DE102018124215A1

DE102018124215A1 - Verfahren zur Erfassung von Umgebungsinformationen mittels mehrerer Radarsensoren

Info

Publication number: DE102018124215A1
Application number: DE102018124215.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Löffler; Fabian Harrer; Thomas Gisder; Marc-Michael Meinecke; Thorsten Bagdonat
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG; Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-04-02
Also published as: CN112789520A; WO2020069898A1; EP3824318A1; US20210396870A1; US11874370B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung von Informationen in der räumlichen Umgebung eines Fahrzeugs (1), umfassend folgende Schritte:- Bereitstellen von zumindest zwei Radarsensoren (2), die an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs (1) vorgesehen sind;- Versenden von Radarsignalen durch die Radarsensoren (2), wobei die Radarsignale den Radarsensoren (2) zugeordnet sind;- Empfangen von reflektierten Anteilen der den Radarsensoren (2) zugeordneten Radarsignale an den jeweiligen Radarsensoren (2) und Weiterverarbeiten dieser reflektierten Anteile der Radarsignale als Empfangsinformationen;- Zuordnen von Zeitinformationen zu den von den jeweiligen Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen, wobei die Zeitinformationen eine Zeitreferenz für die Empfangsinformationen bilden;- Zuordnen von Ortsinformationen zu den von den jeweiligen Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen, wobei die Ortsinformationen eine Ortsreferenz für die Empfangsinformationen bilden; und- Verarbeiten der von den Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen zu Umgebungsinformationen unter Berücksichtigung der Zeitinformationen und der Ortsinformationen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Radarsystem zur Erfassung von Umgebungsinformationen mittels mehrerer Radarsensoren sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Radarsystem.
Für Kraftfahrzeuge mit Fähigkeiten zum autonomen Fahren bzw. mit der Fähigkeit zur Durchführung von autonomen Fahrvorgängen, beispielsweise einem automatischen Parkvorgang, wird eine schnelle und hochauflösende Umfeldwahrnehmung benötigt.
Insbesondere das Synthetische-Apertur-Radar (SAR) ermöglicht die Bereitstellung von Umgebungsinformationen mit einer hohen räumlichen Auflösung. Die Berechnung von hochauflösenden Umgebungsinformationen, insbesondere bei SAR-Radarsystemen, erfordert einen sehr hohen Rechenaufwand, da das Radarbild pixelweise basierend auf Messwerten, die an unterschiedlichen Orten bei der Bewegung des Fahrzeugs aufgenommen wurden, berechnet werden. Dabei ist es wichtig, dass die Bewegungsbahn des Fahrzeugs, auch Trajektorie genannt, bestmöglich bekannt ist.
Zur Erfassung der Trajektorie ist es bekannt, dass das Fahrzeug ein Odometriesystem umfasst, das zumindest einen Sensor zur Erfassung von Informationen hinsichtlich der Bewegung des Fahrzeugs im Raum umfasst. Das Odometriesystem kann insbesondere einen GPS-Sensor, einen Beschleunigungssensor, einen Winkelsensor und/oder ein Gyroskop umfassen.
Nachteilig an SAR-Radarsystemen ist, dass zur Erfassung von hochauflösenden Umgebungsinformationen eine relativ lange Wegstrecke zurückgelegt werden muss und damit die Bereitstellung der Umgebungsinformationen lange dauert. Die führt zu unerwünschten Latenzzeiten.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mittels dem hochauflösende Umgebungsinformationen in kürzerer Zeit und nach dem zurücklegen einer kürzeren Wegstrecke des Fahrzeugs bereitgestellt werden können.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Radarsystem ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 15 und ein Fahrzeug mit einem solchen Radarsystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 16.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erfassung von Informationen in der räumlichen Umgebung eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte:

An dem Fahrzeug werden zunächst zumindest zwei Radarsensoren bereitgestellt, die an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs vorgesehen sind. Die Radarsensoren können dabei beispielsweise jeweils in den Eckbereichen des Fahrzeugs vorgesehen sein, beispielsweise vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts. Die Radarsensoren können insbesondere eine zumindest teilweise zur Seite hin gerichtete Abstrahlrichtung haben. Die Hauptabstrahlrichtung bzw. Hauptempfangsrichtung der Radarsensoren kann beispielsweise schräg zur Fahrzeuglängsachse verlaufen, wobei die Schrägstellung beispielsweise im Winkelbereich zwischen 45° und 70° liegt, wobei sich die Winkel bezogen auf das Fahrzeug nach vorne bzw. nach hinten hin öffnen. Diese Ausrichtung eignet sich vorzugsweise zur Erfassung von Umgebungsinformationen basierend auf einem SAR-Algorithmus. Alternativ können auch andere Ausrichtungen der Radarsensoren gewählt werden, beispielsweise eine zur Fahrzeuglängsachse senkrechte oder im Wesentlichen senkrechte Abstrahlung.

