EP4702371A1 - Verfahren zur sensordatenverarbeitung, verfahren zur ausgabedatenverarbeitung und signalverarbeitungseinheit - Google Patents

Verfahren zur sensordatenverarbeitung, verfahren zur ausgabedatenverarbeitung und signalverarbeitungseinheit

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EP4702371A1
EP4702371A1 EP24706070.0A EP24706070A EP4702371A1 EP 4702371 A1 EP4702371 A1 EP 4702371A1 EP 24706070 A EP24706070 A EP 24706070A EP 4702371 A1 EP4702371 A1 EP 4702371A1
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EP
European Patent Office
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peak
output data
processing
data
signal
Prior art date
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Application number
EP24706070.0A
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English (en)
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Hermann BUDDENDICK
Robert Maiwald
Jingyuan Qu
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (10) zur Sensordatenverarbeitung von Sensordaten (12) wenigstens eines Objektziele (20) in einer Fahrzeugumgebung (22) eines Fahrzeugs (14) erfassenden Radarsensors (16), mit den folgenden Schritten Signalverarbeitung (24) der Sensordaten (12) und Bereitstellen (26) von durch die Signalverarbeitung (24) erhaltenen und in wenigstens einem Signalspektrum (28) darstellbaren Verarbeitungsdaten (32), Peakerkennung (34) wenigstens eines einem der Objektziele (20) entsprechenden Peaks (P) in dem Signalspektrum (28), Informationsverarbeitung (36) der dem Peak (P) zugeordneten Verarbeitungsdaten (32) und Ausgabe (38) von aus der Informationsverarbeitung (36) erzeugten und zumindest die Peakposition (58) des erkannten Peaks (P) in dem Signalspektrum (28) einschließenden Ausgabedaten (40), wobei die Ausgabedaten (40) Zusatzausgabedaten (42), die zusätzlich zu der Peakposition (58) wenigstens einen Peakparameter (60) des Peaks (P) umfassen, aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren (44) zur Ausgabedatenverarbeitung der Ausgabedaten (40) und eine Signalverarbeitungseinheit (54).

Description

Verfahren zur Sensordatenverarbeitung, Verfahren zur Ausgabedatenverarbeitung und Signalverarbeitungseinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sensordatenverarbeitung nach Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausgabedatenverarbeitung und eine Signalverarbeitungseinheit.
Stand der Technik
Bei Fahrzeugen werden zur Erfassung von Objektzielen in der Fahrzeugumgebung vorzugsweise Radarsensoren eingesetzt. Derartige Radarsensoren sind insbesondere als frequenzmodulierte Dauerstrichradar (FMCW-Radare) ausgeführt, da diese günstig sind und eine hohe Auflösung aufweisen. Ein FMCW-Radar sendet eine endliche Folge von getrennten linearen frequenzmodulierten Chirps in jedem kohärenten Verarbeitungsintervall. An einem Empfänger werden die Objektzielechos mit dem gesendeten Signal gemischt, wodurch sich ein komplexes Schwebungssignal oder Zwischenfrequenzsignal ergibt. Die Entfernungsinformationen und Geschwindigkeitsinformationen der Objektziele können aus den Frequenzen des Zwischenfrequenzsignals gewonnen werden. Hierfür werden üblicherweise schnelle Fourier-Transformationen (FFT) verwendet.
Um auch Winkelinformationen der Objektziele zu erhalten, werden mehrere Sende- und Empfangsantennen (Ml MO-Radar) verwendet. Zur Erlangung der Entfernungsinformationen, Winkelinformationen (Angle of Arrival) und Geschwindigkeitsinformationen der empfangenen Zielechosignale werden zweidimensionale Frequenzschätzungsalgorithmen, insbesondere 2D-FFT angewendet. Daraus ergeben sich Signalspektren in der jeweiligen Domäne (Winkel, Entfernung, Geschwindigkeit). Durch eine nachfolgende Peakerkennung werden Peaks in den Signalspektren identifiziert.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Dadurch können Objektziele in einer Fahrzeugumgebung des Fahrzeugs zuverlässiger, genauer und schneller identifiziert und gekennzeichnet werden. Die Ausgabedaten können durch zusätzliche Informationen angereichert werden. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein wenigstens drei Fahrzeugräder aufweisendes Kraftfahrzeug, ein Zweiradfahrzeug, insbesondere ein Motorrad oder ein Fahrrad sein. Das Fahrzeug kann ein Roboter, beispielsweise ein Rasenmähroboter, sein.
