WO2020229140A1 - Ermittlung der geschwindigkeit und des abstands von objekten zu einem sensorsystem - Google Patents

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WO2020229140A1 PCT/EP2020/061484 EP2020061484W WO2020229140A1 WO 2020229140 A1 WO2020229140 A1 WO 2020229140A1 EP 2020061484 W EP2020061484 W EP 2020061484W WO 2020229140 A1 WO2020229140 A1 WO 2020229140A1
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bistatic
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determined
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Stefan Edstaller
Dominikus Joachim MÜLLER
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Siemens Mobility GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a beat frequency measuring method.
  • the beat frequency measuring method reflection signals from a target object are measured in order to determine the position and speed.
  • the invention also relates to a position determination method.
  • the invention also relates to a speed determination method.
  • the invention also relates to a beat spectrum measuring device.
  • the invention also relates to a position determining device.
  • the invention also relates to a speed determination device.
  • the invention also relates to a moving object.
  • Autonomous driving requires precise knowledge of the position and speed of objects located in the vicinity of a route of an autonomously controlled vehicle.
  • Radar systems are often used to determine distance and speed.
  • radar systems only ever measure the radial speed in the direction from the sensor to the object.
  • a vectorial speed measurement which determines the speed components of an object in all spatial directions would be particularly desirable.
  • the determination of individual vectorial speed components could, for example, also be used to calculate the direction of movement of objects.
  • the detection of the direction of movement of vehicles plays a role in the field of autonomous driving, for example in the lane change detection of vehicles ahead or behind. This could make it possible to differentiate between lane changes and braking processes, which can lead to safety-critical scenarios. Examples for Lane change processes and braking processes are shown in FIG. 1 to FIG.
  • the direction of movement in combination with the speed can be determined, for example, with the aid of radar or lidar sensors together with complex object tracking algorithms. With such a procedure, the direction of movement is estimated with the aid of several measurements and range-Doppler and range-azimuth evaluations. However, vector velocity components are not measured directly.
  • Conventional lane change assistants measure whether there are vehicles in adjacent lanes at a certain distance without determining the vectorial speed of these vehicles.
  • US Pat. No. 5,361,072 A describes a compact FMCW radar system which, with the aid of software, determines an angle to a recorded target.
  • US Pat. No. 6,856,276 B2 describes the synchronization of several radar sensors with the aid of GPS data.
  • JP 2009 41 981 A describes a multi-radar system for measuring a direction of movement and speed of an object.
  • This object is achieved by a beat frequency measuring method according to claim 1, a position determination method according to claim 7, a speed determination method according to claim 8, a beat spectrum measuring device according to claim 9, a position determination device according to claim 11, a speed determination device according to claim 12 and a moving object according to claim 13 solved.
  • an electromagnetic reflection signal which comprises a reflection signal of a target object
  • monostatic measurement should be understood to mean that the emitter and receiver for generating or receiving the electromagnetic signal or reflection signal are arranged at the same position or very close to one another and form a common active sensor.
  • a target object can be, for example, a vehicle or a mobile or stationary object located in a movement area of a moving object.
  • an electromagnetic reflection signal which comprises a reflection signal of a target object, is measured bistatically with at least one of two sensors of the cooperative sensor system.
  • two sensors are used, a first sensor being used as an active sensor or as a transmitter unit, while one second sensor is used as a receiving unit for receiving the reflection signal.
  • Both sensors are preferably triggered by a common trigger signal.
  • the common trigger signal ensures that the bistatic response is measured within the limits set by the hardware and software, such as the bandwidth of the beat frequency, the ramp configuration and the sampling frequency of the analog-digital converter.
  • An AD converter is required to convert the analog measurement signals into further processable digital data.
  • the sampling frequency of the analog-digital converter specifies the highest measurable beat frequency.
  • the trigger signal must ensure that the bistatic response is within this maximum beat frequency.
  • the sampling frequency is usually selected as a function of the maximum bandwidth of the beat frequency, so that the limitation by the sampling frequency does not matter.
  • a beat spectrum is determined on the basis of the recorded measurement data.
  • the beat spectrum includes a low-frequency monostatic range, which is assigned to the monostatic reflection signal, and a higher-frequency bistatic range, which is assigned to the bistatic reflection signal.
  • a monostatic beat frequency of the target object in the monostatic range and a bistatic beat frequency of the target object in the bistatic range are determined on the basis of the determined beat spectrum.
  • a specific frequency can be assigned to the target object both in the monostatic range and in the bistatic range of the beat spectrum. This frequency can be identified, for example, by a characteristic shape of the beat spectrum in the range of the frequency of the target object. For example, an increased intensity value can be measured at the frequency of the target object.
  • the at least two sensors are either operated fully coherently by a common clock, with synchronization taking place via an electrical cable connection or by radio connection between the two radar sensors, or alternatively the at least two sensors are operated by an additional monostatic and bistatic Measurement of a reference target whose position is known, operated quasi-coherently.
  • the first variant enables exactly synchronized operation of the two sensors, which is necessary for correct evaluation of the bistatic measurement.
  • the alternative variant provides the information required via a reference measurement in order to determine a frequency offset of the bistatic measurement compared to the monostatic measurement when evaluating the measurements.
  • fully coherent operation should be understood to mean that the at least two sensors are synchronized by a clock signal.
  • fully coherent operation there are no frequency shifts in the bistatic range of the determined beat spectrum, so that a correction of the measured beat spectrum with the aid of a reference target is not necessary.
  • Such a solution is particularly advantageous in the case of sensors arranged on mobile units, since there the sensors move with them and distances to reference objects may not always be exactly known.
  • a large number of sensors are used, particularly in autonomous vehicles. These can include radar sensors, for example.
  • the majority of sensors available can now, for example, advantageously be used to determine monostatic and additionally bistatic beat spectra of objects located in the driving area of vehicles and to use the objects' characteristic frequencies
  • both the bistatic reflection signal and the monostatic reflection signal can be detected by one and the same sensor, more precisely, the first sensor. In other words, only the measurement signals from a single sensor are required. This reduces the signal processing effort and the memory effort in comparison to receiving measurement signals via several sensors.
  • the method according to the invention is not restricted to the use of two sensors. In order to increase the measurement accuracy or to achieve redundancy for safety-critical applications, measurement data from other sensors can also be used for processing.
  • the beat frequency measurement method according to the invention is first carried out.
  • a first transit time t 11 of the monostatic reflection signal is determined on the basis of the frequency of the target object in the monostatic range of the determined beat spectrum.
  • a second transit time t 12 of the bistatic reflection signal is determined on the basis of the frequency of the target object in the bistatic range of the determined beat spectrum.
  • the transit times are proportional to the monostatic or bistatic frequency of the target object.
  • Distances d 11 , d 12 of the sensors to the target object are determined on the basis of the determined transit times t 11 , t 12 .
  • a position of the target object is determined by Triangulation determined on the basis of the determined distances d 11 , d 12 .
  • the position of the target object can be calculated from the three known side lengths of a triangle spanned by the sensors and the target object.
  • the beat frequency measurement method is carried out. Furthermore, a first Doppler frequency of the monostatic reflection signal of the target object is determined in the monostatic range of the determined beat spectrum. In addition, a second Doppler frequency of the bistatic reflection signal of the target object is determined in the bistatic range of the determined beat spectrum. A first speed component v 11 of the target object is determined on the basis of the first doubler frequency. In addition, a second speed component v 22 of the target object is determined on the basis of the second Doppler frequency and the first speed component v 11 . On the basis of the determined first speed component v 11 and the determined second speed component v 22 , a vectorial speed V of the target object is finally determined.
