DE102013019803A1

DE102013019803A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Objekthöhe aus Radardaten

Info

Publication number: DE102013019803A1
Application number: DE102013019803.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Barjenbruch; Hans-Ludwig Bloecher; Jürgen Dickmann; Christoph Fischer; Dominik Kellner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Veoneer Sweden AB
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Objekthöhe aus mittels einer an einem Fahrzeug (2) angeordneten Radarvorrichtung (1) ermittelten Radardaten, wobei eine zeitliche Veränderung einer Entfernung des Objekts (O1, O2) zu der Radarvorrichtung (1) ermittelt und eine Intensitätsmodulation eines von der Radarvorrichtung (1) empfangenen Echosignals (S) durchgeführt wird. Erfindungsgemäß werden zusätzlich in Abhängigkeit eines Höhenwinkels (α) einer optischen Achse (OA) der Radarvorrichtung (1) Reflexionen des Objekts (O1, O2) unterhalb und/oder oberhalb der Radarvorrichtung (1) befindlicher Flächen (F), insbesondere Boden- und/oder Deckenreflexionen, ermittelt, wobei anhand der ermittelten Entfernung und der Intensitätsmodulation die Objekthöhe über einer unterhalb der Radarvorrichtung (1) befindlichen Fläche (F) und/oder eine lichte Höhe zu einer oberhalb der Radarvorrichtung (1) befindlichen Fläche ermittelt werden bzw. wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Objekthöhe aus mittels einer an einem Fahrzeug angeordneten Radarvorrichtung ermittelten Radardaten, wobei eine zeitliche Veränderung einer Entfernung des Objekts zu der Radarvorrichtung ermittelt und eine Intensitätsmodulation eines von der Radarvorrichtung empfangenen Echosignals durchgeführt wird.
Aus der DE 10 2009 032 114 A1 ist ein Radarsystem zur Umfelderfassung eines Kraftfahrzeugs mit Sendemitteln zur Abstrahlung von Sendesignalen mit einer oder mehreren Sendeantennen, Empfangsmitteln zum Empfang von an Objekten reflektierten Sendesignalen mit einer oder mehreren Empfangsantennen und Signalverarbeitungsmitteln zur Prozessierung der empfangenen Signale bekannt. Die Empfangssignale werden aus unterschiedlichen Kombinationen von Sende- und Empfangsantennen akquiriert, wobei jeder Kombination ein relatives Phasenzentrum zugeordnet ist, welches als Summe der beiden Vektoren von einem Referenzpunkt zu den Phasenzentren der jeweiligen Sende- und der jeweiligen Empfangsantennen definiert ist. Für eine Elevationsmessfähigkeit haben die relativen Phasenzentren dieser Kombinationen aus Sende- und Empfangsantennen nicht alle gleiche vertikale Positionen. In den Signalverarbeitungsmitteln zur Erkennung von unter- und bzw. oder überfahrbaren insbesondere stationären Objekten wird ein Maß verwendet, welches wenigstens eine Abweichung gegenüber den sich bei Empfangssignalen aus nur einem Elevationswinkel ergebenden Verhältnissen ausnutzt. Dabei wird in Zusammenhang mit einer spiegelnden Eigenschaft von Straßenoberflächen eine Größe und bzw. oder ein Betrag, insbesondere jeweils gefiltert über eine Objektentfernung, und bzw. oder eine entfernungsbezogene Variation dieses Maßes für eine zumindest grobe Schätzung der Höhe von Objekten über der Straßenoberfläche benutzt.
Weiterhin ist aus der DE 10 2010 007 415 A1 ein Verfahren zum Verarbeiten von Radarsignalen zur Schätzung einer Objekthöhe eines Objekts über einer reflektierenden Fläche bekannt. Hierbei wird eine zeitliche Veränderung einer Entfernung des Objekts von einer Radaranordnung bestimmt und eine Intensitätsmodulation eines Empfangssignals wird ermittelt. Aus einem Verlauf der Intensitätsmodulation über einer reziproken Entfernung des Objekts und über dem Quotienten aus einer Radarhöhe und der Entfernung des Objekts wird eine Aussage über die Objekthöhe des Objekts über der reflektierenden Fläche abgeleitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Objekthöhe aus Radardaten anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Verfahren zur Bestimmung einer Objekthöhe aus mittels einer an einem Fahrzeug angeordneten Radarvorrichtung ermittelten Radardaten wird eine zeitliche Veränderung einer Entfernung des Objekts zu der Radarvorrichtung ermittelt und eine Intensitätsmodulation eines von der Radarvorrichtung empfangenen Echosignals durchgeführt.
