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DE102024203950A1 - Verfahren zum Bestimmen von zumindest einer Eigengeschwindigkeit von zumindest einem Objekt in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs, Computerprogrammprodukt, computerlesbares Speichermedium sowie Erfassungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen von zumindest einer Eigengeschwindigkeit von zumindest einem Objekt in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs, Computerprogrammprodukt, computerlesbares Speichermedium sowie Erfassungsvorrichtung

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Publication number
DE102024203950A1
DE102024203950A1 DE102024203950.0A DE102024203950A DE102024203950A1 DE 102024203950 A1 DE102024203950 A1 DE 102024203950A1 DE 102024203950 A DE102024203950 A DE 102024203950A DE 102024203950 A1 DE102024203950 A1 DE 102024203950A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
amplitude
motor vehicle
determining
velocity
detection device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024203950.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Gisder
Heiko Gustav Kurz
Marc-Michael Meinecke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102024203950.0A priority Critical patent/DE102024203950A1/de
Priority to PCT/EP2025/061301 priority patent/WO2025224286A1/de
Publication of DE102024203950A1 publication Critical patent/DE102024203950A1/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von einer Eigengeschwindigkeit von einem Objekt (16) in einer Umgebung, mit den Schritten: Aussenden von Sendesignalen und Empfangen von an dem Objekt (16) reflektierten Empfangssignalen (10) über zumindest zwei Zeitzyklen; Identifizieren von einer Sendeantenne (4) und zumindest zwei Empfangsantennen (5); Erzeugen einer ersten Amplitudenkarte (17) der Umgebung für einen ersten Zeitschritt und Erzeugen einer zweiten Amplitudenkarte (17) für einen zweiten Zeitschritt; Identifizieren einer dem Objekt (16) zugeordneten ersten Amplitude in der ersten Amplitudenkarte (17) und einer dem Objekt (16) zugeordneten zweiten Amplitude in der zweiten Amplitudenkarte (17); Bestimmen einer ersten Position des Objekts (16) in der ersten Amplitudenkarte (17) und Bestimmen einer zweiten Position des Objekts (16) in der zweiten Amplitudenkarte (17); und Bestimmen der Eigengeschwindigkeit des Objekts (16) in Abhängigkeit von der ersten Position und der zweiten Position. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium sowie eine Erfassungsvorrichtung (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von zumindest einer Eigengeschwindigkeit von zumindest einem Objekt in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs mittels einer Erfassungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs gemäß dem geltenden Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium sowie eine Erfassungsvorrichtung.
  • Für das automatische Fahren ist eine möglichst sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Dabei wird das Umfeld mithilfe von Sensoren wie Radar, LIDAR und Kamera erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche 360-Grad-3D-Erfassung der Umwelt, sodass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden. Insbesondere LIDAR kommt in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zugute, da dieser Sensortyp präzise in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Sensoren kostenintensiv und in ihrem Aufbau aufwendig. Insbesondere 360-Grad-3D-Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind, um dies zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Sensoren verbaut. Weiterhin sind LIDAR-Systeme anfällig gegenüber Wettereinflüssen wie Regen, Nebel oder direkte Sonneneinstrahlung.
  • Radarsensoren sind seit Jahren im mobilen Sektor etabliert und liefern bei allen Witterungsbedingungen zuverlässig und ausfallsicher Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse wie Regen, Nebel, Schnee, Staub und Dunkelheit beeinflussen kaum ihre Wahrnehmungszuverlässigkeit. Allerdings ist ihr Auflösungsvermögen bisher beschränkt, im Einsatz befindliche Serien-Radare weisen ein Auflösungsvermögen von etwa sieben Grad auf. Um die Anforderungen für die Stufen vier und fünf des automatisierten Fahrens mit sicherer Fahrfunktion zu erreichen, müssen Radarsensoren dreidimensionale Bilder mit feiner Auflösung im Bereich von 0,1 Grad und noch feiner mit einer großen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefern. Dies kann mit der konventionellen Radartechnik nicht erreicht werden, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist.
  • Die DE 10 2019 103 684 A1 beschreibt ein Fahrzeugsystem, wie beispielsweise ein Multiple-Input-Multiple-Output-(MIMO)-Radarsystem, zum Schätzen einer Doppler-Frequenzverschiebung und ein Verfahren zu dessen Verwendung. In einem Beispiel wird ein moduliertes Signal mit einer orthogonalen Codesequenz gemischt und von einer Sendeantennenordnung mit einer Vielzahl von Sendeantennen übertragen. Die Signale reflektieren von einem Zielobjekt und werden von einer Empfangsantennenanordnung mit einer Vielzahl von Empfangsantennen empfangen. Jedes der empfangenen Signale, das wahrscheinlich eine Doppler-Frequenzverschiebung beinhaltet, wird verarbeitet und mit einer Reihe von Frequenzverschiebungshypothesen gemischt, die dazu bestimmt sind, die Doppler-Frequenzverschiebung zu kompensieren und zu einer Reihe von Korrelationswerten zu führen. Die Frequenzverschiebungshypothese mit dem höchsten Korrelationswert wird ausgewählt und zum Korrigieren der Doppler-Frequenzverschiebung verwendet, um genauere Zielobjektparameter, wie beispielsweise die Geschwindigkeit, zu erhalten.
