DE102019115879A1

DE102019115879A1 - Doppler-mehrdeutigkeitsauflösung mit phasenabschnitten hoher ordnung

Info

Publication number: DE102019115879A1
Application number: DE102019115879.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Dikshtein; Igal Bilik; Shahar Villeval; Oren Longman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-06-25
Also published as: US20200200889A1; CN111337926B; CN111337926A; US11099268B2

Abstract

Es werden ein Fahrzeug, ein Radarsystem für das Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs offenbart. Das Radarsystem schließt einen Sender, einen Empfänger und einen Prozessor ein. Der Sender sendet ein Quellensignal in einen Bereich in der Nähe des Fahrzeugs. Der Empfänger empfängt ein reflektiertes Signal, das durch Reflexion des zweiten Quellensignals von einem Objekt in dem Bereich gebildet wird. Der Prozessor erhält nichtlineare Abschnitte einer Phase aus dem reflektierten Signal und löst eine Doppler-Mehrdeutigkeit des Objekts unter Verwendung der nichtlinearen Abschnitte aus. Ein Navigationssystem navigiert das Fahrzeug unter Bezugnahme auf das Objekt basierend auf der aufgelösten Doppler-Mehrdeutigkeit.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Auflösung der Doppler-Mehrdeutigkeit in Radarsignalen und insbesondere auf ein System und Verfahren zum Reduzieren der Doppler-Mehrdeutigkeit unter Verwendung von Phasenabschnitten eines reflektierten Signals mit hoher Ordnung.
Radarsysteme haben Obergrenzen für ihre Erfassungsbereiche, oberhalb derer eine Messung mehrdeutig sein kann. Insbesondere schließen Radarsysteme eine Messgrenze für die maximal eindeutige Radialgeschwindigkeit ein, die mit dem Radarsystem gemessen werden kann. Diese Grenze ergibt sich aus der Nyquist-Frequenz oder der Chirp-Rate des Radarsystems. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein System und ein Verfahren zum Reduzieren der Doppler-Mehrdeutigkeit in Fahrzeugradarsystemen bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs offenbart. Ein Quellensignal wird in einen Bereich in der Nähe eines Fahrzeugs übertragen. Es wird ein reflektiertes Signal aufgrund einer Reflexion des Quellensignals von einem Objekt in dem Bereich empfangen. Nichtlineare Abschnitte einer Phase werden aus dem reflektierten Signal erhalten. Eine Doppler-Mehrdeutigkeit des Objekts wird unter Verwendung der nichtlinearen Abschnitte aufgelöst.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale schließt das Verfahren das Erhalten eines Produkts aus dem reflektierten Signal und dem Quellensignal, das Durchführen eines Tiefpassfilters an dem Produkt und das Abtasten des gefilterten Signals ein, um ein abgetastetes Signal mit der Phase mit nichtlinearen Abschnitten zu erhalten. Die nichtlinearen Abschnitte sind in mindestens einem Chirp-Index, einem Abtast-Index und/oder einer Kombination aus dem Chirp-Index und/oder dem Abtast-Index nichtlinear. Das Verfahren schließt das Bestimmen einer Wahrscheinlichkeitsfunktion aus der nichtlinearen Phase ein. Die Wahrscheinlichkeitsfunktion kann für jede aus einer Vielzahl von Geschwindigkeitshypothesen bestimmt werden, die aus Dopplerfrequenzspitzen bestimmt werden, und es wird die Geschwindigkeitshypothese ausgewählt, für die die Wahrscheinlichkeitsfunktion einen globalen Maximalwert hat. Der globale Maximalwert der Wahrscheinlichkeitsfunktion wird durch Suchen entlang eines Bereichs und einer Geschwindigkeitsdimension eines Wahrscheinlichkeitsrasters während einer ersten eindimensionalen Suche und durch Suchen entlang des anderen Bereichs und der anderen Geschwindigkeitsdimension während einer zweiten eindimensionalen Suche ermittelt. Das Verfahren schließt das Navigieren des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf das Objekt basierend auf der aufgelösten Doppler-Mehrdeutigkeit ein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Radarsystem für ein Fahrzeug offenbart. Das Radarsystem schließt einen Sender, einen Empfänger und einen Prozessor ein. Der Sender ist so konfiguriert, dass er eine Signalquelle in einen Bereich in der Nähe des Fahrzeugs überträgt. Der Empfänger ist empfänglich für ein reflektiertes Signal, das durch Reflexion des Quellensignals von einem Objekt in dem Bereich gebildet wird. Der Prozessor ist so konfiguriert, dass er nichtlineare Abschnitte einer Phase aus dem reflektierten Signal erhält und eine Doppler-Mehrdeutigkeit des Objekts unter Verwendung der nichtlinearen Abschnitte auflöst.