DE102019206806A1

DE102019206806A1 - Ermittlung der Geschwindigkeit und des Abstands von Objekten zu einem Sensorsystem

Info

Publication number: DE102019206806A1
Application number: DE102019206806.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Edstaller; Dominikus Joachim Müller
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-11-12
Also published as: WO2020229140A1

Abstract

Es wird ein Beatfrequenz-Messverfahren beschrieben. Bei dem Beatfrequenz-Messverfahren wird ein elektromagnetisches Reflexionssignal, welches ein Reflexionssignal (RM) eines Zielobjekts (Z) umfasst, mit mindestens einem von mindestens zwei Sensoren eines kooperativen Sensorsystems monostatisch gemessen. Weiterhin wird ein elektromagnetisches Reflexionssignal (RB), welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts (Z) umfasst, mit mindestens zwei Sensoren des kooperativen Sensorsystems bistatisch gemessen. Es erfolgt überdies ein Ermitteln eines Beatspektrums (RBS, BSk) auf Basis der erfassten Messdaten (RM, RB). Dabei umfasst das Beatspektrum (RBS, BSk) einen niederfrequenten monostatischen Bereich (MB), welcher dem monostatischen Reflexionssignal (RM) zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich (BB), welcher dem bistatischen Reflexionssignal (RB) zugeordnet ist. Auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS) wird eine monostatische Beatfrequenz (MZF) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) und eine bistatische Beatfrequenz (BZF) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) ermittelt. Es wird auch ein Positionsermittlungsverfahren beschrieben. Zudem wird ein Geschwindigkeitsermittlungsverfahren beschrieben. Ferner wird eine Beatspektrum-Messeinrichtung (60) beschrieben. Überdies wird eine Positionsermittlungseinrichtung (130) beschrieben. Daneben wird auch eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung (120) beschrieben. Es wird auch ein bewegliches Objekt beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beatfrequenz-Messverfahren. Bei dem Beatfrequenz-Messverfahren erfolgt eine Messung von Reflexionssignalen von einem Zielobjekt zur Positions- und Geschwindigkeitsermittlung. Die Erfindung betrifft auch ein Positionsermittlungsverfahren. Zudem betrifft die Erfindung ein Geschwindigkeitsermittlungsverfahren. Ferner betrifft die Erfindung eine Beatspektrum-Messeinrichtung. Überdies betrifft die Erfindung eine Positionsermittlungseinrichtung. Daneben betrifft die Erfindung auch eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung auch ein bewegliches Objekt.
Autonomes Fahren erfordert eine genaue Kenntnis der Position und Geschwindigkeit von in der Nähe einer Fahrtstrecke eines autonom gesteuerten Fahrzeugs befindlichen Objekten. Zur Abstands- und Geschwindigkeitsermittlung werden oft Radarsysteme eingesetzt. Allerdings messen Radarsysteme immer nur die radiale Geschwindigkeit in Richtung vom Sensor zum Objekt. Eine vektorielle Geschwindigkeitsmessung, welche die Geschwindigkeitskomponenten eines Objekts in allen Raumrichtungen bestimmt, wäre besonders wünschenswert. Die Bestimmung einzelner vektorieller Geschwindigkeitskomponenten könnte zum Beispiel auch für die Berechnung der Bewegungsrichtung von Objekten genutzt werden.
Die Erkennung der Bewegungsrichtung von Fahrzeugen spielt im Bereich des autonomen Fahrens zum Beispiel bei der Spurwechselerkennung von vorausfahrenden oder nachfolgenden Fahrzeugen eine Rolle. Dadurch könnte eine Unterscheidung von Spurwechsel- und Bremsvorgängen ermöglicht werden, welche zu sicherheitskritischen Szenarien führen können. Beispiele für Spurwechselvorgänge und Bremsvorgänge sind in 1 bis 4 dargestellt.
Bisher werden mit Radargeräten und Radarsystemen keine vektoriellen Geschwindigkeiten gemessen. Die Bewegungsrichtung in Kombination mit der Geschwindigkeit kann zum Beispiel mit Hilfe von Radar- oder Lidarsensoren zusammen mit komplexen Objekttrackingalgorithmen ermittelt werden. Die Bewegungsrichtung wird bei einer solchen Vorgehensweise mit Hilfe von mehreren Messungen und Range-Doppler- und Range-Azimut-Auswertungen geschätzt. Vektorielle Geschwindigkeitskomponenten werden dabei jedoch nicht direkt gemessen.
Bei Sensorsystemen mit Trackingalgorithmen müssen oft mehrere Messreihen durchgeführt werden, um Aussagen über die Bewegungsrichtung von Objekten treffen zu können. Insbesondere bei zeitkritischen Anwendungen, wie dem autonomen Fahren ist aber der Rechenaufwand dafür zu hoch, um in Echtzeit Informationen liefern zu können.
Herkömmliche Spurwechselassistenten messen, ob sich auf nebenliegenden Fahrspuren in einem gewissen Abstand Fahrzeuge befinden, ohne die vektorielle Geschwindigkeit dieser Fahrzeuge zu ermitteln.
Es besteht also die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Bewegungsrichtung, Position und der vektoriellen Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird durch ein Beatfrequenz-Messverfahren gemäß Patentanspruch 1, ein Positionsermittlungsverfahren gemäß Patentanspruch 9, ein Geschwindigkeitsermittlungsverfahren gemäß Patentanspruch 10, eine Beatspektrum-Messeinrichtung gemäß Patentanspruch 11, eine Positionsermittlungseinrichtung gemäß Patentanspruch 13, eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung gemäß Patentanspruch 14 und ein bewegliches Objekt gemäß Patentanspruch 15 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Beatfrequenz-Messverfahren wird ein elektromagnetisches Reflexionssignal, welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts umfasst, mit mindestens einem von mindestens zwei Sensoren eines kooperativen Sensorsystems monostatisch gemessen. Als monostatische Messung soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass Emitter und Empfänger zur Erzeugung bzw. zum Empfang des elektromagnetischen Signals bzw. Reflexionssignals an derselben Position bzw. sehr nahe beieinander angeordnet sind und einen gemeinsamen aktiven Sensor bilden. Ein Zielobjekt kann zum Beispiel ein Fahrzeug oder ein in einem Bewegungsbereich eines sich bewegenden Objekts befindlicher mobiler oder feststehender Gegenstand sein.
Weiterhin wird ein elektromagnetisches Reflexionssignal, welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts umfasst, mit mindestens einem von zwei Sensoren des kooperativen Sensorsystems bistatisch gemessen. Bei einer bistatischen Messung werden zwei Sensoren genutzt, wobei ein erster Sensor als aktiver Sensor bzw. als Sendeeinheit genutzt wird, während ein zweiter Sensor als Empfangseinheit für einen Empfang des Reflexionssignals eingesetzt wird. Beide Sensoren werden vorzugsweise durch ein gemeinsames Triggersignal ausgelöst. Das gemeinsame Triggersignal stellt sicher, dass die bistatische Antwort innerhalb der durch Hardware und Software vorgegebenen Grenzen, wie zum Beispiel die Bandbreite der Beatfrequenz, die Rampenkonfiguration und die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers gemessen wird. Ein AD-Wandler wird zur Wandlung der analogen Messsignale in weiterverarbeitbare digitale Daten benötigt.
Die Abtastfrequenz des Analog-digital-Wandlers gibt die größte messbare Beatfrequenz vor. Das Triggersignal muss sicherstellen, dass die bistatische Antwort innerhalb dieser maximalen Beatfrequenz liegt. Meist wird die Abtastfrequenz in Abhängigkeit von der maximalen Bandbreite der Beatfrequenz gewählt, sodass die Begrenzung durch die Abtastfrequenz keine Rolle spielt.
Es erfolgt überdies ein Ermitteln eines Beatspektrums auf Basis der erfassten Messdaten. Dabei umfasst das Beatspektrum einen niederfrequenten monostatischen Bereich, welcher dem monostatischen Reflexionssignal zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich, welcher dem bistatischen Reflexionssignal zugeordnet ist. Auf Basis des ermittelten Beatspektrums wird eine monostatische Beatfrequenz des Zielobjekts im monostatischen Bereich und eine bistatische Beatfrequenz des Zielobjekts im bistatischen Bereich ermittelt. D.h., dem Zielobjekt kann eine bestimmte Frequenz sowohl im monostatischen Bereich als auch im bistatischen Bereich des Beatspektrums zugeordnet werden. Diese Frequenz kann zum Beispiel durch eine charakteristische Gestalt des Beatspektrums in dem Bereich der Frequenz des Zielobjekts identifiziert werden. Beispielsweise kann bei der Frequenz des Zielobjekts ein erhöhter Intensitätswert gemessen werden.