Erfindungsgemäß werden zusätzlich in Abhängigkeit eines Höhenwinkels einer optischen Achse der Radarvorrichtung Reflexionen des Objekts unterhalb und/oder oberhalb der Radarvorrichtung befindlicher Flächen, insbesondere Boden- und/oder Deckenreflexionen, ermittelt, wobei anhand der ermittelten Entfernung und der Intensitätsmodulation die Objekthöhe über einer unterhalb der Radarvorrichtung befindlichen Fläche und/oder eine lichte Höhe zu einer oberhalb der Radarvorrichtung befindlichen Fläche ermittelt werden bzw. wird.
Somit ist eine besonders genaue, schnelle und zuverlässige Höhenbestimmung von Objekten möglich. Daraus folgend ist es möglich, dass in Abhängigkeit der ermittelten Objekthöhe und/oder lichten Höhe betriebene Fahrerassistenzvorrichtungen, wie beispielsweise ein Bremsassistent, schneller erkennen, ob ein Eingreifen in eine Quer- und Längstrajektorie des Fahrzeugs, wie beispielsweise durch eine Notbremsung, erforderlich ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine zeitabhängige Darstellung einer Frequenz eines von einer Radarvorrichtung empfangenen Echosignals,
2 schematisch eine Radarvorrichtung,
3 schematisch eine zeitabhängige Darstellung von Positionen von Empfangsantennen der Radarvorrichtung gemäß 2,
4 schematisch eine Ausführung einer Höhenschätzung,
5 schematisch eine Bestimmung eines Höhenwinkels,
6 schematisch eine erste Anordnung der Radarvorrichtung zu einer unterhalb dieser befindlichen Fläche und eine Ermittlung einer Reflexion dieser Fläche, und
7 schematisch eine zweite Anordnung der Radarvorrichtung zu einer unterhalb dieser befindlichen Fläche und eine Ermittlung einer Reflexion dieser Fläche.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine zeitabhängige Darstellung einer Frequenz f eines empfangenen Echosignals S dargestellt. Das Echosignal S wurde dabei von Radarvorrichtung 1 empfangen, welche in 2 näher dargestellt ist.
Die Radarvorrichtung 1 umfasst dabei zwei in eine Richtung y, welche eine Blickrichtung der Radarvorrichtung 1 bildet, ausgerichtete Sendeantennen 1.1, 1.2 und ein so genanntes Empfangsarray mit mehreren Empfangsantennen 1.3 bis 1.6. Dabei ist die Radarvorrichtung 1 insbesondere als Dauerstrichradar, auch bekannt als CW-Radar (englisch: continuous wave radar) oder FMCW-Radar (englisch: frequency modulated continuous wave radar), ausgebildet.
Bei allgemein bekannten Verfahren werden mittels Radarvorrichtungen 1 eine Entfernung zu der Radarvorrichtung 1 und eine Geschwindigkeit eines Objekts mittels des so genannten ”Schnelle-Rampen-Verfahrens”, englisch Chirp Sequence, ermittelt. Eine Sendebandbreite und eine Abtastfrequenz werden dabei an eine jeweilige Anwendung angepasst.
Wie in 1 dargestellt, wird das Echosignal S über die Zeit t erfasst, wobei sich Rampen R1 bis R4 mit einer jeweiligen Rampendauer T bilden. Eine Messung einer Dopplergeschwindigkeit, aus welcher die Entfernung und Geschwindigkeit eines Objekts ermittelbar ist, erfolgt durch Bestimmung einer Phasenänderung von Rampe R1 bis R4 zu Rampe R1 bis R4.
