WO2018162264A1 - Verfahren und vorrichtung zur datenkompression bei messungen - Google Patents

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WO2018162264A1
WO2018162264A1 PCT/EP2018/054634 EP2018054634W WO2018162264A1 WO 2018162264 A1 WO2018162264 A1 WO 2018162264A1 EP 2018054634 W EP2018054634 W EP 2018054634W WO 2018162264 A1 WO2018162264 A1 WO 2018162264A1
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Andreas Von Rhein
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    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/356—Receivers involving particularities of FFT processing

Definitions

  • the invention relates to a method for data compression for storing an echo of a modulated continuous wave radar signal during a cycle with the period T
  • the continuous wave signal has a number N of signal sequences, also called chirps or bursts, in the period T,
  • the downmixed signal is uniformly sampled with an analog-to-digital conversion during the period T at a frequency of n c * N / T, and converted into n c * N digital samples, a tuple of, synchronously with each burst period T c Samples having a number of n c samples is generated.
  • the invention further relates to a method for evaluating the acquired samples and a device with which the two methods can be performed.
  • FMCW signal modulated continuous wave radar signal
  • the received and digitized signal can take up a large storage space, which increases in particular with an increase in the period T or the sampling rate n c * N / T.
  • the number N of the signal sequences transmitted during a period T is 256 and 1024 samples are taken during the duration of a signal sequence and 2 bytes of storage space are required for each sample, there is a memory requirement of 512 bytes. which is more than a microcontroller suitable for processing the samples.
  • the proposed method according to claim 1 results in a reduction of the memory requirement.
  • samples with order numbers from a first order number range are stored and
  • the unsaved values of the tuples are not saved and discarded. This reduces the amount of stored data. Preferably, it may be that of the first tuples all samples are stored and the first order number range the order numbers include all samples of the first tuple.
  • the second ordinal number range may be half the size of the first ordinal number range, that is, of the second tuples, half of all the samples are discarded and not stored.
  • the number of second tuples can be the same as that of the first tuple.
  • this may mean:
  • third tuples For example, of third tuples, the number of which may be twice as large as the number of first or second tuples, only a quarter of the samples may be stored. This means that a third ordinal number range is one-quarter the size of the first ordinal number range.
  • the third ordinal number area is a partial area of the second ordinal number area.
  • fourth tuples whose number can be twice as large as the number of third tuples, for example, only one-eighth of the samples can be stored.
  • a fourth ordinal number range is one-eighth the size of the first ordinal number range.
  • the fourth ordinal number area is a partial area of the third ordinal number area.
  • the ordinal number ranges can be interpreted as frequency ranges from which the samples are stored. Since the ordinal number ranges at the beginning, in the middle or at the end of the total ordinal numbers of the tuples can lie, the ordinal number ranges can be understood as frequency ranges in the upper, in the middle or in the lower part of the frequency swept through which the signal sequences.
  • first tuple, second tuple, third tuple, etc. need not, but may be understood in the sense that the first tuples are the samples of the first burst periods of a clock and the second tuples are the samples of the second burst periods of the second burst Tact are.
  • the first tuples may comprise the samples of successive signal sequence periods, but it may also be that between signal sequence periods whose samples are included in the first tuple are signal periods whose samples are included in the second or mth tuples.
  • the signal periods whose samples are included in the first tuples may also be at the end of a clock.
  • the invention further relates to an evaluation of the samples stored according to one of the aforementioned inventive methods.
  • a first fast Fourier transformation of the stored samples of the first tuples is made, which after the sampling and before storage belonged to the first order number range, and the results of the fast Fourier transformation are stored in first image tuples,
  • a first fast Fourier transformation of the stored samples of the first and second to m th tuples is made, which belonged to the m th ordinal number range after the sampling and before the storage, and storing the results of the fast Fourier transform in mth image tuples.
  • the second image tuples thus contain the results of the transformation of the samples from the first and second tuples which originally had order numbers from the second order number range.
  • the mth image tuples thus contain the results of the transformation of the samples from the first to the mth tuples, which originally had order numbers from the mth order number range.
  • the first fast Fourier transform is often referred to in the art as r-FFT (where r stands for range) because it provides a result by which to interpret the distance of an object from the location of the measurement.
  • the first image tuples can provide better range resolution than the third, fourth or mth image tuples.
  • the first image tuples have more elements than the second, third, fourth or mth image tuples.
  • a first reduction of the memory requirement can be achieved according to the invention by stripping the first half of the elements from the image tuples. This is easily possible because the transformation gives a symmetrical image that contains redundant information due to the symmetry.
  • an accurate resolution is particularly useful in the vicinity, in order to be able to use the available space for maneuvering as low as possible when maneuvering a vehicle (for example, when parking or parking).
  • applications that capture objects at long distances do not care so much about high resolution.
  • This knowledge can be used according to the invention for further data reduction.
  • elements with higher atomic numbers can be deleted from the image tuples. This has the effect that the elements are deleted from the image tuples, which allow a statement about further distances.
  • this effect can be used in particular by considering from the first, second and third only the elements which are closest to the zero. As a result, a high range resolution is achieved in the small and medium range with a reduced range.
  • inventive method can be carried out with a device according to the invention with the features of claim 8.
  • 1 is a representation of a signal sequence of a modulated continuous wave radar signal
  • FIG. 3 is a schematic representation of a first selection of samples that are stored.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a second selection of samples that are stored.
  • a transmitter which transmits in a band at 77 GHz.
  • the transmitted radar signal is reflected in the vicinity of the transmitter.