Insbesondere bei autonom fahrenden Fahrzeugen werden eine Vielzahl von Sensoren genutzt. Diese können zum Beispiel Radarsensoren umfassen. Die vorhandene Mehrzahl an Sensoren kann nun beispielsweise vorteilhaft dazu genutzt werden, monostatische und zusätzlich bistatische Beatspektren von im Fahrbereich von Fahrzeugen befindlichen Objekten zu ermitteln und den Objekten charakteristische Frequenzen in den Beatspektren zuzuordnen. Auf Basis dieser Messdaten lassen sich Entfernungen, Positionen und vektorielle Geschwindigkeiten von Objekten bestimmen. Vorteilhaft kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Objektdetektion im Rahmen der autonomen Mobilität verbessert werden. Zudem kann bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sowohl das bistatische Reflexionssignal als auch das monostatische Reflexionssignal von ein- und demselben Sensor, genauer gesagt, dem ersten Sensor erfasst werden. D.h., es werden nur die Messsignale von einem einzelnen Sensor benötigt. Dadurch wird der Signalverarbeitungsaufwand und der Speicheraufwand im Vergleich zu einem Empfang von Messsignalen über mehrere Sensoren reduziert. Auch werden weniger Übertragungsleitungen für eine Übertragung der Messsignale benötigt, um die Messsignale zur Auswertung an eine Recheneinheit zu übermitteln. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf den Einsatz von zwei Sensoren beschränkt. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen oder um Redundanz für sicherheitskritische Anwendungen zu erzielen, können auch Messdaten von weiteren Sensoren zur Verarbeitung genutzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Positionsermittlungsverfahren wird zunächst das erfindungsgemäße Beatfrequenz-Messverfahren durchgeführt. Außerdem wird eine erste Laufzeit τ₁₁ des monostatischen Reflexionssignals auf Basis der Frequenz des Zielobjekts im monostatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums ermittelt. Zudem wird eine zweite Laufzeit τ₁₂ des bistatischen Reflexionssignals auf Basis der Frequenz des Zielobjekts im bistatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums ermittelt. Die Laufzeiten verhalten sich proportional zu der monostatischen bzw. bistatischen Frequenz des Zielobjekts. Auf Basis der ermittelten Laufzeiten τ₁₁, τ₁₂ werden Abstände d₁₁, d₁₂ der Sensoren zu dem Zielobjekt ermittelt. Schließlich wird eine Position des Zielobjekts durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände d₁₁, d₁₂ ermittelt. Ist zum Beispiel der Abstand zwischen den beiden Sensoren bekannt, so lässt sich aus den drei bekannten Seitenlängen eines von den Sensoren und dem Zielobjekt aufgespannten Dreiecks die Position des Zielobjekts berechnen.
Bei dem erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsermittlungsverfahren wird das erfindungsgemäße Beatfrequenz-Messverfahren durchgeführt. Weiterhin wird eine erste Dopplerfrequenz des monostatischen Reflexionssignals des Zielobjekts im monostatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums ermittelt. Zudem wird eine zweite Dopplerfrequenz des bistatischen Reflexionssignals des Zielobjekts im bistatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums ermittelt. Auf Basis der ersten Dopplerfrequenz wird eine erste Geschwindigkeitskomponente v₁₁ des Zielobjekts ermittelt. Überdies wird eine zweite Geschwindigkeitskomponente v₂₂ des Zielobjekts auf Basis der zweiten Dopplerfrequenz und der ersten Geschwindigkeitskomponente v₁₁ ermittelt. Auf Basis der ermittelten ersten Geschwindigkeitskomponente v₁₁ und der ermittelten zweiten Geschwindigkeitskomponente v₂₂ wird schließlich eine vektorielle Geschwindigkeit V des Zielobjekts ermittelt.
Die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung zum Ermitteln eines Beatspektrums weist einen ersten Sensor zum monostatischen Messen eines elektromagnetischen Reflexionssignals auf, welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts umfasst. Teil der erfindungsgemäßen Beatspektrum-Messeinrichtung ist auch ein zweiter Sensor mit bekanntem Abstand d zu dem ersten Sensor zum bistatischen Messen eines elektromagnetischen Reflexionssignals, welches ein Reflexionssignal des Zielobjekts umfasst. Die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung weist auch eine Spektrum-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Rohdaten-Beatspektrums auf Basis der erfassten Messdaten auf, wobei das Rohdaten-Beatspektrum einen niederfrequenten monostatischen Bereich, welcher dem monostatischen Reflexionssignal zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich, welcher dem bistatischen Reflexionssignal zugeordnet ist, umfasst. Überdies umfasst die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung eine Beatfrequenzermittlungseinheit zum Ermitteln einer monostatischen Beatfrequenz des Zielobjekts im monostatischen Bereich auf Basis des ermittelten Beatspektrums und zum Ermitteln einer bistatischen Beatfrequenz des Zielobjekts im bistatischen Bereich auf Basis des ermittelten Beatspektrums.
Die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Beatspektrum-Messverfahrens. Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung auch mehr als zwei Sensoren umfassen, um die Messgenauigkeit zu erhöhen oder um Redundanz für sicherheitskritische Anwendungen zu erzielen. Die verwendeten Sensoren können jeweils mit einem einzelnen Sende- und Empfangskanal ausgestattet sein, wodurch der Aufwand im Vergleich zu Mehrkanalsystemen reduziert ist.
Um den Hardwareaufwand für eventuell noch zusätzliche Sensoren zur Verbesserung von Genauigkeit und Zuverlässigkeit für die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung weiter zu reduzieren, kann die Beatspektrum-Messeinrichtung als Master-Slave-System ausgebildet sein. Dabei kann ein Sensor als Master ausgelegt sein und mit einer Sende- und Empfangseinheit ausgestattet sein. Die Slave-Sensoren umfassen dann jeweils nur eine Sendeeinheit für die Erzeugung eines Messsignals, wodurch sich eine kompakte und kostengünstige Messeinrichtung ergibt.
Die erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung weist die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung auf. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung eine Laufzeitermittlungseinheit zum Ermitteln einer ersten Laufzeit τ₁₁ des monostatischen Reflexionssignals auf Basis der Frequenz des Zielobjekts im monostatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums und zum Ermitteln einer zweiten Laufzeit τ₁₂ des bistatischen Reflexionssignals auf Basis der Frequenz des Zielobjekts im bistatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums. Teil der erfindungsgemäßen Positionsermittlungseinrichtung ist auch eine Abstandsermittlungseinheit zum Ermitteln von Abständen d₁₁, d₁₂ der Sensoren zu dem Zielobjekt auf Basis der ermittelten Laufzeiten τ₁₁, τ₁₂. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung auch eine Positionsermittlungseinheit zum Ermitteln einer Position des Zielobjekts durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände d₁₁, d₁₂.
Vorteilhaft lässt sich eine Positionsbestimmung mit Hilfe von Messdaten durchführen, die von einem einzelnen Radarsensor kommen. Wie bereits erwähnt, lässt sich dadurch der Signalverarbeitungsaufwand und der Speicheraufwand sowie der infrastrukturelle Aufwand für die Datenübermittlung verringern.
Die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung umfasst die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung. Teil der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung ist auch eine Dopplerfrequenz-Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer ersten Dopplerfrequenz des monostatischen Reflexionssignals des Zielobjekts im monostatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums und zum Ermitteln einer zweiten Dopplerfrequenz des bistatischen Reflexionssignals des Zielobjekts im bistatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums. Die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung weist auch eine Geschwindigkeitskomponenten-Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer ersten Geschwindigkeitskomponente v₁₁ des Zielobjekts auf Basis der ersten Dopplerfrequenz und zum Ermitteln einer zweiten Geschwindigkeitskomponente v₂₂ des Zielobjekts auf Basis der zweiten Dopplerfrequenz und der ersten Geschwindigkeitskomponente v₁₁ auf. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer vektoriellen Geschwindigkeit v des Zielobjekts auf Basis der ermittelten ersten und zweiten Geschwindigkeitskomponente v₁₁, v₂₂. Mit einem kooperativen Sensorsystem ist eine vektorielle Geschwindigkeitsmessung in allen Raumrichtungen und damit eine Berechnung der Bewegungsrichtung von Objekten möglich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Herangehensweisen, wie zum Beispiel der Einsatz von Sensorsystemen mit Trackingalgorithmen, ist eine vektorielle Geschwindigkeitsmessung auf Basis einer einzigen Messreihe möglich. Mithin kann der Rechenaufwand reduziert werden, wodurch Echtzeitanwendungen, wie sie bei der autonomen Mobilität auftreten, leichter realisiert werden.
Das erfindungsgemäße bewegliche Objekt umfasst eine Steuerungseinheit zur autonomen oder zumindest teilautonomen Steuerung einer Bewegung des beweglichen Objekts und eine erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung und/oder eine erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung und/oder eine erfindungsgemäße Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung. Das erfindungsgemäße bewegliche Objekt kann zum Beispiel ein autonom oder teilautonom gesteuertes Fahrzeug oder Flugobjekt umfassen.
Einige Komponenten der erfindungsgemäßen Mess- und Ermittlungseinrichtungen können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere Teile der Spektrum-Ermittlungseinheit und der Beatfrequenzermittlungseinheit der Beatspektrum-Messeinrichtung, der Laufzeitermittlungseinheit, der Abstandsermittlungseinheit und der Positionsermittlungseinheit der Positionsermittlungseinrichtung und der Dopplerfrequenz-Ermittlungseinheit, der Geschwindigkeitskomponenten-Ermittlungseinheit und der Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit der Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher in einem mobilen Objekt oder in Infrastruktur vorhandene Rechnersysteme nach einer eventuellen Ergänzung durch zusätzliche Hardwareelemente, wie zum Beispiel Sensoren, Taktgeber und Triggerbauelemente, auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines solchen Rechnersystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um die durch Software realisierbaren Schritte der erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm in dem Rechnersystem ausgeführt wird.
Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile, wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen Zum Transport zur Speichereinrichtung des Rechnersystems und/oder zur Speicherung an dem Rechnersystem kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Beatfrequenz-Messverfahrens umfassen die Sensoren Radarsensoren. Radarwellen eignen sich aufgrund ihrer größeren Wellenlänge von etwa 1 bis 10m für die Detektion größerer Objekte auch in größeren Entfernungen und bei schlechter Sicht. Die Sensoren können auch Lidarsensoren umfassen. Lidarsensoren ermöglichen eine Detektion von Objekten mit erhöhter Auflösung, benötigen allerdings gute Sichtverhältnisse, um zu funktionieren. Werden beide Arten von Sensoren umfasst, so erfolgt eine optimale Objektedetektion bei jedem Wetter.
Bevorzugt umfassen die Sensoren FMCW-Sensoren. FMCW-Sensoren nutzen ein sogenanntes frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (Frequency Modulated Continuous Wave radar), welches ein kontinuierliches Sendesignal abstrahlt. Ein solches FMCW-Radar kann seine Arbeitsfrequenz während einer Messung ändern, d.h. das Sendesignal wird frequenzmoduliert. Durch diese Änderungen in der Frequenz werden Laufzeitmessungen ermöglicht. Mit einem FMCW-Sensor lassen sich Entfernungen genau messen. Überdies kann die Entfernung und die Radialgeschwindigkeit gleichzeitig gemessen werden.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Beatfrequenz-Messverfahrens werden die mindestens zwei Sensoren durch einen gemeinsamen Takt vollkohärent betrieben. Als vollkohärenter Betrieb soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass die mindestens zwei Sensoren durch ein Taktsignal synchronisiert werden. Im vollkohärenten Betrieb kommt es nicht zu Frequenzverschiebungen im bistatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums, so dass eine Korrektur des gemessenen Beatspektrums mit Hilfe eines Referenzziels nicht notwendig ist. Eine solche Lösung ist insbesondere bei an mobilen Einheiten angeordneten Sensoren vorteilhaft, da sich dort die Sensoren mitbewegen und Abstände zu Referenzobjekten möglicherweise nicht immer exakt bekannt sind.
Alternativ können die mindestens zwei Sensoren durch zusätzliche monostatische und bistatische Messung eines Referenzziels, dessen Position bekannt ist, quasi-kohärent betrieben werden. Im quasi-kohärenten Betrieb erfolgt keine gemeinsame Taktung der mindestens zwei Sensoren. Verschiebungen im Beatspektrum werden durch Messung einer Entfernung eines Referenzobjekts kompensiert. Diese Vorgehensweise ist bei einer stationären Anordnung von Sensoren, beispielsweise an Einheiten der Verkehrs- oder Straßeninfrastruktur vorteilhaft. Denn dort sind Abstände zu möglichen Referenzobjekten bekannt. Eine gemeinsame Taktung der Sensoren kann hier eingespart werden.
Im Detail erfolgt bei einer quasi-kohärenten Messung eine Kalibrierung zum Ermitteln eines korrigierten Beatspektrums. Hierzu wird eine Frequenz des Referenzziels im bistatischen Bereich auf Basis des ermittelten Rohdaten-Beatspektrums ermittelt. Auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz des Referenzziels im bistatischen Bereich und einer vorbekannten Sollfrequenz des bistatischen Reflexionssignals des Referenzziels wird ein Wert f_diff einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums im bistatischen Bereich ermittelt. Die Sollfrequenz kann auf Basis eines vorbekannten Abstands zu dem Referenzziel ermittelt werden bzw. bekannt sein. Schließlich wird das Rohdaten-Beatspektrum um den ermittelten Wert f_diff der Frequenzverschiebung verschoben.
Bei dem Referenzziel kann es sich um ein passives Referenzziel handeln, welches mit Hilfe eines aktiven Sensors angestrahlt wird und die von dem Sensor emittierten Wellen unverändert reflektiert. Vorteilhaft kann das Referenzziel sehr einfach ausgebildet sein und keinen Wartungsaufwand erfordern.
Alternativ kann das Referenzziel auch als aktives Referenzziel ausgebildet sein. Ein solches aktives Referenzziel umfasst eine Sende-/Empfangsantenne, mit der von einem aktiven Sensor emittierte Wellen empfangen werden, optional verstärkt und/oder moduliert werden und wieder ausgesendet werden. Mit einem solchen Referenzziel kann eine zuverlässige Erkennung und Identifizierung des Referenzziels erreicht werden, da es durch eine spezifische Modulation charakterisierbar ist.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Beatfrequenz-Messverfahrens entspricht eine Frequenz des Referenzziels im bistatischen Bereich einem Maximum des Beatspektrums. Vorteilhaft kann eine Frequenz eines Referenzziels anhand der Intensität eines Spektralwerts erkannt werden.
In einer vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Beatspektrum-Messeinrichtung weist die Spektrum-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines korrigierten Beatspektrums eine Referenzfrequenz-Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer Frequenz des Referenzziels im bistatischen Bereich auf Basis des ermittelten Beatspektrums auf. Teil der erfindungsgemäßen Beatspektrum-Messeinrichtung ist in dieser Variante auch eine Verschiebungsfrequenz-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Werts einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums im bistatischen Bereich, auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz des Referenzziels im bistatischen Bereich und einer vorbekannten Sollfrequenz des bistatischen Reflexionssignals des Referenzziels und eine Verschiebungseinheit zum Verschieben des Rohdaten-Beatspektrums um den ermittelten Wert der Frequenzverschiebung. Vorteilhaft kann eine Kalibrierung der Beatspektrum-Messeinrichtung mit Hilfe des Referenzziels erfolgen, so dass eine genauere Frequenzmessung darauf aufbauende genaue Auswertungen der Messung hinsichtlich Geschwindigkeit und Position eines Objekts erfolgen können.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung von zwei hintereinander fahrenden Fahrzeugen,
2 eine schematische Darstellung eines Verkehrsszenarios mit zwei Fahrzeugen, von denen ein Fahrzeug einen Spurwechsel vornimmt,
3 eine schematische Darstellung eines Verkehrsszenarios mit drei hintereinanderfahrenden Fahrzeugen,
4 eine schematische Darstellung eines Verkehrsszenarios, bei dem eine Einfahrt in eine Straße blockiert ist,
5 eine schematische Darstellung eines vollkohärenten kooperativen Radarsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 eine schematische Darstellung eines quasikohärenten kooperativen Radarsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 ein Schaubild eines Beatspektrums eines quasikohärenten kooperativen Radarsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
8 ein Flussdiagramm, welches ein vollkohärentes Beatfrequenzmessverfahren zum Ermitteln eines Beatspektrums gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
9 ein Flussdiagramm, welches ein quasikohärentes Beatfrequenzmessverfahren zum Ermitteln eines Beatspektrums gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
10 ein Flussdiagramm, welches ein Geschwindigkeitsmessverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
11 ein Flussdiagramm, welches ein Positionsermittlungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
12 eine schematische Darstellung einer Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
13 eine schematische Darstellung einer Positionsermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
14 ein Schaubild, welches eine Positions- und Richtungsermittlung auf Basis der Messungen eines ersten Sensors einer Positions- und Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
15 ein Schaubild, welches Positions- und Richtungsermittlung auf Basis der Messungen eines zweiten von dem ersten Sensor beabstandeten Sensors veranschaulicht.

In 1 ist ein Szenario 10 gezeigt, bei dem ein erstes Fahrzeug 1 und ein zweites Fahrzeug 2 hintereinander fahren. Das erste Fahrzeug 1 fährt mit einer ersten Geschwindigkeit v_x,1 und das zweite Fahrzeug 2 fährt mit einer zweiten Geschwindigkeit v_x,2 entlang einer Straße S. Beide Fahrzeuge 1, 2 weisen nur eine Geschwindigkeitskomponente in x-Richtung, d.h. in Verlaufsrichtung der Straße auf. Wird das vorausfahrende zweite Fahrzeug 2 abgebremst, so verringert sich dessen Gesamtgeschwindigkeit. Da das zweite Fahrzeug 2 nur eine Geschwindigkeitskomponente v_x,2 in x-Richtung aufweist, ist die Änderung der Geschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs 2 gleich der Änderung der Geschwindigkeit v_x,2 in x-Richtung. Das erste Fahrzeug 1 misst diese Änderung der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs 2 und müsste in diesem Fall die Geschwindigkeit ebenfalls verringern, um den benötigten Sicherheitsabstand einzuhalten, oder die Spur wechseln, um das vorausfahrende Fahrzeug 2 zu überholen.
