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DE102015009382A1 - Method for radar-based determination of a height of an object - Google Patents

Method for radar-based determination of a height of an object Download PDF

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DE102015009382A1
DE102015009382A1 DE102015009382.7A DE102015009382A DE102015009382A1 DE 102015009382 A1 DE102015009382 A1 DE 102015009382A1 DE 102015009382 A DE102015009382 A DE 102015009382A DE 102015009382 A1 DE102015009382 A1 DE 102015009382A1
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DE
Germany
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vehicle
height
doppler frequency
radar
determined
Prior art date
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Withdrawn
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DE102015009382.7A
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German (de)
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Jürgen Dickmann
Markus Hahn
Amir Laribi
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur radarbasierten Bestimmung einer Höhe (h) eines Objekts (O1 bis O16) in einer Fahrzeugumgebung, wobei die Fahrzeugumgebung mittels zumindest eines an einem Fahrzeug (1) angeordneten Radarsensors (2) erfasst wird. Erfindungsgemäß wird die Höhe (h) des Objekts (O1 bis O16) mittels einer Auswertung einer Verschiebung einer Dopplerfrequenz (fd, fd1 bis fd5) zwischen einem vom Radarsensor (2) ausgesendeten und einem vom Objekt (O1 bis O16) reflektierten Radarsignal ermittelt, wobei die Höhe (h) in der Auswertung aus einem unter Berücksichtigung einer Annäherungsgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (1) an das Objekt (O1 bis O16) ermittelten zeitlichen Dopplerfrequenzverlauf (D, D1 bis D4) anhand eines Vergleichs mit hinterlegten Muster-Dopplerfrequenzverläufen (MD1 bis MDn) oder aus einem Verhältnis einer Radialgeschwindigkeitskomponente (vr, vr1 bis vr5) der Annäherungsgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (1) an das Objekt (O1 bis O16) und einer Längsgeschwindigkeitskomponente der Annäherungsgeschwindigkeit (v) unter Berücksichtigung eines Abstands (R, R1 bis R5) des Fahrzeugs (1) zum Objekt (O1 bis O16) ermittelt wird.The invention relates to a method for radar-based determination of a height (h) of an object (O1 to O16) in a vehicle environment, wherein the vehicle surroundings are detected by means of at least one radar sensor (2) arranged on a vehicle (1). According to the invention, the height (h) of the object (O1 to O16) is determined by evaluating a shift of a Doppler frequency (fd, fd1 to fd5) between a radar signal emitted by the radar sensor (2) and a radar signal reflected from the object (O1 to O16) the height (h) in the evaluation from a temporal Doppler frequency characteristic (D, D1 to D4) determined taking into account a speed of approach (v) of the vehicle (1) to the object (O1 to O16) on the basis of a comparison with stored pattern Doppler frequency curves (MD1 to MDn) or a ratio of a radial velocity component (vr, vr1 to vr5) of the approaching velocity (v) of the vehicle (1) to the object (O1 to O16) and a longitudinal velocity component of the approaching velocity (v) taking into account a distance (R, R1 to R5) of the vehicle (1) to the object (O1 to O16) is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur radarbasierten Bestimmung einer Höhe eines Objekts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for radar-based determination of a height of an object according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 10 2012 209 870 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Überfahrbarkeitsindikators für ein Objekt mittels frequenzmodulierter Radarsignale eines Kraftfahrzeug-Radarsensors bekannt, wobei basierend auf Amplitudenverhältnissen zwischen empfangenen, von einem Objekt reflektierten Radarsignalen, die in unterschiedlichen Frequenzbereichen gesendet wurden, ein Auftreten von Interferenz zwischen einem ersten Ausbreitungsweg von Radarsignalen zwischen einem Radarsensor und dem Objekt und einem zweiten Ausbreitungsweg mit zusätzlicher Reflexion an einer Fahrbahn erkannt wird. Basierend auf dem Erkennen eines Auftretens von Interferenz wird ein Überfahrbarkeitsindikator für das Objekt ermittelt.From the DE 10 2012 209 870 A1 A method is known for determining an overridden indicator for an object by means of frequency-modulated radar signals of a motor vehicle radar sensor, wherein an occurrence of interference between a first propagation path of radar signals is based on amplitude ratios between received object-reflected radar signals transmitted in different frequency ranges a radar sensor and the object and a second propagation path with additional reflection on a roadway is detected. Based on the detection of an occurrence of interference, an override indicator for the object is determined.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur radarbasierten Bestimmung einer Höhe eines Objekts anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for radar-based determination of a height of an object.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved by a method having the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

In einem Verfahren zur radarbasierten Bestimmung einer Höhe eines Objekts in einer Fahrzeugumgebung wird die Fahrzeugumgebung mittels zumindest eines an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensors erfasst.In a method for radar-based determination of a height of an object in a vehicle environment, the vehicle surroundings are detected by means of at least one radar sensor arranged on a vehicle.

