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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Unterscheiden von Zielsignalen, die unter Verwendung eines Radars erhalten werden, und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Unterdrückten der Nebenkeulen der Zielsignale, um zwischen mehreren Zielen untereinander zu unterscheiden.
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HINTERGRUND
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Automobile und andere Fahrzeuge sind inzwischen mit Sicherheitssystemen ausgestattet, die unter anderem Radartechnologien zur Ortung eines Objekts oder Ziels in Bezug auf das Fahrzeug beinhalten, sodass ein Fahrer oder eine Kollisionsvermeidungsvorrichtung entsprechend reagieren kann. Ein Radarsystem beinhaltet einen Sender zum Senden eines Quellsignals und einen Empfänger zum Empfangen eines Echos oder einer Reflexion des Quellsignals vom Zielobjekt. Das Empfangssignal wird mit einer gewählten Abtastfrequenz abgetastet und die abgetasteten Datenpunkte des Empfangssignals werden in eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) eingegeben, um eine Frequenz des reflektierten Signals zu ermitteln. Verschiedene Parameter und Abmessungen des Ziels, die aus der Frequenz ermittelt werden, werden dann verwendet, um ein Zielsignal darzustellen, welches das Ziel in einem Datenwürfel darstellt.
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Aufgrund der zeitbegrenzten Technik der digitalen Abtastung ist das Zielsignal im Datenwürfel kein zentraler Punkt, sondern zeigt eine zentrale Spitze mit mehreren Nebenkeulen an. Das Vorhandensein von Nebenkeulen führt zu Komplikationen beim Versuch, mehrere Zielsignale voneinander zu unterscheiden. Wenn beispielsweise ein erstes Ziel und ein zweites Ziel in unmittelbarer Nähe zueinander liegen, kann eine Nebenkeule eines ersten Zielsignals (Darstellung des ersten Ziels) eine Spitze eines zweiten Zielsignals überlagern (Darstellung des zweiten Ziels). Wenn das erste Ziel viel stärker und intensiver als das zweite Ziel ist, kann die Nebenkeule des ersten Zielsignals das Vorhandensein des zweiten Zielsignals maskieren, oder das Aussehen des zweiten Zielsignals verändern, wodurch eine präzise Abmessung des zweiten Zielsignals erschwert wird. Dementsprechend ist es wünschenswert die mit den Zielsignalen im Zusammenhang stehenden Nebenkeulen zu entfernen, um die mehreren Zielsignale besser voneinander unterscheiden zu können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen eines ersten Ziels von einem zweiten Ziel in einer Radarvorrichtung offenbart. Im Verfahren wird ein Summensignal erhalten, wobei das Summensignal ein erstes Zielsignal beinhaltet, das zur Reflexion eines Quellsignals des Radarsystems vom ersten Ziel erhalten wird und ein zweites Zielsignal, das durch Reflexion des Quellsignals vom zweiten Ziel erhalten wird. Das erste Zielsignal wird im Summensignal identifiziert, und ein repräsentatives Signal für das erste Zielsignal wird als eine Zusammenführung eines Punktziels erstellt, das einen Parameterwert des ersten Zielsignals aufweist. Das repräsentative Signal wird vom Summensignal subtrahiert, um ein verbliebenes Signal zu erhalten und das zweite Ziel wird vom verbliebenen Signal erfasst.
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In einer anderen exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen einer durch ein Radarsystem erhaltenen Vielzahl von Zielen offenbart. Ein Summensignal wird erhalten, welches eine Vielzahl von Zielsignalen beinhaltet, die bei einem Empfänger des Radarsystems durch Reflexionen eines Quellsignals des Radarsystems von einer Vielzahl von Zielen erhalten werden. Eine Operation wird auf einem Prozessor durchgeführt, die Folgendes beinhaltet: Identifizieren eines stärksten Signals im Summensignal, Abschätzen eines Werts eines Parameters für das stärkste Signal, Erzeugen eines repräsentativen Signals des stärksten Signals als eine Zusammenführung eines Punktziels, welches den abgeschätzten Wert des Parameters aufweist, und Subtrahieren des repräsentativen Signals vom Summensignal, um ein verbliebenes Signal zu erhalten.
