side view;
  • FIG. 3 shows a front view of an antenna arrangement of the radar system from FIG. 1 with a control and evaluation device, the driver assistance system and the speed measurement system;
  • FIG. 4 shows a three-dimensional representation of the Cartesian coordinate system from FIG. 2 from a different perspective in relation to a spherical representation
  • FIG. 5 shows a conversion table for determining a second directional angle for an object target from a first directional angle and a radial speed of the object target.
  • FIG. 1 shows a front view of a vehicle 10 in the form of a passenger car.
  • the vehicle 10 includes a driver assistance system 12, a speed measurement system 34 and a radar system 14.
  • the radar system 14 is functionally connected to the driver assistance system 12, so that information obtained with the radar system 14 over a monitoring area 16 in the direction of travel in front of the vehicle 10 is transmitted to the Driver assistance system 12 can be transmitted.
  • functions of the vehicle 10 for example driving functions, can be executed autonomously or partially autonomously.
  • the radar system 14 is arranged, for example, in the front bumper of the vehicle 10 and is directed into the monitoring area 16 .
  • the radar system 14 can also be arranged at a different point of the vehicle 10 and aligned differently.
  • Objects 18 in the surveillance area 16 can be detected with the radar system 14 .
  • the objects 18 can be stationary or moving objects, for example vehicles, people, animals, plants, obstacles, bumps in the road, for example potholes or stones, road boundaries, traffic signs, free spaces, for example parking spaces, precipitation or the like.
  • radar signals 20 are sent into the monitoring area 16 using the radar system 14 .
  • Radar signals 20 reflected at object targets 22 from objects 18 in the direction of radar system 14 are received by radar system 14 as echo signals 24 .
  • Object information for example a distance R, a radial velocity VR, elevation variables, for example an elevation angle 0 and an elevation height h, and an azimuth of the respective object target 22 relative to reference ranges of the radar system 14 and thus relative to the vehicle 10, can be determined from the received echo signals 24 become.
  • An object target 22 is an area of an object 18 on which radar signals 20 can be reflected.
  • An object 18 can have one or more such object targets 22 . If the object 18 has a plurality of object targets 22, radar signals 20 can also be reflected differently at these, for example in different directions.
  • the corresponding coordinate axes of an orthogonal xyz coordinate system are shown in FIGS.
  • the xyz coordinate system is shown in a three-dimensional representation in FIGS.
  • the x-axis of the xyz coordinate system runs, for example, parallel to a vehicle longitudinal axis of vehicle 10 along the plane below vehicle 10, which is spanned by the contact surfaces of the tires in the operating position of vehicle 10.
  • the y-axis runs parallel to a vehicle transverse axis of the vehicle 10 viewed in the direction of travel to the left.
  • the z-axis runs parallel to a vehicle vertical axis of the vehicle 10 spatially upwards.
  • a projection of a coordinate origin 26 of the xyz coordinate system in the direction of the z-axis lies between a transmitting antenna Tx and the receiving antennas Rx of the radar system 14.
  • the coordinate origin 26 forms a fixed reference point for the radar system 14.
  • the respective phase centers 28 of the transmitting antennas Tx and the receiving antennas Rx are arranged on an imaginary antenna axis 30, as shown in FIG.
  • the antenna axis 30 runs parallel to the y-axis and parallel to the xy plane of the xyz coordinate system.
  • the x-y plane of the x-y-z coordinate system is the elevation reference plane 31 of the radar system 14.
  • the x-z plane of the x-y-z coordinate system is the azimuth reference plane 33 of the radar system 14.
  • the azimuth reference plane 33 is perpendicular to the elevation reference plane 31.
  • the radar system 14 has three receiving antennas Rx and one transmitting antenna Tx.
  • FIG. 3 shows the transmitting antenna Tx and the receiving antennas Rx in a front view viewed from the monitoring area 16 in the direction of the x-axis.
  • the receiving antennas Rx and the transmitting antenna Tx are each functionally connected to a control and evaluation device 32 of the radar system 14 .
  • the control and evaluation device 32 is shown as an example above the transmitting antenna Tx and the receiving antennas Rx. It can also be arranged elsewhere.
  • driver assistance system 12 and speed measurement system 34 are shown in FIG.
  • the transmitting antenna Tx for transmitting radar signals 20 can be controlled with the control and evaluation device 32 .
  • echo signals 24 can be received and converted into electrical signals.
  • the electrical signals can be transmitted to the control and evaluation device 32 and processed. For example, object information about the detected objects 18 can be determined from the electrical signals.
  • the control and evaluation device 32 is connected to the driver assistance system 12 .
  • Information determined with the control and evaluation device 32 for example the object information on detected objects 18 , can be transmitted to the driver assistance system 12 via the connection.
  • the transmitted information can be used with the driver assistance system 12 for the autonomous or semi-autonomous operation of the vehicle 10 .
  • a travel speed VH of the vehicle 10 can be determined with the speed measuring system 34 .
  • the speed measurement system 34 is connected to the control and evaluation device 32, for example.
  • the determined speed of travel VH can thus be transmitted directly to the radar system 14 .
  • the speed measuring system 34 can also be connected to the radar system 14 and/or the driver assistance system 12 indirectly, for example via a control unit of the vehicle 10 .
  • the direction of a detected object target 22 relative to the radar system 14 is characterized by the azimuth ⁇ t> and an elevation variable in the form of an elevation angle ⁇ .
  • the azimuth ⁇ t> and the elevation angle ⁇ of the object target 22 of the object 18 are shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the coordinate system 26 in connection with a spherical representation.
  • the azimuth ⁇ t> is the angle between the azimuth reference plane 33 and the orthogonal projection of the connection axis between the object target 22 and the coordinate origin 26 onto the elevation reference plane 31.
  • the elevation angle 0 is the angle between the elevation reference plane 31 and the connection axis of the Object target 22 with the coordinate origin 26.
  • the azimuth ⁇ t> and the elevation angle 0 characterize the direction of the object target 22 in relation to respective reference planes, namely the elevation reference plane 31 and the azimuth reference plane 33.
  • the direction of a detected object target 22 can be determined with the radar system 14 from the measurement of the phase differences of the received echo signals 24 between the three receiving antennas Rx. Due to the linear arrangement of the receiving antennas Rx, a first directional variable in the form of a first directional angle ⁇ can be determined from the phase differences.
  • the first directional angle a is the angle between the x-axis and the connecting axis between the detected object target 22 and the coordinate origin 26.
  • the x-axis is a fixed first reference axis of the radar system 14 for the first directional angle a. Only if the detected object target 22 is in the elevation reference plane 31, ie at the same elevation h as the radar system 14, does the first directional angle a correspond to the azimuth ⁇ t>.
  • the elevation height h is the height above the elevation reference plane 31 , ie the distance from the elevation reference plane 31 .
  • the elevation height h and the elevation angle ⁇ are each elevation variables which also characterize the position of the object target 12 .
  • a second directional variable in the form of a second directional angle ⁇ can be determined from the first directional angle ⁇ , the radial speed VR and the distance R of the detected object target 22 .
  • the distance R is the distance of the detected object target 22 to the reference point of the radar system 14, namely the coordinate origin 26.
  • the second directional angle ß is the angle between the y-axis and the connecting axis between the object target 22 and the coordinate origin 26.
  • the y-axis is a second fixed reference axis of the radar system for the second azimuth angle ⁇ .
  • the method for determining the elevation variables, namely the elevation angle 0 and the elevation height h, and the azimuth for an object target 22 is explained below.
  • radar signals 20 are transmitted with the transmitting antenna Tx of the radar system 14 .
  • the echo signals 24, which are reflected at the object target 22, are received with the receiving antennas Rx and converted into electrical signals.
  • the first directional angle a is determined from the phase differences between the echo signals 24 received with the individual receiving antennas Rx. Furthermore, the radial speed V and the distance R are determined from the echo signals 24 . In addition, the speed of travel VH of the vehicle 10 is determined with the speed measuring system 34 . Thereafter, it is checked whether the detected object target 22 is stationary or moving. For this purpose, a test term in the form of a difference between the radial speed VR and the product of the travel speed VH and the cosine of the first directional angle a is compared with a first limit value TH1 and a second limit value TH2 as follows:
  • the limit values TH1 and TH2 are specified, for example, taking into account the tolerances when determining the distance R, the radial speed V and the locomotion speed VH.
  • the lower limit TH1 can be a negative value.
  • the upper limit value TH2 can be a positive value.
  • one of the limit values TH can relate to a radial velocities VR of object targets 22 which are moving away from the radar system 14 .
  • the other limit value TH can relate to radial velocities VR of object targets 22 moving towards the radar system 14 .
