WO2016015853A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen von einer geschwindigkeit und einer entfernung zumindest eines objekts in bezug zu einem empfänger eines empfangssignals - Google Patents

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distance
speed
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Michael Lehning
Dima Pröfrock
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Jenoptik Robot Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for detecting a speed and a distance of at least one object with respect to a receiver of a received signal as well as a corresponding computer program product.
  • FSK Frequency Shift Keying
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • a method of detecting a speed and a distance of at least one object with respect to a receiver of a Empfangssig ⁇ Nals said method at least comprising the steps of:
  • An object can be understood, for example, as a vehicle that travels on the road.
  • a received signal may for example be a radar signal which is detected by an antenna as a receiver.
  • a signal can be understood to mean a transmission signal which was transmitted at a predefined transmission frequency and which is reflected at the object, so that the reflected signal forms the reception signal.
  • a recognition value can be understood to be a value that is formed by transformation of the two components of the respective received signals.
  • each reference value can be assigned a reference speed which, for example, represents a proportion of the reference speed in the respective received signal.
  • each reference value is assigned a reference distance. The speed of the object and / or the distance of the object with respect to the receiver can be effected for example on the basis of a comparison of the detection value with a different detection value or a ⁇ Refe rence value. It is also conceivable that the recognition value is further processed by further mathematical operations in order to determine the speed and / or the distance of the object in relation to the receiver.
  • the approach presented here is based on the recognition that this precise and accurate determination of the speed and the distance of the object to the receiver can take place when an in-phase component and a quadrature component of a received signal are used, which are based on a (transmission) ) Signal based on a predetermined transmission frequency.
  • a detection value can be determined from the two components of the received signal, which is subsequently processed further for analysis of different distances of the object to the receiver.
  • Receiver has.
  • an analysis is made of how likely the object will be to have a respective reference velocity and / or reference distance to the receiver.
  • the approach presented here offers the advantage that compared to conventional approaches with technically relatively simple and numerically inexpensive means a significant improvement in the prediction of the actual speed and the actual distance of the object to the receiver is possible.
  • the presented approach provides a very good basis for precisely determining the speeds and distances from several objects to the receiver.
  • Multi-receiver approach to determine further precision of the speed or distance of an object to a receiver or multiple objects.
  • the first and second recognition values can be added in the step of determining.
  • Approach offers the advantage of a particularly simple combination of the plurality of Entfer ⁇ voltage values, for example, the detection value as a measure for a certain probability to use the probability that the object will have a speed equal to the speed value.
  • Quadrature component of the first of the received signals is formed.
  • the third detection value corresponds to a further reference speed and a further reference distance of the object from the receiver.
  • a fourth recognition value can also be determined using the in-phase component and the quadrature component of the second of the received signals, wherein the fourth recognition value of the further
  • Reference speed and the further reference distance of the object from the receiver corresponds.
  • the distance of the object relative to the receiver may be determined using the third and fourth detection values. In this way, it is very easy to determine the speed which, for example, is the greatest probability for the actual speed of the object. This allows a very precise accurate prediction of the speed of the object. The same applies to the prediction of the distance of the object from the receiver.
  • An embodiment of the approach presented here is advantageous, in which, in the step of determining, the reference velocity is determined as the velocity of the object and the reference distance as the distance of the object in relation to the receiver, if a combined value of the first and second detection values is in a predetermined relationship to a is a combination value of the third and fourth recognition value.
  • an embodiment of the approach presented here has a step of transmitting the signal to be reflected on the object, a transmission frequency of the signal being selected as a function of a pseudorandom sequence.
  • Such an embodiment of the approach presented here has the advantage that the received signals used for the presented approach are based on (transmit) signals having an alternating transmission frequency. In this way, the advantages of the precise evaluation of a speed or a distance of the object as a function of different frequencies of the received signals can be utilized, whereby nevertheless the available frequency spectrum can not be fully measured by measuring the speed and the distance of the object or the objects. is constantly blocked. In addition, disturbances from neighboring measuring systems can also be reduced or even largely avoided.
  • a first identification value can be formed using the in-phase component and the quadrature component of a first of the antenna signals, the first identification value corresponding to a predetermined further reference speed and a predetermined further reference distance of the further object from the receiver.
  • a second identification value may be determined using the in-phase component and the quadrature component of a second one of the antenna signals, the second identification value corresponding to the predetermined further reference speed and the predetermined further reference distance of the further object from the receiver. Furthermore, in the step of determining, a speed of the object corresponding to the further reference speed with respect to the receiver and a distance of the further object corresponding to the further reference distance relative to the receiver can be determined using the first and second identification values. In this way, the determination of the distance and the speed of several objects can advantageously be determined with an algorithm, this determination being associated with a small additional outlay, and moreover can be very precise and accurate.
  • a receiver signal or object signal may each be read and processed by a plurality of receivers.
  • at least one in-phase component and one quadrature component of a multiplicity of temporally successive object signals each of which represents one of signals reflected at the object to a further receiver, which was transmitted at a different transmission frequency, can be used in the step of reading.
  • a first object recognition value may be formed using the in-phase component and the quadrature component of the first one of the object signals, wherein the first object recognition value corresponds to the reference speed and the reference distance of the object from the further receiver.
  • the second object recognition value may be formed using the in-phase component and the quadrature component of a second one of the object signals, the second object recognition value being the reference velocity and the reference distance of the object from the other receiver corresponds. Further, in the step of determining, a velocity of the object corresponding to the reference velocity with respect to the further receiver and the reference distance may be determined as the distance of the object with respect to the further receiver using the first and second object recognition values.
  • a step of detecting an angle between the object, the receiver and the further receiver may be provided.
  • those transmission frequencies can be determined which correspond to received signals on which the determination of the detection value and the further detection value are based.
  • a further embodiment of the approach presented here is advantageous as a device for detecting a speed and a distance of at least one object with respect to a receiver of a received signal, the device having at least the following features:
  • the first detection value is a predetermined reference speed and a predetermined reference speed
  • Reference distance of the object from the receiver corresponds; a unit for determining a second detection value using the in-phase component and the quadrature component of a second one of the reception signals, the second detection value corresponding to the predetermined reference speed and the predetermined reference distance of the object from the receiver;
  • a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • the interfaces may be their own, integrated circuits or at least partially to consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • a computer program product with program code which can be stored on a maschi ⁇ -readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used for performing the method according to one of the embodiments described above, when the program product on a computer or a device is executed.
  • FIG. 1 shows a traffic monitoring system with a device according to an embodiment of the present invention
  • a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention is
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the present invention in the form of a traffic monitoring system 10 having an apparatus for detecting a speed and a distance of at least one object 105a relative to at least one receiver 110a (for example in the form of a radar receiving unit) of a received signal
  • the object 105a as well as the further object 105b may be a vehicle which is irradiated by a signal 125 of a radar transmitting antenna 130 as a transmitter.
  • a wide ⁇ rer receiver (for example, also in the form of a radar receiving unit) received 1 10b in a white ⁇ teres receive signal 135, which is emitted to the further receiver 1 10b of the object 105 due to a reflection of the signal 125th
  • another object 105b may be irradiated by the signal 125 at which the signal 125 is reflected and sent as an additional receive signal 140 to the receiver 110a.
  • the frequency generation for the signal 125 is designed such that a so-called VCO 145 (Vo tage Controlled Oscillator) is used, whose frequency is set proportional to the drive voltage.
  • VCO 145 Vol tage Controlled Oscillator
  • a digital-to-analog converter 150 is driven with a pseudo-random digital sequence from a pseudo noise generator 155 (PRNG) which is converted into a pseudo-random sequence of frequencies.
  • PRNG pseudo noise generator
  • the approach presented here is based on the pseudorandom control such that when downmixing the signal 120, 135 (referred to as object signal) or 140 (also referred to as antenna signal) received from one of the receivers 110, the amplitude and the phase of the low-frequency Mixed signals are digitized.
