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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen einer Antennendrift, sowie eine Radarvorrichtung.
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Stand der Technik
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Radarsensoren kommen im Automobilbereich zum Einsatz, um Abstände, Relativgeschwindigkeiten und Winkelbereiche von Objekten im Umfeld eines Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Die Radarsensoren umfassen dabei typischerweise Antennenarrays mit mehreren Antennenelementen zum Aussenden von Radarstrahlung. Die an Objekten reflektierte Radarstrahlung wird empfangen und zum Detektieren von Radarzielen ausgewertet.
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Aufgrund von Eis oder Schnee kann es zu einer Bedeckung des Radarsensors kommen, welche die Funktionalität des Radarsensors beeinträchtigt. Weitere Beeinträchtigungen können durch interne Effekte hervorgerufen werden, etwa temperaturbedingt durch unterschiedliche Temperaturkoeffizienten der Bauteile des Radarsensors. In solchen Fällen kann eine Antennendrift auftreten, d. h. eine Veränderung von Phase, Amplitude oder beidem. Die Signale der über die verschiedenen Antennenelemente gemessenen Kanäle entsprechen dann nicht mehr den vorgesehenen Phasen- und Amplitudenbeziehungen.
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Je größer die Antennendrift, desto weniger passen aufgenommene Kalibrierdaten für die Winkelschätzung mit der aktuellen Messsituation zusammen, was von ungenauen bis zu komplett unverlässlichen Winkelwerten führen kann. Eine frühzeitige Erkennung von Amplituden- und/oder Phasendrift einzelner Antennenelemente hat daher eine große Bedeutung für den Betrieb des Radarsensors.
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Die
DE 199 45 268 A1 betrifft ein Verfahren zur Zustandserkennung bei einem System zur automatischen Längs- und/oder Querregelung bei einem Kraftfahrzeug. Zur Bestimmung des Zustands des Systems können Indikatoren berücksichtigt werden, insbesondere die Summe aller von dem System während einer Messung detektierten Objekte.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen einer Antennendrift, sowie eine Radarvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Erkennen einer Antennendrift von Antennenelementen eines Antennenarrays einer Radarvorrichtung. Die Radarvorrichtung erzeugt Radarmessdaten. Fouriertransformation-Daten werden unter Verwendung einer Fouriertransformation der Radarmessdaten über die Antennenelemente berechnet. Ein von Maxima in den Fouriertransformation-Daten abhängiger Antennendrift-Indikator wird berechnet. Eine Antennendrift der Antennenelemente wird unter Verwendung des berechneten Antennendrift-Indikators erkannt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erkennen einer Antennendrift von Antennenelementen eines Antennenarrays einer Radarvorrichtung, mit einer Schnittstelle zum Empfangen von durch die Radarvorrichtung erzeugten Radarmessdaten. Eine Recheneinrichtung ist dazu ausgebildet, Fouriertransformation-Daten unter Verwendung einer Fouriertransformation der Radarmessdaten über die Antennenelemente zu berechnen, einen von Maxima in den Fouriertransformation-Daten abhängigen Antennendrift-Indikator zu berechnen, und eine Antennendrift der Antennenelemente unter Verwendung des berechneten Antennendrift-Indikators zu erkennen.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Radarvorrichtung mit einem Antennenarray mit einer Vielzahl von Antennenelementen, und einer Vorrichtung zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente gemäß dem zweiten Aspekt.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von Antennendrift, d.h. von Amplitudendrift und/oder Phasendrift der Antennenelemente, etwa bei einer Beschichtung der Radarvorrichtung. Unter Drift wird die (ggf. langsame) Änderung entsprechender Werte verstanden, hier etwa Amplitude und/oder Phase.
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Die unter Verwendung der Fouriertransformation der Radarmessdaten über die Antennenelemente erhaltenen Fouriertransformation-Daten umfassen lokale Maxima. Idealerweise ist jedes lokale Maximum im Spektrum dieser Fouriertransformation-Daten ein echtes Ziel mit identischen Distanzen und Radialgeschwindigkeiten aber mit unterschiedlichen Winkeln. Allerdings erzeugt jedes echte Ziel auf Grund eines bei der Auswertung der Radarmessdaten verwendeten Fensters auch Nebenkeulen. Bei einer idealen Antennenanordnung ist die Dynamik durch das verwendete Fenster vorgegeben. Antennendrift, unabhängig von welchem Ursprung, verletzt die Uniformität des Antennenarrays und führt zu einer verringerten Dynamik. Schon bei einer Antennendrift, der für die Winkelschätzung noch unkritisch ist, lässt sich eine signifikante Reduktion der Dynamik beobachten.