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In einer noch weiteren exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist ein Radarsystem offenbart. Das Radarsystem beinhaltet einen Sender zum Senden eines Quellsignals, einen Empfänger zum Empfangen von Echosignalen aus der Reflexion des Quellsignals von einer Vielzahl von Zielen, und einen Prozessor. Der Prozessor ist konfiguriert, um ein Summensignal zu erzeugen, welches eine Vielzahl von Zielsignalen von der Vielzahl von Echosignalen beinhaltet, und um eine Operation durchzuführen, die Folgendes beinhaltet: Identifizieren eines stärksten Signals im Summensignal, Abschätzen eines Werts eines Parameters des stärksten Signals, Erzeugen eines repräsentativen Signals als eine Zusammenführung eines Punktziels, welches den abgeschätzten Wert des Parameters aufweist, und Subtrahieren des repräsentativen Signals vom Summensignal.
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Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile, sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, leicht ersichtlich.
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Figurenliste
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die Zeichnungen bezieht, in denen gilt:
- 1 stellt ein Fahrzeug mit einem Radarsystem dar, das geeignet ist, um eine Entfernung und/oder eine Relativgeschwindigkeit verschiedener Objekte oder Ziele in Bezug auf das Fahrzeug zu bestimmen;
- 2 stellt einen exemplarischen Datenraum für ein einzelnes Zielsignal dar, das über ein Radarsystem für ein einzelnes Ziel erhalten wird;
- 3 stellt einen exemplarischen Datenraum einschließlich mehreren zeitbegrenzten Zielsignalen, die von mehreren Zielen erhalten werden, sowie auch ein Summensignal der mehreren Zielsignale dar;
- 4 stellt ein Flussdiagramm dar, welches ein Verfahren zum Erfassen oder Unterscheiden von Ziel signalen in einem Summensignal veranschaulicht; und
- 5 stellt einen Datenraum dar, welcher die Ergebnisse zum Anwenden des hierin offenbarten Verfahrens zum Ermitteln der Zielsignale vom Summensignal veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung stellt 1 ein Fahrzeug 100, z. B. ein Automobil, dar, das ein Radarsystem 102 beinhaltet, das geeignet ist, eine Entfernung und/oder Relativgeschwindigkeit verschiedener Objekte oder Ziele in Bezug auf das Fahrzeug 100 zu bestimmen. In der in 1 dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Radarsystem 102 einen Sender 106 und einen Empfänger 108. In alternativen Ausführungsformen kann das Radarsystem 102 ein MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)-System sein, das eine Reihe von Sendern und Empfängern beinhaltet. Eine an Bord des Fahrzeugs 100 befindliche Steuereinheit 110 steuert und betreibt den Sender 106, um eine Hochfrequenzwelle (ein „Quellsignal“ 120) zu erzeugen. In einer Ausführungsform beinhaltet das Quellsignal 120 eine lineare, frequenzmodulierte kontinuierliche Welle (LFM-CW), die häufig als Chirp-Signal bezeichnet wird. Alternativ kann das Quellsignal 120 ein gepulstes Signal oder eine Kombination aus gepulsten und gechirpten Signalen sein. Ein erstes Ziel 104 und ein zweites Ziel 114 werden in einem möglichen Pfad des Fahrzeugs 100 dargestellt. Zu Veranschaulichungszwecken ist das erste Ziel 104 ein anderes Fahrzeug, das sich an einem ersten Standort in Bezug auf das Fahrzeug 102 befindet und eine erste relative Geschwindigkeit v1 in Bezug auf das Fahrzeug 102 aufweist. Das zweite Ziel 114 ist eine Person, die sich an einem zweiten Standort (auf einem Gehweg) in Bezug auf das Fahrzeug 102 befindet und eine zweite relative Geschwindigkeit v2 in Bezug auf das Fahrzeug 102 aufweist. Eine Reflexion des Quellsignals 120 vom ersten Ziel 104 stellt ein erstes Echosignal 122 bereit. Eine Reflexion des Quellsignals 120 vom zweiten Ziel 114 stellt ein zweites Echosignal 124 bereit. Das erste Echosignal 122 und das zweite Echosignal 124 werden am Empfänger 108 empfangen, der im Allgemeinen eine Schaltung zum Abtasten der Echosignale 122, 124 beinhaltet. Die Steuereinheit 110 führt Berechnungen auf dem ersten Echosignal 122 und dem zweiten Echosignal 124 durch, um Entfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten des ersten und zweiten Ziels 104, 114 in Bezug auf das Fahrzeug 100 zu bestimmen. Die Kenntnis der Entfernung und/oder der Relativgeschwindigkeit des ersten und zweiten Ziels 104, 114 in Bezug auf das Fahrzeug 100 kann dann verwendet werden, um das Fahrzeug 100 zu manövrieren, z. B. durch Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs 100 oder Lenken des Fahrzeugs, um das erste und zweite Ziel 104, 114 zu umgehen. In einer Ausführungsform bestimmt die Steuereinheit 110 die Entfernung und/oder die Geschwindigkeit des ersten und zweiten Ziels 104, 114 in Bezug auf das Fahrzeug 100 und wirkt mit einem Kollisionsvermeidungssystem 112 zusammen, um Lenk- und Beschleunigungs-/Verzögerungskomponenten zu steuern und notwendige Manöver am Fahrzeug 100 zum Umgehen des ersten und zweiten Ziels 104, 114 durchzuführen. In einer weiteren Ausführungsform stellt die Steuereinheit 110 ein Signal zur Verfügung, das einen Fahrer des Fahrzeugs 100 alarmiert, sodass der Fahrer irgendeine notwendige Maßnahme ergreifen kann, um das erste und das zweite Ziel 104, 114 zu umgehen.