  • Die DE 102017 110 063 A1 betrifft ein Radarsystem zur Erfassung eines Umfeldes eines sich bewegenden Objekts, insbesondere eines Fahrzeuges und/oder einer Transportvorrichtung, wie insbesondere eines Kranes, wobei das System auf dem sich bewegenden Objekt montiert oder montierbar ist, wobei das Radar-System mindestens zwei nicht-kohärente Radarmodule mit mindestens einer Sende- und mindestens einer Empfangsantenne umfasst, wobei die Radarmodule auf dem sich bewegenden Objekt verteilt angeordnet oder anordenbar sind, wobei mindestens eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die konfiguriert ist, Sende- und Empfangssignale der Radarmodule zu modifizierten Messsignalen zu verarbeiten derart, dass die modifizierten Messsignale zueinander kohärent sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium sowie eine Erfassungsvorrichtung zu schaffen, mittels welchen verbessert zumindest eine Eigengeschwindigkeit eines Objekts innerhalb einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs bestimmt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium sowie eine Erfassungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von zumindest einer Eigengeschwindigkeit von zumindest einem Objekt in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs mittels einer Erfassungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs. Die Erfassungsvorrichtung wird dabei mit einer Vielzahl von Sendeantennen am Kraftfahrzeug und einer Vielzahl von Empfangsantennen am Kraftfahrzeug bereitgestellt. Es erfolgt das Aussenden von Sendesignalen in die Umgebung mittels der Sendeantennen und das Empfangen von an dem zumindest einem Objekt reflektierten Empfangssignalen mittels der Empfangsantenne über zumindest zwei Zeitzyklen. Es wird zumindest eine Sendeantenne und zumindest zwei der Sendeantennen lokal zugeordneten Empfangsantennen in Abhängigkeit von dem Sendesignal und den Empfangssignalen mittels der elektronischen Recheneinrichtung identifiziert. Es erfolgt das Erzeugen einer ersten Amplitudenkarte der Umgebung in Abhängigkeit von den Empfangssignalen für einen ersten Zeitschritt und das Erzeugen einer zweiten Amplitudenkarte der Umgebung in Abhängigkeit von den Empfangssignalen für einen dem ersten Zeitschrift folgenden zweiten Zeitschritt mittels der elektronischen Recheneinrichtung, wobei die Amplitudenkarte dabei insbesondere in Abhängigkeit der identifizierten Sendeantenne und der dazu zugeordneten Empfangsantennen erzeugt wird. Es erfolgt das Identifizieren einer dem Objekt zugeordneten ersten Amplitude in der ersten Amplitudenkarte und das Identifizieren einer dem Objekt zugeordneten zweiten Amplitude in der zweiten Amplitudenkarte mittels der elektronischen Recheneinrichtung. Es wird eine erste Position des Objekts in der ersten Amplitudenkarte in Abhängigkeit von der ersten Amplitude bestimmt und es wird eine zweite Position des Objekts in der zweiten Amplitudenkarte in Abhängigkeit von der zweiten Amplitude mittels der elektronischen Recheneinrichtung bestimmt. Es erfolgt dann das Bestimmen der Eigengeschwindigkeit des Objekts in Abhängigkeit von der ersten Position und der zweiten Position mittels der elektronischen Recheneinrichtung.
  • Dadurch ist es ermöglicht, dass die Eigengeschwindigkeit zuverlässig mittels der Erfassungsvorrichtung bestimmt werden kann.
  • Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Sendeantennen und/oder Empfangsantennen als sogenannte EPIC-Chip (elektronisch-photonisch co-integrierte Chips) bereitgestellt werden. Insbesondere handelt es sich dabei um sogenannte phontonische Radarsysteme zur Erhöhung des Auflösungsvermögens, welche auf die Kointegration von elektronischen und photonischen Komponenten in einem einzigen Halbleiter setzen. Dabei erfolgt die Erzeugung eines sogenannten FMCW-Signals (Frequence modulated continuous wave) sowie die gesamte Signalverarbeitung und -auswertung werden dabei durch eine Zentralstation durchgeführt. Jedes Sende- und Empfangsmodul ist dabei aus dem elektronisch-photonisch kointegrierten Chip (EPIC) ausgebildet. Für die Kointegration wird eine Siliziumphotonik-Technologie verwendet. Dies ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik gemeinsam auf einem Chip. Die technische Innovation eines solchen Systems liegt dabei insbesondere in der Signalübertragung von Gigahertz-Signalen mittels eines optischen Trägersignals im Terahertz-Frequenzbereich. Die Zentralstation erzeugt dabei eine optische Trägerfrequenz, insbesondere im Terahertz-Bereich. Auf diese wird das zu übertragende Signal mit beispielsweise einem Achtel der Radarfrequenz moduliert und per optischer Phase an die Antennenchips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, sodass die Strahlung von den Antennenchips in ihrer ursprünglichen Gestalt emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht entsprechend auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation prozessiert.
  • Durch die großflächige Verteilung der EPIC-Chips auf der Fahrzeugoberfläche und der kohärenten Signalprozessierung der einzelnen Antennen kann das Auflösungsvermögen in dem Bereich von 0,1 Grad verfeinert werden. Dabei wird insbesondere ein sogenanntes Spars-Array verwendet. Dies bedingt jedoch einen unvorteilhaften Kontrast zwischen der Amplitude der Haupt- und Nebenkeule, sodass Mehraufwände in der Signalprozessierung zur Zieldetektion entstehen und Mehrdeutigkeiten in der Zieldetektion auftreten können.
  • Die Anwendung von Algorithmen aus der Familie der Synthetik Aperture Radar (SAR)-Algorithmen ermöglicht dabei die Konstruktion großer virtueller Apertur durch Synthese vieler Radar-Einzelmessungen entlang der zurückgelegten Strecken eines bewegten Radar-Sensors. Nach Anwendung des Rekonstruktionsschrittes (SAR-Algorithmus) besitzt die konstruierte virtuelle Apertur die gleichen Eigenschaften wie eine äquivalente physische Apertur gleicher Dimension. Unabdingbar für den Konstruktionsschritt ist dabei die Einhaltung des sogenannten Nyquist-Kriteriums, welches sich im Fall einer synthetischen Apertur auf den räumlichen Abstand aufeinanderfolgender Einzelmessungen bezieht: Δ s = λ 4 mit Δs als räumliche Abstand aufeinanderfolgender Messpositionen und λ einer Wellenlänge des Trägersignals.
  • Charakteristisch für die Anwendung von SAR-Algorithmen während des Konstruktionsschrittes ist die Ausrichtung des Sensors senkrecht zur Bewegungsrichtung einer Trägerplattform, um eine möglichst große Apertur abzudecken.
  • Entgegen der konventionellen Vorgehensweise einer virtuellen Apertur durch Bewegung eines Sensors aufzuspannen, kann eine virtuelle Apertur ebenfalls durch zeitliche Synthese großflächig angeordneter Einzelantennen aufgespannt werden. Grundvoraussetzung für die Anwendbarkeit sind kohärente Empfangseigenschaften der Einzelantennen sowie das Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO)-Prinzip. Insbesondere erzeugen dabei abwechselnde Sendevorgänge neue virtuelle Antennen, deren Position den Freiraum zwischen den physisch verbauten Antennen abdecken, deren räumliche Abstände zueinander allerdings nicht dem Kriterium nach Nyquist genügen.
