WO2007042339A1 - Verfahren zur bestimmung einer grösse - Google Patents

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WO2007042339A1
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    • G01S7/415—Identification of targets based on measurements of movement associated with the target

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining a size associated with an object, as well as a computer program and a computer program product.
  • a radar sensor usually measures maxima of temporary reflections on objects. However, these reflections do not describe any fixed points on the object but wander and jump depending on the viewing angle. Even the smallest changes in the viewing angle are sufficient to obtain a different reflection behavior. For objects that are larger than the separability of the radar sensor, several
  • Reflexes are measured simultaneously.
  • a clustering of reflections through a fixed window e.g., 2m * 8m
  • an averaging of readings is practiced.
  • the locally closest reflex is selected. This can lead to sham movements of the object when the reflex jumps on the object or another part of the object reflects it more strongly.
  • a further problem is a passing on a vehicle, the reflex running on an outer edge of the object in the direction of the own vehicle. In the worst case, this apparent movement of the object can lead to a false triggering of a Predictive Safety System (PSS).
  • PSS Predictive Safety System
  • the object has a plurality of locations suitable for the reflection of measurement signals
  • the inventive device for determining at least one associated with an object size, wherein the object more for the reflection of a
  • Measuring signal has suitable locations.
  • the device is designed to take account of an occurrence probability for reflections at these points in order to evaluate at least one measurement signal.
  • the invention also relates to a computer program with program code means for carrying out all the steps of a method according to the invention when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit, in particular a device in a device according to the invention.
  • the invention further relates to a computer program product with program code means which are stored on a computer-readable data carrier to perform all the steps of a method according to the invention, when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit, in particular a device in a device according to the invention.
  • a statistical approach that takes into account the probability of reflecting points or points on an extended object, for example a vehicle, is used.
  • Incoming measurements are weighted differently, depending on the current probability of occurrence. This in turn depends on the size, in particular a relative location or a relative speed, which is related to the object.
  • the Occurrence probability derived from a comprehensive reflection model of the object.
  • Radar-reflex modeling is possible. Via environmental measurements it is possible to determine a location and / or a speed of a
  • a signal is transmitted and reflected by a location of the object as at least one measurement signal and received by a sensor.
  • the device can be arranged in a vehicle and serve to monitor objects in an environment of this vehicle.
  • a fused measurement value can finally be formed that optimally describes the sought-after physical quantities of the object.
  • the fused measurement value can be further processed.
  • Speed or lateral offset of the object may increase handling of the model.
  • the method can be used with predictive safety systems (PSS2) and adaptive cruise control (ACCplus) systems.
  • PSS2 predictive safety systems
  • ACCplus adaptive cruise control
  • FIG. 1 shows in a diagram a probability of occurrence used for a distance measurement.
  • FIG. 2 shows in a diagram a probability of occurrence used for a speed measurement.
  • Figure 3 shows an example of an evaluation of a turntable measurement in a schematic representation.
  • FIG. 4 shows a diagram of a vehicle expansion model.
  • FIG. 5 shows a diagram of a distribution of reflections.
  • FIG. 6 shows a diagram of a reflex point shift.
  • the occurrence probability 6 or probability distribution of radar reflections shown in the diagram in FIG. 1 is taken as the basis, this is along the ordinate 8 plotted on the abscissa 10 for the distance.
  • One reason for an asymmetry of the occurrence probability 6 is that the trailing edge of the object 4 is not always estimated correctly. It happens, for example, that when measured for the first time objects 4 not the trailing edge but the leading edge is measured. The probability that the real trailing edge is farther back, which corresponds to a smaller distance, is higher than that the real trailing edge is further forward, which corresponds to a greater distance.
  • the probability of occurrence 12 of radar reflections shown in the diagram from FIG. 2 is taken as the basis, which is also plotted along the ordinate 8 over the abscissa 10 for the distance.
  • the trailing edge is not always estimated exactly as point 2 of the object 4, but that each point, and therefore each point 2 of the object 4, can provide a correct velocity measurement. Measurements of the speed of the trailing edge are i.d.R. more accurate than those from more forward points of the object 4, as more power is reflected from the trailing edge.
