DE102021131059A1

DE102021131059A1 - Verfahren zur Auswertung eines Messsignals

Info

Publication number: DE102021131059A1
Application number: DE102021131059.8A
Authority: DE
Inventors: Johanna Geiß; Peter Gulden; Erik Sippel; Martin Vossiek
Original assignee: Symeo GmbH
Current assignee: Symeo GmbH
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023094105A1

Abstract

Verfahren zur Auswertung von Messsignalen eines Messsystems, vorzugsweise eines Radarsystems, umfassend mindestens eine, insbesondere kohärent arbeitende, Empfangseinrichtung, wobei nach der Identifikation mindestens eines Zieles innerhalb eines Messbildes zum Ziel gehörige Artefaktpositionen innerhalb des Messbildes bestimmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung wellenbasierter Messsysteme, sowie ein System und eine Vorrichtung zur Durchführung.
Ein wellenbasiertes Messsystem sendet Signale aus, welche an einem Ziel reflektiert und danach wieder empfangen werden. Oft wird hierbei die Messung mehrfach räumlich versetzt durchgeführt, entweder durch Verschiebung des Messsystems oder bei statischem Messsystem durch das Senden bzw. Empfangen an einem anderen Ort bzw. Kanal.
Im Folgenden wird das wellenbasierte Messinstrument als Radar bezeichnet. Dass die dargestellten Verfahren mit allen Wellenformen (z.B. elektromagnetisch, optisch oder akustisch) durchgeführt werden können, ist in der Fachwelt allgemein bekannt. Das Messsystem ist vorzugsweise ausgebildet, die empfangenen Signale kohärent auszuwerten. Die Vorrichtung für das Senden und den Empfang des Signals wird im Folgenden auch als Antenne (als Beispiel für eine solche Vorrichtung) bezeichnet. Das wellenbasierte Messinstrument (Messsystem) kann jedoch, wie in der Fachwelt allgemein bekannt ist, mit einer beliebigen Vorrichtung versehen sein, die den Empfang der Welle ermöglicht (z.B. Antenne bei elektromagnetischen Wellen; Photodetektoren oder elektrooptische Mischer bei optischen Wellen, Schallwandler bzw. Mikrophone bei akustischen Wellen oder Transciever).
Radare werten Empfangssignale aus, um einerseits Information über Entfernung und Geschwindigkeit eines Ziels zu erhalten, und andererseits, um den Winkel zu einem Ziel zu bestimmen. Zur Winkelbestimmung werden Antennenarrays verwendet, mit welchen das Empfangssignal an unterschiedlichen räumlichen Positionen abgetastet wird. Aus diesem Abtastsignal lässt sich auf eine oder mehrere räumliche Frequenzen schließen, welche wiederrum Aufschluss über die Zielposition geben. Dafür muss die Phase des Signals abhängig von den Antennenpositionen ausgewertet werden und miteinander verrechnet. Herstellungsbedingt weisen Antennenarrays jedoch in der Regel Nichtidealitäten auf, welche diese Phase ebenfalls beeinflussen so, dass nicht ohne weiteres auf die eigentlich zu messenden Phasen geschlossen werden kann. Daher muss eine Kalibrierung durchgeführt werden.
Es können beliebige Parameter des Messsystems kalibriert werden, welche bewirken, dass die Sende- oder Empfangskanäle gestörte bzw. nicht-ideale und in der Regel unterschiedliche Messeigenschaften aufweisen, also mit einer als Kanalfehler bezeichneten Störung überlagert sind. Die Kalibrierung dient dazu die Kalibrierparameter bzw. Kanalfehler, die aus den Kalibrierparametern resultieren, zu kompensieren.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Kalibrierung von derartigen Messsystemen bekannt. Zum Beispiel ist es bekannt, Referenzmessungen zu Zielen mit bekannter Position durchzuführen, während keine weiteren nicht-berücksichtigten Ziele oder Mehrwegeeffekte im Messbereich vorhanden sind. Das resultierende Messsignal kann dann mit einem hypothetischen idealen Messsignal verglichen werden und eine Abweichung zwischen beiden anhand der Kalibrierparameter minimiert werden. Nachteilhaft an diesen Verfahren ist, dass aufgrund von Außeneinflüssen, Temperaturänderungen, Alterung usw. eine initiale Kalibrierung nicht ausreichend ist, um den reibungslosen Betrieb zu ermöglichen. Es ist daher notwendig, regelmäßig eine neuerliche Kalibrierung durchzuführen, vorzugsweise kontinuierlich im laufenden Betrieb des Sensors. Da hier jedoch keine kontrollierte Messumgebung der oben beschriebenen initialen Kalibrierung gegeben ist, sind solche Verfahren für eine Kalibrierung im laufenden Betrieb, auch Onlinekalibrierung genannt, ungeeignet.
Ebenfalls bekannt sind Verfahren, bei denen die Kalibrierparameter geschätzt werden und das Radarbild rekonstruiert wird (J. Geiss, E. Sippel, M. Hehn, und M. Vossiek, „Antenna Array Calibration Using a Sparse Scene“, IEEE Open J. Antennas Propag., Bd. 2, S. 349-361, 2021, doi: 10.1109/OJAP.2021.3061935). Grundannahme ist dabei, dass innerhalb des Radarbildes nur eine feste Anzahl an Zielen vorkommen darf, und dementsprechend versucht wird, durch Veränderung der Kalibrierparameter auftretende Fehlerziele zu minimieren. Dies birgt ebenfalls den Nachteil, dass es vorab bekannt sein muss, wie viele echte Ziele sich im Messbereich befinden, was erneut eine kontrollierte Umgebung bei der Kalibrierung erfordert, was den laufenden Betrieb der Sensoren stark erschwert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereit zu stellen, welches es ermöglicht, eine Kalibrierung des Messsystems auch dann vorzunehmen, wenn die Messumgebung nicht oder nur in geringem Maße kontrolliert werden kann.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Auswertung von Messsignalen eines Messsystems, vorzugsweise eines Radarsystems, umfassend mindestens eine, vorzugsweise kohärent arbeitende, Empfangseinrichtung, wobei nach der Identifikation mindestens eines Zieles innerhalb eines Messbildes zum Ziel gehörige Artefaktpositionen innerhalb des Messbildes bestimmt werden, gelöst.
Ein bedeutender Gedanke dabei ist, dass, durch die Geometrie des Sende- und/oder Empfangsarrays, die Artefaktpositionen in deterministischer Weise von der Position des Ziels abhängen. Dies kann ausgenutzt werden, um anhand eines beliebigen Ziels Positionen innerhalb eines Messbildes zu identifizieren, an denen a priori Artefakte erwartet werden, um auf diese Positionen bei der Kalibrierung zurück zu greifen. Es ist dabei nicht unbedingt entscheidend, ob es noch andere Ziele innerhalb des Messbildes gibt, welche nicht oder nur teilweise erkannt wurden. Somit sind die Anforderungen an die Umgebung minimal, nämlich lediglich, dass ein Ziel identifizierbar ist. Dies vereinfacht eine Kalibrierung in unkontrollierbaren Umgebungen, insbesondere eine Onlinekalibrierung.