Anschließend erfolgt ein Versenden von Radarsignalen durch die Radarsensoren, wobei die Radarsignale den Radarsensoren zugeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Radarsignale, die von einem der Radarsensoren ausgesendet werden, diesem Radarsensor eindeutig zugeordnet werden können, so dass der jeweilige Radarsensor lediglich diejenigen reflektierten Anteile der Radarsignale weiterverarbeitet, die auch von diesem Radarsensor ausgesendet wurden. In anderen Worten kann also durch die Zuordnung der Radarsignale zu einem Radarsensor die Verarbeitung von reflektierten Anteilen von Radarsignalen eines anderen Radarsensors wirksam vermieden werden.
Anschließend erfolgen ein Empfangen von reflektierten Anteilen der den Radarsensoren zugeordneten Radarsignale an den jeweiligen Radarsensoren und ein Weiterverarbeiten dieser reflektierten Anteile der Radarsignale als Empfangsinformationen. Die Empfangsinformationen sind beispielsweise digitale Signale.
Den von den jeweiligen Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen werden anschließend Zeitinformationen zugeordnet, wobei die Zeitinformationen eine Zeitreferenz bzw. einen Zeitstempel für die Empfangsinformationen bilden. In anderen Worten kann über die Zeitinformationen bzw. den Zeitstempel erkannt werden, zu welchem Zeitpunkt diese Empfangsinformation erhalten wurde. Hierbei sei angemerkt, dass nicht jeder Empfangsinformation eine Zeitinformation zugeordnet werden muss, sondern eine Zeitinformation eine Zeitreferenz für mehrere Empfangsinformationen bilden kann, beispielsweise dann, wenn die Anordnung von Empfangsinformationen in einer Kette von Empfangsinformationen bekannt ist, so dass eine Zuordnung einer Zeitinformation zu einer Empfangsinformation am Beginn einer Kette von Empfangsinformationen ausreichend ist, um alle Empfangsinformationen der Kette zeitlich charakterisieren zu können.
Zudem erfolgt ein Zuordnen von Ortsinformationen zu den von den jeweiligen Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen. Die Ortsinformationen bilden dabei eine Ortsreferenz für die Empfangsinformationen, d.h. die Ortsinformationen geben beispielsweise an, an welcher örtlichen Position die Empfangsinformationen ermittelt wurden.
Zuletzt erfolgt ein Verarbeiten der von den Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen zu Umgebungsinformationen unter Berücksichtigung der Zeitinformationen und der Ortsinformationen.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Empfangsinformationen von Radarsensoren, die an unterschiedlichen Positionen am Fahrzeug angeordnet sind, zu gemeinsamen Umgebungsinformationen bzw. einem gemeinsamen Radarbild verarbeitet werden können, da durch die zeitliche und örtliche Kennzeichnung der Empfangsinformationen eine zeitliche und örtliche Korrelation und damit ein gemeinsames Verarbeiten ermöglicht wird. Dadurch können hochauflösende Umgebungsinformationen beim Zurücklegen einer kürzeren Wegstrecke des Fahrzeugs bzw. in kürzerer Zeit bereitgestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden durch die Radarsensoren Empfangsinformationen bereitgestellt, die anschließend mittels eines SAR-Algorithmus verarbeitet werden können. Die Empfangsinformationen sind insbesondere Informationen, die aus den empfangenen reflektierten Anteilen durch Heruntermischen (z.B. von einer höheren, zum Senden verwendeten Frequenz (HF) ins Basisband) erhalten wurden. Für den Fall, dass die vom Radarsensor ausgesandten Signale Frequenzrampen sind (d.h. FMCW-Radarsignale), d.h. Signale mit einer sich ändernden, insbesondere linear ändernden Frequenz über der Zeit, weisen die Empfangsinformationen eine oder mehrere reichweitenabhängige Frequenzen auf. Diese Frequenzen sind dem Fachmann unter dem Begriff „Beatfrequenzen“ im Zusammenhang mit FMCW-Radarsignalen bekannt. Die Zeitinformationen sind dergestalt bzw. weisen eine Genauigkeit derart auf, dass sich die Empfangsinformationen , die von unterschiedlichen Radarsensoren stammen, zeitlich synchronisieren und örtlich korrelieren lassen. Insbesondere können die Empfangsinformationen komplexwertige Signale sein, die sich über die Zeitinformationen auch phasengenau synchronisieren lassen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die von den einzelnen Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen basierend auf den Zeitinformationen zeitlich zueinander synchronisiert. Insbesondere lassen sich die Empfangsinformationen der einzelnen Radarsensoren über die Zeitinformationen in zeitlichen Bezug zueinander setzen, so dass die von unterschiedlichen Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen zur Berechnung von SAR- Umgebungsinformationen zusammengeführt und gemeinsam verarbeitet werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die von den einzelnen Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen basierend auf den Ortsinformationen örtlich zueinander korreliert. Insbesondere