Erfindungsgemäß wird die Höhe des Objekts mittels einer Auswertung einer Verschiebung einer Dopplerfrequenz zwischen einem vom Radarsensor ausgesendeten und einem vom Objekt reflektierten Radarsignal ermittelt. Dabei wird die Höhe in der Auswertung aus einem unter Berücksichtigung einer Annäherungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs an das Objekt ermittelten zeitlichen Dopplerfrequenzverlauf anhand eines Vergleichs mit hinterlegten Muster-Dopplerfrequenzverläufen ermittelt. Alternativ wird die Höhe in der Auswertung aus einem Verhältnis einer Radialgeschwindigkeitskomponente einer Annäherungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs an das Objekt und einer Längsgeschwindigkeitskomponente der Annäherungsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung eines Abstands des Fahrzeugs zum Objekt ermittelt.According to the invention, the height of the object is determined by means of an evaluation of a shift of a Doppler frequency between a radar signal emitted by the radar sensor and a radar signal reflected by the object. In this case, the height in the evaluation is determined on the basis of a comparison with stored pattern Doppler frequency characteristics, based on a temporal Doppler frequency characteristic determined with reference to an approach speed of the vehicle to the object. Alternatively, the height in the evaluation is determined from a ratio of a radial velocity component of a vehicle approach speed to the object and a longitudinal speed component of the approach speed, taking into account a distance of the vehicle from the object.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Bestimmung der Höhe des Objekts in besonders zuverlässiger und einfacher Weise mittels des zumindest einen Radarsensors. Hierdurch wird eine Erhöhung einer Zuverlässigkeit von Fahrerassistenzsystemen zur autonomen oder teilautonomen Längs- und/oder Quersteuerung eines Fahrzeugs erreicht, da von einer Fahrbahn erhabene und nicht-erhabene Objekte zuverlässig voneinander unterschieden werden können. Somit werden fehlerhafte Steuerungen des Fahrzeugs, beispielsweise zur Vermeidung von Kollisionen mit nicht erhabenen Objekten oder Objekten mit geringer Höhe, wie beispielsweise Bordsteinen, vermieden. Weiterhin wird eine Robustheit von radarbasierten Fahrerassistenzsystemen, insbesondere eine Erhöhung einer Robustheit einer Lokalisierung des Fahrzeug anhand der Radardaten, erhöht, da das Verfahren nicht mehr nur zweidimensionale Ergebnisse, sondern dreidimensionale Ergebnisse, insbesondere Punktwolken, liefert.The method according to the invention makes it possible to determine the height of the object in a particularly reliable and simple manner by means of the at least one radar sensor. As a result, an increase in the reliability of driver assistance systems for autonomous or semi-autonomous longitudinal and / or lateral control of a vehicle is achieved, since elevated and non-raised objects can be reliably distinguished from one another from one lane. Thus, faulty controls of the vehicle, for example, to avoid collisions with non-raised objects or objects with low height, such as curbs avoided. Furthermore, a robustness of radar-based driver assistance systems, in particular an increase in the robustness of a localization of the vehicle based on the radar data, is increased since the method no longer provides only two-dimensional results, but three-dimensional results, in particular point clouds.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch eine Draufsicht auf ein Fahrzeug in einer Fahrzeugumgebung zu verschiedenen Zeitpunkten, 1 FIG. 2 is a schematic plan view of a vehicle in a vehicle environment at various times; FIG.

2 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer ersten Fahrzeugumgebung, 2 schematically a perspective view of a section of a first vehicle environment,

3 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer zweiten Fahrzeugumgebung, 3 schematically a perspective view of a section of a second vehicle environment,

4 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer dritten Fahrzeugumgebung, 4 schematically a perspective view of a section of a third vehicle environment,

5 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer vierten Fahrzeugumgebung, 5 1 is a schematic perspective view of a detail of a fourth vehicle environment;

6 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer fünften Fahrzeugumgebung, 6 2 is a schematic perspective view of a section of a fifth vehicle environment;

7 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer sechsten Fahrzeugumgebung, 7 schematically a perspective view of a detail of a sixth vehicle environment,

8 schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugs und einen Erfassungsbereich eines an dem Fahrzeug angeordneten Radarsensors, 8th schematically a side view of a vehicle and a detection range of a vehicle disposed on the radar sensor,

9 schematisch eine Seitenansicht des Erfassungsbereichs des Radarsensors gemäß 8, 9 schematically a side view of the detection range of the radar sensor according to 8th .

10 schematisch einen Verlauf einer Radialgeschwindigkeitskomponente für ein Objekt in Abhängigkeit des Abstands zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt, 10 schematically a profile of a radial velocity component for an object as a function of the distance between the vehicle and the object,

11 schematisch Verläufe einer Radialgeschwindigkeitskomponente für verschiedene Höhen eines Objekts in Abhängigkeit eines Abstands zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt, 11 schematically curves of a radial velocity component for different heights of an object as a function of a distance between the vehicle and the object,

12 schematisch geometrische Verhältnisse zwischen dem Radarsensor gemäß 8 und einem Objekt in der Fahrzeugumgebung, 12 schematically geometric relationships between the radar sensor according to 8th and an object in the vehicle environment,

13 schematisch eine Seitenansicht des Fahrzeugs gemäß 8 und die geometrischen Verhältnisse zwischen dem Radarsensor und dem Objekt gemäß 12, 13 schematically a side view of the vehicle according to 8th and the geometrical relationships between the radar sensor and the object according to 12 .