Der Radarsensor kann ein FMCW-Radarsensor sein. Der Radarsensor kann ein MIMO- Radarsensor sein.
Die Zielobjekte können Objekte oder Lebewesen sein. Die Zielobjekte können stationär, insbesondere Schilder, Gebäude, Bäume oder beweglich, insbesondere andere Fahrzeuge, sein.
Die Sensordaten können aufbereitete oder unaufbereitete Messdaten des Radarsensors sein. Die Sensordaten können gefiltert und damit aufbereitet sein.
Die Signalverarbeitung kann eine FFT (Fast Fourier Transformation) anwenden.
Ein Peak ist die technische und aus dem Englischen abgeleitete Bezeichnung für einen lokal signifikanten Signalspitzenwert einer Signalwertverteilung.
In dem Signalspektrum können die durch den Radarsensor erfassten Objektziele jeweils als Peaks erscheinen. Das Signalspektrum kann in wenigstens einer Dimension Entfernungsinformationen, Winkelinformationen und/oder Geschwindigkeitsinformationen zu den erfassten Zielen enthalten. Eine weitere Dimension des Signalspektrums kann eine Signalintensität umfassen.
Die Ausgabedaten können Entfernungsinformationen, Winkelinformationen und/oder Geschwindigkeitsinformationen, sowie bevorzugt Informationen zur der Reflektivität des dem Peak zugeordneten Objektziels enthalten.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn in der Informationsverarbeitung der Peak als einer vorgegebenen Form entsprechender idealisierter Peak angenommen wird und die Zusatzausgabedaten den Peakparameter des dem Peak zumindest angenäherten idealisierten Peaks aufweisen. Der idealisierte Peak kann durch eine Gaussfunktion gebildet werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der der Peakparameter eine Halbwertsbreite des Peaks ist. Die Halbwertsbreite bezeichnet die Breite des Peaks bei dessen halber Höhe. Sie gibt also an, wie breit ein Peak bei der Hälfte seiner Höhe ist.
Im Falle von Überlagerungen mehrerer Peaks in dem Signalspektrum kann geeignet approximiert werden, indem die Informationsverarbeitung beispielsweise die Halbwertsbreite abhängig von dem Peakverlauf in nur einer Richtung oder in Richtung zu dem nächsten Minimum in den Verarbeitungsdaten ermittelt.
Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die dem Peak zugeordneten Ausgabedaten ausschließlich die Peakposition und den Peakparameter umfassen.
Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Zusatzausgabedaten zusätzlich zu dem Peakparameter einen weiteren Peakparameter des Peaks umfassen. Dadurch kann anhand der Zusatzausgabedaten die Form des Peaks genauer beschrieben werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der das Signalspektrum zweidimensional ist und der Peakparameter die Form des Peaks in dem Signalspektrum kennzeichnet. Das zweidimensionale Signalspektrum kann Signalwerte über der Entfernung, der Geschwindigkeit oder dem Winkel, insbesondere dem Elevationswinkel oder dem Azimuthwinkel, darstellen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der das Signalspektrum dreidimensional ist und der Peakparameter die Form des Peaks in einer ersten Dimension des Signalspektrums und der weitere Peakparameter die Form des Peaks in der zweiten Dimension des Signalspektrums kennzeichnet. Der Peakparameter kann eine Halbwertsbreite des Peaks in der ersten Dimension angeben. Der weitere Peakparameter kann eine Halbwertsbreite des Peaks in der zweiten Dimension angeben.
