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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung von Lagedaten eines bewegten Objekts basierend auf Radarinformationen sowie auf ein Objekt mit einem Radarsystem, das zur Schätzung von Lagedaten basierend auf Radarinformationen ausgebildet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind Radartechniken bekannt, mittels denen hochauflösende Radarinformationen, nachfolgend auch als Radarbild bezeichnet, gewonnen werden können. Derartige hochauflösende Radarbilder sind insbesondere für das autonome Fahren von Fahrzeugen von hoher Relevanz. Insbesondere das Synthetische-Apertur-Radar (SAR) ermöglicht eine hohe räumliche Auflösung. Die Berechnung von hochauflösenden Radarinformationen, insbesondere bei SAR-Radarsystemen, erfordert einen sehr hohen Rechenaufwand, da das Radarbild pixelweise basierend auf Messwerten, die an unterschiedlichen Orten bei der Bewegung des Objekts aufgenommen wurden, berechnet werden. Dabei ist es wichtig, dass die Bewegungsbahn des Objekts, auch Trajektorie genannt, bestmöglich bekannt ist.
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Zur Erfassung der Trajektorie ist es bekannt, dass das Objekt ein Odometriesystem umfasst, das zumindest einen Sensor zur Erfassung von Informationen hinsichtlich der Bewegung des Objekts im Raum umfasst. Das Odometriesystem kann insbesondere einen GPS-Sensor, einen Beschleunigungssensor, einen Winkelsensor und/oder ein Gyroskop umfassen.
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Nachteilig ist, dass bereits sehr geringe Abweichungen zwischen der realen Trajektorie (d.h. der Bewegungsbahn, auf der sich das Objekt bewegt) und der geschätzten Trajektorie (d.h. der vom Odometriesystem bereitgestellten Trajektorie) zu einem Radarbild führen, das signifikante Verzerrungen aufweist.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mittels dem eine verbesserte Lageschätzung des bewegten Objekts erreichbar ist.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Objekt mit einem Radarsystem zur Schätzung der Lagedaten des bewegten Objekts ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 15.
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Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Schätzung von Lagedaten eines bewegten Objekts basierend auf Radarinformationen. Das Objekt kann dabei ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug sein. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
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Zunächst wird eine Trajektorieninformation des bewegten Objekts erfasst. Dies kann beispielsweise durch einen oder mehrere Sensoren, insbesondere durch ein Odometriesystem, das im bewegten Objekt vorgesehen ist, realisiert werden.
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Basierend auf der erfassten Trajektorieninformation werden Alternativ-Trajektorieninformationen bestimmt, die sich von der erfassten Trajektorieninformation unterscheiden. Die erfasste Trajektorieninformation kann beispielsweise eine Ortsinformation in einem zwei oder dreidimensionalen Koordinatensystem, eine Beschleunigungsinformation, ein Winkelwert o.ä. sein. Die Alternativ-Trajektorieninformationen sind vorzugsweise durch leichte Abwandlungen erhaltene Modifikationen der erfassten Trajektorieninformation und liegen in Bezug auf deren betragsmäßige Werte oder in Bezug auf deren örtliche Lage im Umfeld der erfassten Trajektorieninformation. Vorzugsweise werden die Alternativ-Trajektorieninformationen durch Variation von Werten der erfassten Trajektorieninformation in unterschiedliche Richtungen erhalten, so dass die Alternativ-Trajektorieninformationen verteilt um die erfasste Trajektorieninformation zu liegen kommen.
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Anschließend werden Radarinformationen basierend auf den Alternativ-Trajektorieninformationen berechnet. Vorzugsweise wird für jede Alternativ-Trajektorieninformation eine Radarinformation berechnet. Die Berechnung der Radarinformationen kann eine Berechnung eines einzelnen Punktes eines Radarbildes, eine Berechnung einer Gruppe von Punkten eines Radarbildes oder eine Berechnung eines vollständigen Radarbildes sein.
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Daran schließt sich die Beurteilung der basierend auf den Alternativ-Trajektorieninformationen berechneten Radarinformationen hinsichtlich deren Fokussierung an. Anders ausgedrückt werden die Radarinformationen, die auf der Grundlage der Alternativ-Trajektorieninformationen (anstelle der erfassten Trajektorieninformation) erhalten wurden, dahingehend analysiert, welche der Radarinformationen, die einer jeweiligen Alternativ-Trajektorieninformation zugeordnet ist, zu Radarinformationen mit der besten Fokussierung geführt hat. Hierzu können auch die Radarinformationen mit einbezogen werden, die basierend auf der ursprünglich erfassten Trajektorieninformation erhalten werden.
