DE19751004A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Radarsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Radarsignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Radaranordnungen, die relativ zu ihrer Umgebung bewegt sind, sind bespielsweise Fahrzeugradaranordnungen, insbesondere in Straßenfahrzeugen. Die Radaranordnun­ gen überwachen dabei typischerweise einen in Hauptfahrtrichtung liegenden Raumbe­ reich und erfassen darin befindliche reflektierende Objekte nach Entfernung und Winkel bezüglich der Radaranordnung. Dabei wird im Regelfall angenommen, daß die Ausrich­ tung der Bezugsachse der Radaranordnung, auf welche die Einfallswinkel von Rada­ rechos bezogen werden, parallel zu der Hauptbewegungsrichtung des die Anordnung tragenden Fahrzeugs ist. Diese Hauptbewegungsrichtung ist normalerweise die Gera­ deausfahrt.

Die Annahme der zur Geradeausfahrtrichtung parallelen Ausrichtung der Bezugsachse der Radaranordnung ist im praktischen Fall lediglich annähernd erfüllt. Eine exakte Aus­ richtung ist aufwendig und erfordert spezielle Einrichtungen und Kenntnisse. Darüber­ hinaus kann sich eine einmal vorgenommene Einstellung insbesondere durch mechani­ sche Einwirkung verändern.

Die beim Radarbetrieb gemessenen Winkelablagen der reflektierenden Objekte sind daher im Regelfall mit einem mehr oder weniger starken Winkelfehler entsprechend der Winkeldifferenz von Ausrichtung der Radaranordnung gegen die Hauptbewegungsrich­ tung des Fahrzeugs behaftet. Eine stark verfälschte Ausrichtung kann darüberhinaus bedeuten, daß ein wesentlicher Umgebungsabschnitt nicht mehr vom Überwachungs­ bereich der Radarordnung erfaßt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand die Zu­ verlässigkeit einer genauen Bestimmung von Zielwinkeln zu erreichen und die Ausrich­ tung einer Radaranordnung zu überwachen bzw. zu korrigieren.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vor­ teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ermöglicht mit der Bestimmung einer evtl. vorhandenen Abweichung zwi­ schen Ausrichtung der Radaranordnung und tatsächlicher Bewegungsrichtung zum ei­ nen eine Überwachung auf eine eventuell unzulässig große solche Abweichung mit Er­ zeugung eines Warnsignals und zum anderen eine Korrektur gemessener Zielwinkel. Mit Ausrichtung der Radaranordnung sei dabei hier und im folgenden eine Vorzugsrichtung des winkelaufgelösten Diagramms einer Radarantenne, beispielsweise die Richtung des Diagrammaximums oder die Richtung einer Symmetrieebene des Diagramms, und mit Bewegungsrichtung die Hauptbewegungsrichtung eines Trägers der Radaranordnung, insbesondere eine Geradeausfahrtrichtung eines Fahrzeugs bezeichnet, wobei idealer Weise die Ausrichtung und die Bewegungsrichtung zusammenfallen oder einen definier­ ten Winkel zwischen sich einschließen sollen.

Die Erfindung geht von einer Winkelauflösung in zumindest einer Dimension aus, wobei im realen Fall insbesondere eine Winkelauflösung in der Horizontalen (Azimut) interes­ sant ist. Zusammen mit der Entfernungsauflösung des Radars ergibt sich eine zumin­ dest zweidimensionale Auflösung. Eine solche zweidimensionale Auflösung kann in ei­ nem Flächenkoordinatensystem dargestellt werden, das bezüglich der Radaranordnung fest ist. Bei der Relativbewegung von Radaranordnung und Umgebung verschieben sich die Positionen der von der Radaranordnung erfaßten Objekte in dem Koordinatensys­ tem. Diese Verschiebungen können durch an sich in verschiedener Form bekannte spurbildende Algorithmen erfaßt und durch Objektspuren (Trajektorien) beschrieben werden. Die Objektspuren sind im einfachsten Fall gerade Verbindungen zwischen einer Anfangs- und einer Endposition innerhalb eines Beobachtungs-Zeitfensters, können aber in genauerer Beschreibung der Relativbewegung auch gekrümmte Linien sein. Oh­ ne darauf beschränkt zu sein, ist die Erfindung nachfolgend unter der Annahme des Vorliegens gerader Objektspuren weiterbeschrieben. Gekrümmte Linien können auch beispielsweise über lineare Regression oder als Bogensehnen auf Darstellungen als gerade Linien abgebildet werden.

Als von der Radaranordnung erfaßte Objekte kommen bei einer Straßenfahrzeug- Radaranordnung insbesondere andere Fahrzeuge, Straßenrand, Markierungen, Leit­ planken, Hindernisse oder auch reflektierende Objekte außerhalb des interessierenden Fahrbahnbereichs in Betracht. Bei der Darstellung in dem bezüglich der Radaranord­ nung festen Koordinatensystem verschieben sich die Positionen dieser Objekte auf Trajektorien, denen in Form von Winkeln gegen eine Bezugsachse, insbesondere gegen die Ausrichtung der Radaranordnungen, Richtungen zugewiesen werden können. Durch Auswertung einer Mehrzahl solcher Trajektorien kann eine mittlere Hauptbewegungs­ richtung zwischen den Objekten und der Radaranordnung ermittelt werden.