  • the center of the trailing edge is estimated in its transverse direction.
  • an exact location of the reflex strongly depends on a viewing angle of the object 4.
  • Detailed examinations of objects 14, in a vehicle shown schematically in FIG. 3, which are measured on a turntable in at least two spatial directions x, y 16, 18, have shown that a measured angle lies on average at the points 20, 22, 24 which have the smallest relative distance to a sensor.
  • a center is measured as the location 20 of the vehicle.
  • View angle ranges are measured only as corners 22, 24 of the vehicle corners. In between there are flowing transitions.
  • an expansion model 26 for vehicles in a first and second spatial direction x, y 28, 30 has been developed as shown in FIG. It consists of a rectangular body 32 with a circular curve 34. Since in road traffic usually the trailing edge is measured as a point 33 of an object 35 via the expansion model 26, it is sufficient to model this. The goal is to estimate the center 37 of the trailing edge as a function of a viewing angle ⁇ 38 from a sensor 36. This results in an occurrence probability of a distribution of reflections 40 at different locations, which is dependent on the viewing angle ⁇ 38 of the object 35 or of the vehicle.
  • the most probable displacement .DELTA.dy 42 of the reflex 40 to the center 37 of the trailing edge can be determined as the location 33 of FIG
  • Figure 5 shows three examples of reflections distributions 44, 46, 48 plotted along an ordinate 50 along an abscissa 52 for the view angle ⁇ 38 ( Figure 4).
  • measurement signals which preferably also lie on the trailing edge, are physically most heavily weighted.
  • a fused pseudo-measured value is formed, which describes the currently most probable velocity of the object 35 and the most probable location for the center 37 of the trailing edge of the object 35.
  • This pseudo-measured value can be determined by means of common tracking algorithms, e.g. via Kalman filter, further processed.

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Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer mit einem Objekt (4) in Zusammenhang stehenden Größe, wobei das Objekt (4) mehrere zur Reflexion von Messsignalen geeignete Stellen (2) aufweist, wird zur Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit (6) für Reflexionen an diesen Stellen (2) berücksichtigt.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer Größe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer mit einem Objekt in Zusammenhang stehenden Größe sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
Stand der Technik
Ein Radar-Sensor misst üblicherweise Maxima temporärer Reflexe auf Objekten. Diese Reflexe beschreiben jedoch keine festen Punkte auf dem Objekt sondern wandern und springen in Abhängigkeit vom Ansichtswinkel. Dabei genügen schon kleinste Änderungen des Ansichtswinkels, um ein anderes Reflexionsverhalten zu erhalten. Bei Objekten, die größer als die Trennfähigkeit des Radar-Sensors sind, können mehrere
Reflexe gleichzeitig gemessen werden. Derzeit wird eine Clusterung der Reflexe durch ein fixes Fenster (z.B. 2m * 8m ) und eine Mittelung von Messwerten praktiziert. Zur Bestimmung einer Hinterkante des Objekts wird der örtlich nächste Reflex ausgewählt. Hierbei kann es zu Scheinbewegungen des Objekts kommen, wenn der Reflex auf dem Objekt springt oder ein anderer Teil des Objekts diesen stärker reflektiert. Problematisch ist zudem eine Vorbeifahrt an einem Fahrzeug, wobei der Reflex auf einer Außenkante des Objekts in Richtung des eigenen Fahrzeugs läuft. Diese scheinbare Bewegung des Objekts kann im schlimmsten Fall zu einer Fehlauslösung eines prädikativen Sicherheitssystems (PSS) führen.
Ausgehend hiervon wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 vorgestellt. Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung mindestens einer mit einem Objekt in Zusammenhang stehenden Größe bzw. Zustandsgröße, wobei das Objekt mehrere zur Reflexion von Messsignalen geeignete Stellen aufweist, wird zur
Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit für Reflexionen an diesen Stellen berücksichtigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer mit einem Objekt in Zusammenhang stehenden Größe, wobei das Objekt mehrere zur Reflexion eines
Messsignals geeignete Stellen aufweist. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, zur Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit für Reflexionen an diesen Stellen zu berücksichtigen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Einrichtung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgeführt wird.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Einrichtung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgeführt wird.
