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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Technik zur Erfassung einer vertikalen Dejustage eines Radarsensors.
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Bekannte Radarsysteme, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet werden, verwenden einen Radarsensor, der wenigstens ein Sendeelement und eine Anzahl fester Empfangselemente derart umfasst, dass jedes der Sendeelemente eine Radarkeule von vorbestimmter Form und Richtung abstrahlt (multiple fixed beam), und die Empfangselemente das eintreffende Signal mir einer bekannten räumlichen Empfindlichkeitsverteilung empfangen. Aus den Empfindlichkeitsverteilungen der Empfangselemente und einer räumlichen Verteilung einer Sendeleistung eines Sendeelements kann ein Antennendiagramm des Radarsensors angegeben werden. Eine Messung umfasst ein Aussenden eines Radarsignals und ein anschließendes Empfangen von Signalen, die an einem Radarziel reflektiert wurden. In einer folgenden Verarbeitung der empfangenen Signale können relative Größen des Radarziels, wie dessen Entfernung, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder sein (horizontaler) Richtungswinkel bestimmt werden.
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Bei einem Frequency-Modulated-Continuous-Wave- (FMCW-) System sendet das wenigstens eine Sendeelement ein Signal einer modulierten Frequenz aus. Die mittels der Empfangselemente empfangenen Signale werden bezüglich ihres Frequenzspektrums analysiert. Eine Spitze (peak) im Frequenzspektrum entspricht dabei einer bestimmten Kombination aus relativer Entfernung und relativer Geschwindigkeit des Radarziels. Ein Richtungswinkel des Radarziels kann anhand der komplexen Amplituden des reflektierten Signals an den Empfangselementen bestimmt werden.
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Die Radarkeulen können beispielsweise in Form eines horizontal orientierten Fächers angeordnet sein. Ist der Fächer der Radarkeulen vertikal dejustiert, d.h., bezüglich einer erwünschten Ausrichtung in einem Winkel nach oben oder unten ausgelenkt, so beeinflusst das die Messgenauigkeit des Radarsystems negativ. Dies liegt teilweise darin begründet, dass die korrekte Ausrichtung der Radarkeulen üblicherweise einer Auswertung empfangener Radarsignale implizit oder explizit zu Grunde liegt, so dass im Fall einer Dejustage die Verarbeitung auf unrichtigen Annahmen basiert.
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Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, eine vertikale Dejustage eines Radarsensors zu erfassen. Bekannte Ansätze verwenden beispielsweise den Verlauf eines Radar-Rückstreuquerschnitts über eine bestimmte Distanz, eine Verteilung von nahen Bodenzielen oder eine Veränderung von Detektionsraten im Erfassungsbereich. Diese Verfahren sind jedoch nur begrenzt zuverlässig und konnten sich in der Praxis bislang nicht durchsetzen. Außerdem weisen diese Verfahren Abhängigkeiten von der Einbauhöhe des Radarsensors über der Fahrbahn oder von der Bodenbeschaffenheit auf, zeigen Unterschiede zwischen positiven und negativen vertikalen Dejustagewinkeln, basieren auf unzuverlässigen Modellannahmen oder sind nur in begrenzten Dejustagewinkelbereichen auswertbar. Zudem basieren die bisherigen Verfahren auf Objekteigenschaften und sind somit abhängig von der Signalverarbeitungs- und Datenfusionskette.
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DE 199 37 723 C2 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung einer vertikalen Dejustage eines Radarsensors, wobei ein eintreffendes Signal mit einer Vielzahl von Antennendiagrammen, die unterschiedlichen Dejustagen zugeordnet sind, verglichen und aus diesem Vergleich auf eine Dejustage des Radarsensors geschlossen wird.
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DE 102 07 437 A1 zeigt einen Radarsensor für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine zusätzliche Radarkeule auf eine Fahrbahn gerichtet ist, um eine Dejustage bestimmen zu können.
