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WO2016206841A1 - Verfahren zum betreiben einer radarvorrichtung - Google Patents

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WO2016206841A1
WO2016206841A1 PCT/EP2016/059608 EP2016059608W WO2016206841A1 WO 2016206841 A1 WO2016206841 A1 WO 2016206841A1 EP 2016059608 W EP2016059608 W EP 2016059608W WO 2016206841 A1 WO2016206841 A1 WO 2016206841A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
distance
matrix
speed
elements
power
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/059608
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christopher Brown
Michael Schoor
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US15/738,502 priority Critical patent/US10684364B2/en
Priority to EP16719095.8A priority patent/EP3311189A1/de
Priority to CN201680037002.5A priority patent/CN107787460B/zh
Publication of WO2016206841A1 publication Critical patent/WO2016206841A1/de

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    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
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    • G01S13/343—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using sawtooth modulation
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    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/356—Receivers involving particularities of FFT processing

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a radar device.
  • the invention further relates to a radar device.
  • radar systems are increasingly being used to support advanced driver assistance systems of motor vehicles.
  • One of the main tasks of said radar systems is to determine a distance to objects and a speed of the objects (for example, vehicles, pedestrians, stationary obstacles, etc.) in the vicinity of the motor vehicles. This is important for the driver assistance system "Adaptive Cruise Control", for example.
  • ACC where an accurate estimate of a distance and a relative speed of the vehicle is used to determine appropriate actions of the motor vehicle.
  • said radar systems can also be used to implement safety functions, such as warning the driver in critical situations or causing an emergency stop when a collision can no longer be avoided.
  • CS modulation chirp sequence modulation
  • a sequence of so-called chirp signals linear frequency-modulated electromagnetic signals
  • the current frequency of the signals is linearly time-variable.
  • the reflected time signals are typically stored in a two-dimensional array, each column of the matrix containing values of received signals of a chirp, with a number of columns of the matrix being a number of chirps. Signals of a transmission sequence corresponds.
  • a discrete Fourier transform (DFT) for data elements of a chirp along a column of the data matrix allows an estimate of a distance (or range) of targets in a footprint of the radar.
  • the data elements of the columns of the matrix represent distances of target objects.
  • Performing a second discrete Fourier transformation along the lines of the resulting matrix allows an estimate of the relative velocity of the target objects.
  • DFT discrete Fourier transform
  • Performing a two-dimensional discrete Fourier transform produces a distance-speed-power (d-v) matrix, wherein amplitude values of the elements of the d-v matrix in a third dimension represent estimates of the reflected signal energy for the corresponding distance and velocity of the target object.
  • a fast Fourier transform is typically performed for this purpose that realizes an efficient implementation of the discrete Fourier transform.
  • the object is achieved according to a first aspect with a method for operating a radar device, comprising the steps:
  • a radar device comprising:
  • a generator for generating elements of a distance-speed-power matrix of a radar target; and an evaluation device for evaluating the elements of the distance-speed-power-matrix, wherein by means of the evaluation device elements of the distance-speed-power-matrix are equally evaluable in a first dimension, and wherein by means of the evaluation device elements of the distance-speed- Performance matrix in a second dimension mathematically defined offset evaluable.
  • Speed space is a continuous two-dimensional space in which values at each point of the dv space correspond to an amplitude of a received radar signal generated by an object of defined distance and speed relative to the radar. Since only a limited number of input data is available, the "real" dv space can thus only be “scanned” at certain points. As a result, an increase of a "granularity" of the matrix can advantageously be provided, which advantageously supports an improved estimation of distance and relative speed of targets.
  • Preferred embodiments of the method according to the invention are the subject of dependent claims.
  • Modulation can be generated. In this way, a favorable in the automotive field modulation is used, which is particularly suitable for high real-time requirements.
  • An advantageous development of the method provides that first of all the discrete Fourier transformation is carried out for all elements of columns of the distance-speed-power matrix, wherein the discrete
  • a further advantageous development of the method provides that first of all the discrete Fourier transformation is carried out for all elements of lines of the distance-speed-power matrix, wherein the discrete
  • Speed performance matrix is performed. Thereby, the order of performing the discrete Fourier transform for the entire matrix may be reversed, thereby providing a mathematically equivalent effect which may be particularly useful for less time critical applications (e.g., in astronomy, geodesy, etc.).
  • a further advantageous development of the method provides that each element of every second row of the distance-speed-power matrix is multiplied by the factor e jM / N , with the parameters: n column number of the distance-speed-power matrix N .... Total number of columns of the distance-speed-power matrix In this way, a mathematically defined technical realization of the method is provided.