Der Begriff Messbild ist vorzugsweise allgemein zu verstehen, und bezeichnet eine räumliche (in der Regel zwei oder dreidimensionale) Verteilung von Werten, Vektoren und/oder Daten, die sich direkt oder indirekt aus einer oder mehrerer Messungen der Empfangseinheiten ergibt. In einem Radarbild bzw. Messbild werden positionsabhängige Rekonstruktionsergebnisse mit Amplituden- und/oder Leistungs- und/oder Helligkeitswerten über einem bestimmten Schwellwert detektiert und als Detektion bezeichnet. Detektionen, welche einem real existierenden und damit korrekt detektierten Streuer bzw. Sender zuzuordnen sind, werden vorzugsweise als Ziele bezeichnet. Weiterhin kann das identifizierte Ziel im Folgenden auch ein Signal bedeuten, welches als solches deklariert wurde, und/oder ein Signal, welches aus statistischen Erwägungen als „korrekt“ angenommen wurde. Es ist für das nachfolgend beschriebene Verfahren dabei nur vonnöten ein Signal als „Ziel“ auszuweisen, unabhängig davon ob es zu einem realen Streuer bzw. Sender gehört oder nicht. Peaks oder Detektionen, welche keinem real existierenden bzw. angenommenen Streuer bzw. Sender entsprechen (aber einem solchen zuzuordnen sind bzw. aus einem solchen resultieren), bezeichnet man als Artefakte.
Unter einem Nutzsignal S_Nutz kann man insbesondere das Signal verstehen, welches sich aus der Messung eines Zieles ergibt, im Gegensatz zu einem Störsignal S_Stör welches den Artefakten geschuldet ist.
Die Bezeichnung Position, Zielposition und Artefaktposition kann sich insbesondere wahlweise auf eine räumliche Frequenz, einen Winkel, eine räumliche Position, einen Pixel und/oder Voxel, und/oder ähnliches beziehen, abhängig davon in welcher Darstellung die Radarbildgebung durchgeführt wird.
Als Kanalfehler wird insbesondere derjenige Fehler auf einem Kanal bezeichnet, welcher an diesem effektiv wirksam ist. Dieser kann eine Vielzahl von Ursachen haben, wobei die einzelnen Ursachen durch Kalibrierparameter beschrieben werden. Viele Kalibrierparameter bewirken also eine Änderung eines gemeinsamen Kanalfehlers. Meist ist das Ziel einer Kalibrierung die Kalibrierparameter zu bestimmen; jegliche beschriebenen Kalibrierverfahren können jedoch auch zur Kalibrierung der Kanalfehler verwendet werden. Dies kann Vorteile haben, da die durch Kalibrierparameter beschriebenen Ursachen für einen Kanalfehler nicht differenziert werden müssen.
Vorzugsweise umfasst das Messsystem wenigstens eine kohärent arbeitende Empfangseinrichtung und/oder wenigstens eine kohärent arbeitende Sendeeinrichtung. Eine kohärent arbeitende Empfangseinrichtung ist vorzugsweise in der Lage, eine Phasenlage, insbesondere einen Phasenversatz gegenüber mindestens einer weiteren Empfangseinrichtung und/oder Sendeeinrichtung und/oder einer Referenzphase zu erfassen und/oder herzustellen. Eine kohärent arbeitende Sendeeinrichtung ist vorzugsweise in der Lage, eine Phasenlage, insbesondere einen Phasenversatz gegenüber mindestens einer weiteren Empfangseinrichtung und/oder Sendeeinrichtung und/oder einer Referenzphase zu erfassen und/oder herzustellen.
Zur weiteren Erläuterung werden nachfolgend zwei beispielhafte unterschiedliche Ausführungsarten von Radaren betrachtet. Erstens kann ein Single-Input Multiple-Output (SIMO) Radar mit einer einzelnen Sende-Antenne (TX) und N (N>1) Empfangs-Antennen (RX) vorliegen. Alternativ dazu könnten auch N (N>1) Sende-Antennen (TX) und eine einzelne Empfangs-Antenne (RX) vorhanden sein. Die Fälle können als äquivalent angenommen werden und werden nachfolgend der Einfachheit halber mit SIMO bezeichnet. Zweitens kann ein MIMO Radar mit N (N>1) Sende-Antennen und N (N>1) Empfangs-Antennen vorliegen.
In beiden Fällen kann die Datenaufnahme derart erfolgen, dass die Sende-Antennen eines Radars ein Signal s_t (t) bzw. S_t (f) emittieren. Dieses kann an den Zielen einer Objektszene bzw. Zielszene gestreut und/oder reflektiert werden und von den RX-Antennen empfangen werden. Alternativ ist es auch denkbar, dass von einem aktiven Objekt, z.B. von einem Funktransmitter, und/oder einem strahlenden Körper (z.B. thermische Strahlung im Infrarot oder Mikrowellenbereich), ein Signal emittiert wird, also keine TX-Antenne bei der Messeinheit nötig ist. In diesem Fall sollte jedoch gewährleistet sein, dass bei mehreren Messungen nacheinander ein fester Phasenbezug zwischen den Sendesignalen besteht.
Als Apertur, manchmal auch physikalische Apertur, wird insbesondere der räumliche Bereich bezeichnet, in dem das Radar das Wellenfeld abtastet - also die Ausdehnung der physikalisch vorhandenen Antennen. Als virtuelle Apertur wird insbesondere die entstehende effektiv abgetastete Apertur bei Verwendung eines MIMO Arrays bezeichnet. Das virtuelle Array bzw. die virtuellen Antennenpositionen sind dabei die effektiv entstehenden Abtastpositionen, welche sich aus der Faltung des RX- mit dem TX-Array ergeben. Als synthetische Apertur wird insbesondere die effektiv erreichte Gesamtapertur bezeichnet, welche sich aus mehreren kohärent ausgewerteten Messungen ergibt, bei denen das Radar an unterschiedlichen räumlichen Relativ-Positionen angeordnet ist (Messprinzip des „Synthetischen Apertur Radars“ - SAR).
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann somit ein Merkmal des Messsignals, wie zum Beispiel die Amplitude, einen Leistungswert oder eine Veränderung dieser Merkmale an den bestimmten Artefaktpositionen bestimmt werden. Es ist auch möglich mehrere dieser Merkmale und/oder Veränderungen zu bestimmen, zum Beispiel mehrere Amplituden in Nähe und/oder an einer erwarteten Artefaktposition, sowie ein Leistungswert an der Artefaktposition, etc. Der Vorteil der sich daraus ergibt, diese Merkmale direkt aus einer Artefaktposition oder ihrer Umgebung zu schöpfen ist, dass sie unmittelbar für eine Kalibrierung herangezogen werden können.