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DE 602 12 468 T2 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Justieren einer Einbauanordnung für Radar, sowie ein Radar justiert von diesem Verfahren oder dieser Vorrichtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige, automatische Erkennung eines vertikal dejustierten Radarsensors zu erfassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Computerprogrammprodukt nach den Ansprüchen 6 und 7 sowie ein System nach Anspruch 8 gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
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Erfindungsgemäß wird eine vertikale Dejustage des Radarsensors auf der Basis einer Güte bestimmt, mit welcher ein von einem Radarziel reflektiertes Signal zu einem auf einen justierten Radarsensor hinweisenden Sensorprofil passt. Deutet die bestimmte Güte darauf hin, dass das reflektierte Signal nur schlecht zum Sensorprofil passt, kann ein dejustierter Sensor vorliegen. Vorteilhafterweise wird diese Gütebestimmung nur für ausgewählte Ziele durchgeführt, deren Messwerte mit hoher Wahrscheinlichkeit aussagekräftig sind. Dabei werden Signale ausgewählt, die dem Bestimmen der vertikalen Dejustage zu Grunde gelegt werden, auf der Basis wenigstens eines der folgenden Kriterien: hohes Signal-Rausch-Verhältnis, auf ein Einzel-Radarziel hinweisendes Signal, Lage eines Horizontalwinkels des Radarziels in einem Winkelbereich des Radarsensors, der mehrdeutigkeitsfrei bezüglich einer Winkelbestimmung ist, auf eine Überlagerungsfreiheit unterschiedlicher Frequenzpeaks hinweisende Signale.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1a, 1b: eine schematische Ansicht eines an einem Kraftfahrzeug verwendeten Radarsensors in unterschiedlichen Ansichten;
- 2: eine schematische Ansicht eines Systems zur Erfassung einer vertikalen Dejustage des Radarsensors aus 1a und 1b;
- 3: ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erfassung einer vertikalen Dejustage des Radarsensors aus 1a und 1b zur Ausführung auf dem System von 2;
- 4a, 4b: Sensorprofile des Radarsensors von 1a und 1b; und
- 5b, 5b: bestimmte Dejustageindikatoren in exemplarischen Messszenarien gemäß dem Verfahren von 3.
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1a zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit einem Radarsensor 110 auf einer ebenen Fahrstrecke in einer Seitenansicht. Der Radarsensor 110 sendet eine Anzahl Radarkeulen K in Fahrtrichtung nach vorne in einem vorbestimmten Höhenwinkel aus. Ein vertikaler Dejustagewinkel α bezüglich diesem Höhenwinkel ist eingezeichnet. 1b zeigt das Kraftfahrzeug 100 in einer Draufsicht. Vier Radarkeulen K1 bis K4 (entsprechend den Keulen K in 1a) sind in horizontaler Richtung aufgefächert. Erfindungsgemäß können auch mehr oder weniger Radarkeulen K verwendet werden; die Anzahl der ausgewerteten Radarkeulen kann geringer als eine Anzahl vom Radarsensor 110 umfasster Sende- bzw. Empfangselemente sein. Die Ausdehnung und die Überlappungen der Radarkeulen K1 bis K4 in den 1a und 1b sind nicht maßstabsgetreu. Ein Horizontalwinkel γ eines die Radarsignale reflektierenden Radarziels bestimmt sich bezüglich einer Längsachse des Radarsensors 110.
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2 zeigt einen schematischen Überblick eines Systems zur Erfassung einer vertikalen Dejustage des Radarsensors 110 aus 1a und 1b. Eine Sendeeinrichtung 210 erzeugt Radarsignale, die mittels des Radarsensors 110 auf die in den 1a und 1b gezeigten Richtungen in den Radarkeulen K1 bis K4 ausgesendet werden. Jeder Radarkeule K1 bis K4 ist jeweils ein Sende- und ein Empfangselement (nicht gezeigt) des Radarsensors 110 zugeordnet. Von einem Radarziel reflektierte Signale werden mittels des Radarsensors 110 von einer Empfangseinrichtung 220 empfangen.