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Die verringerte Dynamik bzw. Nebenkeulenunterdrückung führt somit dazu, dass bei nicht weiter angepasster Auswertung der Fouriertransformation-Daten mehr Ziele detektiert werden. Durch Verwendung des Antennendrift-Indikators, welcher insbesondere von der Anzahl der Ziele abhängig sein kann, kann daher die Antennendrift erkannt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays umfasst das Berechnen des Antennendrift-Indikators das Berechnen einer gemittelten Anzahl von Radarziel-Detektionen. Die gemittelte Anzahl der Radarziel-Detektionen kann insbesondere ohne Verringerung des Dynamikbereichs bestimmt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays wird anhand der Fouriertransformation-Daten eine Dichte von Radarziel-Detektionen in einem Abstand-/Geschwindigkeitsspektrum oder eine mittlere Anzahl von Zielen pro detektiertem Abstands-/Geschwindigkeitsbin berechnet.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays wird zum Berechnen des Antennendrift-Indikators ein Abstand von einem Hauptmaximum zu einem höchsten Nebenmaximum in den Fouriertransformation-Daten bestimmt. Diese Größe erlaubt ebenfalls die genaue Bestimmung einer Antennendrift.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays wird der Antennendrift-Indikator über mehrere Radarzyklen gemittelt. Die Mittelung kann etwa durch Berechnung eines exponentiell geglätteten Durchschnitts über mehrere Radarzyklen erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays wird der berechnete Antennendrift-Indikator zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Überschreitet beispielsweise der Antennendrift-Indikator den vorgegebenen Schwellenwert, wird eine Antennendrift erkannt.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays hängt der Schwellenwert von Umgebungsbedingungen des Radarsensors ab. Der Schwellenwert kann etwa bei der Fahrt durch einen Wald aufgrund der höheren Anzahl von möglichen Radarzielen erhöht werden. Der Schwellenwert kann auch von einer Anzahl der insgesamt ermittelten Detektionen oder von einer lokalen Dichte detektierter Abstand-/Geschwindigkeits-Bins im Abstand-/Geschwindigkeits-Spektrum abhängen.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays erfolgt das Erkennen der Antennendrift der Antennenelemente unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes. Beispielsweise können mögliche Zusatzattribute oder auch die gesamten Fouriertransformation-Daten als Eingabe für das neuronale Netz dienen, d.h. in eine Eingangsschicht des neuronalen Netzes eingegeben werden. Das neuronale Netz kann mehrere versteckte Schichten aufweisen, sowie eine Ausgangsschicht, welche eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Antennendrift ausgibt.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays ist das Antennenarray ein gleichförmiges lineares Array (englisch: uniform linear array, ULA), insbesondere ein voll besetztes ULA.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays ist das Antennenarray ein Multiple-Input-Multiple-Output-Array, insbesondere mit einem virtuellen Antennenarray.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente des Antennenarrays wird der Antennendrift-Indikator mit weiteren Indikatoren nach dem Stand der Technik kombiniert, um die Antennendrift zu erkennen. Dadurch kann die Erkennung robuster erfolgen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Radarsensors mit einer Vorrichtung zum Erkennen einer Antennendrift von Antennenelementen eines Antennenarrays einer Radarvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
- 2 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift von Antennenelementen eines Antennenarrays einer Radarvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Radarsensors 1 mit einer Vorrichtung 2 zum Erkennen einer Antennendrift von Antennenelementen 6 eines Antennenarrays 5. Das Antennenarray 5 umfasst dabei eine Vielzahl von Antennenelementen 6, ohne dass die Erfindung auf eine bestimmte Anzahl beschränkt ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Antennenarray 5 um ein gleichförmiges lineares Array, insbesondere ein vollbesetztes Array handeln. Es kann sich bei dem Antennenarray 5 auch um ein Multiple-Input-Multiple-Output-Array handeln.
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Die Vorrichtung 2 umfasst eine Schnittstelle 3 zum Empfangen von Radarmessdaten. Dazu wird von dem Antennenarray 5 Radarstrahlung ausgesendet. Die Radarstrahlung wird an einem oder mehreren Radarzielen, d. h. Objekten in der Umgebung des Radarsensors 1 reflektiert und von der Radarvorrichtung 1 empfangen. Die Radarvorrichtung 1 kann dabei voneinander verschiedene Sendeantennen und Empfangsantennen aufweisen.
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Die Schnittstelle 3 kann eine drahtlose oder kabelgebundene Schnittstelle sein.
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Die Vorrichtung 2 umfasst einen Recheneinrichtung 4, welche mindestens einen Mikroprozessor, Mikrocontroller, integrierten Schaltkreis oder dergleichen umfassen kann. Die Recheneinrichtung 4 kann weiter mindestens einen Speicher aufweisen, in welchem Programmanweisungen gespeichert sind. Beim Ausführen der Programmanweisungen führt die Recheneinrichtung 4 die entsprechenden Berechnungen durch.