14 schematisch eine Ermittlung einer Höhe eines Objekts anhand eines Vergleichs eines zeitlichen Dopplerfrequenzverlaufs mit hinterlegten Muster-Dopplerfrequenzverläufen, 14 schematically a determination of a height of an object based on a comparison of a temporal Doppler frequency curve with stored pattern Doppler frequency curves,

15 schematisch eine Seitenansicht eines sich auf ein Objekt zubewegenden Fahrzeugs und mehrere Vergleiche von zeitlichen Dopplerfrequenzverläufen mit hinterlegten Muster-Dopplerfrequenzverläufen, 15 2 is a schematic side view of a vehicle moving toward an object and several comparisons of temporal Doppler frequency curves with stored pattern Doppler frequency characteristics;

16 schematisch eine Draufsicht auf ein gerade auf ein Objekt zufahrendes Fahrzeug, und 16 schematically a plan view of a vehicle currently approaching an object, and

17 schematisch eine Draufsicht auf ein schräg auf ein Objekt zufahrendes Fahrzeug. 17 schematically a plan view of an obliquely approaching an object vehicle.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

In 1 ist in einer Draufsicht ein sich entlang einer Trajektorie T zu einem Parkplatz P bewegendes Fahrzeug 1 in einer Fahrzeugumgebung zu verschiedenen Zeitpunkten dargestellt.In 1 is a plan view of a moving along a trajectory T to a parking lot P vehicle 1 presented in a vehicle environment at different times.

Das Fahrzeug 1 umfasst in einem möglichen Ausführungsbeispiel in nicht näher dargestellter Weise ein Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung eines Fahrers des Fahrzeugs 1 beim Einparken desselben. Ein solches Fahrerassistenzsystem ist beispielsweise als selbstlernendes System zum hoch-automatisierten Anfahren und Abfahren von häufig genutzten, nicht vermessbaren Parkplätzen P, wie beispielsweise einer eigenen Garage, ausgebildet.The vehicle 1 includes in a possible embodiment in a manner not shown a driver assistance system to assist a driver of the vehicle 1 when parking the same. Such a driver assistance system is designed, for example, as a self-learning system for the highly automated start-up and shutdown of frequently used, non-measurable parking spaces P, such as a private garage.

Für eine solche Unterstützung des Fahrers ist es erforderlich, dass in der Fahrzeugumgebung vorhandene Objekte O1 bis O7 erkannt und in Abhängigkeit ihrer in 8 näher dargestellten Höhe h als Hindernisse erkannt werden.For such driver assistance, it is necessary to detect objects O1 to O7 existing in the vehicle environment, and depending on their in 8th height h are recognized as obstacles.

Vom Fahrzeug 1 über- oder unterfahrbare Objekte O1 bis O7, wie zum Beispiel ein Bordstein (= Objekt O1), ein Deckenelement, ein Gullydeckel oder Kanaldeckel (= Objekt O4), können ohne Schaden für das Fahrzeug 1, insbesondere für dessen Reifen, überfahren werden, sind aber ohne zusätzliche Information über die Höhe h des Objekts O1 bis O7 sehr schwierig zu identifizieren. Die Objekte O1 bis O7 werden mittels zumindest eines am Fahrzeug 1 angeordneten und in 8 näher dargestellten Radarsensors 2 erfasst und in Belegungsgittern, auch als Occupancy-Grids, dargestellt. Ohne zusätzliche Information über die Höhe h des jeweiligen Objekts O1 bis O7 ist dieses nur schwierig zu identifizieren und wird deshalb im Occupancy-Grid als Hindernis markiert. Während eines Betriebs des Fahrerassistenzsystems kann es aufgrund dieser als Hindernis gekennzeichneten, jedoch über- oder unterfahrbaren Objekte O1 bis O7 zu falsch-positiven Bremsungen oder einer falschen Querführung des Fahrzeugs 1 kommen, um Kollisionen mit den Objekten O1 bis O7 zu vermeiden oder den Objekten O1 bis O7 auszuweichen.From the vehicle 1 Vehicles O1 to O7 that can be moved over or under, such as a curb (= object O1), a ceiling element, a manhole cover or manhole cover (= object O4), can be used without damage to the vehicle 1 , especially for its tires, are run over, but are very difficult to identify without additional information about the height h of the object O1 to O7. The objects O1 to O7 are at least one on the vehicle 1 arranged and in 8th Radar sensor shown in detail 2 captured and displayed in occupancy grids, also called occupancy grids. Without additional information about the height h of the respective object O1 to O7, this is difficult to identify and is therefore marked as an obstacle in the occupancy grid. During operation of the driver assistance system, due to these objects O1 to O7 marked as obstacles, but can be moved over or under them, false-positive braking can occur or a wrong lateral guide of the vehicle 1 come to avoid collisions with the objects O1 to O7 or avoid the objects O1 to O7.