  • Jede virtuelle Empfangsantenne empfängt nach Durchlauf eines Sendevorgangs innerhalb eines MIMO-Zyklus ein Empfangssignal, das gegenüber dem Sendesignal zeitlich verschoben ist. Für die Anwendbarkeit der SAR-Algorithmen ist die Anzahl virtueller Empfangsantennen zu spärlich, sodass die fehlenden Empfangssignale mittels einer Modellfunktion durch lineare-/nicht-lineare-Prädiktion kompensiert werden müssen. Das basierend auf den Empfangssignalen geschätzte Modellsignal berechnet ein hypothetisches Empfangssignal für jene Empfangsantennen, die für die Einhaltung des Nyquist-Kriteriums und somit für die Anwendbarkeit der SAR-Algorithmen erforderlich wäre.
  • Um die Anwendbarkeit der SAR-Algorithmen zu ermöglichen, ist vor Anwendung der linearen Prädiktion eine Kompensation störender Phasenterme vorteilhaft. Die Phasenterme gehen auf die Eigenbewegung des Trägersystems sowie auf die Eigenbewegung möglicher Ziele während eines MIMO-Zyklus zurück. Zur Kompensation dieser Phasenterme wird basierend auf den Empfangssignalen durch physische und virtuelle Antennen sowohl das Range- als auch das Range-Doppler-Spektrum berechnet. Mittels geeigneter Detektionsalgorithmen wie beispielsweise einem CFAR-Schwellwert, werden im Nachgang potentielle Ziele bestimmt und deren Dopplergeschwindigkeit berechnet. Auf Grundlage der bestimmten Dopplergeschwindigkeit lässt sich ein Phasenfilter berechnen, welcher den Dopplerphasenterm aus jedem Empfangssignal kompensiert. Die Ausgangsbasis für die Anwendung der SAR-Algorithmen bildet im Anschluss ein Empfangssignal ohne störenden Phasenterm.
  • Vor der Rekonstruktion durch die SAR-Algorithmen wird im Vorfeld für jedes Index-gleiche Entfernungstor über die Empfangssignale hinweg durch lineare Prädiktion ein Modellsignal bestimmt, welches die fehlenden Signalbestandteile zur Erfüllung von Nyquist schätzt. Das Ergebnis der Schätzung bildet die Ausgangsbasis für die Anwendung der SAR-Rekonstruktion und entspricht dem Datenvorkommen eines vollbesetzten Antennenarrays.
  • Erfindungsgemäß ist nun basierend auf einer Apertur verteilter Radarantennen vorgesehen, dass eine Geschwindigkeitsbestimmung über Grund mittels einer Gruppe räumlich nah beieinander liegender Empfangsantennen innerhalb dieser Apertur vorgestellt. Ausgehend von den Empfangssignalen dieser Antennengruppe wird durch Anwendung des Verfahrens ein virtuelles Apertursignal durch lineare Projektion über Index-gleiche Entfernungstore erzeugt und durch Anwendung eines Rückprojektions-Algorithmus eine Amplitudenkarte bestimmt.
  • Als Eingangsdatensatz dienen sämtliche Empfangssignale, die innerhalb eines Sendezyklus erfasst werden. Ein Sendezyklus setzt sich dabei aus mehreren aufeinanderfolgenden MIMO-Zyklen zusammen.
  • Innerhalb eines solchen MIMO-Zyklus emittiert jede Sendeantenne der Erfassungsvorrichtung einen Chirp, der von allen Empfangsantennen empfangen wird. Aufgrund des zeitlichen Versatzes und der damit verbundenen Phasenverschiebungen besteht über dem gesamten Zeitraum eines MIMO-Zyklus ein Antennen-Array aus virtuellen Antennenelementen.
  • Dabei können zunächst sämtliche Phasenterme, die durch Eigenbewegung der Trägerplattform beziehungsweise des Kraftfahrzeugs beziehungsweise den Bewegungszustand sämtliche erfasster Ziele entstehen, kompensiert werden. Bereinigt um diese dynamischen Phasentherme umfasst das Empfangssignal einen MIMO-Zyklus nun ausschließlich Phasenterme, die auf die Entfernung zu möglichen Zielen zurückzuführen sind. Für Geschwindigkeitsbestimmung über Grund wird zunächst eine Gruppe an Empfangsantennen festgelegt, die räumlich beieinander liegen.
  • Anschließend wird eine Sende-Antenne festgelegt, deren Sendesignal von dieser Gruppe an Empfangsantennen im zeitlich konstanten Abstand TMIMO empfangen wird.
  • In einem optionalen Schritt werden jene Empfangssignale aus dem Range-Spektrum ermittelt, die sich der zuvor festgelegten Sendeantenne und der festgelegten Gruppe an Empfangsantennen zuordnen lassen. Aufgrund des Vorverarbeitungsschrittes zur Kompensation der dynamischen Phasenterme umfassen die Empfangssignale ausschließlich entfernungsabhängige Phasenterme. Um nun in einer Amplitudenkarte durch Rückprojektion zu berechnen, ist die Einhaltung des Nyquist-Kriteriums sicherzustellen. Die Anordnung der Empfangsantennen kann dabei derart ungünstig ausfallen, das eine Rekonstruktion bei verletztem Nyquist-Kriterium unerwünschte Aliasing-Effekte zur Folge hätte. Um dies zu unterbinden, wird eine geeignete Modellfunktion bestimmt, und über alle indexgleichen Entfernungstore mittels linearer Prädiktion bestimmt.
  • Mittels der geschätzten Modellfunktion lassen sich fehlende Signalbestandteile aufgrund fehlender Empfangsantennen kompensieren. Als Ergebnis folgt ein virtuelles Apertursignal, das dem Nyquist-Kriterium genügt.
  • Ausgehend von diesem virtuellen Apertursignal, das ein Empfangssignal einer vergleichbaren vollbesetzten physikalischen Antenne darstellt, kann im Rahmen eines weiteren Prozessschrittes die Amplitudenkarte durch Rückprojektion bestimmt werden. Diese Amplitudenkarte komprimiert die Empfangsleistung in Azimut- und Entfernungsrichtung, sodass ein potentielles Ziel einen großen Amplitudenwert besitzt.