In 2 ist ein Szenario 20 gezeigt, bei dem das vorausfahrende Fahrzeug 2 von der rechten auf die linke Fahrspur zu wechseln beginnt. Während des Spurwechsels bleibt die Gesamtgeschwindigkeit $\vec{v_{2}}$
des zweiten Fahrzeugs 2 konstant. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Szenario ändert sich jedoch die Bewegungsrichtung des zweiten Fahrzeugs 2 und somit ändern sich auch die einzelnen Geschwindigkeitskomponenten des zweiten Fahrzeugs 2. Die Geschwindigkeit $\vec{v_{2}}$
des zweiten Fahrzeugs 2 setzt sich aus den Komponenten v_x,2 und v_y,2 , d.h. der Komponenten der Geschwindigkeit $\vec{v_{2}}$
in x-Richtung und der Komponenten der Geschwindigkeit $\vec{v_{2}}$
in y-Richtung zusammen. Da die Gesamtgeschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs 2 gleichbleibt und sich das zweite Fahrzeug 2 zusätzlich mit v_y,2 in y-Richtung bewegt, verringert sich auch in diesem Fall die Geschwindigkeit v_x,2 in x-Richtung. Die Änderung der Geschwindigkeit v_x,2 ist dabei abhängig vom Winkel zwischen der Fahrtrichtung und der x-Richtung. Das Radar des ersten Fahrzeugs 1 misst auch in diesem Fall nur die x-Komponente v_x,2 und damit nur die Änderung von v_x,2 . Es ist also nicht möglich für das erste Fahrzeug 1, auf Basis einer Radarmessung zu unterscheiden, ob sich die x-Komponente v_x,2 der Geschwindigkeit $\vec{v_{2}}$
des zweiten Fahrzeugs 2 aufgrund eines Bremsvorgangs oder aufgrund eines Spurwechsels verringert. In beiden Fällen müsste das erste Fahrzeug 1 seine Geschwindigkeit verringern bzw. die Spur wechseln. Dies kann zum Beispiel zu einem unnötigen Bremsmanöver führen. Um eine falsche Einschätzung der in 2 gezeigten Verkehrssituation zu vermeiden, müssten alle Geschwindigkeitskomponenten bzw. es müsste die Bewegungsrichtung des zweiten Fahrzeugs 2 gemessen werden.
Ein ähnliches Problem liegt auch für einen Spurwechselassistenten vor, der vor einem Überholvorgang den rückwärtigen Verkehr auf eventuelle Gefahren überprüft.
In 3 ist ein Szenario 30 mit drei hintereinanderfahrenden Fahrzeugen 1, 2, 3 gezeigt. Möchte das mittlere Fahrzeug 1 das vorausfahrende Fahrzeug 2 überholen, so muss sichergestellt werden, dass nachfolgende Fahrzeuge nicht ausscheren und die für das Überholen benötigte linke Spur blockieren oder es zur Kollision mit nachfolgenden Fahrzeugen kommt. In diesem Fall müsste das mittlere Fahrzeug 1 die Geschwindigkeitskomponenten bzw. die Bewegungsrichtung des hinteren Fahrzeugs 3 kennen, bevor das mittlere Fahrzeug 1 gefahrlos den Überholvorgang des vorderen Fahrzeugs 2 einleiten kann. Wird von dem mittleren Fahrzeug 1 nur die x-Komponente v_x,3 des nachfolgenden Fahrzeugs 3 gemessen, könnte ein Spurwechsel des nachfolgenden Fahrzeugs 3 von dem mittleren Fahrzeug 1 fälschlicherweise als Bremsvorgang interpretiert werden und somit ein sicherheitskritischer Überholvorgang eingeleitet werden.
In 4 ist ein weiteres Szenario 40 gezeigt, bei dem eine Einfahrt in eine Straße blockiert ist (symbolisiert mit einem Einfahrtsverbotsschild). Werden Fahrspuren blockiert, wie zum Beispiel im Bereich von Baustellen oder bei Unfällen, so müssen autonom fahrende Fahrzeuge per Infrastruktur zum Spurwechsel bzw. zum Abbiegen aufgefordert werden. Wird die Route des Fahrzeuges per Infrastruktur vorgegeben, um beispielsweise Staus, Unfälle oder Baustellen zu umgehen, ist es notwendig, die korrekte Einordnung des Fahrzeugs in Abbiegespuren zu überprüfen und den Abbiegevorgang nachzuverfolgen, um das Fahrzeug vor Gefahrensituationen zu schützen. Das in 4 gezeigte Fahrzeug soll an einer Einmündung links abbiegen, da die Weiterfahrt in x-Richtung, d.h. geradeaus blockiert ist. Bei dem Abbiegevorgang ergeben sich Geschwindigkeitskomponenten v_x,1 , v_y,1 in x-Richtung und in y-Richtung. Würde das Fahrzeug 1 geradeaus in die blockierte Straße einfahren, so würde von der Verkehrsinfrastruktur nur die x-Komponente v_x,1 gemessen. Um die Ausführung der Aufforderung zum Abbiegen zu überprüfen und um gegebenenfalls erneut dazu aufzufordern abzubiegen, ist es nötig, einen Spurwechsel bzw. Abbiegevorgang erkennen zu können. Dazu ist es aber notwendig, die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 1 zu ermitteln.
In 5 ist eine schematische Darstellung eines kooperativen Radarsystems 50 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Das Radarsystem 50 umfasst einen ersten Radarsensor R1 und einen in einem Abstand d zu dem ersten Radarsensor R1 positionierten zweiten Radarsensor R2. Die beiden Sensoren R1, R2, welche in unterschiedlichen Raumrichtungen messen, sind zu einem kooperativen Radarsystem kombiniert. Die Radarsensoren R1, R2 sind als konventionelle eigenständige FMCW-Radarsensoren ausgebildet und messen jeweils eine monostatische Antwort eines Ziels Z, d.h. ein monostatisches Reflexionssignal RM, welches zur Ermittlung der Abstände d₁₁ , d₂₂ zwischen den Radarsensoren R1, R2 und dem Zielobjekt Z sowie der Geschwindigkeit des Ziels Z genutzt werden kann. Zusätzlich zu der monostatischen Antwort kann von den beiden Radarsensoren R1, R2 auch ein bistatisches Reflexionssignal RB gemessen werden. Das bistatische Reflexionssignal RB enthält Informationen zum Abstand in radialer Richtung von dem Sensor R2 zum Ziel Z und in Richtung von dem Radarsensor R1 zu dem Ziel Z sowie Informationen zur Geschwindigkeit des Zielobjekts Z.
In dem in 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Sensoren R1, R2 durch einen Taktsignalgeber Tkt synchronisiert, d.h. die beiden Radarsensoren R1, R2 werden durch einen gemeinsamen Takt vollkohärent betrieben. Ein solcher vollkohärenter Betrieb kann zum Beispiel in einem autonomen Fahrzeug von Vorteil sein.
Die Übertragung des Taktsignals von dem Taktsignalgeber an die Radarsensoren R1, R2 kann zum Beispiel über eine elektrische Kabelverbindung zwischen den beiden Radarsensoren und dem Taktsignalgeber Tkt realisiert werden.
Mit Hilfe der monostatischen Antwort kann aus der bistatischen Antwort der jeweilige Abstand d₁₁ , d₂₂ aus der Raumrichtung von beiden Sensoren R1, R2 zum Ziel Z und die Geschwindigkeit des Ziels Z ermittelt werden. Dadurch, dass beide Sensoren R1, R2 an räumlich verteilten Punkten aufgestellt sind, ist in einem solchen kooperativen Radarsystem eine Lokalisierung und eine vektorielle Geschwindigkeitsmessung von Objekten Z möglich. Für den Erhalt dieser Informationen werden die Messdaten von nur einem einzigen der beiden Sensoren R1, R2 benötigt.
Beide Sensoren R1, R2 starten eine Messung durch ein gemeinsames Triggersignal von einer Triggereinheit TR, welche mit den beiden Sensoren R1, R2 entweder über ein Kabel oder per Funk verbunden ist. Das gemeinsame Triggersignal stellt sicher, dass die bistatische Antwort innerhalb der durch die Sensorhardware und Software vorgegebenen Grenzen, d.h. insbesondere Grenzen für die Beatfrequenzbandbreite, die Rampenkonfiguration und den AD-Wandler gemessen werden kann.
Um die monostatische Antwort und die bistatische Antwort an dem ersten Sensor R1 zu unterscheiden, wird ein Frequenzoffset zwischen den beiden Radarsensoren R1, R2 realisiert, d.h. die FMCW-Signale des ersten und des zweiten Radarsensors R1, R2 starten bei jeweils unterschiedlichen Frequenzen f_0,1, f_0,2. Die Bandbreite B und die Dauer T des FMCW-Signals ist bei beiden Sensoren R1, R2 gleich. Dadurch wird die bistatische Antwort um den Frequenzoffset f_off = f_0,1 - f_0,2 zu einem vordefinierten Bereich im Basisband verschoben und kann von der monostatischen Antwort getrennt werden.