Eine Höhenbewertung oder Bestimmung einer Höhe h solcher Objekte O1 bis O7 nur anhand einer von einem Radarsensor 2 gelieferten Amplitude ist nicht ausreichend und kann häufig zu falschen Entscheidungen führen. Auch problematisch ist eine Höhenbewertung von potenziellen Hindernissen mittels Kamerasensoren, da Objekte O1 bis O7 verschiedene Merkmale, beispielsweise hinsichtlich ihrer Form und Farbe, aufweisen können.A height assessment or determination of a height h of such objects O1 to O7 using only one of a radar sensor 2 supplied amplitude is not sufficient and can often lead to wrong decisions. Also problematic is a height assessment of potential obstacles by means of camera sensors, since objects O1 to O7 can have different characteristics, for example with respect to their shape and color.

In der dargestellten Fahrzeugumgebung ist das Objekt O1 ein Bordstein, das Objekt O2 ein Baum, das Objekt O3 eine Treppe, das Objekt O4 ein Kanaldeckel, das Objekt O5 eine Regenrinne und die Objekte O6, O7 jeweils ein Pflanzkübel. Zusätzlich zu den nicht überfahrbaren Objekten O2, O3, O6, O7 werden bei einer Erfassung der Fahrzeugumgebung mittels des Radarsensors 2 auch die weiteren Objekte O1, O4, O5 als nicht überfahrbar markiert. Dies resultiert bei dem Kanaldeckel und der Regenrinne insbesondere aus einer Ausbildung aus Metall, woraus eine erhöhte Reflexion mittels des Radarsensors 2 ausgesendeter Radarsignale resultiert.In the illustrated vehicle environment, the object O1 is a curb, the object O2 a tree, the object O3 a staircase, the object O4 a manhole cover, the object O5 a gutter and the objects O6, O7 each a planter. In addition to the objects O2, O3, O6, O7 which can not be driven over, the vehicle surroundings are detected by means of the radar sensor 2 also the other objects O1, O4, O5 marked as not traversable. This results in the manhole cover and the gutter in particular from a formation of metal, resulting in an increased reflection by means of the radar sensor 2 emitted radar signals results.

Um während des autonomen oder teilautonomen Betriebs des Fahrzeugs 1 als Hindernisse ausgebildete stehende Objekte O1 bis O7 auf einem Fahrweg zu erkennen und diese als überfahrbar, unterfahrbar oder nicht befahrbar zu klassifizieren, wird anhand mittels des Radarsensors 2 erfasster Daten eine radarbasierte Bestimmung einer Höhe h der Objekte O1 bis O7 in der Fahrzeugumgebung durchgeführt.To during the autonomous or semi-autonomous operation of the vehicle 1 Detecting stationary objects O1 to O7 formed as obstacles on a travel path and classifying these as passable, accessible or not passable is determined by means of the radar sensor 2 detected data radar-based determination of a height h of the objects O1 to O7 performed in the vehicle environment.

In den 2 bis 7 sind unterschiedliche Fahrzeugumgebungen mit unterschiedlichen Objekten O8 bis O15 dargestellt, wobei das Objekt O8 in 2 ein überfahrbarer Temposchweller ist, die Objekte O9, O10 in 3 nicht überfahrbare Abgrenzungen sind, das Objekt O11 in 4 ein Bordstein ist, das Objekt O12 in 5 eine Absperrvorrichtung für einen Parkplatz P ist, die Objekte O13, O14 in 6 unterfahrbare Stützträger und Rohrleitung in einem Parkhaus sind und das Objekt O15 eine Abdeckung für eine Regenrinne ist.In the 2 to 7 different vehicle environments are shown with different objects O8 to O15, wherein the object O8 in 2 an overrunning speed bump is the objects O9, O10 in 3 Non-drivable demarcations are the object O11 in 4 a curb is, the object O12 in 5 a parking lock P is the objects O13, O14 in 6 Underrun support beams and piping are in a parking garage and the object O15 is a cover for a gutter.

8 zeigt eine Seitenansicht des Fahrzeugs 1 und einen Erfassungsbereich E des an dem Fahrzeug 1 angeordneten Radarsensors 2. In 9 ist eine Seitenansicht des Erfassungsbereichs E des Radarsensors 2 gemäß 8 dargestellt. 8th shows a side view of the vehicle 1 and a detection area E of the vehicle 1 arranged radar sensor 2 , In 9 is a side view of the detection range E of the radar sensor 2 according to 8th shown.

Das Fahrzeug 1 bewegt sich mit einer Annäherungsgeschwindigkeit v auf ein Objekt O16 zu, welches von einer Fahrbahnoberfläche erhaben ist und eine Höhe h aufweist.The vehicle 1 moves at an approaching speed v to an object O16 which is raised from a road surface and has a height h.

