DE19937723C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Höhenwinkelfehlers eines mehrstrahligen Radar-Sensors - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Bestimmung eines Höhenwinkelfehlers bei einem mehrstrahligen Radarsensor nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. von einem Radarsensor nach der Gattung des Anspruchs 9 aus. Mehrstrahlige Radarsysteme bzw. -Sensoren zur Bestimmung eines Seiten- bzw. eines Höhenwinkels in Relation zu einem erfaßten Ziel sind schon mehrfach bekannt. Beispielsweise ist in der DE 197 48 604 A1 ein Verfahren zur Bestimmung eines Seiten- und/oder eines Höhenwinkels beschrieben, bei dem wenigstens zwei Echosignale des Radarzieles aufgenommen werden. Die Amplitude von jedem Echo- bzw. Empfangstrahl wird normiert und mit norminierten Werten eines Antennendiagramms verglichen, die für die vom Radarsystem gebildete horizontale Grundebene zuvor ermittelt und abgespeichert wurden. Die Vergleichsergebnisse aus mindestens zwei Empfangstrahlen werden zur einer winkelabhängigen Auswertegröße miteinander verknüpft und dabei der Winkel ermittelt, bei dem ein Minimum- oder Maximumkriterium erfüllt ist. Zur Winkelbestimmung wird neben der Amplitude auch die Phasenlage von wendigsten zwei aufgenommenen Echosignalen ausgewertet.

Dieses Verfahren arbeitet zufriedenstellend, solange das Ziel, das im Idealfall als punktförmig angenommen wird, in der Null-Grad-Ebene des vom Radarsensors aufgespannten Grundebene liegt. Bei auftretenden Höhenwinkeln zwischen der Ebene des Radarsensors und dem Ziel ergibt sich ein Fehler bei der Bewertung der Amplitudenverhältnisse zwischen dem Sende- und Echosignal, der um so größer wird, je größer der Höhenwinkel ist.

Vorteil der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 hat demgegenüber den Vorteil, daß parallel zur Null-Grad-Ebene ein oder mehrere laterale Schnittebenen gebildet werden, für die die entsprechenden Werte des Antennendiagramms ermittelt und bezogen auf den zugehörigen Höhenwinkel abgespeichert wurden. Man erhält somit vorteilhaft weitere Diagrammwerte, die eine zuverlässige Höhenwinkelbestimmung und damit auch ein Fehlerwinkel beispielsweise zur Höhenjustage für den Radarsensor ermöglicht.

Da die Referenzantennendiagramme bezüglich Ihrer vertikalen Achse symmetrisch sind, kann vorteilhaft Speicherplatz eingespart werden, wenn nur die Werte für eine Symmetriehälfte einer Schnittebene gespeichert werden. Beispielsweise genügt es, nur die Werte mit einem positiven Winkel einer Schnittebene zusammen mit der Richtung zu speichern, da für negative Winkel die Werte - abgesehen von der Richtung - identisch sind.

Vorteilhaft ist weiter, daß die Werte für die Antennendiagramme normiert damit abhängig von der absoluten Signalamplitude sind. Die empfangenen Signalamplituden der Radarstrahlen werden ebenfalls normiert. Für jedes Referenzdiagramm werden normierte Amplitudenwerte und normierte Antennendiagramm-Werte verglichen und mit einem Gütewert beaufschlagt werden. Aus der Vielzahl der ermittelten Werte für den Höhenwinkel kann der mit der größten Wahrscheinlichkeit ermittelt werden. Der dazu ermittelte optimale Lateralwinkel kann dann als Ergebnis ausgegeben werden.

Um Fehlmessungen zu erkennen und eliminieren zu können ist es günstig, die ermittelten Höhenwinkel beispielsweise in Form einer Winkelverteilung in ein Diagramm auszugeben. Die den einzelnen Schnittebenen zugeordneten Höhenwinkel können somit leichter ausgewertet werden.

Bei Langzeitmessungen kann durch Vergleich des Mittelwertes der einzelnen Diagramme (Histogramme) festgestellt werden, ob eine Dejustage des Radarsensors vorliegt und gegebenfalls eine Nachjustierung erfolgen muß.