In einer anderen Ausführungsform können die Merkmale auch dazu herangezogen werden ein Gütekriterium für eine oder mehrere der Messungen abzuleiten. Es ist auch möglich eine Klassifizierung eines oder mehrerer zugrundeliegender Kalibrierparameter oder Kanalfehler vorzunehmen. Dies birgt den Vorteil, dass eine einfache und direkte Einschätzung der Messung(en) erfolgen kann, ohne eine Kontrolle der Messumgebung erforderlich zu machen. Darüber hinaus, kann das Wissen um die voraussichtliche Position von Artefakten auch dazu genutzt werden um gewisse Teile des Messbildes von einer Betrachtung auszunehmen. Dies hat den Vorteil, dass, in Fällen in denen man sich lediglich für einen Ausschnitt des Messbildes interessiert, eventuell gar keine aufwendige Kalibrierung vorgenommen werden muss, da dort ohnehin keine Artefakte erwartet werden.
In einer weiteren Ausführungsform, können auch Verhältnisse aus den Merkmalen von Zielen oder Artefakten gebildet und/oder ausgewertet werden und ihre Veränderung in Abhängigkeit von mindestens einem Kalibrierparameter und/oder Kanalfehler betrachtet werden. Zum Beispiel könnte die Amplitude und/oder der Leistungswert an einer erwarteten Arktefaktposition durch die Amplitude bzw. den Leistungswert an der Zielposition geteilt werden. Aus diesem Verhältnis lässt sich zum Beispiel einfach die relative Größe der Artefakte bestimmen. Selbiges lässt sich auch für Daten, welche aus den Messbildern erst gebildet werden, wie zum Beispiel Mittelwerte über gewisse Flächen oder ähnliches, durchführen. Im Anschluss können diese Merkmale oder die Verhältnisse daraus mit denen verglichen werden, welche sich aus dem Messsignal in Verbindung mit einem Kalibrierparameter ergeben. Der Vorteil hierbei ist, dass sich der Einfluss der Kalibrierung unmittelbar feststellen und die Kalibrierung dementsprechend anpassen lässt.
Vorzugsweise lässt sich so eine Onlinekalibrierung (also im laufenden Betrieb) des Messsystems durchführen, in dem mindestens ein Merkmal (wie eine Amplitude, ein Leistungswert, etc.) oder ein Verhältnis an mindestens einer der zuvor ermittelten Artefaktpositionen dazu genutzt wird, um einen oder mehrere Kanalfehler zu justieren.
Beispielsweise lassen sich ein oder mehrere Kanalfehler so einstellen, dass die Artefaktgröße oder anders ausgedrückt die Fehlerbeeinflussung der Messung verändert, vorzugsweise optimiert, weiter vorzugsweise minimiert wird. Dies geschieht unter anderem, in dem versucht wird die Kalibrierparameter so zu optimieren, dass die durch sie verursachte Artefakte s_Stör (z.B. beschrieben durch die Amplitude oder Leistung der Artefakte) minimiert wird, während das Nutzsignal s_Nutz maximiert wird.
Für die Kalibrierung wird dann eine Fehlerfunktion f(s_Stör) minimiert, welche von den Artefakten abhängt, während eine weitere, vom Nutzsignal/Ziel abhängige Funktion g(s_Nutz) maximiert wird. Die Kalibrierung entspräche dann der Lösung von bspw. $min_{γ} ƒ (s_{St \ddot{o} r}) - μ g (s_{Nutz})$
wobei in γ die zu kalibrierenden Parameter zusammengefasst sind. Bei jeder Veränderung von γ muss das Radarbild zumindest an den Artefaktpositionen neu rekonstruiert werden, um die aktualisierten Werte von f(s_Stör) und g(s_Nutz) zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich können vergleichbare Formulierungen optimiert werden, wie z.B. $min_{γ} ƒ (s_{St \ddot{o} r}) + μ \frac{1}{g (s_{Nutz})},$
und/oder die vom Nutzsignal abgeleitete Funktion wird konstant gehalten, z.B. via $min_{γ} ƒ (s_{St \ddot{o} r}) subject to g (s_{Nutz}) = const .,$
und/oder es wird verhindert dass die vom Nutzsignal abgeleitete Funktion unter einen bestimmten Wert ε fällt, z.B. via $min_{γ} ƒ (s_{St \ddot{o} r}) subject to g (s_{Nutz}) \geq ε .$
Der Wert ε kann beispielsweise anhand der zu Beginn der Kalibrierung vorhandenen Nutzleistung P_Nutz gewählt werden.
Gemeinsam ist allen Varianten, dass die von den Artefakten abgeleitete Fehlerfunktion minimiert wird, während die triviale Lösung, bei der einfach jegliches Signal (inkl. Nutzsignal) verschwindet, verhindert wird.
Anstelle einer Minimierung der Funktion f(s_Stör) ist auch eine anderweitige Optimierung möglich, insbesondere wenn diese darauf beruht, auf vorab identifizierte Artefaktpositionen abzustellen. So können die Parameter γ auch lediglich so eingestellt werden, dass die obigen Funktionskombinationen unter eine festgelegte Schranke fallen, anstatt das globale Minimum zu suchen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine Nutzleistung P_Nutz als g(s_Nutz) zu definieren, sowie eine Störleistung P_Stör anhand der Artefakte abzuleiten als f(s_Stör). Neben den oben beschriebenen Varianten wäre es dann auch möglich ein Signal zu Störverhältnis (SDR, signal-to-distortion ratio) zu definieren via $S D R = \frac{P_{Nutz}}{P_{St \ddot{o} r}} .$
Als Ausführungsvariante könnte dann für die Kalibrierung die Lösung von $max_{γ} SDR,$
gesucht werden.
Der Vorteil, der sich daraus gegenüber herkömmlichen Kalibrierungen, bei denen in der Regel die Fehlerleistung über dem gesamten Winkelbereich minimiert wird, ergibt, ist, dass nur gezielt die auftretenden und erwarteten Artefakte minimiert werden. Die Artefaktpositionen ergeben sich isnbesondere aus der Messanordnung, welche zu periodischen Kanalfehlereinflüssen führt, und damit bewirkt, dass sich die Fehlerleistung an den spezifischen Positionen konzentriert und Artefakte erzeugt, statt sich über dem gesamten Winkelbereich zu verteilen.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn während des laufenden Betriebs kalibriert wird (Onlinekalibrierung). Wird bei herkömmlichen Kalibrierungen ein einzelnes Ziel als korrektes Ziel identifiziert und im gesamten restlichen Winkelbereich die Leistung minimiert, darf in dieser Entfernung insbesondere kein weiteres (korrektes) Ziel vorhanden sein. Bei der gezielten Minimierung der Artefakte an den bekannten Artefaktpositionen dagegen beeinflussen ggf. weitere korrekte Ziele an anderen Positionen die Kalibrierung nicht. Lediglich in dem Fall, dass ein weiteres korrektes Ziel genau mit einer Artefaktposition übereinstimmt und nicht als korrektes Ziel erkannt wird, kann die Kalibrierung ggf. nicht korrekt durchgeführt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform verfügt das Messsystem über mindestens eine Sendeeinrichtung, als Bestandteil der Empfangseinrichtung und/oder separat.