  • Werden die beschriebenen Berechnungsschritte nun für den nächsten MIMO-Zyklus wiederholt, so verändern sich die Positionskoordinaten möglicher Ziele gegenüber dem vorausgehenden MIMO-Zyklus. Zurückzuführen ist die Positionsänderung auf die Eigenbewegung dieser Ziele beziehungsweise des Objekts. Da sämtliche geschwindigkeitsbezogenen Phasenterme im Empfangssignal kompensiert wurden, korrespondiert die Positionsänderung zu einer neuen Zielentfernung und beeinflusst damit den entsprechenden Phasenterm. Sichtbar wird die Änderung der Positionskoordinaten nun innerhalb der Amplitudenkarte des aktuellen MIMO-Zyklus. Wird nun in einem weiteren Prozessschritt die Differenz zwischen den Positionskoordinaten zweier aufeinanderfolgender MIMO-Zyklen gebildet, folgt als Ergebnis ein Richtungsvektor, der die Bewegungsrichtung eines Ziels angibt.
  • Dieser Richtungsvektor gibt die Fortbewegungsrichtung für jedes erfasste Ziel innerhalb der Amplitudenkarte an. Wird nun das Verhältnis zwischen den Richtungskoordinaten und der zeitlichen Dauer eines MIMO-Zyklus TMIMO betrachtet, folgt ein Bewegungsvektor. Nach Berechnung des Betrages dieses Bewegungsvektors ergibt sich die Geschwindigkeit, insbesondere über Grund: v → r 1 = Δ r → 1 T M I M O v r 1 = ‖ v → r 1 ‖ 2
  • Die bestimmte Geschwindigkeit kann dann beispielsweise an ein Umfeldmodell übermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können auf Basis der bestimmten Geschwindigkeit Steuersignale für eine Längsbeschleunigungseinrichtung und/oder Querbeschleunigungseinrichtung des Kraftfahrzeugs erzeugt werden, um beispielsweis einen zumindest teilweise automatisierten Betrieb des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird zum Identifizieren der Sendeantenne und der dazugehörigen Empfangsantennen ein Entfernungsspektrum erzeugt. Das Entfernungsspektrum wird auch als Range-Spektrum bezeichnet. Insbesondere können somit störende Phasenterme kompensiert werden. Insbesondere werden somit auf Basis der Empfangssignale durch physische und virtuelle Antennen das Range-Spektrum berechnet. Durch die entsprechenden Detektionsalgorithmen können diese im Nachgang somit eliminiert werden.
  • Weiterhin vorteilhaft ist, wenn zum Identifizieren der Sendeantenne und der dazugehörigen Empfangsantennen ein Entfernungs-Dopplerspektrum erzeugt wird. Dabei handelt es sich insbesondere um das Range-Doppler-Spektrum. Somit können die entsprechenden Phasenterme kompensiert werden, wodurch eine verbesserte Bestimmung der Amplitudenkarte realisiert werden kann.
  • Dabei kann insbesondere in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform vorgesehen sein, dass eine bestimmte Dopplergeschwindigkeit im Entfernungsspektrum kompensiert wird. Insbesondere wird somit im Nachgang potentielle Ziele bestimmt und deren Dopplergeschwindigkeit berechnet. Aufgrund einer bestimmten Dopplergeschwindigkeit lässt sich ein Phasenfilter berechnen, welcher den Dopplerphasenterm aus jedem Empfangssignal kompensiert. Somit kann eine Ausgangsbasis für die Anwendung eines SAR-Algorithmus gebildet werden, wobei im Anschluss störende Phasenterme eliminiert sind.
  • Weiterhin vorteilhaft ist, wenn auf Basis einer Bestimmung eines Richtungsvektors für das Objekt in der Amplitudenkarte die Eigengeschwindigkeit des Objekts bestimmt wird. Insbesondere kann mittels der Formel: v → r 1 = Δ r → 1 T M I M O der Richtungsvektor bestimmt werden. Der Richtungsvektor v → r 1 gibt wiederum ebenfalls Rückschlüsse auf die Eigengeschwindigkeit. Somit ist es ermöglicht, dass auf einfache Art und Weise die Eigengeschwindigkeit bestimmt werden kann.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass eine Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs beim Bestimmen der Eigengeschwindigkeit des Objekts berücksichtigt wird. Beispielsweise kann somit eine Kompensation der Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Somit können entsprechende Phasenterme kompensiert werden, wodurch verbessert die Eigengeschwindigkeit des Objekts bestimmt werden kann. Die Eigengeschwindigkeit kann beispielsweise von entsprechenden Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtungen des Kraftfahrzeugs oder auch von Navigationseinrichtungen des Kraftfahrzeugs stammen. Somit kann hochpräzise die Eigengeschwindigkeit des Objekts bestimmt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die bestimmte Eigengeschwindigkeit des Objekts an ein Umfeldmodell für das Kraftfahrzeug übergeben wird. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug nämlich im Wesentlichen teilautomatisiert beziehungsweise vollautomatisiert betrieben sein. Auf Basis der bestimmten Eigengeschwindigkeit des Objekts kann dann wiederum entsprechend in eine Längsbeschleunigungseinrichtung und/oder Querbeschleunigungseinrichtung des Kraftfahrzeugs eingegriffen werden, sodass beispielsweise frühzeitig Kollisionen mit dem Objekt verhindert werden können. Insbesondere werden somit auf Basis der bestimmten Geschwindigkeit Steuersignale für die Bewegung des Kraftfahrzeugs erzeugt. Insbesondere kann somit die bestimmte Geschwindigkeit in einem elektronischen Fahrzeugführungssystem weiter verarbeitet werden. Eine präzise Eigengeschwindigkeitsbestimmung des Objekts ermöglicht somit einen verbesserten zumindest teilautomatisierten Betrieb des Kraftfahrzeugs.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass für zumindest zwei Objekte in der Umgebung im Wesentlichen gleichzeitig eine jeweilige Eigengeschwindigkeit bestimmt wird. Insbesondere kann für eine Vielzahl von Objekten in der Umgebung im Wesentlichen gleichzeitig eine jeweilige Eigengeschwindigkeit bestimmt werden. Insbesondere können somit in den Amplituden auch eine Mehrzahl von Objekten und deren Positionen bestimmt werden und somit die Eigengeschwindigkeiten der Vielzahl von Objekten bestimmt werden. Somit kann vorteilhaft beispielsweise ein teilautomatisierter Betrieb des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
  • Bei dem vorgestellten Verfahren handelt es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung dazu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von der elektronischen Recheneinrichtung abgearbeitet werden, ein Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt durchzuführen. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium mit dem Computerprogrammprodukt.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Erfassungsvorrichtung zum Bestimmen von zumindest einer Eigengeschwindigkeit von zumindest einem Objekt in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer Sendeantenne, zumindest zwei Empfangsantennen und einer elektronischen Recheneinrichtung, wobei die Erfassungsvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels der Erfassungsvorrichtung durchgeführt.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer Erfassungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist dabei zumindest teilautomatisiert beziehungsweise vollautomatisiert ausgebildet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Computerprogrammprodukts, des computerlesbaren Speichermediums, der Erfassungsvorrichtung sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen. Die Erfassungsvorrichtung sowie das Kraftfahrzeug weisen hierzu gegenständliche Merkmale auf, um entsprechende Verfahrensschritte durchführen zu können.
  • Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem zum beispielsweise teilweise automatisierten Betrieb kann ein elektronisches System verstanden werden, das dazu eingerichtet ist, ein Fahrzeug vollautomatisch oder vollautonom zu führen, insbesondere ohne dass ein Eingriff in eine Steuerung durch einen Fahrer erforderlich ist. Das Fahrzeug führt alle erforderlichen Funktionen, wie Lenk-, Brems- und/oder Beschleunigungsmanöver, die Beobachtung und Erfassung des Straßenverkehrs sowie entsprechende Reaktionen automatisch durch. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs nach Stufe 5 der Klassifizierung gemäß SAE J3016 implementieren. Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem kann auch ein Fahrerassistenzsystem (englisch: „advanced driver assistance system“, ADAS) verstanden werden, welches den Fahrer beim teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahren unterstützt. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 gemäß der SAE J3016-Klassifizierung implementieren. Hier und im Folgenden bezieht sich „SAE J3016“ auf die entsprechende Norm in der Version vom April 2021.
  • Die wenigstens teilweise automatische Fahrzeugführung kann es daher beinhalten, das Fahrzeug gemäß eines vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus der Stufe 5 nach SAE J3016 zu führen. Die wenigstens teilweise automatische Fahrzeugführung kann auch beinhalten, das Fahrzeug gemäß eines teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 nach SAE J3016 zu führen.
  • Das wenigstens eine Steuersignal kann beispielsweise einem oder mehreren Aktuatoren des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden, darunter beispielsweise einem oder mehreren Bremsaktuatoren und/oder einem oder mehreren Lenkaktuatoren und/oder einem oder mehreren Antriebsmotoren des Kraftfahrzeugs. Die ein oder mehreren Aktuatoren können eine Längs- und/oder Quersteuerung des Kraftfahrzeugs beeinflussen, um das Kraftfahrzeug zumindest teilweise automatisch zu führen.
  • Die Assistenzinformationen können über ein Ausgabegerät des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden, beispielsweise ein Display und/oder ein Audio-Ausgabesystem und/oder ein haptisches Ausgabesystem.
  • Unter einer Recheneinheit/elektronische Recheneinrichtung kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, das einen Verarbeitungsschaltkreis enthält. Die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Darunter fallen gegebenenfalls auch Operationen, um indizierte Zugriffe auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Umsetzungstabelle, LUT (englisch: „look-up table“), durchzuführen.
  • Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere integrierte Schaltkreise enthalten, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“). Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere Digitalsignalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstellen und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten.
  • Eine Speichereinheit kann als flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, DRAM (englisch: „dynamic random access memory“) oder statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, SRAM (englisch: „static random access memory“), oder als nicht-flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als Festwertspeicher, ROM (englisch: „read-only memory“), als programmierbarer Festwertspeicher, PROM (englisch: „programmable read-only memory“), als löschbarer programmierbarer Festwertspeicher, EPROM (englisch: „erasable programmable read-only memory“), als elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher, EEPROM (englisch: „electrically erasable programmable read-only memory“), als Flash-Speicher oder Flash-EEPROM, als ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, FRAM (englisch: „ferroelectric random access memory“), als magnetoresistiver Speicher mit wahlfreiem Zugriff, MRAM (englisch: „magnetoresistive random access memory“) oder als Phasenänderungsspeicher mit wahlfreiem Zugriff, PCRAM (englisch: „phase-change random access memory“), ausgestaltet sein.
  • Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts, der Erfassungsvorrichtung und des Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts, der Erfassungsvorrichtung und des Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
  • Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
    • 1 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform einer Erfassungsvorrichtung;
    • 2 ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform einer Erfassungsvorrichtung;
    • 3 ein schematisches Diagramm eines Empfangssignals einer Erfassungsvorrichtung;
    • 4 eine weitere schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Erfassungsvorrichtung;
    • 5 eine schematische Perspektivansicht einer Amplitudenkarte;
    • 6 ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens; und
    • 7 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung.
  • Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Erfassungsvorrichtung 2 auf. Die Erfassungsvorrichtung 2 weist zumindest eine elektronische Recheneinrichtung 3 auf. Ferner weist die Erfassungsvorrichtung 2 zumindest eine Sendeantenne 4 sowie zwei Empfangsantennen 5 auf.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere gezeigt, dass durch die entsprechende Verteilung der Sendeantennen 4 und der Empfangsantennen 5 virtuelle Antennen 6, welche insbesondere zeitlich synthetische Antennen sind, ausgebildet werden können.
  • Insbesondere zeigt somit die 1 eine Erstellung einer virtuellen Apertur durch zeitlich aufeinanderfolgende Sendevorgänge unterschiedliche Sendeantennen 4.
  • 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere die elektronische Recheneinrichtung 3, eine Sendeantenne 4 sowie eine Empfangsantenne 5 detaillierter gezeigt. Vorliegend ist insbesondere gezeigt, dass über sogenannte EPIC-Chips das Verfahren bereitgestellt werden kann. Dabei ist insbesondere links die elektronische Recheneinrichtung 3 gezeigt und auf der rechten Seite die Transmitterebene, insbesondere gebildet durch die Sendeantennen 4 und die Empfangsantennen 5. Insbesondere sind vorliegend die elektronisch-photonisch integrierten Schaltkreise (EPIC) und deren Bauteile in mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Hier sind insbesondere Gitterkoppler und Photodiode für einen Transmitter sowie zwei Gitterkoppler, Photodiode und ein Modulator für den Receiver dargestellt. Die elektronischen Komponenten sind mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Ferner sind noch optische Komponenten 9, insbesondere optische Fasern, entsprechend dargestellt.