  • the value of the test term is between the two limit values TH1 and TH2, it is assumed that the object target 22 is stationary.
  • the following determination of the azimuth ⁇ T> and the elevation angle ⁇ can be carried out more precisely than is possible with moving object targets 22. In order to obtain a more accurate result, the method is therefore only continued with the object target 22 if it is stationary. If the check with the check term shows that the object target 22 is not stationary, the method for determining the azimuth ⁇ T> and the elevation variables, namely the elevation angle 0 and the elevation height h, is carried out again with a different object target 22 .
  • the second azimuth angle ⁇ is determined from the first azimuth angle ⁇ , the distance R, the radial speed VR and the forward speed VH. This can be done by calculation or by using a translation table 36 . The calculation is carried out, for example, using the following trigonometric relationship:
  • V R V H sin ß cos a
  • the calculation can be carried out using appropriate software and/or hardware means.
  • the means can be integrated in the control and evaluation device 32, for example.
  • the second directional angle ⁇ can be determined using conversion tables 36 .
  • a group of conversion tables 36 is stored in the control and evaluation device.
  • a visualization of one of these conversion tables 36 is shown as an example in FIG.
  • the conversion tables 36 can be determined in advance, for example in the course of a calibration of the radar system 14, for example at the end of the production line, and stored in appropriate storage media, for example the control and evaluation device 32.
  • Each conversion table 36 of the group corresponds to a specific travel speed VH and contains the relationship between the first azimuth angle ⁇ , the second azimuth angle ⁇ and the radial speed VR at this travel speed VH.
  • the conversion tables 36 can each have, for example, a plurality of triplets each with a first direction angle ⁇ , a radial velocity VR and the corresponding second direction angle ⁇ .
  • the first directional angles ⁇ are shown in the horizontal direction and the second directional angles ⁇ are shown in the vertical direction.
  • the different radial speeds VR are indicated in the corresponding fields.
  • the values from 10° to 70° in steps of ten are only shown as examples for the first directional angle a and the values from 10° to 70° in steps of ten for the second directional angle ⁇ .
  • Radial speeds VR with values from 5 m/s to 20 m/s are given as examples.
  • the conversion table 36 can contain significantly more values for the first directional angles ⁇ and the second directional angles ⁇ .
  • For the radial velocities V significantly more different, negative and positive values can be included.
  • the conversion table 36 suitable for the speed of movement VH is used to determine the second directional angle ⁇ . If there is no suitable conversion table 36 for the current travel speed VH, the conversion table 36 for the travel speed that is closest to the current travel speed VH can be used. The corresponding second directional angle ⁇ for the already determined first directional angle ⁇ and the already determined radial speed VR is taken from the corresponding conversion table 36 .
  • the azimuth ⁇ t> and the elevation angle 0 are determined trigonometrically from the first directional angle ⁇ , the second directional angle ß and the distance R.
  • the azimuth ⁇ t> and the elevation angle 0 can be determined from the first directional angle ⁇ , the second directional angle ⁇ and the distance R using, for example, one or more suitable conversion tables.
  • the elevation height h of the object target 22 is calculated from the following mathematical relationship:
  • R is the distance
  • ⁇ is the first directional angle
  • ß is the second directional angle of the object target 12.
  • the elevation height h can also be determined from the elevation angle 0 and the distance R instead of from the first directional angle ⁇ , the second directional angle ⁇ and the distance R.

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Abstract

Es werden ein Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße (Θ, h) eines Objektziels (22) eines Objekts (18), welches von einem Radarsystem insbesondere eines Fahrzeugs erfasst wird, bezüglich einer Elevations-Bezugsebene (31), ein Radarsystem und ein Fahrzeug mit wenigstens einem Radarsystem beschrieben. Bei dem Verfahren werden wenigstens einer Antenne des Radarsystems Radarsignale gesendet und mit wenigstens zwei Antennen Echosignale von an dem Objektziel reflektierten Radarsignalen empfangen. Die jeweiligen Phasenzentren der Antennen entlang sind einer gedachten Antennenachse angeordnet, welche parallel zur Elevations-Bezugsebene (31) verläuft. Eine Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) des Radarsystems wird ermittelt. Mit dem Radarsystem wird mittels der empfangenen Echosignale (24) eine Radialgeschwindigkeit (VR) des wenigstens einen Objektziels (22) relativ zu dem Radarsystem ermittelt. Mit dem Radarsystem wird mittels den empfangenen Echosignalen eine erste Richtungsgröße (α) ermittelt, welche die Richtung des Objektziels (22) relativ zu einer ersten gegenüber dem Radarsystem festen Bezugsachse (y) charakterisiert. Mittels der ersten Richtungsgröße (α), der Radialgeschwindigkeit (VR) und der Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) wird eine zweite Richtungsgröße (β), welche die Richtung des Objektziels (22) relativ zu einer zweiten gegenüber dem Radarsystem festen Bezugsachse (x) charakterisiert, ermittelt. Mittels wenigstens einer der Richtungsgrößen (α, β) wird wenigstens eine Elevationsgröße (Θ, a) des Objektziels (22) ermittelt.

Description

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG WENIGSTENS EINER ELEVATIONSGRÖSSE EINES OBJEKTZIELS MIT EINEM KFZ- RADARSYSTEM
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße eines Objektziels eines Objekts, welches von einem Radarsystem insbesondere eines Fahrzeugs erfasst wird, bezüglich einer Elevations-Bezugsebene, bei dem mit dem Radarsystem Radarsignale gesendet und Echosignale von an dem Objektziel reflektierten Radarsignalen empfangen werden, eine Fortbewegungsgeschwindigkeit des Radarsystems ermittelt wird, mit dem Radarsystem mittels der empfangenen Echosignale eine Radialgeschwindigkeit des wenigstens einen Objektziels relativ zu dem Radarsystem ermittelt wird, mit dem Radarsystem mittels den empfangenen Echosignalen eine erste Richtungsgröße ermittelt wird, welche die Richtung des Objektziels relativ zu einem ersten gegenüber dem Radarsystem festen Bezugsbereich charakterisiert, mittels der ersten Richtungsgröße, der Radialgeschwindigkeit und der Fortbewegungsgeschwindigkeit eine zweite Richtungsgröße, welche die Richtung des Objektziels relativ zu einem zweiten gegenüber dem Radarsystem festen Bezugsbereich charakterisiert, ermittelt wird, mittels wenigstens einer der Richtungsgrößen wenigstens eine Elevationsgröße des Objektziels ermittelt wird.