Bei einer Ausführungsform ist es vorteilhaft, die Bestimmung einer Artefaktposition aus der Position, bzw. räumlichen Frequenz, eines bekannten Zieles abzuleiten. Dabei werden die geometrischen Eigenschaften des Messsystems dazu genutzt, einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der räumlichen Frequenz eines Zieles und der räumlichen Frequenzen der zugehörigen Artefakte zu bestimmen.
Besonders vorteilhaft ist dies, wenn, gemäß einer weiteren Ausführungsform, ein fester bzw. periodischer Zusammenhang zwischen dem Ziel und den zugehörigen Artefakten besteht, durch den auf eine Artefaktposition geschlossen wird. In diesem Fall ist der Aufwand für die Kalibrierung minimal, da nicht jede Artefaktposition einzeln abgeleitet werden muss, sondern für ein Ziel bereits eine ganze Schar von Artefaktpositionen bekannt ist. Eine Schar bezieht sich hierbei insbesondere auf eine Menge von Artefaktpositionen, welche durch eine endliche Anzahl, ganzzahliger index-parameter vollständig als Funktion der Zielposition und Eigenschaften des Messsystems bestimmt sind.
Eine weitere Ausführungsform kann daher sein, eine Kalibrierung vorzunehmen, wobei das Messsignal durch Messungen mit einer periodischer Struktur und/oder periodischen Elementen gebildet wird, insbesondere durch Verschiebung der Empfangseinrichtung und/oder Sendeeinrichtung, vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen nach dem SAR Prinzip, und/oder durch Verschiebung mindestens eines Zieles relativ zur Empfangseinrichtung und/oder Sendeeinrichtung in gleichmäßigen Abständen, vorzugsweise nach dem inversen SAR Prinzip, und/oder durch Verwendung mehrerer Empfangseinrichtungen und/oder mehrerer Sendeeinrichtungen, vorzugsweise nach dem MIMO Prinzip.
Durch die zu kalibrierenden Kalibrierparameter in einem Sende- oder Empfangsarray kann das erwartete Signal an jedem Kanal etwas verändert werden, sodass sich pro Kanal ein von den Kalibrierparametern abhängiger Kanalfehler ergibt. Wird nun die Messung mehrfach mit gleichmäßigem räumlichem Versatz durchgeführt, können dieselben Kanalfehler erneut auftreten und innerhalb der Gesamtmessung kann sich eine deterministische Kanalfehlerstruktur ergeben. Diese Kanalfehlerstruktur ist in vielen Fällen periodisch, da die Verschiebung des Empfangsarrays und/oder der Zielszene in regelmäßigen Abständen erfolgt. Grundsätzlich entsteht eine mehrfache Messung entweder durch eine gleichmäßige Bewegung des Radars, und/oder innerhalb einer Einzelmessung, wenn das Radar nach dem Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Prinzip funktioniert. In diesem Fall kann sich das virtuelle Gesamtarray durch die Faltung der Sende- und Empfangsarrays ergeben. So entsteht ebenfalls eine periodische Kanalfehlerstruktur.
Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Messsystem im SAR Betrieb verwendet wird. Da, wie oben beschrieben, in diesem Fall periodisch auftretende Artefaktpositionen bekannt sind. Insbesondere sind die Eigenschaften des Messsystems in diesem Fall gegeben durch die Verschiebungsstrecke L_sar und die verwendete Wellenlänge λ_c. Wie eingangs bereits erwähnt, ist hierbei die Schar der Artefaktpositionen in Abhängigkeit des index-parameters n durch die Formel $θ_{n} = arcsin (sin θ_{0} + n \frac{λ_{c}}{2 L_{sar}}) .$
Bestimmt. Identische oder ähnliche Abhängigkeiten lassen sich auch bei der Verwendung eines Radars nach dem inversen SAR Prinzip oder dem MIMO Prinzip bestimmen und können ausführungsgemäß eingesetzt werden.
Bevorzugt ist es weiterhin, wenn mehrere Ziele bei unterschiedlichen Winkeln θ₀ verwendet werden, um die Kalibrierung durchzuführen. Zum einen wird damit eine Maximierung der gesammelten Information erreicht. Zum anderen lassen sich so die Einflüsse von winkelabhängigen Kalibrierparametern (Kopplung und Phasenzentren, $α_{n_{r}}^{k,pz} (k_{0})$
) und winkelunabhängigen Kalibrierparametern (Phasen- und Amplituden, $α_{n_{r}}^{p,a}$
) auf die Kanalfehler und damit auf die Artefakte unterscheiden. Die Anpassung ersterer sollte eine winkelabhängige Veränderung der Kanalfehler und Artefakte bewirken, während die Veränderung letzterer bei unterschiedlichen Winkeln θ₀ eine gleichmäßige Veränderung der Kanalfehler und Artefakte bewirkt. Dennoch ist eine Kalibrierung auch mit nur einem einzigen Ziel möglich.
Insbesondere können, bei einer weiteren Ausführungsform, auch aus einer Reihe von Messungen diejenigen ausgewählt werden, bei denen eine periodische Struktur vorliegt. Zum Beispiel jene, bei denen die Messposition des Messsystems ein ganzzahliges Vielfaches von L_sar (siehe 1) war.
Es ist ausführungsgemäß ebenfalls möglich, Messsignale aus mehreren Messungen zu kombinieren. Eine Kombination im obigen Sinne kann zum Beispiel sein, den Durchschnitt und/oder die Superposition der verschiedenen Messsignale zu betrachten, welche sich aus den Messbildern von mehreren verschiedenen Messungen ergeben. So können zum Beispiel die Amplituden aus mehreren verschiedenen Messbildern punktweise addiert oder gemittelt werden, um ein kombiniertes Messbild zu erhalten, anhand dessen dann eine Kalibrierung im obigen Sinne vorgenommen wird. Auch lassen sich aus einer Vielzahl an Messungen beispielsweise diejenigen auswählen und kombinieren, bei denen das Messsystem nach dem SAR Prinzip jeweils an der gleichen Messposition oder jeweils an unterschiedlichen Messpositionen war.
Für die Kalibrierung können so mehrere, z.B. mindestens vier oder mindestens zehn oder mindestens hundert, Messungen verwendet werden. Dies erhöht die vorhandene Information und ermöglicht gleichzeitig die Kalibrierparameter nur langsam zu verändern. Prinzipiell bedarf es bei der Kalibrierung jedoch nur einer einzigen Messung, so dass eine derartige Kombination zwar möglich aber nicht notwendig ist.
Bei der obigen Verfahrensweise muss ggf. eine vergleichsweise große Anzahl an Kalibrierparametern, γ, vorliegen, über die optimiert werden muss. Es kann daher vorteilhaft sein, vor der eigentlichen Kalibrierung anhand der Messdaten eine Vorschätzung vorzunehmen, um die Kalibrierparameter zu approximieren. Diese Vorschätzung kann in Kombination mit bereits bekannten Verfahren, oder auch ausschließlich durch bekannte Verfahren, wie zum Beispiel einer herstellerseitigen Kalibrierung der Antennenmesskammer, vollzogen werden.