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Die von der Empfangseinrichtung 220 empfangenen Signale werden einer Vergleichseinheit 230 bereitgestellt, die in Verbindung mit einem Profilspeicher 240 steht. Im Profilspeicher 240 ist ein Sensorprofil des Radarsensors 110 abgelegt, das für jede Radarkeule K1 - K4 ein Antennendiagramm bezüglich eines Horizontalwinkels (γ) beschreibt. Das Antennendiagramm kann sich auf Amplituden- und/oder Phasenverhältnisse der Signale beziehen.
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Die Vergleichseinheit 230 führt einen Vergleich zwischen den empfangenen Signalen und dem im Profilspeicher 240 abgespeicherten Sensorprofil durch. Werden beispielsweise von einem Radarziel den vier Radarkeulen K1 bis K4 zugeordnete reflektierte Signale empfangen, passt das Verhältnis der Signalamplituden (bzw. Signalphasen) idealerweise nur zu einem einzigen Horizontalwinkel γ im Sensorprofil. In Abhängigkeit davon, wie gut das empfangene Signal zu dem bestimmten Horizontalwinkel γ passt, bestimmt die Vergleichseinheit 230 zusätzlich zum Horizontalwinkel γ auch eine Güte G. Beide Werte stellt sie einer Diskriminatoreinrichtung 260 bereit. Der Diskriminatoreinrichtung 260 werden darüber hinaus Werte eines Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise Ratio, SNR) der Signale von einer SNR-Bestimmungseinrichtung 250 bereitgestellt, die mit der Empfangseinrichtung 220 verbunden ist.
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Zu jeder Messung liegen der Diskriminatoreinrichtung 260 den Radarkeulen K1 bis K4 zugeordnete SNR-Werte, ein Horizontalwinkel γ des Radarziels und ein Gütewert G der Bestimmung des Horizontalwinkels γ vor. Darüber hinaus kann die Diskriminatoreinrichtung 260 noch weitere Signale (nicht gezeigt) verarbeiten, die beispielsweise auf einen Fahrzustand des Fahrzeugs 100 hinweisen und/oder aus den empfangenen Signalen bestimmt sind. Die Diskriminatoreinrichtung 260 wählt auf der Basis ihrer Eingangsgrößen Messungen aus, deren bestimmte Güte G aussagefähig ist. Eine hohe Aussagefähigkeit der Güte G kann beispielsweise vorliegen, wenn die ihr zu Grunde liegenden SNR-Werte hoch sind, wenn die einzelnen Signale auf ein einziges Radarziel hinweisen, wenn der bestimmte Horizontalwinkel γ in einem Winkelbereich des Radarsensors liegt, der mehrdeutigkeitsfrei bezüglich einer Winkelbestimmung ist und/oder wenn die empfangenen Signale auf eine Überlagerungsfreiheit unterschiedlicher Frequenzpeaks hinweisen.
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Die Gütewerte G solchermaßen als aussagekräftig bestimmter Messungen werden von der Diskriminatoreinrichtung 260 in einen Gütespeicher 270 geschrieben. Optional können zusätzliche Werte in den Gütespeicher 270 geschrieben werden, beispielsweise ein Messzeitpunkt, Messumstände, der bestimmte Horizontalwinkel γ oder die SNR-Werte.