3 zeigt eine zeitabhängige Darstellung von Positionen von der Empfangsantennen 1.3 bis 1.6 der Radarvorrichtung 1. Ist die Radarvorrichtung 1 an einem sich in Richtung y bewegenden Fahrzeug 2 angeordnet, ergeben sich in Abhängigkeit von der Zeit t die dargestellten Positionen der Empfangsantennen 1.3 bis 1.6.
Bewegt sich somit der Radarsensor 1 mit den Empfangsantennen 1.3 bis 1.6, welche nicht parallel zur Fahrtrichtung, d. h. zur Richtung y, sondern insbesondere senkrecht zu dieser angeordnet sind, entlang einer bekannten Trajektorie, im dargestellten Fall geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit v, erfolgen die einzelnen Rampen R1 bis R4 des Echosignals S zu unterschiedlichen Zeitpunkten und damit ebenfalls an unterschiedlichen Positionen. Damit kann über die Zeit t ein zweidimensionales Antennenarray A aufgespannt werden. Der Abstand der Empfangsantennen 1.3 bis 1.6 in Fahrtrichtung bestimmt sich dabei über die Geschwindigkeit v der Radarvorrichtung 1, d. h. des Fahrzeugs 2 und einen zeitlichen Abstand der einzelnen Rampen R1 bis R4.
In 4 ist dieser Zusammenhang vereinfacht für eine einzelne Empfangsantenne 1.3 dargestellt. Die Empfangsantenne 1.3 bewegt sich dabei – gemeinsam mit dem Fahrzeug 2 in Richtung y – über die Zeit t entlang einer Trajektorie mit einer Geschwindigkeit v auf zwei Objekte O1, O2 mit unterschiedlicher Objekthöhe zu.
Zur Bestimmung dieser Objekthöhe aus mittels der am Fahrzeug 2 angeordneten Radarvorrichtung 1 ermittelten Radardaten wird eine zeitliche Veränderung einer Entfernung des jeweiligen Objekts O1, O2 zu der Radarvorrichtung 1 ermittelt und eine Intensitätsmodulation eines von der Radarvorrichtung 1 empfangenen Echosignals S durchgeführt. Zusätzlich werden in Abhängigkeit eines in 7 näher dargestellten Höhenwinkels α einer optischen Achse OA der Radarvorrichtung 1 Reflexionen des jeweiligen Objekts O1, O2 unterhalb und/oder oberhalb der Radarvorrichtung befindlicher und in den 6 und 7 näher dargestellter Flächen F, insbesondere Boden- und/oder Deckenreflexionen, ermittelt, wobei anhand der ermittelten Entfernung und der Intensitätsmodulation die Objekthöhe über einer unterhalb der Radarvorrichtung 1 befindlichen Fläche F und/oder eine lichte Höhe zu einer oberhalb der Radarvorrichtung befindlichen Fläche ermittelt werden bzw. wird.
Hierbei erfolgt die Bestimmung der Objekthöhe mittels eines so genannten Beamforming-Verfahrens, wobei die Bestimmung eines Zielwerts des Höhenwinkels α anhand der ermittelten Objekthöhe erfolgt. Dabei wird in Abhängigkeit einer Eigengeschwindigkeit der Radarvorrichtung 1, d. h. der Geschwindigkeit v, ein virtuelles Antennenarray A gemäß 3 gebildet, wobei anhand der Bewegung der Radarvorrichtung 1 der Höhenwinkel α der optischen Achse OA ermittelt wird.
Die Bestimmung des Höhenwinkels α, auch als Elevationswinkel bezeichnet, ist in 5 dargestellt.
Dabei ergibt sich ein dem Höhenwinkel α entsprechender Auftreff- oder Objektwinkel Φ gemäß Φ = arcsin Δl / vT = arcsin λΔΦ / 2πvT (1) mit Δl = λ / 2πΔφ (2) aus einer Wellenlängendifferenz Δl zwischen Echosignalen S verschiedener Wellenfronten WF, einer Phasendifferenz Δφ zwischen den Empfangsantennen 1.3 bis 1.6 und einem aus dem Produkt der Geschwindigkeit v und der Rampendauer T gebildeten Abstand zwischen den Wellenfronten WF.