Besonders Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren für Messsysteme, welche neben einer Empfangseinrichtung (RX) auch über eine Sendeeinrichtung (TX), wie eine Sendeantenne, verfügen. Alternativ kann auch eine Empfangseinrichtung selbst in der Lage sein als Sendeeinrichtung zu fungieren (Transceiver). In vielen Fällen sind mehrere solcher Empfangs und/oder Sendeeinrichtungen im Messsystem verwirklicht. In diesen Fällen, kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, wobei von mindestens einer Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX)

a. eine Phasenlage, insbesondere ein Phasenversatz gegenüber mindestens einer weiteren Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) und/oder einer Referenzphase, und/oder
b. eine Dämpfung und/oder Verstärkung gegenüber mindestens einer weiteren Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) und/oder einer Referenzamplitude, und/oder
c. ein Kopplungseinfluss aufgrund einer weiteren Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX), beispielsweise eine Kopplungsmatrix und/oder
d. ein Parameter, der eine komplexe relative Amplitude zwischen der Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) und einer weiteren Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) beschreibt, und/oder
e. ein Parameter, der den Zeitversatz zu mindestens einer Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) beschreibt,

Unter einer Kopplungsmatrix ist hierbei insbesondere eine Matrix zu verstehen, deren Komponente M_ij die Kopplung zwischen der i-ten und der j-ten Sende- bzw. Empfangseinrichtung (beispielsweise Antenne) wiedergibt, wobei i,j ∈ {1, ...,Z} und Z die Anzahl der Sende- bzw. Empfangseinrichtungen des Messsystems ist. Optional ist die Kopplungsmatrix M eine quadratische, ggf. symmetrische Matrix der Größe Z × Z.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch ein wellenbasiertes Messsystem, vorzugsweise Radar-Messsystem, zur Durchführung des Verfahrens nach den obigen Ausführungen. Weitere Merkmale ergeben sich aus den vorangehenden und nachfolgenden Ausführungen. Insbesondere kann eine Auswerteeinheit des Messsystems konfiguriert sein, die obigen und/oder nachfolgende Verfahrensschritte durchzuführen.
Die Eignung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Onlinekalibrierung ist besonders vorteilhaft bei Ausführungsformen, bei denen ein Messsystem eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, vorzugsweise PKW und/oder LKW dazu konfiguriert ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil es bei Fahrzeugen oftmals besonders schwer ist, die Messumgebung unter Kontrolle zu halten, da sich im laufenden Betrieb eine Vielzahl an Zielen (Fußgänger, andere PKWs etc.) im Umfeld des Fahrzeugs bewegen können.
Das Fahrzeug kann ausgebildet sein als: Kraftfahrzeug, Wasserfahrzeug, Flugzeug, Kran oder Schienenfahrzeuge.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, welche anhand der Abbildungen näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Radarsystems im SAR Betrieb, wobei der Raumwinkel, welcher sich an einer Position zum Ziel ergibt, sowie zwei weitere Messpositionen, gezeigt sind;
2 ein exemplarisches Beispiel für ein Messbild, wie es sich bei periodisch auftretenden Artefakten darstellt, wobei ein Zielpeak in der Mitte von Artefakten in gleichmäßigen Abständen umgeben ist;
3 ein schematisches Fahrzeug, welches ein Messsystem umfasst, um eine ausführungsgemäße Kalibrierung durchführen zu können;
4 ein weiteres Beispiel für ein Messbild mit einem Ziel und periodisch auftretenden Artefakten.

Betrachtet werden soll zunächst das ideale Empfangssignal an der n_rten RX Antenne eines SIMO bzw. MIMO Radars, wobei sich das Radar während der Messung an der Position x_R befindet, wobei diese Position sich auf derselben Achse wie die Apertur befindet. Es wird vereinfachend angenommen, dass diese Position mit der Position der TX-Antenne übereinstimmt. Die RX-Antenne befindet sich im Abstand l_nr von der TX-Antenne, also bei x_R + l_nr. Das ideale Empfangssignal im Frequenzbereich kann dann ausgedrückt werden als $S_{n_{r}, ideal} (ƒ) = H_{n_{r}} (x_{R}) H_{z} H_{t} (x_{R},) S_{t} (ƒ),$
mit der Übertragungsfunktion von der TX-Antenne zum Ziel $H_{t} (x_{R},) = e^{j k_{0} x_{R}},$
der Übertragungsfunktion vom Ziel zur RX-Antenne $H_{n_{r}} (x_{R}) = e^{j k_{0} (x_{R} + l_{n_{r}})},$
und der Übertragungsfunktion für die Zielreflexion, inkl. der Wegdämpfung $H_{z} = A_{0} e^{j ϕ_{0}} .$
Durch die einfallende Welle von einem Ziel entsteht also entlang der Apertur eine räumliche Verteilung der Wellenfront, welche an den Antennenpositionen vom Radar abgetastet wird. Hierbei entspricht $k_{0} = \frac{2 π}{λ_{c}} sin θ_{0}$
mit der Wellenlänge $λ_{c} = \frac{c_{0}}{ƒ_{c}}$
und Lichtgeschwindigkeit c₀, der räumlichen Kreisfrequenz k₀ über der Apertur, welche sich aus der winkelabhängigen Laufzeitdifferenz entlang der physikalischen Apertur ergibt. Die Begriffe Zielwinkel θ₀ und räumliche Frequenz k₀ werden austauschbar verwendet, da diese direkt ineinander umgerechnet werden können. A₀ und ϕ₀ sind die für die Messung zu diesem Ziel spezifische Empfangsamplitude und -phase. Das Signal lässt sich dann umformen zu $S_{n_{r}, ideal} (ƒ_{c}) = A_{0} e^{j ϕ_{0}} e^{j2 k_{0} (x_{R} + \frac{l_{n_{r}}}{2})} S_{t} (ƒ_{c}) .$
Nun treten Nichtidealitäten an den einzelnen Antennen oder Kanälen auf. Dazu zählen z.B. Amplituden- und/oder Phasenfehler, Kopplung zwischen den Kanälen und Positionsfehler der Antennenphasenzentren. Die Werte, welche diese Nichtidealitäten beschreiben, werden als Kalibrierparameter γ bezeichnet. Alle diese Fehler lassen sich wiederum als eine kanalspezifische Übertragungsfunktion H_nr,error(γ) zusammenfassen, sodass für das fehlerbehaftete Signal gilt $S_{n_{r}} (ƒ_{c}) = H_{n_{r}, error} (γ) S_{n_{r}, ideal} (ƒ_{c}) .$
Diese Übertragungsfunktion wird bestimmt durch die jeweils auftretenden Kalibrierparameterart und den Kalibrierparameterwert. Für einen konstanten (und als bekannt angenommenen) Zielwinkel θ₀ bzw. eine konstante räumliche Frequenz k₀ reduzieren sich die Kalibrierparameter auf einen für diesen Kanal spezifischen Kanalfehler α_nr(k₀). Dieser setzt sich wiederum aus zwei Teilfaktoren zusammen, sodass $α_{n_{r}} (k_{0}) = α_{n_{r}}^{p,a} α_{n_{r}}^{k,pz} (k_{0}) .$
Der erste Teilfaktor $α_{n_{r}}^{p,a}$
entsteht durch Kalibrierparameter wie Phasen- und Amplitudenfehler und ist unabhängig von der eigentlichen Messung. Der zweite Teilfaktor $α_{n_{r}}^{k,pz} (k_{0})$
entsteht durch Kalibrierparameter wie Kopplung und/oder Phasenzentrenfehler und ist ggf. abhängig von der durch das Ziel erzeugten räumlichen Frequenz k₀, bzw. damit (direkt) von dem Zielwinkel θ₀.
