WO2020178311A1

WO2020178311A1 - Verteilte verarbeitung von radarsignalen

Info

Publication number: WO2020178311A1
Application number: PCT/EP2020/055644
Authority: WO
Inventors: Florian Engels
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2020-09-10
Also published as: DE102019202949A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übermittlungsvorrichtung (14) zum Übermitteln von Vorverarbeitungsdaten eines Radarsensors (12), mit: einer Eingangsschnittstelle (26) zum Empfangen von Rohdaten des Radarsensors mit Informationen über ein Objekt (20) in einem Sichtfeld (22) des Radarsensors, wobei die Rohdaten mindestens ein Signal eines Empfangskanals des Radarsensors umfassen; einer Vorverarbeitungseinheit (28) zum Erzeugen von Vorverarbeitungsdaten basierend auf den Rohdaten; einer Modellierungseinheit (30) zum Ermitteln eines Modellparameters eines vorbekannten Radarmodells basierend auf den Vorverarbeitungsdaten, um das vorbekannte Radarmodell an die Vorverarbeitungsdaten anzupassen; einer Fehlereinheit (32) zum Bestimmen einer Abweichung zwischen dem angepassten vorbekannten Radarmodell und den Vorverarbeitungsdaten basierend auf dem ermittelten Modellparameter; und einer Sendeschnittstelle (34) zum Übertragen des Modellparameters und der Abweichung. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Verarbeitungsvorrichtung (16) zum Weiterverarbeiten von Vorverarbeitungsdaten eines Radarsensors (12), ein System sowie ein Verfahren zum Übermitteln von Vorverarbeitungsdaten und ein Verfahren zum Weiterverarbeiten von Vorverarbeitungsdaten.

Description

Verteilte Verarbeitung von Radarsiqnalen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übermittlungsvorrichtung zum Übermitteln von Vorverarbeitungsdaten eines Radarsensors, eine Verarbeitungsvorrichtung zum Wei terverarbeiten von Vorverarbeitungsdaten sowie entsprechende Verfahren und ein System zum Verarbeiten von Vorverarbeitungsdaten.

Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl von Sensoren, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Ein wichtiges Sensorprinzip für die Erfassung der Umgebung ist dabei die Radartechnik. Radar sensoren im Fahrzeugbereich umfassen typischerweise mehrere Sende- und Emp fangselemente, die virtuelle Kanäle des Radarsensors (Rx/T x-Antennenpaare) bil den. In jedem Empfangskanal erfolgt ein Heruntermischen in das Basisband, eine Filterung und anschließend eine Digitalisierung des so erhaltenen Basisbandsignals. Durch eine Vorverarbeitung der Basisbandsignale für jeden Empfangskanal kann eine Detektion und Lokalisierung eines Ziels, also eines Objekts in einem Sichtfeld des Radarsensors, erfolgen.

Eine Schlüsseltechnologie der Datenverarbeitung stellt dabei das maschinelle Ler nen dar. Als Eingangsdaten für lernende Algorithmen werden zumeist die Informatio nen einer Punktewolke (point cloud) des Radarsensors verwendet. Diese Punktewol ke umfasst die Zielparameter Abstand, Radial- bzw. Dopplergeschwindigkeit sowie Azimut- und Elevationswinkel, die von vorverarbeiteten Radarbasisbandsignalen ab geleitet werden. Um diese Parameter zu ermitteln, werden innerhalb des Radar sensors verschiedene Vorverarbeitungsschritte durchgeführt. Diese können insbe sondere eine Fouriertransformation oder Optimalfilterung der Basisbanddaten für einen einzelnen Radarpuls (sog. schnelle Vorverarbeitung, fast-time Processing), eine weitere Fouriertransformation für mehrere Pulse (sog. langsame Vorverarbei tung, slow-time processing), ein Beamforming, eine Signalleistungsdetektion, bei spielsweise basierend auf constant-force-alarm-rate Verfahren, sowie eine Hoch punktbestimmung umfassen. Bei derartigen Vorverarbeitungsansätzen wird inhärent von einzelnen bzw. gut sepa rierten Zielen ausgegangen, sodass es eine eindeutige Zuordnung eines Ziels zu einem Hochpunkt gibt. In der Praxis können nah beieinander liegende Ziele zu einem Verschmelzen der entsprechenden Hochpunkte und zu einem Versagen der

Zieltrennung führen. Alternative Verarbeitungsverfahren in diesem Zusammenhang basieren beispielsweise auf einer Modellanpassung für einzelne Hochpunkte (vgl. F. Engels et al. , "Advances in automotive radar: A framework on computationally effi- cient high-resolution frequency estimation", 2017). Allerdings sind derartige Ansätze im Falle einer sensorinternen Implementierung aufgrund der limitierten Prozessor- und Speicherkapazitäten auf Modelle niedriger Komplexität beschränkt. Um komple xere Modelle zur Anwendung zu bringen, wie es beispielsweise in Ansätzen des ma schinellen Lernens erforderlich ist, wären höhere Prozessor- und Speicherkapazitä ten erforderlich. Eine Übertragung der gesamten Basisband - oder Vorverarbei tungsdaten Rohdaten und eine Verwendung einer externen Prozessoreinrichtung ist bei heutzutage üblichen Busanbindungen von Radarsensoren zumeist aufgrund limi tierter Busbandbreite nicht möglich.

Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine Anwen dung komplexerer Modelle auf Rohdaten (Basisbanddaten) bzw. Vorverarbeitungs daten eines Radarsensors zu ermöglichen. Insbesondere soll eine Möglichkeit be reitgestellt werden, die Daten eines Radarsensors in einem der Erzeugung der Punk tewolke vorgelagerten Verarbeitungsschritt zu modellieren.

Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Über mittlungsvorrichtung zum Übermitteln von Vorverarbeitungsdaten eines Radar sensors mit:

einer Eingangsschnittstelle zum Empfangen von Rohdaten des Radarsensors mit Informationen über ein Objekt in einem Sichtfeld des Radarsensors, wobei die Rohdaten mindestens ein Signal eines Empfangskanals des Radarsensors umfas sen;

einer Vorverarbeitungseinheit zum Erzeugen von Vorverarbeitungsdaten ba sierend auf den Rohdaten; einer Modellierungseinheit zum Ermitteln eines Modellparameters eines vor bekannten Radarmodells basierend auf den Vorverarbeitungsdaten, um das vorbe kannte Radarmodell an die Vorverarbeitungsdaten anzupassen;

einer Fehlereinheit zum Bestimmen einer Abweichung zwischen dem ange passten vorbekannten Radarmodell und den Vorverarbeitungsdaten basierend auf dem ermittelten Modellparameter; und

einer Sendeschnittstelle zum Übertragen des Modellparameters und der Ab weichung.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Radarsensor zum Einbauen in ein Fahrzeug mit einer Übermittlungsvorrichtung wie zuvor definiert.

Weiterhin betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Verarbeitungsvorrich tung zum Weiterverarbeiten von Vorverarbeitungsdaten eines Radarsensors mit: einer Empfangsschnittstelle zum Empfangen eines Modellparameters eines vorbekannten Radarmodells und einer Abweichung zwischen dem vorbekannten Ra darmodell und Vorverarbeitungsdaten, an die das vorbekannte Radarmodell basie rend auf dem Modellparameter angepasst wurde;

einer Rekonstruktionseinheit zum Rekonstruieren der Vorverarbeitungsdaten basierend auf dem Modellparameter und der Abweichung; und

einer Beschreibungseinheit zum Ermitteln eines Beschreibungsparameters zum Beschreiben der Vorverarbeitungsdaten, vorzugsweise basierend auf einem vordefinierten Beschreibungsmodell.

Weiterhin betrifft ein Aspekt der Erfindung ein System zum Verarbeiten von Vorver arbeitungsdaten eines Radarsensors mit:

einem Radarsensor zum Erfassen eines Objekts in einem Sichtfeld des Ra darsensors, wobei der Radarsensor vorzugsweise in ein Fahrzeug eingebaut ist; einer Übermittlungsvorrichtung wie zuvor definiert; und

einer Verarbeitungsvorrichtung wie zuvor definiert.

Weitere Aspekte der Erfindung betreffen entsprechend der Übermittlungsvorrichtung und der Verarbeitungsvorrichtung ausgebildete Verfahren und ein Computerpro- grammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte der Verfahren, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speicher medium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung der hierin beschriebenen Verfahren be wirkt.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorgenannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Über mittlungsvorrichtung, die Verarbeitungsvorrichtung, das System, die Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Übermittlungsvorrichtung, die Verarbeitungsvorrichtung und das System in den abhängigen Ansprüchen be schriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass über die (vorzugsweise sensorinterne) Übermittlungsvorrichtung Daten des Radarsensors während der Vorverarbeitung an eine (sensorexterne) Verarbeitungsvorrichtung übertragen werden. In der Verarbei tungsvorrichtung können dann notwendige Prozessor- und Speicherressourcen für eine komplexere Modellierung bzw. Verarbeitung bereitgestellt werden. Hierzu wer den Rohdaten des Radarsensors nach einem oder mehreren Vorverarbeitungsschrit ten mittels eines Radarmodells beschrieben. Dann werden ein Modellparameter die ses Radarmodells sowie eine Abweichung (Modellfehler) der Vorverarbeitungsdaten zu diesem Radarmodell zu der Verarbeitungsvorrichtung übertragen. In der Verarbei tungsvorrichtung kann basierend auf dem Modellparameter und der Abweichung eine Rekonstruktion und eine Weiterverarbeitung der Vorverarbeitungsdaten erfolgen.

Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen werden Daten eines Radarsensors vor dem Abschluss der sensorinternen Vorverarbeitung übertragen, also vor Erzeugung der üblicherweise von einem Radarsensor ausgegebenen Punktewolke. Zunächst wird eine Modellierung basierend auf einem vorbekannten Radarmodell vorgenommen und eine Abweichung der Vorverarbeitungsdaten zu dieser Modellierung bestimmt. Dadurch, dass dann nur noch der mindestens eine Modellparameter sowie die Ab weichung übertragen werden muss, kann eine notwendige Übertragungsbandbreite im Vergleich zur vollständigen Übertragung der Vorverarbeitungsdaten verringert werden. Die Kodierung der Abweichung erfordert eine geringere Bitzahl als die Ko dierung der Vorverarbeitungsdaten selbst bei gleicher Genauigkeit. Insoweit wird ein Teil der Information durch die Modellierung abgebildet. Die damit mögliche externe Verarbeitung erlaubt eine Anwendung komplexerer Verarbeitungs- bzw. Modellie rungsansätze, da im Vergleich zu einer sensorinternen Verarbeitung mehr Prozes sor- und Speicherressourcen zur Verfügung gestellt werden können. Insbesondere können durch den erfindungsgemäßen Ansatz Algorithmen des maschinellen Ler nens auf Vorverarbeitungsdaten und nicht nur auf die üblicherweise verwendete Punktewolke angewendet werden. Es ergibt sich eine verbesserte Möglichkeit zur Verarbeitung von Daten eines Radarsensors. Objekte in einem Umfeld eines Fahr zeugs können mit höherer Genauigkeit erkannt bzw. klassifiziert werden. Eine ver besserte Reaktion auf die Umgebung kann erfolgen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Vorverarbeitungseinheit zum Erzeugen von eindimensionalen Vorverarbeitungsdaten mit einem Abstand zwischen dem Ra darsensor und dem Objekt ausgebildet. Vorzugsweise wird der Abstand dabei basie rend auf einer Anwendung einer Fouriertransformation und/oder eines Optimalfilters auf ein Signal eines Empfangskanals für einen Radarpuls ermittelt. Es ist möglich, die Vorverarbeitungsdaten bereits nach dem ersten Vorverarbeitungsschritt (schnelle Vorverarbeitung) zu übertragen, in dem ein Abstand zwischen Radarsensor und Ziel ermittelt wird. Die eindimensionalen Vorverarbeitungsdaten erlauben es, einen Ab stand zwischen Objekt und Radarsensor zu bestimmen. Insoweit ergibt sich eine Anwendung eines eindimensionalen Modells, das den Abstand beschreibt. Ein ler nender Algorithmus kann in der Vorverarbeitungsvorrichtung auf die entsprechenden Vorverarbeitungsdaten angewendet werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorverarbeitungseinheit zum Erzeugen von zweidimensionalen Vorverarbeitungsdaten mit einem Abstand und mit einer Re lativgeschwindigkeit zwischen dem Radarsensor und dem Objekt ausgebildet. Dabei wird die Relativgeschwindigkeit vorzugsweise basierend auf einer Anwendung einer Fouriertransformation auf ein Signal eines Empfangskanals für mehrere Radarpulse ermittelt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Modellierung erst nach dem zweiten Vorverarbeitungsschritt (langsame Vorverarbeitung) vorzunehmen. Die zweidimensionalen Vorverarbeitungsdaten erlauben es, den Abstand und die Rela tivgeschwindigkeit zwischen Objekt und Radarsensor zu bestimmen. Insoweit wird ein zweidimensionales Modell basierend auf Abstand und Dopplergeschwindigkeit angepasst. Wie zuvor ergibt sich eine gegenüber der Übertragung der Vorverarbei tungsdaten durch die Modellierung erhöhte Informationsdichte.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Eingangsschnittstelle zum Emp fangen von Rohdaten mit mehreren Signalen mehrerer Empfangskanäle des Radar sensors ausgebildet. Weiterhin ist die Vorverarbeitungseinheit zum Erzeugen von drei- oder vierdimensionalen Vorverarbeitungsdaten mit einem Abstand und mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Radarsensor und dem Objekt sowie mit einem Azimut- und/oder Elevationswinkel des Objekts gegenüber dem Radarsensor ausge bildet. Der Azimut- und/oder Elevationswinkel wird vorzugsweise basierend auf einer Anwendung eines Beamformings auf mehrere Signale mehrerer Empfangskanäle für mehrere Radarpulse ermittelt. Ebenfalls ist es zusätzlich oder alternativ möglich, die Modellierung basierend auf drei- oder vierdimensionalen Vorverarbeitungsdaten vor zunehmen. Dreidimensionale Vorverarbeitungsdaten ergeben sich dabei für den Fall eines eindimensionalen Antennenarrays, bei dem lediglich einer der beiden Winkel bestimmt wird. Insoweit kann eine drei- oder vierdimensionale Modellierung vorge nommen werden. Die drei- oder vierdimensionalen Vorverarbeitungsdaten erlauben es, den Abstand, die Relativgeschwindigkeit, den Azimut- und/oder den Elevations winkel des Objekts relativ zu dem Radarsensor zu bestimmen. Das Beamforming wird vorzugsweise auf die zweidimensionalen Vorverarbeitungsdaten angewendet. In anderen Worten werden die Daten der Punktewolke für die Modellierung herangezo gen und zum Bestimmen der Abweichung verwendet. Es ergibt sich im Vergleich zur Übermittlung der Punktewolke eine Ersparnis in der benötigten Bandbreite.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sendeschnittstelle zum Kommunizieren über ein Bussystem, vorzugsweise über ein Fahrzeugbussystem, ausgebildet. Übli cherweise wird ein Bussystem zur Ansteuerung und zur Kommunikation mit einem Radarsensor verwendet. Durch die Übertragung der Abweichung sowie des Modell parameters über das Bussystem wird dieses Bussystem weniger belastet, als wenn die Vorverarbeitungsdaten selbst übertragen werden. Bandbreite wird gespart und eine Übertragung wird gegebenenfalls erst ermöglicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Modellierungseinheit zum Verwenden ei nes vorbekannten Radarmodells ausgebildet, das auf einem Aufbau des Radar sensors basiert. Zusätzlich oder alternativ ist die Modellierungseinheit zum Ermitteln eines Modellparameters ausgebildet, durch den die Abweichung zwischen dem vor bekannten Radarmodell und den Vorverarbeitungsdaten minimiert wird. Das Radar modell basiert vorzugsweise auf einem Aufbau des Radarsensors. Der Aufbau des Radarsensors schließt hierbei insbesondere die geometrische Anordnung der Anten nen bzw. die geometrische Anordnung der (virtuellen) Empfangskanäle sowie die verwendete Modulation mit ein. Zudem werden Signallaufzeiten pro Empfangskanal und/oder Abweichungen in der Signalerzeugung berücksichtigt. Die Modellerstellung kann beispielsweise im Rahmen einer Kalibrierung durchgeführt werden. Vorzugs weise wird derjenige Modellparameter ermittelt, der eine minimale Abweichung zwi schen dem angepassten Radarmodell und den Vorverarbeitungsdaten bedingt. Die Verwendung des auf dem Aufbau des Radarsensors basierenden Radarmodells be dingt, dass dieselbe Informationsmenge bei geringerer Bandbreite übertragen wer den kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Fehlereinheit zum Bestimmen eines Ab weichungsvektors ausgebildet. Vorzugsweise wird dabei ein mehrdimensionaler Ab weichungsvektor bestimmt. Die Abweichung kann als Vektor ermittelt werden, also mehrere Werte umfassen. Zudem ist es möglich, dass eine Abweichung in mehreren Dimensionen ermittelt wird. Eine genaue Rekonstruktion der Vorverarbeitungsdaten wird ermöglicht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Verarbeitungsvorrichtung ist die Beschrei bungseinheit zum Ausführen eines lernenden Algorithmus basierend auf den Vorver arbeitungsdaten ausgebildet. Hierzu werden die Vorverarbeitungsdaten sowie eine vordefinierte Beschreibungsmodellierung verwendet. Das vordefinierte Beschrei- bungsmodell kann dabei auch auf dem Radarsensor, insbesondere auf seiner Topo logie, der Anordnung der Sende- und Empfangsmodule sowie der verwendeten Mo dulation basieren. Das Beschreibungsmodell ist üblicherweise komplexer als das Radarmodell und erfordert für die Berechnung eine höhere Rechenleistung sowie mehr Speicher. Dadurch, dass die Berechnung des Beschreibungsmodells auf der Seite der Verarbeitungsvorrichtung, also nach Übertragung des Modellparameters und der Abweichung erfolgt, stehen diese Ressourcen zur Verfügung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verarbeitungsvorrichtung ist die Empfangsschnittstelle zum Kommunizieren über ein Bussystem, vorzugsweise über ein Fahrzeugbussystem, ausgebildet. Analog zur Sendeschnittstelle der Übermitt lungsvorrichtung empfängt die Empfangsschnittstelle der Verarbeitungsvorrichtung die Abweichung sowie die Modellparameter über ein Fahrzeugbussystem.