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Basierend auf dem Beurteilungsergebnis wird bestimmt, welche Alternativ-Trajektorieninformation zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung geführt hat oder ob die erfasste Trajektorieninformation zu den am stärksten fokussierten Radarinformationen geführt hat. Diese Alternativ-Trajektorieninformation wird dann herangezogen, um die erfasste Trajektorieninformation zu modifizieren. In anderen Worten wird also versucht, die erfasste Trajektorieninformation durch Informationen, welche leicht abweichende Trajektorieninformation zu einer schärfer fokussierten Radarinformation geführt hat, zu ersetzen, um die aus der Sensorik erhaltene Schätzung der Trajektorieninformationen zu verbessern.
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Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass aus den Radarinformationen selbst Informationen zur Verbesserung der Trajektorienschätzung gewonnen und damit die aus dem Radarsystem gewonnenen Radarbilder ohne weitere teure Sensorik verbessert werden können.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden zumindest zwei Alternativ-Trajektorieninformationen ermittelt, deren Werte durch Modifizieren der erfassten Trajektorieninformation erhalten werden. Beispielsweise kann zu der erfassten Trajektorieninformation betragsmäßig oder vektoriell ein Differenzwert oder Differenzvektor addiert oder subtrahiert werden, um die Alternativ-Trajektorieninformationen zu erhalten. Dadurch kann erreicht werden, dass die Alternativ-Trajektorieninformationen im näheren Umfeld (betragsmäßig und/oder in Bezug auf den Ort) der erfassten Trajektorieninformation liegen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Alternativ-Trajektorieninformation durch Addieren/Subtrahieren einer Ortsdifferenzinformation, durch Vergrößern oder Verkleinern eines Startgeschwindigkeitswerts und/oder durch Vergrößern oder Verkleinern eines Beschleunigungswerts erhalten. Dadurch kann erreicht werden, dass die Alternativ-Trajektorieninformation im „Nahfeld“ um die erfasste Trajektorieninformation liegt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird basierend auf der Alternativ-Trajektorieninformation, die zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung geführt hat, eine Korrekturgröße berechnet. Nachfolgend werden die durch zumindest einen Sensor des bewegten Objekts ermittelten Trajektorieninformationen, insbesondere zu späteren Zeitpunkten ermittelte Trajektorieninformationen, basierend auf dieser Korrekturgröße modifiziert. Anders ausgedrückt wird eine Korrekturgröße berechnet, basierend auf der nicht nur eine ermittelte Trajektorieninformationen sondern eine Vielzahl von zeitlich nacheinander ermittelte Trajektorieninformationen verändert werden. Dadurch wird eine Anpassung der ermittelten Trajektorieninformationen mit geringem Rechenaufwand erreicht, da nicht für jede ermittelte Trajektorieninformation Alternativ-Trajektorieninformationen bestimmt und Radarinformationen zu diesen Alternativ-Trajektorieninformationen berechnet werden müssen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden zu mehreren zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Trajektorieninformationen jeweils Alternativ-Trajektorieninformationen bestimmt, Radarinformationen basierend auf diesen Alternativ-Trajektorieninformationen berechnet, die Fokussierung der basierend auf diesen Alternativ-Trajektorieninformationen berechneten Radarinformationen beurteilt, jeweils die Alternativ-Trajektorieninformation, die zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung führt, bestimmt und die zum jeweiligen Zeitpunkt erfassten Trajektorieninformationen basierend auf der jeweiligen bestimmten Alternativ-Trajektorieninformation modifiziert. Anders ausgedrückt wird die Modifikation der jeweiligen zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Trajektorieninformationen jeweils separat basierend auf einer Alternativ-Trajektorieninformation durchgeführt, die zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung geführt hat. Dadurch kann eine verbesserte Trajektorienschätzung erreicht werden. Vorzugsweise werden bei der Bestimmung der Alternativ-Trajektorieninformation zu einer gewissen Trajektorieninformation die Ergebnisse von zurückliegenden Modifizierungen von erfassten Trajektorieninformationen berücksichtigt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden erfassten Trajektorieninformationen nicht ständig von den Daten ausgegangen wird, die das Odometriesystem des bewegten Objekts ausgibt, sondern von modifizierten Trajektorieninformationen, die durch Analyse und Beurteilung der Radarinformationen bezüglich deren Fokussierung in vorhergehenden Schritten der Trajektorienschätzung erhalten wurden. Dadurch kann verhindert werden, dass der ermittelte Verlauf der Trajektorie bei längerer Trajektorienschätzung zunehmend von dem Verlauf der realen Trajektorie abweicht.