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist der Prozessor ferner so konfiguriert, dass er ein Produkt des reflektierten Signals und des Quellensignals erhält, einen Tiefpassfilter an dem Produkt durchführt und das gefilterte Signal abtastet, um ein abgetastetes Signal mit der Phase mit nichtlinearen Abschnitten zu erhalten. Die nichtlinearen Abschnitte sind in mindestens einem Chirp-Index, einem Abtast-Index und/oder einer Kombination aus dem Chirp-Index und/oder dem Abtast-Index nichtlinear. Der Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er eine Wahrscheinlichkeitsfunktion aus der nichtlinearen Phase bestimmt. Der Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für jede aus einer Vielzahl von Geschwindigkeitshypothesen bestimmt, die aus Dopplerfrequenzspitzen bestimmt werden, und die Geschwindigkeitshypothese auswählt, für die die Wahrscheinlichkeitsfunktion einen globalen Maximalwert aufweist. Der Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er den globalen Maximalwert der Wahrscheinlichkeitsfunktion durch Suchen entlang eines Bereichs und einer Geschwindigkeitsdimension eines Wahrscheinlichkeitsrasters während einer ersten eindimensionalen Suche und durch Suchen entlang des anderen Bereichs und der anderen Geschwindigkeitsdimension während einer zweiten eindimensionalen Suche ermittelt. Der Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er das Fahrzeug unter Bezugnahme auf das Objekt basierend auf der aufgelösten Dopplermehrdeutigkeit navigiert.
In noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Fahrzeug offenbart. Das Fahrzeug schließt einen Sender, einen Empfänger, einen Prozessor und ein Navigationssystem ein. Der Sender ist so konfiguriert, dass er ein Quellensignal in einen Bereich in der Nähe eines Fahrzeugs überträgt. Der Empfänger ist empfänglich für ein reflektiertes Signal, das durch Reflexion des Quellensignals von einem Objekt in dem Bereich gebildet wird. Der Prozessor ist so konfiguriert, dass er nichtlineare Abschnitte einer Phase aus dem reflektierten Signal erhält und eine Doppler-Mehrdeutigkeit des Objekts unter Verwendung der nichtlinearen Abschnitte auflöst. Das Navigationssystem ist so konfiguriert, dass es das Fahrzeug unter Bezugnahme auf das Objekt basierend auf der aufgelösten Doppler-Mehrdeutigkeit navigiert.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist der Prozessor ferner so konfiguriert, dass er ein Produkt des reflektierten Signals und des Quellensignals erhält, einen Tiefpassfilter an dem Produkt durchführt und das gefilterte Signal abtastet, um ein abgetastetes Signal mit der Phase mit nichtlinearen Abschnitten zu erhalten. Die nichtlinearen Abschnitte sind in mindestens einem Chirp-Index, einem Abtast-Index und/oder einer Kombination aus dem Chirp-Index und/oder dem Abtast-Index nichtlinear. Der Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er eine Wahrscheinlichkeitsfunktion aus der nichtlinearen Phase bestimmt. Der Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für jede aus einer Vielzahl von Geschwindigkeitshypothesen bestimmt, die aus Dopplerfrequenzspitzen bestimmt werden und die Geschwindigkeitshypothese auswählt, für die die Wahrscheinlichkeitsfunktion einen globalen Maximalwert aufweist. Der Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er den globalen Maximalwert der Wahrscheinlichkeitsfunktion durch Suchen entlang eines Bereichs und einer Geschwindigkeitsdimension eines Wahrscheinlichkeitsrasters während einer ersten eindimensionalen Suche und durch Suchen entlang des anderen Bereichs und der anderen Geschwindigkeitsdimension während einer zweiten eindimensionalen Suche ermittelt. Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen lediglich beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung, wobei die detaillierte Beschreibung sich auf die Zeichnungen bezieht, in denen:

1 zeigt ein Fahrzeug mit einem zugeordneten Bahnplanungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 zeigt eine beispielhafte Chirp-Impulsfolge, die verwendet wird, um Parameter wie etwa Bereichs- und Dopplerfrequenz zu erhalten;