Ein Radarsensor sendet ein Radarsignal aus und empfängt Reflexionen des Radar signals an Objekten (auch als Ziele bezeichnet) innerhalb eines Sichtfelds des Ra darsensors. Das Sichtfeld bezeichnet dabei ein Gebiet, innerhalb dessen Objekte erfasst werden können. Ein Radarsensor kann mehrere Einzelsensoren umfassen, die beispielsweise eine 360 Grad-Rundumsicht ermöglichen und somit ein vollständi ges Abbild der Umgebung des Fahrzeugs aufzeichnen können. Die Rohdaten des Radarsensors umfassen insbesondere Signale mehrerer Empfangskanäle des Ra darsensors für mehrere Pulse. Die Rohdaten können auch als Basisbanddaten be zeichnet werden. Vorverarbeitungsdaten bezeichnen hierin insbesondere Daten, die in einem Zwischenschritt anfallen, der üblicherweise innerhalb des Radarsensors (auf einem internen Prozessor des Radarsensors) ausgeführt wird. Vorverarbei tungsdaten können insbesondere anfallen, bevor eine Punktewolke einzelner Scan punkte (auch als Zieleliste, radar target list, bezeichnet) generiert wird. Unter einer Modellierung versteht sich eine Anpassung eines vorbekannten bzw. vordefinierten Radarmodells durch eine Ermittlung eines oder mehrerer Modellparameter des Ra darmodells derart, dass die Vorverarbeitungsdaten möglichst gut abgebildet werden. Das vorbekannte Modell kann insbesondere ein mathematisches Modell sein. Vor zugsweise wird als vordefiniertes Modell eine ein- oder mehrdimensionale Funktion (Kurve) verwendet. Diese Funktion kann dann an die Vorverarbeitungsdaten ange- passt bzw. gefittet werden (curve fitting). Die Funktion kann auf dem Design des Ra darsensors, insbesondere auf der Anordnung der Empfangsantennen und der ver wendeten Modulation, basieren. Bei der Anpassung wird bevorzugt ein Modellpara meter ermittelt, der zu einer bestmöglichen Beschreibung der Vorverarbeitungsdaten durch die Funktion führt bzw. eine Abweichung zwischen Vorverarbeitungsdaten und angepasster Funktion minimiert. Der Modellparameter kann ein- oder mehrdimensio nal sein. Eine Abweichung zwischen Vorverarbeitungsdaten und Radarmodell kann auch als Modellfehler bzw. als Residuum bezeichnet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug;

Fig. 2 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Übermittlungsvorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verarbeitungsvor richtung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Datenverarbeitung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Übermitteln von Vorverarbeitungsdaten; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Weiterverarbeiten von Vorverarbeitungsdaten.