Die Messung wird nun mit allen Antennen des Arrays durchgeführt, wobei jede Antenne ihren eigenen Kanalfaktor hat. Um die Apertur zu vergrößern, wird nun das SIMO Radar zu einem MIMO Radar oder einem SAR erweitert. Bei letzterem wird eine synthetische Apertur erzeugt, indem das gesamte Radar mit gleichmäßigen Schritten L_sar verschoben wird, s. 1.
Betrachtet man nun die Gesamtmessung als kontinuierlichen Abtastvorgang, werden die einzelnen Abtastpunkte in periodischer Abfolge von den unterschiedlichen Antennen abgetastet. Da die Abtastwerte mit dem aktuellen Kanalfehler der aktiven Antenne multipliziert werden, treten die Kanalterme α_nr(k₀) in periodischer Abfolge über dem Gesamtsignal auf. Dies entspricht einer Multiplikation eines idealen Empfangssignals (im Ortsbereich) über der Apertur mit einem periodischen Fehlersignal. Im räumlichen Frequenzbereich entspricht dies der Faltung des idealen Messsignals mit dem periodischen Signal, weshalb das Spektrum des idealen Messsignals im Gesamtspektrum periodisch wiederholt wird. Diese Wiederholungen, im Folgenden als Artefakte bezeichnet, treten auf bei den räumlichen Kreisfrequenzen $k_{n} = 2 k_{0} + n \frac{2 π}{L_{sar}},$
bzw. bei den Winkeln $θ_{n} = arcsin (sin θ_{0} + n \frac{λ_{c}}{2 L_{sar}}) .$
Es sei angemerkt, dass die Artefakte nur im räumlichen Frequenzbereich des Signals, welches sich beispielsweise aus der Fouriertransformation ergibt, periodisch sind. Durch die Verzerrung der Umrechnung der räumlichen Frequenz in einen Winkel treten die Artefakte nicht mehr zwingend periodisch auf, jedoch weiterhin an deterministischen Artefaktpositionen. Genauso lassen sich in einer 2D oder 3D Rekonstruktion die deterministischen Artefaktpositionen berechnen und damit Artefakte identifizieren. Letztendlich ist es nicht unbedingt entscheidend, ob die Artefakte periodisch auftreten oder nicht. Entscheidend ist, dass sie an deterministischen Artefaktpositionen auftreten.
1 Zeigt eine schematische Darstellung eines Radars im SAR Betrieb. Das Ziel 114 befindet sich dabei im Raumwinkel θ₀ vor dem Messsystem, bestehend aus Sende/Empfangseinrichtungen 115, welches sich an der Position 112 befindet. Die weiteren Messpositionen 111, 113 sind dazu jeweils um den Abstand L_sar verschoben. Aus der regelmäßigen Verschiebung ergibt sich ein periodisches Auftreten von Artefakten.
2 Zeigt ein typisches Messbild, welches die Messamplitude als Funktion des Winkels wiedergibt. Dabei ist der Peak in der Mitte das Signal des Ziels 21, während an periodisch auftretenden Positionen (hier etwa alle 20 Grad) Artefakte erkennbar 22, 23, 24 sind. Wird, unter Ausnutzung des vorliegenden Erfindungsgedankens, eine Kalibrierung vorgenommen, so kann anhand der bekannten Artefaktpositionen direkt damit begonnen werden, die Höhe der Artefaktpeaks mittels der Kalibrierparameter zu beeinflussen.
3 zeigt ein System 100, umfassend ein autonomes Fahrzeug 110 und ein Radar-Messsystem (Radar-System) 10 gemäß Ausführungsformen. Das Radar-Messsystem 10 umfasst mindestens ein erstes Radarmodul 12 mit mindestens einer ersten Radar-Antenne 121 (um entsprechende Radarsignale zu senden und/oder zu empfangen), und mindestens ein zweites Radarmodul 13 mit mindestens einer zweiten Radar-Antenne 131 (um entsprechende Radarsignale zu senden und/oder zu empfangen) sowie eine Auswerteeinheit 15.
Das System 100 kann ein Passagier-Eingabeeinrichtung und/oder -Ausgabeeinrichtung 120 (passenger interface), einen Fahrzeugkoordinator 130 und/oder eine externe Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung 140 (remote expert interface; beispielsweise für eine Leitstelle) aufweisen. In Ausführungsformen kann die externe Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung 140 einer (gegenüber dem Fahrzeug) externen Person und/oder Einrichtung erlauben, Einstellungen am oder im autonomen Fahrzeug 110 vorzunehmen und/oder zu modifizieren. Diese externe Person/Einrichtung kann sich von dem Fahrzeugkoordinator 130 unterscheiden. Der Fahrzeugkoordinator 130 kann ein Server sein.
Das System 100 ermöglicht dem autonomen Fahrzeug 110 ein von Parametern abhängiges Fahrverhalten, die von einem Fahrzeugpassagier (beispielsweise mittels der Passagier-Eingabeeinrichtung und/oder -Ausgabeeinrichtung 120) und/oder anderen beteiligten Personen und/oder Einrichtungen (beispielsweise über den Fahrzeugkoordinator 130 und/oder die externe Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung 140) zu modifizieren und/oder einzustellen. Das Fahrverhalten eines autonomen Fahrzeugs kann durch (expliziten) Input oder Feedback (beispielsweise durch einen Passagier, der eine maximale Geschwindigkeit oder ein relatives Komfort-Level vorgibt), durch impliziten Input oder Feedback (beispielsweise einen Puls eines Passagiers), und/oder durch andere geeignete Daten und/oder Kommunikationsweisen für ein Fahrverhalten bzw. Präferenzen vorgegeben oder modifiziert werden.
Das autonome Fahrzeug 110 ist vorzugsweise ein voll-autonomes Kraftfahrzeug (z. B. Pkw und/oder Lkw), kann aber alternativ oder zusätzlich ein halb-autonomes oder (sonstiges) voll-autonomes Fahrzeug sein, beispielsweise ein Wasserfahrzeug (Boot und/oder Schiff), ein (insbesondere unbemanntes) Luftfahrzeug (Flugzeug und/oder Hubschrauber), einer fahrerloses Kraftfahrzeug (z. B. Pkw und/oder Lkw) et cetera. Zusätzlich oder alternativ kann das autonome Fahrzeug so konfiguriert sein, dass es zwischen einem halb-automatischen Zustand und einem voll-automatischen Zustand wechseln kann, wobei das autonome Fahrzeug Eigenschaften aufweisen kann, die sowohl einem halb-automatischen Fahrzeug als auch einem voll-automatischen Fahrzeug zugeordnet werden können (abhängig vom Zustand des Fahrzeugs).