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Während das Radarsystem 102 hier als an Bord befindliches Fahrzeug 100 bezeichnet wird, kann das Radarsystem 102 auch Teil eines immobilen oder stationären Objektes in alternativen Ausführungsformen sein. Ebenso kann das Ziel 104 ein Fahrzeug oder ein sich bewegendes Objekt sein oder ein unbewegliches oder stationäres Objekt.
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2 stellt einen exemplarischen Datenraum 200 für ein einzelnes Zielsignal dar, das über ein Radarsystem für ein einzelnes Ziel erhalten wird. Das Zielsignal wird zu Veranschaulichungszwecken als ein eindimensionales Signal dargestellt. Diese Dimension kann eine sein aus Reichweite (Abstand zum Ziel), Azimut und Höhe der Geschwindigkeit (d. h. Relativgeschwindigkeit) des Ziels. Das Radarsystem ist jedoch in der Lage, Parameterwerte in mehreren Dimensionen zu erhalten, einschließlich Werten von Reichweite, Azimut, Höhe und Geschwindigkeit. Werden Parameterwerte in allen vier Dimensionen ermittelt, erzeugt das Radarsystem einen vierdimensionalen Datenwürfel, in dem das Zielsignal dargestellt wird. Im vierdimensionalen Datenwürfel wird das Zielsignal daher als ein vierdimensionaler Punkt dargestellt. Zu Veranschaulichungszwecken stellt 2 nur eine einzelne Dimension dar, und zwar die der Reichweite.
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Der Datenraum 200 beinhaltet ein zeitlich begrenztes Zielsignal 202, d. h. ein Zielsignal, das über eine unendliche Abtastzeit erhalten wird. Das zeitbegrenzte Zielsignal 202 ist durch eine einzelne Spitze gekennzeichnet, die sich an einer Stelle im Parameterraum befindet. Das veranschaulichende Zielsignal 202 ist in einer Entfernung von 12,98 m positioniert. Die Höhe des Peaks ist ein Indikator für die Stärke oder Intensität des Signals vom Ziel. 2 stellt ebenfalls ein zeitlich begrenztes Zielsignal 204 dar. Das zeitbegrenzte Zielsignal 204 ist durch eine Spitze 204a am Standort des Ziels (d. h. bei 12,98 m) sowie verschiedene Nebenkeulen 204b gekennzeichnet. Die Intensität der Nebenkeulen 204b ist im Allgemeinen etwa 10 Dezibel geringer als die Intensität des Peaks 204a. Die Form des zeitlich begrenzten Zielsignals 204 ist darauf zurückzuführen, dass es eine endliche Zeitspanne für die Abtastung gibt.
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3 stellt einen exemplarischen Datenraum 300 mit mehreren zeitlich begrenzten Zielsignalen aus mehreren Zielen dar. 3 stellt einen eindimensionalen Datenraum dar. Wie in 2 kann das Radarsystem jedoch die Zielsignale von 3 als vierdimensionale Signale in einem vierdimensionalen Datenwürfel darstellen, wenn vier Parameter des Ziels gemessen wurden. Es wird ein erstes Zielsignal 302 mit einer zentralen Spitze 302a und einer Nebenkeule 302b dargestellt. Es wird ein zweites Zielsignal 304 mit einer zentralen Spitze 304a und einer Nebenkeule 304b dargestellt. Zu Veranschaulichungszwecken kann das erste Zielsignal 302 das mit Bezug auf das erste Ziel 104 aus 1 zu erhalten ist und das zweite Zielsignal 304, das mit Bezug auf das zweite Zielsignal 114 aus 1 zu erhalten ist, berücksichtigt werden. Das erste Zielsignal 302 ist stärker oder intensiver als das zweite Ziel signal 304.