  • Dabei zeigt die 2 insbesondere, dass eine Zentralstation, insbesondere in Form der elektronischen Recheneinrichtung 3, eine optische Trägerfrequenz erzeugt. Auf dieser wird mit beispielsweise einem Achtel der Radarfrequenz moduliert und per optischer Faser an die Antennenchips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, sodass die Strahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Dabei werden alle Daten wiederum an die elektronische Recheneinrichtung 3 prozessiert.
  • 3 zeigt wiederum einen Verlauf eines Empfangssignals 10, insbesondere in unterschiedlichen Entfernungsbereichen 11, 12, 13. Dabei ist insbesondere gezeigt, dass Empfangssignale von den physischen Antennen, insbesondere der Empfangsantenne 5, dargestellt werden können sowie Empfangssignale 10, welche durch die virtuelle Antenne 6 entstanden sind. Ferner sind Bereiche 14 gezeigt, welche über einen entsprechenden Algorithmus prädiziert wurden.
  • Insbesondere zeigt die 3, dass auch jede virtuelle Antenne 6 durch den Durchlauf eines Sendevorgangs innerhalb eines MIMO-Zyklus ein Empfangssignal 10 empfängt, das gegenüber dem Sendesignal zeitlich verschoben ist. Für die Anwendbarkeit eines sogenannten SAR-Algorithmus ist die Anzahl virtueller Empfangsantennen 6 jedoch zu spärlich, sodass die fehlenden Empfangssignale 10 mittels einer Modellfunktion durch lineare-/nicht-lineare-Prädiktion kompensiert werden müssen, was vorliegend mit dem Bezugszeichen 14 dargestellt ist. Das basierend auf den Empfangssignalen 10 geschätzte Modellsignal berechnet ein hypothetisches Empfangssignal für jede Empfangsantenne, die für die Einhaltung des Nyquist-Kriteriums und somit für die Anwendbarkeit der SAR-Algorithmen erforderlich wäre. Insbesondere beschreibt somit die 3 die Schätzung fehlender Signalbestandteile durch lineare Prädiktion zur Erstellung einer vollbesetzten Apertur zur Erfüllung des Nyquist-Kriteriums.
  • 4 zeigt wiederum eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform des Kraftfahrzeugs 1 mit der Erfassungsvorrichtung 2. Vorliegend ist insbesondere gezeigt, dass lokal zusammengehörende Empfangsantennen 5, vorliegend dargestellt durch eine Gruppe 15, zu einer entsprechenden Sendeantenne 4 zugeordnet werden können. Dies ist notwendig, um wiederum die Geschwindigkeitsbestimmung eines Objekts 16 (5) durchführen zu können.
  • 5 zeigt wiederum eine schematische Ansicht einer sogenannten Amplitudenkarte 17 zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten mit dem Objekt 16.
  • 6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens. In einem ersten Schritt S1 erfolgt die Transmission von Sendesignalen über mehrere MIMO-Zyklen. In einem zweiten Schritt S2 erfolgt die Erstellung eines virtuellen Antennen-Arrays über jeden MIMO-Zyklus. Im dritten Schritt S3 werden Range-Spektren der empfangenen Beatsignale aller virtuellen Antennen 6 bestimmt. Im vierten Schritt S4 erfolgt die Berechnung eines Range-Doppler-Spektrums. Im fünften Schritt S5 werden sämtliche Range-Dopplerziele, insbesondere die Objekte 16, detektiert. Im sechsten Schritt S6 erfolgt die Kompensation der detektierten Dopplergeschwindigkeiten aus den Range-Spektren oder den Beat-Signalen. Im siebten Schritt S7 erfolgt die Identifizierung einer Sendeantenne 4 mit zeitlich konstantem Sendezyklus über alle MIMO-Zyklen. Im achten Schritt S8 wird dann die Gruppe 15 räumlich nahe beieinander liegender Empfangsantennen 5 identifiziert und es erfolgt eine Zuordnung bereits berechneter Range-Spektren. Im neunten Schritt S9 erfolgt die Anwendung einer Modellfunktion durch lineare Prädiktion auf die Empfangssignale 10 dieser Gruppe 15 zur Berechnung eines modellbasierten virtuellen Apertursignals für jedes Entfernungstor.
  • Im zehnten Schritt S10 wird die Amplitudenkarte 17 aus dem virtuellen Apertursignal dieser Gruppe 15 durch Rückprojektion rekonstruiert. Im elften Schritt S11 werden die Schritte S9 und S10 zur Berechnung von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenkarten 17 wiederholt. Im zwölften Schritt S12 erfolgt die Subtraktion der Zielkoordinaten von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenkarten 17 zur Bestimmung eines Richtungsvektors und im dreizehnten Schritt S13 erfolgt die Division der Koordinaten des Richtungsvektors durch MIMO-Zykluszeit durch die Geschwindigkeitsberechnung über Grund.
  • Insbesondere beschreibt somit die 6 die Herangehensweise auf einer Apertur mit verteilten Radarantennen zur Geschwindigkeitsbestimmung über Grund mittels der Gruppe 15 räumlich nahe beieinander liegenden Empfangsantennen 5 innerhalb dieser Apertur. Als Eingangsdatensatz für die nachfolgend beschriebenen Schritte dienen sämtliche Empfangssignale 10, die innerhalb eines Sendezyklus erfasst werden. Ein Sendezyklus setzt sich dabei aus mehreren aufeinanderfolgenden MIMO-Zyklen zusammen.