3 zeigt einen Graphen, der die Effekte nichtlinearer Phasen auf eine Phase eines abgetasteten Signals veranschaulicht;
4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Auflösen einer Doppler-Mehrdeutigkeit in einem Radarsignal veranschaulicht;
5A und 5B zeigen ein Verfahren zum Suchen eines Wahrscheinlichkeitsrasters für einen Maximalwert einer Wahrscheinlichkeitsfunktion; und
6 zeigt verschiedene Graphen, die den Betrieb der hierin offenbarten Verfahren veranschaulichen, um eine Doppler-Mehrdeutigkeit eines Radarsystems aufzulösen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken. Es sollte sich verstehen, dass in den Zeichnungen durchgehend entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt 1 ein Fahrzeug 10 mit einem zugeordneten Bahnplanungssystem, das bei 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen dargestellt ist. Allgemein bestimmt das Bahnplanungssystem 100 einen Bahnplan für automatisiertes Fahren des Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 schließt allgemein ein Fahrgestell 12, eine Karosserie 14, Vorderräder 16 und Hinterräder 18 ein. Die Karosserie 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umschließt Komponenten des Fahrzeugs 10 weitgehend. Die Karosserie 14 und das Fahrgestell 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16 und 18 sind jeweils drehbar mit dem Fahrgestell 12 in der Nähe einer entsprechenden Ecke der Karosserie 14 verbunden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 10 ein autonomes Fahrzeug und das Bahnplanungssystem 100 ist in das autonome Fahrzeug 10 (im Folgenden als das autonome Fahrzeug 10 bezeichnet) integriert. Das autonome Fahrzeug 10 ist zum Beispiel ein Fahrzeug, das automatisch gesteuert werden kann, um Passagiere von einem Ort zu einem anderen zu befördern. Das autonome Fahrzeug 10 wird in der veranschaulichten Ausführungsform als Personenkraftwagen dargestellt, aber es versteht sich, dass auch jedes andere Fahrzeug einschließlich Motorräder, Lastkraftwagen, Geländelimousinen (SUV), Campingmobile (RV) usw. ebenfalls verwendet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das autonome Fahrzeug 10 ein sogenanntes Stufe-Vier- oder Stufe-Fünf-Automatisierungssystem. Ein Level-Vier-System zeigt „Hohe Automatisierung“ an, Bezug nehmend auf die für den Fahrmodus spezifische Leistung eines automatisierten Fahrsystems bei allen Aspekten der dynamischen Fahraufgabe, sogar wenn der menschliche Fahrer nicht entsprechend auf eine Aufforderung zum Eingreifen reagiert. Ein Level-Fünf-System zeigt „Vollautomatisierung“ an, die sich auf die Vollzeitleistung bei allen Aspekten der dynamischen Fahraufgabe durch ein automatisiertes Fahrsystem unter allen Straßen- und Umgebungsbedingungen bezieht, die von einem menschlichen Fahrer bewältigt werden können.
Wie gezeigt, schließt das autonome Fahrzeug 10 allgemein ein Antriebssystem 20, ein Getriebesystem 22, ein Lenksystem 24, ein Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Aktuatorsystem 30, mindestens eine Datenspeichervorrichtung 32 und mindestens eine Steuereinheit 34 ein. Das Antriebssystem 20 kann in verschiedenen Ausführungsformen einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, wie etwa einen Traktionsmotor, und/oder ein Brennstoffzellenantriebssystem einschließen. Das Kraftübertragungssystem 22 ist konfiguriert, gemäß auswählbaren Übersetzungen Leistung vom Antriebssystem 20 auf die Fahrzeugräder 16 und 18 zu übertragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Getriebesystem 22 ein Stufenverhältnis-Automatikgetriebe, ein stufenloses Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe einschließen. Das Bremssystem 26 ist konfiguriert, ein Bremsmoment an die Fahrzeugräder 16 und 18 abzugeben. Das Bremssystem 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, Brake-by-Wire, ein regeneratives Bremssystem wie etwa eine elektrische Maschine und/oder andere geeignete Bremssysteme einschließen. Das Lenksystem 24 beeinflusst eine Position der Fahrzeugräder 16 und 18. Obwohl es in der Darstellung zu illustrativen Zwecken mit einem Lenkrad dargestellt wird, schließt das Lenksystem 24 in einigen Ausführungsformen, die innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung in Erwägung gezogen werden, möglicherweise kein Lenkrad ein.