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die ermittelten Trajektorieninformationen zunächst mittels der Korrekturgröße modifiziert und anschließend werden basierend auf den modifizierten Trajektorieninformationen die Alternativ-Trajektorieninformationen bestimmt. Anders ausgedrückt werden die Alternativ-Trajektorieninformationen nicht basierend auf der ursprünglich ermittelten Trajektorieninformation, sondern auf einer basierend auf der Korrekturgröße veränderten Trajektorieninformation gewählt. Damit kann auf einfache Weise eine Kompensation von systematischen Fehlern bei der Erfassung der Trajektorieninformationen erreicht werden, da die Korrekturgröße vorteilhafterweise diesem systematischen Fehler entgegenwirkt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Korrekturgröße ein Korrekturvektor, der zu der ermittelten Trajektorieninformation hinzuaddiert wird. Durch den Korrekturvektor kann eine zweidimensionale oder dreidimensionale Anpassung der ermittelten Trajektorieninformation an eine reale Trajektorie erreicht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Radarinformationen basierend auf einem SAR-Algorithmus berechnet. Dieser SAR-Algorithmus nutzt vorteilhafterweise die modifizierte Trajektorieninformation zur Berechnung des SAR-Radarbildes. SAR-Algorithmen setzen eine hochgenaue Kenntnis der Bewegungsbahn (Trajektorie) des bewegten Objekts voraus, so dass durch die Modifikation der Trajektorieninformationen basierend auf der Analyse der Fokussierung der Radarinformationen nicht nur die Trajektorienschätzung, sondern auch die Schärfe des SAR-Radarbildes entscheidend verbessert werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet der SAR-Algorithmus einen im Zeitbereich arbeitenden Algorithmus, insbesondere einen Rückprojektionsalgorithmus. Grundsätzlich bieten Zeitbereichsalgorithmen eine höhere Genauigkeit bei kurvigen Trajektorien. Im Falle der Verwendung eines Zeitbereichsalgorithmus ist es möglich, dass das SAR-Radarbild basierend auf punktweise korrigierten Trajektorieninformationen berechnet wird, was zu einer höheren Schärfe des SAR-Radarbildes führt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Trajektorieninformation einen Startgeschwindigkeitswert, einen Beschleunigungswert und/oder Koordinaten eines mehrdimensionalen Koordinatensystems. Diese können betragsmäßig oder vektoriell bei der Bestimmung der Alternativ-Trajektorieninformationen und der Modifikation der erfassten Trajektorieninformationen verändert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Beurteilung der Radarinformationen hinsichtlich deren Fokussierung mittels einer Metrik, insbesondere einer die Fokussierung von Bildinformationen beurteilenden Metrik. Die Metrik kann insbesondere softwarebasiert bestimmen, welche Radarinformationen die beste Fokussierung bzw. die geringsten Verzerrungen aufweist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden bei der Beurteilung der Radarinformationen berechnete Ist-Radarinformationen mit Soll-Radarinformationen verglichen. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn bekannt ist, welche Form die zu beurteilende Ist-Radarinformation idealerweise aufweisen sollte. Dafür können ein oder mehrere Soll-Radarinformationen gespeichert sein, basierend auf denen die Beurteilung vollzogen werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird beim Modifizieren der erfassten Trajektorieninformation die erfasste Trajektorieninformation durch die Alternativ-Trajektorieninformation ersetzt, deren zugeordnete Radarinformationen die höchste Fokussierung aufweisen. Dadurch wird eine vorteilhafte Anpassung der erfassten Trajektorieninformation erreicht. Die angepasste Trajektorieninformation kann dabei nicht nur für die Berechnung der Radarinformationen im Radarsystem verwendet werden, sondern die modifizierte Trajektorieninformation kann auch in anderen Systemen des bewegten Objekts verwendet werden, beispielsweise in einem System zum autonomen Fahren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Schätzung von Lagedaten in einem bewegten Objekt, wobei das Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Speichermedium mit Programmanweisungen umfasst, wobei die Programmanweisungen durch einen Prozessor ausführbar sind, um den Prozessor dazu zu veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispielen auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Objekt umfassend ein Radarsystem zur Berechnung von Radarinformationen und zumindest einen Sensor zur Erfassung von Trajektorieninformation während der Bewegung des Objekts, wobei das Objekt ferner aufweist:
- - eine Rechnereinheit, die zum Bestimmen von Alternativ-Trajektorieninformationen, die sich von der erfassten Trajektorieninformation unterscheiden, ausgebildet ist;
- - eine Rechnereinheit, die zum Berechnen von Radarinformationen basierend auf den Alternativ-Trajektorieninformationen ausgebildet ist;
- - eine Rechnereinheit, die zum Beurteilen der basierend auf den Alternativ-Trajektorieninformationen berechneten Radarinformationen hinsichtlich deren Fokussierung ausgebildet ist;
- - eine Rechnereinheit, die zur Bestimmung der Alternativ-Trajektorieninformation, die zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung führt, ausgebildet ist;
- - eine Rechnereinheit, die zum Modifizieren der erfassten Trajektorieninformation des bewegten Objekts basierend auf der Alternativ-Trajektorieninformation, deren zugeordnete Radarinformationen die höchste Fokussierung aufweisen, ausgebildet ist.
