DE102006061670A1 - Verfahren zum Betreiben eines Radars und ein Radar - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Radars, mit den folgenden Schritten: Bestimmen von ersten und zweiten Differenzsignalen aus einem ersten bzw. zweiten ausgesendeten frequenzmodulierten Signal und empfangener, von einer Mehrzahl von Objekten reflektierter Anteile des ersten bzw. zweiten ausgesendeten frequenzmodulierten Signals; Bestimmen von jeweils einem ersten bzw. zweiten Chirpsignals zu jedem ersten und zweiten Differenzsignal, wobei das erste Chirpsignal der zweifachen Ableitung der Phase des ersten Differenzsignals nach der Zeit entspricht; Zuordnen von einem der ersten Differenzsignale zu einem der zweiten Differenzsignale, basierend auf einer Entsprechung des ersten Chirpsignals, das dem einen ersten Differenzsignal zugeordnet ist, zu dem zweiten Chirpsignal, das dem einen zweiten Differenzsignal zugeordnet ist; und Bestimmen von Abstand und/oder Relativgeschwindigkeit eines der Objekte, basierend auf dem einen ersten Differenzsignal und dem einen dem ersten Differenzsignal zugeordneten zweiten Differenzsignal.

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Radars, insbesondere eines Radars für Fahrerassistenzsystem in einem Kraftfahrzeug. und ein Radar, welches das vorgenannte Verfahren durchführt.
  • Fahrerassistenzsysteme erleichtern das Führen eines Fahrzeuges in Alltagssituationen, wie z. B. beim Einparken, beim Fahren im Kolonnenverkehr, aber auch in Ausnahmesituationen, z. B. zur Vermeidung eines Unfalls. Die Fahrerassistenzsysteme benötigen hierzu zuverlässige Radarsysteme, die den Abstand zu einem Hindernis und gegebenenfalls dessen Relativgeschwindigkeit zu dem Fahrzeug bestimmen.
  • Zweckmäßigerweise werden FMCW-Radars (frequency modulated continuous wave radar; frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radar) verwendet. Das FMCW-Radar emittiert ein Ausgangssignal mit sich monoton ändernder Frequenz gemäß mehreren einstellbaren Modulationsraten. Die von einem potentiellen Hindernis reflektierten Anteile des emittierten Signals werden von dem Radar empfangen. Das momentan empfangene und das momentan emittierte Signal unterscheiden sich in ihrer Frequenz in Abhängigkeit der Laufzeit von einem emittierten Signal zu dem potentiellen Hindernis und der momentanen Modulationsrate der Frequenz des emittierten Signals. Eine Auswertungseinrichtung bestimmt aus der Differenz der Frequenzen die Laufzeit und somit die Entfernung zu dem potentiellen Hindernis.
  • Eine Frequenzänderung ergibt sich auch entsprechend dem Dopplereffekt bei einer Relativbewegung des Hindernisses zu dem Radar. Eine Auswertung dieser Frequenzverschiebung ermöglicht die Bestimmung der Relativgeschwindigkeit.
  • Da eine Frequenzverschiebung sowohl auf den Abstand als auch die Relativgeschwindigkeit zurückgeführt werden kann, ist eine einzelne Messung für diese beiden Größen nicht eindeutig. Es wird eine zweite Messung durchgeführt. Die Modulationsrate bei der zweiten Messung ist verschieden zu der Modulationsrate bei der ersten Messung. Eine Identifizierung des Beitrags von der Relativgeschwindigkeit zu der Frequenzverschiebung ist aufgrund der Unabhängigkeit von der Änderung der Modulationsrate der Frequenz des emittierten Signals, im Gegensatz zu den Signallaufzeitmessungen für den Abstand identifizierbar.
  • Das vorgenannte Verfahren erfordert, dass die erste Messung eindeutig der zweiten Messung zuordenbar ist. Solange nur ein Hindernis vorhanden ist, ist dies in trivialer Weise möglich. Jedoch ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten, wenn Signale von mehreren Objekten in unterschiedlichen Entfernungen und/oder mit unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten empfangen werden. Eine Zuordnung von aufeinanderfolgenden Messungen zu einem Objekt erfordert aufwändige Suchalgorithmen, welche unter Anderem die Trajektorie eines Objekts verfolgen.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 schafft ein Verfahren zum Betreiben eines Radars, welches sich insbesondere eignet reflektierte Signale von einer Mehrzahl von Objekten einander zuzuweisen und die jeweiligen Abstände und/oder Relativgeschwindigkeiten zu den Objekten zu schätzen.