Das Sensorsystem 28 schließt eine oder mehrere Sensorvorrichtungen 40a-40n ein, die beobachtbare Bedingungen der Außenumgebung und/oder der Innenumgebung des autonomen Fahrzeugs 10 erfassen. Die Erfassungsvorrichtungen 40a-40n können Radare, Lidare, globale Positionsbestimmungssysteme, optische Kameras, thermische Kameras, Ultraschallsensoren und/oder andere Sensoren einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt. In verschiedenen Ausführungsformen schließt das Fahrzeug 10 ein Radarsystem mit einer Anordnung von Radarsensoren ein, wobei die Radarsensoren der Radaranordnung an verschiedenen Stellen entlang des Fahrzeugs 10 angeordnet sind. Ein Radarsensor kann in verschiedenen Ausführungsformen einen Sender und einen Empfänger einschließen. Im Betrieb sendet ein Radarsensor einen elektromagnetischen Quellenimpuls 48 oder ein elektromagnetisches Quellensignal aus, das am Fahrzeug 10 in Form eines reflektierten Impulses 52 oder eines reflektierten Signals durch ein oder mehrere Objekte 50 im Blickfeld des Sensors zurückreflektiert wird. Der Quellenimpuls 48 kann ein linearer frequenzmodulierter (LFM) Impuls oder ein „Chirp“-Impuls sein. Der reflektierte Impuls 52 kann verwendet werden, um Bereichs-, Doppler- und Ankunftsrichtungsmesswerte an einem oder mehreren Objekten 50 zu bestimmen. Diese Messwerte können eine Doppler-Mehrdeutigkeit aufgrund der Bewegung des Objekts 50 und der oberen Chirp-Ratenfrequenzgrenzen des Radarsystems aufweisen. Das hierin offenbarte Radarsystem stellt einen Prozess zum Auflösen der Doppler-Mehrdeutigkeit bereit, was eine wahre Messung einer Geschwindigkeit des Objekts 50 ermöglicht, so dass das Fahrzeug 10 unter Bezugnahme auf das Objekt 50 navigiert werden kann. Diese Verfahren werden unten diskutiert.
Das Aktuatorsystem 30 schließt eine oder mehrere Aktuatorvorrichtungen 42a-42n ein, die ein oder mehrere Fahrzeugmerkmale steuern, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26. In verschiedenen Ausführungsformen können die Merkmale des Fahrzeugs 10 ferner innere und/oder äußere Merkmale einschließen, wie etwa, jedoch nicht beschränkt auf, Türen, einen Kofferraum und Merkmale des Insassenraums wie Belüftung, Musik, Beleuchtung usw.(nicht nummeriert).
Die Steuereinheit 34 schließt mindestens einen Prozessor 44 und eine computerlesbare Speichervorrichtung oder ein computerlesbares Medium 46 ein. Der Prozessor 44 kann ein beliebiger anwendungsspezifischer oder im Handel verfügbarer Prozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, die der Steuereinheit 34 zugeordnet sind, ein halbleiterbasierter Mikroprozessor (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), ein Makroprozessor oder eine beliebige Kombination davon oder allgemein eine beliebige Vorrichtung zum Ausführen von Anweisungen sein. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder das computerlesbare Medium 46 kann zum Beispiel einen flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher als Nur-Lese-Speicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und Keep-Alive-Speicher (KAM) umfassen. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, während der Prozessor 44 heruntergefahren ist. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder das computerlesbare Medium 46 kann implementiert werden unter Verwendung irgendeiner von einer Anzahl bekannter Speichervorrichtungen wie etwa PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrischer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder beliebiger anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder kombinierter Speichervorrichtungen zum Speichern von Daten, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die von der Steuereinheit 34 zum Steuern des autonomen Fahrzeugs 10 verwendet werden können.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme einschließen, von denen jedes eine geordnete Auflistung ausführbarer Anweisungen zum Implementieren logischer Funktionen einschließt. Wenn die Anweisungen vom Prozessor 44 ausgeführt werden, empfangen und verarbeiten sie Signale vom Sensorsystem 28, führen Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen zum automatischen Steuern der Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 aus und erzeugen Steuersignale, die an das Aktuatorsystem 30 gesendet werden, um die Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 basierend auf der Logik, den Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen automatisch zu steuern. Obwohl nur eine Steuereinheit 34 in 1 gezeigt ist, können Ausführungsformen des autonomen Fahrzeugs 10 eine beliebige Anzahl von Steuereinheiten 34 einschließen, die über irgendein geeignetes Kommunikationsmedium oder eine Kombination von Kommunikationsmedien kommunizieren und die zusammenarbeiten, um die Sensorsignale zu verarbeiten, Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen auszuführen und Steuersignale zu erzeugen, um Merkmale des autonomen Fahrzeugs 10 automatisch zu steuern.