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Eine Entscheidungseinrichtung 280 liest die Gütewerte G aus dem Gütespeicher 270 und verarbeitet sie dahingehend, dass ein einzelner Gütewert DG aus den bislang gesammelten Gütewerten G bestimmt wird. Beispielsweise kann die Entscheidungseinrichtung 280 einen Tiefpassfilter und/oder eine Einrichtung zur Bildung eines gleitenden Durchschnitts umfassen, die für DG einen Durchschnittswert zurückliegender Güten G in einem vorbestimmten Messfenster bildet. Verworfene und/oder veraltete Gütewerte G kann die Entscheidungseinrichtung 280 (oder alternativ z.B. die Diskriminatoreinrichtung 260) aus dem Gütespeicher 270 entfernen. Den bestimmten Gütewert DG vergleicht die Entscheidungseinrichtung 280 mit einem Schwellenwert, der ihr von einer Schwellenwert-Vorgabeeinrichtung 290 bereitgestellt wird. Bei dieser kann es sich beispielsweise um ein Eingabegerät oder einen Festwertspeicher handeln. Liegt der bestimmte einzelne Gütewert DG unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts, so bestimmt die Entscheidungseinrichtung 280 das Vorliegen eines dejustierten Radarsensors 110. Angedeutet durch den nach links weisenden Pfeil in 2 kann die Entscheidungseinrichtung 280 ein auf eine Dejustage hinweisendes Signal ausgeben, das beispielsweise dazu verwendet werden kann, eine Fahrerwarnung auszugeben, die Dejustage zu protokollieren und/oder eine Justage des Radarsensors 110 zu veranlassen.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Ausführung auf dem System 200 von 2. Das Verfahren 300 beginnt in einem Schritt 310, in dem ein Radarsignal mittels des Radarsensors 110 ausgesandt wird. In einem folgenden Schritt 320 werden mittels des Radarsensors 110 von einem Radarziel reflektierte Signale empfangen. Daraufhin wird in einem Schritt 330 auf der Basis der empfangenen Signale der Horizontalwinkel γ des Radarziels bestimmt. In einem folgenden Schritt 340 wird die Güte G der Bestimmung des Horizontalwinkels γ bestimmt. Im Fall von mehreren Radarzielen, die einander überlagernde reflektierte Signale hervorrufen, werden in Schritt 330 alle Horizontalwinkel und in Schritt 240 alle Güten bestimmt. Anschließend werden (in einem nicht dargestellten Schritt) die Güten in geeigneter Weise gewichtet oder ungewichtet gemittelt, um eine repräsentative Güte G für alle Radarziele bereitzustellen. In jedem Fall wird anschließend in einem Schritt 350 überprüft, ob die Bestimmung der Güte G zuverlässig ist oder nicht. Dazu kann gegebenenfalls auf weitere Werte und/oder Messumstände zurückgegriffen werden, wie beispielsweise aus den empfangenen Signalen bestimmte SNR-Werte.
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Wird die Bestimmung der Güte G in Schritt 350 als nicht zuverlässig erachtet, so kehrt das Verfahren 300 zum Schritt 310 zurück und beginnt von Neuem. Andernfalls fährt das Verfahren 300 mit einem Schritt 360 fort, in dem auf der Basis der bestimmten Güte G und zuvor bestimmter Güten G ein einzelner Gütewert DG bestimmt wird. Im Anschluss daran wird in einem Schritt 370 überprüft, ob der einzelne Gütewert oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt. Ist das der Fall, so wird in einem folgenden Schritt 380 bestimmt, dass eine Dejustage des Radarsensors 110 nicht vorliegt und das Verfahren beginnt mit Schritt 310 von Neuem. Wird in Schritt 370 hingegen bestimmt, dass die durchschnittliche Güte nicht oberhalb des Schwellenwerts liegt, so wird in einem Schritt 390 bestimmt, dass der Radarsensor 110 dejustiert ist, bevor das Verfahren ebenfalls mit dem Schritt 310 von Neuem beginnt.
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Optional können die Schritte 390 und 380 ein Aktivieren bzw. Deaktivieren von Warnungseinrichtungen, einen Eintrag in einen Fehlerspeicher und/oder ein Betätigen bzw. Deaktivieren eines Aktuators umfassen, der den Radarsensor 110 in vertikaler Richtung ausrichtet.
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4a zeigt ein schematisches Diagramm eines Sensorprofils eines in vertikaler Richtung korrekt justierten Radarsensors 110 aus 1a, 1b. In horizontaler Richtung ist der bestimmte Horizontalwinkel γ eines Radarziels aufgetragen, in vertikaler Richtung eine Empfangsleistung in dB. Jede der vier eingezeichneten Kurven ist einer der Radarkeulen K1 bis K4 in 1b zugeordnet. Diese Darstellung bezieht sich auf Amplituden empfangener Signale; in entsprechender Weise können zusätzlich oder alternativ auch die Phasen der empfangenen Signale dargestellt bzw. ausgewertet werden.