  • Fig. 1 shows a conventional sampling scheme for a d-v matrix with a
  • Fig. 2 shows a known arrangement scheme of telecommunication devices
  • FIG. 3 shows a sampling scheme according to the invention for a d-v matrix with a test cell
  • FIG. 5 shows a worst-case scenario of an inventive sampling scheme for a d-v matrix
  • FIG. 6 shows a conventional scanning scheme for a d-v matrix with an elongate target object
  • FIG. 7 shows a scanning scheme according to the invention for a d-v matrix with an elongate target object
  • Fig. 8 is a principle flowchart of an embodiment
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a conventional sampling scheme for a distance-speed-power-matrix (d-v-matrix) in the d-v-plane.
  • the d-v plane scales a speed v in the x direction and a distance d of a radar device of a motor vehicle one to a target object (not shown) in the y direction. It is necessary for a reliable determination of the target object to obtain peak values of elements of the distance-speed-power matrix, each peak value representing a potential target object, provided that its power amplitude, which is plotted in a third dimension, is above Noise is lying.
  • the illustrated sampling scheme with rectangularly arranged test cells 1 and sampling points respectively, local peaks can be found by comparing each matrix element with eight adjacent matrix elements. 1 shows, with a square framing, that a test cell 1 (English, cell under test, CUT) is surrounded in the d-v plane by eight potential neighboring elements or test cells 1.
  • a d-v spectrum of a target object has a two-dimensional pattern due to effects of limited window sizes, which may include a main lobe and several side lobes. This has the effect of spreading electromagnetic signal energy across several adjacent cells. If only the main lobe is considered, the closer the test cell 1 is to the peak value of the d-v spectrum, the higher the signal energy. Although the four closest neighboring test cells 1 (in the "north”, "south”,
  • cell towers or other wireless telecommunications devices are often located locally in a hexagonal pattern, as shown in principle in the diagram of FIG. 2 with the x and y axes.
  • the two-dimensional area to be scanned is a physical area of a ground surface in which both dimensions have the same physical unit length. It is proposed to use a conventional two-dimensional matrix with chirp
  • Sequence data of a discrete two-dimensional digital or discrete Fourier transform wherein the Fourier transform is applied according to a hexagonal sampling scheme.
  • a two-dimensional dV matrix is initially generated, in which each data element corresponds to a signal energy of a temporal chirp sequence signal.
  • a d-v matrix of 512 rows and 32 columns can be generated.
  • a one-dimensional digital Fourier transform (preferably using Fast Fourier Transform, FFT) is performed along each column of the dv matrix. Thereafter, for every other line (eg, every even-numbered line) of the dv matrix, the one-dimensional digital Fourier transform is performed for all elements of the entire line.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • N number of columns of the d-v matrix
  • the digital Fourier transform is evaluated at lobes of (k + 1/2) / N cycles per sample.
  • the method can also be realized by first performing the digital one-dimensional Fourier transform over all rows of the dv matrix until all elements of the dv matrix have been transformed. Then the multiplication of the elements of each second column is performed with the factor e ⁇ -j * ⁇ * m / M with the parameters:
  • X1 (ii,:) X1 (ii,:). * Exp (-1j * pi * (0: (N-1)) / N);
  • FIG. 3 indicates this with a hexagonal border of the test cell 1.
  • Table 1 below shows that a number of neighboring elements to the test cell 1 has decreased in the following way:
  • a conventional scanning scheme has the following distances from neighboring cells to test cell 1, as shown in the following Table 2: Number of post-speed domain Distance domain barzellen
  • FIG. 5 shows an advantage of such a sampling of the distance-speed-power-matrix compared to FIG. 4.
  • FIG. 5 it can be seen from FIG. 5 with the modified sampling scheme that in a worst-case scenario, a sampling point has only three adjacent sampling points, each having the same spacing, the distances to the adjacent sampling points being reduced in comparison to FIG.
  • a process of evaluating target objects can be significantly simplified and improved because a distance of a peak in the d-v space to the nearest sampling point is reduced.
  • FIG. 3 it can be seen that in this case only six comparisons with adjacent sampling points are required, instead of eight, as can be seen from FIG.
  • FIG. 6 shows a conventional rectangular scanning scheme of a d-v matrix, wherein an elongate target object 200 is to be detected. It can be seen that, due to the regular structure of the sampling scheme, a distance of the target object 200 from all sampling points or test cells 1 is substantially the same size.