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3 stellt zudem ein Summensignal 310 dar, das die Summe des ersten Zielsignals 302 und des zweiten Zielsignals 304 darstellt. Das Summensignal 310 weist zwei wesentliche Spitzen auf, 310a und 310b. Die Spitze 310a beinhaltet die Spitze 302a des ersten Zielsignals 302 als deren Hauptbestandteil. Daher ist der Wert des Parameters (z. B. die Reichweite) der Spitze 310a nahe genug zum Parameter der Spitze 310, damit dieser als derselbe angesehen wird. Zum Beispiel verfügen beide Spitzen 310a und 302a über eine Reichweite von etwa 13,1 Metern (m). Die Spitze 310b beinhaltet sowohl die Spitze 304a des zweiten Zielsignals 304 als auch die Nebenkeule 302b des ersten Zielsignals als wesentliche Faktoren. Da die Nebenkeule 302b eine vergleichbare Stärke, wie die Spitze 304a, aufweist, wird die Spitze 310b von der Spitze 304a ausgeglichen. Für die starke Nebenkeule 302b unterscheidet sich der Wert des Parameters für die Spitze 310b deutlich von dem Wert des Parameters für die Spitze 304a. So liegt beispielsweise die Spitze 304a bei 25,1 m und die Spitze 310b bei 26,89 m, für eine Differenz von 1,79 m. Das hierin offenbarte Verfahren stellt ein Verfahren zum Ermitteln des Werts des Parameters für die Spitze 304b des zweiten Signals 304 und nicht so sehr den Wert für die Spitze 310b bereit. Dieses Verfahren kann sowohl auf vier Parameterdimensionen als auch auf das Vorhandensein mehrerer Zielsignale innerhalb eines vierdimensionalen Datenwürfels erweitert werden.
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4 stellt ein Flussdiagramm 400 dar, welches ein Verfahren zum Erfassen oder Unterscheiden von Ziel signalen in einem Summensignal veranschaulicht, um dadurch deren zugeordneten Ziele zu erfassen. In Kasten 402 wird ein Summensignal von einem Radarsystem durch Reflexionen eines Quellensignals von einer Vielzahl von Zielen erhalten. Ein zusammengesetztes Signal, das aus den Reflexionen erzeugt wird, beinhaltet eine Vielzahl von Zielsignalen, die eine Vielzahl von Zielen repräsentieren. In Kasten 404 wird eine größte, höchste und stärkste Spitze im Summensignal ermittelt. In Kasten 406 wird die größte Spitze mit einem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) verglichen, und eine Entscheidung wird getroffen. Wenn eine Größe des größten Spitze größer als das SNR oder größer als ein ausgewählter Schwellenwert ist, der mit Bezug auf das SNR ausgewählt wird, fährt das Verfahren damit fort, andere Zielsignale über die Kästen 408-414 zu erfassen. Andernfalls hört das Verfahren bei Kasten 416 auf.
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In Kasten 408 wird ein Wert eines Parameters für die Spitze des stärksten Signals abgeschätzt. Der Parameter ist mindestens einer der Reichweite, Erhebung, Azimut und Geschwindigkeit und ist oft alle vier dieser Parameter. In Kasten 410 wird ein Punktziel von dem Wert des in Kasten 408 abgeschätzten Parameters erstellt. Wenn der abgeschätzte Parameter eine Entfernung von 25 m ist, wird zum Beispiel ein Punktparameter erstellt, der bei 25 m positioniert ist. In Kasten 412 wird ein repräsentatives Signal von dem Punktziel erzeugt. Das Punktziel kann mit einer Funktion zusammengeführt werden, um das repräsentative Signal zu erhalten. In einer Ausführungsform ist die Funktion eine sinc-Funktion, die als sinc (x) = sin (x-x0) /x definiert wird, wobei x0 der abgeschätzte Wert des Parameters ist, und x der Parameter der Integration ist. Die Zusammenführung des Punktziels mit der sinc-Funktion erzeugt ein repräsentatives Signal, das Ähnlichkeit zur Kurve 304 aus 2 aufweist. In Kasten 414 wird das repräsentative Signal vom Summensignal subtrahiert, um ein verbliebenes Signal zu erhalten. Dieser Prozess kann dann unter Verwendung des Restsignals bei Kasten 414 als das Summensignal, das in die nächste Iteration der Kästen 404 bis 414 eingegeben wird, wiederholt werden.