Die Auswertung kann durch statistische Bewertung der Verteilung der Richtungen (Winkeln) der erfaßten Trajektorien, vorzugsweise durch Mittelwertbildung erfolgen. Besonders vorteilhaft ist eine fortlaufende rekursive Mittelwertbildung. Die Bewertungs­ zeit für eine Mittelwertbildung oder andere statistische Auswertung ist so groß gewählt, daß auch besondere Situationen wie Kurvenfahrten eines Straßenfahrzeugs zu keiner nennenswerten Verfälschung des ermittelten Werts für die Bewegungsrichtung führen. Bei Auswertung innerhalb eines festen Zeitfensters kann dies beispielsweise durch eine Mindest-Fahrstrecke oder Fahrzeit gegeben sein. Bei rekursiver Verknüpfung neuer Richtungswerte mit einem zuvor gültigen Wert für die Bewegungsrichtung ist der Ge­ wichtungsfaktor für die neuen Werte entsprechend niedrig, vorzugsweise kleiner als 1‰ zu wählen.

Für die Auswertung können die Trajektorien aller erfaßten Objekte herangezogen wer­ den. Bei hoher Integrationszeit fallen dann auch einzelne verfälschende Werte wie bei­ spielsweise die Spur eines an einer Kreuzung quer fahrenden anderen Fahrzeugs nicht sonderlich ins Gewicht. Es kann jedoch auch eine Vorauswahl über die zur Auswertung heranzuziehenden Trajektorien bzw. Objekte getroffen werden. Ein solches Auswahlkri­ terium kann beispielsweise eine Abweichung der Richtung einer Trajektorie von der Ausrichtung der Radaranordnung oder der zuletzt ermittelten Bewegungsrichtung un­ terhalb eines Maximalwerts von z. B. 5° sein. Es kann ferner eine Beschränkung auf Objekte mit einem Mindestwert der Relativgeschwindigkeit oder auf Objekte, die sich auf die Radaranordnung zu bewegen, vorgenommen werden.

Die durch Auswertung der Trajektorien bestimmte Bewegungsrichtung zeigt eine mehr oder weniger starke Winkelabweichung gegen die Ausrichtung der Radaranordnung. Lediglich im Falle einer ideal ausgerichteten Radaranordnung wird diese Winkelabwei­ chung zu Null.

Nach Kenntnis der Winkelabweichung ist eine Korrektur der mit der Winkel-auflösung der Radaranordnung gewonnen Winkel der erfaßten Objekte durch Bezug auf die Hauptbewegungsrichtung einfach möglich und führt zu einer präzisen Winkelangabe bezüglich der Hauptbewegungsrichtung. Bei unzulässig großer Winkelabweichung ist eine mechanische Nachjustierung erforderlich. Aus der Feststellung einer solchen un­ zulässigen Winkelabweichung kann ein Warn- oder Alarmsignal abgeleitet werden.

Eine Winkelauflösung der Radaranordnung kann auch in zwei Dimensionen beispiels­ weise Azimut und Elevation gegeben sein. Die Winkelauflösung der Radaranordnung kann sowohl durch eine reale als auch durch eine synthetische Apertur realisiert sein.

In einer minimalen Konfiguration wird eine Aufteilung in nur zwei Richtungssegmente wie z. B. bei Monoplus-Anordnungen angenommen. Vorzugsweise ist aber die Wink­ lauflösung insbesondere im Azimut besser als 5°, vorzugsweise besser als 2° je Win­ kelsegment.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Abbildung noch weiter veranschaulicht. Die Abbildung zeigt eine Verkehrssituation, bei welcher sich ein Fahrzeug F, welches in sei­ nem Frontbereich eine Radaranordnung RA trägt, auf einem geraden Abschnitt einer mehrspurigen Fahrbahn fortbewegt. Die Bewegungsrichtung ist mit B bezeichnet und als unterbrochene Linie eingetragen. Die beispielsweise durch die Hauptstrahlrichtung eines symmetrischen Antennendiagramms gebildete Ausrichtung A der Radaranord­ nung ist als punktierte Linie eingezeichnet und zeigt eine Winkelabweichung dW gegen­ über der Bewegungsrichtung. Diese Winkelabweichung sei a priori unbekannt. Der Er­ fassungsbereich E des Antennendiagramms erstrecke sich über einen Winkelbereich P von beispielsweise 30° in der Horizontalen nach beiden Seiten der Ausrichtung A. In dem Erfassungsbereich E sind eine Mehrzahl von Objekten eingetragen, die bei der Spurbildung über ein vorgegebenes Zeitfenster die eingetragenen Trajektorien R1 bis R7 aufweisen.