  • Hierzu sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen:
    • – Bestimmen von ersten Differenzsignalen aus einem erstes ausgesendeten frequenzmodulierten Signal und empfangener, von einer Mehrzahl von Objekten reflektierter Anteile des ersten ausgesendeten frequenzmodulierten Signals;
    • – Bestimmen von jeweils einem ersten Chirpsignal zu jedem ersten Differenzsignal, wobei das erste Chirpsignal der zweifachen Ableitung der Phase des ersten Differenzsignals nach der Zeit entspricht;
    • – Bestimmen von zweiten Differenzsignalen aus einem zweiten ausgesendeten frequenzmoduliertes Signal und empfangener, von der Mehrzahl von Objekten reflektierter Anteile des zweiten ausgesendeten frequenzmodulierten Signals;
    • – Bestimmen von jeweils einem zweiten Chirpsignal zu jedem zweiten Differenzsignal, wobei das zweite Chirpsignal der zweifachen Ableitung der Phase des zweiten Differenzsignals nach der Zeit entspricht;
    • – Zuordnen von einem der ersten Differenzsignale zu einem der zweiten Differenzsignale basierend auf einer Entsprechung des ersten Chirpsignal, das dem einen ersten Differenzsignal zugeordnet ist, zu dem zweiten Chirpsignal, das dem einen zweiten Differenzsignal zugeordnet ist; und
    • – Bestimmen von Abstand und/oder Relativgeschwindigkeit eines der Objekte basierend auf dem einen ersten Differenzsignal und dem einen dem ersten Differenzsignal zugeordneten zweiten Differenzsignal.
  • Die Phase eines Signals beschreibt den zeitlichen Verlauf der Amplitude. Die zeitliche Entwicklung der Phase wird herkömmlich in mehrere Anteile gemäß ihrer Zeitabhängigkeit unterteilt. Die Frequenz beschreibt die zeitliche Änderung der Phase, wobei diese Änderung selbst über die Zeit konstant ist. Der Frequenzchirp oder kurz Chirp beschreibt die Änderungen der Phase, wobei sich die Änderung selbst ebenfalls über die Zeit kontinuierlich ändert. Durch eine zweifache Ableitung, d. h. zweifaches Differenzieren, der Phase nach der Zeit erhält man eine dem Chirp proportionale Größe.
  • In der Einleitung ist diskutiert, dass eine Zuordnung der ersten Differenzsignale aus einer ersten Messung zu den zweiten Differenzsignalen aus einer zweiten Messung notwendig ist, um aus den beiden Differenzsignalen den Abstand und gegebenenfalls die Relativgeschwindigkeit zu bestimmen. Es wurde erkannt, dass eine solche Zuordnung durch einen Vergleich des Chirps eines ersten Differenzsignals aus der ersten Messung mit den Chirps jedes zweiten Differenzsignals aus den zweiten Messungen erfolgen kann. Der Chirp weist eine gegenüber der Frequenz andere nichttriviale Abhängigkeit von dem Abstand, der Relativgeschwindigkeit und der verwendeten Modulationsrate auf. Somit ist in dem Chirp eine zusätzliche weitere Information enthalten, die zur Auswertung heranziehbar ist.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Bestimmen des ersten und/oder des zweiten Chirpsignals folgende Schritte umfasst:
    Ermitteln eines komplexen Spektrums des Differenzsignals;
    • – Anpassen eines jeweils eines theoretischen komplexen Spektrums an jedes Extrema des komplexen Spektrums;
    • – Bestimmen einer Phase des Spektrum gemäß
      Figure 00030001
    • – wobei Im(A) den Imaginärteil und Re(A) den Realteil des angepassten Spektrums bezeichnet; und
    • – Bestimmen des ersten und/oder des zweiten Chirpsignals als den Wert der zweifachen Ableitung der Phase nach der Frequenz bei der Frequenz an der das Spektrum das Extremum annimmt.