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Eine Bestimmung des Horizontalwinkels γ eines Radarziels erfolgt beispielsweise, indem die relativen Signalstärken bzw. -phasen des reflektierten Radarsignals in den einzelnen Keulen K1 bis K4 auf der Basis des in 4a dargestellten Sensorprofils miteinander korreliert werden. In einem illustrativen Beispiel verhalten sich die relativen Signalstärken der Keulen K1 / K2 / K3 / K4 wie -23dB / - 18dB / -36dB / -36dB, so dass daraus eindeutig auf einen Horizontalwinkel y von ca. +3° geschlossen werden kann. Auf Grund der guten Bestimmbarkeit des Horizontalwinkels γ wäre ein dieser Bestimmung zugeordneter Gütewert G relativ groß.
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4b zeigt ein Sensorprofil entsprechend 4a von einem Radarsensor 110, der in vertikaler Richtung um einen Winkel von α = -6° dejustiert ist. Es ist zu erkennen, dass ausgedehnte Bereiche des Horizontalwinkels γ existieren, in denen die den Keulen K1 bis K4 zugeordneten Empfindlichkeitskurven nahe aneinander liegen, was eine zuverlässige Bestimmung des Horizontalwinkels γ erschwert.
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In einer Fortsetzung des obigen Beispiels würde das Radarziel in einem Horizontalwinkel γ von ca. +3° dazu führen, dass sich die relativen Signalstärken der Keulen K1 / K2 / K3 / K4 wie -42 dB / -43 dB / -43 dB / -43 dB verhalten. Die Unterschiede der Signalstärken könnten in einem Bereich ihrer Messungenauigkeit liegen, so dass auch ein Radarziel im Bereich zwischen +3° und +5° oder um +12° zu einem entsprechenden Verhältnis von Signalstärken führen könnte. Der Horizontalwinkel γ des Radarziels lässt sich dann nicht sicher bzw. nicht genau bestimmen. Ein dieser Bestimmung zugeordneter Gütewert G wäre dementsprechend relativ gering.
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5a zeigt eine schematische Darstellung von bestimmten Güten G als Punkte und einem aus den Güten G abgeleiteten Gütewert DG als durchgezogene Linie. 5a korrespondiert zu 4a, d.h., der Radarsensor 110 ist in vertikaler Richtung nicht dejustiert (α = 0°). In horizontaler Richtung ist in 5a eine Zykluszahl aufgetragen, die in erster Näherung einem Messzeitpunkt entspricht. In vertikaler Richtung ist eine Güte G der Winkelbestimmung des Horizontalwinkels aufgetragen. Eine Güte G = 1 zeigt dabei die höchst mögliche Güte an. Die Mehrzahl der Güten G befinden sich im oberen Bereich des Diagramms von 5a; der Gütewert DG verläuft im Bereich zwischen 0,95 und 0,93. Obwohl einzelne Güten bis unterhalb von 0,7 bestimmt werden, bleibt die durchschnittliche Güte relativ konstant im angegebenen Bereich.
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5b zeigt eine Darstellung entsprechend 5a, korrespondiert in den Voraussetzungen der dargestellten Werte jedoch mit 4b, d.h., der Radarsensor 110, auf Basis dessen Messungen die dargestellten Daten bestimmt sind, ist in vertikaler Richtung um einen Winkel von α = -6° dejustiert. Die als Punkte eingezeichneten Güten G sind in vertikaler Richtung relativ weit verteilt. Dementsprechend verläuft der Gütewert DG in einem Bereich zwischen ca. 0,81 und 0,83.
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Wie aus den 5a und 5b ersichtlich ist, kann durch Wahl eines Schwellenwertes im Bereich zwischen 0,85 und 0,9 ein korrekt ausgerichteter Radarsensor 110 (α = 0°) von einem vertikal dejustierten Radarsensor 110 (α = -6°) eindeutig unterschieden werden. Durch angepasste Wahl des Schwellenwertes kann auch schon eine geringere Dejustierung des Radarsensors 110 bestimmt werden.