Das Bahnplanungssystem 100 navigiert das autonome Fahrzeug 10 basierend auf einer Bestimmung von Objekten und/ihre Positionen in der Umgebung des Fahrzeugs. In verschiedenen Ausführungsformen betreibt die Steuereinheit 34 eine Vielzahl von Radaren an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs 10, um einen Parameter (d. h. Bereich, Höhe und Azimut, Dopplerfrequenz) des Objekts 50 unter Verwendung einer Vielzahl von Chirp-Signalen zu bestimmen. Nach dem Bestimmen verschiedener Parameter des Objekts kann die Steuereinheit 34 die eine oder mehrere Betätigungsvorrichtungen 42a-42n, das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und/oder die Bremse 26 bedienen, um das Fahrzeug 10 unter Bezugnahme zum Objekt 50 zu navigieren.
Das Radarsystem kann eine Radialgeschwindigkeit eines Objekts bis zu einer Grenze bestimmen, die als eine maximal eindeutige Radialgeschwindigkeit bezeichnet wird. Die Grenze ist ein Ergebnis der Chirp-Rate des Radarsystems. Die maximale eindeutige Radialgeschwindigkeit Vmax ist eine Funktion einer Betriebswellenlänge λ₀ des Radarsystems, die durch Gl. (1) ausgedrückt wird: $V_{m a x} = \frac{λ_{0}}{4 T}$
wobei T die Länge des Quellenpulses oder des Impulswiederholungsintervalls ist. Eine Bereichsauflösung ΔR kann wie in Gl. (2) ausgedrückt werden: $Δ R = \frac{c}{2 α T}$
wobei α eine Chirp-Steigung, T ein Impulswiederholintervall und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Der maximale Bereich R_max wird durch Gleichung (3) ausgedrückt: $R_{m a x} = \frac{f_{s}}{α} \frac{c}{2}$
ausgedrückt, wobei f_s eine Abtastfrequenz ist.
Die Zeitverzögerung von einem Radarsender oder Radarsystem zu einem Objekt kann beschrieben werden als: $τ (t) = t_{0} + γ t$
wobei der erste Abschnitt eine Verzögerung aufgrund des Abstands zum Objekt ist und der zweite Abschnitt eine Verzögerung ist, die aus der (Radial-)Geschwindigkeit des Objekts resultiert. Der erste Abschnitt von Gl. (4) wird ausgedrückt durch: $t_{0} = \frac{2 r_{0}}{c}$

wobei r_o ein Bereich oder ein Abstand zum Ziel und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Des Weiteren, $γ ≜ \frac{2 ν}{c}$
wobei v die Geschwindigkeit des Objekts ist.
Das Quellensignal s_t(t), das vom Radarsystem übertragen wird, ist ein Chirp-Signal, das über die Frequenzbandbreite schwingt. Allgemein schließt das Quellensignal eine Vielzahl von Chirp-Signalen ein. Das Quellensignal kann somit beschrieben werden, wie in den Gl. (4) und (5) beschrieben: $s_{t} (t) = α_{t} \sum_{k = 0}^{N_{s}^{- 1}} u (t - k T - T_{I})$
wobei a_t eine Amplitude des Quellensignals, N_s die Anzahl der Chirp-Signale in einem Testrahmen, k ein Chirp-Index zur Angabe der Reihenfolge der Chirp-Signale und T_I die Leerlaufzeit zwischen den Chirps ist. Ein einzelner Chirp hat die Wellenform von: $u (t) = {\begin{matrix} e x p (- j 2 π (f_{0} t + \frac{1}{2} α t^{2})) 0 \leq t \leq T_{p w} \\ 0 o t h e r w i s e \end{matrix}$
wobei f₀ eine Trägerfrequenz des Quellensignals und α eine Chirp-Steigung des Quellensignals ist.
Das Quellensignal wird am Sender erzeugt und von einem Objekt reflektiert, um ein reflektiertes Signal zu erzeugen. Das reflektierte Signal wird am Radarsystem empfangen. Sobald das reflektierte Signal am Radarsystem empfangen wird, wird das reflektierte Signal mit dem Quellensignal multipliziert, um ein Produkt des reflektierten Signals und des Quellensignals zu erhalten. Das Produkt wird dann unter Verwendung von beispielsweise einem Tiefpassfilter gefiltert. Das gefilterte Signal wird dann abgetastet, um ein digitales Signal zu erzeugen, das verarbeitet werden kann, um die verschiedenen Parameter des Objekts, wie etwa seinen Bereich und seine Dopplerfrequenz, zu bestimmen.