  • the rejections, i. the echo of the radar signal, but also radar signals from other sources, which are interferences, are received and mixed down by a receiving antenna, as known from applications of a modulated continuous wave radar signal.
  • the downmixed and possibly amplified signal is then converted by an analog-to-digital converter into a digital, time-discrete signal.
  • a number of n c samples are obtained during the signal sequence period T c .
  • a total of n c * N samples are obtained.
  • the sampled values which are obtained in synchronism with a signal sequence, are at least theoretically combined into tuples or sequences.
  • N tuples with n c elements each.
  • the samples are in the order in which they were sampled.
  • the ordinal number of each element is thus representative of one frequency, namely the frequency of the transmitted signal sequence at the time of sampling.
  • the hatched field known from FIG. 2 is subdivided into 64 rectangular fields of equal size (FIG. 3). Each of these fields symbolizes 32 * 128 samples.
  • the field in the lower left corner represents, for example, the first 128 samples of the tuples of samples (samples of order numbers 1 to 128) obtained by sampling in synchronism with the first 32 signal sequences sent during the period T.
  • the field above represents the second 128 samples of the tuples of samples (samples of order numbers 129 through 126) of the tuples obtained by sampling in synchronism with the first 32 signal sequences, while the field next to them represents the second 128 samples of the tuples Tuples of samples (samples with the order numbers 129 to 156) obtained by sampling in synchronism with the second 32 signal sequences (signal sequences 33 to 64).
  • the cross-hatched fields in FIGS. 3 and 4 represent the samples which are stored.
  • the samples are stored. Of the second 32 tuples (33 to 64), only the samples of order numbers 257 to 768 are stored. The remaining samples are deleted from these second tuples. Of the next two tuples, the third tuples 65 to 128, only the samples of order numbers 385 to 640 are stored. The remaining samples are deleted from these third tuples. Of the last tuples, the fourth tuples 129 to 256, only the samples having the order numbers 385 to 512 are stored. The remaining samples are deleted from these fourth tuples.
  • the samples are stored. Of the second 32 tuples (33 to 64), only the samples of order numbers 1 to 512 are stored. The remaining samples are deleted from these second tuples. Of the next two tuples, the third tuples 65 to 128, only the samples of order numbers 1 to 256 are stored. The remaining samples are deleted from these third tuples. Of the last tuples, the fourth tuples 129 to 256, only the samples having the order numbers 1 to 128 are stored. The remaining samples are deleted from these fourth tuples.
  • the number of stored samples is reduced by approximately 70% compared to the number of samples obtained. Nevertheless, in both variants, there is an ordinal number range in the tuples of sampled values which is retained for all stored tuples; in the first variant, the samples with the ordinal numbers 385 to 512 are the tuples of the sampled values obtained, and in the second variant the samples with the Order numbers 1 to 128 of the tuples of the acquired samples.
  • first fast Fourier transformations are performed.
  • sampled values are used as input values for the Fourier transformations, which are designated symbolically in FIGS. 3 and 4.
  • sample areas A, B, C and D are framed with different line types representing the input values for the Fourier transforms.
  • the data area A includes all samples 1 to 1024, which were obtained in synchronism with the signal sequences 1 to 32. These are stored in the first tuples.
  • the data area A contains 32 tuples each with 1024 values, each of the 32 tuples being subjected to a fast Fourier transformation. The result is the first image tuple.
  • the data area B comprises the samples with the original order numbers 257 to 768, which were obtained in synchronism with the signal sequences 1 to 64. These are stored in the first and second tuples. From the first tuples only the samples with the order numbers 257 to 768 count to the data area B, from the second tuples all stored data.
  • the data area B comprises the samples with the original order numbers 1 to 265, which were obtained in synchronism with the signal sequences 1 to 64. These are stored in the first and second tuples. From the first tuples count only the samples with the order numbers 1 to 512 to the data area B, from the second tuples all stored data.
  • the data area B contains 64 tuples with 512 values, each of the 64 tuples undergoing a fast Fourier transformation. The result is a second image tuple.
  • the data area C in the variant of FIG. 3 comprises the samples with the original order numbers 385 to 640, which were obtained in synchronism with the signal sequences 1 to 128. These are stored in the first, second and third tuples. From the first tuples and second tuples count only the samples with the ordinal numbers 385 to 640 to the data area B, from the third tuples all stored data.
  • the data area C comprises the samples with the original order numbers 1 to 256, which were obtained in synchronism with the signal sequences 1 to 128. These are stored in the first, second and third tuples.
  • the data area C contains 128 tuples each with 256 values, each of the 128 tuples being subjected to a fast Fourier transformation. The result is a third image tuple.
  • the data area D comprises the samples with the original order numbers 385 to 512, which were obtained in synchronism with the signal sequences 1 to 256. These are stored in the first, second, third and fourth tuples. From the first tuples, second tuples and third tuples count only the samples with the ordinal numbers 385 to 512 to the data area D, from the fourth tuples all stored data.
  • the data area D comprises the samples with the original order numbers 1 to 128, which were obtained in synchronism with the signal sequences 1 to 256. These are stored in the first, second, third and fourth tuples.
  • the second and the third tuples count only the samples with the order numbers 1 to 128 to the data area D, from the third tuple all stored data.
  • the data area D contains 256 tuples each having 128 values, each of the 256 tuples being subjected to a fast Fourier transformation. The result is a third image tuple.
  • the first, second, third and fourth image tuples contain redundant information because of the fast Fourier transform because the values of the tuple are symmetric to zero. Data reduction can therefore be achieved by subtracting half of the values from the image tuples. Further reduction of the data can be achieved considering that high resolution of the range is necessary in a near range and low range resolution is acceptable in a far range.