Als besonders vorteilhaft wird angesehen, daß bei Verwendung des Radarsensors in einem Kraftfahrzeug auf einfache Weise die Bewegungen des Fahrzeuges während der Fahrt erkannt und beispielsweise Abstandsmessungen zu einem vorausfahrenden Fahrzeug mit größerer Genauigkeit und Zuverlässigkeit durchführbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Radarsensors, Fig. 2 zeigt ein erfaßtes Ziel mit ent­ sprechendem Höhenwinkel, Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit lateralen Schnittebenen, Fig. 4 zeigt die Intensitätsverteilungen der Echosignale mehrerer Schnittebenen und Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form ein Blockschaltbild eines Radarsensors mit einer Steuerung 10, mit der über Sende-Empfangsantennen 11, 12, 13 Radarstrahlen ausgesendet werden, die von einem Ziel 4 reflektiert werden. Die reflektierten Echosignale werden wiederum von den Sende- /Empfangsantennen 11, 12, 13 aufgenommen und in der Steuerung 10 ausgewertet. Die Steuerung 10 ist mit einem Speicher 14 verbunden, in dem für mehtere lateral angeordnete Schnittebenen 1 Geeignete Werte (z. B. normiert Amplituden-, Phasenwerte u. a.) von Antennendiagrammen gespeichert sind. Die gespeicherten Werte werden als Referenzwerte für die von den Antennen 11, 12, 13 empfangenen Echosignalen verwendet. Des weiteren ist die Steuerung mit einer Winkelausgabe 15 verbunden, in der ein Höhenwinkel, beispielsweise in Form einer optischen Anzeige oder eines elektrischen Signales ausgegeben wird. Bei Vergleich mit der Grundebene kann der Höhenwinkel als Dejustage- bzw. Fehlerwinkel ausgegeben werden.

Der Radarsensor mit seinen einzelnen Komponenten ist per se beispielsweise aus der DE 197 48 604 A1 bekannt und muß daher in seinen Einzelheiten nicht näher erläutert werden. Auf die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung wird später eingegangen.

Fig. 2 zeigt zum besseren Verständnis ein Diagramm über die Bildung des Höhenwinkels α der zwischen dem Radarsensor 3 und einem in mehreren Schnittebenen 0, 1, 2, 3 angenommenen (vorzugsweise punktförmigen) Ziel 4 in Bezug auf die Grundebene 0 gebildet wird. Befindet sich das Ziel 4 auf der Schnittebene 0, so ist der Höhenwinkel α0 = 0. Auf der ersten Schnittebene wird dagegen ein Höhenwinkel α1 zum Ziel 4 gebildet. Das angenommene Ziel 4 auf der zweiten Schnittebene bildet den Höhenwinkel α2, während das Ziel 4 auf der dritten Schnittebene den Höhenwinkel α3 usw. bildet. Negative Winkel werden entsprechend gebildet, sie wurden aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit lateralen Schnittebenen 0 bis 4 bzw. 0 bis -4, die aus Symmetriegründen um die Grundebene (0 Grad) angeordnet sind. Werden beispielsweise die einzelnen lateralen Schnittebenen 1 mit äquidistantem Abstand a angeordnet, dann ergibt sich auf den positiv bezeichneten lateralen Schnittebenen 1 für die Intensität I der einzelnen Strahlen die gleiche Intensitätsverteilung wie auf den negativen Schnittebenen -1 bis -4.

Vollständigkeitshalber sei noch darauf hingewiesen, daß aus den drei Antennendiagrammen 2 ebenfalls ein Seitenwinkel berechnet werden kann.