2 zeigt eine beispielhafte Chirp-Impulsfolge 200, die verwendet wird, um Parameter wie etwa Bereich und Dopplerfrequenz zu erhalten. Die Chirp-Impulsfolge enthält Ns-Chirp-Impulse, wobei jeder Chirp-Impuls durch seinen Chirp-Index k gekennzeichnet ist. Eine Vielzahl von Abtastintervallen wird unter Bezugnahme auf den ersten Chirp-Impuls (k=0) gezeigt. Es gibt N_f-Abtastintervalle, wobei jedes Abtastintervall durch seinen Abtastindex n gekennzeichnet ist. Es versteht sich, dass ähnliche Abtastintervalle, obwohl nicht explizit gezeigt, auch auf die anderen Chirp-Impulse angewendet werden.
Angesichts der Wellenform der Gleichungen (7) und (8) wird die Phase des abgetasteten Signals durch Gl. (9) ausgedrückt: $ϕ [n, k] \approx ϕ_{0} - 2 π ((α t_{0} + γ f_{0}) T_{S} n + γ f_{0} T_{c} k + α γ T_{S}^{2} n^{2} + α γ T_{c} T_{S} n k)$
wobei der Abschnitt T_S die Dauer einer Abtastperiode, T_c eine Chirp-Periodendauer, n ein Abtastindex und k ein Index des Chirpsignals ist. Der Abschnitt fo ist die Trägerfrequenz und γ wird durch Gl. (6) ausgedrückt: Die Phase der Gl. (9) schließt Abschnitte ein, die linear hinsichtlich n und k (d. h. (αt₀ + γf₀)T_Sn und γ f₀T_ck) sowie nichtlinear hinsichtlich n und k (d. h. $α γ T_{S}^{2} n^{2}$
und αγT_cT_Snk) sind, wobei jeder Abschnitt Informationen über den Bereich und die Geschwindigkeit des Objekts bereitstellt.
3 zeigt einen Graphen 300, der die Effekte der nichtlinearen Abschnitte auf die Phase von Gl. (9) veranschaulicht: Entlang der Abszisse ist eine Abtastzahl n und entlang der Ordinatenachse eine Phasendifferenz Δφ dargestellt. Eine erste Kurve 302 zeigt den Effekt der Abtastzahl auf die Phasendifferenz für ein Objekt mit einer Geschwindigkeit von -18,66 Meter/Sekunde (m/s) an. Die zweite Kurve 304 ist eine Phasendifferenz, die durch Aliasing der Dopplerfrequenz des Objekts aufgezeichnet wird und somit durch Aliasing eine fehlerhafte Geschwindigkeit von 75 m/s ergibt. Die Differenz oder Trennung zwischen der ersten Kurve 302 und der zweiten Kurve 304, die mit der Abtastzahl n wächst, ist auf das Auftreten der Abschnitte in der Gl. (9) zurückzuführen, die in n und k nichtlinear sind. Das Aliasing-Signal kann unter Verwendung der unten offenbarten Verfahren identifiziert und entfernt werden.
Für ein Objekt, das in einem Abstand ro angeordnet ist und sich mit einer Geschwindigkeit v bewegt, kann das abgetastete Signal basierend auf der Phase von Gl. (9) ausgedrückt werden als: $\begin{matrix} y [n, k] = b_{0} exp (j ϕ_{0}) e x p (j 2 π (α t_{0} + \\ γ f_{0}) T_{S} n) e x p (j 2 π α γ T_{S}^{2} n^{2}) e x p (j 2 π γ f_{0} T_{c} k) e x p (j 2 π α γ T_{c} T_{S} n k) + z [n, k] \end{matrix}$
wobei z[n,k] ein Ausdruck für additives zirkuläres symmetrisches komplexes Gaußsches Rauschen ist.
Eine lokale Wahrscheinlichkeitsfunktion kann aus dem empfangenen Signal wie folgt bestimmt werden: $\begin{matrix} L [t_{0}, γ] = \sum_{k = 0}^{N_{S} - 1} \sum_{n = 0}^{N_{f} - 1} y [n, k] exp (- j 2 π (α t_{0} + \\ γ f_{0}) T_{S} n) e x p (- j 2 π α γ T_{S}^{2} n^{2}) e x p (- j 2 π γ f_{0} T_{c} k) e x p (- j 2 π α γ T_{c} T_{S} n k) + z [n, k] \end{matrix}$
Die Wahrscheinlichkeitsfunktion für eine Vielzahl von möglichen Dopplerspitzen, die aus der Verarbeitung des reflektierten Signals resultieren. Ein Maximalwert der Wahrscheinlichkeitsfunktion kann für jede ausgewertete Dopplerspitze bestimmt werden, wobei die Wahrscheinlichkeitsfunktion mit dem größten Maximalwert für die Dopplerspitze repräsentativ ist, die für die Geschwindigkeit des Objekts repräsentativ ist.