  • next zero value data is important for detecting near-field objects, and the larger data is important for long-range detection of objects.
  • the result of the transformation is more accurate or coarser, i. it has a larger or smaller distance resolution.
  • the deletion is performed in such a way that all image tuples only contain as many values as the image tuples which have resulted from the transformation of the tuples from the data region D.

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Abstract

Verfahren zur Datenkompression für eine Speicherung eines Echos eines modulierten Dauerstrichradarsignals während eines Taktes mit der Periode T - wobei das Dauerstrichsignal eine Anzahl N Signalfolgen in der Periode T hat, - wobei jede Signalfolge in einer Signalfolgenperiode T c einen Frequenzhub Δfc durchläuft, - wobei während des Taktes ein Radarsignal empfangen und herabgemischt wird, - wobei das herabgemischte Signal mit einer Analog-Digital-Umsetzung während der Periode T mit einer Frequenz von nc * N/T gleichmäßig abgetastet wird und in n c * N digitale Abtastwerte umgesetzt wird, wobei synchron zu jeder Signalfolgenperiode T c ein Tupel von Abtastwerten mit einer Anzahl von n c Abtastwerten erzeugt wird, wobei - von ersten Tupeln der Tupel Abtastwerte mit Ordnungsnummern aus einem ersten Ordnungsnummernbereich gespeichert werden und - von zweiten, von den ersten verschiedenen Tupeln der Tupel Abtastwerte mit Ordnungsnummern aus einem zweiten Ordnungsnummernbereich gespeichert werden, - wobei der zweite Ordnungsnummernbereich ein Teilbereich des ersten Ordnungsnummernbereichs ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Datenkompression bei Messungen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenkompression für eine Speicherung eines Echos eines modulierten Dauerstrichradarsignals während eines Taktes mit der Periode T
- wobei das Dauerstrichsignal eine Anzahl N Signalfolgen, auch Chirps oder Bursts genannt, in der Periode T hat,
- wobei jede Signalfolge in einer Signalfolgenperiode Tc einen Frequenzhub Afc durchläuft,
- wobei während des Taktes ein Radarsignal empfangen und herabgemischt wird,
- wobei das herabgemischte Signal mit einer Analog-Digital-Umsetzung während der Periode T mit einer Frequenz von nc * N/T gleichmäßig abgetastet wird und in nc * N digitale Abtastwerte umgesetzt wird, wobei synchron zu jeder Signalfolgenperiode Tc ein Tupel von Abtastwerten mit einer Anzahl von nc Abtastwerten erzeugt wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Auswertung der gewonnen Abtastwerte und einer Vorrichtung mit der die beiden Verfahren durchgeführt werden können.
Aus der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, mittels eines modulierten Dauerstrichradarsignals (FMCW-Signals) die Entfernung und die Relativgeschwindigkeit eines Objektes zu einem Sensor, vorzugsweise zu einem in einem Kraftfahrzeug eingebauten Sensor zu messen. Mittels dieser Messungen können Bilder der Umgebung erzeugt werden, die Fahrerassistenzsystemen und/oder dem Fahrer zur Verfügung gestellt werden können.
Damit genaue Bilder der Umgebung geliefert werden können, ist es notwendig, die Zeit, über welche Messungen vor einer Auswertung durchgeführt werden, nämlich die Periode T, möglichst lang zu wählen und das empfangene Radarsignal mit einer hohen Abtastrate nc * N/T abzutasten, um es zu digitalisieren.
Das empfangene und digitalisierte Signal kann einen großen Speicherplatz in Anspruch nehmen, der insbesondere mit einer Erhöhung der Periode T oder der Abtastrate nc * N/T steigt. Geht man von einem praxisnahen Beispiel aus, bei dem die Anzahl N der während einer Periode T gesendeten Signalfolgen 256 ist und währen der Zeitdauer einer Signalfolge 1024 Abtastungen vorgenommen werden und für jeden Abtastwert 2 Byte Speichplatz benötigt werden, ergibt sich ein Speicherbedarf von 512 Byte, was mehr ist, als ein für die Verarbeitung der Abtastwerte geeigneter Mikro- kontroller hat.
Es besteht daher ein Bedürfnis ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem weniger Abtastwerte gespeichert werden müssen.
Das vorgeschlagene Verfahren gemäß Anspruch 1 hat eine Reduzierung des Speicherbedarfs zur Folge.
Nach dem vorgeschlagenen, erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der Speicherung der Abtastwerte wie folgt vorgegangen:
- von ersten Tupeln der Tupel werden Abtastwerte mit Ordnungsnummern aus einem ersten Ordnungsnummernbereich gespeichert und
- von zweiten, von den ersten verschiedenen Tupeln der Tupel Abtastwerte werden mit Ordnungsnummern aus einem zweiten Ordnungsnummernbereich gespeichert,
- wobei der zweite Ordnungsnummernbereich ein Teilbereich des ersten Ordnungsnummernbereichs ist.
Die nicht gespeicherten Werte der Tupel werden nicht gespeichert und verworfen. Dadurch wird die Menge der gespeicherten Daten reduziert. Vorzugweise kann es so sein, dass von den ersten Tupeln alle Abtastwerte gespeichert werden und der erste Ordnungsnummernbereich die Ordnungsnummern alle Abtastwerte der ersten Tupel umfasst.
Der zweite Ordnungsnummernbereich kann beispielsweise halb so groß sein wie der erste Ordnungsnummernbereich, das heißt, dass von den zweiten Tupeln die Hälfte aller Abtastwerte verworfen und nicht gespeichert wird. Die Anzahl der zweiten Tupel kann genauso groß sein wie die der ersten Tupel.