  • the beat spectrum measuring device for determining a beat spectrum has a first sensor for monostatic measurement of an electromagnetic reflection signal which comprises a reflection signal of a target object. Part of the beat spectrum measuring device according to the invention is also a second sensor with a known distance d to the first sensor for bistatic measurement of an electromagnetic reflection signal which comprises a reflection signal of the target object.
  • the beat spectrum measuring device also has a spectrum determination unit for determining a raw data beat spectrum on the basis of the recorded measurement data, the raw data beat spectrum having a low-frequency monostatic range, which is assigned to the monostatic reflection signal, and a higher-frequency bistatic See the area which is assigned to the bistatic reflection signal.
  • the beat spectrum measuring device comprises a beat frequency determination unit for determining a monostatic beat frequency of the target object in the monostatic range on the basis of the determined beat spectrum and for determining a bistatic beat frequency of the target object in the bistatic range on the basis of the determined beat spectrum.
  • Beat spectrum measuring device also comprises an electrical cable connection or radio connection between the at least two sensors for fully coherent operation with a common clock, with synchronization via the electrical cable connection or the radio connection between the two sensors, or alternatively a reference target whose position is known , for a quasi-coherent operation of the at least two sensors through an additional monostatic and bistatic measurement of the reference target.
  • the beat spectrum measuring device shares the advantages of the beat spectrum measuring method according to the invention.
  • the beat spectrum measuring device according to the invention can also comprise more than two sensors in order to increase the measuring accuracy or to achieve redundancy for safety-critical applications.
  • the sensors used can each be equipped with a single transmit and receive channel, which reduces the effort required in comparison to multi-channel systems.
  • the beat spectrum measuring device can be designed as a master-slave system.
  • a sensor can be designed as a master and equipped with a transmitting and receiving unit.
  • the slave sensors then each have only one transmission unit for generating a measurement signal, which results in a compact and inexpensive measurement device.
  • the position determining device according to the invention has the beat spectrum measuring device according to the invention.
  • the position determining device also comprises a transit time determination unit for determining a first transit time t 11 of the monostatic reflection signal based on the frequency of the target object in the monostatic range of the determined beat spectrum and for determining a second transit time t 12 of the bistatic reflection signal based on the frequency of the target object in the bistatic range of the determined beat spectrum.
  • Part of the position determination device according to the invention is also a distance determination unit for determining distances d 11 , d 12 of the sensors to the target object on the basis of the determined transit times t 11 , t 12 .
  • the position determination device also comprises a position determination unit for determining a position of the target object by triangulation on the basis of the determined distances d 11 , d 12 ⁇
  • Position determination can advantageously be carried out with the aid of measurement data that come from a single radar sensor.
  • the signal processing effort and the memory effort as well as the infrastructural effort for the data transmission can thereby be reduced.
  • the speed determination device comprises the beat spectrum measuring device according to the invention.
  • Part of the speed determination device according to the invention is also a Doppler frequency determination unit for determining a first Doppler frequency of the monostatic reflection signal of the target object in the monostatic range of the determined beat spectrum and for determining a second Doppler frequency of the bistatic reflection signal of the target object in the bistatic range of the determined beat spectrum. rum.
  • the speed determining device also has a speed component determining unit for determining a first speed com- component v 11 of the target object based on the first Doppler frequency and for determining a second velocity component v 22 of the target object based on the second Doppler frequency and the first velocity component v 11 .
  • the speed determination device comprises a speed determination unit for determining a vector speed v of the target object on the basis of the determined first and second speed components v 11 , v 22.
  • a vector speed measurement is possible in all space - directions and thus a calculation of the direction of movement of objects is possible.
  • vector speed measurement is possible on the basis of a single series of measurements. The computational effort can therefore be reduced, so that real-time applications, such as those that occur in autonomous mobility, can be implemented more easily.
  • the movable object according to the invention comprises a control unit for autonomous or at least partially autonomous control of a movement of the movable object and a beat spectrum measuring device according to the invention and / or a position determining device according to the invention and / or a speed determining device according to the invention.
  • the movable object according to the invention can for example comprise an autonomously or partially autonomously controlled vehicle or flight object.
  • Some components of the measuring and determining devices according to the invention can predominantly be designed in the form of software components. This applies in particular to parts of the spectrum determination unit and the beat frequency determination unit of the beat spectrum measurement device, the transit time determination unit, the distance determination unit and the position determination unit of the position determination device and the Doppler frequency determination unit Speed component determining unit and the speed determining unit of the speed determining device. In principle, however, these components can also be implemented in part, in particular when particularly fast calculations are concerned, in the form of software-supported hardware, for example FPGAs or the like.
  • the required interfaces for example when it is only a matter of transferring data from other software components, can be designed as software interfaces. But they can also be configured as hardware-based
  • Interfaces can be formed that are controlled by suitable software.
  • a largely software-based implementation has the advantage that computer systems already present in a mobile object or in infrastructure can be easily supplemented with additional hardware elements such as sensors, clocks and trigger components through a software update can be retrofitted to work in the manner according to the invention.
  • the object is also achieved by a corresponding computer program product with a computer program that can be loaded directly into a memory device of such a computer system, with program sections to carry out the steps of the method according to the invention that can be implemented by software when the computer program is in the Computer system is running.
  • such a computer program product can optionally contain additional components such as documentation and / or additional components, including hardware components, such as Hardware keys (dongles etc.) for using the software.
  • additional components such as documentation and / or additional components, including hardware components, such as Hardware keys (dongles etc.) for using the software.
  • a computer-readable medium for example a memory stick
  • the computer unit can, for example, have one or more cooperating microprocessors or the like.
  • the sensors include radar sensors. Due to their larger wavelength of around 1 to 10 m, radar waves are suitable for the detection of larger objects even at greater distances and in poor visibility.
  • the sensors can also include lidar sensors. Lidar sensors enable the detection of objects with increased resolution, but require good visibility in order to function. If both types of sensors are included, optimal object detection takes place in any weather.
  • the sensors preferably include EMCW sensors.
  • EMCW sensors use a so-called frequency-modulated continuous wave radar (Frequency Modulated Continuous Wave radar), which emits a continuous transmission signal.
  • Frequency Modulated Continuous Wave radar Frequency Modulated Continuous Wave radar
  • Such an EMCW radar can change its operating frequency during a measurement, i.e. the transmission signal is frequency modulated. These changes in frequency enable transit time measurements. Distances can be measured precisely with an EMCW sensor.
  • a calibration is carried out to determine a corrected beat spectrum.
  • a frequency of the reference target in the bistatic range is determined on the basis of the determined raw data beat spectrum.
  • a value f diff becomes a frequency shift of the
  • Beat spectrum determined in the bistatic range The setpoint frequency can be determined or known on the basis of a previously known distance from the reference target. Finally, the raw data beat spectrum is shifted by the determined value f diff of the frequency shift.
  • the reference target can be a passive reference target which is illuminated with the aid of an active sensor and which reflects the waves emitted by the sensor unchanged.
  • the reference target can advantageously have a very simple design and require no maintenance effort.
  • the reference target can also be designed as an active reference target.