  • object signal referred to as object signal
  • antenna signal also referred to as antenna signal
  • a so-called IQ mixer 157 for each path from one of the receivers 1 10 to a processing unit is generally used as the device 160 for detecting a speed and a distance of at least one object 105 a that is capable of Phase (11, 12) and quadrature (Q1, Q2) - to digitize components as shown in FIG. 1 with reference to an example of a transmitting and two receiving antennas or units.
  • each of the IQ mixers 157 is the signal provided by the VCO (which corresponds to the transmission signal including amplitude and phase), a 90 ° phase-shifted signal provided by the VCO and the receiver 1 10 connected to the respective IQ mixer 157 received received signal 120, 135 and 140, respectively.
  • Each of the in-phase outputs 11 and 12 or the quadrature-off ⁇ gears Q1 and Q2 are connected via an A / D converter 165 to the processing unit 160, here a microcontroller, in which a processing of the IQ mixers 157 supplied data, for example, as described below. From this processing, the desired targets 170 (targets) corresponding to a distance and speed of the objects 105a and 105b can then be determined.
  • a concept is proposed of how to easily and systematically discover multiple targets with a relatively narrowband limited frequency drive.
  • the method proposed here improves the possibilities by the pseudorandom control of the frequency generation.
  • the frequency selection of existing radar systems is modified to produce a pseudo-random frequency per sample time.
  • the sampled values are accumulated in a velocity-distance space.
  • Distance and relative speed of multiple objects can be read directly in the measuring room.
  • the FSK method is known for a short period, eg. B. a hundred thousandths of a second, the frequency by a corresponding control of the VCO 145 kept stable to measure phase and amplitude for this frequency.
  • the underlying transmission frequency f is thus known.
  • the time t is known at which this frequency f was generated by the VCO 145.
  • the speed is in N v fine step (which will be hereinafter referred to as reference speeds) quantized z. From 0 to 1 00 m / s in 0.2m / s increments.
  • Quanti ⁇ s iststician ie, for each reference speed
  • the measured phase and amplitude of the currently read received signal 1 20, 1 25 is 1 35 and 140, respectively modulated so that they t time 0 at the corresponding (reference) corresponding to speed
  • the modulated value x v follows (tt a ⁇ -
  • Distance is quantized into N r fine step (hereinafter also referred to as a reference distance), z. From 0 to 200 m in 0.25 m increments. For each point of the matrix A ⁇ the phase and the amplitude are modulated so that they correspond to the respective distance of the fine steps or
  • This modulated value is referred to in the following description as Entfer ⁇ tion value. That is, each point of the matrix A ⁇ is supplemented by a vector of length N r .
  • the volume V M is obtained with the dimensions of samples, velocity and distance. 3.
  • Each point in the volume ⁇ ⁇ now corresponds to a hypothesis of a sample of one of the received signals 120, 125, 135 or 140, depending on an assumed speed (reference speed) and an assumed distance (reference distance).
  • the multi-target resolution can be achieved as follows.
  • a 2D map M tv is obtained of occurrences of objects with a certain speed and a certain distance.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of a device 200 for detecting a speed and a distance of at least one object with respect to a receiver of a received signal.
  • This device 200 may for example be part of the processing unit 160 of FIG. 1, which is shown as a microcontroller. In FIG. 2, the device 200 is shown connected only to a receiving unit 1 10a.
  • the device 200 comprises at least one interface 210 for reading in each case at least one in-phase component 11 and one quadrature component Q1 of a plurality of successive receive signals 120, each of which reflects a signal 125 reflected from the object 105a to the receiver 110a represent, which was sent with a predefined transmission frequency f.
  • the apparatus 160 includes a unit 220 for forming a first detection ⁇ value x w using the in-phase component 11 and quadrature component Q1 of a first of the received signals 120, wherein the first detection value x vr a predetermined re ference speed V and a predetermined reference distance r of the object 105a from
  • the apparatus 160 includes a unit 230 for determining ei ⁇ nes second detection value x w using the in-phase component 11 and the Quad ⁇ temperature component Q1 of a second of the received signals 120, wherein the second detection value x w to the predetermined reference speed v and the predetermined reference distance r of the object 105a from the receiver 1 10a corresponds.
  • the device 160 comprises a
  • Fig. 3 shows a 2D representation of absolute values of such a card M m in the seven objects 105 as bright spots at rates of 0, 15, 30 and 45 m / s and distances 20m, 50m, 60m and 75m are recognizable.
  • the two objects 105a and 105b shown in FIG. 1 seven objects 105 were detected, the respective distances and speeds of the objects 105 being registered to the receiver 1 10a in the map of FIG.
  • the 3D sample velocity range can also be extended by the fourth dimension "angle."
  • a corresponding modulation of the amplitudes and phases as a function of an angle quantized in fine steps (which can also be referred to as reference angles) (eg. -18 ° to 18 ° in 0.01 ° increments)
  • reference angles eg. -18 ° to 18 ° in 0.01 ° increments
  • a summation on the "samples" dimension provides a speed-range angular space. This approach allows objects to be separated in terms of their speed, distance, and angle.
  • the method 400 comprises a step 410 of reading in each at least one in-phase component and a quadrature-Comp ⁇ component of a plurality of temporally successive received signals, each representing one of reflected on the object to the receiver signal that has been sent with a predetermined transmit frequency. Furthermore, the method 400 comprises a step of forming 420 a first detection value x w using the in-phase component of the quadrature component of a first one of the received signals, wherein the first detection value is a predetermined one
  • Reference speed and a predetermined reference distance of the object from the catcher corresponds.
  • the method 400 includes a step of determining a second detection value using the in-phase component and the quadrature component of a second one of the reception signals, the second detection value corresponding to the predetermined reference speed and the predetermined reference distance of the object from the receiver.
  • the method 400 includes a step of determining one of the 440 Re ference ⁇ speed corresponding speed of the object with respect to the receiver and the reference distance as the distance of the object relative to the receiver using the first and second detection value.
  • the approach presented here can USAGE for measurements outside the road safety ⁇ det.
  • the method also allows for improved spatial resolution in the measurement of general 3-dimensional objects.
  • Comprises an embodiment of an "and / or" operation between a first feature and a second feature it is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and in accordance with a white ⁇ more advanced embodiment, either has only the first feature or only the second feature.

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Abstract

Vorliegend wird eine Vorrichtung (160) zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts (105a) in Bezug zu einem Empfänger (110a) eines Empfangssignals (120) offenbart. Die Vorrichtung (160) umfasst zumindest eine Schnittstelle (210) zum Einlesen je zumindest einer Inphase-Komponente (11) und einer Quadratur-Komponente (Q1) einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Empfangssignalen (120), die je ein von an dem Objekt (105a) zum Empfänger (110a) reflektiertes Signal (125) repräsentieren, das mit einer vordefinierten Sendefrequenz (f) ausgesandt wurde. Ferner umfasst die Vorrichtung (160) eine Einheit (220) zum Bilden eines ersten Erkennungswertes (xjunter Verwendung der Inphase-Komponente (11) und der Quadratur-Komponente (Q1) eines ersten der Empfangssignale (120), wobei der erste Erkennungswert (xvr) einer vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit (v) und einer vorbestimmten Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom Empfänger (110a) entspricht. Auch umfasst die Vorrichtung (160) eine Einheit (230) zum Ermitteln eines zweiten Erkennungswertes (xvr) unter Verwendung der Inphase-Komponente (11) und der Quadratur-Komponente (Q1) eines zweiten der Empfangssignale (120), wobei der zweite Erkennungswert (xvr) der vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit (v) und der vorbestimmten Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom Empfänger (110a) entspricht. Schließlich umfasst die Vorrichtung (160) eine Einheit zum Bestimmen (440) einer der Referenzgeschwindigkeit (v) entsprechenden Geschwindigkeit (v) des Objektes (105a) in Bezug zum Empfänger (110a) und der Referenzentfernung (v) als Entfernung des Objektes (105a) in Bezug zum Empfänger (110a) unter Verwendung des ersten und zweiten Erkennungswertes (xvr).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssignals
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssignals sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt. Die Auflösung der Entfernung mehrerer Objekte (Fahrzeuge), welche sich mit selber Radialgeschwindigkeit in Relation zum Radar bewegen, ist eine anspruchsvolle Aufgabe innerhalb der Radarsignalverarbeitung. Grundsätzlich kann dieses Problem durch extrem breitbandig operierende Radarsysteme gelöst werden. Aufgrund der Beschränkungen der heutigen Radarsysteme auf Bandbreiten im Bereich von 250 MHz (K-Band) ist der Einsatz eines sehr breit arbeitenden Radars (z. B. UWB-Radar = Ultra Wide Band Radar) nicht möglich.