Ferner betrifft die Erfindung ein Radarsystem insbesondere eines Fahrzeugs, umfassend wenigstens eine Antenne zum Senden von Radarsignalen, wenigstens eine Antenne zum Empfangen von Echosignalen von an Objektzielen reflektierten Radarsignalen und Mittel zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße von mit dem Radarsystem erfassten Objektzielen von Objekten, bezüglich einer Elevations-Bezugsebene, wobei die Mittel aufweisen
Mittel zum Ermitteln von Radialgeschwindigkeiten von erfassten Objektzielen relativ zu dem Radarsystem mittels empfangender Echosignale, Mittel zum Ermitteln von ersten Richtungsgrößen, welche Richtungen von Objektzielen relativ zu einem ersten gegenüber dem Radarsystem festen Bezugsbereich charakterisieren, mittels empfangender Echosignale
Mittel zum Ermitteln von zweiten Richtungsgrößen, welche Richtungen von Objektzielen relativ zu einem zweiten gegenüber dem Radarsystem festen Bezugsbereich charakterisiert, mittels ersten Richtungsgrößen, Radialgeschwindigkeiten und einer Fortbewegungsgeschwindigkeit des Radarsystems, und Mittel zum Ermitteln wenigstens einer Elevationsgröße von Objektzielen mittels wenigstens einer der Richtungsgrößen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem Radarsystem, wobei das wenigstens eine Radarsystem umfasst wenigstens eine Antenne zum Senden von Radarsignalen, wenigstens eine Antenne zum Empfangen von Echosignalen von an Objektzielen reflektierten Radarsignalen und Mittel zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße von mit dem Radarsystem erfassten Objektzielen von Objekten, bezüglich einer Elevations-Bezugsebene, wobei die Mittel aufweisen
Mittel zum Ermitteln von Radialgeschwindigkeiten von erfassten Objektzielen relativ zu dem Radarsystem mittels empfangender Echosignale,
Mittel zum Ermitteln von ersten Richtungsgrößen, welche Richtungen von Objektzielen relativ zu einem ersten gegenüber dem Radarsystem festen Bezugsbereich charakterisieren, mittels empfangender Echosignale
Mittel zum Ermitteln von zweiten Richtungsgrößen, welche Richtungen von Objektzielen relativ zu einem zweiten gegenüber dem Radarsystem festen Bezugsbereich charakterisiert, mittels ersten Richtungsgrößen, Radialgeschwindigkeiten und einer Fortbewegungsgeschwindigkeit des Radarsystems, und Mittel zum Ermitteln wenigstens einer Elevationsgröße von Objektzielen mittels wenigstens einer der Richtungsgrößen.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2018 000 517 A1 ist ein Verfahren zur radarbasierten Vermessung und/oder Klassifizierung von Objekten in einer Fahrzeugumgebung bekannt, wobei die Fahrzeugumgebung mittels zumindest eines an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensors erfasst wird und bei einer Ermittlung und/oder Klassifizierung einer Höhe eines Objekts anhand einer Auswertung einer Verschiebung einer Dopplerfrequenz zwischen einem vom Radarsensor ausgesendeten und einem vom Objekt reflektierten Radarsignal Dopplerinformationen erzeugt werden. Unter der Voraussetzung, dass genaue Bewegungsinformationen des Fahrzeugs verfügbar sind, kann die Höhe des Objekts dadurch ermittelt werden, dass die bereits ermittelte Information über den Azimutwinkel des Objekts zusammen mit der empfangenen Dopplerinformation ausgenutzt wird, um den Elevationswinkel genau zu berechnen. Der Azimutwinkel des Objekts wird durch digitales Beamforming an mehrere horizontale Antennen des Radarsensors bestimmt. Ist der Elevationswinkel des Objekts einmal berechnet, kann die Höhe des Objekts aus dem Elevationswinkel des Objekts und dem radialen Abstand vom Radarsensor zum Objekt, wie in einer Gleichung angegeben, ermittelt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein Radarsystem und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen die Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße eines erfassten Objektziels bezüglich einer Elevations- Bezugsebene effizienter realisiert werden kann. Insbesondere soll die wenigstens eine Elevationsgröße genauer und/oder einfacher, insbesondere mit einfacheren und/oder platzsparenden Mitteln, bestimmt werden können.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass mit wenigstens einer Antenne des Radarsystems Radarsignale gesendet werden und mit wenigstens zwei Antennen des Radarsystems Echosignale empfangen werden, wobei die jeweiligen Phasenzentren der Antennen entlang einer gedachten Antennenachse angeordnet sind, welche parallel zur Elevations-Bezugsebene verläuft, die erste Richtungsgröße relativ zu einer gegenüber dem Radarsystem festen ersten Bezugsachse als Bezugsbereich ermittelt wird und die zweite Richtungsgröße relativ zu einer gegenüber dem Radarsystem festen zweiten Bezugsachse als Bezugsbereich ermittelt wird.
Erfindungsgemäß werden die Radarsignale mit Antennen gesendet und empfangen, deren Phasenzentren entlang einer Antennenachse angeordnet sind. Die Antennenachse verläuft parallel zur Elevations-Bezugsebene. Auf diese Weise kann die Anten- nenanordnung des Radarsystems einfach und platzsparend linear aufgebaut sein. Die Anordnung der Antennen parallel zu Elevations-Bezugsebene vereinfacht die Zuordnung der Richtungsgrößen.
Erfindungsgemäß werden die erste Richtungsgröße und die zweite Richtungsgröße jeweils gegenüber einer zugehörigen Bezugsachse ermittelt. So können die Richtungsgrößen mit einer eindimensionalen, linearen Antennenanordnung ermittelt werden. Eine zweidimensionale, flächige Antennenanordnung ist hierzu nicht erforderlich. Um wenigstens eine Elevationsgröße direkt gegenüber der Elevations-Bezugsebene bestimmen zu können, ist eine zweidimensionale, flächige Antennenanordnung erforderlich. Die Erfindung ermöglicht, mit einer platzsparenden und einfach gestalteten linearen Antennenanordnung wenigstens eine Elevationsgröße bezüglich der Elevations- Bezugsebene eines Objektziels zu bestimmen.
Die Elevations-Bezugsebene verläuft bei üblicher Orientierung des Radarsystems, insbesondere des Fahrzeugs, horizontal. Bekanntermaßen liegt der Azimut in einer Ebene, welche parallel zu der Elevations-Bezugsebene verläuft oder die Elevations- Bezugsebene ist. Eine Azimut-Bezugsebene, bezüglich der der Azimut definiert ist, steht senkrecht auf der Elevations-Bezugsebene.
Die Radialgeschwindigkeit eines Objektziels ist die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objektziel und dem Radarsystem in Richtung einer gedachten Verbindungsachse zwischen dem Objektziel und einem Referenzpunkt des Radarsystems. Der Referenzpunkt des Radarsystems kann vorteilhafterweise der Schnittpunkt der wenigstens zwei Bezugsachsen sein.
Vorteilhafterweise kann der Referenzpunkt, insbesondere der Schnittpunkt der wenigstens zwei Bezugsachsen, oder die Projektion des Referenzpunktes in Richtung senkrecht zur Elevations-Bezugsebene zwischen Phasenzentren der Antennen, insbesondere auf einer gedachten Antennenachse des Radarsystems liegen.
Vorteilhafterweise kann der Referenzpunkt, insbesondere der Schnittpunkt der wenigstens zwei Bezugsachsen, auf einer Ebene liegen, welche durch die Auflagebereiche der Räder des Fahrzeugs auf dem Boden definiert wird. Auf diese Weise kann das Bezugs- system mit dem Bezugsachsen für die Richtungsgrößen an der Fahrbahn des Fahrzeugs orientiert sein.
Die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Radarsystems ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Radarsystem im Raum bewegt. Die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Radarsystems kann vorteilhafterweise die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs sein. Die Fortbewegungsgeschwindigkeit kann als Geschwindigkeit über Grund oder dergleichen angegeben werden. Vorteilhafterweise kann die Fortbewegungsgeschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitsmesssystem insbesondere des Fahrzeugs ermittelt werden.
Das Verfahren dient zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße eines Objektziels bezüglich einer Elevations-Bezugsebene. Vorteilhafterweise kann eine Elevationsgrößen eine Elevationshöhe sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Elevationsgröße ein Elevationswinkel sein. Die Elevationshöhe ist der Abstand zwischen dem Objektziel und der Elevations-Bezugsebene. Der Elevationswinkel ist der Winkel zwischen der gedachten Verbindungsachse zwischen dem Objektziel und dem Referenzpunkt des Radarsystems einerseits und der Elevations-Bezugsebene andererseits.
Zusätzlich kann mit dem Verfahren der Azimut eines Objektziels ermittelt werden. Auf diese Weise können mit dem Verfahren sowohl wenigstens eine Elevationsgröße als auch der Azimut genauer bestimmt werden.
Bei der Verwendung in Verbindung mit einem Fahrzeug kann mit der Erfindung die Elevationshöhe eines Objektziels ermittelt werden, welches sich insbesondere in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug befindet. Mit Kenntnis der Elevationshöhe kann insbesondere mit einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs ermittelt werden, ob das Objektziel so tief angeordnet ist, dass das Fahrzeug darüber hinweg fahren kann, oder das Objektziel so hoch angeordnet ist, dass das Fahrzeug unter dem Objektziel hindurch fahren kann.
Typischerweise können mit Radarsystemen, welche lediglich eine lineare Anordnung von mehreren Antennen, insbesondere Sendeantennen und Empfangsantennen, aufweisen, lediglich der Azimut eines erfassten Objektziels bestimmt werden. Dabei kann der Azimut auf Basis einer Phasenverschiebung von Echosignalen angenommen wer- den. Dabei werden die Echosignale mit unterschiedlichen Empfangsantennen erfasst. Nur für den Fall, dass das Objektziel die gleiche Elevationshöhe hat wie die Phasenzentren der Antennen, insbesondere der Empfangsantennen, kann mit einem derartigen Radarsystem der Azimut genau ermittelt werden. Falls das Objektziel sich auf einer anderen Elevationshöhe wie die Antennen befindet, wird der Azimut ungenau bestimmt. Um sowohl den Azimut als auch die Elevationsgröße genau ermitteln zu können, werden üblicherweise Konfigurationen von flächig angeordneten Sendeantennen und Empfangsantennen verwendet. In diesem Fall sind zusätzliche Sendekanäle und Empfangskanäle erforderlich, mit denen ausschließlich die Bestimmung der Elevationsgrößen durchgeführt wird. Dies erhöht die Komplexität und den Kostenaufwand für die verwendeten Radarsysteme. Bei der Erfindung kann hierauf verzichtet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Radarsystem können Entfernungen und Richtungen von Objektzielen relativ zu dem Radarsystem, insbesondere relativ zum Fahrzeug, in einer zweidimensionalen Ebene ermittelt werden. Durch eine genaue Bestimmung der wenigstens einen Elevationsgröße kann das Objektziel in einem dreidimensionalen Raum charakterisiert werden. Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine komplette dreidimensionale Karte der Umgebung des Radarsystems, insbesondere des Fahrzeugs, anzufertigen. Die Erfindung ermöglicht es, sowohl die Ermittlung des Azimuts als auch die Ermittlung wenigstens einer Elevationsgröße mit einer eindimensionalen, linearen Antennenanordnung zu verbessern, ohne dass hierfür zusätzliche, insbesondere flächig angeordnete Antennen, insbesondere Empfangsantennen, erforderlich sind.