In der Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes System 10 zum Verarbeiten von Vorverarbeitungsdaten eines Radarsensors 12 dargestellt. Neben dem Radarsensor 12 umfasst das System 10 eine Übermittlungsvorrichtung 14 sowie eine Verarbei tungsvorrichtung 16. Das System 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel in ein Fahrzeug 18 integriert. Mit dem Radarsensor 12 werden Objekte 20 innerhalb eines Sichtfelds 22 des Radarsensors 12 erfasst. Die Übermittlungsvorrichtung 14 ist dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel in den Radarsensor integriert und kommuniziert mit der Verarbeitungsvorrichtung 16 über ein Bussystem 24, insbesondere ein Fahr zeugbussystem.

In der Fig. 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Übermittlungsvorrichtung 14 dargestellt. Die Übermittlungsvorrichtung 14 kann insbesondere in einen Radar sensor eines Fahrzeugs integriert sein. Es ist auch möglich, dass die Übermittlungs vorrichtung als Zusatzmodul für einen Radarsensor ausgeführt ist. Ebenfalls ist es möglich, dass die Übermittlungsvorrichtung 14 als Software implementiert ist, die in einem Prozessor eines Radarsensors ausgeführt wird. Die Übermittlungsvorrichtung 14 umfasst eine Eingangsschnittstelle 26, eine Vorverarbeitungseinheit 28, eine Mo dellierungseinheit 30, eine Fehlereinheit 32 sowie eine Sendeschnittstelle 34. Die verschiedenen Einheiten und Schnittstellen können dabei insbesondere einzeln oder kombiniert bzw. vollständig oder teilweise in Soft- und/oder in Hardware implemen tiert sein.

Die Eingangsschnittstelle 26 ist an einen Radarsensor angebunden und dazu ausge bildet, die Rohdaten des Radarsensors zu empfangen. Die Rohdaten umfassen da bei insbesondere die Abtastungen eines Empfangskanals des Radarsensors im Ba sisband.

In der Vorverarbeitungseinheit 28 werden die Rohdaten verarbeitet und basierend auf den Rohdaten Vorverarbeitungsdaten erzeugt. Insbesondere kann in der Vorver arbeitungseinheit 28 eine Punktewolke erzeugt werden, die als regulärer Ausgang des Radarsensors zur Verfügung gestellt wird. Die Vorverarbeitung kann dabei un terschiedliche Schritte umfassen. Insbesondere kann die Vorverarbeitungseinheit dazu ausgebildet sein, eine schnelle Vorverarbeitung (fast-time processing), eine langsame Vorverarbeitung (slow-time processing) und ein Beamforming auszuführen sowie eine Modellanpassung eines vierdimensionalen Modells vorzunehmen. Inso weit ist die Vorverarbeitungseinheit vorzugsweise dazu ausgebildet, eine Standard- vorverarbeitung von Rohdaten innerhalb eines Radarsensors nachzubilden bzw. auszuführen. Dabei versteht es sich, dass die Vorverarbeitungseinheit 28 üblicher weise mehrere Schritte ausführt. Insbesondere kann in der Vorverarbeitungseinheit 28 basierend auf den Rohdaten ein Abstand zwischen dem Radarsensor und dem Objekt im Sichtfeld des Radarsensors ermittelt werden, eine Relativgeschwindigkeit (Dopplergeschwindigkeit) zwischen dem Radarsensor und dem Objekt ermittelt wer den sowie ein Azimut- und/oder Elevationswinkel des Objekts gegenüber dem Ra darsensor bestimmt werden.

Basierend auf den Vorverarbeitungsdaten der Vorverarbeitungseinheit 28 wird in der Modellierungseinheit 30 ein vorbekanntes Radarmodell angepasst. Insbesondere wird ein Modellparameter oder mehrere Modellparameter des vorbekannten Radar modells derart ermittelt, dass die realen Daten (Vorverarbeitungsdaten) nur minimal von der Modellierung abweichen. Die Anpassung kann an unterschiedlichen Stellen bzw. nach unterschiedlichen Schritten der Vorverarbeitung erfolgen. Das vorbekann te Radarmodell ist dabei vorzugsweise basierend auf der geometrischen Anordnung der Empfangsantennen des Radarsensors sowie der verwendeten Modulation fest gelegt. Insbesondere kann ein Modell mit geringer Komplexität verwendet werden, das basierend auf den in einem Radarsensor vorhandenen Prozessor- und Speicher ressourcen aufgestellt bzw. angepasst werden kann. Das Radarmodell kann bei spielsweise in einem Kalibrierungsvorgang des Radarsensors ermittelt werden. Ebenfalls ist es möglich, dass als Radarmodell ein designspezifisch ermitteltes ma thematisches Modell aufgestellt wird, das für alle Radarsensoren einer Bauart kon stant ist. Dieses Modell weist Modellparameter auf. Durch eine Anpassung der Mo dellparameter wird eine Abbildung der Vorverarbeitungsdaten durch das Modell op timiert. In anderen Worten wird ein Abstand zwischen Modell und Vorverarbeitungs daten minimiert.

In der Fehlereinheit 32 wird im nächsten Schritt eine Abweichung zwischen dem an gepassten Radarmodell und den Vorverarbeitungsdaten basierend auf dem ermittel ten Modellparameter bestimmt. Das zuvor aufgestellte Modell wird sozusagen mit den Vorverarbeitungsdaten verglichen. Hierzu kann insbesondere ein Unterschied zwischen einzelnen Werten der Vorverarbeitungsdaten und des (angepassten) Ra darmodells ermittelt werden. Die Abweichung kann auch als Residuum bezeichnet werden und stellt die Differenz zwischen dem Modell und den Vorverarbeitungsdaten dar. Bei der Ermittlung der Abweichung können unterschiedliche Fehlermetriken zum Einsatz kommen.