Die Trajektorien R1 und R2 können beispielsweise von Begrenzungsmarkierungen des rechten Straßenrandes, die Trajektorie R6 von einer Trennmarkierung gegen die Gegen­ verkehr-Fahrbahn, die Trajektorie R3 von einem nicht verkehrsrelevanten Objekt außer­ halb des Fahrbahnbereiches, die Trajektorien R4, R5, R7 von anderen Fahrzeugen her­ rühren.

Die Trajektorien zu feststehenden Objekten bilden in der bezüglich der Radaranordnung RA festen Koordinatendarstellung Geradenabschnitte, die entsprechend der Fahrge­ schwindigkeit des Fahrzeugs F ungefähr die gleiche Länge aufweisen und mit der Aus­ richtung A im wesentlichen gleiche Winkel einschließen. Die Reflexionen von festste­ henden Objekten bilden daher eine besonders günstige Grundlage für die Ermittlung einer mittleren Bewegungsrichtung. Die Auswertung der Trajektorien kann beispielswei­ se auf die Trajektorien solcher feststehender Objekte beschränkt werden. Das Fahrzeug F2 sei als mit konstantem Abstand gegenüber dem Fahrzeug F vorausfahrend ange­ nommen. Seine Position relativ zu dem Fahrzeug F bzw. der Radaranordnung RA ändert sich daher nicht, und die Trajektorie R4 entartet zu einem Punkt. Ein auf der Überhol­ spur fahrendes Fahrzeug F3 fahre geringfügig schneller als das Fahrzeug F in gleicher Fahrtrichtung. Die zugeordnete Trajektorie R5 ist bei geringerem Geschwindigkeitsun­ terschied nur kurz und damit unter Umständen in der ermittelten Richtung dieser Tra­ jektorie nicht sehr verläßlich. Trajektorien kurzer Länge könnten daher auch von der Auswertung ausgeschlossen oder mit einem geringeren Gewichtsfaktor beispielsweise proportional der Trajek-torienlänge berücksichtigt werden.

Das auf der Gegenfahrbahn entgegenkommende Fahrzeug F4 zeigt aufgrund der Fort­ bewegung in Gegenrichtung eine hohe Relativgeschwindigkeit und eine Trajektorie R7 mit gegenüber den anderen beschriebenen Objekten deutlich größerer Trajektorienlän­ ge. Durch Mittelwertbildung aus den Winkeln aller oder ausgewählter Trajektorien ge­ gen eine Bezugsachse in dem Koordinatensystem kann ein mittlerer Winkel aller Tra­ jektorien bestimmt und als eigentliche aktuelle Bewegungsrichtung angenommen wer­ den, die bei ausreichend großer Zahl berücksichtigter Trajektorien mit hoher Genauig­ keit mit der tatsächlichen Bewegungsrichtung B zusammenfällt.

Im Regelfall sind die Trajektorien durch Schätzfehler und aufgrund der begrenzten Auf­ lösung mit statistischen Schwankungen behaftet, die sich aber bei der Auswertung im Mittel ausgleichen und daher zu keiner wesentlich veränderten Betrachtung Anlaß ge­ ben.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in verschiedener Weise variierbar. Insbesondere ist das Verfahren in verschiedenen anderen Umgebungen wie beispielsweise Schienen­ verkehr, Binnenschiffahrt, Flughafen-Rollbahnen, allgemein allen Einsatzgebieten auto­ nomen Verkehrs vorteilhaft anwendbar. Das Verfahren kann zur Kalibration in verschie­ denen winkelaufgelösten Positionen, insbesondere Azimut und Elevation eingesetzt werden und dabei jeden beliebigen Winkel zwischen Ausrichtung der Radaranordnung und Bewegungsrichtung des Trägers verifizieren.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verarbeitung von Radarsignalen bei einer Radaranordnung, die relativ zu ihrer Umgebung bewegt ist und Radar-Echos von Objekten aus der Umgebung mit Winkelauflösung empfängt, wobei aus zeitlich aufeinanderfolgenden Objektdaten Objektspuren (Trajektorien) gebildet werden, und durch Auswertung mehrerer Ob­ jektspuren eine Bewegungsrichtung relativ zur Ausrichtung der Radaranordnung be­ stimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Ob­ jektspuren eine Mittelwertbildung der Spurrichtungen umfaßt, und der gebildete Mit­ telwert als Bewegungsrichtung angenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelwertbildung re­ kursiv erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ob­ jektspuren als Geradenabschnitte gebildet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswertung der Objektspuren nur solche Objektspuren berücksichtigt werden, deren Spurrichtung innerhalb eines vorgebbaren Richtungsfens-ters liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die weitere Radarsignalverarbeitung die Einfallswinkel auf die Bewegungsrichtung bezo­ gen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anwendung in einer Fahrzeugradaranordnung, insbesondere einer Straßenfahrzeug- Radaranordnung.