  • Das theoretische Spektrum kann durch eine Fourier-Transformierte des Differenzsignals bestimmt werden.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das erste frequenzmodulierte Signal eine erste Modulationsrate und das zweite frequenzmodulierte Signal eine zweite Modulationsrate aufweist und die erste Modulationsrate und die zweite Modulationsrate verschieden sind.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine erstes Chirpsignal einem zweiten Chirpsignal entspricht, wenn der Quotient des ersten Chirpsignals durch die erste Modulationsrate sich von dem Quotient des zweiten Chirpsignals durch die zweite Modulationsrate um nicht mehr als einen vorgegebenen Schwellwert unterscheidet. Diese Verfahren eignet sich insbesondere, wenn angenommen werden kann, dass die auftretenden Beschleunigungswerte gering sind.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass aus den Frequenzen ersten und zweiten Differenzsignalen ein erster Werteraum potentiell eingenommener Geschwindigkeiten eines Objekts bestimmt werden und aus den ersten und zweiten Chirpsignalen ein zweiter Werteraum potentiell eingenommener Geschwindigkeiten des Objekts bestimmt werden und das Objekt als mit der Geschwindigkeit bestimmt wird, die in beiden Werteräumen enthalten ist. Einführend ist beschrieben, dass aus den Frequenzen der ersten und zweiten Differenzsignale keine eindeutige Aussage über die Geschwindigkeit eines Objekts getroffen werden kann, wenn mehr als ein erstes Differenzsignal aufgrund mehrerer Objekte auftritt. Dennoch schränkt eine entsprechende Untersuchung die Zahl möglicher Geschwindigkeiten auf einen ersten Werteraum ein. In Analogie ergibt sich dieselbe Problematik der Nichteindeutigkeit bei der Auswertung von Chirpsignalen. Auch diese sind bei mehreren Objekten a priori nicht eindeutig aus den ersten und zweiten Messungen einander zuordbar. Aber eine Auswertung der Chirpsignale schränkt auch die Zahl möglicher Geschwindigkeiten auf einen zweiten Werteraum ein. Da die Abhängigkeit der Chirpsignale von der Geschwindigkeit und den Frequenzen der Differenzsignale verschieden ist, ist die Schnittmenge der beiden Werteräume klein, in den meisten Fällen umfasst die Schnittmenge nur die tatsächlich eingenommen Geschwindigkeit.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und beiliegender Figuren beschrieben. In den Figuren zeigen:
  • 1 schematische Darstellung einer beispielhaften Situation im Straßenverkehr;
  • 2 emittierte Signale mit unterschiedlichen Modulationsraten;
  • 3 Illustration zur Bestimmung von Abstand und Geschwindigkeit mittels eines Radars nach dem Stand der Technik;
  • 4 Spektrum;
  • 5 Blockdiagramm einer Ausführungsform; und
  • 6, 7 Spektren bei zwei reflektierenden Objekten; und
  • 8 Graphik zur einer Problematik bei der Bestimmung von Abstand und Geschwindigkeit bei zwei reflektierenden Objekten.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • 1 illustriert eine typische Situation im Straßenverkehr. Einem Fahrzeug 1 fährt ein Fahrzeug 2 voraus und seitlich am Straßenrand befindet sich ein Baum 3. Das vorausfahrende Fahrzeug 2 weist im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie das Fahrzeug 1 auf, d. h. die Relativgeschwindigkeit ist nahezu 0. Der Abstand beträgt mehrere 10 m. Die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeuges 1 zu dem stehenden Baum 3 entspricht der Geschwindigkeit, mit der der Fahrer des Fahrzeuges 1 fährt. Viele weitere Objekte mit unterschiedlichen Abständen und Relativgeschwindigkeiten bezüglich des Fahrzeuges 1 treten im Straßenverkehr auf, der hier beschriebene Baum 3 und das vorausfahrende Fahrzeug 2 sind rein exemplarisch zur Erläuterung der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen.
  • Das Fahrzeug 1 weist ein FMCW-Radar 4 auf. Das Radar emittiert ein Ausgangsignal 5 in Richtung zu dem vorausfahrenden Fahrzeug 2 und dem Baum 3. Das vorausfahrende Fahrzeug 2 reflektiert einen Anteil des emittierten Ausgangssignals 5 in Richtung zu dem Radar 4. Das reflektierte Signal 6 wird von dem Radar 4 empfangen. Gleichermaßen ergibt sich ein reflektiertes Signal 7 von dem Baum, welches zu dem Radar 4 gerichtet ist.
  • Das FMCW-Radar moduliert die Frequenz f des emittierten Signals 5. Innerhalb eines Zeitabschnittes T1, T2 wird die Frequenz f von einem Ausgangswert mit einer festen Modulationsrate geändert (vgl. 2). Während der Laufzeit eines emittierten Signals 5 von dem Radar 4 zu dem vorausfahrenden Fahrzeug 2 und durch die Reflektion als reflektiertes Signal 6 zurück zu dem Radar 4, hat sich in der Zwischenzeit die Frequenz des nun emittierten Signals 5 verändert, in dem vorliegenden Beispiel erhöht. Bei einer bekannten Modulationsrate der Frequenz, typischerweise einer konstanten Modulationsrate, kann somit aus dem Frequenzunterschied zwischen dem momentan emittierten Signal 5 und dem momentan empfangenen reflektierten Signal 6 der Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug 2 bestimmt werden.