4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm 400, das ein Verfahren zum Auflösen einer Doppler-Mehrdeutigkeit in einem Radarsignal veranschaulicht. In Box 402 wird ein abgetastetes Signal y[n,k] empfangen. In Box 404 wird eine Bereichstransformation (Range FFT) auf das Signal y[n, k] durchgeführt, um einen Bereich für das Objekt zu bestimmen. In Box 406 wird eine Doppler-FFT auf das Signal y[n,k] durchgeführt, um eine oder mehrere mögliche Geschwindigkeiten zu bestimmen, die als eine „Geschwindigkeitshypothese“ für das Objekt bezeichnet werden. Eine Geschwindigkeitshypothese kann eine Dopplerfrequenz in der Doppler-FFT sein, bei der eine Spitze auftritt oder bei der eine Spitze einen Schwellenwert überschreitet. In Box 408 werden die Bereichsfrequenz F_b und die Dopplerfrequenzen F_D aus einer Bereichs-Doppler Karte extrahiert. In Box 410 wird für jede Geschwindigkeitshypothese eine Wahrscheinlichkeitsfunktion auf einem lokalen Raster berechnet. In Box 412 wird ein Maximalwert für jede Wahrscheinlichkeitsfunktion bestimmt. In Box 414 wird die Hypothese, die der Wahrscheinlichkeitsfunktion mit dem höchsten Maximalwert entspricht, als Geschwindigkeitshypothese ausgewählt, um das Objekt darzustellen.
5A und 5B veranschaulichen ein Verfahren zum Suchen eines Wahrscheinlichkeitsrasters für einen Maximalwert einer Wahrscheinlichkeitsfunktion. Das lokale Wahrscheinlichkeitsraster kann geändert werden, um eine Anzahl von Punkten zu reduzieren, für die die Verarbeitung stattfindet. Eine zweidimensionale Suche über das lokale Wahrscheinlichkeitsraster kann durch zwei aufeinander folgende eindimensionale Suchen ersetzt werden. Wie in 5A gezeigt, kann ein Bereichswert 502 ausgewählt werden, und der Wert der Wahrscheinlichkeitsfunktion kann während einer eindimensionalen Suche über die Geschwindigkeit gemessen werden. Sobald ein Maximalwert der Wahrscheinlichkeitsfunktion für die eindimensionale Suche über die Geschwindigkeit bestimmt wird, kann die Geschwindigkeit 504, bei der der Maximalwert auftritt, verwendet werden, um eine zweite eindimensionale Suche herzustellen. Wie in 5B gezeigt, wird eine ausgewählte Geschwindigkeit 504, die aus der eindimensionalen Suche entlang der Geschwindigkeit bestimmt wird, wie in 5A gezeigt, verwendet, und der Wert der Wahrscheinlichkeitsfunktion wird während einer eindimensionalen Suche über den Bereich gemessen. Mit diesem Prozess können die Geschwindigkeit und der Bereich, zu denen die Wahrscheinlichkeitsfunktion ein Maximum erreicht, bestimmt werden. Zusätzlich kann der Maximalwert (d. h. der Wert bei der Spitze der Wahrscheinlichkeitsfunktion) bei der bestimmten Geschwindigkeit und bei dem bestimmten Bereich gemessen werden.
6 zeigt verschiedene Graphen, die den Betrieb der hierin offenbarten Verfahren veranschaulichen, um eine Doppler-Mehrdeutigkeit eines Radarsystems aufzulösen. Ein erster Graph 602 ist ein Bereichs-Doppler-Graph, der eine Erfassung 603 eines Objekts mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 Kilometern pro Stunde (km/h) zeigt. Der begleitende Doppler-aufgelöste Graph 604 zeigt eine Erfassung 605 mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 kph. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Graph 606 ein Bereichs-Doppler-Graph, der eine Erfassung 607 eines Objekts mit einer Geschwindigkeit von etwa 42 kph zeigt. Der begleitende Doppler-aufgelöste Graph 608 zeigt eine Erfassung 609 mit einer Geschwindigkeit von etwa 42 kph. Schließlich ist ein dritter Graph 610 ein Bereichs-Doppler-Graph, der eine Erfassung 611 eines Objekts mit einer Geschwindigkeit von etwa -30 kph zeigt. Der begleitende Doppler-aufgelöste Graph 612 zeigt, dass die Erfassung 613 tatsächlich mit einer Geschwindigkeit von etwa 62 kph stattfindet. Somit übersteigt das Aliasing-Signal, das im Bereichs-Doppler-Graphen 610 als die Geschwindigkeit des Objekts auftritt, die maximale eindeutige Geschwindigkeit, die im Doppler-aufgelösten Graphen 612 korrigiert wird.