Verallgemeinert lässt sich weiter formulieren: Von m-ten, von den ersten, zweiten und (m-1 )-ten Tupeln verschiedenen Tupel können Abtastwerte mit Ordnungsnummern aus einem m-ten Ordnungsnummernbereich gespeichert werden, wobei der m-te Ordnungsnummernbereich ein Teilbereich des (m-1 )-ten Ordnungsnummernbereich ist und m eine natürliche Zahl größer 2 ist.
Unter Fortführung des vorherigen Beispiels kann das Folgendes bedeuten:
Von dritten Tupeln, deren Anzahl doppelt so groß sein kann wie die Anzahl der ersten oder zweiten Tupel, können beispielsweise nur ein Viertel der Abtastwerte gespeichert werden. Das bedeutet, dass ein dritter Ordnungsnummernbereich ein Viertel so groß ist wie der erste Ordnungsnummernbereich. Der dritte Ordnungsnummernbereich ist ein Teilbereich des zweiten Ordnungsnummernbereichs.
Von vierten Tupeln, deren Anzahl doppelt so groß sein kann wie die Anzahl der dritten Tupel, können beispielweise nur ein Achtel der Abtastwerte gespeichert werden. Das bedeutet, dass ein vierter Ordnungsnummernbereich ein Achtel so groß ist wie der erste Ordnungsnummernbereich. Der vierte Ordnungsnummernbereich ist ein Teilbereich des dritten Ordnungsnummernbereichs.
Die Ordnungsnummernbereiche können als Frequenzbereiche interpretiert werden, aus denen die Abtastwerte gespeichert werden. Da die Ordnungsnummernbereiche am Anfang, in der Mitte oder am Ende der gesamten Ordnungsnummern der Tupel liegen können, können den Ordnungsnummernbereichen als Frequenzbereiche im oberen, im mittleren oder im unteren Bereich des Frequenzhubs verstanden werden, den die Signalfolgen durchlaufen.
Die Begriffe erste Tupel, zweite Tupel, dritte Tupel usw. müssen nicht, können aber in dem Sinn verstanden werden, dass die ersten Tupel die Abtastwerte der ersten Signalfolgenperioden eines Taktes und die zweiten Tupel die Abtastwerte der zweiten, an die ersten Signalfolgeperioden anschließenden Signalfolgeperioden des Taktes sind. Die ersten Tupel können die Abtastwerte von zeitlich aufeinanderfolgenden Signalfolgeperioden umfassen, es kann aber auch sein, dass zeitlich zwischen Signalfolgeperioden, deren Abtastwerte in den ersten Tupel enthalten sind, Signalperioden liegen, deren Abtastwerte in den zweiten oder m-ten Tupeln enthalten sind. Die Signalperioden, deren Abtastwerte in den ersten Tupeln enthalten sind, können auch am Ende eines Taktes liegen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Auswertung der nach einem der vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahren gespeicherten Abtastwerte.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass
- eine erste schnelle Fouriertransformation der gespeicherten Abtastwerte der ersten Tupel vorgenommen wird, die nach dem Abtasten und vor dem Speichern zum ersten Ordnungsnummernbereich gehörten, und die Ergebnisse der schnellen Fouriertransformation in ersten Bildtupeln gespeichert werden,
- eine erste schnelle Fouriertransformation der gespeicherten Abtastwerte der ersten und zweiten Tupel vorgenommen wird, die nach dem Abtasten und vor dem Speichern zum zweiten Ordnungsnummernbereich gehörten, und die Ergebnissen der schnellen Fouriertransformation in zweiten Bildtupeln gespeichert werden und
- ggf. eine erste schnelle Fouriertransformation der gespeicherten Abtastwerte der ersten und zweiten bis m-ten Tupel vorgenommen wird, die nach dem Abtasten und vor dem Speichern zum m-ten Ordnungsnummernbereich gehörten, und die Ergebnisse der schnellen Fouriertransformation in m-ten Bildtupeln gespeichert werden.
In den ersten Bildtupeln findet man somit die Ergebnisse der Transformation der Abtastwerte aus den ersten Tupel, die ursprünglich, d.h. nach der Abtastung und vor der Speicherung Ordnungsnummern aus dem ersten Ordnungsnummernbereich hatten.
In den zweiten Bildtupeln findet man somit die Ergebnisse der Transformation der Abtastwerte aus den ersten und zweiten Tupel, die ursprünglich Ordnungsnummern aus dem zweiten Ordnungsnummernbereich hatten.
In den m-ten Bildtupeln findet man somit die Ergebnisse der Transformation der Abtastwerte aus den ersten bis m-ten Tupel, die ursprünglich Ordnungsnummern aus dem m-ten Ordnungsnummernbereich hatten.
Schreibt man das vorstehende Beispiel fort ergibt sich, dass man in dritten Bildtupeln somit die Ergebnisse der Transformation der Abtastwerte aus den ersten, zweiten und dritten Tupel findet, die ursprünglich Ordnungsnummern aus dem zweiten Ordnungsnummernbereich hatten. In vierten Bildtupeln findet man somit die Ergebnisse der Transformation der Abtastwerte aus den ersten bis vierten Tupel, die ursprünglich Ordnungsnummern aus dem vierten Ordnungsnummernbereich hatten.
Als Folge der vorgeschlagenen Vorgehensweise erhält man wenige erste Bildtupel mit vielen Komponenten und dagegen viele m-te Bildtupel mit wenigen Komponenten.