Die derzeit eingesetzten Ansteuerungen für Radarsysteme beschränken sich auf das sogenannte Frequency Shift Keying (FSK-Verfahren) bzw. FMCW-Verfahren (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave). Bei FSK-Verfahren wird eine Objekttrennung auf Basis der Radialgeschwindig- keit (im Folgenden Geschwindigkeit) realisiert. Nachträglich kann pro Objekt die Entfernung gemessen werden. Bei FMCW-Verfahren wird in der Regel eine Objekttrennung basierend auf einer Mischform aus Geschwindigkeit und Objektentfernung realisiert. In einem zweiten Schritt werden beide Größen pro Objekt konkret berechnet. Beide Verfahren lassen sich hardwaretechnisch sehr einfach umsetzen, sind aber für die Auflösung von Mehrfachzielen bei gleicher Geschwindigkeit nur bedingt geeignet.
Sowohl FSK als auch FMCW-Verfahren sind nicht oder nur unter Verwendung sehr großer Bandbreiten in der Lage mehrere Objekte mit gleicher Relativgeschwindigkeit aufzulösen. Im Stand der Technik ist in diesem Zusammenhang die Druckschrift EP 1873551 A1 bekannt, die ein Radarsystem im Automotivbereich sowie eine entsprechende Technik offenbart.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erkennen von ei¬ ner Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssignals, eine Vorrichtung zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Ent¬ fernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssignals sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhaf¬ te Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Be¬ schreibung.
Mit dem hier vorgestellten Ansatz wird ein Verfahren zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssig¬ nals, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:
- Einlesen je zumindest einer Inphase-Komponente und einer Quadratur-Komponente einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Empfangssignalen, die je ein von an dem Objekt zum Empfänger reflektiertes Signal repräsentieren, das mit einer vordefinierten Sendefrequenz ausgesandt wurde;
- Bilden eines ersten Erkennungswertes unter Verwendung der Inphase-Komponente und der Quadratur-Komponente eines ersten der Empfangssignale, wobei der erste Erkennungswert einer vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit und einer vorbestimmten Referenzentfernung des Objekts vom Empfänger entspricht;
- Ermitteln eines zweiten Erkennungswertes unter Verwendung der Inphase-Komponente und der Quadratur-Komponente eines zweiten der Empfangssignale, wobei der zweite Erken¬ nungswert der vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit und der vorbestimmten Referenzent- fernung des Objekts vom Empfänger entspricht; und
- Bestimmen einer der Referenzgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit des Objektes in Bezug zum Empfänger und der Referenzentfernung als Entfernung des Objektes in Bezug zum Empfänger unter Verwendung des ersten und zweiten Erkennungswertes. Unter einem Objekt kann beispielsweise ein Fahrzeug verstanden werden, welches im Straßenverkehr fährt. Ein Empfangssignal kann beispielsweise ein Radarsignal sein, welches von einer Antenne als Empfänger erfasst wird. Unter einem Signal kann vorliegend ein Sendesignal verstanden werden, welches mit einer vordefinierten Sendefrequenz ausgesandt wurde und welches an dem Objekt reflektiert wird, sodass das reflektierte Signal das Empfangssignal bildet. Dabei können mehrere Signale beispielsweise zeitlich versetzt und mit unterschiedlichen Sendefrequenzen ausgesandt werden, sodass die Mehrzahl von Empfangssignalen, die auf je einem der ausgesandten Signale basiert, auf unterschiedlichen Sendefrequenzen basieren und zeitlich versetzt empfangen werden. Unter einem Erkennungswert kann ein Wert verstanden werden, der durch Transformation der beiden Komponenten der jeweiligen Empfangssignale gebildet wird. Hierbei kann jedem Erkennungswert eine Referenzgeschwindigkeit zugewiesen werden, die beispielsweise einen Anteil der Referenzgeschwindigkeit im betreffenden Empfangssignal repräsentiert. Zugleich ist jedem Erkennungswert eine Referenzentfernung zugeordnet. Die Geschwindigkeit des Objekts und/oder die Entfernung des Objekts in Bezug zum Empfänger kann dabei beispielsweise auf der Basis eines Vergleichs des Erkennungswert mit einem anderen Erkennungswert oder einem Refe¬ renzwert erfolgen. Denkbar ist auch, dass der Erkennungswert durch weitere mathematische Operationen weiterverarbeitet wird, um die Geschwindigkeit und/oder die Entfernung des Objekts in Bezug zum Empfänger zu ermitteln.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass diese präzise und genaue Ermittlung der Geschwindigkeit und der Entfernung des Objekts zum Empfänger erfolgen kann, wenn eine Inphase-Komponente und eine Quadratur-Komponente eines Empfangssignals verwendet wer- den, die auf einem (Sende-) Signal mit einer vorbestimmten Sendefrequenz basiert. Hierbei kann zunächst aus den beiden Komponenten des Empfangssignals ein Erkennungswert ermittelt werden, der nachfolgend zur Analyse von unterschiedlichen Entfernungen des Objekts zum Empfänger weiterverarbeitet wird. Durch die Berücksichtigung von mehreren Referenzgeschwindigkeiten bzw. Referenzentfernungen kann zugleich die Wahrscheinlichkeit ermittelt werden, mit welcher das Objekt tatsächlich die betreffende Referenzgeschwindigkeit bzw. Referenzentfernung zum
Empfänger aufweist. Es wird somit eine Analyse ausgeführt, wie wahrscheinlich das Objekt eine betreffende Referenzgeschwindigkeit und/oder eine betreffende Referenzentfernung zum Empfänger aufweist. Der hier vorgestellte Ansatz bietet dabei den Vorteil, dass gegenüber herkömmlichen Ansätzen mit technisch relativ einfachen und numerisch wenig aufwendigen Mitteln eine deutliche Verbesserung der Vorhersage der tatsächlichen Geschwindigkeit und der tatsächlichen Entfernung des Objekts zum Empfänger möglich ist. Zugleich bietet der vorgestellte Ansatz eine sehr gute Basis, die Geschwindigkeiten und Entfernungen von mehreren Objekten zum Empfänger präzise zu be- stimmen. Zusätzlich besteht auch eine einfache Erweiterungsmöglichkeit, den hier vorgestellten
Ansatz mit mehreren Empfängern zu betreiben, um eine weitere Präzision der Geschwindigkeit oder Entfernung eines Objekts zu einem Empfänger bzw. mehrerer Objekte zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann im Schritt des Bestimmens der erste und zweite Erkennungswert addiert werden. Die Ausführungsform des hier vorgestellten
Ansatzes bietet den Vorteil einer besonders einfachen Kombination der Mehrzahl von Entfer¬ nungswerten, um beispielsweise den Erkennungswert als Kennzahl für eine bestimmte Wahr- scheinlichkeit zu verwenden, mit der das Objekt eine Geschwindigkeit aufweist, die dem Geschwindigkeitswert entspricht.