Während die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden die Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente für Elemente davon ersetzt werden können, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder einen besonderen Werkstoff an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die besonderen offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern alle Ausführungsformen einschließen, die in den Schutzumfang davon fallen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, umfassend: Senden eines Quellensignals in einen Bereich in der Nähe eines Fahrzeugs; Empfangen eines reflektierten Signals aufgrund einer Reflexion des Quellensignals von einem Objekt in dem Bereich; Erhalten von nichtlinearen Abschnitten einer Phase aus dem reflektierten Signal; und Auflösen einer Doppler-Mehrdeutigkeit des Objekts unter Verwendung der nichtlinearen Abschnitte.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erhalten eines Produkts aus dem reflektierten Signal und dem Quellensignal, das Durchführen eines Tiefpassfilters an dem Produkt und das Abtasten des gefilterten Signals, um ein abgetastetes Signal mit der Phase mit nichtlinearen Abschnitten zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die nichtlinearen Abschnitte in mindestens einem der folgenden Punkte nichtlinear sind: (i) einem Chirp-Index, (ii) einem Abtast-Index; und (iii) einer Kombination aus dem Chirp-Index und dem Abtast-Index.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen einer Wahrscheinlichkeitsfunktion für jede aus einer Vielzahl von Geschwindigkeitshypothesen, die aus Dopplerfrequenzspitzen bestimmt werden, und das Auswählen der Geschwindigkeitshypothese, für die die Wahrscheinlichkeitsfunktion einen globalen Maximalwert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend das Ermitteln des globalen Maximalwerts der Wahrscheinlichkeitsfunktion durch Suchen entlang eines Bereichs und einer Geschwindigkeitsdimension eines Wahrscheinlichkeitsrasters während einer ersten eindimensionalen Suche und durch Suchen entlang des anderen Bereichs und der anderen Geschwindigkeitsdimension während einer zweiten eindimensionalen Suche.
Radarsystem für ein Fahrzeug, umfassend: einen Sender, der zum Senden eines Quellensignals in einen Bereich in der Nähe des Fahrzeugs konfiguriert ist; einen Empfänger, der für ein reflektiertes Signal empfänglich ist, das durch Reflexion des Quellensignals von einem Objekt in dem Bereich gebildet wird; und einen Prozessor, der konfiguriert ist, um: nichtlineare Abschnitte einer Phase aus dem reflektierten Signal zu erhalten; und eine Doppler-Mehrdeutigkeit des Objekts unter Verwendung der nichtlinearen Abschnitte aufzulösen.
Radarsystem nach Anspruch 6, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um ein Produkt des reflektierten Signals und des Quellensignals zu erhalten, einen Tiefpassfilter an dem Produkt durchzuführen und das gefilterte Signal abzutasten, um ein abgetastetes Signal mit der Phase mit nichtlinearen Abschnitten zu erhalten.
Radarsystem nach Anspruch 6, wobei die nichtlinearen Abschnitte in mindestens einem der folgenden Punkte nichtlinear sind: (i) einem Chirp-Index; (ii) einem Abtast-Index; und (iii) einer Kombination aus dem Chirp-Index und dem Abtast-Index.
Radarsystem nach Anspruch 6, wobei der Prozessor ferner so konfiguriert ist, dass er eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für jede aus einer Vielzahl von Geschwindigkeitshypothesen bestimmt, die aus Dopplerfrequenzspitzen bestimmt werden, und die Geschwindigkeitshypothese auswählt, für die die Wahrscheinlichkeitsfunktion einen globalen Maximalwert aufweist.
Radarsystem nach Anspruch 9, wobei der Prozessor ferner so konfiguriert ist, dass er den globalen Maximalwert der Wahrscheinlichkeitsfunktion durch Suchen entlang eines Bereichs und einer Geschwindigkeitsdimension eines Wahrscheinlichkeitsrasters während einer ersten eindimensionalen Suche und durch Suchen entlang des anderen Bereichs und Geschwindigkeitsdimension während einer zweiten eindimensionalen Suche ermittelt.