Die erste schnelle Fouriertransformation wird im Stand der Technik häufig auch als r- FFT bezeichnet (wobei das r für range=Entfernungsbereich steht), da sie ein Ergebnis liefert, anhand dessen man die Entfernung eines Objektes vom Ort der Messung interpretieren kann.
Je mehr Abtastwerte pro Signalfolgenperiode Tc eines Echos auf eine Signalfolge bei einer schnellen Fouriertransformation verwendet werden, umso größer ist die Auflö- sung im Entfernungsbereich. Daher können die ersten Bildtupel eine bessere Entfernungsauflösung liefern als das dritte, vierte oder m-te Bildtupel. Zugleich haben die ersten Bildtupel mehr Elemente als das zweite, dritte, vierte oder m-te Bildtupel.
Viele Elemente in den Bildtupeln haben einen hohen Speichbedarf zur Folge. Eine erste Reduzierung des Speicherbedarfs kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass aus den Bildtupeln die erste Hälfte der Elemente gestrichen wird. Das ist ohne weiteres möglich, da man durch die Transformation ein symmetrisches Bild bekommt, das aufgrund der Symmetrie eine redundante Information enthält.
In der Kraftfahrzeugtechnik ist insbesondere im Nahbereich eine genaue Auflösung nützlich, um beim Rangieren eines Fahrzeuges (zum Beispiel beim Ein- oder Ausparken) den zur Verfügung stehen Platz zum Rangieren möglichst günstig ausnutzen zu können. Bei Anwendungen, für die Objekte in großen Entfernungen erfasst werden, kommt es dagegen auf eine hohe Auflösung nicht so sehr an.
Diese Erkenntnis kann im Weiteren erfindungsgemäß für eine weitere Datenreduzierung genutzt werden. Zur Datenreduzierung können aus den Bildtupeln Elemente mit höheren Ordnungszahlen gestrichen werden. Das hat den Effekt, dass die Elemente aus den Bildtupeln gestrichen werden, die eine Aussage über weitere Entfernungen zulassen. Für die Erfindung kann dieser Effekt insbesondere dadurch genutzt werden, in dem man aus den ersten, zweiten und dritten nur die Elemente betrachtet, die der Null am nächsten sind. Dadurch wird im kleinen und mittleren Entfernungsbereich bei reduzierter Reichweite eine hohe Entfernungsauflösung erreicht.
Vergleicht man nun die Elemente der ersten, zweiten, ... Bildtupel mit der gleichen Ordnungsnummer, kann man daraus eine Information über die Geschwindigkeit des Objektes in der durch das Element mit dieser Ordnungsnummer gekennzeichneten Geschwindigkeit gewinnen. Dieses Wissen wird dazu genutzt, um mittels einer zweiten schnellen Fouriertransformation, der sogenannten v-FFT, die Geschwindigkeitsinformation zu gewinnen. Dazu wird - eine zweite schnelle Fouriertransformation der Elemente mit der Ordnungszahl p der q-ten Bildtupeln vorgenommen, deren Ergebnisse gespeichert werden,
- wobei p eine natürliche Zahl zwischen 1 und der Anzahl der Elemente des q- ten Bildtupel ist und
- wobei q eine natürliche Zahl zwischen 1 und m ist.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 durchgeführt werden.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung einer Signalfolge eines modulierten Dauerstrichradarsignals,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anzahl der Abtastwerte eines empfangenen Radarsignals während eines Taktes des modulierten Dauerstrichradarsignals mit der Periode T,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Auswahl von Abtastwerten, die gespeichert werden,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Auswahl von Abtastwerten, die gespeichert werden.
Das anhand der Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist nur eine von vielen Möglichkeiten, wie die Erfindung umgesetzt werden kann. Weitere Ausführungen der Erfindung sind im Rahmen der Ansprüche möglich.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird zum Senden des in der Figur 1 skizzierten modulierten Dauerstrichradarsignals ein Sender verwendet, der in einem Band mit 77GHz sendet.
Das Radarsignal ist eine Aneinanderreihung von Signalfolgen (Chirps, Bursts), die in einer Signalfolgenperiode Tc eine Frequenzrampe mit einem Frequenzhub Afc durch- laufen. Es ist festgelegt, dass das Dauerstrichsignal eine Anzahl von N Signalfolgen in der Periode T hat. In der Fig. sind aus Platzgründen nur N = 16 Signalfolgen dargestellt. Tatsächlich können für das Beispiel aber N = 256 Signalfolgen angenommen werden.
Das gesendete Radarsignal wird in der Umgebung des Senders reflektiert. Die Rejektionen, d.h. das Echo des Radarsignals, aber auch Radarsignale aus anderen Quellen, dabei handelt es sich um Störungen, werden von einer Empfangsantenne empfangen und herabgemischt, wie man es von Anwendungen eines modulierten Dauerstrichradarsignals kennt.
Das herabgemischte und ggf. verstärkte Signal wird dann von einem Analog-Digital- Umsetzer in ein digitales, zeitdiskretes Signal umgesetzt. Synchron zu den Signalfolgen wird während der Signalfolgenperiode Tc eine Anzahl von nc Abtastwerten gewonnen. Bezogen auf eine Periode T werden insgesamt nc * N Abtastwerte gewonnen. Die Anzahl von nc Abtastwerten pro Signalfolgenperiode Tc kann nc = 1024 sein.
Die Abtastwerte, die synchron zu einer Signalfolge gewonnen werden, werden zumindest gedanklich zu Tupeln oder Folgen zusammengefasst. Man erhält also nach der Abtastung N Tupel mit je nc Elementen. In den Tupeln stehen die Abtastwerte in der Reihenfolge, in der sie abgetastet worden sind. Die Ordnungsnummer jedes Elements ist damit repräsentativ für eine Frequenz, nämlich für die Frequenz der gesendeten Signalfolge zur Zeit der Abtastung. Die Abtastung erfolgt vorteilhaft getaktet, zum Beispiel mit einer Frequenz fADC = 40 MS/s.