  • Innerhalb eines solchen MIMO-Zyklus emittiert jede Sendeantenne 4 der Erfassungsvorrichtung 2 einen Chirp, der von allen Empfangsantennen 5 empfangen wird. Aufgrund des zeitlichen Versatzes und der damit verbundenen Phasenverschiebung entsteht über den gesamten Zeitraum eines MIMO-Zyklus ein Antennen-Array aus virtuellen Antennenelementen. Es werden zunächst sämtliche Phasentherme, die durch Eigenbewegung der Trägerplattform beziehungsweise den Bewegungszustand sämtliche erfassten Ziele entstehen, kompensiert. Bereinigt um diese dynamischen Phasenterme, umfasst das Empfangssignal 10 eines MIMO-Zyklus nun ausschließlich Phasenterme, die auf die Entfernung zu möglichen Zielen beziehungsweise Objekten 16 zurückzuführen sind. Für die Geschwindigkeitsbestimmung über Grund wird zunächst eine Gruppe 15 an Empfangsantennen 5 festgelegt, die räumlich beieinander liegen. Anschließend wird eine Sendeantenne 4 festgelegt, deren Sendesignal von dieser Gruppe an Empfangsantennen im zeitlich konstanten Abstand TMIMO empfangen wird.
  • Im nächsten Schritt werden jene Empfangssignale 10 aus dem Range-Spektrum ermittelt, die sich der zuvor festgelegten Sendeantenne 4 und der festgelegten Gruppe 15 an Empfangsantennen 5 zuordnen lassen. Aufgrund des Vorverarbeitungsschritts zur Kompensation der dynamischen Phasenterme umfassen die Empfangssignale 10 ausschließlich entfernungsabhängige Phasenterme. Um nun eine Amplitudenkarte 17 durch Rückprojektion zu berechnen, ist die Einhaltung des Nyquist-Kriteriums sicherzustellen. Die Anordnung der Empfangsantennen 5 kann dabei derart ungünstig ausfallen, dass eine Rekonstruktion bei verletztem Nyquist-Kriterium ungewünschte Aliasing-Effekte zur Folge hätte. Um diese zu unterbinden, wird eine geeignete Modellfunktion bestimmt und über alle indexgleichen Entfernungstore 11, 12, 13 mittels linearer Prädiktion berechnet.
  • Mittels der geschätzten Modellfunktion lassen sich fehlende Signalbestandteile aufgrund fehlender Empfangsantennen 5 kompensieren. Als Ergebnis erfolgt ein virtuelles Apertursignal, das dem Nyquist-Kriterium genügt.
  • Ausgehend von dem virtuellen Apertursignal, das ein Empfangssignal 10 einer vergleichbaren vollbesetzten physikalischen Antenne darstellt, kann im Rahmen eines weiteren Prozessschrittes eine Amplitudenkarte 17 durch Rückprojektion berechnet werden. Diese Amplitudenkarte 17 komprimiert die Empfangsleistungen in Azimut- und Entfernungsrichtung, sodass ein potentielles Ziel, beziehungsweise das Objekt 16, einen großen Amplitudenwert besitzt.
  • Werden die beschriebenen Berechnungsschritte nun für den nächsten MIMO-Zyklus wiederholt, so verändern sich die Positionskoordinaten möglicher Objekte 16 gegenüber dem vorausgehenden MIMO-Zyklus. Zurückzuführen ist die Positionsänderung auf die Eigenbewegung dieses Objekts 16. Da sämtliche geschwindigkeitsbezogene Phasenterme im Empfangssignal 10 kompensiert wurden, korrespondiert die Positionsänderung zu einer neuen Zielentfernung und beeinflusst damit den entsprechenden Phasenterm. Sichtbar wird die Änderung der Positionskoordinaten nun innerhalb der Amplitudenkarte 17 des aktuellen MIMO-Zyklus. Wird nun in einem weiteren Prozessschritt die Differenz zwischen den Positionskoordinaten zweier aufeinanderfolgender MIMO-Zyklen gebildet, folgt das Ergebnis als ein Richtungsvektor, der die Bewegungsrichtung eines Ziels angibt.
  • Dieser Richtungsvektor gibt die Fortbewegungsrichtung für jedes erfasste Ziel innerhalb der Amplitudenkarte 17 an. Wird nun das Verhältnis zwischen den Richtungskoordinaten und der zeitlichen Dauer eines MIMO-Zyklus TMIMO betrachtet, folgt ein Bewegungsvektor. Nach Berechnung des Betrages dieses Bewegungsvektors ergibt sich die Geschwindigkeit über Grund: v → r 1 = Δ r → 1 T M I M O v r 1 = ‖ v → r 1 ‖ 2
  • Insbesondere erfolgt somit die Verschaltung vieler Elementarantennen zu einem einzigen Array. Es wird eine Anbindung konventioneller oder elektro-photonischer Radarschaltkreise an die entsprechenden Antennen vorgesehen. Es wird dann eine Datenübertragung an die elektronische Recheneinrichtung 3 zur Signalverarbeitung der empfangenen Daten/zur Ansteuerung der zu sendenden Daten insbesondere zur Beam- beziehungsweise Waveforming durchgeführt. Die virtuellen Antennen 6 werden über den MIMO-Zyklus aufgespannt. Es erfolgt die Berechnung des Range-Spektrums und die Berechnung des Range-Doppler-Spektrums. Es werden dann sämtliche Dopplerziele detektiert. Es erfolgt eine Kompensierung der detektierten Doppler-Geschwindigkeiten aus dem Range-Spektrum oder dem Beatsignal. Es wird dann die Sendeantenne 4 mit zeitlich konstantem Abstand zum nachfolgenden MIMO-Zyklus festgelegt. Es erfolgt dann eine Gruppierung räumlich beieinanderliegender Empfangsantennen 5. Die Anwendung des Verfahrens der linearen und nicht-linearen Prädiktion auf das dopplerkompensierte Range-Spektrum oder das Beatsignal dieser Gruppe 15 wird durchgeführt, um über indexgleiche Range-Gates oder Samples ein virtuelles Apertursignal zu berechnen. Es wird dann die Sendeantenne 4 mit zeitlich konstantem Sendezyklus in aufeinanderfolgenden MIMO-Zyklen selektiert. Es werden die Amplitudenkarte 17 durch Rückprojektion nach jedem MIMO-Zyklus berechnet und es erfolgt die Berechnung der räumlichen Verschiebung und Drehung der Reflexionen in aufeinanderfolgenden Amplitudenkarten 17. Der Richtungsvektor wird dann durch Subtraktion der Positionskoordinaten gleicher Reflexionen aufeinanderfolgenden Amplitudenkarten 17 bestimmt. Es wird dann der Geschwindigkeitsvektor der Reflexion bestimmt, indem die x- und y-Komponente der Richtungsvektoren durch den Sendezyklus geteilt werden. Das Ganze kann dann an ein Umfeldmodell übergeben werden.