  • Bei den obigen Ausführungen zur Bestimmung des Abstandes ist angenommen, dass das vorausfahrende Fahrzeug 2 eine Relativgeschwindigkeit mit dem Betrag 0, d. h. keine Relativgeschwindigkeit, zum Fahrzeug 1 aufweist. Der Baum 3 bewegt sich auf das Fahrzeug 1 zu. Aufgrund der Relativbewegung erfahrt das reflektierte Signal 7 gegenüber dem emittierten Signal 5 eine Frequenzverschiebung, die als Dopplereffekt oder Dopplerverschiebung bekannt ist. Die Frequenzänderung ist in guter Näherung proportional zur Relativgeschwindigkeit. Falls das Radar 4 die Frequenz des emittierten Signals 5 über die Zeit nicht variiert, kann aus der Frequenzverschiebung auf die Relativgeschwindigkeit geschlossen werden.
  • Im Regelfall weist das reflektierende Objekt, z. B. der Baum 3, eine Relativgeschwindigkeit auf und die Frequenz des emittierten Signals 5 wird über die Zeit variiert. Die Differenzfrequenz fd des momentan empfangenen reflektierten Signals zu dem momentan emittierten Signal ergibt sich nach folgender Beziehung:
    Figure 00060001
    wobei c die Lichtgeschwindigkeit, s die Modulationsrate der Frequenz des emittierten Signals 5, fc die Frequenz des emittierten Signals 5 zum Zeitpunkt der Emission und v die Relativgeschwindigkeit bezeichnet. In guter Näherung kann fc durch die mittlere Frequenz des emittierten Signals ersetzt werden.
  • Aus der Beziehung (1) ist ersichtlich, dass bei einer bekannten mittleren Frequenz fc, einer bekannten Modulationsrate s und einer bestimmten Differenzfrequenz fd sich eine lineare Abhängigkeit zwischen möglichen Abständen d und möglichen Relativgeschwindigkeiten v eines reflektierenden Objekts ergibt. Diese Abhängigkeit lässt sich graphisch als eine Gerade G1 in einem Koordinatensystem mit der x-Achse gleich dem Abstand d und der y-Achse gleich der Geschwindigkeit v darstellen (3). Eine eindeutige Bestimmung des Abstandes d und eine eindeutige Bestimmung der Geschwindigkeit v wird durch eine zweite Messung erreicht, bei der die Modulationsrate s geändert ist. In der graphischen Darstellung führt dies zu einer zweiten Gerade G2 mit einer zur ersten Gerade G1 geänderten Steigung. Der Schnittpunkt der beiden Geraden gibt graphisch den tatsächlichen Abstand d und die tatsächliche Relativgeschwindigkeit v an.
  • Für die Erläuterung der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Radars werden zunächst erkannte Eigenschaften der Differenzsignale beschrieben, welche für das Verfahren nützlich sind und verwendet werden.
  • Die Phase des Differenzsignals weist eine Zeitabhängigkeit auf, die sich näherungsweise durch die Beziehung 2 darstellen lässt: φ = φ0 + 2πfdt + πβt2, (2)wobei φ0 eine konstante Phase, fd die Differenzfrequenz des momentan reflektierten Signals zu dem momentan emittieren Signal, β den sogenannten Frequenzchirp und t die Zeit bezeichnet. Abhängigkeiten der Phase φ von Termen in dritter Ordnung der Zeit sind für die verwendeten FMCW-Radars im Straßenverkehr vernachlässigbar gering.
  • Der Frequenzchirp β entspricht einer nicht-konstanten Änderung der Differenzfrequenz fd über die Zeit. Bei einem FMCW-Radar setzt sich der Frequenzchirp β gemäß der Beziehung (3) zusammen:
    Figure 00070001
  • Der Ausdruck ds/dt bezeichnet Nicht-Linearitäten der Modulationsrate. Unterschreitet die Nicht-Linearität der Modulationsrate im Betrag 2,5 1010 Hz/s2 ist der Term bei typischerweise auftretenden Abstände d, Geschwindigkeiten v und Beschleunigungen a vernachlässigbar für den Chirp β.