Wollte man alle Abtastwerte speichern, bräuchte man einen Speicher von nc * N * 2 Byte, wenn man davon ausgeht, dass ein Abtastwert in 2 Bytes kodiert wird. In einem typischen Anwendungsfall werden pro Signalfolge nc = 1024 Werte abgetastet und in einer Periode T werden N = 256 Signalfolgen gesendet. Das ergibt dann nc * N Abtastwerte in einer Periode T, die gespeichert und ausgewertet werden müssen. Zur Reduzierung der Datenmenge werden nun erfindungsgemäß einige der Abtastwerte verworfen.
Dazu ist eine Betrachtung der Figuren 2 bis 4 hilfreich. In Fig. 2 ist durch die dargestellten Felder die Anzahl der Abtastwerte dargestellt, die durch die Abtastung des empfangenen und herabgemischten Radarsignals während einer Periode T empfangen werden. Es wird synchron zu = 256 Signalfolgen abgetastet. Synchron zu jeder Signalfolge werden nc = 1024 Werte abgetastet, so dass insgesamt nc * n = 1024 * 256 Werte abgetastet werden. Jeder Wert hat einen Speicherbedarf von 2 Byte, so dass der für die Speicherung notwendige Speicher eine Größe von 512 kByte haben müsste.
Eine Idee der Erfindung ist es nun, nicht alle Abtastwerte zu speichern. Vielmehr werden gemäß der Erfindung nur ausgewählte Abtastwerte gespeichert. Anhand der Figuren 3 und 4 sollen Beispiele erläutert werden, wie die Zahl der abzuspeichernden Abtastwerte reduziert werden kann.
Dazu ist das aus der Figur 2 bekannte schraffierte Feld in 64 gleich große, rechteckige Felder unterteilt (Fig. 3). Jedes dieser Felder symbolisiert 32 * 128 Abtastwerte.
Das Feld in der linken unteren Ecke steht zum Beispiel für die ersten 128 Abtastwerte der Tupel von Abtastwerten (Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 1 bis 128), die durch die Abtastung synchron zu den ersten 32 Signalfolgen gewonnen werden, die während der Periode T gesendet werden.
Das Feld darüber steht zum Beispiel für die zweiten 128 Abtastwerte der Tupel von Abtastwerten (Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 129 bis 126) der Tupel, die durch die Abtastung synchron zu den ersten 32 Signalfolgen gewonnen werden, während das Feld daneben für die zweiten 128 Abtastwerte der Tupel von Abtastwerten (Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 129 bis 156) die durch Abtastung synchron zu den zweiten 32 Signalfolgen (Signalfolgen 33 bis 64) gewonnen werden. Die in den Figuren 3 und 4 kreuzweise schraffierten Felder stehen für die Abtastwerte, die gespeichert werden.
Nach der Figur 3 werden von den ersten 32 Tupel alle Abtastwerte gespeichert. Von den zweiten 32 Tupeln (33 bis 64) werden nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 257 bis 768 gespeichert. Die übrigen Abtastwerte werden aus diesen zweiten Tupeln gestrichen. Von den nächsten beiden Tupeln, den dritten Tupeln 65 bis 128 werden nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 385 bis 640 gespeichert. Die übrigen Abtastwerte werden aus diesen dritten Tupeln gestrichen. Von den letzten Tupeln, den vierten Tupeln 129 bis 256 werden nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 385 bis 512 gespeichert. Die übrigen Abtastwerte werden aus diesen vierten Tupeln gestrichen.
Nach der Figur 4 werden von den ersten 32 Tupeln alle Abtastwerte gespeichert. Von den zweiten 32 Tupeln (33 bis 64) werden nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 1 bis 512 gespeichert. Die übrigen Abtastwerte werden aus diesen zweiten Tupeln gestrichen. Von den nächsten beiden Tupeln, den dritten Tupeln 65 bis 128 werden nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 1 bis 256 gespeichert. Die übrigen Abtastwerte werden aus diesen dritten Tupeln gestrichen. Von den letzten Tupeln, den vierten Tupeln 129 bis 256 werden nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 1 bis 128 gespeichert. Die übrigen Abtastwerte werden aus diesen vierten Tupeln gestrichen.
Durch die Variante gemäß den Figuren 3 und 4 wird die Anzahl der gespeicherten Abtastwerte gegenüber der Anzahl der gewonnenen Abtastwerte um ca. 70% reduziert. Gleichwohl gibt es bei beiden Varianten einen Ordnungsnummernbereich in den Tupeln von gewonnen Abtastwerten, der allen gespeicherten Tupeln erhalten bleibt, das sind bei der ersten Variante die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 385 bis 512 der Tupel der gewonnenen Abtastwerte und bei der zweiten Variante die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 1 bis 128 der Tupel der gewonnenen Abtastwerte. Im Weiteren werden nun erste schnelle Fouriertransformationen durchgeführt. Dazu werden beim Ausführungsbeispiel sowohl nach der Variante gemäß der Fig. 3 als auch gemäß der Fig. 4 Abtastwerte als Eingangswerte für die Fouriertransformationen benutzt, die in den Fig. 3 und 4 symbolisch bezeichnet sind.
Und zwar sind in den Fig. 3 und 4 Abtastwertbereich A, B, C und D mit unterschiedlichen Linienarten umrandet, die die Eingangswerte für die Fouriertransformationen darstellen.