  • FIG. 7 shows that with a hexagonal sampling scheme, individual sampling points or test cells 1 of the dv matrix are closer to the target object 200 than others.
  • detection of the elongate target 200 may be easier and more accurate.
  • the Target object 200 is weak (eg, a low-reflectivity pedestrian), since a contribution of the signal peak value of the target object 200 to the amplitude of the nearest dv matrix element is stronger, the closer the sampling point is to the peak value of the target object 200.
  • a distance of a "true" target in the dv space to the next sample point is only about half as large as when using the conventional sampling scheme of FIG. 6.
  • Fig. 8 shows in principle a sequence of an embodiment of the method according to the invention.
  • a determination of a matrix with time signals of reflected radar radiation and determination of elements of a distance-speed-power matrix of a radar target are performed.
  • a first discrete one-dimensional Fourier transform is performed for the elements of the distance-speed power matrix in a first dimension.
  • a second discrete one-dimensional Fourier transform is performed for the elements of the distance-speed-power matrix in a second dimension such that the second discrete one-dimensional Fourier transform defines mathematically for every other element of the distance-speed-power matrix offset is performed.
  • Fig. 9 greatly illustrates a radar apparatus 100 having a generating means 10 for generating elements of a distance-speed-power matrix of a radar target 200.
  • the radar apparatus 100 further comprises an evaluator 20 for evaluating the elements of the pitch-speed-power matrix in which elements of the distance-speed-power matrix can be uniformly evaluated in a first dimension by means of the evaluation device 20, and elements of the distance-speed-power-matrix in a second dimension can be mathematically defined and evaluated in a defined manner by means of the evaluation device 20.
  • the radar device 100 may be formed as a conventional electronic hardware, wherein by means of software, a configuration of the hardware can be performed, for example, an implementation of the Fast Fourier transform and other radar signal processing steps.
  • the method may also be fully implemented in software.
  • the inventive method can also be used for other applications, such as an ultrasonic device, if a chirp sequence modulation is used.
  • the person skilled in the art can suitably modify and combine the described features of the invention without departing from the essence of the invention.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung (100), aufweisend die Schritte: - Ermitteln einer Matrix mit Zeitsignalen von reflektierter Radarstrahlung; - Ermitteln von Elementen einer Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix eines Radarziels aus den Zeitsignalen; - Durchführen einer ersten diskreten eindimensionalen Fourier-Transformation für die Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix in einer ersten Dimension; und - Durchführen einer zweiten diskreten eindimensionalen Fouriertransformation für die Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix in einer zweiten Dimension derart, dass die zweite diskrete eindimensionale Fouriertransformation für jedes zweite Element der Distanz-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix mathematisch definiert versetzt durchgeführt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung. Die
Erfindung betrifft ferner eine Radarvorrichtung.
Stand der Technik Im Kraftfahrzeugbereich werden zunehmend Radarsysteme eingesetzt, um fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme der Kraftfahrzeuge zu unterstützen. Eine der Hauptaufgaben der genannten Radarsysteme ist es, eine Distanz zu Objekten und eine Geschwindigkeit der Objekte (zum Beispiel Fahrzeuge, Fußgänger, stationäre Hindernisse, usw.) in der Nähe der Kraftfahrzeuge zu ermitteln. Dies ist zum Beispiel wichtig für das Fahrerassistenzsystem„Adaptive Cruise Control"
(ACC), wo eine genaue Schätzung einer Distanz und einer relativen Geschwindigkeit des Fahrzeugs verwendet wird, um geeignete Aktionen des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. In Kraftfahrzeugen können die genannten Radarsysteme auch eingesetzt werden, um Sicherheitsfunktionen zu realisieren, wie z.B. den Fahrer in kritischen Situationen zu warnen oder eine Vollbremsung zu veranlassen, wenn ein Zusammenstoß nicht mehr vermieden werden kann. Verschiedene unterschiedliche Signalmodulationsverfahren sind bekannt, wobei die Chirp-Sequence-Modulation (CS-Modulation) eine Modulationsart darstellt, die besonders häufig in automobilen Radarsystemen eingesetzt wird. Bei dieser Modulationsart wird eine Folge von sogenannten Chirp-Signalen (linear frequenzmodulierte elektromagnetische Signale) ausgesendet, bei denen die aktu- eile Frequenz der Signale linear zeitveränderlich ist. Einer der Vorteile der Chirp- Sequence-Modulation ist es, dass sie eine gleichzeitige Schätzung einer Distanz und einer relativen Geschwindigkeit von Objekten ermöglicht.