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Die vorgenannten Rechnereinheiten können durch eine gemeinsame Rechnereinheit oder zumindest teilweise durch unterschiedliche Rechnereinheiten gebildet werden.
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Unter „Trajektorieninformation“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jegliche Information verstanden, mittels der die Bewegungsbahn eines bewegten Objekts beschrieben werden kann, beispielsweise Koordinaten eines mehrdimensionalen Koordinatensystems, Beschleunigungswerte, Winkelwerte etc..
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Unter „Beurteilen der Fokussierung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Bewerten von Informationen hinsichtlich deren Fokussierung bzw. des Grades der Verzerrung der Informationen verstanden. Die zu beurteilenden Informationen können Bildinformationen sein, aber auch Datensätze, die die Informationen beinhalten.
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Unter „bewegtes Objekt“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein Fahrzeug oder ein Flugzeug bzw. Flugobjekt (Drohne, Satellit o.ä.) verstanden.
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Die Ausdrücke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 beispielhaft ein Radarbild eines Punktziels bei Erfassung mit einem SAR-Radarsystem mit Verzerrungen durch eine ungenaue Trajektorienmessung;
- 2 beispielhaft ein Radarbild eines Punktziels bei Erfassung mit einem SAR-Radarsystem bei einer idealen Trajektorienmessung;
- 3 beispielhaft und schematisch der zweidimensionale Verlauf einer realen und einer basierend auf Sensordaten an Stützpunkten geschätzten Trajektorie, wobei zu einem Stützpunkt mehrere Alternativ-Trajektorieninformationen berechnet wurden;
- 4 beispielhaft und schematisch ein basierend auf einem Korrekturvektor korrigierter Trajektorienverlauf;
- 5 beispielhaft und schematisch der zweidimensionale Verlauf einer korrigierten Trajektorie, die durch Berechnung von Alternativ-Trajektorieninformationen an mehreren Stützpunkten und Bestimmung derjenigen Alternativ-Trajektorieninformation, die zur höchsten Fokussierung des Radarbildes führt, bestimmt wurde;
- 6 beispielhaft und schematisch ein Blockdiagramm eines Systems zur Schätzung von Lagedaten eines bewegten Objekts basierend auf Radarinformationen; und
- 7 beispielhaft ein das Verfahren zur Schätzung von Lagedaten eines bewegten Objekts basierend auf Radarinformationen veranschaulichendes Blockdiagramm.
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1 zeigt ein Diagramm, in dem ein zweidimensionales SAR-Radarbild RB in einem kartesischen Koordinatensystem dargestellt ist. Dabei zeigt die horizontal verlaufende Achse (x-Achse) beispielsweise die azimutale Entfernung in Meter [m], die vertikal verlaufende Achse (y-Achse) die radiale Entfernung und die Färbung an dem jeweiligen Diagrammpunkt gibt die von einem Radarsensor empfangene Signalamplitude an dem mit dem Diagrammpunkt korrespondierenden Punkt im Raum an. Dabei ist die Signalamplitude umso höher, je dunkler der jeweilige Bildpunkt ist.
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Zur Berechnung des SAR-Radarbildes RB ist es vorteilhaft, möglichst genaue Informationen über die Trajektorie des bewegten Objekts, beispielsweise des Fahrzeugs oder des Flugobjekts, zu haben.
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1 zeigt das SAR-Radarbild RB einer Punktreflektion an der Koordinate (1, -2), bei der die Trajektorieninformation ausgehend von einer idealen, d.h. exakten Trajektorieninformation durch gleich verteile Werte in Querrichtung verzerrt wurde. In anderen Worten wurde auf die senkrecht zur Bewegungsrichtung des bewegten Objekts verlaufende Richtungskomponente der Trajektorie eine Zufallszahl aufaddiert, wobei die Zufallszahl basierend auf einer Gleichverteilung gewählt wurde.
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Grundsätzlich sind Trajektorienungenauigkeiten in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des bewegten Objekts schwerer erfassbar, da zur Erfassung der Trajektorieninformationen senkrecht zur Bewegungsrichtung des bewegten Objekts aktuell keine bzw. nur sehr teure hochauflösende Sensorik zur Verfügung steht.