  • an active reference target comprises a transmitting / receiving antenna with which waves emitted by an active sensor are received, optionally amplified and / or modulated and transmitted again. Reliable detection and identification of the reference target can be achieved with such a reference target, since it can be characterized by a specific modulation.
  • a frequency of the reference target in the bistatic range corresponds to a maximum of the beat spectrum.
  • a frequency of a reference target can advantageously be recognized on the basis of the intensity of a spectral value.
  • the spectrum determination unit for determining a corrected beat spectrum has a reference frequency determination unit for determining a frequency of the reference target in the bistatic range on the basis of the determined beat spectrum.
  • part of the beat spectrum measuring device is also a shift frequency determination unit for determining a value of a frequency shift of the beat spectrum in the bistatic range based on the frequency of the reference target in the bistatic range determined by the measurement and a previously known setpoint frequency of the bistatic reflection signal of the Reference target and a shift unit for shifting the raw data beat spectrum by the determined value of the frequency shift.
  • the beat spectrum measuring device can advantageously be calibrated with the aid of the reference target, so that a more precise frequency measurement based thereon can be used to make precise evaluations of the measurement with regard to the speed and position of an object.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a traffic scenario with two vehicles, one of which is changing lanes
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a traffic scenario with three vehicles traveling one behind the other
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a traffic scenario in which an entrance to a street is blocked
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a fully coherent cooperative radar system according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a quasi-coherent cooperative radar system according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a diagram of a beat spectrum of a quasi-coherent cooperative radar system according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows a flow chart which illustrates a fully coherent beat frequency measurement method for determining a beat spectrum according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 9 shows a flow diagram which illustrates a quasi-coherent beat frequency measurement method for determining a beat spectrum according to an embodiment of the invention
  • FIG. 10 shows a flow diagram which illustrates a speed measurement method according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 11 shows a flowchart that illustrates a position determination method according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a speed determination device according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a position determining device according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 14 shows a diagram showing a position and direction determination based on the measurements of a first sensor of a Illustrates position and speed determining device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 15 shows a diagram which illustrates the determination of position and direction on the basis of the measurements of a second sensor spaced apart from the first sensor.
  • FIG. 1 shows a scenario 10 in which a first vehicle 1 and a second vehicle 2 drive one behind the other.
  • the first vehicle 1 is traveling at a first speed v x, 1 and the second vehicle 2 is traveling at a second speed v x, 2 along a road S.
  • the second vehicle 2 have only one speed component in the x direction, ie in the direction of the road. If the second vehicle 2 driving ahead is braked, its overall speed is reduced. Since the second vehicle 2 has only one speed component v x, 2 in the x direction, the change in the speed of the second vehicle 2 is equal to the change in the speed v x, 2 in the x direction.
  • the first vehicle 1 measures this change in the speed of the vehicle 2 driving ahead and in this case would also have to reduce the speed in order to maintain the required safety distance or change lanes in order to overtake the vehicle 2 driving ahead.
  • FIG. 2 shows a scenario 20 in which the vehicle 2 driving ahead begins to change from the right to the left lane.
  • the total speed remains during the lane change of the second vehicle 2 constant.
  • the direction of movement of the second vehicle 2 changes and thus the individual speed components of the second vehicle 2 also change.
  • the speed of the second vehicle 2 is made up of the components v x, 2 and v y, 2 , ie the components of the speed in the x direction and the components of the speed in the y direction. Since the total speed of the second vehicle 2 remains the same and the second vehicle 2 is additionally at v y, 2 in Moved in the y direction, the speed v x, 2 in the x direction is also reduced in this case.
  • the change in the speed v x, 2 is dependent on the angle between the direction of travel and the x direction.
  • the radar of the first vehicle 1 only measures the x component v x, 2 and thus only the change in v x, 2. It is therefore not possible for the first vehicle 1 to differentiate on the basis of a radar measurement whether the x component is v x, 2 of the speed of the second vehicle 2 due to a braking process or due to a lane change. In both cases, the first vehicle 1 would have to reduce its speed or change lanes. This can lead to an unnecessary braking maneuver, for example. In order to avoid a wrong assessment of the traffic situation shown in FIG. 2, all the speed components or the direction of movement of the second vehicle 2 would have to be measured.
  • FIG. 3 shows a scenario 30 with three vehicles 1, 2, 3 traveling one behind the other. If the middle vehicle 1 wishes to overtake the vehicle 2 driving ahead, it must be ensured that vehicles following behind do not veer out and block the left lane required for overtaking or that there is a collision with vehicles behind. In this case, the middle vehicle 1 would have to know the speed components or the direction of movement of the rear vehicle 3 before the middle vehicle 1 can safely initiate the overtaking process of the front vehicle 2. If only the x component v x, 3 of the following vehicle 3 is measured by the middle vehicle 1, a lane change of the following vehicle 3 could be incorrectly interpreted by the middle vehicle 1 as a braking process and thus a safety-critical overtaking process could be initiated.
  • FIG. 3 shows a scenario 30 with three vehicles 1, 2, 3 traveling one behind the other.
  • FIG. 4 shows a further scenario 40 in which an entry into a street is blocked (symbolized by a no entry sign). If lanes are blocked, for example in the area of construction sites or in the event of an accident, autonomously driving vehicles must be prompted to change lanes or turn off via the infrastructure. If the route of the vehicle is specified by the infrastructure, for example to avoid traffic jams, accidents or construction sites, it is necessary to check the correct classification of the vehicle in turning lanes and to track the turning process in order to protect the vehicle from dangerous situations .
  • the vehicle shown in FIG. 4 is intended to turn left at a junction, since continuing travel in the x direction, ie straight ahead, is blocked.
  • speed components v x, 1 , v y, 1 result in the x-direction and in the y-direction. If the vehicle 1 were to drive straight ahead into the blocked road, only the x-component v x, 1 would be measured by the traffic infrastructure. In order to check the execution of the request to turn and, if necessary, to request to turn again, it is necessary to be able to recognize a lane change or turning process. To do this, however, it is necessary to determine the direction of movement of vehicle 1.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a cooperative radar system 50 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the radar system 50 comprises a first radar sensor R1 and a second radar sensor R2 positioned at a distance d from the first radar sensor R1.
  • the two sensors R1, R2, which measure in different spatial directions, are combined to form a cooperative radar system.
  • the radar sensors R1, R2 are designed as conventional independent FMCW radar sensors and each measure a monostatic response of a target Z, ie a monostatic reflection signal RM, which is used to determine the distances d 11 , d 22 between the radar sensors R1, R2 and the target object Z and the speed of the target Z can be used.
  • a bistatic reflection signal RB can also be measured by the two radar sensors R1, R2.
  • the bistatic reflection signal RB contains information on the distance in the radial direction from the sensor R2 to the target Z and in the direction from the radar sensor R1 to the target Z as well as information on the speed of the target object Z.
  • the two sensors R1, R2 are synchronized by a clock signal generator Tkt, i.e. the two radar sensors R1, R2 are operated fully coherently by a common clock.
  • Such fully coherent operation can be advantageous in an autonomous vehicle, for example.
  • the transmission of the clock signal from the clock signal generator to the radar sensors R1, R2 can be implemented, for example, via an electrical cable connection between the two radar sensors and the clock signal generator Tkt.
  • the respective distance d 11 , d 22 from the spatial direction from both sensors R1, R2 to the target Z and the speed of the target Z can be determined from the bistatic response. Because both sensors R1, R2 are set up at spatially distributed points, localization and vectorial speed measurement of objects Z is possible in such a cooperative radar system. To obtain this information, the measurement data from only one of the two sensors R1, R2 is required.