Nach dem Empfang von reflektierten Chirp-Signalen und nach geeigneter Vor- Verarbeitung werden die reflektierten Zeitsignale typischerweise in einer zweidimensionalen Matrix gespeichert, wobei jede Spalte der Matrix Werte von empfangenen Signalen eines Chirps enthält, wobei eine Anzahl von Spalten der Matrix einer Anzahl von Chirp-Signalen einer Sendesequenz entspricht. Eine diskrete Fouriertransformation (DFT) für Datenelemente eines Chirps entlang einer Spalte der Datenmatrix erlaubt eine Schätzung einer Distanz (bzw. eines Distanzbereichs) von Zielen in einer Ausleuchtzone des Radars. Die Datenelemente der Spalten der Matrix repräsentieren Entfernungen von Zielobjekten. Eine Durchführung einer zweiten diskreten Fouriertransformation entlang der Zei- len der resultierenden Matrix erlaubt eine Schätzung der Relativgeschwindigkeit der Zielobjekte.
Eine Durchführung einer zweidimensionalen diskreten Fouriertransformation erzeugt eine Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix (d-v-Matrix), wobei Amplitudenwerte der Elemente der d-v-Matrix in einer dritten Dimension Schätzungen der reflektierten Signalenergie für den entsprechenden Abstand und die entsprechende Geschwindigkeit des Zielobjekts repräsentieren. In der Praxis wird zu diesem Zweck typischerweise eine Fast-Fourier-Transformation durchgeführt, die eine effiziente Implementierung der diskreten Fourier-Transformation realisiert.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung, aufweisend die Schritte:
- Ermitteln einer Matrix mit Zeitsignalen von reflektierter Radarstrahlung;
- Ermitteln von Elementen einer Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix eines Radarziels aus den Zeitsignalen; - Durchführen einer ersten diskreten eindimensionalen Fourier-Transformation für die Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix in einer ersten Dimension; und
- Durchführen einer zweiten diskreten eindimensionalen Fouriertransformation für die Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix in einer zweiten Dimension derart, dass die zweite diskrete eindimensionale Fouriertransformation für jedes zweite Element der Distanz-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix der zweiten Dimension mathematisch definiert versetzt durchgeführt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer Radarvorrichtung, aufweisend:
eine Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Elementen einer Ab- stands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix eines Radarziels; und eine Evaluierungseinrichtung zum Evaluieren der Elemente der Ab- stands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix, wobei mittels der Evaluierungseinrichtung Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs- Matrix in einer ersten Dimension gleichmäßig evaluierbar sind, und wobei mittels der Evaluierungseinrichtung Elemente der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix in einer zweiten Dimension mathematisch definiert versetzt evaluierbar sind.
Auf diese Weise können leistungsmäßige Spitzenwerte von Elementen der Ab- stands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix besser ermittelt werden. Im Ergebnis wird dies dadurch möglich, dass eine Art hexagonales„Abtastgitter" realisiert wird, wodurch zu einer Evaluierung Elemente der Abstands-Geschwindigkeits- Leistungs-Matrix vorteilhaft nur mit sechs anderen Werten verglichen werden müssen. Der„echte" d-v-Raum (Abstands-Geschwindigkeits-Raum) ist ein kontinuierlicher zweidimensionaler Raum, in welchem Werte an jedem Punkt des d-v- Raums einer Amplitude eines empfangenen Radarsignals entspricht, das von einem Objekt mit definiertem Abstand und definierter Geschwindigkeit relativ zum Radar erzeugt wurde. Da nur eine begrenzte Anzahl von Eingangsdaten vorhanden ist, kann der„echte" d-v-Raum somit nur an bestimmten Punkten„abgetastet" werden. Im Ergebnis kann damit vorteilhaft eine Erhöhung einer„Granulari- tät" der Matrix bereitgestellt werden, wodurch vorteilhaft eine verbesserte Schätzung von Abstand und Relativgeschwindigkeit von Zielen unterstützt ist. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix mittels einer Chirp-Sequence-
Modulation erzeugt werden. Auf diese Weise wird eine im automobilen Bereich günstige Modulationsart verwendet, die besonders für hohe Echtzeitanforderungen geeignet ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zunächst die diskrete Fouriertransformation für alle Elemente von Spalten der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix durchgeführt wird, wobei die diskrete
Fouriertransformation danach für alle Elemente von Zeilen der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix durchgeführt wird. Auf diese Weise kann ein spaltenweises Erzeugen von Matrixelementen vorgenommen werden, wobei vorteilhaft Datenelemente des vorhergehenden Chirp-Signals mittels diskreter Fouriertransformation bereits dann verarbeitet werden können, wenn nachfolgende Chirpsignale empfangen und nächstfolgende Matrixelemente erzeugt werden. Auf diese Weise ist eine hohe Echtzeitfähigkeit des Verfahrens unter- stützt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zunächst die diskrete Fouriertransformation für alle Elemente von Zeilen der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix durchgeführt wird, wobei die diskrete
Fouriertransformation danach für alle Elemente von Spalten der Abstands-
Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix durchgeführt wird. Dadurch kann die Reihenfolge der Durchführung der diskreten Fouriertransformation für die gesamte Matrix umgekehrt werden, wodurch ein in mathematischer Hinsicht gleichwertiger Effekt bereitgestellt werden kann, der insbesondere für weniger zeitkritische Ra- daranwendungen (z.B. in der Astronomie, Geodäsie, usw.) geeignet sein kann.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass jedes Element jeder zweiten Zeile der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix mit dem Faktor ejM/N multipliziert wird, mit den Parametern: n Spaltennummer der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix N ... . Gesamtzahl der Spalten der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix Auf diese Weise wird eine mathematisch definierte technische Realisierung des Verfahrens bereitgestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Darstellung in der Beschreibung und in den Figuren.