Der Erfassungsbereich E ist im Querschnitt trichterförmig ausgebildet und weist einen Öffnungswinkel Θ sowie mehrere vertikale Auflösungszellen δcr auf. Bei einer Annäherung des Fahrzeugs 1 an das Objekt O16 ändert sich eine Positionierung des Objekts O16 innerhalb des Erfassungsbereichs E des Radarsensors 2. Das die Radarsignale reflektierende Objekt O16 erzeugt dabei Dopplerfrequenzen fd, fd1 bis fd5 im empfangenen Radarsignal, deren Radialgeschwindigkeitskomponente vr sich bei der Änderung der Positionierung des Objekts O16 innerhalb des Erfassungsbereichs E ändert. Je geringer die Höhe h des Objekts O16 ist, umso größer ist ein Abstand des Objekts O16 von einer Radarantennenachse, auch als Radar- oder Sensor-Boresight bezeichnet. Mit wachsendem Abstand von der Radarantennenachse, d. h. mit sinkender Höhe h und/oder geringerem Abstand R (dargestellt in 10) zum Fahrzeug 1, sinkt die Radialgeschwindigkeitskomponente vr, vr1 bis vr5, was für verschiedene Auflösungszellen δcr und deren zugehörige Winkel θ1 bis θ5 dargestellt ist. Somit ist unter Kenntnis der Annäherungsgeschwindigkeit v und des Abstands R zwischen Objekt O16 und Fahrzeug 1 die Höhe h des Objekts O16 ermittelbar.The detection area E is funnel-shaped in cross-section and has an opening angle Θ and a plurality of vertical resolution cells δcr. At an approach of the vehicle 1 to the object O16, a positioning of the object O16 within the detection range E of the radar sensor changes 2 , The object O16 reflecting the radar signals thereby generates Doppler frequencies f d , f d1 to f d5 in the received radar signal whose radial velocity component v r changes within the detection range E when the position of the object O 16 is changed. The smaller the height h of the object O16, the greater is the distance of the object O16 from a radar antenna axis, also referred to as radar or sensor boresight. With increasing distance from the radar antenna axis, ie with decreasing height h and / or smaller distance R (shown in FIG 10 ) to the vehicle 1 , the radial velocity component v r , v r1 to v r5 decreases , which is shown for various resolution cells δcr and their associated angles θ 1 to θ 5 . Thus, knowing the approach speed v and the distance R between object O16 and vehicle 1 the height h of the object O16 can be determined.

Dabei wird die Höhe h aus einem Verhältnis der Radialgeschwindigkeitskomponente vr, vr1 bis vr5 der Annäherungsgeschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 an das Objekt O16 und einer Längsgeschwindigkeitskomponente der Annäherungsgeschwindigkeit v (die Längsgeschwindigkeitskomponente entspricht der dargestellten mit dem Bezugszeichen v gekennzeichneten Annäherungsgeschwindigkeit v) unter Berücksichtigung des Abstands R des Fahrzeugs 1 zum Objekt O16 ermittelt.In this case, the height h is a ratio of the radial velocity component v r , v r1 to v r5 of the approach speed v of the vehicle 1 to the object O16 and a longitudinal velocity component of the approaching velocity v (the longitudinal velocity component corresponds to the illustrated approaching velocity v indicated by the reference v), taking into account the distance R of the vehicle 1 determined for object O16.

Diese Ermittlung erfolgt insbesondere gemäß folgender Gleichungen: ΔH = H – h (1) tan(α) = ΔH / R (2) νr = νcos(α) = νcos(arctan( ΔH / R)) (3) This determination takes place in particular according to the following equations: ΔH = H - h (1) tan (α) = ΔH / R (2) ν r = ν cos (α) = ν cos (arctane (ΔH / R)) (3)

Die Höhe des Objekts O16 wird gemäß

Figure DE102015009382A1_0002
zu jedem Zeitpunkt berechnet.The height of the object O16 is determined according to
Figure DE102015009382A1_0002
calculated at any time.

In einem weiteren Schritt werden die berechneten Höhenwerte zu jedem Abstand- oder Zeitintervall gemittelt, um einen glatteren Radialgeschwindigkeit-Kurvenverlauf gemäß 10 zu erhalten.In a further step, the calculated altitude values are averaged at each interval or time interval to provide a smoother radial speed waveform 10 to obtain.

Der gemessene Verlauf wird in einem weiteren Schritt mittels eines robusten Verfahrens, beispielsweise eines so genannten RANSAC-Algorithmus, in einen entsprechenden idealen Verlauf I überführt.In a further step, the measured profile is converted into a corresponding ideal profile I by means of a robust method, for example a so-called RANSAC algorithm.