Vorteilhafterweise kann das Radarsystem bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann das Radarsystem bei Landfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Motorrädern oder dergleichen, Luftfahrzeugen, insbesondere Drohnen, und/oder Wasserfahrzeugen verwendet werden. Das Radarsystem kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Das Radarsystem ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Es kann auch im stationären Betrieb, in der Robotik und/oder bei Maschinen, insbesondere Bau- oder Transportmaschinen, wie Kränen, Baggern oder dergleichen, eingesetzt werden. Das Radarsystem kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs oder einer Maschine, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer- Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und/oder einem Gestenerkennungssystem oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein Teil der Funktionen des Fahrzeugs oder der Maschine autonom oder teilautonom ausgeführt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die erste Richtungsgröße aus Phasenverschiebungen zwischen mit verschiedenen Antennen empfangenen Echosignalen desselben Radarsignals ermittelt werden. Auf diese Weise kann die erste Richtungsgröße genauer ermittelt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die zweite Richtungsgröße aus einem mathematischen, insbesondere trigonometrischen, Zusammenhang mit der erste Richtungsgröße, der Radialgeschwindigkeit und der Fortbewegungsgeschwindigkeit berechnet werden, insbesondere eine zweite Richtungsgröße in Form eines zweiten Richtungswinkels als Arcussinus des Quotienten der Radialgeschwindigkeit und dem Produkt aus der Fortbewegungsgeschwindigkeit und dem Cosinus einer ersten Richtungsgröße Form eines ersten Richtungswinkels berechnet werden. Auf diese Weise kann die zweite Richtungsgröße genauer aus bereits ermittelten Größen, insbesondere der erste Richtungsgröße, der Radialgeschwindigkeit und der Fortbewegungsgeschwindigkeit, berechnet werden. Die zweite Richtungsgröße kann so individuell genauer ermittelt werden. Entsprechende Umsetzungstabellen sind hierfür nicht erforderlich.
Vorteilhafterweise kann die zweite Richtungsgröße in Form eines zweiten Richtungswinkels als Arcussinus des Quotienten der Radialgeschwindigkeit und dem Produkt aus der Fortbewegungsgeschwindigkeit und dem Cosinus der ersten Richtungsgröße in Form eines ersten Richtungswinkels berechnet werden. Auf diese Weise können Richtungsgrößen in Form von Richtungswinkeln direkt berechnet werden.
Vorteilhafterweise kann der zweiter Richtungswinkel nach folgender Formel berechnet werden:
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die zweite Richtungsgröße einer Umsetzungstabelle entnommen werden, welche Zuordnungen von ersten Richtungsgrößen, zweiten Richtungsgrößen, Radialgeschwindigkeiten und Fortbewegungsgeschwindigkeiten enthält, insbesondere eine zweite Richtungsgröße aus einer der jeweiligen Fortbewegungsgeschwindigkeit entsprechenden Umsetzungstabelle entnommen werden, welche zweite Richtungsgrößen in Abhängigkeit von ersten Richtungsgrößen und Radialgeschwindigkeiten enthält. Auf diese Weise können die zweiten Richtungsgrößen schnell und ohne zusätzlichen Rechenaufwand aus bereits ermittelten Größen ermittelt werden.
Die wenigstens eine Umsetzungstabelle kann im Vorfeld, insbesondere im Zuge einer Kalibration des Radarsystems, insbesondere am Ende der Produktionslinie für das Radarsystem oder gegebenenfalls das Fahrzeug, ermittelt und in einem entsprechenden Speichermedium des Radarsystems, insbesondere einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, hinterlegt werden.
Vorteilhafterweise kann für unterschiedliche Fortbewegungsgeschwindigkeiten jeweils eine Umsetzungstabelle vorgesehen sein, welche die Zusammenhänge zwischen ersten Richtungsgrößen, zweiten Richtungsgrößen und Radialgeschwindigkeiten für die jeweilige Fortbewegungsgeschwindigkeit enthält. Auf diese Weise kann abhängig von der jeweiligen Fortbewegungsgeschwindigkeit die entsprechende Umsetzungstabelle verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann die Umsetzungstabelle eine Vielzahl von Tripel jeweils mit einem ersten Richtungsgröße, einer Radialgeschwindigkeit und der entsprechenden zweiten Richtungsgröße aufweisen. Tripel können einfach, insbesondere auf softwaretechnischem Wege, hinterlegt, insbesondere gespeichert, werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die erste Richtungsgröße und die zweite Richtungsgröße in Form von Winkeln realisiert werden. Auf diese Weise können die wenigstens eine Elevationsgröße und/oder Azimut des erfassten Objektziels einfacher ermittelt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die zwei Bezugsachsen so vorgegeben werden, dass diese eine Ebene aufspannen, welche sich parallel zu der oder in der Elevations-Bezugsebene erstreckt. Auf diese Weise können das Bezugssystem für die Richtungsgrößen und das Bezugssystem für die wenigstens eine Elevationsgröße und den Azimut eine gemeinsame Orientierung aufweisen. So können die wenigstens eine Elevationsgröße und/oder der Azimut einfacher aus den Richtungsgrößen ermittelt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vor der Ermittlung der zweiten Richtungsgröße geprüft werden, ob das erfasste Objektziel stationär ist, falls das Objektziel nicht stationär ist, das Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße für dieses Objektziel beendet, andernfalls das Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße fortgesetzt werden. Auf diese Weise werden lediglich stationäre Objektziele zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße verwendet. Unter Verwendung von stationären Objektzielen kann die wenigstens eine Elevationsgröße genauer bestimmt werden.
Vorteilhafterweise kann nach Beendigung das Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße eines Objektziels mit einem anderen Objektziel erneut gestartet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann zur Prüfung, ob das Objektziel stationär ist, eine Differenz zwischen der Radialgeschwindigkeit und dem Produkt der Fortbewegungsgeschwindigkeit mit dem Cosinus der erste Richtungsgröße gebildet werden, die Differenz mit wenigstens einem Grenzwert verglichen werden, und abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs angenommen werden, dass das Objektziel stationär ist und das Verfahren zur Bestimmung der wenigstens einen Elevationsgröße fortgesetzt werden, andernfalls das Verfahren für dieses Objektziel beendet werden und/oder die Differenz mit zwei vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden und, falls die Differenz zwischen den beiden Grenzwerten liegt, angenommen werden, dass das Objektziel stationär ist und das Verfahren zur Bestimmung der wenigstens einen Elevationsgröße fortgesetzt werden, andernfalls das Verfahren für dieses Objektziel beendet werden. Auf diese Weise kann unter Berücksichtigung der Fortbewegungsgeschwindigkeit, der Radialgeschwindigkeit und der ersten Richtungsgröße auf mathematischen Wege, insbesondere trigonometrisch, eine Geschwindigkeit eines Objektziels im Raum ermittelt werden.
Vorteilhafterweise kann die Differenz zwischen der Radialgeschwindigkeiten dem Produkt der Fortbewegungsgeschwindigkeit mit dem Cosinus der ersten Richtungsgröße mit wenigstens einem Grenzwert verglichen werden und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs angenommen werden, dass das Objektziel stationär ist. Dabei kann angenommen werden, dass das Objektziel stationär ist, falls die Differenz kleiner als der o- der kleiner/gleich dem Grenzwert ist. Alternativ oder zusätzlich kann angenommen werden, dass das Objektziel stationär ist, falls die Differenz größer als der oder grö- ßer/gleich dem Grenzwert ist.