Bei der Erfindung wird ein statistischer Ansatz, der die Wahrscheinlichkeit reflektierender Stellen oder Punkte auf einem ausgedehnten Objekt, bspw. einem Fahrzeug, berücksichtigt, genutzt. Eintreffende Messwerte werden unterschiedlich gewichtet, je nachdem wie die jeweils aktuelle Auftretenswahrscheinlichkeit hierfür ist. Diese ist wiederum von der Größe, insbesondere einem relativen Ort oder einer relativen Geschwindigkeit, die mit dem Objekt zusammenhängt, abhängig. Hierzu wird die Auftretenswahrscheinlichkeit, die aus einem umfassenden Reflexionsmodell des Objekts abgeleitet wird, bereitgestellt.
Mit der Erfindung wird eine sog. Radar-Reflex-Modellierung ermöglicht. Über Umfeldmessungen ist es möglich, einen Ort und/oder eine Geschwindigkeit eines im
Umfeld der Vorrichtung befindlichen Objekts zu bestimmen. Hierbei wird ein Signal ausgesendet und von einer Stelle des Objekts als mindestens ein Messsignal reflektiert und von einem Sensor empfangen. Die Vorrichtung kann in einem Fahrzeug angeordnet sein und zur Überwachung von Objekten in einem Umfeld dieses Fahrzeugs dienen.
Aus allen vom Objekt eingetroffenen Messsignalen kann schließlich ein fusionierter Messwert gebildet werden, der die gesuchten physikalischen Größen des Objekts optimal beschreibt. In einem nachfolgenden Tracking- Algorithmus kann der fusionierte Messwert weiterverarbeitet werden.
Durch die Anwendung einer statistischen Verteilung der Auftretenswahrscheinlichkeit und somit von Radar-Reflexen auf dem Objekt kann eine Orts- oder Geschwindigkeitsbestimmung und somit eine Schätzung des Zustande des Objekts genauer und zuverlässiger durchgeführt werden. Scheinbewegungen des Objekts, die durch Reflex- Bewegungen auf dem Objekt hervorgerufen werden und somit ein Messergebnis verfälschen, können mit dem Verfahren minimiert werden. Weiterhin können Bewegungen in Längs- und in Querrichtung relativ zu der Vorrichtung berücksichtigt werden.
Eine getrennte Behandlung jeder Größe oder Mess-Dimension, wie Abstand,
Geschwindigkeit oder Querversatz des Objekts, kann eine Handhabbarkeit des Modells erhöhen.
Bei der Auswertung von Messsignalen, die durch winkeltrennfähige Sensoren oder Radar-Sensoren bereitgestellt sind, treten bei Vorbeifahrten an Fahrzeugen somit im
Mittel keine Scheinbewegungen in Längs- oder Querrichtung auf, d.h. der geschätzte Ort des Objektes bewegt sich nicht entlang einer Außenkante des Objekts, sondern beschreibt im Mittel die Mitte einer Hinterkante des Objekts. - A -
Das Verfahren kann bei prädikativen Sicherheitssystemen (predictive safety Systems; PSS2) und adaptiven Fahrkontrollsystemen (adaptive cruise control; ACCplus) eingesetzt werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt in einem Diagramm eine zu einer Abstandsmessung verwendeten Auftretenswahrscheinlichkeit.
Figur 2 zeigt in einem Diagramm eine zu einer Geschwindigkeitsmessung verwendete Auftretenswahrscheinlichkeit.
Figur 3 zeigt ein Beispiel zu einer Auswertung einer Drehteller-Messung in schematischer Darstellung.
Figur 4 zeigt ein Diagramm zu einem Fahrzeug-Ausdehnungsmodell.
Figur 5 zeigt ein Diagramm zu einer Verteilung von Reflexen.
Figur 6 zeigt ein Diagramm zu einer Reflexpunktverschiebung. Ausführungsbeispiel
Die Figuren werden zusammenhängen und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
Bei der Messung eines korrekten Abstands zu einer Hinterkante als eine Stelle 2 eines Objekts 4, das hier als Fahrzeug ausgebildet ist, wird die in dem Diagramm in Figur 1 gezeigte Auftretenswahrscheinlichkeit 6 oder Wahrscheinlichkeitsverteilung von Radar- Reflexen zugrunde gelegt, diese ist entlang der Ordinate 8 über der Abszisse 10 für den Abstand aufgetragen.