  • Das Produkt aus der mittleren Emissionsfrequenz fc des FMCW-Radars und den im Straßenverkehr typisch auftretenden Beschleunigungen a, ist um mindestens eine Größenordnung geringer als das Produkt aus der Modulationsrate s und den typisch auftretenden Geschwindigkeiten v im Straßenverkehr. Die typischen mittleren Emissionsfrequenzen liegen im Bereich von 7,65 1010 Hz und die typischen Modulationsraten s im Bereich von 5,0 1016 Hz/s. Typische Geschwindigkeiten v eines Fahrzeugs liegen im Bereich zwischen 10 und 50 m/s, während die Beschleunigungswerte a nur in Ausnahmefällen Werte von 5 m/s2 erreichen. In guter Näherung ist der Frequenzchirp β folglich nur von der Geschwindigkeit v und der Modulationsrate s abhängig.
  • Die Bestimmung des Chirps β kann aus der zeitabhängigen Phase φ durch zweifaches Differenzieren, d. h. Ableiten, nach der Zeit ermittelt werden, wie aus Beziehung (2) ersichtlich. In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erweist es sich allerdings als zweckmäßig den Chirp β gemäß dem nachfolgend beschriebenen Schritten zu bestimmen. Insbesondere erweist es sich als ausreichend eine dem Chirp β proportionale Größe zu ermitteln. Zusammengefasst wird aufgezeigt, wie der Chirp β oder eine ihm proportionale Größe durch zweifaches Ableiten nach der Frequenz aus einem Spektrum gewonnen wird.
  • Ein Spektrum entspricht der Fourier-Transformierten der Phase oder des Phasensignal. Falls das Phasensignal im Wesentlichen nur ein Extremum bei einer Frequenz fd aufweist kann das Spektrum durch folgende Beziehung angepasst werden:
    Figure 00080001
  • Die Parameter ρ, σ und ψ bezeichnen Parameter, die zum Anpassen eines theoretischen Spektrums nach der Beziehung (4) an ein reales Spektrum ermöglichen. Die Frequenzachse wird durch f, die Frequenz des Differenzsignals durch fd und der Chirp durch β bezeichnet. Das konjugiert Komplexe des Spektrums A wird durch das Kürzel c.c. bezeichnet. Die Beziehungen (5), (6) und (7) geben Definitionen für die in dem Spektrum nach Beziehung (4) verwendeten Größen an.
  • Weist das Phasensignal oder Differenzsignal mehr als ein Extremum auf, wird eine Linearkombination von Spektren A gemäß Beziehung (4) angepasst. Jedem Extremum bei der Frequenz fd oder jedem Differenzsignal, das von verschiedenen Objekten herrührt, wird somit ein eigenes Spektrum A zugeordnet.
  • Begrifflich wird für das Spektrum A eine Phase Φ eingeführt. Die Phase Φ gibt die Abhängigkeit des Spektrums von der Frequenzachse f an. Nachfolgend wird auf die Phase Φ als Phase Φ im Frequenzraum Bezug genommen. Die Phase Φ im Frequenzraum kann aus der Beziehung (4) bestimmt werden, nachdem das theoretische Spektrum A an das gemessene Spektrum angepasst ist. Für die Phase Φ im Frequenzraum gilt:
    Figure 00080002
  • Die Phase Φ im Frequenzraum ist abhängig von dem Frequenzchirp β. Der Frequenzchirp β führt zu einer Verbreiterung das Extremums des Spektrums A, welche durch den Parameter ρ vorgegeben sind. Da diese Verbreiterung im Bereich weniger Prozent liegt, ist sie vernachlässigbar.
  • Eine zu dem Frequenzchirp β proportionale Größe wird durch zweifaches Ableiten der Phase Φ im Frequenzraum nach der Frequenz f ermittelt. Die Proportionalitätskonstante zwischen der zweifachen Ableitung der Phase Φ im Frequenzraum nach der Frequenz f und dem Frequenzchirp β ist im Wesentlichen nur von einer gewählten Fensterfunktion zum Ermitteln der Fourier-Transformierten, z. B. einer Gaußschen Fensterfunktion, und bei einer diskreten Fourier-Transformation von der Auflösung des Frequenzraums abhängig.
  • Das näherungsweise Bestimmen der zweifachen Ableitung der Phase Φ im Frequenzraum bei der Frequenz fd im Extremum kann wie folgt erfolgen:
    Figure 00090001
    dabei bezeichnet Φa die Phase bei der Frequenz fa, Φb die Phase bei der Frequenz fb und es gilt fa ist kleiner die Frequenz fd und die Frequenz fd ist kleiner fb, vergleiche das Spektrum in 4.