In den Figuren zeigt:
Fig. 1 ein herkömmliches Abtastschema für eine d-v-Matrix mit einer
Prüfzelle;
Fig. 2 ein bekanntes Anordnungsschema von Telekommunikationseinrichtungen;
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Abtastschemas für eine d-v-Matrix mit einer Prüfzelle;
Fig. 4 ein Worst-Case Szenario eines herkömmliches Abtastschema für eine d-v-Matrix;
Fig. 5 ein Worst-Case-Szenario eines erfindungsgemäßes Abtastschema für eine d-v-Matrix;
Fig. 6 ein herkömmliches Abtastschema für eine d-v-Matrix mit einem länglich ausgebildeten Zielobjekt;
Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Abtastschema für eine d-v-Matrix mit einem länglich ausgebildeten Zielobjekt;
Fig. 8 ein prinzipielles Ablaufdiagramm einer Ausführungsform
Verfahrens zum Betreiben einer Radarvorrichtung; und Fig. 9 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines konventionellen Abtastschemas für eine Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix (d-v-Matrix) in der d-v-Ebene. Die d-v-Ebene skaliert in x-Richtung eine Geschwindigkeit v und in y-Richtung einen Abstand d einer Radarvorrichtung eines Kraftfahrzeugs eines zu einem Zielobjekt (nicht dargestellt). Es ist zu einer zuverlässigen Ermittlung des Zielobjekts erforderlich, Spitzenwerte von Elementen der Abstands-Geschwindigkeits- Leistungs-Matrix zu ermitteln, wobei jeder Spitzenwert ein potentielles Zielobjekt repräsentiert, vorausgesetzt, dass seine Leistungs-Amplitude, die in einer dritten Dimension aufgetragen ist, oberhalb von Grundrauschen liegt. In dem dargestellten bekannten Abtastschema mit rechteckförmig angeordneten Prüfzellen 1 bzw. Abtastpunkten können lokale Spitzen durch ein Vergleichen jedes Matrizenelements mit acht benachbarten Matrizenelementen gefunden werden. Fig. 1 zeigt angedeutet mit einer quadratischen Umrahmung, dass eine Prüfzelle 1 (engl, cell under test, CUT) in der d-v-Ebene von acht potentiellen Nachbarelementen bzw. Prüfzellen 1 umgeben ist.