Das Beatsignal S_IF,1 des ersten Radarsensors R1 hängt wie folgt mit den Laufzeiten τ₁₁, τ₁₂ des monostatischen Reflexionssignals und des bistatischen Reflexionssignals zusammen: $\begin{array}{l} S_{I F,1} = S_{I F,1, m o n o} + S_{I F,1, b i} = cos (2 π (\frac{B}{T} τ_{11} t + f_{0,1} τ_{11} - \frac{B}{2 T} τ_{11}^{2})) + \\ cos (2 π ((f_{0,1} - f_{0,2}) t + \frac{B}{T} τ_{12} t + f_{0,2} τ_{12} - \frac{B}{2 T} τ_{12}^{2}) + ϕ_{0,1} - ϕ_{0,2}) . \end{array}$
Das Signal S_IF,1 umfasst einen monostatischen Anteil S_IF,1 , mono und einen bistatischen Anteil S_IF,1,bi der auf die Interaktion zwischen dem zweiten Sensor R2, dem Zielobjekt Z und dem ersten Sensor R1 zurückzuführen ist. Die Terme $\frac{B}{T} τ_{11} t, \frac{B}{T} τ_{12} t$
verhalten sich proportional zum Abstand des Ziels Z. Die Zeiten τ₁₁ und τ_{12_}bezeichnen die Laufzeiten des monostatischen und des bistatischen Signals S_IF,1,mono , S_IF,1,bi . Die beiden Phasenwerte ϕ_0,1, ϕ_{0,2_}sind die Phasen der beiden Sensorsignale, deren Differenz aufgrund der gemeinsamen Taktung bekannt ist.
Teil der in 5 gezeigten Beatspektrum-Messeinrichtung 50 ist auch eine Auswertungseinheit 100a mit einer Spektrum-Ermittlungseinheit 101 zum Ermitteln eines Rohdaten-Beatspektrums RBS auf Basis der erfassten Messdaten S_IF,1 . Das Rohdaten-Beatspektrum RBS weist einen niederfrequenten monostatischen Bereich MB, welcher dem monostatischen Reflexionssignal RM zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich BB auf, welcher dem bistatischen Reflexionssignal RB zugeordnet ist, auf. Die beiden unterschiedlichen Bereiche MB, BB des Rohdaten-Beatspektrums sind in 7 veranschaulicht.
Auf Basis des Rohdatenbeatspektrums RBS wird schließlich von einer Beatfrequenz-Ermittlungseinheit 105 eine monostatische Beatfrequenz MZF und eine bistatische Beatfrequenz BZF des Zielobjekts Z ermittelt.
Auf Basis dieser Beatfrequenzen sowie der bekannten Bandbreite B des Signals und der Signaldauer T lassen sich die Laufzeiten τ₁₁, τ₁₂ des monostatischen Reflexionssignals und des bistatischen Reflexionssignals ermitteln.
Aus der Laufzeit τ₁₁ des monostatischen Signals S_IF,1 , mono lässt sich aus folgender Gleichung der Abstand d₁₁ zwischen dem ersten Sensor R1 und dem Zielobjekt Z berechnen: $τ_{11} = 2 \cdot \frac{d_{11}}{c} .$
Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit bzw. die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radarwellen.
Aus der Laufzeit τ₁₂ des bistatischen Signals S_IF,1,bi sowie dem ermittelten Wert d₁₁ des Abstands zwischen dem ersten Sensor R1 und dem Zielobjekt Z lässt sich über folgende Gleichung der Abstand d₂₂ zwischen dem zweiten Sensor R2 und dem Zielobjekt Z berechnen: $τ_{12} = \frac{d_{11} + d_{22}}{c} .$
Aus einer einfachen trigonometrischen Berechnung auf Basis der nun bekannten Dreiecksseiten d, d₁₁ , d₂₂ lässt sich dann die Position P des Zielobjekts Z relativ zu dem Radarsystem 50 ermitteln.
Die Geschwindigkeit v = v₁₁ + v₂₂, wobei v, v₁₁ , v₂₂ jeweils vektorielle Größen sind und v₁₁ in Richtung von d₁₁ und v₂₂ in Richtung von d₂₂ zeigt, ergibt sich aus den Dopplerfrequenzen des monostatischen und des bistatischen Sensorsignals S_IF,1,mono , S_IF,1,bi
Die Dopplerfrequenz ergibt sich aus der Differenz der Frequenz eines emittierten Signals und der Frequenz des reflektierten Signals. Die Dopplerfrequenz kann außerdem mit Hilfe mehrerer, im zeitlichen Abstand T, aufeinanderfolgender Signale berechnet werden. Die Dopplerfrequenz ergibt sich hierbei aus dem Phasenunterschied zwischen den einzelnen Signalen bei der jeweiligen Beatfrequenz des Zielobjektes. Die Dopplerfrequenz kann auf verschiedenen Wegen berechnet werden. Bei statischen Zielen ist die Phase des Beatsignals bei zeitlich aufeinanderfolgenden Signalen konstant. Bei bewegten Objekten ändert sich die Phase des Beatsignals bei zeitlich aufeinanderfolgenden Signalen proportional zur Änderung des Abstandes und somit proportional zur Geschwindigkeit. Diese Änderung der Phase über der Zeit ergibt die Dopplerfrequenz. Diese Methode wird auch als „Range-Doppler Algorithmus“ oder „Range Doppler Processing“ bezeichnet.
Die Dopplerfrequenz f_d,mono des monostatischen Signalanteils ergibt sich wie folgt: $f_{d, m o n o} = \frac{2 f_{0,1} v_{11}}{c} .$
Ist die Laufzeit τ₁₁ des monostatischen Signals bekannt, so lässt sich aus der Dopplerfrequenz f_d,mono die Geschwindigkeit v₁₁ , d.h. die Geschwindigkeitskomponente des Zielobjekts Z in Richtung der Strecke zwischen dem ersten Sensor R1 und dem Zielobjekt Z ermitteln.
Die Dopplerfrequenz f_d,bi des bistatischen Sensorsignals ergibt sich wie folgt: $f_{d, b i} = f_{0,2} \frac{v_{11} + v_{22}}{c} .$
Aus der bistatischen Dopplerfrequenz f_d,bi sowie der ermittelten Geschwindigkeitskomponente v₁₁ lässt sich dann auch die zweite Geschwindigkeitskomponente v₂₂ in Richtung der Strecke zwischen dem zweiten Sensor R2 und dem Zielobjekt Z ermitteln. Aus den beiden vektoriellen Geschwindigkeitskomponenten v₁₁ , v₂₂ lässt sich zudem die vektorielle Gesamtgeschwindigkeit v des Zielobjekts Z berechnen zu: $v = v_{11} + v_{22} .$
In 6 ist eine schematische Darstellung eines kooperativen Radarsystems 60 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Radarsystem 60 umfasst ebenso wie das in 5 dargestellte Radarsystem 50 einen ersten Radarsensor R1 und einen in einem Abstand d zu dem ersten Radarsensor R2 positionierten zweiten Radarsensor R2. Bei dem in 6 dargestellten Radarsystem 60 handelt es sich anders als bei dem in 5 gezeigten Radarsystem 50 nicht um ein vollkohärentes System, sondern um ein quasi-kohärentes System. Der Unterschied zu dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass das in 6 gezeigte System keinen Taktgeber Tkt für die beiden Sensoren aufweist. Infolgedessen weisen die Sensorsignale unterschiedlicher Sensoren keine feste Phasenbeziehung auf. Stattdessen werden die beiden Radarsensoren R1, R2 unter Verwendung eines bekannten Referenzziels RO und durch entsprechende Signalverarbeitung quasi-kohärent betrieben. Bei einem solchen Betrieb mit einem Referenzziel RO wird die bistatische Antwort mit Hilfe des bekannten und des gemessenen Abstandes dref zum Referenzziel RO korrigiert.
Die beiden Sensoren R1, R2, welche in unterschiedlichen Raumrichtungen messen, sind zu einem kooperativen Radarsystem kombiniert. Die Radarsensoren R1, R2 sind als konventionelle eigenständige FMCW-Radarsensoren ausgebildet und messen jeweils eine monostatische Antwort des Ziels Z und des Referenzziels RO, d.h. ein monostatisches Reflexionssignal RM, welches zur Ermittlung des Abstands d₁₁ , d_ref sowie der Geschwindigkeit des Ziels Z bzw. Referenzziels RO in radialer Raumrichtung von dem Sensor R1, R2 zum Ziel Z bzw. Referenzziel RO genutzt werden kann. Zusätzlich zu der monostatischen Antwort wird wie bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel von den beiden Radarsensoren R1, R2 auch ein bistatisches Reflexionssignal RB gemessen.
Das bistatische Reflexionssignal enthält Informationen zum Abstand und zur Geschwindigkeit in radialer Richtung von dem Sensor R2 zum Ziel Z und in Richtung von dem Radarsensor R1 zu dem Ziel Z. Entsprechendes gilt auch für das Referenzziel RO.
Wie bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel starten beide Sensoren R1, R2 eine Messung durch ein gemeinsames Triggersignal von der Triggereinheit TR, welche mit den beiden Sensoren R1, R2 entweder über ein Kabel oder per Funk verbunden ist. Das gemeinsame Triggersignal stellt sicher, dass die bistatische Antwort innerhalb der durch die Sensorhardware und Software vorgegebenen Grenzen, d.h. insbesondere Grenzen für die Beatfrequenzbandbreite, die Rampenkonfiguration und AD-Wandler gemessen werden kann.