Auch kann das Signalspektrum mehr als drei Dimensionen aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 8 vorgeschlagen. Die Objekterkennung kann die Zielobjekte erkennen. Die Objektklassifikation kann die Zielobjekte klassifizieren.
Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Objekterkennung und/oder Objektklassifikation wenigstens einen maschinellen Lernvorgang mit durch die Ausgabedaten einschließlich der Zusatzausgabedaten gebildeten Eingabedaten einbezieht. Der maschinelle Lernvorgang kann die Anwendung wenigstens eines neuronalen Netzwerks einbeziehen. Das neuronale Netzwerk kann durch tiefes Lernen (Deep Learning) angelernt sein. Das neuronale Netzwerk kann mehrere Netzwerkschichten (layer) aufweisen. Die Objekterkennung und/oder Objektklassifikation kann durch wenigstens ein das neuronale Netzwerk aufweisendes Objektmodell mit den Ausgabedaten als Eingabedaten durchgeführt werden.
Die Zusatzausgabedaten können als Eingabedaten bei der Inferenz des Objektmodells verwendet werden. Die Zusatzausgabedaten können zur Evaluierung des Objektmodells herangezogen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit mit den Merkmalen nach Anspruch 10 vorgeschlagen. Die Signalverarbeitungseinheit kann eine Datenverarbeitungseinheit, insbesondere ein Computer, sein. Die Signalverarbeitungseinheit kann zur Datenübertragung mit dem Radarsensor verbunden sein. Die Signalverarbeitungseinheit kann in dem Fahrzeug angeordnet sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
Figurenbeschreibung
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : Ein Verfahren zur Sensordatenverarbeitung, ein Verfahren zur Ausgabedatenverarbeitung und eine Signalverarbeitungseinheit jeweils in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2: Ein Signalspektrum bei einer Sensordatenverarbeitung durch das Verfahren aus Figur 1.
Figur 1 zeigt ein Verfahren zur Sensordatenverarbeitung, ein Verfahren zur Ausgabedatenverarbeitung und eine Signalverarbeitungseinheit jeweils in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 10 zur Sensordatenverarbeitung von Sensordaten 12 eines in einem Fahrzeug 14 angeordneten Radarsensors 16 wird bevorzugt bei einem Betrieb des Fahrzeugs 14 ausgeführt. Durch den Betrieb 18 des Radarsensors 16 wird eine Erfassung von Objektzielen 20 in einer Fahrzeugumgebung 22 des Fahrzeugs 14 durchgeführt. Zunächst wird eine Signalverarbeitung 24 der Sensordaten 12 durchgeführt, der sich ein Bereitstellen 26 von aus der Signalverarbeitung 24 erhaltenen und in wenigstens einem Signalspektrum 28 darstellbaren Verarbeitungsdaten 32 anschließt. Die Signalverarbeitung 24 kann eine Rauschunterdrückung, einen Signalfilterung und dergleichen umfassen.
In den Verarbeitungsdaten 32 erfolgt eine Peakerkennung 34 wenigstens eines Peaks, der einem der Objektziele 20 in der Fahrzeugumgebung 22 entspricht, in dem Signalspektrum 28. Nach einer Informationsverarbeitung 36 der dem erkannten Peak zugeordneten Verarbeitungsdaten 32 erfolgt anschließend eine Ausgabe 38 von durch die Informationsverarbeitung 36 erzeugten Ausgabedaten 40, die zumindest die Peakposition des erkannten Peaks in dem Signalspektrum 28 einschließen. Die Ausgabedaten 40 umfassen Zusatzausgabedaten 42, die zusätzlich zu der Peakposition wenigstens einen Peakparameter des Peaks umfassen. Die Zusatzausgabedaten 42 können durch einen Zusatzverarbeitungsvorgang 43 erlangt werden. Der Zusatzverarbeitungsvorgang 43 kann mit der Informationsverarbeitung 36 ausgeführt werden.