  • Both sensors R1, R2 start a measurement by a common trigger signal from a trigger unit TR, which is connected to the two sensors R1, R2 either via a cable or by radio.
  • the common trigger signal ensures that the bistatic response can be measured within the limits specified by the sensor hardware and software, ie in particular limits for the beat frequency bandwidth, the ramp configuration and the AD converter.
  • a frequency offset is implemented between the two radar sensors R1, R2, ie the EMCW signals from the first and second radar sensors R1, R2 start at different frequencies f 0.1 , f 0.2 ⁇
  • the bandwidth B and the duration T of the EMCW signal is the same for both sensors R1, R2.
  • the beat signal S IF, 1 of the first radar sensor R1 is related to the transit times t 11 , t 12 of the monostatic reflection signal and the bistatic reflection signal as follows:
  • the signal Si F , i comprises a monostatic component S IF, 1, mono and a bistatic component S IF, 1, bi which can be attributed to the interaction between the second sensor R2, the target object Z and the first sensor R1.
  • the times t 11 and t 12 denote the transit times of the monostatic and bistatic signals S IF, 1, mono , S IF, 1, bi ⁇
  • the two phase values F 0,1 , F 0, 2 are the phases of the two sensor signals, the difference of which is known due to the common clocking.
  • Part of the beat spectrum measuring device 50 shown in FIG. 5 is also an evaluation unit 100a with a spectrum determination unit 101 for determining a raw data beat spectrum RBS on the basis of the recorded measurement data S IF, 1 .
  • the raw data beat spectrum RBS has a low-frequency monostatic area MB, which is assigned to the monostatic reflection signal RM, and a higher-frequency bistatic area BB, which is assigned to the bistatic reflection signal RB is assigned to.
  • the two different areas MB, BB of the raw data beat spectrum are illustrated in FIG.
  • a monostatic beat frequency MZF and a bistatic beat frequency BZF of the target object Z are finally determined by a beat frequency determination unit 105.
  • the transit times t 11 , t 12 of the monostatic reflection signal and the bistatic reflection signal can be determined.
  • the distance d 11 between the first sensor R1 and the target object Z can be calculated from the following equation:
  • c is the speed of light or the speed of propagation of the radar waves.
  • the distance d 22 between the second sensor R2 and the target object can be calculated using the following equation Calculate Z:
  • the position P of the target object Z relative to the radar system 50 can then be determined from a simple trigonometric calculation based on the triangular sides d, d 11 , d 22 that are now known.
  • the speed v v 11 + v 22 , where v, v 11 , V 22 are each vectorial quantities and v 11 points in the direction of d 11 and v 22 in the direction of d 22 , results from the Doppler frequencies of the monostatic and bistatic Sensor signal
  • the Doppler frequency results from the difference between the frequency of an emitted signal and the frequency of the reflected signal.
  • the Doppler frequency can also be calculated with the aid of several signals following one another at a time interval T.
  • the Doppler frequency results from the phase difference between the individual signals at the respective beat frequency of the target object.
  • the doubler frequency can be calculated in different ways.
  • the phase of the beat signal is constant for successive signals.
  • the phase of the beat signal changes proportionally to the change in the distance and therefore proportionally to the speed in the case of successive signals. This change in phase over time gives the Doppler frequency.
  • This method is also known as the "Range Doppler Algorithm” or “Range Doppler Processing".
  • the speed v 11 ie the speed component of the target object Z in the direction of the distance between the first sensor R1 and the target object Z, can be determined from the Doppler frequency f d, mono .
  • the Doppler frequency f d, bi of the bistatic sensor signal results as follows:
  • the second speed component v 22 in the direction of the distance between the second sensor R2 and the target object Z can then also be determined from the bistatic Doppler frequency f d, bi and the determined speed component v 11 .
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a cooperative radar system 60 according to a second exemplary embodiment.
  • the radar system 60 like the radar system 50 shown in FIG. 5, includes a first radar sensor R1 and a second radar sensor R2 positioned at a distance d from the first radar sensor R2.
  • the radar system 60 shown in FIG. 6 is not a fully coherent system, but rather a quasi-coherent system.
  • the difference from the exemplary embodiment shown in FIG. 5 is that the system shown in FIG. 6 does not have a clock Tkt for the two sensors. As a result, the sensor signals from different sensors do not have a fixed phase relationship.
  • the two radar sensors R1, R2 are operated quasi-coherently using a known reference target RO and by appropriate signal processing.
  • the bistatic response is corrected with the aid of the known and the measured distance d ref to the reference target RO.
  • the two sensors R1, R2, which measure in different spatial directions, are combined to form a cooperative radar system.
  • the radar sensors R1, R2 are designed as conventional, independent FMCW radar sensors and each measure a monostatic response of the target Z and the reference target RO, ie a monostatic reflection signal RM, which can be used to determine the distance d 11 , d ref and the speed of the target Z or reference target RO in the radial spatial direction from the sensor R1, R2 to the target Z or reference target RO.
  • a bistatic reflection signal RB is also measured by the two radar sensors R1, R2.
  • the bistatic reflection signal contains information on the distance and on the speed in the radial direction from the sensor R2 to the target Z and in the direction from the radar sensor RI to the target Z. The same applies to the reference target RO.
  • both sensors R1, R2 start a measurement by a common trigger signal from the trigger unit TR, which is connected to the two sensors R1, R2 either via a cable or by radio.
  • the common trigger signal ensures that the bistatic response is within the limits specified by the sensor hardware and software, i.e. in particular, limits for the beat frequency bandwidth, the ramp configuration and AD converter can be measured.
  • a frequency offset is implemented between the two radar sensors R1, R2, ie the FMCW signals from the radar sensors start at different frequencies.
  • the bandwidth and duration of the FMCW signal is the same for both sensors R1, R2.
  • the bistatic response is shifted by the frequency offset f off to a predefined range in the baseband and can be separated from the monostatic response.
  • the bistatic portion of the beat spectrum is corrected, unlike in the exemplary embodiment shown in FIG. This process is explained in detail in connection with FIG.
  • the corrected beat spectrum is then used, analogously to the procedure described in FIG. 5, to determine a position P and a speed v of the target object Z.
  • the distance and the speed in the direction from the sensor R2 to the target object Z can be determined with the aid of the monostatic response from the bistatic response. If both sensors R1, R2 are set up at spatially distributed points, localization and vectorial speed measurement of objects Z is possible in such a cooperative radar system. To receive this information, the measurement data from only one of the two sensors R1, R2 are required.
  • the quasi-coherent operation can also be implemented with the aid of a GPS-controlled system or a radio link between the individual sensors. GPS or radio links between the sensors can replace the trigger unit TR. Both variants can be used for coherent and quasi-coherent operation.
  • GPS 1 PPS a very stable "Pulse Per Second” signal (GPS 1 PPS) is sent (frequency 1 Hz).
  • GPS 1 PPS a very stable "Pulse Per Second” signal
  • This signal can be received at the sensors of the system when the system is operated outdoors and a trigger signal is then generated locally from it This can be implemented with the help of a separate phase-locked loop, which uses the 1 PPS signal as the reference signal.
  • a radio connection between the sensors requires master-slave operation between the sensors.
  • the master sensor can send a trigger signal to the slave sensor. This can be done both within the radar frequency band used for distance measurement and with additional hardware in other frequency bands.