Vorteilhafterweise können die beiden Grenzwerte unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Auf diese Weise können Bewegung des Objektziels in Richtung auf das Radarsystem zu mit einem Grenzwert mit anderem Vorzeichen versehen werden, als Bewegungen des Objektziels vom Radarsystem weg. Die beiden Grenzwerte können so vorgegeben werden, dass mögliche Bewegungen des erfassten Objektziels innerhalb einer Toleranz, insbesondere einer Messtoleranz des Radarsystems und/oder für die Fortbewegungsgeschwindigkeit, ermittelt werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die wenigstens eine Elevationsgröße und/oder der Azimut des Objektziels mittels der ersten Richtungsgröße und der zweiten Richtungsgröße berechnet werden und/oder aus wenigstens einer Umsetzungstabelle entnommen werden. Auf diese Weise können die ermittelten Richtungsgrößen mit geringerem Aufwand in die wenigstens eine Elevationsgröße und/oder in den Azimut transformiert werden. Vorteilhafterweise können die wenigstens eine Elevationsgröße und/oder der Azimut des Objektziels aus der ersten Richtungsgrößen der zweiten Richtungsgröße berechnet werden. Hierzu kann ein mathematischer, insbesondere trigonometrischer, Zusammenhang verwendet werden.
Die Berechnung einer Elevationshöhe als Elevationsgröße kann nach folgender Formel durchgeführt werden:
Dabei sind a eine erste Richtungsgröße in Form eines Richtungswinkels, ß eine zweite Richtungsgrößen in Form eines Richtungswinkels, R eine Entfernung des Objektziels von dem Radarsystem und h die Elevationshöhe.
Vorteilhafterweise kann eine Entfernung des Objektziels mit dem Radarsystem ermittelt werden. Auf diese Weise können alle Größen, die das Objektziel betreffen und die zu Ermittlung der wenigstens einen Elevationsgröße erforderlich sind, mit einer einzigen Radarmessung ermittelt werden.
Alternativ oder zusätzlich können die wenigstens eine Elevationsgröße und/oder der Azimut aus wenigstens einer Umsetzungstabelle entnommen werden. Auf diese Weise können die wenigstens eine Elevationsgröße und/oder der Azimut schneller ohne zusätzlichen Rechenaufwand ermittelt werden.
Vorteilhafterweise können in der wenigstens einen Umsetzungstabelle Tripel mit mögliche Elevationsgrößen und jeweiligen ersten Richtungsgrößen und zweiten Richtungsgrößen hinterlegt sein. Die wenigstens eine Umsetzungstabelle kann vorab, insbesondere im Zuge einer Kalibration des Radarsystems, insbesondere am Ende der Produktionslinie, ermittelt und in einem entsprechenden Speichermedium insbesondere des Radarsystems hinterlegt werden.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Radarsystem dadurch gelöst, dass das Radarsystem aufweist wenigstens eine Antenne, mit der Radarsignale gesendet werden können, und wenigstens zwei Antennen, mit denen Echosignale von an einem Objektziel reflektierten Radarsignalen empfangen werden können, wobei die jeweiligen Phasenzentren der Antennen entlang einer gedachten Antennenachse angeordnet sind, welche parallel zu der Elevations-Bezugsebene verläuft, eine bezüglich des Radarsystems feste erste Bezugsachse als Bezugsbereich für die erste Richtungsgröße und eine feste zweite Bezugsachse als Bezugsbereich für die zweite Richtungsgröße.
Erfindungsgemäß sind die Antennen des Radarsystems linear entlang der gedachten Antennenachse angeordnet. Auf diese Weise kann die Antennenanordnung platzsparend und einfach gestaltet sein. Außerdem kann die Antennenanordnung definiert bezüglich der Elevations-Bezugsebene orientiert sein. So kann die wenigstens eine Elevationsgröße einfacher ermittelt werden. Das Radarsystem weist eine feste erste Bezugsachse und eine feste zweite Bezugsachse auf, welche als Bezugsbereiche für die erste Richtungsgrößen und die zweite Richtungsgröße dienen.
Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Radarsystem aufweist wenigstens eine Antenne, mit der Radarsignale gesendet werden können, und wenigstens zwei Antennen, mit denen Echosignale von an einem Objektziel reflektierten Radarsignalen empfangen werden können, wobei die jeweiligen Phasenzentren der Antennen entlang einer gedachten Antennenachse angeordnet sind, welche parallel zu der Elevations-Bezugsebene verläuft, eine bezüglich des wenigstens einen Radarsystems feste erste Bezugsachse als Bezugsbereich für die erste Richtungsgröße und eine feste zweite Bezugsachse als Bezugsbereich für die zweite Richtungsgröße.
Vorteilhafterweise können kann wenigstens eine der Bezugsachsen an wenigstens einer definierten gedachten Achse des Fahrzeugs, insbesondere einer Fahrzeuglängsachse, einer Fahrzeugquerachse und/oder einer Fahrzeughochachse, und/oder einer Fahrtrichtungsachse des Fahrzeugs ausgerichtet sein. Auf diese Weise können die mit dem wenigstens einen Radarsystem gewonnenen Informationen einfacher als Umgebungsinformationen für das Fahrzeug verwendet werden. Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug wenigstens ein Fahrerassistenzsystem aufweisen. Mithilfe eines Fahrerassistenzsystems kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Radarsystem funktional mit wenigstens einem Fahrerassistenzsystem verbunden sein. Auf diese Weise können Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs, die mit dem wenigstens einen Radarsystem gewonnen werden, von dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem für einen autonomen oder teilautonomen Betrieb streicht es des Fahrzeuges verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Radarsystem ein insbesondere integraler Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems und/oder eines automatisierten Fahrsystems des Fahrzeugs sein. Radarsysteme haben den Vorteil, dass mit ihnen Radialgeschwindigkeiten von erfassten Objektzielen direkt ermittelt werden können.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Radarsystem und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
Figur 1 eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einem Radarsystem zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug, einem Fahrerassistenzsystem und einem geschriene Messsystem; Figur 2 eine dreidimensionale Darstellung einer Fahrsituation des Fahrzeugs aus der Figur 1 mit einem bezüglich dem Radarsystem festen kartesischen Koordinatensystem, mit einem Objekt vor dem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug lediglich nicht perspektivisch in einer Seitenansicht angedeutet ist;
Figur 3 eine Vorderansicht einer Antennenanordnung des Radarsystems aus der Figur 1 mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, dem Fahrerassistenzsystem und dem Geschwindigkeitsmesssystem;
Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung des kartesischen Koordinatensystems aus der Figur 2 aus einer anderen Perspektive im Bezug zu einer Kugeldarstellung;
Figur 5 eine Umsetzungstabelle zur Ermittlung eines zweiten Richtungswinkels für ein Objektziel aus einem ersten Richtungswinkel und einer Radialgeschwindigkeit des Objektziels.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 12, ein Geschwindigkeitsmesssystem 34 und ein Radarsystem 14. Das Radarsystem 14 ist funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 12 verbunden, sodass Informationen, welche mit dem Radarsystem 14 über einen Überwachungsbereich 16 in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 10 gewonnen werden, an das Fahrerassistenzsystem 12 übermittelt werden können. Mit dem Fahrerassistenzsystem 12 können Funktionen des Fahrzeugs 10, beispielsweise Fahrfunktionen, autonom oder teilautonom ausgeführt werden.
Das Radarsystem 14 ist beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet und in den Überwachungsbereich 16 gerichtet. Das Radarsystem 14 kann auch an anderer Stelle des Fahrzeugs 10 auch anders ausgerichtet angeordnet sein.
Mit dem Radarsystem 14 können Objekte 18 im Überwachungsbereich 16 erfasst werden. Bei den Objekten 18 kann es sich um stehende oder bewegte Objekte, beispielsweise Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, beispielsweise Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, beispielsweise Parklücken, Niederschlag oder dergleichen handeln.
Zur Erfassung von Objekten 18 werden mit dem Radarsystem 14 Radarsignale 20 in den Überwachungsbereich 16 gesendet. An Objektzielen 22 von Objekten 18 in Richtung des Radarsystems 14 reflektierte Radarsignale 20 werden als Echosignale 24 mit dem Radarsystem 14 empfangen. Aus den empfangenen Echosignalen 24 können Objektinformationen, beispielsweise eine Entfernung R, eine Radialgeschwindigkeit VR, Elevationsgrößen, beispielsweise ein Elevationswinkel 0 und eine Elevationshöhe h, und eine Azimut des jeweiligen Objektziels 22 relativ zu Bezugsbereichen des Radarsystems 14 und damit relativ zu dem Fahrzeug 10, ermittelt werden.
Ein Objektziel 22 ist ein Bereich eines Objekts 18, an dem Radarsignale 20 reflektiert werden können. Ein Objekt 18 kann ein oder mehrere derartige Objektziele 22 aufweisen. Weist das Objekt 18 mehrere Objektziele 22 auf, so können an diesen Radarsignale 20 auch unterschiedlich, beispielsweise in unterschiedliche Richtungen, reflektiert werden.