lassen sich die Empfangsinformationen der einzelnen Radarsensoren über die Ortsinformationen in örtlichen Bezug zueinander setzen, so dass die von unterschiedlichen Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen zur Berechnung von SAR-Umgebungsinformationen zusammengeführt und gemeinsam verarbeitet werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Umgebungsinformationen durch ein Zusammenführen der von den unterschiedlichen Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen und ein gemeinsames Verarbeiten dieser Empfangsinformationen zu den Umgebungsinformationen erhalten. Somit werden die von unterschiedlichen Radarsensoren ermittelten Empfangsinformationen fusioniert, und deren örtlicher Versatz dazu verwendet, die Umgebungsinformationen nach dem Zurücklegen einer kürzeren Wegstrecke des Fahrzeugs zu erhalten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die gemeinsame Verarbeitung der Empfangsinformationen in einer SAR-Verarbeitungseinheit. Die SAR-Verarbeitungseinheit empfängt beispielsweise die Empfangsinformationen der einzelnen Radarsensoren, denen Zeitinformationen zugeordnet sind. Im Falle von Radarsensoren mit mehreren Kanälen können nach Kanälen getrennte Empfangsinformationen vorliegen. Die SAR-Verarbeitungseinheit empfängt ebenfalls die Ortsinformationen. Die Ortsinformationen können ebenfalls mit Zeitinformationen korreliert sein, so dass sich über die Zeitinformation den Empfangsinformationen Ortsinformationen zuordnen lassen. In anderen Worten kann über die Zeitinformation ermittelt werden, an welchem Ort die jeweilige Empfangsinformation ermittelt wurde. Damit ist die SAR-Verarbeitungseinheit in der Lage, aus den aus unterschiedlichen Radarsensoren stammenden Empfangsinformationen SAR-Umgebungsinformationen zu berechnen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die SAR-Verarbeitungseinheit als von den Radarsensoren unabhängige Einheit im Fahrzeug vorgesehen oder die SAR-Verarbeitungseinheit ist in einen der Radarsensoren integriert. Die SAR-Verarbeitungseinheit kann einen oder mehrere Prozessoren (CPU) und ggf. auch einen oder mehrere Grafikprozessoren (GPU) für die Berechnung der SAR-Umgebungsinformationen verwenden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Umgebungsinformationen als SAR-Umgebungsinformationen bereitgestellt, d.h. die Empfangsinformationen der Radarsensoren werden mittels eines SAR-Algorithmus zu SAR-Umgebungsinformationen verarbeitet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Umgebungsinformationen in der SAR-Verarbeitungseinheit durch eine komplexwertige, und zwar die Amplituden und die Phasen berücksichtigende Verarbeitung von zeitlich synchronisierten und örtlich korrelierten Empfangsinformationen der Radarsensoren berechnet. Dadurch können von unterschiedlichen Radarsensoren stammenden Empfangsinformationen in einem SAR-Algorithmus zu SAR-Umgebungsinformationen verarbeitet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die örtlich unterschiedliche Positionierung der Radarsensoren am Fahrzeug kompensiert. Diese Kompensation erfolgt vorzugsweise derart, dass die Empfangsinformationen, die von den verschiedenen Radarsensoren ermittelt werden, auf ein einheitliches Koordinatensystem bezogen werden, das dem SAR-Algorithmus zugrunde liegt und der örtliche Versatz des jeweiligen Radarsensors bezogen auf dieses einheitliche Koordinatensystem bei der Verarbeitung der Empfangsinformationen des jeweiligen Radarsensors berücksichtigt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden den von einer Odometrie-Einheit des Fahrzeugs bereitgestellten Ortsinformationen Zeitinformationen zugeordnet. Durch diese Zeitinformation lassen sich die Ortsinformationen zeitlich mit den Empfangsinformationen (denen ebenfalls Zeitinformationen zugeordnet sind) korrelieren, so dass ermittelbar ist, an welcher örtlichen Position eine Empfangsinformation, auch als Radardatum bezeichnet, empfangen wurde.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Zeitinformationen von einer Zeitsynchronisationseinheit des Fahrzeugs bereitgestellt. Die Zeitsynchronisationseinheit stellt insbesondere Zeitinformationen mit einer Genauigkeit derart bereit, dass sich die Empfangsinformationen phasengenau synchronisieren lassen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die von den Radarsensoren bereitgestellten Empfangsinformationen und/oder die Ortsinformationen interpoliert, um die Empfangsinformationen zeitsynchron zu den Ortsinformationen zuordnen zu können. Insbesondere dann, wenn die Ortsinformationen und die Empfangsinformationen nicht zeitlich synchron sondern zu unterschiedlichen Zeitpunkten generiert werden, kann über diese Interpolation ein Zeitversatz zwischen den Empfangsinformationen und den Ortsinformationen kompensiert werden, so dass mit einer verbesserten Genauigkeit feststellbar ist, an welchem Ort die Empfangsinformationen erhalten wurden.