  • Das Verfahren zum Bestimmen des Chirps oder einer dem Chirp proportionalen Größe umfasst folgende Schritte:
    • – Anpassen einer Linearkombination von Spektren A gemäß der Beziehung (4);
    • – Ermitteln der Phase Φ im Frequenzraum aus den jeweiligen Spektren; und
    • – Bestimmen einer dem Chirp proportionale Größe als den Wert der zweifachen Ableitung der Phase Φ im Frequenzraum bei der Frequenz fd, bei der das Spektrum ein Extremum aufweist.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft anhand der in 1 dargestellten Situation erläutert und ist als Flussdiagramm in 5 schematisch illustriert.
  • Zunächst wird eine erste Modulationsrate s festgelegt (30). Das FMCW-Radar emittiert Signale 5 für eine Zeitspanne, in welcher die Frequenz des emittierten Signals entsprechend der ersten Modulationsrate s variiert wird (31). Das Radar 4 empfängt zwei reflektierte Signale 6, 7. Das FMCW-Radar 4 mischt die empfangenen reflektierten Signale 6, 7 mit dem momentan emittierten Signal 5. Aus den entstehenden Mischprodukten wird alleinig das Differenzsignal zwischen dem momentan emittierten Signal und den momentan empfangenen reflektierten Signalen 6, 7 ermittelt, gegebenenfalls sind die Mischer derart eingerichtet, dass nur das Differenzsignal entsteht. Die jeweiligen sich ergebenden Differenzfrequenzen fd der beiden reflektierten Signale 6, 7 zu den momentan emittierten Signalen sind beispielhaft in 6 als Frequenz f1 und Frequenz f2 angegeben. Typischerweise unterscheiden sich die beiden Frequenzen f1, f2.
  • Zu einem späteren Zeitpunkt, typischerweise innerhalb einer oder weniger Millisekunden, wird eine zweite Messung durchgeführt, dazu wird die Modulationsrate s der Frequenz des emittierten Signals 5 geändert (35). Die Modulationsrate s der ersten Messung und die Modulationsrate s der zweiten Messung unterscheiden sich. Das sich nun ergebende Spektrum aus den Differenzsignalen kann beispielsweise wie in 7 illustriert aussehen. Das Spektrum weist wiederum zwei Peaks oder Extrema, diesmal bei den Frequenzen f3, f4 auf. Aus den beiden Spektren ist jedoch a priori nicht erkennbar, ob das Extremum bei der Frequenz f1 und das Extremum bei der Frequenz f3 reflektierten Signalen 7 desselben Objekts, z. B. dem Baum 3 oder dem vorausfahrenden Fahrzeug 2, oder die Extrema bei den Frequenzen f1 und f4 den reflektierten Signalen 7 desselben Objekts zuzuordnen sind.
  • Die Abhängigkeit möglicher Abstände d von möglichen Relativgeschwindigkeiten v lässt sich für jedes der Extrema bestimmen und ist beispielhaft in 8 graphisch dargestellt. Die beiden Geraden 21, 22 entsprechen beispielhaft den Extrema f1, f2 zu der ersten Messung und die Geraden 23, 24 den beiden Extrema bei den Frequenzen f3, f4 aus der zweiten Messung. Die Gerade 21 zugeordnet zu der ersten Messung schneidet sowohl die Gerade 23 als auch die Gerade 24, die der zweiten Messung zugeordnet sind. Ohne weitere Kenntnisse ergibt sich somit kein eindeutiges Ergebnis, welchen Abstand d und welche Relativgeschwindigkeit v ein Objekt aufweist, von dem das reflektierte Signal mit der Frequenz f1 in der ersten Messung herrührt. Gleiches gilt für das weitere Objekt, das in der ersten Messung durch das Extremum bei der Messung f2 identifiziert wird.
  • Die nachfolgenden Verfahrensschritte ermöglichen die Bereitstellung einer Zusatzinformation, die eine Zuordnung des Extremums bei der Frequenz 13 oder des Extremums bei der Frequenz f4 aus der zweiten Messung zu dem Extremum bei der Frequenz f1 aus der ersten Messung ermöglicht oder zumindest erleichtert, respektive ob ein Schnittpunkt der Gerade 21 mit der Geraden 23 oder ein Schnittpunkt der Geraden 21 mit der Geraden 24 auszuwerten ist.