In den 6 und 7 sind verschiedene Anordnungen der Radarvorrichtung 1 zu einer unterhalb dieser befindlichen Fläche F und eine Ermittlung einer Reflexion dieser Fläche F, im dargestellten Beispiel einer Bodenreflexion, dargestellt. Dabei sind die so genannten Antennendiagramme der Radarvorrichtung 1 und unterschiedliche Ausbreitungswege dargestellt.
Die Bodenreflexion des Objekts O1 wird verwendet, um aus dem zeitlichen Verlauf der Überlagerung von direkter und reflektierter Welle auf die Höhe des Objekts O1 zu schließen. Blickt die Radarvorrichtung 1 gemäß 6 mit einem Höhenwinkel α von 0° geradeaus, überlagern sich beide Pfade mit nahezu gleicher Amplitude. Je nach Phasenlage der Signale entsteht ein so genanntes Geisterobjekt O1' mit geringerer Objekthöhe als die des eigentlichen Objekts O1.
Blickt die Radarvorrichtung 1 gemäß 7 beispielsweise mit einem Höhenwinkel α von 10° nach oben, wird der indirekte Ausbreitungsweg stärker gedämpft als der direkte und die Höhenschätzung wird weniger stark verfälscht, als im Fall ohne Elevation. Es lassen sich somit bei der Radarvorrichtung 1 mit variabler Blickrichtung in Elevation, d. h. variabel einstellbarem Höhenwinkel α, zwei Kriterien zur Bestimmung der Unterfahrbarkeit ableiten.
Gemäß einem ersten Kriterium variiert die Höhenschätzung stark zwischen den beiden Blickrichtungen, wobei beide Auswertungen berücksichtigt werden. Hierbei kann ein Schwellwert definiert werden, ab dem ein Objekt O1 als unterfahrbar klassifiziert wird.
Gemäß einem zweiten Kriterium weist das Objekt O1 bei Auswertung mit der in Elevation blickenden Radarvorrichtung 1 eine unterfahrbare Objekthöhe auf, wobei eine Beeinflussung durch den indirekten Ausbreitungspfad vernachlässigt wird und nur die Messung mit Elevation ausgewertet wird.
Alternativ oder zusätzlich ist das beschriebene Verfahren analog in umgekehrter Weise auch zur Klassifizierung von überfahrbaren Objekten anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Radarvorrichtung
1.1, 1.2: Sendeantenne
1.3 bis 1.6: Empfangsantenne
2: Fahrzeug
A: Antennenarray
f: Frequenz
F: Fläche
OA: optische Achse
O1, O2: Objekt
O1': Geisterobjekt
R1 bis R4: Rampe
S: Echosignal
t: Zeit
T: Rampendauer
v: Geschwindigkeit
WF: Wellenfront
y: Richtung
x: Richtung
α: Höhenwinkel
Δl: Wellenlängendifferenz
Φ: Auftreff- und Objektwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009032114 A1 [0002]
DE 102010007415 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Objekthöhe aus mittels einer an einem Fahrzeug (2) angeordneten Radarvorrichtung (1) ermittelten Radardaten, wobei eine zeitliche Veränderung einer Entfernung des Objekts (O1, O2) zu der Radarvorrichtung (1) ermittelt und eine Intensitätsmodulation eines von der Radarvorrichtung (1) empfangenen Echosignals (S) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in Abhängigkeit eines Höhenwinkels (α) einer optischen Achse (OA) der Radarvorrichtung (1) Reflexionen des Objekts (O1, O2) unterhalb und/oder oberhalb der Radarvorrichtung (1) befindlicher Flächen (F), insbesondere Boden- und/oder Deckenreflexionen, ermittelt werden, wobei anhand der ermittelten Entfernung und der Intensitätsmodulation die Objekthöhe über einer unterhalb der Radarvorrichtung (1) befindlichen Fläche (F) und/oder eine lichte Höhe zu einer oberhalb der Radarvorrichtung (1) befindlichen Fläche ermittelt werden bzw. wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer Eigengeschwindigkeit der Radarvorrichtung (1) ein virtuelles Antennenarray (A) gebildet wird, wobei anhand einer Bewegung der Radarvorrichtung (1) der Höhenwinkel (α) der optischen Achse (OA) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenwinkel (α) variabel eingestellt wird.