Um die monostatische Antwort und die bistatische Antwort an einem Sensor R1 zu unterscheiden, wird ein Frequenzoffset zwischen den beiden Radarsensoren R1, R2 realisiert, d.h. die FMCW-Signale der Radarsensoren starten bei jeweils unterschiedlichen Frequenzen. Die Bandbreite und die Dauer des FMCW-Signals ist bei beiden Sensoren R1, R2 gleich. Dadurch wird die bistatische Antwort um den Frequenzoffset f_off zu einem vordefinierten Bereich im Basisband verschoben und kann von der monostatischen Antwort getrennt werden.
Nach dem Ermitteln eines Beatspektrums erfolgt nun anders als bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Korrektur des bistatischen Anteils des Beatspektrums. Dieser Vorgang ist im Zusammenhang mit 7 ausführlich erläutert.
Das korrigierte Beatspektrum wird dann analog zu der in 5 geschilderten Vorgehensweise dazu genutzt, eine Position P und eine Geschwindigkeit v des Zielobjekts Z zu ermitteln.
Wie im Zusammenhang mit 5 erläutert, können mit Hilfe der monostatischen Antwort aus der bistatischen Antwort der Abstand und die Geschwindigkeit in Richtung von dem Sensor R2 zu dem Zielobjekt Z ermittelt werden. Werden beide Sensoren R1, R2 an räumlich verteilten Punkten aufgestellt, dann ist in einem solchen kooperativen Radarsystem eine Lokalisierung und eine vektorielle Geschwindigkeitsmessung von Objekten Z möglich. Für den Erhalt dieser Informationen werden die Messdaten von nur einem der beiden Sensoren R1, R2 benötigt.
Der quasi-kohärente Betrieb kann auch mit Hilfe eines GPSgesteuerten Systems oder einer Funkverbindung zwischen den einzelnen Sensoren realisiert werden. GPS oder Funkverbindungen zwischen den Sensoren können die Triggereinheit TR ersetzen. Beide Varianten können für den kohärenten und den quasikohärenten Betrieb genutzt werden.
Bei GPS Signalen wird ein sehr stabiles „Pulse Per Second“-Signal (GPS 1 PPS) gesendet (Frequenz 1 Hz). Dieses Signal kann beim Betrieb im Freien an den Sensoren des Systems empfangen werden und im Anschluss daraus lokal ein Triggersignal generiert werden. Dies kann jeweils mit Hilfe einer eigenen Phasenregelschleife realisiert werden, welche als Referenzsignal das 1 PPS Signal verwendet.
Eine Funkverbindung zwischen den Sensoren setzt einen Master-Slave Betrieb zwischen den Sensoren voraus. Der Master Sensor kann dabei ein Triggersignal an den Slave Sensor senden. Dies kann sowohl innerhalb des für die Abstandsmessung benutzten Radarfrequenzbandes geschehen als auch mit zusätzlicher Hardware in anderen Frequenzbändern. Außerdem können mit Hilfe einer vorher definierten Signalform, welche vom Master zum Slave Sensor gesendet wird, Frequenz- und Phasenoffsets kompensiert werden, ähnlich zu einem Pilottonverfahren.
Ein Beispiel für eine Synchronisierung mittels einer direkten Funkverbindung zwischen zwei Radarsensoren ist im Paper „Precise Distance Measurement with Cooperative FMCW Radar Units“ von A. Stelzer, M. Jahn und S. Scheiblhofer, 1-4244-1463-6/08/$25.00 2008 IEEE, S. 771 bis 774 gegeben. Hier wird allerdings nur der Abstand zwischen den Sensoren gemessen.
Teil der in 6 gezeigten Beatspektrum-Messeinrichtung 60 ist auch eine Auswertungseinheit 100 mit einer Spektrum-Ermittlungseinheit 101 zum Ermitteln eines Rohdaten-Beatspektrums RBS auf Basis der erfassten Messdaten S_IF,1 . Das Rohdaten-Beatspektrum RBS weist einen niederfrequenten monostatischen Bereich MB, welcher dem monostatischen Reflexionssignal RM zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich BB auf, welcher dem bistatischen Reflexionssignal RB zugeordnet ist. Das Rohdaten-Beatspektrum RBS wird an eine Referenzfrequenz-Ermittlungseinheit 102 übermittelt, die dazu eingerichtet ist, eine Frequenz RF des Referenzziels RO im bistatischen Bereich BB auf Basis des ermittelten Rohdaten-Beatspektrums RBS zu ermitteln. Die Frequenz RF des Referenzziels RO wird an eine Verschiebungsfrequenz-Ermittlungseinheit 103 übermittelt, die dazu eingerichtet ist, einen Wert f_diff einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums RBS im bistatischen Bereich BB, auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz RF des Referenzziels RO im bistatischen Bereich BB und einer vorbekannten Sollfrequenz SFB des bistatischen Reflexionssignals des Referenzziels RO zu ermitteln.
Der Wert f_diff der Frequenzverschiebung und das Rohdaten-Beatspektrum RBS werden an eine Verschiebungseinheit 104 übermittelt. Die Verschiebungseinheit dient dazu, den bistatischen Teil des Rohdaten-Beatspektrums RBS um den ermittelten Wert der Frequenzverschiebung f_diff zu verschieben. Bei diesem Vorgang wird ein korrigiertes Beatspektrum BS_k ermittelt, welches als Grundlage für eine Positionsberechnung und eine Geschwindigkeitsberechnung dienen kann.
Auf Basis des korrigierten Beatspektrums BS_k wird schließlich von einer Beatfrequenz-Ermittlungseinheit 105 eine monostatische Beatfrequenz MZF und eine bistatische Beatfrequenz BZF des Zielobjekts Z ermittelt.
In 7 ist ein Schaubild 70 veranschaulicht, welches ein sogenanntes Beatspektrum einer Messung mit der in 6 gezeigten Anordnung 60 veranschaulicht. Das in 7 gezeigte Beatspektrum wurde also im quasi-kohärenten Betrieb aufgenommen. Es zeigt die Magnitude M in Dezibel über die Frequenz f in Kilohertz aufgetragen.
Bei der Messung fand keine volle Synchronisation der beiden Radarsensoren R1, R2 durch ein Taktsignal Tkt statt. Stattdessen wurde ein monostatisches Reflexionssignal RM und ein bistatisches Reflexionssignal RB sowohl von dem Zielobjekt Z als auch einem Referenzziel RO gemessen. In dem Beatspektrum sind der monostatische Bereich MB und der bistatische Bereich BB voneinander durch eine vertikale schwarze Linie L getrennt, die ungefähr bei einer Frequenz von 250 kHz liegt. Im monostatischen Bereich MB sind Maxima RF, ZF, die dem Referenzziel RO und dem Zielobjekt ZO zugeordnet sind, eingezeichnet. Die Frequenz ZF, die dem Zielobjekt Z entspricht, liegt ungefähr bei 50 kHz und die Frequenz RF, die dem Referenzziel RO entspricht, liegt ungefähr bei 100 kHz.
Auch im bistatischen Bereich BB des Beatspektrums sind Maxima RFB, ZFB, die dem Referenzziel RO und dem Zielobjekt ZO entsprechen, erkennbar. Die Frequenz ZFB, die dem Zielobjekt ZO entspricht, liegt ungefähr bei 530 kHz und die Frequenz RFB, die dem Referenzziel RO entspricht, liegt ungefähr 570 kHz. Die voll durchgezogene Linie kennzeichnet die Rohdaten RD des Radarsensors R1, d.h. die Daten, welche noch nicht mit Hilfe des Referenzzieles RO korrigiert wurden. Durch eine Korrektur des Beatspektrums BS im bistatischen Bereich BB werden die Frequenzen der beiden Zielobjekte RO, Z im Beatspektrum nach rechts verschoben. Das verschobene Spektrum CD ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet. Mit Hilfe der korrigierten Spektraldaten CD lässt sich der Abstand d₂₂ zwischen dem zweiten Radarsensor R2 und dem Ziel Z ermitteln. Unter Kenntnis der Abstände d₁₁ , d₂₂ zwischen den Radarsensoren R1, R2 und dem Ziel Z lässt sich nun das unbekannte Ziel Z durch Triangulation lokalisieren, d.h. dessen Position P bestimmen. Weiterhin kann durch eine Bestimmung der Dopplerfrequenz auch die vektorielle Geschwindigkeit v des Zielobjekts Z ermittelt werden. Für die Ermittlung beider Größen werden monostatische und bistatische Antworten ausgewertet. Diese liefern Abstandswerte bzw. Geschwindigkeitswerte in zwei Raumrichtungen.
In 8 ist ein Flussdiagramm 800 gezeigt, welches ein vollkohärentes Beatfrequenzmessverfahren zum Ermitteln eines Beatspektrums veranschaulicht.
Bei dem Schritt 8.I wird zunächst ein monostatisches Radarsignal RM eines Zielobjekts Z von einem Radarsensor R1 erfasst. Weiterhin wird bei dem Schritt 8.II ein bistatisches, nicht-kohärentes elektromagnetisches Reflexionssignal RB, welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts Z umfasst, mit demselben Radarsensor R1 gemessen. Bei dem Schritt 8.III werden die erfassten Messdaten dazu genutzt, ein Rohdaten-Beatspektrum RBS zu ermitteln. Das Rohdaten-Beatspektrum RBS umfasst einen niederfrequenten monostatischen Bereich MB, welcher dem monostatischen Reflexionssignal RM zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich BB, welcher dem bistatischen Reflexionssignal RB zugeordnet ist. Bei dem Schritt 8.IV wird auf Basis des Rohdatenbeatspektrums RBS eine monostatische Beatfrequenz MZF und eine bistatische Beatfrequenz BZF des Zielobjekts Z ermittelt.