  • frequency and phase offsets can be compensated for with the aid of a previously defined signal form that is sent from the master to the slave sensor, similar to a pilot tone method.
  • An example of a synchronization using a direct radio link between two radar sensors is given in the paper "Precise Distance Measurement with Cooperative EMCW Radar Units" by A. Stelzer, M. Jahn and S. Scheiblhofer, 1-4244-1463- 6/08 / Given $ 25.00 2008 IEEE, pp. 771 to 774. Here, however, only the distance between the sensors is measured.
  • Part of the beat spectrum measuring device 60 shown in FIG. 6 is also an evaluation unit 100 with a spectrum determination unit 101 for determining a raw data beat spectrum RBS on the basis of the recorded measurement data S IF, 1 .
  • the raw data beat spectrum RBS has a low-frequency monostatic area MB, which is assigned to the monostatic reflection signal RM, and a higher-frequency bistatic area BB, which is assigned to the bistatic reflection signal RB.
  • the raw data beat spectrum RBS is transmitted to a reference frequency determination unit 102 which is set up to determine a frequency RF of the reference target RO in the bistatic area BB on the basis of the determined raw data beat spectrum RBS.
  • the frequency RF of the reference target RO is transmitted to a shift frequency determination unit 103 which is set up to determine a value f diff of a frequency shift of the beat spectrum RBS in the bistatic range BB, based on the frequency RF des determined by the measurement To determine the reference target RO in the bistatic area BB and a previously known setpoint frequency SFB of the bistatic reflection signal of the reference target RO.
  • the value f diff of the frequency shift and the raw data beat spectrum RBS are transmitted to a shift unit 104.
  • the shift unit is used to shift the statistical part of the raw data beat spectrum RBS by the determined value of the frequency shift f diff .
  • a corrected beat spectrum BS k is determined, which can serve as the basis for a position calculation and a speed calculation.
  • a monostatic beat frequency MZF and a bistatic beat frequency BZF of the target object Z are finally determined by a beat frequency determination unit 105 on the basis of the corrected beat spectrum BS k .
  • FIG. 7 shows a diagram 70 which illustrates a so-called beat spectrum of a measurement with the arrangement 60 shown in FIG.
  • the beat spectrum shown in FIG. 7 was thus recorded in quasi-coherent operation. It shows the magnitude M in decibels plotted against the frequency f in kilohertz.
  • the two radar sensors R1, R2 were not fully synchronized by a clock signal Tkt. Instead, a monostatic reflection signal RM and a bistatic reflection signal RB were measured both from the target object Z and from a reference target RO.
  • the monostatic area MB and the bistatic area BB are separated from one another by a vertical black line L which lies approximately at a frequency of 250 kHz.
  • Maxima RF, ZF, which are assigned to the reference target RO and the target object ZO, are shown in the monostatic area MB.
  • the frequency ZF, which corresponds to the target object Z is approximately 50 kHz and the frequency RF, which corresponds to the reference target RO, is approximately 100 kHz.
  • Maxima RFB, ZFB, which correspond to the reference target RO and the target object ZO, can also be recognized in the bistatic region BB of the beat spectrum.
  • the frequency ZFB, which corresponds to the target object ZO, is approximately 530 kHz and the frequency RFB, which corresponds to the reference target RO, is approximately 570 kHz.
  • the solid line characterizes the raw data RD of the radar sensor R1, ie the data which have not yet been corrected with the aid of the reference target RO.
  • the distance d 22 between the second radar sensor R2 and the target Z can be determined using spectral data CD.
  • the unknown target Z can now be localized by triangulation, ie its position P can be determined.
  • the vector velocity v of the target object Z can also be determined by determining the Doppler frequency.
  • monostatic and bistatic responses are evaluated. These supply distance values or speed values in two spatial directions.
  • FIG. 8 shows a flow diagram 800 which illustrates a fully coherent beat frequency measurement method for determining a beat spectrum.
  • a monostatic radar signal RM of a target object Z is first detected by a radar sensor R1. Furthermore, in step 8. II, a bistatic, non-coherent electromagnetic reflection signal RB, which comprises a reflection signal of a target object Z, is measured with the same radar sensor R1. In step 8. III, the recorded measurement data are used to determine a raw data beat spectrum RBS.
  • the raw data beat spectrum RBS comprises a low-frequency monostatic area MB, which is assigned to the monostatic reflection signal RM, and a higher-frequency bistatic area BB, which is assigned to the bistatic reflection signal RB.
  • step 8 IV a monostatic beat frequency MZF and a bistatic beat frequency BZF of the target object Z are determined on the basis of the raw data beat spectrum RBS.
  • FIG. 9 shows a flow diagram 900 which illustrates a quasi-coherent beat frequency measurement method for determining a beat spectrum.
  • a monostatic radar signal RM from a target object Z and a reference target RO is first detected by a radar sensor R1.
  • a bistatic, non-coherent electromagnetic reflection signal RB which comprises a reflection signal of a target object Z and a reference target RO, measured with the same radar sensor R1.
  • the recorded measurement data RM, RB are used to determine a raw data beat spectrum RBS.
  • the raw data beat spectrum RBS comprises a low-frequency monostatic area MB, which is assigned to the monostatic reflection signal RM, and a higher-frequency bistatic area BB, which is assigned to the bistatic reflection signal RB.
  • a frequency RFB of the reference target RF in the bistatic area BB is determined on the basis of the determined raw data beat spectrum RBS.
  • a maximum of the spectrum corresponds to the reference target RO in the bistatic range.
  • a setpoint frequency SFB of the bistatic reflection signal RB of the reference target RO is also known, which can be compared with the frequency RFB known from the raw data beat spectrum RBS.
  • step 9.V a value f diff of a frequency shift of the beat spectrum in the bistatic area BB is now based on the frequency RFB of the reference target RO in the bistatic area BB determined by the measurement and the previously known setpoint frequency SFB of the bistatic reflection signal RB of the reference target RO determined by forming the difference.
  • step 9. VI the raw data beat spectrum RBS is shifted by the determined value f diff of the frequency shift, as a result of which a corrected beat spectrum BS k is obtained.
  • FIG. 10 shows a flow diagram 1000 which illustrates a speed measurement method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • step 10. I the beat spectrum measurement method illustrated in FIG. 8 or 9 is carried out first.
  • a first Doppler frequency f d mono of the monostatic reflection signal RM of the target object Z in the monostatic range MB of the determined beat spectrum RBS, BS k is then determined in step 10.IIa.
  • a second Doppler frequency f d bi of the bistatic reflection signal RB of the target object Z in the bistatic area BB of the determined beat spectrum RBS, BS k is determined .
  • step 10.IIb a second Doppler frequency f d , bi of the bistatic reflection signal RB of the target object Z in the bistatic area BB of the determined beat spectrum RBS, BS k is determined .
  • a first speed component v 11 of the target object Z is determined on the basis of the first Doppler frequency f d , mono and in step 10 IV a second speed component v 22 of the target object Z is determined on the basis of the second Doppler frequency f d , bi and the first speed component v 11 is determined. Finally, a vector speed V of the target object Z is determined on the basis of the determined first speed component v 11 and the determined second speed component v 22 .
  • the Doppler frequencies f d , mono , f d , bi and the speed V can be determined in the manner illustrated in connection with FIG.
  • FIG. 11 shows a flow chart 1100 which illustrates a position determination method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • step 11. I the beat spectrum measurement method illustrated in FIG. 8 or FIG. 9 is first carried out.