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Während das System im Flussdiagramm 400 mit Bezug auf einen einzelnen Parameter (d. h. Reichweite) zu Veranschaulichungszwecken beschrieben wird, versteht es sich, dass mehrere Parameter eines Ziels durch das Radarsystem gemessen werden können. In einer Ausführungsform werden die Parameter der Reichweite Azimut, Erhöhung, und Geschwindigkeit durch das Radarsystem ermittelt und im Flussdiagramm 400 verwendet. Das resultierende Summensignal und die Zielsignale, die das Summensignal ausmachen, sind vierdimensionale Signale in einem vierdimensionalen Datenwürfel, worin die Abmessungen des Datenwürfels die Parameter Reichweite, Azimut, Erhebung und Geschwindigkeit sind. Somit beinhaltet der Wert des Parameters für das stärkste Signal (d. h. die größte Spitze des stärksten Signals), das in Kasten 408 abgeschätzt wird, die Werte von vier Parametern. Das in Kasten 410 erzeugte Punktziel ist ein vierdimensionales Punktziel, und in Kasten 412 wird das vierdimensionale Punktziel mit einer vierdimensionalen sinc-Funktion zusammengeführt, um ein vierdimensionales repräsentatives Signal zu erhalten. In Kasten 414 wird das vierdimensionale repräsentative Signal von dem vierdimensionalen Summensignal subtrahiert, um ein vierdimensionales verbliebenes Signal zu erhalten.
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5 stellt einen Datenraum 500 dar, welcher die Ergebnisse zum Anwenden des hierin offenbarten Verfahrens zum Ermitteln der Zielsignale vom Summensignal veranschaulicht. Der Datenraum 500 stellt nur eine einzige Dimension dar, die lediglich zur Veranschaulichung als Reichweite ausgewählt ist. Das Summensignal beinhaltet ein erstes Zielsignal und ein zweites Zielsignal. Der Datenraum 500 stellt eine Nahaufnahme im Bereich einer Spitze 504 des zweiten Zielsignals dar. Der Datenraum 500 stellt einen Abschnitt einer Spitze 502 eines ersten Zielsignals und einer ersten Nebenkeule 502s des ersten Zielsignals dar. Der Datenraum stellt auch eine Spitze 504 des zweiten Zielsignals dar. Die Stärke oder Intensität des ersten Zielsignals an seiner Spitze ist größer als die Stärke oder Intensität des zweiten Zielsignals an seiner Spitze. Das Summensignal 508 ist eine Summierung des ersten Zielsignals und des zweiten Zielsignals. Aufgrund der Stärke der Nebenkeule 502s, unterscheidet sich ein abgeschätzter Wert der durch den Apex 508a des Summensignals 508 ermittelten Reichweite deutlich vom geschätzten Wert der durch den Apex 504a der Spitze 504 ermittelten Reichweite. Insbesondere befindet sich der Apex 508a bei 26,76, während der Apex 504a sich bei 25,15 befindet und die Fehlerspanne etwa 6,4% beträgt.
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Die Kurve 510 stellt ein verbliebenes Signal dar, welches sich aus dem Anwenden des hierin offenbarten Verfahrens oder des Identifizierens des ersten (stärksten) Signals ergibt, welches ein repräsentatives Signal für das erste Signal erzeugt und das repräsentative Signal vom Summensignal subtrahiert. Es ist klar, dass der Apex 510a des verbliebenen Signals 510 stärker an den Apex 504a ausgerichtet ist, als dies beim Apex 508a des Summensignals 508 der Fall ist. Insbesondere befindet sich der Apex 510a bei 25,39 m, während der Apex 504a sich bei 25,13 m befindet und die Fehlerspanne etwa 0,95% beträgt. Daher erhöht sich die Genauigkeit, mit der es möglich ist, den Apex des zweiten Zielsignals, sowie deren Parameterwert(e) zu bestimmen, indem das erste Zielsignal und dessen Nebenkeulen vom Summensignal subtrahiert werden.
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Das hierin offenbarte Verfahren verbessert die Fähigkeit eines Radarsystems, mehrere Zielsignale voneinander zu unterscheiden und die Parameterwerte der verschiedenen Zielsignale genauer zu bestimmen. Die verbesserten Parameterwerte können dem Fahrer oder der Kollisionsvermeidungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, damit der Fahrer respektive die Kollisionsvermeidungsvorrichtung besser auf Ziele reagieren können, wodurch die Sicherheit von Fahrer und Fahrzeug erhöht wird.
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Während die Erfindung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente durch entsprechende andere Elemente ersetzt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Ferner können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang derselben abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt wird, sondern dass sie außerdem alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.