Wie der Fig. 3 weiter entnehmbar ist, sind wegen der Symmetrie der Antennendiagramme 2 die einzelnen Verteilungen der Intensität in der positiven und negativen Schnitthälfte identisch. Zur Unterscheidung genügt es, einen zusätzlichen Wert für die positive oder negative Halbebene abzuspeichern. Dies kann beispielsweise für die negative Halbebene das Signal des Straßenclutter sein. Die Wahl des Abstandes a der lateralen Schnittebene 1 kann beliebig festgelegt werden. Beispielsweise kann der Abstand a so gewählt werden, daß er einen Höhenwinkel α = 0,5° entspricht. Bei 4 positiven und 4 negativen lateralen Schnittebenen 1 würde somit ein Winkelbereich von ±2° erfaßt werden.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Intensität I der drei Antennendiagramme 2 für die Schnittebene 1 bzw. Schnittebene 4 in Abhängigkeit vom Höhenwinkel α gespeichert sind. In dem Diagramm entspricht bei den dargestellten Intensitätskurven I die erste Indexzahl der entsprechenden Antenne des mehrstrahligen Radarsensors und die zweite Indexzahl der entsprechenden Ebene in Abhängigkeit von dem Höhenwinkel α. In dem Diagramm ist weiter zu erkennen, daß die Intensität z. B. die Amplitude in der ersten Ebene sehr viel größer ist, als in der gestrichelt dargestellten Kurve der vierten Ebene. In dem Speicher 15 wurden nun für jede Ebene entsprechende Werte für ein Antennendiagramm abgelegt. Die Ablage der Werte für das entsprechende Antennendiagramm 2 kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Die einzelnen Meßwerte können direkt abgelegt werden oder alternativ normiert und/oder für unterschiedliche Schnittebenen in Form entsprechender Parameter beispielsweise als Koeffizientensatz eines Polynoms abgelegt werden.

Anhand des Flußdiagrammes der Fig. 5 wird die Funktionsweise näher erläutert. Es wird angenommen, daß die einzelnen Schnittebenen 1 beispielsweise mit dem Abstand a gebildet werden, der einem Höhenwinkel von 0,5° entspricht. Entsprechend der Fig. 3 ergibt sich damit ein Auswertebereich für den Höhenwinkel von ±2°. Selbstverständlich sind auch andere Abstufungen und Ebenenzahlen vorsehbar.

Entsprechend der Fig. 5 wird in Position 21 nun eine Amplituden unabhängige Normierung der Antennendiagramme, beispielsweise in Form der Intensitätsverteilungen gewählt. Des weiteren wird eine Gütefunktion bestimmt, die aus den gemessenen Amplituden abgeleitet wird. Die Bestimmung der Gütefunktion erfolgt beispielsweise nach dem bekannten Verfahren der DE 197 48 604 A1. In Position 22 werden nun alle gemessenen Winkel α einer bestimmten Schnittebene 1 bezüglich ihrer Güte miteinander verglichen. Der Winkel, der die größte Güte aufweist, ergibt für diese Schnittebene 1 den Höhenwinkel α. Für die übrigen Schnittebenen 1 wird ebenfalls der entsprechende Höhenwinkel α auf die gleiche Weise ermittelt. Auf diese Weise erhält man für jede Schnittebene einen zugeordneten Höhenwinkel.

Ein alternatives Verfahren besteht darin, daß für jeden Winkel eine Gesamtgüte aus den Gütewerten aller Schnittebenen ermittelt wird. Der Winkel mit der maximalen Gesamtgüte ist dann der gesuchte Höhenwinkel α.

Eine weitere Alternative besteht darin, die Gütewerte, die in jedem Schritt ermittelt werden bzw. die zugehörigen lateralen Winkel zu gewichten, indem die Winkelergebnisse vorangegangener Messungen berücksichtigt werden. Es ergibt sich somit ein optimaler Gesamtwinkel für die Lateralauflösung bezüglich der Elevation, der einerseits die vorangegangenen Messungen und andererseits die momentane Gütebewertung berücksichtigt.

In Position 23 werden nun die gefundenen Höhenwinkel α mit der größten Güte gespeichert, so daß bei Langzeitmessungen mit beliebig vielen Meßzyklen ein langfristiges Histogramm erstellt werden kann, mit dem beispielsweise eine Dejustierung des Radarsensors 3 erkennbar wird. Zur Erkennung der Dejustierung ist natürlich erforderlich, daß ein weiterer Parameter gespeichert wird, der die Richtung des Höhenwinkels nach oben oder nach unten definiert. Dieses kann beispielsweise durch Reflektionsignale von der Straßenoberfläche (Straßenclutter) erfolgen.

In Position 24 wird beispielsweise durch Mittelwertbildung aus dem gespeicherten Langzeithistoprogramm der Fehlerwinkel für eine Höhenjustage ermittelt, der am häufigsten gespeichert wurde. Dieser Fehlerwinkel ist dann unter Berücksichtigung des Straßenclutters der gesuchte Winkel für die Fehljustage des Radarsensors.