In 11 sind verschiedene Verläufe der Radialgeschwindigkeitskomponente vr für verschiedene Höhen h eines Objekts O1 bis O16 in Abhängigkeit des Abstands R zwischen dem Fahrzeug 1 und dem Objekt O1 bis O16 und unterschiedlichen Amplituden A des empfangenen Radarsignals dargestellt. Hierbei variiert die Höhe h des Objekts O1 bis O16 beispielhaft von 0 m bis 0,5 m, die Einbauhöhe H des Radarsensors 2 beträgt 0,5 m und die Annäherungsgeschwindigkeit v beträgt 5 km/h.In 11 are different gradients of the radial velocity component v r for different heights h of an object O1 to O16 as a function of the distance R between the vehicle 1 and the object O1 to O16 and different amplitudes A of the received radar signal. Here, the height h of the object O1 to O16 varies by way of example from 0 m to 0.5 m, the installation height H of the radar sensor 2 is 0.5 m and the approach speed v is 5 km / h.

Geometrische Verhältnisse zwischen dem Radarsensor 2 und dem Objekt O16 sind dabei in den 12 und 13 dargestellt, wobei sich ein Höhenunterschied ΔH gemäß Gleichung (1) aus einer Differenz zwischen einer Einbauhöhe H des Radarsensors 2 und der Höhe h des Objekts O16 ergibt. Gemäß den Gleichungen (2) und (3) ergibt sich die Radialgeschwindigkeitskomponente vr aus der Längsgeschwindigkeitskomponente der Annäherungsgeschwindigkeit v, einem Winkel α zwischen Radialgeschwindigkeitskomponente vr und Längsgeschwindigkeitskomponente der Annäherungsgeschwindigkeit v sowie dem Höhenunterschied ΔH und dem Abstand R zwischen Fahrzeug 1, d. h. dem Radarsensor 2, und dem Objekt O16.Geometric relationships between the radar sensor 2 and the object O16 are in the 12 and 13 represented, wherein a height difference ΔH according to equation (1) from a difference between a mounting height H of the radar sensor 2 and the height h of the object O16. According to equations (2) and (3), the radial velocity component v r is obtained from the longitudinal velocity component of the approaching velocity v, an angle α between the radial velocity component v r and the longitudinal velocity component of the approaching velocity v and the height difference ΔH and the distance R between the vehicle 1 ie the radar sensor 2 , and the object O16.

In 14 ist eine Ermittlung der Höhe h eines Objekts O1 bis O16 anhand eines Vergleichs eines zeitlichen Dopplerfrequenzverlaufs D mit in einer Datenbank 3 hinterlegten Muster-Dopplerfrequenzverläufen MD1 bis MDn. In einem Dopplerfrequenzverlauf D sind Verläufe der Dopplerfrequenz fd und die Amplitude A des empfangenen Radarsignals in Abhängigkeit von der Zeit t abgetragen.In 14 is a determination of the height h of an object O1 to O16 based on a comparison of a temporal Doppler frequency curve D with in a database 3 deposited pattern Doppler frequency gradients MD1 to MDn. In a Doppler frequency curve D, curves of the Doppler frequency f d and the amplitude A of the received radar signal are plotted as a function of the time t.

Bewegt sich das Fahrzeug 1 auf ein Objekt O1 bis O16 zu, entsteht im reflektierten Radarsignal eine Dopplerfrequenzverschiebung. Während sich das Fahrzeug 1 dem Objekt O1 bis O16 nähert, werden diese Dopplerfrequenzverschiebungen über die Zeit t aufgezeichnet und somit ein Dopplerfrequenzverlauf D erzeugt.Does the vehicle move? 1 to an object O1 to O16, a reflected Doppler frequency shift occurs in the reflected radar signal. While the vehicle 1 approaches the object O1 to O16, these Doppler frequency shifts are recorded over the time t, and thus a Doppler frequency characteristic D is generated.

Dieser Dopplerfrequenzverlauf D ist direkt abhängig von der Höhe h des beobachteten Objekts O1 bis O16. Der Dopplerfrequenzverlauf D beschreibt eine eindeutige Charakteristik, da die Dopplerfrequenzen fd stark über die Zeit t variieren. Daher kann der Dopplerfrequenzverlauf D zur Höhenschätzung ausgewertet werden, indem jeder Höhe h ein eindeutiger Dopplerfrequenzverlauf D zugewiesen wird.This Doppler frequency curve D is directly dependent on the height h of the observed object O1 to O16. The Doppler frequency characteristic D describes a unique characteristic, since the Doppler frequencies f d vary greatly over the time t. Therefore, the Doppler frequency curve D can be evaluated for height estimation by assigning a unique Doppler frequency curve D to each height h.

Die Dopplerfrequenz fd ergibt sich dabei gemäß der in den 12 und 13 dargestellten geometrischen Verhältnisse nach den folgenden Gleichungen:

Figure DE102015009382A1_0003
The Doppler frequency f d results according to the in the 12 and 13 illustrated geometric relationships according to the following equations:
Figure DE102015009382A1_0003

Weiterhin wird eine so genannte Doppler-Pattern-Klassifikation durchgeführt, bei welcher Dopplerfrequenzverläufe D während der Annäherung des Fahrzeugs 1 an das jeweilige Objekt O1 bis O16 erzeugt werden. Diese werden dann in Abhängigkeit der Annäherungsgeschwindigkeit v mit in einer Datenbank 3 für verschiedene Höhen h von Objekten O1 bis O16 hinterlegten Muster-Dopplerfrequenzverläufen MD1 bis MDn mittels Korrelation K verglichen.Furthermore, a so-called Doppler pattern classification is performed, in which Doppler frequency curves D during the approach of the vehicle 1 be generated to the respective object O1 to O16. These are then in dependence on the approach speed v in a database 3 for different heights h of pattern objects O1 to O16 deposited pattern Doppler frequency curves MD1 to MDn by means of correlation K compared.