Demnach umfasst der Datenbereich A alle Abtastwerte 1 bis 1024, die synchron zu den Signalfolgen 1 bis 32 gewonnen wurden. Diese sind in den ersten Tupeln gespeichert. Der Datenbereich A enthält 32 Tupel mit je 1024 Werten, wobei jedes der 32 Tupel einer schnellen Fouriertransformation unterzogen wird. Als Ergebnis erhält man erste Bildtupel.
Der Datenbereich B umfasst in der Variante der Fig. 3 die Abtastwerte mit den ursprünglichen Ordnungsnummern 257 bis 768, die synchron zu den Signalfolgen 1 bis 64 gewonnen wurden. Diese sind in den ersten und den zweiten Tupeln gespeichert. Aus den ersten Tupeln zählen nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 257 bis 768 zum Datenbereich B, aus den zweiten Tupeln alle gespeicherten Daten. In der Variante der Fig. 4 umfasst der Datenbereich B die Abtastwerte mit den ursprünglichen Ordnungsnummern 1 bis 265, die synchron zu den Signalfolgen 1 bis 64 gewonnen wurden. Diese sind in den ersten und den zweiten Tupeln gespeichert. Aus den ersten Tupeln zählen nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 1 bis 512 zum Datenbereich B, aus den zweiten Tupeln alle gespeicherten Daten. Der Datenbereich B enthält 64 Tupel mit je 512 Werten, wobei jedes der 64 Tupel einer schnellen Fouriertransformation unterzogen wird. Als Ergebnis erhält man ein zweites Bildtupel.
Der Datenbereich C umfasst in der Variante der Fig. 3 die Abtastwerte mit den ursprünglichen Ordnungsnummern 385 bis 640, die synchron zu den Signalfolgen 1 bis 128 gewonnen wurden. Diese sind in den ersten, den zweiten und den dritten Tupeln gespeichert. Aus den ersten Tupeln und zweiten Tupeln zählen nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 385 bis 640 zum Datenbereich B, aus den dritten Tupeln alle gespeicherten Daten. In der Variante der Fig. 4 umfasst der Datenbereich C die Abtastwerte mit den ursprünglichen Ordnungsnummern 1 bis 256, die synchron zu den Signalfolgen 1 bis 128 gewonnen wurden. Diese sind in den ersten, den zweiten und den dritten Tupeln gespeichert. Aus den ersten und den zweiten Tupeln zählen nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 1 bis 256 zum Datenbereich C, aus den dritten Tupeln alle gespeicherten Daten. Der Datenbereich C enthält 128 Tupel mit je 256 Werten, wobei jedes der 128 Tupel einer schnellen Fouriertransformation unterzogen wird. Als Ergebnis erhält man ein drittes Bildtupel.
Der Datenbereich D umfasst in der Variante der Fig. 3 die Abtastwerte mit den ursprünglichen Ordnungsnummern 385 bis 512, die synchron zu den Signalfolgen 1 bis 256 gewonnen wurden. Diese sind in den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Tupeln gespeichert. Aus den ersten Tupeln, zweiten Tupeln und dritten Tupeln zählen nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 385 bis 512 zum Datenbereich D, aus den vierten Tupeln alle gespeicherten Daten. In der Variante der Fig. 4 umfasst der Datenbereich D die Abtastwerte mit den ursprünglichen Ordnungsnummern 1 bis 128, die synchron zu den Signalfolgen 1 bis 256 gewonnen wurden. Diese sind in den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Tupeln gespeichert. Aus den ersten, den zweiten und den dritten Tupeln zählen nur die Abtastwerte mit den Ordnungsnummern 1 bis 128 zum Datenbereich D, aus den dritten Tupeln alle gespeicherten Daten. Der Datenbereich D enthält 256 Tupel mit je 128 Werten, wobei jedes der 256 Tupel einer schnellen Fouriertransformation unterzogen wird. Als Ergebnis erhält man ein drittes Bildtupel.
In den ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Bildtupel sind aufgrund der schnellen Fouriertransformation redundante Informationen enthalten, da die Werte des Tupel symmetrisch zu Null sind. Eine Datenreduzierung kann daher dadurch erreicht werden, dass die Hälfte der Werte aus den Bildtupeln gestrichen werden. Eine weitere Reduzierung der Daten kann erreicht werden, wenn man bedenkt, dass eine hohe Auflösung der Entfernung in einem Nahbereich notwendig und in einem Fernbereich eine geringe Auflösung der Entfernung hinnehmbar ist.
Anhand der Ergebnisse der ersten Fouriertransformationen können Objekte eines bestimmten Entfernungsbereichs erkannt werden. Die dem Wert Null nächsten Daten sind dabei für die Erkennung von Objekten im Nahbereich bedeutsam, die größeren Daten sind für die Erkennung von Objekten im Fernbereich wichtig.
Je nachdem, ob die Daten aus Datenbereich A, B, C oder D Eingangswerte der Transformationen waren, ist das Ergebnis der Transformation genauer oder gröber, d.h. es hat eine größere oder kleinere Entfernungsauflösung.
Die Transformation der Werte aus dem Datenbereich A führt dabei zu der besten Entfernungsauflösung, was daran liegt, dass dabei die meisten Abtastwerte in die Transformation eingeflossen sind. Es hat sich als nützlich erwiesen, aus den Bildtupeln der Transformation der Tupel aus dem Datenbereich A für eine weitere Auswertung der Daten große Werte zu streichen, die zwar eine genaue Entfernungsauflösung im Fernbereich liefern, die aber für die Anwendung nicht notwendig ist. Stattdessen reicht es für die Erkennung von Objekten im Fernbereich aus, die Bildtupel auszuwerten, die sich durch Transformation der Tupel aus dem Datenbereich D ergeben. In gleicher Weise können Werte aus den Bildtupel gestrichen werden, die sich durch die Transformation der Tupel aus den Datenbereichen B und C ergeben.