  • step 11. II distances d 11 , d 22 of the sensors R1, R2 to the target object Z are determined on the basis of the corrected beat spectrum BS k .
  • step 11. III a position P of the target object Z is determined by triangulation on the basis of the determined distances d 21 , d 12 .
  • the determination of the distances d 11 , d 22 was explained in detail in connection with the detailed description of FIGS. 5 and 6.
  • a speed determination device 120 in accordance with an exemplary embodiment of the invention is shown schematically in FIG.
  • the speed determination device 120 comprises that shown in FIG. 5 or alternatively in FIG.
  • Speed determining device 120 has a Doppler frequency determining unit 12 for determining a monostatic Doppler frequency f d, mono and a bistatic Doppler frequency f d, bi on the basis of the beat spectrum RBS determined by the beat spectrum measuring device 50, 60 or the one from it derived monostatic and bistatic beat frequencies MZF, BZF.
  • the Doppler frequencies f d, mono , f d, bi determined by the Doppler frequency determination unit 12 are transmitted to a speed determination unit 13, which is also part of the speed determination device 120.
  • the speed determination unit 13 is set up to measure a first speed component v 11 of the target object Z based on the monostatic Doppler frequency f d, mono and a second speed component v 22 of the target object Z based on the bistatic Doppler frequency f d, bi and the first speed component v 11 to be determined.
  • Part of the speed determination device 120 is also a speed determination unit 13a for determining a vectorial speed V of the target object Z on the basis of the determined first and second speed components v 11 , v 22 .
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a position determination device 130 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the position determining device 130 comprises the beat spectrum measuring device 50, 60 shown in FIG. 5 or alternatively in FIG. 6.
  • Part of the position determining device 130 is also a transit time determining unit 14 for determining a first transit time t 11 of the monostatic reflection signal RM on the basis of the Frequency MZF of the target object Z in the monostatic range MB of the determined beat spectrum and for determining a second transit time t 12 of the bistatic reflection signal RB based on the frequency BZF of the target object Z in the bistatic area BB of the determined beat spectrum RBS, BS k ⁇
  • the position determination device 130 also includes a distance determination unit 15 for determining distances d 11 , d 22 of the radar sensors to the target object Z on the basis of the beat spectrum RBS or the monostatic and bistatic beat frequencies MZF, BZF derived therefrom. Part of the position determination device 130 is also a position determination unit 16 which determines a position P of the target object Z by triangulation on the basis of the determined distances d 11 , d 22 .
  • FIG. 14 and FIG. 15 results of a localization and speed measurement with a measuring device illustrated in FIG. 6 are illustrated.
  • the unknown target Z moves in a straight line over a distance S of 2.5 meters and at a speed of 1 m / s away from both sensors R1, R2.
  • the actual path R of the destination Z is indicated by a dashed line.
  • the circles mark the local position P of the target Z during a movement.
  • the arrows indicate the measured direction of movement D of the target Z and its length indicate the measured speed.
  • the result is an average deviation between the measured positions P and the actual positions of the target Z of approximately 26 millimeters.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Beatfrequenz-Messverfahren beschrieben. Bei dem Beatfrequenz-Messverfahren wird ein elektromagnetisches Reflexionssignal, welches ein Reflexionssignal (RM) eines Zielobjekts (Z) umfasst, mit mindestens einem von mindestens zwei Sensoren eines kooperativen Sensorsystems monostatisch gemessen. Weiterhin wird ein elektromagnetisches Reflexionssignal (RB), welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts (Z) umfasst, mit mindestens zwei Sensoren des kooperativen Sensorsystems bistatisch gemessen. Es erfolgt überdies ein Ermitteln eines Beatspektrums (RBS, BSk) auf Basis der erfassten Messdaten (RM, RB). Dabei umfasst das Beatspektrum (RBS, BSk) einen niederfrequenten monostatischen Bereich (MB), welcher dem monostatischen Reflexionssignal (RM) zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich (BB), welcher dem bistatischen Reflexionssignal (RB) zugeordnet ist. Auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS) wird eine monostatische Beatfrequenz (MZF) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) und eine bistatische Beatfrequenz (BZF) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) ermittelt. Die mindestens zwei Sensoren (R1, R2) werden entweder durch einen gemeinsamen Takt vollkohärent betrieben, wobei eine Synchronisierung über eine elektrische Kabelverbindung oder per Funkverbindung zwischen den beiden Radarsensoren erfolgt, oder alternativ werden die mindestens zwei Sensoren (R1, R2) durch eine zusätzliche monostatische und bistatische Messung eines Referenzziels (RO), dessen Position bekannt ist, quasikohärent betrieben werden. Es wird auch ein Positionsermittlungsverfahren beschrieben. Zudem wird ein Geschwindigkeitsermittlungsverfahren beschrieben. Ferner wird eine Beatspektrum-Messeinrichtung (60) beschrieben. Überdies wird eine Positionsermittlungseinrichtung (130) beschrieben. Daneben wird auch eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung (120) beschrieben. Es wird auch ein bewegliches Objekt beschrieben.

Description

Beschreibung
Ermittlung der Geschwindigkeit und des Abstands von Objekten zu einem Sensorsystem
Die Erfindung betrifft ein Beatfrequenz-Messverfahren . Bei dem Beatfrequenz-Messverfahren erfolgt eine Messung von Re- flexionssignalen von einem Zielobjekt zur Positions- und Ge- schwindigkeitsermittlung . Die Erfindung betrifft auch ein Po- sitionsermittlungsverfahren. Zudem betrifft die Erfindung ein Geschwindigkeitsermittlungsverfahren. Ferner betrifft die Er- findung eine Beatspektrum-Messeinrichtung . Überdies betrifft die Erfindung eine Positionsermittlungseinrichtung. Daneben betrifft die Erfindung auch eine Geschwindigkeitsermittlungs- einrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung auch ein beweg- liches Objekt.
Autonomes Fahren erfordert eine genaue Kenntnis der Position und Geschwindigkeit von in der Nähe einer Fahrtstrecke eines autonom gesteuerten Fahrzeugs befindlichen Objekten. Zur Ab- stands- und Geschwindigkeitsermittlung werden oft Radarsys- teme eingesetzt. Allerdings messen Radarsysteme immer nur die radiale Geschwindigkeit in Richtung vom Sensor zum Objekt. Eine vektorielle Geschwindigkeitsmessung, welche die Ge- schwindigkeitskomponenten eines Objekts in allen Raumrichtun- gen bestimmt, wäre besonders wünschenswert. Die Bestimmung einzelner vektorieller Geschwindigkeitskomponenten könnte zum Beispiel auch für die Berechnung der Bewegungsrichtung von Objekten genutzt werden.
Die Erkennung der Bewegungsrichtung von Fahrzeugen spielt im Bereich des autonomen Fahrens zum Beispiel bei der Spurwech- selerkennung von vorausfahrenden oder nachfolgenden Fahrzeu- gen eine Rolle. Dadurch könnte eine Unterscheidung von Spur- wechsel- und Bremsvorgängen ermöglicht werden, welche zu si- cherheitskritischen Szenarien führen können. Beispiele für Spurwechselvorgänge und Bremsvorgänge sind in FIG 1 bis FIG 4 dargestellt.