Über die Sendeschnittstelle 34 werden der Modellparameter und die Abweichung an die Verarbeitungsvorrichtung übertragen. Relevant ist hierbei, dass für die Kodierung der Abweichung aufgrund des verwendeten Radarmodells weniger Bits als für die Kodierung der Rohdaten bzw. der Vorverarbeitungsdaten benötigt werden. Insoweit kann gegenüber einer Übertragung der Vorverarbeitungsdaten selbst Übertragungs bandbreite gespart werden bzw. erst eine Übertragung über ein Bussystem ermög licht werden.

In der Fig. 4 ist schematisch eine erfindungsgemäße Verarbeitungsvorrichtung 16 dargestellt. Die Verarbeitungsvorrichtung umfasst eine Empfangsschnittstelle 36, ei ne Rekonstruktionseinheit 38 sowie eine Beschreibungseinheit 40. Die Einheiten und Schnittstellen der Verarbeitungsvorrichtung 16 können vollständig oder teilweise in Hard- und/oder in Software implementiert sein.

Über die Empfangsschnittstelle 36 werden die Daten der Übermittlungsvorrichtung empfangen. Hierzu kann die Empfangsschnittstelle 36 ebenfalls vorzugsweise an ein Bussystem angeschlossen sein.

In der Rekonstruktionseinheit 38 werden basierend auf dem Modellparameter und der Abweichung die Vorverarbeitungsdaten rekonstruiert. Es werden insoweit also die ursprünglich für die Berechnung der Abweichung und des Modellparameters ver wendeten Vorverarbeitungsdaten wiederhergestellt. Es ist nicht erforderlich, die Vor verarbeitungsdaten selbst zu übertragen bzw. zu empfangen. Es genügt, basierend auf dem Modellparameter und der Abweichung eine Rekonstruktion vorzunehmen. Vorzugsweise erfolgt die Rekonstruktion in der Rekonstruktionseinheit 38 ebenfalls basierend auf dem vorbekannten Radarmodell, das auch in der Verarbeitungsvorrich tung 16 zur Verfügung steht. In der Beschreibungseinheit 40 kann basierend auf den rekonstruierten Vorverarbei tungsdaten ein Beschreibungsparameter ermittelt werden. Insbesondere kann die Beschreibungseinheit 40 zum Ausführen eines lernenden Algorithmus ausgebildet sein. Hierbei wird ein vordefiniertes Beschreibungsmodell verwendet. Insbesondere ist es möglich, dass das vordefinierte Beschreibungsmodell komplexer als das Ra darmodell ist, da in der Verarbeitungsvorrichtung 16, also außerhalb des Radar sensors, Prozessor- und Speicherressourcen zur Verfügung stehen bzw. zur Verfü gung gestellt werden können. Die rekonstruierten Vorverarbeitungsdaten können insbesondere in Ansätzen des maschinellen Lernens verwendet werden. Die Be schreibungseinheit 40 kann das Beschreibungsmodell bzw. die Parameter des Be schreibungsmodells dann an ein Fahrzeugsteuergerät liefern. Im Fahrzeugsteuerge rät kann beispielsweise eine Entscheidung eines autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs basierend auf dem ermittelten Beschreibungsparameter getroffen werden.

In der Fig. 4 ist schematisch eine beispielhafte erfindungsgemäße Datenverarbeitung innerhalb der Übermittlungsvorrichtung dargestellt. Insbesondere kann diese Daten verarbeitung innerhalb des Radarsensors bzw. innerhalb einer Übermittlungsvorrich tung, die in einen Radarsensor integriert ist, ausgeführt werden. Üblicherweise wer den innerhalb eines Radarsensors die Vorverarbeitungsschritte S1 bis S4 basierend auf den Rohdaten ausgeführt. In einem ersten Vorverarbeitungsschritt S1 wird in ei ner schnellen Vorverarbeitung (fast-time processing) eine Fouriertransformation (FFT) oder eine Optimalfilterung pro Radarpuls vorgenommen. In einem zweiten Vorverarbeitungsschritt S2 wird in einer langsamen Vorverarbeitung (slow-time Pro cessing) eine weitere Fouriertransformation (FFT) über mehrere aufeinanderfolgende Radarpulse (beispielsweise 256 oder 512 Pulse) für einen Empfangskanal vorge nommen. In einem dritten Vorverarbeitungsschritt S3 wird ein Beamforming vorge nommen. Zuletzt erfolgt in einem vierten Vorverarbeitungsschritt S4 eine Modellan passung, um die Ausgangsdaten des Radarsensors (Punktewolke) zu erzeugen.

In der Figur sind drei mögliche Varianten V1 -V3 der erfindungsgemäßen Datenverar beitung zum Übermitteln der Vorverarbeitungsdaten dargestellt. Die erfindungsge mäße Ermittlung des Modellparameters und Bestimmung bzw. Übermittlung der Ab weichung kann gemäß den Varianten alternativ oder in Kombination an drei ver- schiedenen Stellen umgesetzt werden. Durch das Ausnutzen eines geringeren Dy namikbereichs bei der Kodierung der Abweichung kann bei der Übertragung im Ver gleich zur Übertragung der Vorverarbeitungsdaten Übertragungsbandbreite einge spart werden.