Günstig ist es, wenn gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes im Schritt des Bildens ferner ein dritter Erkennungswert unter Verwendung der Inphase-Komponente und der
Quadratur-Komponente des ersten der Empfangssignale gebildet wird. Dabei entspricht der dritte Erkennungswertes einer weiteren Referenzgeschwindigkeit und einer weiteren Referenzentfernung des Objekts vom Empfänger entspricht. Dabei kann im Schritt des Ermitteins ferner ein vierter Erkennungswert unter Verwendung der Inphase-Komponente und der Quadratur-Komponente des zweiten der Empfangssignale ermittelt werden, wobei der vierte Erkennungswert der weiteren
Referenzgeschwindigkeit und der weiteren Referenzentfernung des Objekts vom Empfänger entspricht. Auch kann im Schritt des Bestimmens einer der Referenzgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit des Objektes in Bezug zum Empfänger und der Referenzentfernung als Entfernung des Objektes in Bezug zum Empfänger unter Verwendung des dritten und vierten Erken- nungswertes bestimmt werden. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach diejenige Geschwindigkeit ermitteln, die beispielsweise die größte Wahrscheinlichkeit für die tatsächliche Geschwindigkeit des Objekts ist. Hierdurch lässt sich eine sehr präzise genaue Vorhersage der Geschwindigkeit des Objekts treffen. Analoges gilt auch für die Vorhersage der Entfernung des Objekts vom Empfänger.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Bestimmens die Referenzgeschwindigkeit als Geschwindigkeit des Objektes und die Referenzentfernung als Entfernung des Objektes in Bezug zum Empfänger bestimmt werden, wenn ein Kombinationswert des ersten und zweiten Erkennungswertes in einer vorbestimmten Beziehung zu ei- nem Kombinationswert des dritten und vierten Erkennungswertes steht. Hierdurch kann auf technisch einfache Weise eine präzise Erkennung der Geschwindigkeit und der Entfernung des Objektes umgesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes einen Schritt des Aussendens des an dem Objekt zu reflektierenden Signals aufweist, wobei eine Sendefrequenz des Signals abhängig von einer Pseudozufallssequenz gewählt wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass die für den vorgestellten Ansatz verwendeten Empfangssignale auf (Sende-) Signalen basiert, die eine wechselnde Sendefrequenz aufweisen. Hierdurch können die Vorteile der präzisen Auswertung einer Geschwindigkeit oder einer Entfernung des Objekts in Abhängigkeit von unterschiedlichen Frequenzen der Empfangssignale genutzt werden, wobei dennoch das zur Verfügung stehende Frequenzspektrum nicht durch die Messung der Geschwindigkeit und der Entfernung des Objekts oder die Objekte voll- ständig blockiert wird. Hierdurch lassen sich ferner Störungen aus benachbarten Messanlagen ebenfalls reduzieren oder sogar weitgehend vermeiden.
Besonders effizient ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem im Schritt des Einlesens je zumindest eine Inphase-Komponente und einer Quadratur-Komponente einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Antennensignalen eingelesen werden, die je ein von an einem weiteren Objekt zum Empfänger reflektiertes Signal repräsentieren, das mit einer vordefinierten Sendefrequenz ausgesandt wurde. Dabei kann im Schritt des Bildens ein erster Identifizierungswert unter Verwendung der Inphase-Komponente und der Quadratur-Kompo- nente eines ersten der Antennensignale gebildet werden, wobei der erste Identifizierungswert einer vorbestimmten weiteren Referenzgeschwindigkeit und einer vorbestimmten weiteren Referenzentfernung des weiteren Objekts vom Empfänger entspricht. Auch kann im Schritt des Ermitteins ein zweiter Identifizierungswert unter Verwendung der Inphase-Komponente und der Quadratur-Komponente eines zweiten der Antennensignale ermittelt werden, wobei der zweite Identi- fizierungswert der vorbestimmten weiteren Referenzgeschwindigkeit und der vorbestimmten weiteren Referenzentfernung des weiteren Objekts vom Empfänger entspricht. Ferner kann im Schritt des Bestimmens eine der weiteren Referenzgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit des Objektes in Bezug zum Empfänger und einer der weiteren Referenzentfernung entsprechenden Entfernung des weiteren Objektes in Bezug zum Empfänger unter Verwendung des ersten und zweiten Identifizierungswertes bestimmt werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Bestimmung der Entfernung und der Geschwindigkeit von mehreren Objekten mit einem Algorithmus bestimmt werden, wobei dieses Bestimmen mit einem geringen zusätzlichen Aufwand verbunden ist, und zudem sehr präzise und genau erfolgen kann. Um eine besonders genaue Bestimmung einer Geschwindigkeit und Entfernung des zumindest einen Objekts zu ermöglichen, kann von mehreren Empfängern je ein Empfängersignal bzw. Objektsignal eingelesen und verarbeitet werden. Insbesondere kann hierbei im Schritt des Einlesens je zumindest eine Inphase-Komponente und einer Quadratur-Komponente einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Objektsignalen, die je ein von an dem Objekt zu einem weiteren Empfänger reflektiertes Signal repräsentieren, das mit einer unterschiedlichen Sendefrequenz ausgesandt wurde. Ferner kann im Schritt des Bildens ein erster Objekterkennungswert unter Verwendung der Inphase-Komponente und der Quadratur-Komponente des ersten der Objektsignale gebildet werden, wobei der erste Objekterkennungswert der Referenzgeschwindigkeit und der Referenzentfernung des Objekts vom weiteren Empfänger entspricht. Auch kann im Schritt des Ermitteins der zweite Objekterkennungswert unter Verwendung der Inphase-Komponente und der Quadratur-Komponente eines zweiten der Objektsignale gebildet werden, wobei der zweite Objekterkennungswert der Referenzgeschwindigkeit und der Referenzentfernung des Objekts vom weiteren Empfänger entspricht. Ferner kann im Schritt des Bestimmens eine der Referenzgeschwindigkeit entsprechende Geschwindigkeit des Objektes in Bezug zum weiteren Empfänger und der Referenzentfernung als Entfernung des Objektes in Bezug zum weiteren Empfänger unter Verwendung des ersten und zweiten Objekterkennungswertes bestimmt werden.
Mit einer solchen Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes lassen sich somit Daten von mehreren Empfängern verarbeiten und auswerten, sodass eine Erhöhung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Geschwindigkeit und der Entfernung des Objektes eines weiteren Objektes möglich wird. Dabei ist lediglich ein geringer zusätzlicher Aufwand erforderlich, da die hier vorgestell- ten Algorithmen einfach zu Verarbeitung von Signalen von mehreren Empfängern erweiterbar sind.