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Im Vergleich dazu zeigt 2 das SAR-Radarbild RB' einer Punktreflektion an der Koordinate (1, -2), wobei ideale, d.h. exakte Trajektorieninformationen bei der Berechnung des SAR-Radarbildes RB' zugrunde gelegt wurden.
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Aus dem Vergleich der Diagramme aus 1 und 2 ist ersichtlich, dass das Radarbild durch ungenaue Trajektorieninformationen zunehmend verschwimmt bzw. verzerrt wird. In anderen Worten weist das aus ungenauen Trajektorieninformationen entstehende Radarbild RB eine geringere Fokussierung auf als ein Radarbild RB' mit genaueren Trajektorieninformationen. Anders ausgedrückt ist damit der Grad der Fokussierung des Radarbildes ein Maß für die Güte der erfassten Trajektorieninformationen.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine verbesserte Trajektorienermittlung und damit ein exakteres Radarbild durch Ermittlung des Grades der Fokussierung des Radarbildes basierend unterschiedlichen Trajektorieninformationen und Selektieren der Trajektorieninformation, die zu dem Radarbild mit der höchsten Fokussierung führt.
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3 zeigt den Verlauf der erfassten Trajektorieninformationen eT eines bewegten Objekts und die realen Trajektorieninformationen rT, d.h. den Verlauf der Bewegungsbahn, auf der sich das Objekt tatsächlich bewegt. Die erfassten Trajektorieninformationen eT können beispielsweise aus der Objektodometrie, d.h. von einem oder mehreren Sensoren (z.B. GPS, Beschleunigungssensor, Winkelsensor, Gyroskop etc.) stammen, mittels denen die Bewegungsbahn des bewegten Objekts gemessen bzw. geschätzt werden kann. Ausgehend von einem Startpunkt der Bewegung (Koordinate (0,0)) zeigt sich eine Abweichung der erfassten Trajektorieninformationen eT von den realen Trajektorieninformationen rT. Diese Abweichung führt, wie zuvor beschrieben, zu Verzerrungen im Radarbild. Insbesondere bei SAR-Radarsystemen, d.h. Radarsystemen, die Radarinformationen basierend auf einem SAR-Algorithmus berechnen, führt dies zu einer deutlichen Verschlechterung der gewonnenen Radarinformationen.
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Zur Verbesserung der durch die Sensorik erfassten Trajektorieninformationen eT werden Alternativ-Trajektorieninformationen AT bestimmt. Vorzugsweise stellt die Sensorik in zeitlichen Abständen jeweils Trajektorieninformationen eT bereit, die angeben (beispielsweise in Form einer Schätzung), an welcher Stelle (zweidimensional oder dreidimensional) sich das bewegte Objekt befindet. Die Alternativ-Trajektorieninformationen AT werden vorzugsweise ebenfalls in zeitlichen Abständen bereitgestellt, beispielsweise zu jeden von der Sensorik bereitgestellten Trajektorieninformationen eT.
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In 3 sind die Alternativ-Trajektorieninformationen AT durch Kreise angegeben, die die erfassten Trajektorieninformationen eT umgeben. Die Alternativ-Trajektorieninformationen AT können dabei durch geringfügiges Verändern der erfassten Trajektorieninformationen eT (beispielsweise Addieren/Subtrahieren von betragsmäßig kleinen Werten zu den Ortsinformationen) gewonnen werden. Dadurch werden beispielsweise Alternativ-Trajektorieninformationen AT erhalten, die bezüglich der räumlichen Nähe bzw. bezüglich Ihrer betragsmäßigen Werte in engem Zusammenhang mit der ermittelten Trajektorieninformationen eT stehen. In 3 sind die Alternativ-Trajektorieninformationen AT als Punkt bzw. nicht ausgefüllte Kreise in einem räumlich engen Bereich (d.h. mit geringen Abweichungen in x- und y-Richtung) um die erfasste Trajektorieninformation eT herum dargestellt.
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Basierend auf diesen Alternativ-Trajektorieninformationen AT werden anschließend Radarinformationen, insbesondere Radarbilder, berechnet.
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Diese Radarinformationen/Radarbilder werden im Folgenden als Alternativ-Radarinformationen oder Alternativ-Radarbilder bezeichnet. Anders ausgedrückt werden für jede Alternativ-Trajektorieninformationen AT jeweils Alternativ-Radarinformationen bzw. ein Alternativ-Radarbild berechnet. Abhängig von dem verwendeten Algorithmus zur Berechnung der Radarinformationen und der zur Verfügung stehenden Rechnerleistung können lediglich Alternativ-Radarinformationen an einem einzelnen Punkt im Erfassungsbereich (d.h. an einem einzelnen Pixel), mehreren Punkten im Erfassungsbereich (d.h. einer Gruppe von Pixeln) oder Alternativ-Radarinformationen für den gesamten Erfassungsbereich (d.h. jeweils ein gesamtes Radarbild für jede Alternativ-Trajektorieninformation) berechnet werden.