Für die Verarbeitung im SAR-Algorithmus müssen die zeitlich aufeinanderfolgenden Empfangsinformationen jeweils gleichen räumlichen Abstand haben. In anderen Worten muss also jeweils zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Radar-Samples die gleiche räumliche Distanz liegen, um hinreichend gute SAR-Umgebungsinformationen bereitzustellen. Dies bedingt einen weiteren Verarbeitungsschritt vor der eigentlichen Verarbeitung der Empfangsinformationen mittels eines SAR-Algorithmus, nämlich ein Mapping der Empfangsinformationen auf ein Ortsraster mit einer äquidistanten örtlichen Rastergröße. Insbesondere werden die Empfangsinformationen, die von unterschiedlichen Radarsensoren stammen können, auf dieses Ortsraster interpoliert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die von den Radarsensoren bereitgestellten Empfangsinformationen und/oder die Ortsinformationen zwischengepuffert. Hierzu kann ein Puffer vorgesehen sein, in dem die Empfangsinformationen und/oder die Ortsinformationen zwischengespeichert und dann gemäß SAR-Verarbeitungsparametern, die durch den SAR-Verarbeitungsalgorithmus vorgegeben werden, bedarfsgerecht entnommen werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Radarsystem für ein Fahrzeug. Das Radarsystem umfasst:

- zumindest zwei Radarsensoren, die an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs vorgesehen sind, wobei die Radarsensoren dazu ausgebildet sind, Radarsignale zu versenden, reflektierte Anteile der dem jeweiligen Radarsensor zugeordneten Radarsignale zu empfangen und zu Empfangsinformationen weiterzuverarbeiten;
- eine Zeitsynchronisationseinheit, die dazu ausgebildet ist, Zeitinformationen bereitzustellen;
- eine Odometrie-Einheit, die dazu ausgebildet ist, Ortsinformationen bereitzustellen;
- eine Einheit, die dazu ausgebildet ist, den von den jeweiligen Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen Zeitinformationen zuzuordnen, wobei die Zeitinformationen eine Zeitreferenz für die Empfangsinformationen bilden;
- eine Einheit, die dazu ausgebildet ist, den von den jeweiligen Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen Ortsinformationen zuzuordnen, wobei die Ortsinformationen eine Ortsreferenz für die Empfangsinformationen bilden; und
- eine Verarbeitungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die von den Radarsensoren erhaltenen Empfangsinformationen unter Berücksichtigung der Zeitinformationen und der Ortsinformationen zu Umgebungsinformationen zu verarbeiten.

Unter „Empfangsinformationen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung werden von dem Radarsensor bereitgestellte Informationen im Zeitbereich bzw. im Frequenzbereich verstanden, insbesondere nach Heruntermischen von HF ins Basisband und einer Analog-DigitalWandlung erhaltene digitale Informationen. Bevorzugt sind die Empfangsinformationen vollständige, ungefilterte Informationen, d.h. sie weisen noch den vollständigen Informationsgehalt auf.
Unter „Umgebungsinformationen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Informationen verstanden, die in der Umgebung des Fahrzeugs vorhandene Objekte, beispielsweise in graphischer Form, wiedergeben. Die Umgebungsinformationen können beispielsweise auf einer Radarkarte darstellbare Informationen sein.
Unter „Ortsinformationen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Informationen verstanden, die die geographische Position des Fahrzeugs im Raum bzw. dessen lagemäßige Ausrichtung im Raum kennzeichnen
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.
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.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 beispielhaft und schematisch ein Fahrzeug mit einem Radarsystem in einer Draufsichtdarstellung;
2 beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild eines Radarteilsystems, bei dem die Empfangsinformationen nach Kanälen getrennt und diesen Zeitinformationen zugeordnet werden;
3 beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild eines Radarteilsystems, das zur Generierung von Ortsinformationen und zur Zuordnung von Zeitinformationen zu diesen Ortsinformationen ausgebildet ist; und
4 beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild eines Radarteilsystems, mittels dem die aus unterschiedlichen Radarsensoren stammenden Empfangsinformationen zu Umgebungsinformationen verarbeitet werden.

1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1, an dem mehrere Radarsensoren 2 verbaut sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese in den Eckbereichen des Fahrzeugs 1 vorgesehen, so dass die Radarsensoren 2 einen Erfassungsbereich schräg nach vorne und zur Seite bzw. schräg nach hinten und zur Seite haben.
Die Radarsensoren 2 sind insbesondere derart ausgebildet, dass durch diese Empfangsinformationen bereitgestellt werden, die durch eine entsprechende Verarbeitungseinheit in ein SAR-Radarbild, hier auch als SAR-Umgebungsinformationen bezeichnet, verarbeitet werden können.
Um die SAR-Umgebungsinformationen möglichst zeitsparend berechnen zu können, so dass das Fahrzeug 1 nur eine kurze Wegstrecke in der Berechnungszeit zurücklegt, werden die SAR-Umgebungsinformationen unter Berücksichtigung von Empfangsinformationen berechnet, die von mehreren, an unterschiedlichen Orten am Fahrzeug 1 vorgesehenen Radarsensoren 2 bereitgestellt wurden.