Bisher werden mit Radargeräten und Radarsystemen keine vekto- riellen Geschwindigkeiten gemessen. Die Bewegungsrichtung in Kombination mit der Geschwindigkeit kann zum Beispiel mit Hilfe von Radar- oder Lidarsensoren zusammen mit komplexen Objekttrackingalgorithmen ermittelt werden. Die Bewegungs- richtung wird bei einer solchen Vorgehensweise mit Hilfe von mehreren Messungen und Range-Doppler- und Range-Azimut-Aus- wertungen geschätzt. Vektorielle Geschwindigkeitskomponenten werden dabei jedoch nicht direkt gemessen.
Bei Sensorsystemen mit Trackingalgorithmen müssen oft mehrere Messreihen durchgeführt werden, um Aussagen über die Bewe- gungsrichtung von Objekten treffen zu können. Insbesondere bei zeitkritischen Anwendungen, wie dem autonomen Fahren ist aber der Rechenaufwand dafür zu hoch, um in Echtzeit Informa- tionen liefern zu können.
Herkömmliche Spurwechselassistenten messen, ob sich auf ne- benliegenden Fahrspuren in einem gewissen Abstand Fahrzeuge befinden, ohne die vektorielle Geschwindigkeit dieser Fahr- zeuge zu ermitteln.
In LIPA, B.: HF Radar Bistatic Measurement of Surface Current Velocities: Drifter Comparisons and Radar Consistency Checks. In: Remote Sensing, Vol. 1, 2009. S. 1190-1211. - ISSN 2072- 4292 wird eine Geschwindigkeitsbestimmung auf Basis einer bistatischen Radarmessung beschrieben.
In US 5 361 072 A wird ein kompaktes FMCW-Radarsystem be- schrieben, welches mit Hilfe einer Software einen Winkel zu einem erfassten Ziel ermittelt.
In US 6 856 276 B2 wird die Synchronisierung von mehreren Ra- darsensoren mit Hilfe von GPS-Daten beschrieben. In JP 2009 41 981 A wird ein Multi-Radarsystem zur Messung einer Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit eines Objekts be- schrieben .
Es besteht also die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrich- tung zur Ermittlung der Bewegungsrichtung, Position und der vektoriellen Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird durch ein Beatfrequenz-Messverfahren gemäß Patentanspruch 1, ein Positionsermittlungsverfahren gemäß Pa- tentanspruch 7, ein Geschwindigkeitsermittlungsverfahren ge- mäß Patentanspruch 8, eine Beatspektrum-Messeinrichtung gemäß Patentanspruch 9, eine Positionsermittlungseinrichtung gemäß Patentanspruch 11, eine Geschwindigkeitsermittlungseinrich- tung gemäß Patentanspruch 12 und ein bewegliches Objekt gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Beatfrequenz-Messverfahren wird ein elektromagnetisches Reflexionssignal, welches ein Reflexions- signal eines Zielobjekts umfasst, mit mindestens einem von mindestens zwei Sensoren eines kooperativen Sensorsystems mo- nostatisch gemessen. Als monostatische Messung soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass Emitter und Empfänger zur Erzeugung bzw. zum Empfang des elektromagnetischen Sig- nals bzw. Reflexionssignals an derselben Position bzw. sehr nahe beieinander angeordnet sind und einen gemeinsamen akti- ven Sensor bilden. Ein Zielobjekt kann zum Beispiel ein Fahr- zeug oder ein in einem Bewegungsbereich eines sich bewegenden Objekts befindlicher mobiler oder feststehender Gegenstand sein .
Weiterhin wird ein elektromagnetisches Reflexionssignal, wel- ches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts umfasst, mit min- destens einem von zwei Sensoren des kooperativen Sensorsys- tems bistatisch gemessen. Bei einer bistatischen Messung wer- den zwei Sensoren genutzt, wobei ein erster Sensor als akti- ver Sensor bzw. als Sendeeinheit genutzt wird, während ein zweiter Sensor als Empfangseinheit für einen Empfang des Re- flexionssignals eingesetzt wird. Beide Sensoren werden vor- zugsweise durch ein gemeinsames Triggersignal ausgelöst. Das gemeinsame Triggersignal stellt sicher, dass die bistatische Antwort innerhalb der durch Hardware und Software vorgegebe- nen Grenzen, wie zum Beispiel die Bandbreite der Beatfre- quenz, die Rampenkonfiguration und die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers gemessen wird. Ein AD-Wandler wird zur Wandlung der analogen Messsignale in weiterverarbeitbare digitale Daten benötigt.
Die Abtastfrequenz des Analog-digital-Wandlers gibt die größte messbare Beatfrequenz vor. Das Triggersignal muss si- cherstellen, dass die bistatische Antwort innerhalb dieser maximalen Beatfrequenz liegt. Meist wird die Abtastfrequenz in Abhängigkeit von der maximalen Bandbreite der Beatfrequenz gewählt, sodass die Begrenzung durch die Abtastfrequenz keine Rolle spielt.
Es erfolgt überdies ein Ermitteln eines Beatspektrums auf Ba- sis der erfassten Messdaten. Dabei umfasst das Beatspektrum einen niederfrequenten monostatischen Bereich, welcher dem monostatischen Reflexionssignal zugeordnet ist, und einen hö- herfrequenten bistatischen Bereich, welcher dem bistatischen Reflexionssignal zugeordnet ist. Auf Basis des ermittelten Beatspektrums wird eine monostatische Beatfrequenz des Ziel- objekts im monostatischen Bereich und eine bistatische Beat- frequenz des Zielobjekts im bistatischen Bereich ermittelt. D.h., dem Zielobjekt kann eine bestimmte Frequenz sowohl im monostatischen Bereich als auch im bistatischen Bereich des Beatspektrums zugeordnet werden. Diese Frequenz kann zum Bei- spiel durch eine charakteristische Gestalt des Beatspektrums in dem Bereich der Frequenz des Zielobjekts identifiziert werden. Beispielsweise kann bei der Frequenz des Zielobjekts ein erhöhter Intensitätswert gemessen werden. Die mindestens zwei Sensoren werden entweder durch einen ge- meinsamen Takt vollkohärent betrieben, wobei eine Synchroni- sierung über eine elektrische Kabelverbindung oder per Funk- verbindung zwischen den beiden Radarsensoren erfolgt, oder alternativ werden die mindestens zwei Sensoren durch eine zu- sätzliche monostatische und bistatische Messung eines Refe- renzziels, dessen Position bekannt ist, quasi-kohärent be- trieben. Die erste Variante erlaubt einen exakt synchroni- sierten Betrieb der beiden Sensoren, was für eine korrekte Auswertung der bistatischen Messung notwendig ist. Die alter- native Variante gibt über eine Referenzmessung die benötigte Information, um bei der Auswertung der Messungen einen Fre- quenzoffset der bistatischen Messung im Vergleich zu der mo- nostatischen Messung zu ermitteln.
Als vollkohärenter Betrieb soll in diesem Zusammenhang ver- standen werden, dass die mindestens zwei Sensoren durch ein Taktsignal synchronisiert werden. Im vollkohärenten Betrieb kommt es nicht zu Frequenzverschiebungen im bistatischen Be- reich des ermittelten Beatspektrums , so dass eine Korrektur des gemessenen Beatspektrums mit Hilfe eines Referenzziels nicht notwendig ist. Eine solche Lösung ist insbesondere bei an mobilen Einheiten angeordneten Sensoren vorteilhaft, da sich dort die Sensoren mitbewegen und Abstände zu Referenzob- jekten möglicherweise nicht immer exakt bekannt sind.