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Die Alternativ-Radarinformationen und vorzugsweise auch die Radarinformationen, die basierend auf den zunächst erfassten Trajektorieninformationen eT berechnet werden, werden anschließend hinsichtlich Ihrer Fokussierung beurteilt. Anders ausgedrückt wird ausgewertet, ob die aus der ermittelten Trajektorieninformationen eT berechneten Radarinformationen oder eine der Alternativ-Radarinformationen die wenigsten Verzerrungen aufweist. Damit kann beurteilt werden, welche Trajektorieninformationen (zunächst erfasste Trajektorieninformationen eT oder zunächst ermittelten Alternativ-Trajektorieninformationen AT) zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung bzw. den geringsten Verzerrungen führen.
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Zur Beurteilung des Grades der Fokussierung bzw. der Stärke der Verzerrungen kann jegliche Metrik verwendet werden, die eine derartige Beurteilung zulässt. Insbesondere können aus der Bildverarbeitung bzw. Bildbeurteilung bekannte Metriken verwendet werden, beispielsweise Entropie oder globales Maximum. Alternativ können auch direkt die digitalen Werte der berechneten Radarinformationen beurteilt werden, beispielsweise hinsichtlich der Gradienten bzw. Flankensteilheit, mit der sich die digitalen Werte der berechneten Radarinformationen ändern.
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Im in 3 gezeigten Beispiel liegt die als ausgefüllter Punkt dargestellte Alternativ-Trajektorieninformation AT am nächsten an der realen Trajektorieninformationen rT und hat damit die geringsten Abweichungen von der realen Trajektorieninformationen rT. Damit führt diese Alternativ-Trajektorieninformation AT zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung bzw. den geringsten Verzerrungen. Somit ist es von Vorteil, die erfasste Trajektorieninformation eT basierend auf der Alternativ-Trajektorieninformation AT zu modifizieren, insbesondere die erfasste Trajektorieninformation eT durch die Alternativ-Trajektorieninformation AT zu ersetzen.
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Wie in 3 durch die Kreisringe auf der strichlierten Kurve dargestellt, werden zeitlich nacheinander jeweils Trajektorieninformationen eT, beispielsweise durch die Fahrzeugodometrie ermittelt, die dann Stützpunkte der ermittelten Trajektorie bilden. Um den Rechenaufwand für die Berechnung einer Vielzahl von Alternativ-Radarinformationen pro erfasster Trajektorieninformation eT zu vermeiden oder zumindest zu verringern, kann aus einer Modifikation einer erfasste Trajektorieninformation eT eine Korrekturgröße oder ein Korrekturvektor KV ermittelt werden, basierend auf dem nachfolgend erfasste Trajektorieninformationen eT modifiziert werden.
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4 zeigt beispielhaft eine korrigierte Trajektorienkurve KTK, die unter Verwendung eines Korrekturvektors KV aus den jeweils erfassten Trajektorieninformationen eT erhalten wird. Dabei wird zunächst, wie zuvor in Verbindung mit 3 erläutert, aus einer Vielzahl von Alternativ-Trajektorieninformationen AT diejenige ausgewählt, die zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung bzw. den geringsten Verzerrungen führt. Anschließend wird die Korrekturgröße bzw. der Korrekturvektor KV ermittelt, basierend auf der/dem aus der erfassten Trajektorieninformation eT die Alternativ-Trajektorieninformation AT erhalten werden kann, die zu der Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung führt.
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Diese Korrekturgröße bzw. dieser Korrekturvektor KV wird anschließend auch für nachfolgend erfasste Trajektorieninformationen eT verwendet, um die Stützpunkte für die korrigierte Trajektorienkurve KTK zu erhalten. Die Stützpunkte für die korrigierte Trajektorienkurve KTK werden insbesondere dadurch erhalten, dass die zeitlich nacheinander erfassten Trajektorieninformationen eT basierend auf der Korrekturgröße bzw. dem Korrekturvektor KV modifiziert werden. Dadurch können die erfasste Trajektorieninformation mit geringem Rechenaufwand in Richtung der realen Trajektorieninformation rT verschoben bzw. korrigiert und damit die Verzerrungen der Radarinformationen reduziert werden.