  • Aus den Differenzsignalen der ersten Messung wird der Chirp oder Frequenzchirp bestimmt. Hierzu werden vorzugsweise die Verfahrenschritte angewandt, welche zuvor bereits beschrieben sind. In dem beschriebenen Beispiel wird eine Linearkombination aus zwei theoretischen Spektren A an die gemessenen Spektren aus der ersten Messung angepasst (40). Die Phase im Frequenzraum kann für jedes Spektrum A explizit bestimmt werden. Geeignete Implementierungen (41) bestimmen den Wert der zweiten Ableitung der Phase im Frequenzraum nach der Frequenz bei dem jeweiligen Extremum unmittelbar aus der komplexen Amplitude des jeweiligen Spektrums unter Ausnützung der obig beschriebenen Beziehungen (4) bis (9). Die somit erhaltene Größe gibt den Chirp an. Für jedes Objekt und sein sich daraus ergebendes Differenzsignal, welches durch ein Spektrum A angepasst wird, wird der jeweilige Wert des Chirps ermittelt. Vorzugsweise wird nur eine dem Chirp proportionale Größe bestimmt.
  • Analog wird der Chirp zu jedem Extremum eines Spektrums aus der zweiten Messung ermittelt (42, 43).
  • In einem nächsten Schritt (44) werden die jeweiligen Chirps aus der ersten Messung mit den Chirps aus der zweiten Messung miteinander verglichen. Zuvor ist bereits ausgeführt worden, dass der Chirp im Wesentlichen proportional zu der Relativgeschwindigkeit v und der Modulationsrate s ist. Zwischen der ersten Messung und der zweiten Messung wird davon ausgegangen, dass sich die Relativgeschwindigkeit v eines Objekts nicht ändert. Entsprechend ist der Quotient aus dem Frequenzchirp β und der Modulationsrate s eine Unveränderliche. Es werden somit Paare von Chirps aus der ersten und der zweiten Messung gesucht, die geteilt durch die Modulationsrate der ersten bzw. zweiten Messung identisch oder nahezu identisch sind. Eine Abweichung der Quotienten innerhalb einer Toleranzschwelle wird als identisch erachtet.
  • Jeder Chirp wird aus einem Spektrum A ermittelt, das genau ein Extremum bei einer Frequenz fd aufweist. Der Chirp kann somit jeweils einem Extremum in einem gemessenen Spektrum zugeordnet werden. Zu einem Paar aus einem ersten Chirp aus einer ersten Messung und einem zweiten Chirp aus einer zweiten Messung wird das zugehörige Paar aus der dem ersten Chirp zugehörigen Frequenz und der dem zweiten Chirp zugehörigen Frequenz ermittelt (45). Aus dem Paar von Frequenzen wird unter Ausnützung der Beziehung (1) der Abstand und/oder die Relativgeschwindigkeit zu einem Objekt bestimmt (46).
  • Die zeitliche Abfolge der einzelnen Verfahrenschritte ist nicht durch die beschriebene Abfolge limitiert. Zweckmäßigerweise erfolgt das Ermitteln der Chirps oder Chirpsignale in getrennten Datenverarbeitungseinrichtungen, so dass eine parallele Verarbeitung zum Erfassen und Bestimmen der Differenzsignale möglich ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird der Anteil der Beschleunigung a in dem Chirp berücksichtigt. Bei zwei aufeinanderfolgenden Messungen mit unterschiedlicher Modulationsrate bleibt der Beitrag der Beschleunigung zu dem Chirp unverändert, die der Relativgeschwindigkeit ändert sich, wie aus der Beziehung (3) ersichtlich. Es ergeben sich somit für die erste und die zweite Messung eine lineare Abhängigkeit möglicher Beschleunigungen und Relativgeschwindigkeiten zu einem gemessenen Chirp. Diese Abhängigkeiten können beide als Geraden in einem Diagramm mit der Beschleunigung und der Relativgeschwindigkeit als Achsen aufgetragen werden. Der Schnittpunkt der beiden Geraden ergibt dann die tatsächliche Beschleunigung und die tatsächliche Relativgeschwindigkeit des Objekts.
  • Bei mehreren Objekten ergeben sich Mehrdeutigkeiten analog zu 8, da nicht vorab ersichtlich ist, welche Schnittpunkte der Geraden zu berücksichtigen sind.
  • Aus der Abhängigkeit von Relativgeschwindigkeit und Abstand festgelegt durch die gemessenen Differenzfrequenzen (Beziehung 2) aus den ersten und zweiten Messungen ergeben sich Schnittpunkte im Lösungsraum. Hierdurch werden zumindest die möglicherweise eingenommenen Geschwindigkeiten auf eine endliche Zahl eingeschränkt. Aus der Abhängigkeit von Relativgeschwindigkeit und Beschleunigung festgelegt durch die bestimmten Chirps (Beziehung 3) aus den ersten und zweiten Messungen ergeben sich Schnittpunkte im Lösungsraum. Hierdurch werden ebenfalls die möglicherweise eingenommenen Geschwindigkeiten eingeschränkt. Eine Suche nach Werten für Geschwindigkeiten, die in beiden Lösungsräumen noch enthalten sind, ermöglichen die Geschwindigkeit weiter einzuschränken oder gegebenenfalls genau zu bestimmen.