Zur Berechnung der SAR-Umgebungsinformationen weist das Fahrzeug 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel eine SAR-Verarbeitungseinheit 3 auf. Die SAR-Verarbeitungseinheit 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als eine von den Radarsensoren 2 unabhängige, zentrale Einheit ausgebildet, die Empfangsinformationen von sämtlichen Radarsensoren 2 empfängt, um basierend darauf die SAR-Umgebungsinformationen zu berechnen. Abweichend hiervon kann die SAR-Verarbeitungseinheit 3 auch in einen der Radarsensoren 2 integriert sein, so dass die Berechnung der SAR-Umgebungsinformationen durch eine Recheneinheit eines Radarsensors 2 erfolgt. Es versteht sich, dass zur Berechnung der SAR-Umgebungsinformationen auch lediglich eine Teilgruppe der Radarsensoren 2ausgewählt und deren Empfangsinformationen zu den SAR-Umgebungsinformationen weiterverarbeitet werden.
Zudem weist das Fahrzeug 1 eine Zeitsynchronisationseinheit 4 auf. Diese Zeitsynchronisationseinheit 4 ist dazu ausgebildet, Zeitinformationen bereitzustellen, mittels denen die von den Radarsensoren 2 bereitgestellten Empfangsinformationen gekennzeichnet werden können. Eine solche Zeitinformation bildet beispielsweise einen Zeitstempel, der eine zeitliche Referenz für die jeweilige Empfangsinformation darstellt. Über diese Zeitinformation lassen sich dann in der späteren Verarbeitung die Empfangsinformationen unterschiedlicher Radarsensoren 2 bzw. die Empfangsinformationen, die aus unterschiedlichen Kanälen eines Radarsensors 2 stammen, zeitlich einordnen und gemeinsam verarbeiten.
Das Fahrzeug 1 weist zudem eine Odometrieeinheit 5 auf, die dazu ausgebildet ist Ortsinformationen bereitzustellen. Für die Berechnung von hochauflösenden SAR-Umgebungsinformationen ist es notwendig, zur synthetischen Erweiterung der Antennenapertur die Orte, an denen die Radarsignale ausgesendet bzw. deren reflektierte Anteile empfangen wurden, möglichst exakt zu kennen. Die Odometrieeinheit 5 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, Informationen von mehreren Sensoren bzw. sonstigen Quellen auszuwerten und basierend darauf Ortsinformationen bereitzustellen, um diese den Empfangsinformationen der jeweiligen Radarsensoren 2 zuzuordnen und damit die Empfangsinformationen mit einer örtlichen Referenz zu kennzeichnen, an welcher Stelle das jeweilige Radardatum erhalten wurde. Insbesondere kann durch die Ortsinformationen ermittelt werden, an welcher Stelle ein bestimmtes Radarsignal abgesendet wurde bzw. an welcher Stelle ein reflektierter Anteil des Radarsignals am Radarsensor 2 empfangen wurde.
Hierbei erfolgt vorteilhafterweise jeweils eine Verarbeitung von reflektierten Anteilen der Radarsignale jeweils nur durch den Radarsensor 2, der das jeweilige Radarsignal auch emittiert hat.
Die SAR-Verarbeitungseinheit 3 empfängt vorzugsweise Empfangsinformationen, die von den zumindest zwei Radarsensoren 2 bereitgestellt werden. Diesen Empfangsinformationen sind basierend auf der Zeitsynchronisationseinheit 4 Zeitinformationen zugeordnet, mittels denen die von unterschiedlichen Radarsensoren 2 bzw. unterschiedlichen Kanälen dieser Radarsensoren 2 stammenden Informationen zeitlich zueinander in Verbindung gebracht werden können. Insbesondere ist es aber auch möglich, den Empfangsinformationen Ortsinformationen zuzuordnen, die angeben, an welcher örtlichen Position des Fahrzeugs 1 die Empfangsinformationen ermittelt wurden. In anderen Worten ist es mittels der Zeitinformationen möglich, die von unterschiedlichen Radarsensoren 2 bzw. unterschiedlichen Kanälen dieser Radarsensoren 2 stammenden Informationen zueinander zeitlich zu synchronisieren. Die Ortsinformationen ermöglichen es, die von unterschiedlichen Radarsensoren 2 bzw. unterschiedlichen Kanälen dieser Radarsensoren 2 stammenden Informationen zueinander örtlich zu korrelieren.
Die Zuordnung der Zeitinformationen zu den Empfangsinformationen kann in einer den Radarsensoren 2 nachgeschalteten Verarbeitungseinheit 6 erfolgen. In diesem Fall empfängt die Verarbeitungseinheit 6 die Zeitinformationen der Zeitsynchronisationseinheit 4 und ordnet diese Zeitinformationen den Empfangsinformationen zu. Alternativ ist es möglich, dass die Zuordnung der Zeitinformationen zu den Empfangsinformationen bereits in den Radarsensoren 2 selbst erfolgt. Beispielsweise kann die Zeitsynchronisationseinheit 4 mit den Radarsensoren 2 gekoppelt sein. Die von der Zeitsynchronisationseinheit 4 bereitgestellten Zeitinformationen können dann in dem jeweiligen Radarsensor 2 den von diesem erzeugten Empfangsinformationen zugewiesen werden. Beispielsweise können die Zeitsynchronisationseinheit 4 und die Radarsensoren 2 über ein PTP-Netzwerk (PTP: Precision Time Protocol) gekoppelt sein, so dass durch dieses PTP-Netzwerk eine Zuordnung von Zeitinformationen zu den Empfangsinformationen (d.h. eine Zeitstempelung) erfolgen kann. Ebenso kann auch die Odometrieeinheit 5 an dieses PTP-Netzwerk angeschlossen sein.