Zusätzlich kann in einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes ein Schritt des Detektierens eines Winkels zwischen dem Objekt, dem Empfänger und dem weiteren Empfänger vorgesehen sein. Dabei kann im Schritt des Detektierens der Winkel unter Verwendung eines Ab- standes zwischen dem Empfänger und dem weiteren Empfänger und/oder einer gemittelten Frequenz aus denjenigen Sendefrequenzen erfolgen, die Empfangssignalen entsprechen, welche der Bestimmung des Erkennungswertes und des weiteren Erkennungswertes zugrunde liegen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, nicht eine Geschwin- digkeit und Entfernung von mehreren Objekten in Bezug zum Empfänger bzw. zum weiteren
Empfänger ermitteln zu können, sondern auch eine räumliche Anordnung der Objekte zueinander bestimmen zu können, die durch einen Winkel der Objekte in Bezug auf den Empfänger und/oder den weiteren Empfänger repräsentiert ist. Günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes als Vorrichtung zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssignals, wobei die Vorrichtung zumindest die folgenden Merkmale aufweist:
- eine Schnittstelle zum Einlesen je zumindest einer Inphase-Komponente und einer Quadratur- Komponente einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Empfangssignalen, die je ein von an dem Objekt zum Empfänger reflektiertes Signal repräsentieren, das mit einer vordefinierten Sendefrequenz ausgesandt wurde;
- eine Einheit zum Bilden eines ersten Erkennungswertes unter Verwendung der Inphase- Komponente und der Quadratur-Komponente eines ersten der Empfangssignale, wobei der erste Erkennungswert einer vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit und einer vorbestimmten
Referenzentfernung des Objekts vom Empfänger entspricht; - eine Einheit zum Ermitteln eines zweiten Erkennungswertes unter Verwendung der Inphase- Komponente und der Quadratur-Komponente eines zweiten der Empfangssignale, wobei der zweite Erkennungswert der vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit und der vorbestimmten Referenzentfernung des Objekts vom Empfänger entspricht; und
- eine Einheit zum Bestimmen einer der Referenzgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit des Objektes in Bezug zum Empfänger und der Referenzentfernung als Entfernung des Objektes in Bezug zum Empfänger unter Verwendung des ersten und zweiten Erkennungswertes. Die Vorrichtung somit ist ausgebildet, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen beziehungsweise umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist je- doch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschi¬ nenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Verkehrsüberwachungssystem mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbei- spiel der vorliegenden Erfindung; ein Blockschaltbild eine Vorrichtung zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssignals gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine 2D-Darstellung von Absolutwerten einer Karte M , aus der eine Geschwindigkeit und eine Entfernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssignals erkennbar ist; und ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in der Form eines Verkehrsüberwachungssystemsl OO mit einer Vorrichtung zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts 105a in Bezug zu zumindest einem Empfänger 1 10a (beispielsweise in der Form einer Radarempfangseinheit) eines Empfangssignals
120. Das Objekt 105a kann ebenso wie das weitere Objekt 105b ein Fahrzeug sein, welches von einem Signal 125 einer Radarsendeantenne 130 als Sender bestrahlt wird. Ebenso kann ein weite¬ rer Empfänger 1 10b (beispielsweise ebenfalls in der Form einer Radarempfangseinheit) in ein wei¬ teres Empfangssignal 135 empfangen, welches von dem Objekt 105 aufgrund einer Reflektion des Signals 125 an den weiteren Empfänger 1 10b abgestrahlt wird. Zusätzlich kann ein weiteres Objekt 105b von dem Signal 125 bestrahlt werden, an welchem das Signal 125 reflektiert wird und als zusätzliches Empfangssignal 140 an den Empfänger 1 10a gesandt wird.
In dem in der Fig. 1 vorgestellten Ausführungsbeispiel ist die Frequenzgenerierung für das Signal 125 derart konzipiert, dass ein sogenanntes VCO 145 (Vo tage Controlled Oscillator) eingesetzt wird, dessen Frequenz proportional zur Ansteuerungsspannung gelegt wird. Um nun eine pseu¬ dozufällige Frequenzsteuerung zu realisieren, wird ein Digital-Analog-Wandler 150 mit einer pseudozufälligen Digitalsequenz aus einem Pseudo-Noise-Generator 155 (PRNG) angesteuert, die in eine pseudozufällige Frequenzfolge umgesetzt wird. Der hier vorgestellte Ansatz setzt auf der pseudozufälligen Ansteuerung derart auf, dass beim Heruntermischen des von einem an einem der Empfänger 1 10 empfangenen Signals 120, 135 (aus als Objektsignal bezeichnet) oder 140 (auch als Antennensignal bezeichnet) die Amplitude und die Phase des niederfrequenten Mischsignals digitalisiert werden. Hierzu wird in der Regel ein sog. IQ-Mischer 157 für jeden Pfad von einem der Empfänger 1 10 zu einer Verarbeitungseinheit als Vorrichtung 160 zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts 105a eingesetzt, der in der Lage ist, die In-Phase (11 , 12) und Quadrature (Q1 , Q2)- Komponenten zu digitalisieren wie dies in der Fig. 1 anhand eines Beispiels für eine Sende- und zwei Empfangsantennen bzw. -einheiten dargestellt ist. Hierbei wird jedem der IQ-Mischer 157 das vom VCO bereitgestellte Signal (das dem Sendesignal samt Amplitude und Phase entspricht), ein um 90°-phasenverschobenes vom VCO bereitgestelltes Signal und das von dem jeweils mit dem betreffenden IQ-Mischer 157 verbundenen Empfänger 1 10 empfangenen Empfangssignal 120, 135 bzw. 140 bereitgestellt. Jeder der Inphase-Ausgänge 11 und 12 bzw. der Quadratur-Aus¬ gänge Q1 und Q2 sind über einen A/D-Wandler 165 mit der Verarbeitungseinheit 160, hier ein MikroController, verbunden, in der eine Verarbeitung der aus den IQ-Mischern 157 gelieferten Daten beispielsweise gemäß der nachfolgenden Beschreibung erfolgt. Aus dieser Verarbeitung lassen sich dann die gewünschten Ziele 170 (Targets) bestimmen, die einer Entfernung und Geschwindigkeit der Objekte 105a und 105b entsprechen. In dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel wird somit ein Konzept vorgeschlagen, wie mit einer relativ engbandig begrenzten Frequenzansteuerung Mehrfachziele einfach und systematisch aufzudecken. Das hier vorgeschlagene Verfahren verbessert die Möglichkeiten durch die pseudozufällige Ansteuerung der Frequenzgenerierung. Es besteht somit eine technisch einfache und numerisch einfach zu implementierende Möglichkeit zur Mehrfachauflösung von Objekten hin- sichtlich von Relativgeschwindigkeit und Entfernung zum Radar unter Verwendung einer geringen
Bandbreite (max. 250 MHz). Hierbei können auch Objekte mit gleicher Objektivgeschwindigkeit aber unterschiedlicher Entfernung aufgelöst werden können. Weiterhin können mit dem hier vor¬ gestellten Ansatz auch Objekte mit gleicher Entfernung aber unterschiedlicher Relativgeschwin¬ digkeit aufgelöst werden.
Die Frequenzauswahl der vorhandenen Radarsysteme (FST3 / TR6000) wird beispielsweise so modifiziert, dass pro Abtastzeitpunkt eine pseudozufällige Frequenz erzeugt wird. Durch eine diskrete Geschwindigkeits-Entfernungs-Transformation werden die abgetasteten Werte in einen Ge- schwindigkeits-Entfernungsraum akkumuliert. Entfernung und Relativgeschwindigkeit multipler Objekte lassen sich direkt in dem Messraum ablesen. Wie beim FSK-Verfahren bekannt wird für einen kurzen Zeitraum, z. B. eine hunderttausendstel Sekunde die Frequenz durch eine entsprechende Ansteuerung des VCO 145 stabil gehalten, um für diese Frequenz Phase und Amplitude zu messen. Aufgrund dieser Ansteuerung ergeben sich somit eine über die Zeit verstreute Anzahl von Amplituden - und Phasenwerten der Empfangssig- nale 1 20, 1 35 bzw. 1 40, zu denen jeweils bekannt ist, bei welcher Sendfrequenz des Signals 1 25 dieser Wert der Empfangssignale 1 20, 135 bzw. 140 gemessen wurde.