Die Muster-Dopplerfrequenzverläufe MD1 bis MDn werden beispielsweise in einer Training-Phase aus definierten Objekten O1 bis O16 mit bekannter Höhe h ermittelt und in der Datenbank 3 gespeichert.The pattern Doppler frequency curves MD1 to MDn are determined, for example, in a training phase from defined objects O1 to O16 of known height h and in the database 3 saved.

Alternativ wird die Höhe h des entsprechenden Objekts O1 bis O16 mittels einer Filterbank ermittelt. Filter für die Höhe h werden entweder aus den Muster-Dopplerfrequenzverläufe MD1 bis MDn in der Datenbank 3 generiert oder analytisch direkt aus der Gleichung (9) ermittelt, so dass weder Trainings-Phasen oder Datenbank 3. erforderlich ist.Alternatively, the height h of the corresponding object O1 to O16 is determined by means of a filter bank. Filters for the height h are either from the pattern Doppler frequency curves MD1 to MDn in the database 3 generated or analytically determined directly from the equation (9), so that neither training phases or database 3 , is required.

15 zeugt eine Seitenansicht des sich auf das Objekt O16 zubewegenden Fahrzeugs 1 und mehrere Vergleiche von zeitlichen Dopplerfrequenzverläufen D1 bis D4 mit hinterlegten Muster-Dopplerfrequenzverläufen MD1 bis MD4. 15 witnesses a side view of the moving toward the object O16 vehicle 1 and several comparisons of temporal Doppler frequency characteristics D1 to D4 with stored pattern Doppler frequency characteristics MD1 to MD4.

Anstatt die Korrelation K nach Durchlauf der gesamten Strecke zu berechnen, wird im dargestellten Ausführungsbeispiel die gesamte Strecke in äquidistante Teilstrecken, d. h. der Abstand R des Fahrzeugs 1 zum Objekt O16 in äquidistante Abstände R1 bis R5 unterteilt. Für jede Teilestrecke wird eine Korrelation K1 bis K4 berechnet, woraus sich eine präzisere Schätzung der Höhe h des Objekts O16 ergibt.Instead of calculating the correlation K after passing through the entire route, in the illustrated embodiment the entire route is divided into equidistant sections, ie the distance R of the vehicle 1 to the object O16 divided into equidistant distances R1 to R5. For each partial distance, a correlation K1 to K4 is calculated, resulting in a more precise estimate of the height h of the object O16.

Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit der mittels des Vergleichs der Dopplerfrequenzverläufe D, D1 bis D4 mit den Muster-Dopplerfrequenzverläufen MD1 bis MDn ermittelten Höhe h des entsprechenden Objekts O1 bis O16 erfolgt gemäß einer möglichen Ausgestaltung zusätzlich die Verwendung eines so genannten Azimut-Schätzungsverfahrens, beispielsweise eines so genannten Monopulse-Verfahrens oder Digital-Beamforming-Verfahrens.To further increase the accuracy of the height h of the corresponding object O1 to O16 determined by means of the comparison of the Doppler frequency curves D, D1 to D4 with the pattern Doppler frequency curves MD1 to MDn, the use of a so-called azimuth estimation method, for example one, additionally takes place according to a possible embodiment so-called monopulse method or digital beamforming method.

In 16 ist eine gerade Zufahrt des Fahrzeugs 1 auf das Objekt O16 dargestellt.In 16 is a straight driveway of the vehicle 1 shown on the object O16.

Aufgrund der zusätzlichen Verwendung eines Azimut-Schätzungsverfahrens ist die Bestimmung der Höhe h des Objekts O16 bei beliebigen Trajektorien T, auch bei schräg auf das Objekt O16 zufahrendem Fahrzeug 1 gemäß 17 möglich.Due to the additional use of an azimuth estimation method, the determination of the height h of the object O16 in the case of arbitrary trajectories is T, even in the case of an obliquely approaching vehicle O16 1 according to 17 possible.