Basierend auf den von zumindest zwei Radarsensoren 2 bereitgestellten Empfangsinformationen können dann unter Berücksichtigung der Zeitinformationen und der Ortsinformationen die Umgebungsinformationen, insbesondere das SAR-Radarbild berechnet werden.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Erzeugung eines zeitsynchronen Stroms von SAR-Empfangsinformationen, insbesondere eines zeitsynchronen Stroms von SAR-Radarempfangsdaten. Die Erzeugung des zeitsynchronen Stroms von SAR-Empfangsinformationen kann in einer der SAR-Verarbeitungseinheit 3 vorgeschalteten Verarbeitungseinheit 6 (in 2 durch die gestrichelt gezeichnete Rechteck angedeutet) erfolgen.
Die von den Radarsensoren 2 bereitgestellten Empfangsinformationen werden vorzugsweise jeweils an einer Eingangsschnittstelle 6.1 der Verarbeitungseinheit 6 empfangen. Diese Empfangsinformationen liegen für die jeweiligen Radarsensoren 2 getrennt vorzugsweise als digitale Signale vor. Anschließend werden diese Empfangsinformationen beispielsweise einer Extraktionseinheit 6.2 zugeführt, in der die von den jeweiligen Radarsensoren 2 empfangenen Empfangsinformationen - für den Fall, dass zumindest einige der Radarsensoren 2 mehrere Kanäle aufweisen - in deren einzelne Kanäle aufgespalten werden. Damit entstehen beispielsweise pro Radarsensor 2 mehrere kanalspezifische Empfangsinformationsströme. Die in den kanalspezifischen Empfangsinformationsströmen enthaltenen Radarinformationen weisen zumindest teilweise Zeitinformationen auf. Diese Zeitinformationen werden beispielsweise in der Extraktionseinheit 6.2 in die kanalspezifischen Empfangsinformationsströme eingefügt.
Hierbei kann jeder in den kanalspezifischen Empfangsinformationsströmen enthaltenen Radarinformation eine Zeitinformation zugewiesen sein. Alternativ ist es möglich, dass lediglich selektiv Radarinformationen in einem kanalspezifischen Empfangsinformationsstrom eine Zeitinformation zugewiesen ist. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die zeitliche Abfolge der Radarinformationen in dem Empfangsinformationsstrom bekannt ist. In diesem Fall kann dann beispielsweise lediglich der Radarinformation zu Beginn eines Messzyklus eine Zeitinformation zugewiesen werden. Die Zeitinformationen für die weiteren Radarinformationen ergeben sich dann aufgrund deren Lage im kanalspezifischen Empfangsinformationsstrom.
An der Ausgangsschnittstelle der Verarbeitungseinheit 6 werden dann nach Radarsensoren 2 und vorzugsweise nach deren jeweiligen Empfangskanälen getrennte Empfangsinformationsströme bereitgestellt, wobei den in den einzelnen Empfangsinformationsströmen enthaltenen Radarinformationen entweder direkt oder zumindest indirekt (über eine vorangehende Zeitinformation und der Lage der Radarinformation im Empfangsinformationsstrom) eine Zeitinformation zugeordnet ist.
3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Erzeugung von mit einer Zeitinformation versehenen Ortsinformationen. Einer Odometrieeinheit 5 werden Messinformationen von unterschiedlichen Sensoren und Messeinheiten zur Verfügung gestellt. Dies sind beispielsweise Informationen, die von einem Radsensor bereitgestellt werden (z.B. Umdrehungsinformationen der Räder), Geschwindigkeitsmesswerte und/oder Informationen eines ESP-Systems (ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm) des Fahrzeugs.
Zusätzlich oder alternativ können Sensorinformationen beispielsweise eines Radarsensors eines LIDAR-Sensors und/oder einer Kamera der Odometrieeinheit 5 zugeführt werden.
Des Weiteren können Informationen einer inertialen Messeinheit (beispielsweise enthaltend einen oder mehrere Beschleunigungsmesser bzw. ein oder mehrere Gyroskope) der Odometrieeinheit 5 zugeführt werden.
Basierend auf den vorgenannten empfangenen Informationen kann die Odometrieeinheit 5 Ortsinformationen, auch als Odometrieinformationen bezeichnet, berechnen. Diese Ortsinformationen dienen dazu, festzustellen, an welcher örtlichen Position die jeweiligen von der Radarsensoren 2 bereitgestellten Empfangsinformationen ermittelt wurden.
Die Odometrieeinheit 5 erhält zudem Zeitinformationen von der Zeitsynchronisationseinheit 4, um die Ortsinformationen mit einer Zeitinformation, insbesondere einem Zeitstempel zu versehen. Damit ist es basierend auf den von der Odometrieeinheit 5 an deren Ausgangsschnittstelle bereitgestellten Informationen möglich, festzustellen, an welcher Stelle sich das Fahrzeug 1 zu einem bestimmten Zeitpunkt befunden hat. Die Ortsinformationen beziehen sich vorzugsweise auf ein Koordinatensystem des Fahrzeugs 1, das sich im Bereich der Hinterachse des Fahrzeugs 1 befindet.