  • Eine Vorrichtung zum Durchführen der vorgenannten Ausführungsform sieht zumindest eine Sende und eine Empfangseinrichtung für Radar-Hochfrequenzsignale vor. Eine Mischereinrichtung ermittelt aus dem momentan gesendeten und den momentan empfangenen Signalen die Differenzsignale. Eine Datenverarbeitungseinrichtung ermittelt aus dem Spektrum die zweite Ableitung der Phase nach der Frequenz.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist, ist sie nicht darauf beschränkt. Insbesondere ist sie nicht auf die einzelnen Verfahrensschritte zum Ermitteln des Chirps beschränkt. Der Chirp kann auch durch einfaches Differenzieren des Spektrums in der Nähe der Extrema gewonnen werden, auch wenn das vorgenannte Verfahren wegen seiner höheren Güte bevorzugt wird.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Radars, insbesondere eines Radars für ein Fahrerassistenzsystem in einem Kraftfahrzeug, mit den folgenden Schritten: Bestimmen von ersten Differenzsignalen aus einem erstes ausgesendeten frequenzmodulierten Signal und empfangener, von einer Mehrzahl von Objekten reflektierter Anteile des ersten ausgesendeten frequenzmodulierten Signals; Bestimmen von jeweils einem ersten Chirpsignal zu jedem ersten Differenzsignal, wobei das erste Chirpsignal der zweifachen Ableitung der Phase des ersten Differenzsignals nach der Zeit entspricht; Bestimmen von zweiten Differenzsignalen aus einem zweiten ausgesendeten frequenzmoduliertes Signal und empfangener, von der Mehrzahl von Objekten reflektierter Anteile des zweiten ausgesendeten frequenzmodulierten Signals; Bestimmen von jeweils einem zweiten Chirpsignal zu jedem zweiten Differenzsignal, wobei das zweite Chirpsignal der zweifachen Ableitung der Phase des zweiten Differenzsignals nach der Zeit entspricht; Zuordnen von einem der ersten Differenzsignale zu einem der zweiten Differenzsignale basierend auf einer Entsprechung des ersten Chirpsignal, das dem einen ersten Differenzsignal zugeordnet ist, zu dem zweiten Chirpsignal, das dem einen zweiten Differenzsignal zugeordnet ist; und Bestimmen von Abstand und/oder Relativgeschwindigkeit eines der Objekte basierend auf dem einen ersten Differenzsignal und dem einen dem ersten Differenzsignal zugeordneten zweiten Differenzsignal.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des ersten und/oder des zweiten Chirpsignals folgende Schritte umfasst: Ermitteln eines komplexen Spektrums des Differenzsignals; Anpassen eines jeweils eines theoretischen komplexen Spektrums an jedes Extrema des komplexen Spektrums; Bestimmen einer Phase des Spektrum gemäß
    Figure 00140001
    wobei Im(A) den Imaginärteil und Re(A) den Realteil des angepassten Spektrums bezeichnet; und Bestimmen des ersten und/oder des zweiten Chirpsignals als den Wert der zweifachen Ableitung der Phase nach der Frequenz bei der Frequenz an der das Spektrum das Extremum annimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das theoretische Spektrum durch eine Fourier-Transformierte des Differenzsignals bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste frequenzmodulierte Signal eine erste Modulationsrate und das zweite frequenzmodulierte Signal eine zweite Modulationsrate aufweist und die erste Modulationsrate und die zweite Modulationsrate verschieden sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine erstes Chirpsignal einem zweiten Chirpsignal entspricht, wenn der Quotient des ersten Chirpsignals durch die erste Modulationsrate sich von dem Quotient des zweiten Chirpsignals durch die zweite Modulationsrate um nicht mehr als einen vorgegebenen Schwellwert unterscheidet.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei aus den Frequenzen der ersten und zweiten Differenzsignale ein erster Werteraum potentiell eingenommener Geschwindigkeiten eines Objekts bestimmt werden und aus den ersten und zweiten Chirpsignalen ein zweiter Werteraum potentiell eingenommener Geschwindigkeiten des Objekts bestimmt werden und das Objekt als mit der Geschwindigkeit bestimmt wird, die in beiden Werteräumen enthalten ist.
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