Die Signalverarbeitung 24 kann wiederum durch eine Rückkopplung abhängig von dem Zusatzverarbeitungsvorgang 43 ausgeführt werden.
Weiterhin abgebildet ist ein Verfahren 44 zur Ausgabedatenverarbeitung der Ausgabedaten 40, indem eine Objekterkennung 46 zumindest des einen Objektziels 20 in der Fahrzeugumgebung 22 anhand der das Objektziel 20 kennzeichnenden Ausgabedaten 40 mit den Zusatzausgabedaten 42 als zusätzliche Informationen durchgeführt wird. Die Objekterkennung 46 umfasst einen maschinellen Lernvorgang 48 mit durch die Ausgabedaten 40 und den Zusatzausgabedaten 42 gebildeten Eingabedaten 50.
Die Objekterkennung 46 kann anschließend das erkannte Objektziel 52 ausgeben. Die Ausgabedatenverarbeitung kann alternativ oder zusätzlich eine Objektklassifikation durchführen.
Das Verfahren 44 zur Ausgabedatenverarbeitung und/oder das Verfahren 10 zur Sensordatenverarbeitung kann in einer Signalverarbeitungseinheit 54 in dem Fahrzeug 14 ausgeführt werden. Die Signalverarbeitungseinheit 54 kann mit dem Radarsensor 16 zur Datenübertragung verbunden sein.
Figur 2 zeigt ein Signalspektrum bei einer Sensordatenverarbeitung durch das Verfahren aus Figur 1. In Figur 2 a) ist in zweidimensionaler Darstellung das dreidimensionale Signalspektrum 28 gezeigt, das die Signalintensität des Sensorsignals abhängig von der Entfernung r in Richtung der Ordinate und der Geschwindigkeit v in Richtung der Abszisse angibt. Das Signalspektrum 28 kann ein Range-Doppler-Diagramm sein. Die zweidimensionale Darstellung der Figur 2 a) gibt über die Höhenlinien 56 den Verlauf der Signalintensität abhängig von der Entfernung r und der Geschwindigkeit v an.
Erkennbar sind insgesamt drei Peaks P, ein erster Peak P1 und ein zweiter Peak P2, die jeweils Objektzielen entsprechen, die sich mit gleicher Geschwindigkeit v aber unterschiedlicher Entfernung r zu dem Radarsensor bewegen und ein dritter Peak P3 in dem Signalspektrum 28, der einem Objektziel entspricht, das gegenüber den anderen beiden Objektzielen eine geringere Entfernung r und eine geringere Geschwindigkeit v aufweist.
In Figur 2 b) ist ein Schnitt entlang der in Figur 2 a) gezeigten vertikalen Schnittlinie durch das Signalspektrum abgebildet. In dem Diagramm ist die Signalintensität abhängig von der Entfernung r als erste Dimension aufgetragen. Die Ausgabedaten umfassen beispielsweise die Peakposition 58 des ersten Peaks P1 in der Entfernungsdimension.
In der Informationsverarbeitung wird der erste Peak P1 als einer vorgegebenen Form entsprechender idealisierter Peak P‘, hier als erster idealisierter Peak PT, der durch eine Gaussfunktion beschrieben werden kann, angenommen und ein Peakparameter 60, hier eine Halbwertsbreite B des dem ersten Peak P1 zumindest angenäherten ersten idealisierten Peaks PT in der Entfernungsdimension ermittelt. Der Peakparameter 60 kann die Form des ersten idealisierten Peaks PT und damit annähernd die Form des ersten Peaks P1 jeweils in der Entfernungsdimension kennzeichnen. Die dem ersten Peak P1 zugeordneten Ausgabedaten umfassen damit die Peakposition 58 und den Peakparameter 60, hier die Halbwertsbreite Br.