Für den Fall, dass die Ortsinformationen und die von den Radarsensoren 2 bereitgestellten Empfangsinformationen zeitlich nicht synchron entstehen, d.h. nicht aufeinander synchronisiert sind bzw. einen Zeitversatz haben, können die Ortsinformationen und/oder die Empfangsinformationen interpoliert werden. In anderen Worten werden damit Zwischenwerte berechnet, die angeben, an welchem Ort sich das Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt, an dem eine Empfangsinformation ermittelt wurde, befunden hat. Die Interpolation der Empfangsinformationen ist ebenfalls möglich.
4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Berechnung der Umgebungsinformationen, insbesondere der SAR-Umgebungsinformationen aus den mit einer Zeitinformation korrelierten Empfangsinformationen der Radarsensoren 2 und den mit einer Zeitinformation korrelierten Ortsinformationen.
Zur Erzeugung der Umgebungsinformationen, insbesondere eines SAR-Radarbildes kann ein Puffer 7 vorgesehen sein, der die von der Verarbeitungseinheit 6 bereitgestellten Ausgangsinformationen empfängt (s. 2). Dies sind insbesondere die zuvor näher erläuterten, nach Radarsensoren 2 und deren jeweiligen Empfangskanäle getrennten Empfangsinformationsströme (linke Eingangsströme in 4).
Zudem empfängt der Puffer 7 vorzugsweise auch die mit Zeitinformationen korrelierten Ortsinformationen, wie sie zuvor im Zusammenhang mit 3 näher erläutert wurden.
Des Weiteren können dem Puffer 7 SAR-Parameter zugeführt werden, die angeben, auf welche Art und Weise eine Entnahme von Daten aus dem Puffer 7 zur Berechnung der Umgebungsinformationen durch die SAR-Verarbeitungseinheit 3 erfolgen soll. Die SAR-Parameter können beispielsweise eine Zeittaktinformation oder eine örtliche Abtastrate (z.B. alle 2mm) sein.
Durch den Puffer 7 ist es möglich, die vorher genannten Daten zusammenzuführen und zwischenzuspeichern, um die Daten anschließend der SAR-Verarbeitungseinheit 3 bedarfsgerecht und ggf. - wie zuvor ausgeführt - interpoliert zur Verfügung zustellen.
Vorzugsweise werden die von den einzelnen Radarsensoren 2 bereitgestellten Empfangsinformationen basierend auf den Zeitinformationen und den Ortsinformationen zeitlich synchronisiert und örtlich korreliert. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass die dem Puffer 7 entnommenen, der Verarbeitungseinheit 3 zugeführten Daten dergestalt sind, wie wenn diese aus einem einzigen Radarsensor 2 mit einer erhöhten Kanalzahl entstammen würden.
Bei Verwendung von Frequenzrampen als Sendesignalen, d.h. Signalen, bei denen die Frequenz rampenartig, beispielsweise linear über der Zeit variiert wird (sog. FMCW-Radar), weisen die nach dem Heruntermischen erhaltenen Empfangsinformationen eine oder mehrere Beatfrequenzen auf, d.h. ein Signal, das eine reichweitenabhängige Frequenz aufweist. Basierend auf den Zeitinformationen und den Ortsinformationen werden die aus unterschiedlichen Radarsensoren 2 stammenden Empfangsinformationen zeitlich synchronisiert und örtlich zueinander korreliert.
Die aus dem Puffer 7 entnommenen Daten werden anschließend in der Verarbeitungseinheit 3 zu Umgebungsinformationen, insbesondere SAR-Umgebungsinformationen bzw. einem SAR-Radarbild verarbeitet. Dazu ist es notwendig, die den jeweiligen aus dem Puffer 7 entnommenen Daten gemäß einem SAR-Algorithmus zu Umgebungsinformationen zu verarbeiten. Die Verarbeitung kann durch eine oder mehrere Prozessoren bzw. Prozessorkerne (CPUs), Grafikprozessoren (GPU) oder einer Mischung aus zumindest einer CPU und zumindest einer GPU erfolgen.
Bei der Berechnung der Umgebungsinformationen kann es notwendig sein, die Ortsinformationen zu transformieren. Für den Fall, dass die von der Odometrieeinheit 5 bereitgestellten Ortsinformationen sich auf ein anderes Koordinatensystem beziehen als das Koordinatensystem, das die SAR-Verarbeitungseinheit 3 zur Berechnung der Umgebungsinformationen verwendet, kann eine Transformation der Ortsinformationen auf das von der SAR-Verarbeitungseinheit 3 verwendete Koordinatensystem erfolgen.