In typischen Anwendungen weist ein d-v-Spektrum eines Zielobjekts aufgrund von Effekten von begrenzten Fenstergrößen ein zweidimensionales Muster auf, welches eine Hauptkeule (engl, main lobe) und mehrere Seitenkeulen (engl, side lobe) umfassen kann. Dies hat den Effekt eines Spreitzens von elektromagnetischer Signalenergie über mehrere benachbarte Zellen. Wenn nur die Hauptkeule betrachtet wird, ist eine umso höhere Signalenergie vorhanden, je näher die Prüfzelle 1 am Spitzenwert des d-v-Spektrums liegt. Obwohl die vier nächstgelegenen Nachbar-Prüfzellen 1 (im„Norden",„Süden",
„Osten" und„Westen") zu einer spezifischen Prüfzelle 1 einen minimalen Abstand zur Prüfzelle 1 aufweisen, sind Distanzen zu diagonal angeordneten Nachbar-Prüfzellen (im Nordosten, Nordwesten, Südosten und Südwesten) beträchtlich größer. Dadurch erkennt man, dass Abstände zwischen Abtastpunkten der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix und der Prüfzelle 1 sehr unterschiedlich sein können. Dies ist eine immanente Eigenschaft von rechteckförmi- gen Abtastschemata und bedeutet, dass die weiter entfernten Zellen („Nordost", „Nordwest",„Südost" und„Südwest") empfindlicher auf Einflüsse von anderen Zielobjekten sind. Eine Alternative zu rechteckförmigen Abtastschemata stellt ein hexagonales Abtastschema dar, wo jeder zweite Zeilen- oder Spaltenwert um einen Halbwert verschoben ist. Die Vorteile von hexagonalen Abtastschemata bezogen auf örtlich abgetastete Daten sind zum Beispiel für geophysikalische Anwendungen bekannt, indem auf diese Weise ein effizientes Abdecken einer Fläche ermöglicht ist. Dadurch kann eine maximale bzw. Worst-Case-Distanz zwischen jedem
Punkt und einem Abtastpunkt reduziert sein. Aus diesem Grund werden Mobilfunkmasten oder andere Einrichtungen der drahtlosen Telekommunikation häufig örtlich nach einem hexagonalen Muster angeordnet, wie im Diagramm von Fig. 2 mit x- und y-Achse prinzipiell erkennbar.
In den genannten geophysikalischen Anwendungen ist der abzutastende zweidimensionale Bereich ein physikalischer Bereich einer Erdoberfläche, bei dem beide Dimensionen die gleiche physikalische Längeneinheit aufweisen. Vorgeschlagen wird, eine herkömmliche zweidimensionale Matrix mit Chirp-
Sequence-Daten einer diskreten zweidimensionalen digitalen bzw. diskreten Fouriertransformation zu unterziehen, wobei die Fouriertransformation gemäß einem hexagonalen Abtastschema angewendet wird. Dabei wird zunächst beispielsweise eine zweidimensionale d-v-Matrix erzeugt, in der jedes Datenelement einer Signalenergie eines zeitlichen Chirp-Sequence- Signals entspricht. Beispielsweise kann auf diese Weise mit 32 Chirp-Signalen zu jeweils 512 Werten eine d-v-Matrix mit 512 Zeilen und 32 Spalten erzeugt werden.
Danach wird eine eindimensionale digitale Fouriertransformation (vorzugsweise unter Verwendung von Fast-Fouriertransformation, FFT) entlang jeder Spalte der d-v-Matrix durchgeführt. Danach wird für jede zweite Zeile (z.B. jede geradzahlige Zeile) der d-v-Matrix die eindimensionale digitale Fouriertransformation für alle Elemente der gesamten Zeile durchgeführt.
Schließlich werden alle Elemente jeder zweiten Zeile (z.B. jeder ungeradzahligen Zeile) mit dem Faktor ejM/N multipliziert, wobei gilt: n ... Spaltennummer der d-v-Matrix, 0 bis N-1
N ... Anzahl der Spalten der d-v-Matrix
Danach wird die eindimensionale digitale Fouriertransformation über die mathematisch derart bearbeiteten Elemente jeder zweiten Zeile (z.B. jeder
ungeradzahligen Zeile) durchgeführt.
Der Effekt des letztgenannten Schritts ist es, die digitale Fouriertransformation bei sogenannten Halb-Frequenz-Bins durchzuführen bzw. die digitale
Fouriertransformation bei Frequenzen zwischen den üblichen Standard- Frequenz-Bins zu evaluieren, anstatt, wie bei der konventionellen digitalen Fouriertransformation bei k/N Zyklen pro Abtastschritt, wobei gilt: k ... ganze Zahl mit Werten zwischen 0 und N -1
Im Ergebnis wird dadurch die digitale Fouriertransformation bei Keulen von (k+1/2)/N Zyklen pro Abtastung evaluiert.