Das autonome Fahrzeug 110 umfasst vorzugsweise einen Bord-Computer 145.
Die Auswerteeinheit 15 kann zumindest teilweise in und/oder an dem Fahrzeug 110 angeordnet sein, insbesondere (zumindest teilweise) in den Bord-Computer 145 integriert sein, und/oder (zumindest teilweise) in eine Berechnungseinheit zusätzlich zu dem Bord-Computer 145 integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit 15 (zumindest teilweise) in dem ersten und/oder zweiten Radarmodul 12, 13 integriert sein. Falls die Auswerteeinheit 15 (zumindest teilweise) zusätzlich zum Bord-Computer 145 vorgesehen ist, kann die Auswerteeinheit 15 in Kommunikation mit dem Bord-Computer 145 sein, so dass Daten von der Auswerteeinheit 15 zu dem Bord-Computer 145 übermittelt werden können und/oder umgekehrt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Auswerteeinheit 15 (zumindest teilweise) in die Passagier-Eingabeeinrichtung und/oder -Ausgabeeinrichtung 120, in den Fahrzeugkoordinator 130, und/oder die externe Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung 140 integriert sein. Insbesondere in einem solchen Fall kann das Radar-Messsystem eine Passagier-Eingabeeinrichtung und/oder - Ausgabeeinrichtung 120, einen Fahrzeugkoordinator 130 und/oder eine externe Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung 140 aufweisen.
Zusätzlich zu den Radarmodulen 12, 13, kann das autonome Fahrzeug 110 mindestens eine weitere Sensoreinrichtung 150, umfassen (beispielsweise mindestens ein Computer-Vision-System, mindestens ein LIDAR, mindestens einen Geschwindigkeitssensor, mindestens ein GPS, mindestens eine Kamera, etc.)
Der Bord-Computer 145 kann konfiguriert sein, um das autonome Fahrzeug 110 zu steuern. Der Bord-Computer 145 kann Daten von der mindestens einen Sensoreinrichtung 150 und/oder mindestens einem anderen Sensor, insbesondere einem Sensor, der durch mindestens ein Radarmodul 12, 13 bereitgestellt bzw. ausgebildet wird, und/oder Daten von der Auswerteeinheit 15 weiterverarbeiten, um den Status des autonomen Fahrzeugs 110 zu bestimmen.
Basierend auf dem Zustand des Fahrzeugs und/oder programmierten Instruktionen, kann der Bord-Computer 145 vorzugsweise das Fahrverhalten des autonomen Fahrzeugs 110 modifizieren oder kontrollieren. Die Auswerteeinheit 13 und/oder der Bord-Computer 145 ist (sind) vorzugsweise eine (allgemeine) Berechnungseinheit, die angepasst ist, für eine I/O-Kommunikation mit einem Fahrzeug-Steuersystem und mindestens einem Sensorsystem, kann jedoch zusätzlich oder alternativ durch jegliche geeignete Berechnungseinheit (Computer) gebildet werden. Der Bord-Computer 145 und/oder die Auswerteeinheit 15 kann mit dem Internet über Drahtlos-Verbindung verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Bord-Computer 145 und/oder die Auswerteeinheit 15 mit jeglicher Anzahl von Drahtlos- oder drahtgebundenen Kommunikationssystemen verbunden sein.
Beispielsweise kann jegliche Anzahl von elektrischen Schaltkreisen, insbesondere als Teil der Auswerteeinheit 15 und/oder des Bord-Computers 145, der Passagier-Eingabeeinrichtung und/oder -Ausgabeeinrichtung 120, dem Fahrzeugkoordinator 130 und/oder der externen Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung 140 auf einer Platine eines entsprechenden elektronischen Gerätes implementiert sein. Die Platine kann eine allgemeine Schaltplatine („circuit board“) sein, die verschiedene Komponenten eines (internen) elektronischen Systems, einer elektronischen Einrichtung und Verbindungen für andere (periphere) Einrichtungen aufweisen kann. Konkret kann die Platine elektrische Verbindungen aufweisen, über die andere Komponenten des Systems elektrisch (elektronisch) kommunizieren können. Jegliche geeignete Prozessoren (beispielsweise digitaler Signalprozessoren, Mikroprozessoren, unterstützende Chipsätze, computerlesbare (nicht-flüchtige) Speicherelemente usw.) können mit der Platine gekoppelt sein (abhängig von entsprechenden Prozessierungs-Anforderungen, Computer-Designs etc.). Andere Komponenten, wie beispielsweise ein externer Speicher, zusätzliche Sensoren, Controller für eine Audio-Video-Wiedergabe und periphere Einrichtungen können mit der Platine verbunden sein, wie beispielsweise als Einsteck-Karten, via Kabel, oder in die Platine selbst integriert.
In verschiedenen Ausführungsformen können Funktionalitäten, die hier beschrieben sind, in emulgierter Form (als Software oder Firmware) implementiert sein, mit ein oder mehreren konfigurierbaren (beispielsweise programmierbaren) Elementen, die in einer Struktur angeordnet sind, die diese Funktion ermöglicht. Die Software oder Firmware, die die Emulation bereitstellt, kann bereitgestellt werden auf einem (nicht-flüchtigen) computerlesbaren Speichermedium, umfassend Instruktionen, die es erlauben, ein oder mehrere Prozessoren die entsprechende Funktion (das entsprechende Verfahren) auszuführen.
Die obige Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder Einschränkung hinsichtlich der genauen Ausgestaltungen, wie beschrieben. Während spezifische Implementierungen von und Beispiele für verschiedene(n) Ausführungsformen oder Konzepten hier zur Veranschaulichung beschrieben wurden, sind abweichende (äquivalente) Modifikationen möglich, wie für Fachleute auf dem vorliegenden Gebiet erkennbar. Diese Modifikationen können unter Berücksichtigung der obigen detaillierten Beschreibung oder der Figuren vorgenommen werden.
Verschiedene Ausführungsformen können jede geeignete Kombination der oben beschriebenen Ausführungsformen umfassen, einschließlich alternative Ausführungsformen von Ausführungsformen, die oben in konjunktiver Form beschrieben sind (z. B. kann das entsprechende „und“ ein „und/oder“ sein).
Darüber hinaus können einige Ausführungsformen ein oder mehrere Gegenstände umfassen (z. B. insbesondere nicht-flüchtige computerlesbare Medien), mit darauf abgespeicherten Anweisungen, die bei ihrer Ausführung zu einer Aktion (einem Verfahren) gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsform führen. Darüber hinaus können einige Ausführungsformen Vorrichtungen oder Systeme mit allen geeigneten Mitteln zur Ausführung der verschiedenen Vorgänge der oben beschrieben Ausführungsformen umfassen.