In den Figuren 1 bis 4 sind die entsprechenden Koordinatenachsen eines orthogonalen x-y-z-Koordinatensystems gezeigt. In den Figuren 2 und 4 ist das x-y-z- Koordinatensystem in dreidimensionaler Darstellung gezeigt. Die x-Achse des x-y-z- Koordinatensystems verläuft beispielhaft parallel zu einer Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs 10 entlang der Ebene unter dem Fahrzeug 10, welche in der Betriebsposition des Fahrzeugs 10 durch die Auflageflächen der Reifen aufgespannt wird. Die y- Achse verläuft parallel zu einer Fahrzeugquerachse des Fahrzeugs 10 in Fahrtrichtung betrachtet nach links. Die z-Achse verläuft parallel zu einer Fahrzeughochachse des Fahrzeugs 10 nach räumlich oben. Eine Projektion eines Koordinatenursprungs 26 des x-y-z-Koordinatensystems in Richtung der z-Achse liegt zwischen einer Sendeantenne Tx und den Empfangsantennen Rx des Radarsystems 14. Der Koordinatenursprung 26 bildet einen festen Bezugspunkt des Radarsystems 14. Jeweilige Phasenzentren 28 der Sendeantennen Tx und der Empfangsantennen Rx sind, wie in der Figur 3 gezeigt, auf einer gedachten Antennenachse 30 angeordnet. Die Antennenachse 30 verläuft parallel zur y-Achse und parallel zur x-y-Ebene des x-y-z- Koordinatensystems.
Die x-y-Ebene des x-y-z-Koordinatensystems ist die Elevations-Bezugsebene 31 des Radarsystems 14. Die x-z-Ebene des x-y-z-Koordinatensystems ist die Azimut- Bezugsebene 33 des Radarsystems 14. Die Azimut-Bezugsebene 33 steht senkrecht auf der Elevations-Bezugsebene 31 .
Das Radarsystem 14 weist, wie in der Figur 3 gezeigt, drei Empfangsantennen Rx und eine Sendeantenne Tx auf. Figur 3 zeigt die Sendeantenne Tx und die Empfangsantennen Rx in der Vorderansicht vom Überwachungsbereich 16 aus in Richtung der x-Achse betrachtet. Die Empfangsantennen Rx und die Sendeantenne Tx sind jeweils funktional mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 des Radarsystems 14 verbunden. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 ist der besseren Übersichtlichkeit wegen beispielhaft oberhalb der Sendeantenne Tx und der Empfangsantennen Rx gezeigt. Sie kann auch an anderer Stelle angeordnet sein. Ferner sind in der Figur 3 das Fahrerassistenzsystem 12 und das Geschwindigkeitsmesssystem 34 dargestellt.
Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 kann die Sendeantenne Tx zum Senden von Radarsignalen 20 angesteuert werden. Mit den Empfangsantennen Rx können Echosignale 24 empfangen und in elektrische Signale umgewandelt werden. Die elektrischen Signale können an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 übermittelt und verarbeitet werden. Beispielsweise können aus den elektrischen Signalen Objektinformationen zu den erfassten Objekte 18 ermittelt werden.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 ist mit dem Fahrerassistenzsystem 12 verbunden. Über die Verbindung können mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 ermittelte Informationen, beispielsweise die Objektinformationen zu erfassten Objekten 18, an das Fahrerassistenzsystem 12 übermittelt werden. Die übermittelten Informationen können mit dem Fahrerassistenzsystem 12 zum autonomen oder teilautonomen Betrieb des Fahrzeugs 10 herangezogen werden. Mit dem Geschwindigkeitsmesssystem 34 kann eine Fortbewegungsgeschwindigkeit VH des Fahrzeugs 10 ermittelt werden. Das Geschwindigkeitsmesssystem 34 ist beispielsweise mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 verbunden. Die ermittelte Fortbewegungsgeschwindigkeit VH kann so direkt an das Radarsystem 14 übermittelt werden. Das Geschwindigkeitsmesssystem 34 kann auch indirekt, beispielsweise über ein Steuergerät des Fahrzeugs 10, mit dem Radarsystem 14 und/oder dem Fahrerassistenzsystem 12 verbunden sein.
Die Richtung eines erfassten Objektziels 22 relativ zum Radarsystem 14 ist durch den Azimut <t> und eine Elevationsgröße in Form eines Elevationswinkels 0 charakterisiert. Der Azimut <t> und der Elevationswinkel 0 des Objektziels 22 des Objekts 18 sind in der Figur 4 gezeigt. Die Figur 4 zeigt der einfacheren Verständlichkeit wegen das Koordinatensystem 26 in Verbindung mit einer Kugeldarstellung.
Der Azimut <t> ist der Winkel zwischen der Azimut-Bezugsebene 33 und der Orthogonalprojektion der Verbindungsachse zwischen dem Objektziel 22 und dem Koordinatenursprung 26 auf die Elevations-Bezugsebene 31. Der Elevationswinkel 0 ist der Winkel zwischen der Elevations-Bezugsebene 31 und der Verbindungsachse des Objektziels 22 mit dem Koordinatenursprung 26. Der Azimut <t> und der Elevationswinkel 0 charakterisieren die Richtung des Objektziels 22 bezogen auf jeweilige Bezugsebenen, nämlich die Elevations-Bezugsebene 31 und die Azimut-Bezugsebene 33.
Mit dem Radarsystem 14 kann die Richtung eines erfassten Objektziels 22 aus der Messung der Phasendifferenzen der empfangenen Echosignale 24 zwischen den drei Empfangsantennen Rx bestimmt werden. Aufgrund der linearen Anordnung der Empfangsantennen Rx kann aus den Phasendifferenzen eine erste Richtungsgröße in Form eines ersten Richtungswinkels a ermittelt werden.
Der erste Richtungswinkel a ist der Winkel zwischen der x-Achse und der Verbindungsachse zwischen dem erfassten Objektziel 22 und dem Koordinatenursprung 26. Die x- Achse ist eine feste erste Bezugsachse des Radarsystems 14 für den ersten Richtungswinkel a. Nur falls das erfasste Objektziel 22 in der Elevations-Bezugsebene 31 liegt, also auf der gleichen Elevationshöhe h wie das Radarsystem 14, entspricht der erste Richtungswinkel a dem Azimut <t>. Die Elevationshöhe h ist die Höhe über der Elevations-Bezugsebene 31 , also der Abstand zur Elevations-Bezugsebene 31. Die Elevationshöhe h und der Elevationswinkel 0 sind jeweils Elevationsgrößen, welche die Position des Objektziels 12 mit charakterisieren.
Aus dem erster Richtungswinkel a, der Radialgeschwindigkeit VR und der Entfernung R des erfassten Objektziels 22 kann eine zweite Richtungsgröße in Form eines zweiten Richtungswinkels ß ermittelt werden.
Die Entfernung R ist die Entfernung des erfassten Objektziels 22 zu dem Bezugspunkt des Radarsystems 14, nämlich dem Koordinatenursprung 26. Der zweite Richtungswinkel ß ist der Winkel zwischen der y-Achse und der Verbindungsachse zwischen dem Objektziel 22 und dem Koordinatenursprung 26. Die y-Achse ist eine zweite feste Bezugsachse des Radarsystems für den zweiten Richtungswinkel ß.
Aus dem ersten Richtungswinkel a und dem zweiten Richtungswinkel ß können Azimut <t>, Elevationswinkel 0 und Elevationshöhe h auch für Objektziele 22 auch dann genau ermittelt werden, wenn diese sich oberhalb oder unterhalb der Elevations-Bezugsebene 31 befinden.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Bestimmung der Elevationsgrößen, nämlich des Elevationswinkels 0 und der Elevationshöhe h, und des Azimut für ein Objektziel 22 erläutert.
Hierzu werden mit der Sendeantenne Tx des Radarsystems 14 Radarsignale 20 ausgesendet. Mit den Empfangsantennen Rx werden die Echosignale 24, welche an dem Objektziel 22 reflektiert werden, empfangen und in elektrische Signale umgewandelt.