  • Das vorgeschlagene Verfahren hat dabei insbesondere den Vorteil, dass die Diagnosefähigkeit und Zuverlässigkeit im Fehlerfall erhöht wird, des Weiteren kann eine Kompensation bei Ausfall einzelner Elemente sowie die Erhöhung der Systemrobustheit realisiert werden. Ferner kann eine Rekonfiguration des Antennenarrays nach Ausfall einzelner Elementarantennen realisiert werden, sodass das Array nicht getauscht werden muss. Weiterhin kann eine Verfeinerung des Auflösungsvermögens und der Genauigkeit realisiert werden. Ferner kann auch die Detektionsreichweite erhöht werden. Des Weiteren kann eine kostengünstige Fertigung großflächiger Antennenarrays und Verfeinerung des Auflösungsvermögens des Gesamtsystems realisiert werden. Ferner kann auch die Messung der Geschwindigkeit über Grund bei mehr Zielszenarien realisiert werden. Es kann auch eine Kalibrierungsmethode verwendet werden. Das Verfahren kann dabei sowohl auf LIDAR, Kamera als auch Satellitenkommunikationssysteme übertragen werden.
  • 7 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Ausführungsform einer Erfassungsvorrichtung 2. Insbesondere eine Vielzahl von Antennenelementen 4, 5 gezeigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist gezeigt, dass diese beispielsweise am Seitenbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet werden können. Ferner ist gezeigt, dass diese beispielsweise in einem Fensterelement des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet werden können. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass die Antennenelemente 4, 5 an einem Heck des Kraftfahrzeugs 1, an einer Front des Kraftfahrzeugs 1, beispielsweise einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs 1, sowie auch auf einem Dach des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet sein können. Diese Aufzählung ist rein beispielhaft und keinesfalls abschließend zu betrachten. Die Antennenelemente 4, 5 können auch an weiteren, nicht aufgezählten Orten des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Erfassungsvorrichtung
    3
    elektronische Recheneinrichtung
    4
    Sendeantenne
    5
    Empfangsantenne
    6
    virtuelle Antenne
    7
    photonische Komponente
    8
    elektronische Komponente
    9
    optische Komponente
    10
    Empfangssignal
    11
    Entfernungsbereich
    12
    Entfernungsbereich
    13
    Entfernungsbereich
    14
    Modellfunktion
    15
    Gruppe
    16
    Objekt
    17
    Amplitudenkarte
    S1 bis S13
    Schritte des Verfahrens
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10 2019 103 684 A1 [0004]
    • DE 102017 110 063 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Bestimmen von zumindest einer Eigengeschwindigkeit von zumindest einem Objekt (16) in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs (1) mittels einer Erfassungsvorrichtung (2) des Kraftfahrzeugs (1), mit den Schritten: - Bereitstellen der Erfassungsvorrichtung (2) mit einer Vielzahl von Sendeantennen (4) am Kraftfahrzeug (1) und einer Vielzahl von Empfangsantennen (5) am Kraftfahrzeug (1); - Aussenden von Sendesignalen in die Umgebung mittels den Sendeantennen (4) und Empfangen von an dem zumindest einem Objekt (16) reflektierten Empfangssignalen (10) mittels der Empfangsantennen (5) über zumindest zwei Zeitzyklen; - Identifizieren von zumindest einer Sendeantenne (4) und zumindest zwei der Sendeantenne (4) lokal zugeordneten Empfangsantennen (5) in Abhängigkeit von den Sendesignalen und den Empfangssignalen (10) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (3) der Erfassungsvorrichtung (2); - Erzeugen einer ersten Amplitudenkarte (17) der Umgebung in Abhängigkeit von den Empfangssignalen (10) für einen ersten Zeitschritt und Erzeugen einer zweiten Amplitudenkarte (17) der Umgebung in Abhängigkeit von den Empfangssignalen (10) für einen dem ersten Zeitschritt folgenden zweiten Zeitschritt mittels der elektronischen Recheneinrichtung (3); - Identifizieren einer dem Objekt (16) zugeordneten ersten Amplitude in der ersten Amplitudenkarte (17) und Identifizieren einer dem Objekt (16) zugeordneten zweiten Amplitude in der zweiten Amplitudenkarte (17) mittels der elektronischen Recheneinrichtung (3); - Bestimmen einer ersten Position des Objekts (16) in der ersten Amplitudenkarte (17) in Abhängigkeit von der ersten Amplitude und Bestimmen einer zweiten Position des Objekts (16) in der zweiten Amplitudenkarte (17) in Abhängigkeit von der zweiten Amplitude mittels der elektronischen Recheneinrichtung (3); und - Bestimmen der Eigengeschwindigkeit des Objekts (16) in Abhängigkeit von der ersten Position und der zweiten Position mittels der elektronischen Recheneinrichtung (3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Identifizieren der Sendeantenne (4) und den dazugehörigen Empfangsantennen (5) ein Entfernungsspektrum erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Identifizieren der Sendeantenne (4) und den dazugehörigen Empfangsantennen (5) ein Entfernungs-Dopplerspektrum erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Dopplergeschwindigkeit im Entfernungsspektrum kompensiert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis einer Bestimmung eines Richtungsvektors für das Objekt (16) in den Amplitudenkarten (17) die Eigengeschwindigkeit des Objekts (16) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) beim Bestimmen der Eigengeschwindigkeit des Objekts (16) berücksichtigt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Eigengeschwindigkeit des Objekts an ein Umfeldmodell für das Kraftfahrzeug (1) übergeben wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest zwei Objekte (16) in der Umgebung im Wesentlichen gleichzeitig eine jeweilige Eigengeschwindigkeit bestimmt wird.
  9. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung (3) dazu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von der elektronischen Recheneinrichtung (3) abgearbeitet werden, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
  10. Erfassungsvorrichtung (2) zum Bestimmen von zumindest einer Eigengeschwindigkeit von zumindest einem Objekt (16) in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs (1), mit zumindest einer Sendeantenne (4), zumindest zwei Empfangsantennen (5) und einer elektronischen Recheneinrichtung (3), wobei die Erfassungsvorrichtung (2) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
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