In 9 ist ein Flussdiagramm 900 gezeigt, welches ein quasi-kohärentes Beatfrequenzmessverfahren zum Ermitteln eines Beatspektrums veranschaulicht. Bei dem Schritt 9.I wird zunächst ein monostatisches Radarsignal RM eines Zielobjekts Z und eines Referenzziels RO von einem Radarsensor R1 erfasst. Weiterhin wird bei dem Schritt 9.II ein bistatisches, nicht-kohärentes elektromagnetisches Reflexionssignal RB, welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts Z und eines Referenzziels RO umfasst, mit demselben Radarsensor R1 gemessen. Beidem Schritt 9.III werden die erfassten Messdaten RM, RB dazu genutzt, ein Rohdaten-Beatspektrum RBS zu ermittelt. Das Rohdaten-Beatspektrum RBS umfasst einen niederfrequenten monostatischen Bereich MB, welcher dem monostatischen Reflexionssignal RM zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich BB, welcher dem bistatischen Reflexionssignal RB zugeordnet ist.
Bei dem Schritt 9.IV wird eine Frequenz RFB des Referenzziels RF im bistatischen Bereich BB auf Basis des ermittelten Rohdaten-Beatspektrums RBS ermittelt. Dem Referenzziel RO entspricht im bistatischen Bereich ein Maximum des Spektrums. Aus der bekannten Lage des Referenzziels RO ist zudem eine Sollfrequenz SFB des bistatischen Reflexionssignals RB des Referenzziels RO bekannt, die mit der aus dem Rohdaten-Beatspektrum RBS bekannten Frequenz RFB verglichen werden kann.
Bei dem Schritt 9.V wird nun ein Wert f_diff einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums im bistatischen Bereich BB auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz RFB des Referenzziels RO im bistatischen Bereich BB und der vorbekannten Sollfrequenz SFB des bistatischen Reflexionssignals RB des Referenzziels RO durch Differenzbildung ermittelt.
Bei dem Schritt 9.VI wird das Rohdaten-Beatspektrum RBS um den ermittelten Wert f_diff der Frequenzverschiebung verschoben, wodurch ein korrigiertes Beatspektrum BS_k erhalten wird.
Schließlich wird bei dem Schritt 9.VII anhand des korrigierten Beatspektrums BS_k eine monostatische Beatfrequenz MZF und eine bistatische Beatfrequenz BZF des Zielobjekts Z ermittelt.
In 10 ist ein Flussdiagramm 1000 gezeigt, welches ein Geschwindigkeitsmessverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Bei dem Schritt 10.I wird zunächst das in 8 oder 9 veranschaulichte Beatspektrum-Messverfahren durchgeführt. Anschließend erfolgt bei dem Schritt 10.IIa ein Ermitteln einer ersten Dopplerfrequenz f_d,mono des monostatischen Reflexionssignals RM des Zielobjekts Z im monostatischen Bereich MB des ermittelten Beatspektrums RBS, BS_k . Zusätzlich erfolgt bei dem Schritt 10.IIb ein Ermitteln einer zweiten Dopplerfrequenz f_d,bi des bistatischen Reflexionssignals RB des Zielobjekts Z im bistatischen Bereich BB des ermittelten Beatspektrums RBS, BS_k . Weiterhin wird bei dem Schritt 10.III eine erste Geschwindigkeitskomponente v₁₁ des Zielobjekts Z auf Basis der ersten Dopplerfrequenz f_d,mono ermittelt und bei dem Schritt 10.IV eine zweite Geschwindigkeitskomponente v₂₂ des Zielobjekts Z auf Basis der zweiten Dopplerfrequenz f_d,bi und der ersten Geschwindigkeitskomponente v₁₁ ermittelt. Schließlich wird eine vektorielle Geschwindigkeit V des Zielobjekts Z auf Basis der ermittelten ersten Geschwindigkeitskomponente v₁₁ und der ermittelten zweiten Geschwindigkeitskomponente v₂₂ ermittelt. Die Ermittlung der Dopplerfrequenzen f_d,mono , f_d,bi sowie der Geschwindigkeit V kann auf die im Zusammenhang mit 5 veranschaulichte Art und Weise erfolgen.
In 11 ist ein Flussdiagramm 1100 gezeigt, welches ein Positionsermittlungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schritt 11.I wird zunächst das in 8 oder 9 veranschaulichte Beatspektrum-Messverfahren durchgeführt. Anschließend erfolgt bei dem Schritt 11.II ein Ermitteln von Abständen d₁₁ , d₂₂ der Sensoren R1, R2 zu dem Zielobjekt Z auf Basis des korrigierten Beatspektrums BS_k . Schließlich wird bei dem Schritt 11.III eine Position P des Zielobjekts Z durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände d₂₁ , d₁₂ ermittelt. Die Ermittlung der Abstände d₁₁ , d₂₂ wurde im Zusammenhang mit der ausführlichen Beschreibung von 5 und 6 im Detail erläutert.
In 12 ist eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 umfasst die in 5 oder alternativ in 6 gezeigte Beatspektrum-Messeinrichtung 50, 60. Weiterhin umfasst die Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 eine Dopplerfrequenz-Ermittlungseinheit 12 zum Ermitteln einer monostatischen Dopplerfrequenz f_d,mono und einer bistatischen Dopplerfrequenz f_d,bi auf Basis des von der Beatspektrum-Messeinrichtung 50, 60 ermittelten Beatspektrums RBS bzw. der daraus abgeleiteten monostatischen und bistatischen Beatfrequenzen MZF, BZF. Die von der Dopplerfrequenz-Ermittlungseinheit 12 ermittelten Dopplerfrequenzen f_d,mono , f_d,bi wird an eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 13 übermittelt, die ebenfalls Teil der Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 ist. Die Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 13 ist dazu eingerichtet, eine erste Geschwindigkeitskomponente v₁₁ des Zielobjekts Z auf Basis der monostatischen Dopplerfrequenz f_d,mono und eine zweite Geschwindigkeitskomponente v₂₂ des Zielobjekts Z auf Basis der bistatischen Dopplerfrequenz f_d,bi und der ersten Geschwindigkeitskomponente v₁₁ zu ermitteln. Teil der Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 ist auch eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 13a zum Ermitteln einer vektoriellen Geschwindigkeit V des Zielobjekts Z auf Basis der ermittelten ersten und zweiten Geschwindigkeitskomponente v₁₁ , v₂₂ .
In 13 ist eine schematische Darstellung einer Positionsermittlungseinrichtung 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Die Positionsermittlungseinrichtung 130 umfasst die in 5 oder alternativ in 6 gezeigte Beatspektrum-Messeinrichtung 50, 60. Teil der Positionsermittlungseinrichtung 130 ist auch eine Laufzeitermittlungseinheit 14 zum Ermitteln einer ersten Laufzeit τ₁₁ des monostatischen Reflexionssignals RM auf Basis der Frequenz MZF des Zielobjekts Z im monostatischen Bereich MB des ermittelten Beatspektrums und zum Ermitteln einer zweiten Laufzeit τ₁₂ des bistatischen Reflexionssignals RB auf Basis der Frequenz BZF des Zielobjekts Z im bistatischen Bereich BB des ermittelten Beatspektrums RBS, BS_k .
Weiterhin umfasst die Positionsermittlungseinrichtung 130 eine Abstandsermittlungseinheit 15 zum Ermitteln von Abständen d₁₁ , d₂₂ der Radarsensoren zu dem Zielobjekt Z auf Basis des Beatspektrums RBS bzw. der daraus abgeleiteten monostatischen und bistatischen Beatfrequenzen MZF, BZF. Teil der Positionsermittlungseinrichtung 130 ist auch eine Positionsermittlungseinheit 16, welche eine Position P des Zielobjekts Z durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände d₁₁, d₂₂ ermittelt.