Unabhängig von der Verwendung des Azimut-Schätzungsverfahrens ist die Ermittlung der Höhe h des entsprechenden Objekts O1 bis O16 für alle beschriebenen Ausführungsbeispiele sowohl bei einer Vorwärtsfahrt als auch bei einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs 1 möglich.Regardless of the use of the azimuth estimation method, the determination of the height h of the corresponding object O1 to O16 for all the described embodiments is both during forward travel and during reverse travel of the vehicle 1 possible.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fahrzeugvehicle
22
Radarsensorradar sensor
33
DatenbankDatabase
AA
Amplitudeamplitude
Ee
Erfassungsbereichdetection range
D, D1 bis D4D, D1 to D4
DopplerfrequenzverlaufDoppler frequency response
fd, fd1 bis fd5 f d , f d1 to f d5
DopplerfrequenzDoppler frequency
hH
Höheheight
HH
Einbauhöheinstallation height
II
idealer Verlaufideal course
K, K1 bis K4K, K1 to K4
Korrelationcorrelation
MD1 bis MDnMD1 to MDn
Muster-DopplerfrequenzverlaufPattern Doppler frequency response
O1 bis O16O1 to O16
Objektobject
PP
Parkplatzparking spot
R, R1 bis R5R, R1 to R5
Abstanddistance
tt
ZeitTime
TT
Trajektorietrajectory
vv
Annäherungsgeschwindigkeitapproach speed
vr, vr1 bis vr5 v r , v r1 to v r5
RadialgeschwindigkeitskomponenteRadial velocity component
αα
Winkelangle
δcrδcr
Auflösungszelleresolution cell
ΔHAH
HöhenunterschiedHeight difference
θ1 bis θ5 θ 1 to θ 5
Winkelangle
ΘΘ
Öffnungswinkelopening angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012209870 A1 [0002] DE 102012209870 A1 [0002]

Claims (4)

Verfahren zur radarbasierten Bestimmung einer Höhe (h) eines Objekts (O1 bis O16) in einer Fahrzeugumgebung, – wobei die Fahrzeugumgebung mittels zumindest eines an einem Fahrzeug (1) angeordneten Radarsensors (2) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Höhe (h) des Objekts (O1 bis O16) mittels einer Auswertung einer Verschiebung einer Dopplerfrequenz (fd, fd1 bis fd5) zwischen einem vom Radarsensor (2) ausgesendeten und einem vom Objekt (O1 bis O16) reflektierten Radarsignal ermittelt wird, wobei die Höhe (h) in der Auswertung – aus einem unter Berücksichtigung einer Annäherungsgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (1) an das Objekt (O1 bis O16) ermittelten zeitlichen Dopplerfrequenzverlauf (D, D1 bis D4) anhand eines Vergleichs mit hinterlegten Muster-Dopplerfrequenzverläufen (MD1 bis MDn) oder – aus einem Verhältnis einer Radialgeschwindigkeitskomponente (vr, vr1 bis vr5) der Annäherungsgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (1) an das Objekt (O1 bis O16) und einer Längsgeschwindigkeitskomponente der Annäherungsgeschwindigkeit (v) unter Berücksichtigung eines Abstands (R, R1 bis R5) des Fahrzeugs (1) zum Objekt (O1 bis O16) ermittelt wird.Method for radar-based determination of a height (h) of an object (O1 to O16) in a vehicle environment, - wherein the vehicle surroundings are detected by means of at least one vehicle ( 1 ) arranged radar sensor ( 2 ) is detected, characterized in that - the height (h) of the object (O1 to O16) by means of an evaluation of a shift of a Doppler frequency (f d , f d1 to f d5 ) between a radar sensor ( 2 ) and a reflected from the object (O1 to O16) radar signal is determined, the height (h) in the evaluation - from a taking into account a closing speed (v) of the vehicle ( 1 ) to the object (O1 to O16) determined temporal Doppler frequency characteristic (D, D1 to D4) based on a comparison with stored pattern Doppler frequency gradients (MD1 to MDn) or - from a ratio of a radial velocity component (v r , v r1 to v r5 ) of Approach speed (v) of the vehicle ( 1 ) to the object (O1 to O16) and a longitudinal speed component of the approaching speed (v) taking into consideration a distance (R, R1 to R5) of the vehicle ( 1 ) to the object (O1 to O16) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich des ermittelten zeitlichen Dopplerfrequenzverlaufs (D, D1 bis D4) mit hinterlegten Muster-Dopplerfrequenzverläufen (MD1 bis MDn) mittels Korrelation (K, K1 bis K4) durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the comparison of the determined temporal Doppler frequency curve (D, D1 to D4) with stored pattern Dopplerfrequenzverläufen (MD1 to MDn) by means of correlation (K, K1 to K4) is performed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsgeschwindigkeitskomponente der Annäherungsgeschwindigkeit (v) mit zumindest einer vom Radarsensor (2) unterschiedlichen Sensorik ermittelt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the longitudinal speed component of the approaching speed (v) with at least one of the radar sensor ( 2 ) different sensors is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung des Radarsensors (2) weisende Radialgeschwindigkeitskomponente (vr, vr1 bis vr5) der Annäherungsgeschwindigkeit (v) mittels des Radarsensors (2) anhand der Verschiebung der Dopplerfrequenz (fd, fd1 bis fd5) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the direction of the radar sensor ( 2 ) pointing radial velocity component (v r , v r1 to v r5 ) of the approaching velocity (v) by means of the radar sensor ( 2 ) is determined on the basis of the shift of the Doppler frequency (f d , f d1 to f d5 ).
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