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Vorteilhafterweise werden jedoch für jede erfasste Trajektorieninformationen eT Alternativ-Trajektorieninformationen AT bestimmt und für jede dieser Alternativ-Trajektorieninformationen AT Radarinformationen berechnet. Dadurch ist es möglich, für jede erfasste Trajektorieninformation eT festzustellen, welche Alternativ-Trajektorieninformationen AT zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung führen. Somit kann, wie in 5 gezeigt, die erfasste Trajektorieninformation eT möglichst nahe an die reale Trajektorieninformation rT angenähert werden.
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Des Weiteren ist es möglich, die Modifikation der erfassten Trajektorieninformation eT basierend auf einer Korrekturgröße oder eines Korrekturvektors KV mit der Bestimmung von Alternativ-Trajektorieninformationen AT zu jeder erfassten Trajektorieninformation eT zu kombinieren. Dabei kann beispielsweise zunächst die erfasste Trajektorieninformation eT basierend auf einer Korrekturgröße oder einem Korrekturvektor KV modifiziert werden und anschließend können für diese durch die Modifizierung erhaltene Trajektorieninformation Alternativ-Trajektorieninformationen AT bestimmt werden. Zu diesen Alternativ-Trajektorieninformationen AT werden anschließend, wie zuvor beschrieben, Radarinformationen berechnet, die hinsichtlich deren Fokussierung bzw. Grad der Verzerrung ausgewertet werden, um die Alternativ-Trajektorieninformation AT zu erhalten, die der realen Trajektorieninformation rT am nächsten kommt. Durch die Einbeziehung der Korrekturgröße bzw. des Korrekturvektors KV wird vorteilhafterweise eine Vor-Verschiebung der erfassten Trajektorieninformation eT in Richtung der realen Trajektorieninformation rT erzielt, so dass dadurch eine verbesserte Modifikation der erfassten Trajektorieninformationen eT erreicht werden kann.
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6 zeigt ein Blockschaltbild eines bewegten Objekts 1, das ein Radarsystem 2 zur Berechnung von Radarinformationen und zumindest einen Sensor 3 zur Erfassung von Trajektorieninformationen während der Bewegung des Objekts umfasst. Das Radarsystem 2 umfasst einen Radarsensor 2.1 und eine Rechnereinheit 2.2 zur Berechnung von Radarinformationen.
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Das Objekt 1 umfasst des Weiteren eine Rechnereinheit 4, die zur Bestimmung von Alternativ-Trajektorieninformationen AT, d.h. Trajektorieninformationen, die sich jeweils von der erfassten Trajektorieninformation eT unterscheiden, ausgebildet ist. Die Rechnereinheit 4 kann, wie in 6 gezeigt, eine von dem Radarsystem 2 abgesetzte Rechnereinheit sein oder aber auch in das Radarsystem 2 integriert sein. Des Weiteren kann auch die zur Erfassung der Radarinformationen verwendete Rechnereinheit 2.2 für die Bestimmung der Alternativ-Trajektorieninformationen AT verwendet werden.
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Die Berechnung der Alternativ-Radarinformationen AT kann entweder durch die Rechnereinheit 2.2 erfolgen oder - insbesondere im Falle hoher nötiger Rechenleistung - durch eine separate Rechnereinheit.
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Zur Beurteilung der Alternativ-Radarinformationen AT hinsichtlich deren Fokussierung bzw. Grad der Verzerrungen kann eine weitere Rechnereinheit 5 vorgesehen sein. Alternativ kann die Beurteilung der Alternativ-Radarinformationen durch die Rechnereinheit 4 oder die im Radarsystem vorgesehene Rechnereinheit 2.2 vollzogen werden. Die Rechnereinheit 5 oder eine der Rechnereinheiten 2.2 oder 4 kann dazu verwendet werden, die Alternativ-Radarinformation AT zu bestimmen, die zu der höchsten Fokussierung bzw. den geringsten Verzerrungen führt.
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Zudem kann die Rechnereinheit 2.2 dazu ausgebildet sein, die erfassten Trajektorieninformation eT basierend auf der Alternativ-Radarinformation AT, die zu der höchsten Fokussierung bzw. den geringsten Verzerrungen führt, zu modifizieren.
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Das Radarsystem 2 kann zum Vollziehen der vorbeschriebenen Abläufe mit dem Sensor 3 bzw. einem Odometrie-System des Objekts 1 gekoppelt sein. Insbesondere kann das Radarsystem 2 mit dem Sensor 3 bzw. einem Odometrie-System derart gekoppelt sein, dass der Sensor 3 bzw. das Odometrie-System Informationen darüber erhält, welche Alternativ-Radarinformation AT zu der höchsten Fokussierung bzw. den geringsten Verzerrungen führt, um die von dem Sensor bzw. dem Odometrie-System des Objekts 1 geschätzten zukünftigen Trajektorieninformationen entsprechend anzupassen.