In 14 und 15 sind Ergebnisse einer Lokalisierungs- und Geschwindigkeitsmessung mit einer in 6 veranschaulichten Messeinrichtung veranschaulicht. Die zum kooperativen System verbundenen Sensoren R1, R2 befinden sich bei den Positionen (x, y) = (0; 0) und bei (x, y) = (2,03; 0) Meter. Das unbekannte Ziel Z bewegt sich geradlinig über eine Strecke S von 2,5 Metern und mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s von beiden Sensoren R1, R2 weg. Der tatsächliche Weg R des Zieles Z ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. In 14 wurden die Messdaten von dem linken Sensor R1 in Position (x; y) = (0; 0) zur Auswertung verwendet. In 15 wurden die Daten vom rechten Sensor R2 bei (x; y) = (2,03; 0) verwendet. Die Kreise kennzeichnen die lokale Position P des Ziels Z während einer Bewegung. Die Pfeile geben die gemessene Bewegungsrichtung D des Ziels Z und deren Länge die gemessen Geschwindigkeit an. Es ergibt sich eine durchschnittliche Abweichung der gemessenen Positionen P und der tatsächlichen Positionen des Ziels Z von etwa 26 Millimetern. Die Bewegungsrichtung D des Ziels Z wurde mit einer Abweichung von weniger als 3° ermittelt. Diese Ergebnisse veranschaulichen die Anwendbarkeit des in 6 gezeigten Radarsystems 60 für die in 1 bis 4 veranschaulichten Szenarien.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Beatfrequenz-Messverfahren, aufweisend die Schritte: - Monostatisches Messen eines elektromagnetischen Reflexionssignals, welches ein Reflexionssignal (RM) eines Zielobjekts (Z) umfasst, mit mindestens einem von mindestens zwei Sensoren (R1, R2) eines kooperativen Sensorsystems (50, 60), - bistatisches Messen eines elektromagnetischen Reflexionssignals (RB), welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts (Z) umfasst, mit mindestens zwei Sensoren (R1, R2) des kooperativen Sensorsystems, - Ermitteln eines Beatspektrums (RBS, BS_k) auf Basis der erfassten Messdaten (RM, RB), wobei das Beatspektrum einen niederfrequenten monostatischen Bereich (MB), welcher dem monostatischen Reflexionssignal (RM) zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich (BB), welcher dem bistatischen Reflexionssignal (RB) zugeordnet ist, umfasst, - Ermitteln einer monostatischen Beatfrequenz (MZF) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k), - Ermitteln einer bistatischen Beatfrequenz (BZF) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensoren (R1, R2) Radarsensoren und/oder Lidarsensoren umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensoren (R1, R2) FMCW-Sensoren umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens zwei Sensoren (R1, R2) durch einen gemeinsamen Takt vollkohärent betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens zwei Sensoren (R1, R2) durch eine zusätzliche monostatische und bistatische Messung eines Referenzziels (RO), dessen Position bekannt ist, quasi-kohärent betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Kalibrierung zum Ermitteln eines korrigierten Beatspektrums (BS_k) durchgeführt wird, mit den folgenden Schritten: - Ermitteln einer Frequenz (RFB) des Referenzziels (RO) im bistatischen Bereich (BB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS), - Ermitteln eines Werts (f_diff) einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums im bistatischen Bereich (BB), auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz (RFB) des Referenzziels (RO) im bistatischen Bereich (BB) und einer vorbekannten Sollfrequenz (SFB) des bistatischen Reflexionssignals (RB) des Referenzziels (RO), - Verschieben des Beatspektrums (RBS) um den ermittelten Wert (f_diff) der Frequenzverschiebung.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Referenzziel (RO) als passives Referenzziel ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Referenzziel (RO) als aktives Referenzziel ausgebildet ist.
Positionsermittlungsverfahren, aufweisend die Schritte: - Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, - Ermitteln einer ersten Laufzeit (τ₁₁) des monostatischen Reflexionssignals (RM) auf Basis der Frequenz (MZF) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k), - Ermitteln einer zweiten Laufzeit (τ₁₂) des bistatischen Reflexionssignals (RB) auf Basis der Frequenz (BZF) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k), - Ermitteln von Abständen (d₁₁, d₂₂) der Sensoren (R1, R2) zu dem Zielobjekt (Z) auf Basis der ermittelten Laufzeiten (τ₁₁, τ₁₂), - Ermitteln einer Position (P) des Zielobjekts (Z) durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände (d₁₁, d₂₂).
Geschwindigkeitsermittlungsverfahren, aufweisend die Schritte: - Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, - Ermitteln einer ersten Dopplerfrequenz (f_d,mono) des monostatischen Reflexionssignals (RM) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k), - Ermitteln einer zweiten Dopplerfrequenz (f_d,bi) des bistatischen Reflexionssignals (RB) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k), - Ermitteln einer ersten Geschwindigkeitskomponente (v₁₁) des Zielobjekts (Z) auf Basis der ersten Dopplerfrequenz (f_d,mono), - Ermitteln einer zweiten Geschwindigkeitskomponente (v₂₂) des Zielobjekts (Z) auf Basis der zweiten Dopplerfrequenz (f_d,bi) und der ersten Geschwindigkeitskomponente (v₁₁), - Ermitteln einer vektoriellen Geschwindigkeit (V) des Zielobjekts (Z) auf Basis der ermittelten ersten Geschwindigkeitskomponente (v₁₁) und der ermittelten zweiten Geschwindigkeitskomponente (v₂₂).
Beatspektrum-Messeinrichtung (50, 60) zum Ermitteln eines Beatspektrums (RBS, BS_k), aufweisend: - einen ersten Sensor (R1) zum monostatischen Messen eines elektromagnetischen Reflexionssignals, welches ein Reflexionssignal (RM) eines Zielobjekts (Z) umfasst, - einen zweiten Sensor (R2) mit bekannten Abstand (d) zu dem ersten Sensor (R1) zum bistatischen Messen eines elektromagnetischen Reflexionssignals (RB), welches ein Reflexionssignal des Zielobjekts (Z) umfasst, - eine Spektrum-Ermittlungseinheit (101) zum Ermitteln eines Beatspektrums (RBS, BS_k) auf Basis der erfassten Messdaten (RB, RM), wobei das Beatspektrum (RBS, BS_k) einen niederfrequenten monostatischen Bereich (MB), welcher dem monostatischen Reflexionssignal (RM) zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich (BB), welcher dem bistatischen Reflexionssignal (RB) zugeordnet ist, umfasst, - eine Beatfrequenzermittlungseinheit (105) zum Ermitteln einer monostatischen Beatfrequenz (MZF) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k) und zum Ermitteln einer bistatischen Beatfrequenz (BZF) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k).
Beatspektrum-Messeinrichtung (60) nach Anspruch 11, wobei die Spektrum-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines korrigierten Beatspektrums (BS_k) aufweist: - eine Referenzfrequenz-Ermittlungseinheit (102) zum Ermitteln einer Frequenz (RF) des Referenzziels (RO) im bistatischen Bereich (BB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS), - eine Verschiebungsfrequenz-Ermittlungseinheit (103) zum Ermitteln eines Werts (f_diff) einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums im bistatischen Bereich (BB), auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz (RF) des Referenzziels (RO) im bistatischen Bereich (BB) und einer vorbekannten Sollfrequenz (SFB) des bistatischen Reflexionssignals (RB) des Referenzziels (RO), - eine Verschiebungseinheit (104) zum Verschieben des Beatspektrums (RBS) um den ermittelten Wert (f_diff) der Frequenzverschiebung.
Positionsermittlungseinrichtung (130), aufweisend: - die Beatspektrum-Messeinrichtung (50, 60) nach Anspruch 11 oder 12, - eine Laufzeitermittlungseinheit (14) zum Ermitteln einer ersten Laufzeit (τ₁₁) des monostatischen Reflexionssignals (RM) auf Basis der Frequenz (MZF) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k) und zum Ermitteln einer zweiten Laufzeit (τ₁₂) des bistatischen Reflexionssignals (RB) auf Basis der Frequenz (BZF) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k), - eine Abstandsermittlungseinheit (15) zum Ermitteln von Abständen (d₁₁, d₂₂) der Sensoren (R1, R2) zu dem Zielobjekt (Z) auf Basis der ermittelten Laufzeiten (τ₁₁, τ₁₂), - eine Positionsermittlungseinheit (16) zum Ermitteln einer Position (P) des Zielobjekts (Z) durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände (d₁₁, d₂₂).
Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung (120), aufweisend: - die Beatspektrum-Messeinrichtung (50, 60) nach Anspruch 11 oder 12, - eine Dopplerfrequenz-Ermittlungseinheit (12) zum Ermitteln einer ersten Dopplerfrequenz (f_d,mono) des monostatischen Reflexionssignals (RM) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k) und zum Ermitteln einer zweiten Dopplerfrequenz (f_d,bi) des bistatischen Reflexionssignals (RB) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BS_k), - eine Geschwindigkeitskomponenten-Ermittlungseinheit (13) zum Ermitteln einer ersten Geschwindigkeitskomponente (v₁₁) des Zielobjekts (Z) auf Basis der ersten Dopplerfrequenz (f_d,mono) und zum Ermitteln einer zweiten Geschwindigkeitskomponente (v₂₂) des Zielobjekts (Z) auf Basis der zweiten Dopplerfrequenz (f_d,bi) und der ersten Geschwindigkeitskomponente (v₁₁), - eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit (13a) zum Ermitteln einer vektoriellen Geschwindigkeit des Zielobjekts (Z) auf Basis der ermittelten ersten und zweiten Geschwindigkeitskomponente (v₁₁, v₂₂).
Bewegliches Objekt, aufweisend - eine Steuerungseinheit zur autonomen oder teilautonomen Steuerung einer Bewegung des beweglichen Objekts und - eine Beatspektrum-Messeinrichtung (50, 60) nach Anspruch 11 und/oder eine Positionsermittlungseinrichtung (130) nach Anspruch 13 und/oder eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung (120) nach Anspruch 14.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinheit einer Steuereinrichtung eines beweglichen Objekts ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Rechnereinheit ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.