Aus den Phasendifferenzen zwischen den mit den einzelnen Empfangsantennen Rx empfangenen Echosignalen 24 wird der erste Richtungswinkel a ermittelt. Ferner wird aus den Echosignalen 24 die Radialgeschwindigkeit V und die Entfernung R ermittelt. Darüber hinaus wird mit dem Geschwindigkeitsmesssystem 34 die Fortbewegungsgeschwindigkeit VH des Fahrzeugs 10 ermittelt. Danach wird geprüft, ob das erfasste Objektziel 22 stationär ist oder sich bewegt. Hierzu wird ein Prüfterm in Form einer Differenz zwischen der Radialgeschwindigkeit VR und dem Produkt aus der Fortbewegungsgeschwindigkeit VH und dem Cosinus des ersten Richtungswinkels a mit einem ersten Grenzwert TH1 und einem zweiten Grenzwert TH2 wie folgt verglichen:
TH1 < VR - VH cos a < TH2
Die Grenzwerte TH1 und TH2 werden beispielsweise unter Berücksichtigung der Toleranzen bei der Bestimmung der Entfernung R, der Radialgeschwindigkeit V und der Fortbewegungsgeschwindigkeit VH vorgegeben. Beispielsweise kann der untere Grenzwert TH1 ein negativer Wert sein. Der obere Grenzwert TH2 kann ein positiver Wert sein. So kann einer der Grenzwerte TH sich auf eine Radialgeschwindigkeiten VR von Objektzielen 22 beziehen, welche sich von dem Radarsystem 14 weg bewegen. Der andere Grenzwert TH kann sich auf Radialgeschwindigkeiten VR von Objektzielen 22 beziehen, welche sich auf das Radarsystem 14 zu bewegen.
Sofern sich der Wert des Prüfterms zwischen den beiden Grenzwerten TH1 und TH2 liegt, wird angenommen, dass das Objektziel 22 stationär ist. Für stationäre Objektziele 22 kann die folgende Ermittlung des Azimut <T> und der Elevationswinkel 0 genauer durchgeführt werden, als dies mit bewegten Objektzielen 22 möglich ist. Um ein genaueres Ergebnis zu erlangen, wird daher das Verfahren mit dem Objektziel 22 nur fortgesetzt, wenn diese stationär ist. Falls die Überprüfung mit dem Prüfterm ergibt, dass das Objektziel 22 nicht stationär ist, wird das Verfahren zur Ermittlung des Azimut <T> und den Elevationsgrößen, nämlich des Elevationswinkels 0 und der Elevationshöhe h, mit einem anderen Objektziel 22 erneut durchgeführt.
Unter der Voraussetzung, dass die Prüfung ergibt, dass das erfasste Objektziel 22 stationär ist, wird der zweite Richtungswinkel ß aus dem ersten Richtungswinkel a, der Entfernung R, der Radialgeschwindigkeit VR und der Fortbewegungsgeschwindigkeit VH ermittelt. Dies kann mittels Berechnung oder mittels Verwendung einer Umsetzungstabelle 36 erfolgen. Die Berechnung erfolgt beispielsweise mithilfe des folgenden trigonometrischen Zusammenhangs:
VR = VH sin ß cos a
Danach ist
Die Berechnung kann durch entsprechende Mittel auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Wege erfolgen. Die Mittel können beispielsweise in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 integriert sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Richtungswinkel ß mittels Umsetzungstabellen 36 ermittelt werden. Hierzu ist beispielsweise in der Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Gruppe von Umsetzungstabellen 36 hinterlegt. In der Figur 5 ist beispielhaft eine Visualisierung eine dieser Umsetzungstabellen 36 dargestellt. Die Umsetzungstabellen 36 können vorab, beispielsweise im Zuge einer Kalibration des Radarsystems 14, beispielsweise am Ende der Produktionslinie, ermittelt und in entsprechenden Speichermedien beispielsweise der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 hinterlegt werden.
Jede Umsetzungstabelle 36 der Gruppe entspricht einer konkreten Fortbewegungsgeschwindigkeit VH und enthält den Zusammenhang zwischen dem ersten Richtungswinkel a, dem zweiten Richtungswinkel ß und der Radialgeschwindigkeit VR bei dieser Fortbewegungsgeschwindigkeit VH. Die Umsetzungstabellen 36 können jeweils beispielsweise eine Vielzahl von Tripel jeweils mit einem ersten Richtungswinkel a, einer Radialgeschwindigkeit VR und dem entsprechenden zweiten Richtungswinkel ß aufweisen.
Bei der in der Figur 5 gezeigten Umsetzungstabelle 36 sind die ersten Richtungswinkel a in horizontaler Richtung und die zweiten Richtungswinkel ß in vertikaler Richtung dargestellt. Die unterschiedlichen Radialgeschwindigkeiten VR sind in den entsprechenden Feldern angedeutet. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind lediglich beispielhaft für die ersten Richtungswinkel a die Werte von 10° bis 70° in Zehnerschritten und für die zweiter Richtungswinkel ß die Werte von 10° bis 70° in Zehnerschritten dargestellt. Beispielhaft sind Radialgeschwindigkeiten VR mit Werten von 5 m/s bis 20 m/s angegeben. In der Praxis kann die Umsetzungstabelle 36 deutlich mehr Werte für die ersten Richtungswinkel a und die zweiten Richtungswinkel ß enthalten. Für die Radialgeschwindigkeiten V können deutlich mehr unterschiedliche auch negative und positive Werte enthalten sein.
Zur Ermittlung des zweiten Richtungswinkels ß wird die für die Fortbewegungsgeschwindigkeit VH passende Umsetzungstabelle 36 herangezogen. Dabei kann, falls für die aktuelle Fortbewegungsgeschwindigkeit VH keine passende Umsetzungstabelle 36 vorhanden ist, die Umsetzungstabelle 36 für die der aktuellen Fortbewegungsgeschwindigkeit VH am nächsten gelegene Fortbewegungsgeschwindigkeit verwendet werden. Aus der entsprechenden Umsetzungstabelle 36 wird für den bereits ermittelten ersten Richtungswinkel a und die bereits ermittelte Radialgeschwindigkeit VR der entsprechende zweite Richtungswinkel ß entnommen.
Falls für einen ersten Richtungswinkel a und eine Radialgeschwindigkeit VR mehrere zweite Richtungswinkel ß zur Verfügung stehen, wie dies beispielsweise für den ersten Richtungswinkel a = 50° in Verbindung mit der Radialgeschwindigkeit VR = 13 m/s der Fall ist, kann beispielsweise eine hier nicht weiter interessierende Plausibilitätsprüfung durchgeführt werden, um zu prüfen, welche der beiden angebotenen zweiten Richtungswinkel ß plausibel ist.
Danach werden der Azimut <t> und der Elevationswinkel 0 aus dem ersten Richtungswinkel a, dem zweiten Richtungswinkel ß und der Entfernung R auf trigonometrischem Wege ermittelt. Alternativ oder zusätzlich können der Azimut <t> und der Elevationswinkel 0 mithilfe beispielsweise einer oder mehrerer geeigneter Umsetzungstabellen aus dem ersten Richtungswinkel a, dem zweiten Richtungswinkel ß und der Entfernung R ermittelt werden.
Die Elevationshöhe h des Objektziels 22 wird aus folgendem mathematischen Zusammenhang berechnet:
Darin sind R die Entfernung, a der erste Richtungswinkel und ß der zweite Richtungswinkel des Objektziels 12.
Alternativ oder zusätzlich kann die Elevationshöhe h statt aus dem ersten Richtungswinkel a, dem zweiter Richtungswinkel ß und der Entfernung R auch aus dem Elevationswinkel 0 und der Entfernung R ermittelt werden.
Mit einer nachfolgenden Überprüfung, welche beispielsweise mit Mitteln des Fahrerassistenzsystems 12 durchgeführt werden kann, kann mithilfe der Elevationshöhe h festgestellt werden, ob sich das Objektziel 22 so weit unten oder so weit oben befindet, dass das Fahrzeug 10 kollisionsfrei darüber hinweg oder darunter hindurch fahren kann.