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7 zeigt schematisch den Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Schätzung von Lagedaten eines bewegten Objekts basierend auf Radarinformationen.
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Zunächst werden Trajektorieninformation eT des bewegten Objekts 1 erfasst (S10). Dies erfolgt basierend auf zumindest einem Sensor 3, der beispielsweise funktionaler Bestandteil eines Odometriesystems ist. Die Trajektorieninformation eT werden an das Radarsystem 2 übermittelt. Basierend auf der erfassten Trajektorieninformation eT können beispielsweise durch das Radarsystem 2 Radarinformationen berechnet werden.
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Weiterhin werden Alternativ-Trajektorieninformationen AT bestimmt, die sich von der erfassten Trajektorieninformation eT unterscheiden (S11). Die Alternativ-Trajektorieninformationen AT werden beispielsweise durch Verändern von Werten der erfassten Trajektorieninformation eT erhalten.
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Basierend auf den Alternativ-Trajektorieninformationen AT werden anschließend Radarinformationen berechnet (S12). Die Radarinformationen können beispielsweise durch ein zweidimensionales oder ein dreidimensionales Radarbild, einzelne Punkte eines Radarbildes oder Gruppen von Punkten eines Radarbildes gebildet werden.
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Anschließend werden die aus den einzelnen Alternativ-Trajektorieninformationen erhaltenen Radarinformationen in Bezug auf deren Fokussierung beurteilt (S13). Insbesondere wird festgestellt, ob Verzerrungen der Radarinformationen vorliegen bzw. wie groß diese Verzerrungen sind.
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Anschließend wird diejenige Alternativ-Trajektorieninformation AT selektiert, die zu Radarinformationen mit der höchsten Fokussierung bzw. den geringsten Verzerrungen führt (S14).
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Diese selektierte Alternativ-Trajektorieninformation AT wird anschließend zum Modifizieren der erfassten Trajektorieninformation eT des bewegten Objekts herangezogen (S15). In anderen Worten wird eine Korrektur der erfassten Trajektorie durch die selektierte Alternativ-Trajektorieninformation AT vorgenommen. Diese modifizierte Trajektorieninformation kann anschließend zur Berechnung eines Radarbildes mit hoher Fokussierung herangezogen werden.
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Das zuvor beschriebene Verfahren kann einstufig durchgeführt werden, d.h. durch einen Sensor 3 eines Odometriesystems bereitgestellte Trajektorieninformation wird eine einmalige Berechnung von Alternativ-Trajektorieninformationen AT und ein Selektieren derjenigen Alternativ-Trajektorieninformation AT, basierend auf der die höchste Fokussierung bzw. die geringsten Verzerrungen erreicht werden, vollzogen.
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Alternativ hierzu kann das Verfahren auch mehrstufig vollzogen werden, d.h. nach dem Schritt des Selektierens derjenigen Alternativ-Trajektorieninformation AT, die zu der höchsten Fokussierung führt, werden unter Zugrundelegung der selektierten Alternativ-Trajektorieninformation AT als Ausgangspunkt erneut die vorgenannten Schritte S11 bis S14 vollzogen, d.h. zu der selektierten Alternativ-Trajektorieninformation AT werden wiederum Alternativ-Trajektorieninformationen AT bestimmt, basierend auf denen Radarinformationen (d.h. Alternativ-Radarinformationen) berechnet und diejenige Radarinformation mit der höchsten Fokussierung selektiert werden. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung von Alternativ-Trajektorieninformationen AT in den unterschiedlichen Stufen unter Zugrundelegung unterschiedlicher Schrittweiten, d.h. beispielsweise, dass in der ersten Stufe die Bestimmung der Alternativ-Trajektorieninformationen AT aus der erfassten Trajektorieninformation eT mit einer größeren Schrittweite erfolgt als die nachfolgende Bestimmung der Alternativ-Trajektorieninformationen AT aus der selektierten Alternativ-Trajektorieninformation. Dadurch kann erreicht werden, dass die zur höchsten Fokussierung führende Alternativ-Trajektorieninformation AT zunehmend an die reale Trajektorie desbewegten Objekts angenähert wird.
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Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Objekt
- 2
- Radarsystem
- 2.1
- Radarsensor
- 2.2
- Rechnereinheit
- 3
- Sensor
- 4
- Rechnereinheit
- 5
- Rechnereinheit
- AT
- Alternativ-Trajektorieninformation
- eT
- erfasste Trajektorieninformation
- rT
- reale Trajektorieninformation
- KV
- Korrekturvektor
- KTK
- korrigierte Trajektorienkurve
- RB, RB'
- Radarbild