In bestimmten Zusammenhängen können die hier besprochenen Ausführungsformen auf Automobilsysteme, insbesondere auf autonome Fahrzeuge (vorzugsweise autonome Automobile), (sicherheitskritische) industrielle Anwendungen und/oder industrielle Prozesssteuerungen anwendbar sein.
Darüber hinaus können Teile des beschriebenen Radarsystems bzw. des beschriebenen Radar-Messsystems (bzw. allgemein: wellenbasierten Messsystems) elektronische Schaltungen aufweisen, um die hier beschriebenen Funktionen sowie Verfahren auszuführen. In einigen Fällen können ein oder mehrere Teile des jeweiligen Systems durch einen Prozessor bereitgestellt werden, der speziell für die Ausführung der hier beschriebenen Funktionen sowie Verfahrensschritte konfiguriert ist. Beispielsweise kann der Prozessor ein oder mehrere anwendungsspezifische Komponenten enthalten, oder er kann programmierbare Logikgatter enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie die hier beschriebenen Funktionen ausführen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebene Teile bzw. Funktionen für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass ein möglichst breiter Schutzumfang angestrebt wird. Insofern kann die in den Ansprüchen enthaltene Offenbarung auch durch Merkmale präzisiert werden, die mit weiteren Merkmalen beschrieben werden (auch ohne dass diese weiteren Merkmale zwingend aufgenommen werden sollen). Explizit wird darauf hingewiesen, dass runde Klammern und der Begriff „insbesondere“ im jeweiligen Kontext die Optionalität von Merkmalen hervorheben soll (was nicht im Umkehrschluss bedeuten soll, dass ohne derartige Kenntlichmachung ein Merkmal als im entsprechenden Zusammenhang zwingend zu betrachten ist).
Bezugszeichenliste

114, 21: Ziel
111, 112, 113: Radarpositionen
115: Empfangseinrichtung/Transceiver
22, 23, 24, 25, 26, 27: Artefakte
100: System
10: Radar-Messsystem
110: Fahrzeug
12: Erstes Radarmodul
121: Erste Radar-Antenne
13: zweites Radarmodul
131: Zweite Radarantenne
15: Auswerteeinheit
120: passenger interface
130: Fahrzeugkoordinator
140: externe Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung
145: Bord-Computer
150: Sensoreinrichtung

Claims

Verfahren zur Auswertung von Messsignalen eines Messsystems, vorzugsweise eines Radarsystems, umfassend mindestens eine, insbesondere kohärent arbeitende, Empfangseinrichtung, wobei nach der Identifikation mindestens eines Zieles innerhalb eines Messbildes zum Ziel gehörige Artefaktpositionen innerhalb des Messbildes bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei an den bestimmten Artefaktpositionen mindestens ein Merkmal des Messsignals, wie zum Beispiel mindestens eine Amplitude und/oder mindestens einen Leistungswert, und/oder mindestens eine Veränderung eines oder mehrerer dieser Merkmale bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, bei dem die Amplitude und/oder der Leistungswert mindestens eines Artefaktes verwendet wird, um a. daraus ein Gütekriterium für eine Kalibrierung und/oder eine Messung abzuleiten, und/oder b. eine Klassifizierung eines oder mehrerer zugrundeliegender Kalibrierparameter und/oder Kanalfehler vorzunehmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Merkmale und/oder Verhältnisse daraus von Zielen und/oder Artefakten aus einem Messsignal und/oder von aus mindestens einem Messsignal abgeleiteten Daten gebildet werden, um diese mit den Merkmalen und/oder Verhältnissen daraus von Zielen und/oder Artefakten zu vergleichen, die aus dem jeweiligen Messsignal und/oder daraus abgeleiteten Daten und mindestens einem Kalibrierparameter gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, wobei mindestens ein Merkmal und/oder Verhältnis an mindestens einer der zu erwartenden Artefakt-Positionen ausgewertet werden, und dessen Veränderung in Abhängigkeit von mindestens einem Kalibrierparameter und/oder Kanalfehler betrachtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei mindestens ein Merkmal an mindestens einer Artefaktposition genutzt wird, um eine Kalibrierung, insbesondere eine Onlinekalibrierung, des Messsystems durchzuführen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der mindestens eine Kalibrierparameter und/oder Kanalfehler so eingestellt wird, dass eine Fehlerbeeinflussung der Messung verändert, vorzugsweise optimiert, weiter vorzugsweise minimiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messsystem über mindestens eine Sendeeinrichtung, als Bestandteil der Empfangseinrichtung und/oder separat, verfügt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine auszuwertende Artefaktposition aus einer Position und/oder einer räumlichen Frequenz eines bekannten Zieles bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus einer Artefaktposition und/oder einer Zielposition, durch einen festen Zusammenhang, beispielsweise eines periodischen, auf mindestens eine weitere Artefaktpositionen geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messsignal durch Messungen mit einer periodischer Struktur und/oder periodischen Elementen gebildet wird, insbesondere durch Verschiebung der Empfangseinrichtung und/oder Sendeeinrichtung, vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen nach dem SAR Prinzip, und/oder durch Verschiebung mindestens eines Zieles relativ zur Empfangseinrichtung und/oder Sendeeinrichtung in gleichmäßigen Abständen, vorzugsweise nach dem inversen SAR Prinzip, und/oder durch Verwendung mehrerer Empfangseinrichtungen und/oder mehrerer Sendeeinrichtungen, vorzugsweise nach dem MIMO Prinzip.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10 oder 11, bei dem aus einer Reihe von Messungen jene für das Verfahren ausgewählt werden, welche die entsprechende periodische Struktur aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Messsignale aus mehreren Messungen kombiniert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine Kalibrierung in einem vorgelagerten Schritt eine zumindest grobe Vorbestimmung oder Vorschätzung zumindest eines Kalibrierparameters erfolgt.
Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, umfassend das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von mindestens einer Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) a. eine Phasenlage, insbesondere ein Phasenversatz gegenüber mindestens einer weiteren Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) und/oder einer Referenzphase, und/oder b. eine Dämpfung und/oder Verstärkung gegenüber mindestens einer weiteren Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) und/oder einer Referenzamplitude, und/oder c. ein Kopplungseinfluss aufgrund einer weiteren Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX), beispielsweise eine Kopplungsmatrix, und/oder d. ein Parameter, der eine komplexe relative Amplitude zwischen der Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) und einer weiteren Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) beschreibt, und/oder e. ein Parameter, der den Zeitversatz zu mindestens einer Empfangseinrichtung (RX) und/oder Sendeeinrichtung (TX) beschreibt, kalibriert wird oder werden und/oder identifiziert wird, ob dieser zu Kanalfehlern führt.
Wellenbasiertes Messsystem, vorzugsweise Radar-Messsystem, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, vorzugsweise PKW und/oder LKW, umfassend ein Messsystem nach Anspruch 16 und/oder konfiguriert zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15.