Vorzugsweise wird die Streichung in der Weise vorgenommen, dass alle Bildtupel nur noch so viele Werte enthalten, wie die Bildtupel, die sich durch die Transformation der Tupel aus dem Datenbereich D ergeben haben.
Diese so reduzierten Bildtupel können einer zweiten, an sich bekannten schnellen Fouriertransformation unterzogen werden, um eine Information über die Geschwindigkeit zu gewinnen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Datenkompression für eine Speicherung eines Echos eines modulierten Dauerstrichradarsignals während eines Taktes mit der Periode
T
- wobei das Dauerstrichsignal eine Anzahl N Signalfolgen in der Periode T hat,
- wobei jede Signalfolge in einer Signalfolgenperiode Tc einen Frequenzhub Afc durchläuft,
- wobei während des Taktes ein Radarsignal empfangen und herabgemischt wird,
- wobei das herabgemischte Signal mit einer Analog-Digital- Umsetzung während der Periode T mit einer Frequenz von nc * N/T gleichmäßig abgetastet wird und in nc * N digitale Abtastwerte umgesetzt wird, wobei synchron zu jeder Signalfolgenperiode Tc ein Tupel von Abtastwerten mit einer Anzahl von nc Abtastwerten erzeugt wird,
gekennzeichnet dadurch, dass
- von ersten Tupeln der Tupel Abtastwerte mit Ordnungsnummern aus einem ersten Ordnungsnummernbereich gespeichert werden und
- von zweiten, von den ersten verschiedenen Tupeln der Tupel Abtastwerte mit Ordnungsnummern aus einem zweiten Ordnungsnummernbereich gespeichert werden,
- wobei der zweite Ordnungsnummernbereich ein Teilbereich des ersten Ordnungsnummernbereichs ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass von m-ten, von den ersten und zweiten Tupeln verschiedenen Tupel Abtastwerte mit Ordnungsnummern aus einem m-ten Ordnungsnummernbereich gespeichert werden, wobei der m-te Ordnungsnummernbereich ein Teilbereich des ursprünglich m-1 -ten Ordnungsnummernbereich ist und m eine natürliche Zahl größer 2 ist.
Verfahren zur Auswertung der nach einem der Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 gespeicherten Abtastwerte, gekennzeichnet dadurch, dass
- eine erste schnelle Fouriertransformation der gespeicherten Abtastwerte aus dem ersten Ordnungsnummernbereich der ersten Tupel vor der Speicherung vorgenommen wird und die Ergebnissen der schnellen Fouriertransformation in ersten Bildtupeln gespeichert werden,
- eine erste schnelle Fouriertransformation der gespeicherten Abtastwerte vorgenommen wird, wobei für diese schnelle Fouriertransformation die gespeicherten Abtastwerte verwendet werden, die nach der Abtastung und vor der Speicherung zum zweiten Ordnungsnummernbereich der ersten und zweiten Tupel gehörten, und die Ergebnissen der schnellen Fouriertransformation in zweiten Bildtupeln gespeichert werden und
- ggf. eine erste schnelle Fouriertransformation der gespeicherten Abtastwerte wird, wobei für diese schnelle Fouriertransformation die gespeicherten Abtastwerte verwendet werden, die nach der Abtastung und vor der Speicherung zum ersten bis m-ten Ordnungsnummernbereich gehörten, und die Ergebnisse der schnellen Fouriertransformation in m-ten Bildtupeln gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass aus den Bildtupeln alle Elemente mit negativen Werten gestrichen werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus zumindest einigen Bildtupeln alle Elemente gestrichen werden, die in dem Bildtupel eine Ordnungsnummer haben, die um mehr als eine Zahl k größer ist als die Ordnungsnummer des Elementes mit dem Wert 0. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Bild- tupeln so viele Elemente gestrichen werden, dass alle Bildtupel eine gleiche Anzahl von Elementen haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass
- eine zweite schnelle Fouriertransformation der Elemente mit der Ordnungszahl p der q-ten Bildtupeln vorgenommen wird und die Ergebnisse gespeichert werden,
- wobei p eine natürliche Zahl zwischen 1 und der Anzahl der Elemente des q-ten Bildtupel ist und
- wobei q eine natürliche Zahl zwischen 1 und m ist.
Vorrichtung mit wenigstens einem Radartransceiver der zum Senden eines modulierten Dauerstrichradarsignals während eines Taktes mit der Periode T geeignet und eingerichtet ist,
- wobei das Dauerstrichsignal eine Anzahl N Signalfolgen in der Periode T hat,
- wobei jede Signalfolge in einer Signalfolgenperiode Tc einen Frequenzhub Afc durchläuft,
- mit wenigstens einer Sendeantenne zum Senden des modulierten Dauerstrichradarsignals,
- mit wenigstens einer Empfangsantenne, der ein Mischer nachgeschaltet ist,
- mit einem Analog-Digital-Umsetzer zum Umsetzen eines über die Empfangsantenne empfangenen und vom Mischer herabgemischten Radarsignals in Abtastwerte,
- mit einem Speicher zum Speichern von Abtastwerten und
- mit einer Auswerteeinheit zum Auswerten der Abtastwerte, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Durchführen eines der Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 und zum Durchführen eines der Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 7 geeignet und eingerichtet ist.
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