Für jeden abgetasteten Wert ist die zugrunde liegende Sendfrequenz f somit bekannt. Zudem ist der Zeitpunkt t bekannt, an dem diese Frequenz f durch den VCO 145 generiert wurde. Für jeden einzelnen Samplewert (d. h. eines vom A/D-Wandler 1 65 gelieferten Wertes des IQ-Mischers 1 57) für das der entsprechend auszuwerdenden Empfangssignale 1 20, 135 bzw. 140 wird nun folgende Transformation durchgeführt:
1 . Die Geschwindigkeit wird in Nv Feinstufen (die nachfolgend als Referenzgeschwindigkeiten bezeichnet werden) quantisiert, z. B. von 0 bis 1 00 m/s in 0,2m/s Schritten. Für jeden Quanti¬ sierungspunkt (also für jede Referenzgeschwindigkeit) wird die gemessene Phase und Amplitude des aktuell eingelesenen Empfangssignals 1 20, 1 25, 1 35 bzw. 140 so moduliert, dass sie einem Zeitpunkt t0 bei der entsprechenden (Referenz-) Geschwindigkeit entspricht. Für einen Abtastwert x der Frequenz f zur Zeit t ergibt sich der modulierte Wert xv folgender- (t-ta}—
maßen: xv = x - e c° mit c0 = Lichtgeschwindigkeit und v = (Referenz-)Geschwindig- keit. Ein solcher modulierter Wert, der auf der Basis der unterschiedlichen Referenzgeschwin¬ digkeiten ermittelt wird, wird nachfolgend als Geschwindigkeitswert bezeichnet. Der Zeit¬ punkt to kann beliebig gewählt werden. Am Ende dieser Transformation sind somit beispiels¬ weise für alle Nt gesampelten Werte (z. B.1 024 gelieferte Werte aus den A/D-Wandlern 1 65) allen potenziellen (Referenz-) Geschwindigkeiten zugeordnet, sodass die (Geschwindigkeits-)
Werte in eine Matrix Aw der Größe N, x Nv untergebracht sind.
2. Die Entfernung wird in Nr Feinstufen (nachfolgend auch als Referenzentfernungen bezeichnet) quantisiert, z. B. von 0 bis 200 m in 0.25 m Schritten. Für jeden Punkt der Matrix A^ wird die Phase und die Amplitude so moduliert, dass sie der jeweiligen Entfernung der Feinstufen bzw.
Referenzentfernungen entspricht. Für einen Wert xv (d. h. für jeden Geschwindigkeitswert) der
Frequenz f ergibt sich der modulierte Wert xw folgendermaßen: xvr = xv - e c° mit r = Ent¬ fernung. Dieser modulierte Wert wird in der nachfolgenden Beschreibung als Entfer¬ nungswert bezeichnet. Das heißt, jeder Punkt der Matrix A^ wird um einen Vektor der Länge Nr ergänzt. Man erhält das Volumen VM mit den Dimensionen Abtastwerte, Geschwindigkeit und Entfernung. 3. Jeder Punkt in dem Volumen νΜ entspricht nun einer Hypothese eines Abtastwertes eines der Empfangssignale 120, 125, 135 bzw. 140 in Abhängigkeit einer angenommenen Geschwindigkeit (Referenzgeschwindigkeit) und einer angenommenen Entfernung (Referenzentfer- nung).
Nach der Transformation kann die Mehrzielauflösung folgendermaßen erreicht werden.
Legt man einen Strahl durch das Volumen ν,„ entlang der Dimension der Abtastwerte und sum- miert die komplexen Werte des Volumens entlang dieses Strahls auf, so erhält man für eine bestimmte Geschwindigkeits-Entfemungs-Hypothese einen komplexen Wert, dessen Absolutwert ein Maß für Auftretenswahrscheinlichkeit eines Objektes 105a bzw. 105b ist. Praktisch kann das Volumen entlang der Dimension der Abtastwerte aufsummiert werden. Man erhält eine 2D-Karte Mtv über Auftretenswahrscheinlichkeiten von Objekten mit einer bestimmten Geschwindigkeit und ei- ner bestimmten Entfernung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 200 zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssignals. Diese Vorrichtung 200 kann beispielsweise Teil der Verarbei- tungseinheit 160 aus Fig. 1 sein, die als MikroController dargestellt ist. In der Fig. 2 wird die Vorrichtung 200 lediglich mit einer Empfangseinheit 1 10a verbunden dargestellt.
Die Vorrichtung 200 umfasst zumindest eine Schnittstelle 210 zum Einlesen je zumindest einer In- phase-Komponente 11 und einer Quadratur-Komponente Q1 einer Mehrzahl von zeitlich aufei- nanderfolgenden Empfangssignalen 120, die je ein von an dem Objekt 105a zum Empfänger 1 10a reflektiertes Signal 125 repräsentieren, das mit einer vordefinierten Sendefrequenz f ausgesandt wurde. Ferner umfasst die Vorrichtung 160 eine Einheit 220 zum Bilden eines ersten Erkennungs¬ wertes xw unter Verwendung der Inphase-Komponente 11 und der Quadratur-Komponente Q1 eines ersten der Empfangssignale 120, wobei der erste Erkennungswert xvr einer vorbestimmten Re- ferenzgeschwindigkeit v und einer vorbestimmten Referenzentfernung r des Objekts 105a vom
Empfänger 1 10a entspricht. Auch umfasst die Vorrichtung 160 eine Einheit 230 zum Ermitteln ei¬ nes zweiten Erkennungswertes xw unter Verwendung der Inphase-Komponente 11 und der Quad¬ ratur-Komponente Q1 eines zweiten der Empfangssignale 120, wobei der zweite Erkennungswert xw der vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit v und der vorbestimmten Referenzentfernung r des Objekts 105a vom Empfänger 1 10a entspricht. Schließlich umfasst die Vorrichtung 160 eine
Einheit zum Bestimmen 440 einer der Referenzgeschwindigkeit v entsprechenden Geschwindig- keit v des Objektes 105a in Bezug zum Empfänger 1 10a und der Referenzentfernung v als Entfernung des Objektes 105a in Bezug zum Empfänger 1 10a unter Verwendung des ersten und zweiten Erkennungswertes x„.
Fig. 3 zeigt eine 2D-Darstellung von Absolutwerten einer solchen Karte Mm in der sieben Objekte 105 als helle Punkte mit Geschwindigkeiten von 0, 15, 30 und 45 m/s und Entfernungen 20m, 50m, 60 m und 75m erkennbar sind. Hierbei wurden statt den zwei in Fig. 1 dargestellten Objekten 105a und 105b sieben Objekte 105 erfasst, wobei die jeweiligen Entfernungen und Geschwindigkeiten der Objekte 105 zum Empfänger 1 10a in der Karte aus Fig. 2 eingetragen sind.