Zudem kann eine weitere Transformation der Ortsinformationen dadurch notwendig sein, dass die Radarsensoren 2 an unterschiedlichen Stellen am Fahrzeug 1 vorgesehen sind. Insbesondere kann es notwendig sein, eine örtliche Transformation der jeweiligen Ortsinformationen, die den von einem Radarsensor 2 bereitgestellten Empfangsinformationen zugeordnet werden, von einer Position, an der dieser Radarsensor 2 vorgesehen ist, an eine Position, an das von der SAR-Verarbeitungseinheit 3 verwendete Koordinatensystem angeordnet ist, vorzunehmen.
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.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Radarsensor
3: SAR-Verarbeitungseinheit
4: Zeitsynchronisationseinheit
5: Odometrieeinheit
6: Verarbeitungseinheit
6.1: Eingangsschnittstelle
6.2: Extraktionseinheit
7: Puffer

Claims

Verfahren zur Erfassung von Informationen in der räumlichen Umgebung eines Fahrzeugs (1), umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen von zumindest zwei Radarsensoren (2), die an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs (1) vorgesehen sind; - Versenden von Radarsignalen durch die Radarsensoren (2), wobei die Radarsignale den Radarsensoren (2) zugeordnet sind; - Empfangen von reflektierten Anteilen der den Radarsensoren (2) zugeordneten Radarsignale an den jeweiligen Radarsensoren (2) und Weiterverarbeiten dieser reflektierten Anteile der Radarsignale als Empfangsinformationen; - Zuordnen von Zeitinformationen zu den von den jeweiligen Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen, wobei die Zeitinformationen eine Zeitreferenz für die Empfangsinformationen bilden; - Zuordnen von Ortsinformationen zu den von den jeweiligen Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen, wobei die Ortsinformationen eine Ortsreferenz für die Empfangsinformationen bilden; und - Verarbeiten der von den Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen zu Umgebungsinformationen unter Berücksichtigung der Zeitinformationen und der Ortsinformationen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Radarsensoren (2) Empfangsinformationen bereitgestellt werden, die sich durch einen SAR-Algorithmus zu Umgebungsinformationen verarbeiten lassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von den einzelnen Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen basierend auf den Zeitinformationen zeitlich zueinander synchronisiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den einzelnen Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen basierend auf den Ortsinformationen örtlich zueinander korreliert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsinformationen durch ein Zusammenführen der von den unterschiedlichen Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen und ein gemeinsames Verarbeiten dieser Empfangsinformationen zu den Umgebungsinformationen erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Verarbeitung der Empfangsinformationen in einer SAR-Verarbeitungseinheit (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die SAR-Verarbeitungseinheit (3) als von den Radarsensoren (2) unabhängige Einheit im Fahrzeug (1) vorgesehen ist oder dass die SAR-Verarbeitungseinheit (3) in einen der Radarsensoren (2) integriert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsinformationen als SAR-Umgebungsinformationen bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsinformationen in der SAR-Verarbeitungseinheit (3) durch eine komplexwertige, und zwar die Amplituden und die Phasen berücksichtigende Verarbeitung von zeitlich synchronisierten und örtlich korrelierten Empfangsinformationen der Radarsensoren (2) berechnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich unterschiedliche Positionierung der Radarsensoren (2) am Fahrzeug (1) kompensiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den von einer Odometrie-Einheit des Fahrzeugs (1) bereitgestellten Ortsinformationen Zeitinformationen zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitinformationen von einer Zeitsynchronisationseinheit (4) des Fahrzeugs (1) bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Radarsensoren (2) bereitgestellten Empfangsinformationen und/oder die Ortsinformationen interpoliert werden, um die Empfangsinformationen zeitsynchron zu den Ortsinformationen zuordnen zu können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Radarsensoren (2) bereitgestellten Empfangsinformationen und/oder die Ortsinformationen zwischengepuffert werden.
Radarsystem für ein Fahrzeug (1) umfassend: - zumindest zwei Radarsensoren (2), die an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs (1) vorgesehen sind, wobei die Radarsensoren (2) dazu ausgebildet sind, Radarsignale zu versenden, reflektierte Anteile der dem jeweiligen Radarsensor (2) zugeordneten Radarsignale zu empfangen und zu Empfangsinformationen weiterzuverarbeiten; - eine Zeitsynchronisationseinheit (4), die dazu ausgebildet ist, Zeitinformationen bereitzustellen; - eine Odometrie-Einheit (5), die dazu ausgebildet ist, Ortsinformationen bereitzustellen; - eine Einheit, die dazu ausgebildet ist, den von den jeweiligen Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen Zeitinformationen zuzuordnen, wobei die Zeitinformationen eine Zeitreferenz für die Empfangsinformationen bilden; - eine Einheit, die dazu ausgebildet ist, den von den jeweiligen Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen Ortsinformationen zuzuordnen, wobei die Ortsinformationen eine Ortsreferenz für die Empfangsinformationen bilden; und - eine Verarbeitungseinheit (3), die dazu ausgebildet ist, die von den Radarsensoren (2) erhaltenen Empfangsinformationen unter Berücksichtigung der Zeitinformationen und der Ortsinformationen zu Umgebungsinformationen zu verarbeiten.
Fahrzeug umfassend ein Radarsystem gemäß Patentanspruch 15.