Claims

23 Ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße (0, h) eines Objektziels (22) eines Objekts (18), welches von einem Radarsystem (14) insbesondere eines Fahrzeugs (10) erfasst wird, bezüglich einer Elevations-Bezugsebene (31 ), bei dem mit dem Radarsystem (14) Radarsignale (20) gesendet und Echosignale (24) von an dem Objektziel (22) reflektierten Radarsignalen (20) empfangen werden, eine Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) des Radarsystems (14) ermittelt wird, mit dem Radarsystem (14) mittels der empfangenen Echosignale (24) eine Radialgeschwindigkeit (VR) des wenigstens einen Objektziels (22) relativ zu dem Radarsystem (14) ermittelt wird, mit dem Radarsystem (14) mittels den empfangenen Echosignalen (24) eine erste Richtungsgröße (a) ermittelt wird, welche die Richtung des Objektziels (22) relativ zu einem ersten gegenüber dem Radarsystem (14) festen Bezugsbereich (y) charakterisiert, mittels der ersten Richtungsgröße (a), der Radialgeschwindigkeit (VR) und der Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) eine zweite Richtungsgröße (ß), welche die Richtung des Objektziels (22) relativ zu einem zweiten gegenüber dem Radarsystem (14) festen Bezugsbereich (x) charakterisiert, ermittelt wird, mittels wenigstens einer der Richtungsgrößen (a, ß) wenigstens eine Elevationsgröße (0, a) des Objektziels (22) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens einer Antenne (Tx) des Radarsystems (14) Radarsignale (20) gesendet werden und mit wenigstens zwei Antennen (Rx) des Radarsystems (14) Echosignale (24) empfangen werden, wobei die jeweiligen Phasenzentren (28) der Antennen (Tx, Rx) entlang einer gedachten Antennenachse (30) angeordnet sind, welche parallel zur Elevations-Bezugsebene (31 ) verläuft, die erste Richtungsgröße (a) relativ zu einer gegenüber dem Radarsystem (14) festen ersten Bezugsachse (y) als Bezugsbereich ermittelt wird und die zweite Richtungsgröße (ß) relativ zu einer gegenüber dem Radarsystem (14) festen zweiten Bezugsachse (x) als Bezugsbereich ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtungsgröße (a) aus Phasenverschiebungen zwischen mit verschiedenen Antennen (Rx) empfangenen Echosignalen (24) desselben Radarsignals (20) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Richtungsgröße (ß) aus einem mathematischen, insbesondere trigonometrischen, Zusammenhang mit der erste Richtungsgröße (a), der Radialgeschwindigkeit (VR) und der Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) berechnet wird, insbesondere eine zweite Richtungsgröße (ß) in Form eines zweiten Richtungswinkels als Arcussinus des Quotienten der Radialgeschwindigkeit (VR) und dem Produkt aus der Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) und dem Cosinus einer ersten Richtungsgröße (a) Form eines ersten Richtungswinkels berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Richtungsgröße (ß) einer Umsetzungstabelle (36) entnommen wird, welche Zuordnungen von ersten Richtungsgrößen (a), zweiten Richtungsgrößen (ß), Radialgeschwindigkeiten (V ) und Fortbewegungsgeschwindigkeiten (VH) enthält, insbesondere eine zweite Richtungsgröße (ß) aus einer der jeweiligen Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) entsprechenden Umsetzungstabelle (36) entnommen wird, welche zweite Richtungsgrößen (ß) in Abhängigkeit von ersten Richtungsgrößen (a) und Radialgeschwin- digkeiten(VR) enthält.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtungsgröße (a) und die zweite Richtungsgröße (ß) in Form von Winkeln realisiert werden.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Bezugsachsen (x, y) so vorgegeben werden, dass diese eine Ebene aufspannen, welche sich parallel zu der oder in der Elevations-Bezugsebene (31 ) erstreckt.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ermittlung der zweiten Richtungsgröße (ß) geprüft wird, ob das erfasste Objektziel (22) stationär ist, falls das Objektziel (22) nicht stationär ist, das Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße (0, h) für dieses Objektziel (22) beendet, andernfalls das Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße (0, h) fortgesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Prüfung, ob das Objektziel (22) stationär ist, eine Differenz zwischen der Radialgeschwindigkeit (VR) und dem Produkt der Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) mit dem Cosinus der ersten Richtungsgröße (a) gebildet wird, die Differenz mit wenigstens einem Grenzwert (THi, TH2) verglichen wird, und abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs angenommen wird, dass das Objektziel (22) stationär ist und das Verfahren zur Bestimmung der wenigstens einen Elevationsgröße (0, h) fortgesetzt wird, andernfalls das Verfahren für dieses Objektziel (22) beendet werden und/oder die Differenz mit zwei vorgegebenen Grenzwerten (TH1, TH2) verglichen wird und, falls die Differenz zwischen den beiden Grenzwerten (TH1, TH2) liegt, angenommen wird, dass das Objektziel (22) stationär ist und das Verfahren zur Bestimmung der wenigstens einen Elevationsgröße (0, h) fortgesetzt wird, andernfalls das Verfahren für dieses Objektziel (22) beendet werden.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elevationsgröße (0, a) und/oder der Azimut ( ) des Objektziels (22) mittels der ersten Richtungsgröße (a) und der zweiten Richtungsgröße (ß) berechnet wird und/oder aus wenigstens einer Umsetzungstabelle entnommen wird.
10. Radarsystem (14) insbesondere eines Fahrzeugs (10), umfassend wenigstens eine Antenne (Tx) zum Senden von Radarsignalen (20), wenigstens eine Antenne (Rx) zum Empfangen von Echosignalen (24) von an Objektzielen (22) reflektierten Radarsignalen (20) und Mittel zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße (0, h) von mit dem Radarsystem (14) erfassten Objektzielen (22) von Objekten (18), bezüglich einer Elevations-Bezugsebene (31 ), wobei die Mittel aufweisen
Mittel zum Ermitteln von Radialgeschwindigkeiten (VR) von erfassten Objektzielen (22) relativ zu dem Radarsystem (14) mittels empfangender Echosignale (24),
Mittel zum Ermitteln von ersten Richtungsgrößen (a), welche Richtungen von Objektzielen (22) relativ zu einem ersten gegenüber dem Radarsystem (14) festen Bezugsbereich (y) charakterisieren, mittels empfangender Echosignale (24) 26
Mittel zum Ermitteln von zweiten Richtungsgrößen (ß), welche Richtungen von Objektzielen (22) relativ zu einem zweiten gegenüber dem Radarsystem (14) festen Bezugsbereich (x) charakterisiert, mittels ersten Richtungsgrößen (a), Radialgeschwindigkeiten (VR) und einer Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) des Radarsystems (14), und Mittel zum Ermitteln wenigstens einer Elevationsgröße (0, h) von Objektzielen (22) mittels wenigstens einer der Richtungsgrößen (a, ß), dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem (14) aufweist wenigstens eine Antenne (Tx), mit der Radarsignale (20) gesendet werden können, und wenigstens zwei Antennen (Rx), mit denen Echosignale (24) von an einem Objektziel (22) reflektierten Radarsignalen (20) empfangen werden können, wobei die jeweiligen Phasenzentren (28) der Antennen (Tx, Rx) entlang einer gedachten Antennenachse (30) angeordnet sind, welche parallel zu der Elevations-Bezugsebene (31 ) verläuft, eine bezüglich des Radarsystems (14) feste erste Bezugsachse (y) als Bezugsbereich für die erste Richtungsgröße (a) und eine feste zweite Bezugsachse (x) als Bezugsbereich für die zweite Richtungsgröße (ß).
11. Fahrzeug (10) mit wenigstens einem Radarsystem (14), wobei das wenigstens eine Radarsystem (14) umfasst wenigstens eine Antenne (Tx) zum Senden von Radarsignalen (20), wenigstens eine Antenne (Rx) zum Empfangen von Echosignalen (24) von an Objektzielen (22) reflektierten Radarsignalen (20) und Mittel zur Bestimmung wenigstens einer Elevationsgröße (0, h) von mit dem Radarsystem (14) erfassten Objektzielen (22) von Objekten (18), bezüglich einer Elevations-Bezugsebene (31 ), wobei die Mittel aufweisen
Mittel zum Ermitteln von Radialgeschwindigkeiten (VR) von erfassten Objektzielen (22) relativ zu dem Radarsystem (14) mittels empfangender Echosignale (24),
Mittel zum Ermitteln von ersten Richtungsgrößen (a), welche Richtungen von Objektzielen (22) relativ zu einem ersten gegenüber dem Radarsystem (14) festen Bezugsbereich (y) charakterisieren, mittels empfangender Echosignale (24)
Mittel zum Ermitteln von zweiten Richtungsgrößen (ß), welche Richtungen von Objektzielen (22) relativ zu einem zweiten gegenüber dem Radarsystem (14) festen Bezugsbereich (x) charakterisiert, mittels ersten Richtungsgrößen (a), Radialgeschwindigkeiten (V ) und einer Fortbewegungsgeschwindigkeit (VH) des Radarsystems (14), 27 und Mittel zum Ermitteln wenigstens einer Elevationsgröße (0, h) von Objektzielen (22) mittels wenigstens einer der Richtungsgrößen (a, ß), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Radarsystem (14) aufweist wenigstens eine Antenne (Tx), mit der Radarsignale (20) gesendet werden können, und wenigstens zwei Antennen (Rx), mit denen Echosignale (24) von an einem Objektziel (22) reflektierten Radarsignalen (20) empfangen werden können, wobei die jeweiligen Phasenzentren (28) der Antennen (Tx, Rx) entlang einer gedachten Antennenachse (30) angeordnet sind, welche parallel zu der Elevations-Bezugsebene (31 ) verläuft, eine bezüglich des wenigstens einen Radarsystems (14) feste erste Bezugsachse (y) als Bezugsbereich für die erste Richtungsgröße (a) und eine feste zweite Bezugsachse (x) als Bezugsbereich für die zweite Richtungsgröße (ß).
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