Alternativ kann das Verfahren auch realisiert werden, indem zuerst die digitale eindimensionale Fouriertransformation über alle Zeilen der d-v-Matrix vollständig durchgeführt wird bis alle Elemente der d-v-Matrix transformiert sind. Danach wird die Multiplikation der Elemente jeder zweiten Spalte mit dem Faktor e Λ -j * π * m/M durchgeführt mit den Parametern:
... Zeilennummer
.. Gesamtzahl der Zeilen Dadurch ist es möglich, zuerst die Zeilen abzuarbeiten und danach die geshiftete digitale Fouriertransformation auf alternative Spalten anzuwenden (äquivalent zu einem Transponieren der d-v-Datenmatrix). Ein MATLAB-Code, mit dem das Verfahren realisiert werden kann, ist nachfolgend aufgelistet: function XX = fft2hex (x)
% x - time domain data matrix
% XX - calculated d-v matrix
X1 = fft(x,[ ],1);
N = size (x,2); for ii=2:2:size(X1 , 1),
X1 (ii,:)= X1 (ii,:).*exp(-1j*pi*(0:(N-1))/N);
end
XX = fft(X1 ,[ ],2);
end
Aus Fig. 3 erkennt man, dass durch ein derartiges Abtasten eine Prüfzelle 1 jeweils nur noch sechs Nachbar-Prüfzellen 1 besitzt. Fig. 3 deutet dies mit einer hexagonalen Umrandung der Prüfzelle 1 an. In der nachfolgenden Tabelle 1 ist dargestellt, dass sich eine Anzahl von Nachbarelementen zur Prüfzelle 1 in folgender Weise verringert hat:
Figure imgf000011_0001
Tabelle 1
Im Vergleich dazu hat ein konventionelles Abtastschema folgende Abstände von Nachbarzellen zur Prüfzelle 1 , wie in der folgenden Tabelle 2 dargestellt: Anzahl von NachGeschwindigkeitsdomäne Abstandsdomäne barzellen
2 1 0
4 1 1
2 0 1
Tabelle 2
Fig. 5 zeigt einen Vorteil eines derartigen Abtastens der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix im Vergleich zu Fig. 4.
Fig. 4 deutet mit vier Pfeilen an, dass in einem herkömmlichen rechteckigen Abtastschemas in einem Worst-Case-Szenario ein Abtastpunkt vier benachbarte, im Wesentlichen gleich beabstandete Abtastpunkte aufweisen kann. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Detektion eines Zielobjekts erschwert sein.
Demgegenüber erkennt man aus Fig. 5 mit dem abgeänderten Abtastschema, dass in einem Worst-Case-Szenario ein Abtastpunkt nur noch drei benachbarte Abtastpunkte mit jeweils gleichem Abstand aufweist, wobei die Abstände zu den benachbarten Abtastpunkte im Vergleich zu Fig. 4 verringert sind. Dadurch kann ein Prozess eines Evaluierens von Zielobjekten bedeutend vereinfacht und verbessert sein, weil ein Abstand einer Spitze im d-v-Raum zum nächstgelegenen Abtastpunkt verringert ist. Aus Fig. 3 erkennt man, dass in diesem Fall nur sechs Vergleiche mit benachbarten Abtastpunkten erforderlich sind, anstatt acht, wie aus Fig. 1 erkennbar.
Fig. 6 zeigt ein herkömmliches rechteckförmiges Abtastschema einer d-v-Matrix, wobei ein länglich ausgebildetes Zielobjekt 200 detektiert werden soll. Es ist erkennbar, dass aufgrund der regelmäßigen Struktur des Abtastschemas ein Abstand des Zielobjekts 200 gegenüber allen Abtastpunkten bzw. Prüfzellen 1 im Wesentlichen gleich groß ausgebildet ist.
Demgegenüber zeigt Fig. 7, dass mit einem hexagonalen Abtastschema einzelne Abtastpunkte bzw. Prüfzellen 1 der d-v-Matrix näher am Zielobjekt 200 liegen als andere. Dadurch kann eine Detektion des länglich ausgebildeten Zielobjekts 200 leichter und genauer sein. Dies kann insbesondere dann nützlich sein, wenn das Zielobjekt 200 schwach ist (z.B. ein schwach reflektierender Fußgänger), nachdem ein Beitrag des Signalspitzenwerts des Zielobjekts 200 zur Amplitude des nächstliegenden d-v-Matrixelements umso stärker ist, je näher der Abtastpunkt am Spitzenwert des Zielobjekts 200 liegt. Im Ergebnis ist bei Verwendung des Abtastschemas von Fig. 7 also ein Abstand eines„echten" Ziels im d-v-Raum zum nächsten Abtastpunkt nur ca. halb so groß wie bei Verwendung des herkömmlichen Abtastschemas von Fig. 6.
Fig. 8 zeigt prinzipiell einen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem Schritt 300 werden ein Ermitteln einer Matrix mit Zeitsignalen von reflektierter Radarstrahlung und ein Ermitteln von Elementen einer Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix eines Radarziels durchgeführt.