Ein Grund für eine Unsymmetrie der Auftretenswahrschein-lichkeit 6 ist, dass die Hinterkante des Objekts 4 nicht immer korrekt geschätzt wird. Es kommt beispielsweise vor, dass bei erstmalig gemessenen Objekten 4 nicht die Hinterkante sondern die Vorderkante gemessen wird. Die Wahrscheinlichkeit, dass die reale Hinterkante also weiter hinten liegt, was einem geringeren Abstand entspricht, ist höher, als dass die reale Hinerkante weiter vorne liegt, was einem größeren Abstand entspricht.
Für eine Messung einer korrekten Geschwindigkeit des Objekts 4 wird die in dem Diagramm aus Figur 2 gezeigte Auftretenswahrscheinlichkeit 12 von Radar-Reflexen zugrunde gelegt, die ebenfalls entlang der Ordinate 8 über der Abszisse 10 für den Abstand aufgetragen ist.
Hier besteht ein Grund für eine Unsymmetrie darin, dass die Hinterkante als Stelle 2 des Objekts 4 nicht immer exakt geschätzt wird, aber dass jeder Punkt und somit jede Stelle 2 des Objekts 4 eine korrekte Geschwindigkeitsmessung liefern kann. Messwerte der Geschwindigkeit der Hinterkante sind i.d.R. genauer als jene von weiter vorne liegenden Punkten des Objekts 4, da mehr Leistung von der Hinterkante reflektiert wird.
Zur Messung eines Querversatzes des Objekts 4 wird in dessen Querrichtung die Mitte der Hinterkante geschätzt. Allerdings ist hierbei zu berücksichtigen, dass ein genauer Ort des Reflexes stark von einem Ansichtswinkel des Objekts 4 abhängt. Detaillierte Untersuchungen von Objekten 14, in einem in Figur 3 schematisch dargestellten Fahrzeug, die auf einem Drehteller in mindestens zwei Raumrichtungen x, y 16, 18 vermessen werden, haben gezeigt, dass ein gemessener Winkel im Mittel an den Stellen 20, 22, 24 liegt, die den geringsten Relativabstand zu einem Sensor aufweisen. Bei frontaler Ansicht wird eine Mitte als Stelle 20 des Fahrzeugs gemessen. In großen
Ansichtswinkelbereichen werden lediglich Ecken als Stellen 22, 24 des Fahrzeugs gemessen. Dazwischen ergeben sich fließende Übergänge.
Entsprechend diesen Erkenntnissen wurde ein in Figur 4 gezeigtes Ausdehnungsmodell 26 für Fahrzeuge in einer ersten und zweiten Raumrichtung x, y 28, 30 entwickelt. Es besteht aus einem rechteckigen Körper 32 mit einer kreisförmigen Rundung 34. Da im Straßenverkehr in der Regel die Hinterkante als Stelle 33 eines Objekts 35 über das Ausdehnungsmodell 26 gemessen wird, ist es ausreichend, dieses zu modellieren. Ziel ist es, von einem Sensor 36 aus die Mitte 37 der Hinterkante in Abhängigkeit von einem Ansichtswinkel φ 38 zu schätzen. Es ergibt sich daraus eine Auftretenswahrscheinlichkeit einer Verteilung von Reflexen 40 an unterschiedlichen Stellen, die abhängig vom Ansichtswinkel φ 38 des Objekts 35 bzw. des Fahrzeugs ist.
Über die relative Lage des Objekts 35 lässt sich, wie Figur 4 zeigt, die wahrscheinlichste Verschiebung Δdy 42 des Reflexes 40 zu der Mitte 37 der Hinterkante als Stelle 33 des
Objekts 35 berechnen.
Figur 5 zeigt drei Beispiele von Verteilungen 44, 46, 48 für Reflexe, die entlang einer Ordinate 50 über eine Abszisse 52 für den Ansichtswinkel φ 38 (Figur 4) aufgetragen sind.