In der ersten Variante V1 werden Vorverarbeitungsdaten nach dem ersten Vorverar beitungsschritt S1 verwendet. Die Verarbeitung erfolgt dabei pro Empfangskanal und pro Radarpuls. Im Anpassungsschritt Avi wird ein eindimensionales (1 D) Modell ba sierend auf dem Abstand zwischen Radarsensor und Ziel verwendet. Zu diesem Mo dell wird in einem zweiten Abweichungsschritt F_Vi die Abweichung bestimmt. In ei nem Übertragungsschritt Uvi werden dann der Modellparameter sowie die Abwei chung übertragen.

In der zweiten Variante V2 werden Daten nach dem zweiten Vorverarbeitungsschritt S2 verwendet. Die Verarbeitung erfolgt dabei pro Empfangskanal und für mehrere Radarpulse. Im Anpassungsschritt Av2 wird ein zweidimensionales (2D) Modell ba sierend auf dem Abstand und der Geschwindigkeit (Dopplergeschwindigkeit) ver wendet. In einem Abweichungsschritt F 2 wird die Abweichung ermittelt. Zuletzt wird in einem Übertragungsschritt Uv2 eine Übertragung vorgenommen.

In der dritten Variante V3 werden Daten nach dem dritten Vorverarbeitungsschritt S3 verwendet. Es wird ein vierdimensionales (4D) Modell basierend auf Abstand, Ge schwindigkeit, Azimut- und Elevationswinkel verwendet. Es versteht sich, dass es für Radarsensoren ohne Höhenmessung, also für Sensoren mit einem linearen, horizon talen Antennenarray, auch möglich ist, basierend auf einem dreidimensionalen (3D) Modell ohne einen der beiden Winkel zu arbeiten. Da der Anpassungsschritt in der dritten Variante dem vierten Vorverarbeitungsschritt S4 entspricht, können dessen Ausgangsdaten verwendet werden. Es folgen ein Abweichungsschritt Fv3 und ein Übertragungsschritt U_V3·

In der Fig. 5 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Übermitteln von Vorverarbeitungsdaten dargestellt. Das Verfahren umfasst Schritte des Empfangens S10 von Rohdaten, des Erzeugens S12 von Vorverarbeitungsdaten, des Ermittelns S14 eines Modellparameters, des Bestimmens S16 einer Abweichung und des Über tragens S18 des Modellparameters und der Abweichung. Das Verfahren kann bei spielsweise als Software implementiert sein, die auf einem Prozessor eines Radar sensors ausgeführt wird. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren im normalen Betrieb eines Radarsensors angewendet. Die Vorverarbeitungsdaten des Radarsensors werden also ständig zur Weiterverarbeitung übertragen.

In der Fig. 6 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Weiterverarbei ten von Vorverarbeitungsdaten dargestellt. Das Verfahren umfasst Schritte des Emp- fangens S20 eines Modellparameters und einer Abweichung, des Rekonstruierens S22 der Vorverarbeitungsdaten und des Ermittelns S24 eines Beschreibungsparame ters. Das Verfahren kann beispielsweise als Software implementiert sein, die auf ei nem Fahrzeugsteuergerät ausgeführt wird. Vorzugsweise wird das Verfahren wäh rend des normalen Betriebs eines Radarsensors basierend auf dessen aktuellem Ausgang angewendet.

Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend be schrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungs formen beschränkt. Andere Au sf ü h ru n g sf orm en oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer ge nauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentan sprüche.

In den Patentansprüchen schließen die Wörter„umfassen“ und„mit“ nicht das Vor handensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der Undefinierte Artikel„ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprü chen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet wer- den kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger ge speichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hard ware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.

Bezuqszeichen System

Radarsensor

Übermittlungsvorrichtung

Verarbeitungsvorrichtung

Fahrzeug

Objekt

Sichtfeld

Bussystem

Eingangsschnittstelle

Vorverarbeitungseinheit

Modellierungseinheit

Fehlereinheit

Sendeschnittstelle

Empfangsschnittstelle

Rekonstruktionseinheit

Beschreibungseinheit

Claims

Patentansprüche

1. Übermittlungsvorrichtung (14) zum Übermitteln von Vorverarbeitungsdaten eines Radarsensors (12), mit:

einer Eingangsschnittstelle (26) zum Empfangen von Rohdaten des Radar sensors mit Informationen über ein Objekt (20) in einem Sichtfeld (22) des Radar sensors, wobei die Rohdaten mindestens ein Signal eines Empfangskanals des Ra darsensors umfassen;

einer Vorverarbeitungseinheit (28) zum Erzeugen von Vorverarbeitungsdaten basierend auf den Rohdaten;

einer Modellierungseinheit (30) zum Ermitteln eines Modellparameters eines vorbekannten Radarmodells basierend auf den Vorverarbeitungsdaten, um das vor bekannte Radarmodell an die Vorverarbeitungsdaten anzupassen;

einer Fehlereinheit (32) zum Bestimmen einer Abweichung zwischen dem an gepassten vorbekannten Radarmodell und den Vorverarbeitungsdaten basierend auf dem ermittelten Modellparameter; und

einer Sendeschnittstelle (34) zum Übertragen des Modellparameters und der Abweichung.

2. Übermittlungsvorrichtung (14) nach Anspruch 1 , wobei die Vorverarbeitungs einheit (28) zum Erzeugen von eindimensionalen Vorverarbeitungsdaten mit einem Abstand zwischen dem Radarsensor (12) und dem Objekt (20) ausgebildet ist, vor zugsweise basierend auf einer Anwendung einer Fouriertransformation und/oder ei nes Optimalfilters auf ein Signal eines Empfangskanals für einen Radarpuls.

3. Übermittlungsvorrichtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo bei die Vorverarbeitungseinheit (28) zum Erzeugen von zweidimensionalen Vorver arbeitungsdaten mit einem Abstand und mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Radarsensor (12) und dem Objekt (20) ausgebildet ist, wobei die Relativge schwindigkeit vorzugsweise basierend auf einer Anwendung einer Fouriertransforma tion auf ein Signal eines Empfangskanals für mehrere Radarpulse ermittelt wird.

4. Übermittlungsvorrichtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo bei

die Eingangsschnittstelle (26) zum Empfangen von Rohdaten mit mehreren Signalen mehrerer Empfangskanäle des Radarsensors (12) ausgebildet ist; und

die Vorverarbeitungseinheit (28) zum Erzeugen von drei- oder vierdimensiona len Vorverarbeitungsdaten mit einem Abstand und mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Radarsensor und dem Objekt (20) sowie mit einem Azimut- und/oder Elevationswinkel des Objekts gegenüber dem Radarsensor ausgebildet ist, wobei der Azimut- und/oder Elevationswinkel vorzugsweise basierend auf einer Anwendung eines Beamformings auf mehrere Signale mehrerer Empfangskanäle für mehrere Radarpulse ermittelt wird.

5. Übermittlungsvorrichtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo bei die Sendeschnittstelle (34) zum Kommunizieren über ein Bussystem (24), vor zugsweise über ein Fahrzeugbussystem, ausgebildet ist.

6. Übermittlungsvorrichtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo bei die Modellierungseinheit (30)

zum Verwenden eines vorbekannten Radarmodells ausgebildet ist, das auf ei nem Aufbau des Radarsensors (12) basiert; und/oder

zum Ermitteln eines Modellparameters ausgebildet ist, durch den die Abwei chung zwischen dem vorbekannten Radarmodell und den Vorverarbeitungsdaten minimiert wird.

7. Übermittlungsvorrichtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo bei die Fehlereinheit (32) zum Bestimmen eines Abweichungsvektors ausgebildet ist, vorzugsweise eines mehrdimensionalen Abweichungsvektors.

8. Radarsensor (12) zum Einbauen in ein Fahrzeug mit einer Übermittlungsvor richtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche.

9. Verarbeitungsvorrichtung (16) zum Weiterverarbeiten von Vorverarbeitungsda ten eines Radarsensors (12), mit: einer Empfangsschnittstelle (36) zum Empfangen eines Modellparameters ei nes vorbekannten Radarmodells und einer Abweichung zwischen dem vorbekannten Radarmodell und Vorverarbeitungsdaten, an die das vorbekannte Radarmodell ba sierend auf dem Modellparameter angepasst wurde;

einer Rekonstruktionseinheit (38) zum Rekonstruieren der Vorverarbeitungs daten basierend auf dem Modellparameter und der Abweichung; und

einer Beschreibungseinheit (40) zum Ermitteln eines Beschreibungsparame ters zum Beschreiben der Vorverarbeitungsdaten, vorzugsweise basierend auf einem vordefinierten Beschreibungsmodell.

10. Verarbeitungsvorrichtung (16) nach Anspruch 9, wobei die Beschreibungsein heit (40) zum Ausführen eines lernenden Algorithmus basierend auf den Vorverarbei tungsdaten ausgebildet ist.

11. Verarbeitungsvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei die Empfangsschnittstelle (36) zum Kommunizieren über ein Bussystem (24), vorzugs weise über ein Fahrzeugbussystem, ausgebildet ist.

12. System (10) zum Verarbeiten von Vorverarbeitungsdaten eines Radarsensors (12), mit:

einem Radarsensor zum Erfassen eines Objekts (20) in einem Sichtfeld (22) des Radarsensors, wobei der Radarsensor vorzugsweise in ein Fahrzeug eingebaut ist;

einer Übermittlungsvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und einer Verarbeitungsvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.

13. Verfahren zum Übermitteln von Vorverarbeitungsdaten eines Radarsensors (12), mit den Schritten:

Empfangen (S10) von Rohdaten des Radarsensors mit Informationen über ein Objekt (20) in einem Sichtfeld (22) des Radarsensors, wobei die Rohdaten mindes tens ein Signal eines Empfangskanals des Radarsensors umfassen;

Erzeugen (S12) von Vorverarbeitungsdaten basierend auf den Rohdaten; Ermitteln (S14) eines Modellparameters eines vorbekannten Radarmodells basierend auf den Vorverarbeitungsdaten, um das vorbekannte Radarmodell an die Vorverarbeitungsdaten anzupassen;

Bestimmen (S16) einer Abweichung zwischen dem angepassten vorbekann ten Radarmodell und den Vorverarbeitungsdaten basierend auf dem ermittelten Mo dellparameter; und

Übertragen (S18) des Modellparameters und der Abweichung.

14. Verfahren zum Weiterverarbeiten von Vorverarbeitungsdaten eines Radar sensors (12), mit den Schritten:

Empfangen (S20) eines Modellparameters eines vorbekannten Radarmodells und einer Abweichung zwischen dem vorbekannten Radarmodell und Vorverarbei tungsdaten, an die das vorbekannte Radarmodell basierend auf dem Modellparame ter angepasst wurde;

Rekonstruieren (S22) der Vorverarbeitungsdaten basierend auf dem Modell parameter und der Abweichung; und

Ermitteln (S24) eines Beschreibungsparameters zum Beschreiben der Vorver arbeitungsdaten, vorzugsweise basierend auf einem vordefinierten Beschreibungs modell.

15. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 und 14, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.