Für die Dejustageerkennung ist als Alternative eine Auswertung vornehmbar, die aus dem Langzeithistogramm aus der Position des vertikalen Gütemaximums den entsprechenden Winkel ausrechnet.

Durch dieses Verfahren erhält man vorteilhaft eine robuste und gegen vertikale Schwankungen minimal abhängige Winkelauswertung. Darüber hinaus läßt sich mit diesem Verfahren beispielsweise die Nickbewegung eines Kraftfahrzeugs während der Fahrt berechnen. Wird mit dem Radarsensor 3 beispielsweise der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug gemessen (ACC Adaptive Cruise Controle), dann kann auf einfache Weise das Abstandssignal, das aus der Laufzeit oder der Phase des Echsignales gewonnen wird, unter Berücksichtung der Nickbewegung des Fahrzeuges korrigiert werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Bestimmung eines Höhenwinkelfehlers bei einem mehrstrahligen Radarsensor, der wenigstens zwei Sendestrahlen auf ein Radarziel gerichtet hat und dessen reflektierte Empfangstrahlen mit Werten eines Antennendiagramms für jeden Empfangstrahl verglichen werden, wobei die Werte für das Antennendiagramm in der Grundebene (1) zuvor ermittelt und gespeichert wurden, die durch die vom Radarsensor und dem Ziel gebildete Schnittebene aufgespannt wird, und wobei aus den ermittelten Vergleichswerten ein Höhenwinkel (α) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere, lateral angeordnete Schnittebene (1) mit vorgegebenem Abstand (α) gebildet wird, daß zu jeder weiteren Schnittebene (1) Werte für wenigstens ein weiteres Referenzantennen-Diagramm (2) in Abhängigkeit von dem zugeordneten Höhenwinkel (α) ermittelt und in einem Speicher (14) abgelegt wird, und daß aus dem Vergleich mit dem weiteren Referenzantennen-Diagramm ein Fehlerwinkel für den Höhenwinkel (α) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Referenzantennen-Diagramme (2) nur Werte für eine Symmetriehälfte der Schnittebenen (1) gespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Echosignale von der Straßenoberfläche zur Bestimmung der Richtung des Höhenwinkels (α) gespeichert werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den gespeicherten Werten einer Schnittebene (1) eines Referenz-Antennendiagramms ein Gütewert für den zugeordneten Höhenwinkel (α) gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vergleich aller gemessenen Höhenwinkel (α) einer bestimmten Schnittebene (1) bezüglich ihrer Güte derjenige Höhenwinkel (α) als Ergebnis ausgegeben wird, der die höchste Güte aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Höhenwinkel (α) mit ihren zugehörigen Schnittebenen (1) ein einem Histogramm ausgewertet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Mittelwertes der gespeicherten Höhenwinkel (α) als Maß für eine Dejustage des Radarsensors (3) verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für den vertikale Dejustagewinkel für eine automatische Nachführung des Radarsensors (3) verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennendiagramme (2) der einzelnen Schnittebenen (1) als Koeffizienten eines Polynoms gespeichert werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines Grenzwertes für den Dejustagewert eine Information ausgegeben wird und/oder der Radarsensor (3) abgeschaltet wird.

11. Radarsensor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens zwei Sende- /Empfangsantennen (11, 12, 13), mit einer Steuerung (10) zum Senden, Empfangen und Auswerten von Echosignalen und mit einer Winkelausgabe (15) für den Höhenwinkel (α), dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (14) vorgesehen ist, in dem Werte von wenigstens einem weiteren Antennendiagramm (2) einer weiteren lateralen Schnittebenen gespeichert sind, daß die Steuerung (10) ausgebildet ist, aus den gespeicherten Werten einen Fehlerwinkel für den Höhenwinkel (α) zu ermitteln und daß der Fehlerwinkel auf der Winkelausgabe (15) abgreifbar ist.

12. Radarsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (14) bei symmetrischen Antennendiagrammen (2) für die Aufnahme von Werten aus einer Symmetriehälfte der Schnittebenen (1) ausgebildet ist.

13. Verwendung des Radarsensors (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Fahrzeug zur Erfassung des Abstandes zu einem feststehenden oder sich bewegenden Gegenstand unter Berücksichtigung der Nickbewegung des Fahrzeuges.