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Die Recheneinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, Fouriertransformation-Daten zu ermitteln. Unter „Fouriertransformation-Daten“ werden Daten verstanden, die unter Verwendung zumindest einer Fouriertransformation generiert worden sind.
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Die Recheneinrichtung 4 kann eine Abstands-Fouriertransformation und eine Geschwindigkeits-Fouriertransformation durchführen. Die Recheneinrichtung 4 berechnet weiter eine (diskrete) Fouriertransformation der Radarmessdaten über die Antennenelemente. Die Fouriertransformation kann hierbei jeweils eine Fast-FourierTransformation (FFT) sein.
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Die Recheneinrichtung 4 kann eine Dichte von Radarziel-Detektionen in einem Abstands-/Geschwindigkeitsspektrum oder eine mittlere Anzahl von Zielen pro detektiertem Abstands-/Geschwindigkeitsbin berechnen. Dazu wird zu jedem Abstands-/Geschwindigkeits-Bin die FFT über die Antennenelemente berechnet, wodurch ein winkelabhängiges Radarspektrum erhalten wird. Dann wird die Anzahl der Radarziele (d. h. Radarziel-Detektionen) berechnet, indem Maxima im Radarspektrum mit einem Schwellenwert verglichen werden. Falls ein Maximum den Schwellenwert überschreitet, wird ein Radarziel erkannt. Bei dem „Radarziel“ kann es sich um ein tatsächliches Objekt in der Umgebung der Radarvorrichtung 1 handeln, oder die Detektion erfolgt aufgrund von Nebenkeulen, welche durch ein tatsächliches Objekt erzeugt worden sind.
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Die Dichte der Radarziel-Detektionen im Abstands-/Geschwindigkeitsspektrum oder die mittlere Anzahl von Zielen pro detektiertem Abstands-/Geschwindigkeitsbin ist ein Antennendrift-Indikator, welcher optional über mehrere Radarzykeln gemittelt werden kann, etwa unter Verwendung eines exponentiell geglätteten Durchschnitts.
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Der Antennendrift-Indikator hängt somit von Maxima in den Fouriertransformation-Daten ab.
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Die Rechenvorrichtung 4 erkennt eine Antennendrift der Antennenelemente unter Verwendung des berechneten Antennendrift-Indikators. Falls beispielsweise der Antennendrift-Indikators einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird eine Antennendrift erkannt.
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Während die Vorrichtung 2 zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelementen 6 des Antennenarrays 5 als eine Komponente der Radarvorrichtung 1 beschrieben worden ist, kann in weiteren Ausführungsformen die Vorrichtung 2 auch eine externe Komponente sein, welche außerhalb der Radarvorrichtung 1 angeordnet ist.
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2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen einer Antennendrift von Antennenelementen eines Antennenarrays einer Radarvorrichtung, insbesondere der oben beschriebenen Radarvorrichtung 1.
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Die Radarvorrichtung 1 erzeugt zunächst Radarmessdaten, S1.
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Fouriertransformation-Daten werden unter Verwendung einer Fouriertransformation der Radarmessdaten über die Antennenelemente 6 berechnet, S2.
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Ein von Maxima in den Fouriertransformation-Daten abhängiger Antennendrift-Indikator wird berechnet, S3. Das Berechnen des Antennendrift-Indikators kann das Berechnen einer gemittelten Anzahl von Radarziel-Detektionen umfassen. Die gemittelte Anzahl der Radarziel-Detektionen kann dabei insbesondere ohne Verringerung des Dynamikbereichs bestimmt werden.
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Es kann anhand der Fouriertransformation-Daten eine Dichte von Radarziel-Detektionen in einem Abstand-/Geschwindigkeitsspektrum oder eine mittlere Anzahl von Zielen pro detektiertem Abstands-/Geschwindigkeitsbin berechnet werden, wobei die gemittelte Anzahl von Detektionen unter Verwendung der berechneten Dichte der Radarziel-Detektionen berechnet wird.
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Zum Berechnen des Antennendrift-Indikators kann ein Abstand von einem Hauptmaximum zu einem höchsten Nebenmaximum in den Fouriertransformation-Daten bestimmt werden.
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Weiter kann der Antennendrift-Indikators über mehrere Radarzyklen gemittelt werden. Die Mittelung kann etwa durch Berechnung eines exponentiell geglätteten Durchschnitts über die mehreren Radarzyklen erfolgen.
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Eine Antennendrift der Antennenelemente wird unter Verwendung des berechneten Antennendrift-Indikators erkannt, S4.
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Der berechnete Antennendrift-Indikator kann zum Erkennen einer Antennendrift der Antennenelemente mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Überschreitet beispielsweise der Antennendrift-Indikator den vorgegebenen Schwellenwert, wird eine Antennendrift erkannt.
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Der Schwellenwert kann von Umgebungsbedingungen der Radarvorrichtung 1 abhängen.
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Das Erkennen der Antennendrift der Antennenelemente kann weiter auch unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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