Wird mehr als eine Empfangsantenne bzw. Empfangseinheit 1 10a verwendet (wie dies in der Fig. 1 durch die dargestellte weitere Empfangseinheit 1 10b abgebildet ist), kann für jede Empfangsan¬ tenne bzw. Empfangseinheit i beispielsweise gemäß der vorstehend beschriebenen Vorgehens¬ weise eine entsprechende Karte M^1 unter Verwendung eines Empfangssignals 135 bzw. 140 dieser Empfangseinheit i bestimmt werden. Aus der Phasendifferenz Αφ
Figure imgf000014_0001
- (p(M (t, v)) eines Messpunkte t,v in zwei Karten Ml und Ml kann bei- f Αφ - Λ spielsweise der Winkel, in dem sich das Objekt befindet, gemessen werden a = aresin
\ 2■ π · d wobei λ die mittlere Wellenlänge der verwendeten Frequenzen und d der Abstand der betrachte¬ ten Empfangsantennen ist. Alternativ kann der 3D Abtastwerte-Geschwindigkeits- Entfernungsraum auch um die vierte Dimension„Winkel" erweitert werden. Hier wird eine entsprechende Modulation der Amplituden und Phasen in Abhängigkeit eines in Feinstufen (die auch als Referenzwinkel bezeichnet werden können) quantisierten Winkels (z. B. -18° bis 18° in 0.01 ° Schritten) vorgenommen. Eine Aufsummierung an der Dimension„Abtastwerte" liefert einen Ge- schwindigkeits-Entfernungs-Winkelraum. Durch diesen Ansatz können Objekte hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit, ihrer Entfernung und ihres Winkels getrennt werden.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 400 zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts in Bezug zu einem Empfänger eines Empfangssignals. Das Verfahren 400 umfasst einen Schritt 410 des Einlesens je zumindest einer Inphase-Komponente und einer Quadratur-Kompo¬ nente einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Empfangssignalen, die je ein von an dem Objekt zum Empfänger reflektiertes Signal repräsentieren, das mit einer vordefinierten Sendefrequenz ausgesandt wurde. Ferner umfasst das Verfahren 400 einen Schritt des Bildens 420 eines ersten Erkennungswertes xw unter Verwendung der Inphase-Komponente der Quadratur-Kompo- nente eines ersten der Empfangssignale, wobei der erste Erkennungswert einer vorbestimmten
Referenzgeschwindigkeit und einer vorbestimmten Referenzentfernung des Objekts vom Emp- fänger entspricht. Auch umfasst das Verfahren 400 einen Schritt des Ermitteins 430 eines zweiten Erkennungswertes unter Verwendung der Inphase-Komponente und der Quadratur-Komponente eines zweiten der Empfangssignale, wobei der zweite Erkennungswert der vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit und der vorbestimmten Referenzentfernung des Objekts vom Empfänger entspricht. Schließlich umfasst das Verfahren 400 einen Schritt des Bestimmens 440 einer der Re¬ ferenzgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit des Objektes in Bezug zum Empfänger und der Referenzentfernung als Entfernung des Objektes in Bezug zum Empfänger unter Verwendung des ersten und zweiten Erkennungswertes. Der hier vorgestellte Ansatz bietet einige Vorteile gegenüber den bekannten Ansätzen gemäß dem Stand der Technik. Hierbei ist einerseits die Möglichkeit zu nennen, eine Auflösung von mehreren Objekten sowohl bei gleicher Entfernung als auch bei gleicher Relativgeschwindigkeit durchführen zu können, wobei aktuelle Ansätze nur nach Relativgeschwindigkeit auflösen können. Weiterhin kann auch eine Messung stehender Objekte erfolgen sowie ein Mehrfachbetrieb von Rada- ren bei gleichem Frequenzband aufgrund der pseudozufälligen Modulation der Sendesignale des von einer Vorrichtung gemäß einem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgesandten Signals. Auch können durch ein stochastisches Abtasten durch pseudozufällige Modulation keine systematischen Fehler durch Überlagerungen auftreten (z. B. Umherwandern- von Rohzielen, Auslöschungen, etc.). Schließlich kann mit dem hier vorgestellten Ansatz vermieden werden, dass Über- reichweiten der verwendeten Sendesignale eine Störung von anderen Vorrichtungen verursachen, die ebenfalls zur Erkennung einer Geschwindigkeit und Entfernung eines Objektes vorgesehen sind.
Zusammenfassend lässt sich somit anmerken, dass es der hier vorgestellte Ansatz im Gegensatz zu bisher vorhandenen Verfahren erlaubt, eine sehr gute Auflösung von Geschwindigkeit und Entfernung sowohl für Fahrzeuge zu erreichen, die in derselben Entfernung starten und in unterschiedlicher Geschwindigkeit fahren als auch für Objekte, die mit derselben Geschwindigkeit aber in unterschiedlichen Entfernungen fahren. Weiterhin kann bei Bedarf und dem Vorhandensein von mindestens zwei Empfangsantennen bzw. Empfangseinheiten auch eine Trennung nach Objekt- winkel erfolgen. Somit können auch Objekte, die mit derselben Geschwindigkeit und derselben
Entfernung im Messbereich existieren, aufgelöst werden. Der hier vorgestellte Ansatz ist somit überlegen gegenüber klassischen Verfahren der Modulationstechnik, wie sie bisher verwendet wurden. Klassische FSK- und FMCW-Modulationstechniken verwenden deterministische Frequenzverläufe, weshalb eine gleichzeitige Verwendung mehrerer Radare entweder zur gegenseiti- gen Störung oder zur Reduktion der Bandbreite führt. Durch die beispielhaft vorgeschlagene Ver¬ wendung einer pseudozufälligen Frequenz innerhalb des gewählten Frequenzbandes können gleichzeitig viele Radare parallel betrieben werden, ohne sich gegenseitig signifikant zu stören. Hier kann durch einen variablen Seed-Wert des Zufallszahlengenerators die Wahrscheinlichkeit für ein gleichzeitiges Auftreten derselben Frequenzen bei unterschiedlichen Radaren minimiert werden. Ein weiterer großer Vorteil der Verwendung pseudozufälliger Frequenzen ist die als stochasti- sches Abtasten bekannte Eliminierung systematischer Messfehler, die durch Aliasing und Interfe¬ renzeffekte auftreten können und Radarmessungen signifikant stören können.
Der hier vorgestellte Ansatz kann auch für Messungen außerhalb der Verkehrssicherheit verwen¬ det werden. Insbesondere erlaubt das Verfahren auch eine verbesserte räumliche Auflösung bei der Vermessung allgemeiner 3-dimensionaler Objekte.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer wei¬ teren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste
100 Verkehrsüberwachungssystem
105a,b Objekt
1 10a,b Empfangsantenne, Empfangseinheit
120 Empfangssignal
125 (Sende-)Signal
130 (Radar-) Sendeantenne, Sendeeinheit
135 Objektsignal
140 Antennensignal
145 VCO
1 50 D/A-Wandler
155 Pseudo-Noise-Generator
157 IQ-Mischer
160 Verarbeitungseinheit, Mikrocontroller
165 A/D-Wandler
170 Ziele, Targets
200 Vorrichtung zum Erkennen
210 Schnittstelle zum Einlesen
220 Einheit zum Bilden
230 Einheit zum Ermitteln
240 Einheit zum Bestimmen
400 Verfahren zum Erkennen
410 Schritt des Einlesens
420 Schritt des Bildens
430 Schritt des Ermitteins
440 Schritt des Bestimmens

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (400) zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts (105a) in Bezug zu einem Empfänger (1 10a) eines Empfangssignals (120), wobei das Verfahren (400) zumindest die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen (410) je zumindest einer Inphase-Komponente (11 ) und einer Quadratur- Komponente (Q1 ) einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Empfangssignalen (120), die je ein von an dem Objekt (105a) zum Empfänger (1 10a) reflektiertes Signal (125) repräsentieren, das mit einer vordefinierten Sendefrequenz (f) ausgesandt wurde; Bilden (420) eines ersten Erkennungswertes (xj unter Verwendung der Inphase- Komponente (11) und der Quadratur-Komponente (Q1) eines ersten der Empfangssignale (120), wobei der erste Erkennungswert (xj einer vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit (v) und einer vorbestimmten Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom Empfänger (1 10a) entspricht;
Ermitteln (430) eines zweiten Erkennungswertes (xj unter Verwendung der Inphase- Komponente (11) und der Quadratur-Komponente (Q1) eines zweiten der Empfangssignale (120), wobei der zweite Erkennungswert (xj der vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit (v) und der vorbestimmten Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom Empfänger (1 10a) entspricht; und
Bestimmen (440) einer der Referenzgeschwindigkeit (v) entsprechenden Geschwindigkeit (v) des Objektes (105a) in Bezug zum Empfänger (1 10a) und der Referenzentfernung (v) als Entfernung des Objektes (105a) in Bezug zum Empfänger (1 10a) unter Verwendung des ersten und zweiten Erkennungswertes (xOT).
2. Verfahren (400) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens (440) der erste und zweite Erkennungswert (xj addiert werden.
3. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bildens (420) ferner ein dritter Erkennungswert (xj unter Verwendung der Inphase-Komponente (11 ) und der Quadratur-Komponente (Q1 ) des ersten der Empfangssignale (120) gebildet wird, wobei der dritte Erkennungswertes (xj einer weiteren Refe¬ renzgeschwindigkeit (v) und einer weiteren Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom Empfänger (1 10a) entspricht,
wobei im Schritt des Ermitteins (430) ferner ein vierter Erkennungswert (xj unter Verwendung der Inphase-Komponente (11 ) und der Quadratur-Komponente (Q1 ) des zweiten der Empfangssignale (120) ermittelt wird, wobei der vierte Erkennungswert (xj der weiteren Re- ferenzgeschwindigkeit (v) und der weiteren Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom Empfänger (1 10a) entspricht und
wobei im Schritt des Bestimmens (440) einer der Referenzgeschwindigkeit (v) entsprechenden Geschwindigkeit (v) des Objektes (105a) in Bezug zum Empfänger (1 10a) und der Refe- renzentfemung (v) als Entfernung des Objektes (105a) in Bezug zum Empfänger (1 10a) unter Verwendung des dritten und vierten Erkennungswertes (xj bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens (420) die Referenzgeschwindigkeit (v) als Geschwindigkeit des Objektes (105a) und die Referenzentfernung (r) als Entfernung des Objektes (105a) in Bezug zum Empfänger (1 10a) bestimmt werden, wenn ein Kombinationswert des ersten und zweiten Erkennungswertes (xj in einer vorbestimmten Beziehung zu einem Kombinationswert des dritten und vierten Erkennungswertes (xj steht.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch einen Schritt des Aussendens des an dem Objekt (105b) zu reflektierenden Signals (125), wobei eine Sendefrequenz (f) des Signals (125) abhängig von einer Pseudozufallssequenz gewählt wird.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens (410) je zumindest eine Inphase-Komponente (11 ) und einer Quadratur-Komponente (Q1) einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Antennensignalen (140) eingelesen werden, die je ein von an einem weiteren Objekt (105b) zum Empfänger (1 10a) reflektiertes Signal (125) repräsentieren, das mit einer vordefinierten Sendefrequenz (f) ausgesandt wurde,
wobei im Schritt des Bildens (420) ein erster Identifizierungswert (xj unter Verwendung der Inphase-Komponente (11) und der Quadratur-Komponente (Q1 ) eines ersten der Antennen¬ signale (140) gebildet wird, wobei der erste Identifizierungswert (xj einer vorbestimmten weiteren Referenzgeschwindigkeit (v) und einer vorbestimmten weiteren Referenzentfernung (r) des weiteren Objekts (105b) vom Empfänger (1 10a) entspricht;
wobei im Schritt des Ermitteins (430) ein zweiter Identifizierungswert (xw) unter Verwendung der Inphase-Komponente (11) und der Quadratur-Komponente (Q1 ) eines zweiten der Antennensignale (140) ermittelt wird, wobei der zweite Identifizierungswert (xj der vorbe¬ stimmten weiteren Referenzgeschwindigkeit (v) und der vorbestimmten weiteren Referenzentfernung (r) des weiteren Objekts (105b) vom Empfänger (1 10a) entspricht und wobei im Schritt des Bestimmens (440) eine der weiteren Referenzgeschwindigkeit (v) ent¬ sprechenden Geschwindigkeit (v) des Objektes (105b) in Bezug zum Empfänger (1 10a) und einer der weiteren Referenzentfernung (v) entsprechenden Entfernung des weiteren Objektes (105b) in Bezug zum Empfänger (1 10a) unter Verwendung des ersten und zweiten Identifizierungswertes (xj bestimmt wird.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens (410) je zumindest eine Inphase-Komponente (12) und einer Quadratur-Komponente (Q2) einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Objektsignalen (135), die je ein von an dem Objekt (105a) zu einem weiteren Empfänger (1 10b) reflektiertes Signal (125) repräsentieren, das mit einer unterschiedlichen Sendefrequenz (f) ausgesandt wurde,
wobei im Schritt des Bildens (420) ein erster Objekterkennungswert (xw) unter Verwendung der Inphase-Komponente (12) und der Quadratur-Komponente (Q2) des ersten der Objektsignale (135) gebildet wird, wobei der erste Objekterkennungswert (xvr) der Referenzgeschwindigkeit (v) und der Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom weiteren Empfänger (1 10b) entspricht,
wobei im Schritt des Ermitteins (430) der zweite Objekterkennungswert (xvr) unter Verwendung der Inphase-Komponente (12) und der Quadratur-Komponente (Q2) eines zweiten der Objektsignale (135) gebildet wird, wobei der zweite Objekterkennungswert (xj der Referenzgeschwindigkeit (v) und der Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom weiteren Empfänger (1 10b) entspricht und
wobei im Schritt des Bestimmens (440) eine der Referenzgeschwindigkeit (v) entsprechende Geschwindigkeit (v) des Objektes (105a) in Bezug zum weiteren Empfänger (1 10b) und der Referenzentfernung (v) als Entfernung des Objektes (105a) in Bezug zum weiteren Empfän¬ ger (1 10b) unter Verwendung des ersten und zweiten Objekterkennungswert (xj bestimmt wird.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet, durch einen Schritt des Detektierens eines Winkels (φ) zwischen dem Objekt (105a), dem Empfänger (1 10a) und dem weiteren Empfänger (1 10b), wobei im Schritt des Detektierens der Winkel (φ) unter Verwendung eines Abstandes (d) des Empfängers (1 10a) und des weiteren Empfängers (1 10b) und/oder einer gemittelten Frequenz (λ) aus denjenigen Sendefrequenzen (f) erfolgt, die Empfangssignalen (120, 135) entsprechen, welche zur Bestimmung des ersten und zweiten Erkennungswertes und des ersten und zweiten Objekterkennungswertes verwendet wurden.
Vorrichtung (160) zum Erkennen von einer Geschwindigkeit und einer Entfernung zumindest eines Objekts (105a) in Bezug zu einem Empfänger (1 10a) eines Empfangssignals (120), wo¬ bei die Vorrichtung (160) zumindest die folgenden Merkmale aufweist: eine Schnittstelle (210) zum Einlesen je zumindest einer Inphase-Komponente (11) und einer Quadratur-Komponente (Q1) einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Empfangssignalen (120), die je ein von an dem Objekt (105a) zum Empfänger (1 10a) reflektiertes Signal (125) repräsentieren, das mit einer vordefinierten Sendefrequenz (f) ausgesandt wurde;
eine Einheit (220) zum Bilden eines ersten Erkennungswertes (xj unter Verwendung der Inphase-Komponente (11) und der Quadratur-Komponente (Q1) eines ersten der Emp¬ fangssignale (120), wobei der erste Erkennungswert (xj einer vorbestimmten Referenz¬ geschwindigkeit (v) und einer vorbestimmten Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom Empfänger (1 10a) entspricht;
eine Einheit (230) zum Ermitteln eines zweiten Erkennungswertes (xvr) unter Verwendung der Inphase-Komponente (11) und der Quadratur-Komponente (Q1) eines zweiten der Empfangssignale (120), wobei der zweite Erkennungswert (xj der vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit (v) und der vorbestimmten Referenzentfernung (r) des Objekts (105a) vom Empfänger (1 10a) entspricht; und
eine Einheit zum Bestimmen (440) einer der Referenzgeschwindigkeit (v) entsprechenden Geschwindigkeit (v) des Objektes (105a) in Bezug zum Empfänger (1 10a) und der Referenzentfernung (v) als Entfernung des Objektes (105a) in Bezug zum Empfänger (1 10a) unter Verwendung des ersten und zweiten Erkennungswertes (xj.
10. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung (160) ausgeführt wird.
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