In einem Schritt 310 wird eine erste diskrete eindimensionale Fourier- Transformation für die Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs- Matrix in einer ersten Dimension durchgeführt.
In einem Schritt 320 wird eine zweite diskrete eindimensionale Fouriertransformation für die Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix in einer zweiten Dimension derart durchgeführt, dass die zweite diskrete eindimensionale Fouriertransformation für jedes zweite Element der Distanz-Geschwindig- keits-Leistungs-Matrix mathematisch definiert versetzt durchgeführt wird.
Fig. 9 zeigt stark vereinfacht eine Radarvorrichtung 100 mit einer Erzeugungseinrichtung 10 zum Erzeugen von Elementen einer Abstands-Geschwindigkeits- Leistungs-Matrix eines Radarziels 200. Die Radarvorrichtung 100 weist ferner eine Evaluierungseinrichtung 20 zum Evaluieren der Elemente der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix auf, wobei mittels der Evaluierungseinrichtung 20 Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix in einer ersten Dimension gleichmäßig evaluierbar sind, und wobei mittels der Evaluierungseinrichtung 20 Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix in einer zweiten Dimension mathematisch definiert versetzt evaluierbar sind. Vorteilhaft kann die Radarvorrichtung 100 als eine herkömmliche elektronische Hardware ausgebildet sein, wobei mittels Software ein Konfigurieren der Hardware durchgeführt werden kann, zum Beispiel eine Realisierung der Fast Fouriertransformation und anderer Radarsignal-Verarbeitungsschritte. Alternativ kann das Verfahren auch vollständig in Software implementiert werden. Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für andere Anwendungen, wie z.B. eine Ultraschall-Vorrichtung verwendet werden, sofern eine Chirp- Sequence-Modulation eingesetzt wird. Der Fachmann kann die beschriebenen Merkmale der Erfindung geeignet abwandeln und miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung (100), aufweisend die Schritte:
Ermitteln einer Matrix mit Zeitsignalen von reflektierter Radarstrahlung;
Ermitteln von Elementen einer Abstands-Geschwindigkeits- Leistungs-Matrix eines Radarziels aus den Zeitsignalen;
Durchführen einer ersten diskreten eindimensionalen Fourier- Transformation für die Elemente der Abstands-Geschwindigkeits- Leistungs-Matrix in einer ersten Dimension; und
Durchführen einer zweiten diskreten eindimensionalen Fouriertransformation für die Elemente der Abstands-Geschwindigkeits- Leistungs-Matrix in einer zweiten Dimension derart, dass die zweite diskrete eindimensionale Fouriertransformation für jedes zweite Element der Distanz-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix mathematisch definiert versetzt durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Elemente der Abstands-Geschwindig keits-Leistungs-Matrix mittels einer Chirp-Sequence-Modulation erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zunächst die diskrete
Fouriertransformation für alle Elemente von Spalten der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix durchgeführt wird, wobei die diskrete Fouriertransformation danach für alle Elemente von Zeilen der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zunächst die diskrete
Fouriertransformation für alle Elemente von Zeilen der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix durchgeführt wird, wobei die diskrete Fouriertransformation danach für alle Elemente von Spalten der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Element jeder zweiten Zeile der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix mit dem Faktor ejM/N multipliziert wird, mit den Parametern: n Spaltennummer der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix
N ... . Gesamzahl der Spalten der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs- Matrix
6. Radarvorrichtung (100), aufweisend:
eine Erzeugungseinrichtung (10) zum Erzeugen von Elementen einer Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix eines Radarziels (200); und
eine Evaluierungseinrichtung (20) zum Evaluieren der Elemente der Ab- stands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix, wobei mittels der Evaluierungseinrichtung (20) Elemente der Abstands-Geschwindigkeits- Leistungs-Matrix in einer ersten Dimension gleichmäßig evaluierbar sind, und wobei mittels der Evaluierungseinrichtung (20) Elemente der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix in einer zweiten Dimension mathematisch definiert versetzt evaluierbar sind.
7. Radarvorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei mittels der Erzeugungseinrichtung (10) eine Chirp-Sequence-Modulation durchführbar ist.
8. Radarvorrichtung (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei mittels der Evaluierungseinrichtung (20) jedes Element jeder zweiten Zeile der Abstands- Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix mit dem Faktor ejM/N multiplizierbar ist, mit den Parametern: n Spaltennummer der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs-Matrix
N ... . Gesamtzahl der Spalten der Abstands-Geschwindigkeits-Leistungs- Matrix
9. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn es auf einer elektroni- sehen Radarvorrichtung (100) abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
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