In Figur 2 c) ist ein Schnitt entlang der in Figur 2 a) gezeigten horizontalen Schnittlinie durch das Signalspektrum abgebildet. In dem Diagramm ist die Signalintensität abhängig von der Geschwindigkeit v als zweite Dimension aufgetragen. In der Informationsverarbeitung wird ein weiterer Peakparameter 60‘, hier eine weitere Halbwertsbreite B‘ des dem ersten Peak P1 zumindest angenäherten weiteren ersten idealisierten Peaks P1“ in der Geschwindigkeitsdimension ermittelt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (10) zur Sensordatenverarbeitung von Sensordaten (12) wenigstens eines Objektziele (20) in einer Fahrzeugumgebung (22) eines Fahrzeugs (14) erfassenden Radarsensors (16), mit den folgenden Schritten
Signalverarbeitung (24) der Sensordaten (12) und Bereitstellen (26) von durch die Signalverarbeitung (24) erhaltenen und in wenigstens einem Signalspektrum (28) darstellbaren Verarbeitungsdaten (32), Peakerkennung (34) wenigstens eines einem der Objektziele (20) entsprechenden Peaks (P) in dem Signalspektrum (28), Informationsverarbeitung (36) der dem Peak (P) zugeordneten Verarbeitungsdaten (32) und Ausgabe (38) von aus der Informationsverarbeitung (36) erzeugten und zumindest die Peakposition (58) des erkannten Peaks (P) in dem Signalspektrum (28) einschließenden Ausgabedaten (40), wobei die Ausgabedaten (40) Zusatzausgabedaten (42), die zusätzlich zu der Peakposition (58) wenigstens einen Peakparameter (60) des Peaks (P) umfassen, aufweisen.
2. Verfahren (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Informationsverarbeitung (36) der Peak (P) als einer vorgegebenen Form entsprechender idealisierter Peak (P‘) angenommen wird und die Zusatzausgabedaten (42) den Peakparameter (60) des dem Peak (P) zumindest angenäherten idealisierten Peaks (P‘) aufweisen.
3. Verfahren (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Peakparameter (60) eine Halbwertsbreite (B) des Peaks (P) ist.
4. Verfahren (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Peak (P) zugeordneten Ausgabedaten (40) ausschließlich die Peakposition (58) und den Peakparameter (60) umfassen.
5. Verfahren (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzausgabedaten (42) zusätzlich zu dem Peakparameter (60) einen weiteren Peakparameter (60‘) des Peaks (P) umfassen.
6. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalspektrum (28) zweidimensional ist und der Peakparameter (60) die Form des Peaks (P) in dem Signalspektrum (28) kennzeichnet.
7. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalspektrum (28) dreidimensional ist und der Peakparameter (60) die Form des Peaks (P) in einer ersten Dimension des Signalspektrums (28) und der weitere Peakparameter (60‘) die Form des Peaks (P) in der zweiten Dimension des Signalspektrums (28) kennzeichnet.
8. Verfahren (44) zur Ausgabedatenverarbeitung von durch ein Verfahren (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche erhaltenen Ausgabedaten (40), indem eine Objekterkennung (46) und/oder Objektklassifikation zumindest des einen Objektziels (20) in der Fahrzeugumgebung (22) anhand der das Objektziel (20) kennzeichnenden Ausgabedaten (40) mit den Zusatzausgabedaten (42) als zusätzliche Informationen durchgeführt wird.
9. Verfahren (44) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekterkennung (46) und/oder Objektklassifikation wenigstens einen maschinellen Lernvorgang (48) mit durch die Ausgabedaten (40) einschließlich der Zusatzausgabedaten (42) gebildeten Eingabedaten (50) einbezieht.
10. Signalverarbeitungseinheit (54) für ein Fahrzeug (14), die eingerichtet ist, das Verfahren (10) zur Sensordatenverarbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder das Verfahren (44) zur Ausgabedatenverarbeitung nach Anspruch 8 oder 9 auszuführen.
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