Ein Problem stellt allerdings eine Schätzung relativer Ansichtswinkel . 54 odφ 56 gemäß Figur 4 dar, da diese Größen vom Sensor 36 oder Radar-Sensor nicht direkt gemessen werden. Sie können allerdings über die Relativbewegung in x- und y-Richtung, 28, 30, über einen Fahrbahnverlauf oder anhand eines momentanen Eigenkurses des beobachtenden Sensors 36 geschätzt werden. Die Schätzung wird jedoch um so unsicherer, je großer der Abstand des Sensors 36 zu dem Objekt 35 ist. Dieser muss insofern berücksichtigt werden, da die geschätzte Verschiebung von Reflexen 40 bei größeren Abständen in geringerem Maß einfließt. Über wahrscheinlichkeitstheoretische Betrachtungen erhält man die in dem Diagramm in Figur 6 gezeigte Kurvenschar 58 für Verschiebungen von Reflexen 40 (Figur 4). Jede dieser Kurven ist für unterschiedliche Abstände dy 60 in y-Richtung 28 gemäß Figur 4 in Richtung von Abständen dx 62 in x-Richtung 28 gemäß Figur 4, die entlang einer
Ordinate 64 aufgetragen sind, über der wahrscheinlichsten Verschiebung Δdy 42 entlang der Abszisse 66 aufgetragen. Hierzu werden in der Regel sowohl mehrere Ansichtswinkel φ 38 als auch Messwerte für Abstände dx 62 und dy 60 von dem Sensor 36 geliefert.
Alle Messwerte werden über die Auftretenswahrschein-lichkeit, so dass diese die gesuchte physikalische Größe beschreibt, gewichtet. Zur Bestimmung eines Querversatzes werden Messsignale, die vorzugsweise auch auf der Hinterkante liegen, physikalisch am stärksten gewichtet.
Aus der Auftretenswahrscheinlichkeit wird ein fusionierter Pseudo-Messwert gebildet, der die aktuell wahrscheinlichste Geschwindigkeit des Objekts 35 und den wahrscheinlichsten Ort für die Mitte 37 der Hinterkante des Objekts 35 beschreibt. Dieser Pseudo-Messwert kann mit Hilfe von gängigen Tracking- Algorithmen, z.B. über Kaiman- Filter, weiterverarbeitet werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung mindestens einer mit einem Objekt (4, 14, 35) in Zusammenhang stehenden Größe, wobei das Objekt (4, 14, 35) mehrere zur Reflexion von Messsignalen geeignete Stellen (2, 20, 22, 24, 33) aufweist, bei dem zur Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit (6, 12) für
Reflexionen an diesen Stellen (2, 20, 22, 24, 33) berücksichtigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein relativer Ort des Objekts (4, 14, 35) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine relative Geschwindigkeit des Objekts (4, 14, 35) bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Messsignal entsprechend der Auftretenswahrscheinlichkeit (6, 12) gewichtet wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die zu bestimmende Größe des Objekts (4, 14, 35) in Abhängigkeit der Auftretenswahrscheinlichkeit (6, 12) bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem aus dem mindestens einen Messsignal, ein fusionierter Messwert gebildet wird.
7. Vorrichtung Bestimmung mindestens einer mit einem Objekt (4, 14, 35) in Zusammenhang stehenden Größe, wobei das Objekt (4, 14, 35) mehrere zur Reflexion eines Messsignals geeignete Stellen (2, 20, 22, 24, 33) aufweist, die dazu ausgebildet ist, zur Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit für Reflexionen an diesen Stellen (2, 20, 22, 24, 33) zu berücksichtigen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, die eine Einrichtung zur Auswertung des mindestens einen Messsignals aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, die einen Sender zum Aussenden eines Signals und einen Sensor (36) zum Empfangen mindestens eines von dem Objekt (4, 14,
35) reflektierten Messsignals aufweist.
10. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Einrichtung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ausgeführt wird.
11. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Einrichtung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ausgeführt wird.
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EP2483708B1 (de) 2009-10-02 2015-06-10 Robert Bosch GmbH Verfahren zur abbildung des umfelds eines fahrzeugs

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