Im quasi-kohärenten Betrieb erfolgt keine gemeinsame Taktung der mindestens zwei Sensoren. Verschiebungen im Beatspektrum werden durch Messung einer Entfernung eines Referenzobjekts kompensiert. Diese Vorgehensweise ist bei einer stationären Anordnung von Sensoren, beispielsweise an Einheiten der Ver- kehrs- oder Straßeninfrastruktur vorteilhaft. Denn dort sind Abstände zu möglichen Referenzobjekten bekannt. Eine gemein- same Taktung der Sensoren kann hier eingespart werden.
Insbesondere bei autonom fahrenden Fahrzeugen werden eine Vielzahl von Sensoren genutzt. Diese können zum Beispiel Ra- darsensoren umfassen. Die vorhandene Mehrzahl an Sensoren kann nun beispielsweise vorteilhaft dazu genutzt werden, mo- nostatische und zusätzlich bistatische Beatspektren von im Fahrbereich von Fahrzeugen befindlichen Objekten zu ermitteln und den Objekten charakteristische Frequenzen in den
Beatspektren zuzuordnen. Auf Basis dieser Messdaten lassen sich Entfernungen, Positionen und vektorielle Geschwindigkei- ten von Objekten bestimmen. Vorteilhaft kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Objektdetektion im Rahmen der auto- nomen Mobilität verbessert werden. Zudem kann bei der erfin- dungsgemäßen Vorgehensweise sowohl das bistatische Reflexi- onssignal als auch das monostatische Reflexionssignal von ein- und demselben Sensor, genauer gesagt, dem ersten Sensor erfasst werden. D.h., es werden nur die Messsignale von einem einzelnen Sensor benötigt. Dadurch wird der Signalverarbei- tungsaufwand und der Speicheraufwand im Vergleich zu einem Empfang von Messsignalen über mehrere Sensoren reduziert.
Auch werden weniger Übertragungsleitungen für eine Übertra- gung der Messsignale benötigt, um die Messsignale zur Auswer- tung an eine Recheneinheit zu übermitteln. Das erfindungsge- mäße Verfahren ist nicht auf den Einsatz von zwei Sensoren beschränkt. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen oder um Redun- danz für sicherheitskritische Anwendungen zu erzielen, können auch Messdaten von weiteren Sensoren zur Verarbeitung genutzt werden .
Bei dem erfindungsgemäßen Positionsermittlungsverfahren wird zunächst das erfindungsgemäße Beatfrequenz-Messverfahren durchgeführt. Außerdem wird eine erste Laufzeit t11 des mono- statischen Reflexionssignals auf Basis der Frequenz des Ziel- objekts im monostatischen Bereich des ermittelten Beatspekt- rums ermittelt. Zudem wird eine zweite Laufzeit t12 des bistatischen Reflexionssignals auf Basis der Frequenz des Zielobjekts im bistatischen Bereich des ermittelten Beat- spektrums ermittelt. Die Laufzeiten verhalten sich proportio- nal zu der monostatischen bzw. bistatischen Frequenz des Zielobjekts. Auf Basis der ermittelten Laufzeiten t11, t12 werden Abstände d11, d12 der Sensoren zu dem Zielobjekt ermit- telt. Schließlich wird eine Position des Zielobjekts durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände d11, d12 er- mittelt. Ist zum Beispiel der Abstand zwischen den beiden Sensoren bekannt, so lässt sich aus den drei bekannten Sei- tenlängen eines von den Sensoren und dem Zielobjekt aufge- spannten Dreiecks die Position des Zielobjekts berechnen.
Bei dem erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsermittlungsverfah- ren wird das erfindungsgemäße Beatfrequenz-Messverfahren durchgeführt. Weiterhin wird eine erste Dopplerfrequenz des monostatischen Reflexionssignals des Zielobjekts im monosta- tischen Bereich des ermittelten Beatspektrums ermittelt. Zu- dem wird eine zweite Dopplerfrequenz des bistatischen Refle- xionssignals des Zielobjekts im bistatischen Bereich des er- mittelten Beatspektrums ermittelt. Auf Basis der ersten Dopp- lerfrequenz wird eine erste Geschwindigkeitskomponente v11 des Zielobjekts ermittelt. Überdies wird eine zweite Geschwindig- keitskomponente v22 des Zielobjekts auf Basis der zweiten Dopplerfrequenz und der ersten Geschwindigkeitskomponente v11 ermittelt. Auf Basis der ermittelten ersten Geschwindigkeits- komponente v11 und der ermittelten zweiten Geschwindigkeits- komponente v22 wird schließlich eine vektorielle Geschwindig- keit V des Zielobjekts ermittelt.
Die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung zum Ermit- teln eines Beatspektrums weist einen ersten Sensor zum mono- statischen Messen eines elektromagnetischen Reflexionssignals auf, welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts umfasst. Teil der erfindungsgemäßen Beatspektrum-Messeinrichtung ist auch ein zweiter Sensor mit bekanntem Abstand d zu dem ersten Sensor zum bistatischen Messen eines elektromagnetischen Re- flexionssignals, welches ein Reflexionssignal des Zielobjekts umfasst. Die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung weist auch eine Spektrum-Ermittlungseinheit zum Ermitteln ei- nes Rohdaten-Beatspektrums auf Basis der erfassten Messdaten auf, wobei das Rohdaten-Beatspektrum einen niederfrequenten monostatischen Bereich, welcher dem monostatischen Reflexi- onssignal zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistati- sehen Bereich, welcher dem bistatischen Reflexionssignal zu- geordnet ist, umfasst. Überdies umfasst die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung eine Beatfrequenzermittlungsein- heit zum Ermitteln einer monostatischen Beatfrequenz des Zielobjekts im monostatischen Bereich auf Basis des ermittel- ten Beatspektrums und zum Ermitteln einer bistatischen Beat- frequenz des Zielobjekts im bistatischen Bereich auf Basis des ermittelten Beatspektrums . Die erfindungsgemäße
Beatspektrum-Messeinrichtung umfasst auch eine elektrische Kabelverbindung oder Funkverbindung zwischen den mindestens zwei Sensoren zum vollkohärenten Betrieb mit einem gemeinsa- men Takt, wobei eine Synchronisierung über die elektrische Kabelverbindung oder die Funkverbindung zwischen den beiden Sensoren erfolgt, oder alternativ ein Referenzziel, dessen Position bekannt ist, für einen quasi-kohärenten Betrieb der mindestens zwei Sensoren durch eine zusätzliche monostatische und bistatische Messung des Referenzziels.
Die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Beatspektrum-Messverfahrens . Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Beatspektrum- Messeinrichtung auch mehr als zwei Sensoren umfassen, um die Messgenauigkeit zu erhöhen oder um Redundanz für sicher- heitskritische Anwendungen zu erzielen. Die verwendeten Sen- soren können jeweils mit einem einzelnen Sende- und Empfangs- kanal ausgestattet sein, wodurch der Aufwand im Vergleich zu Mehrkanalsystemen reduziert ist.
Um den Hardwareaufwand für eventuell noch zusätzliche Senso- ren zur Verbesserung von Genauigkeit und Zuverlässigkeit für die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung weiter zu reduzieren, kann die Beatspektrum-Messeinrichtung als Master- Slave-System ausgebildet sein. Dabei kann ein Sensor als Mas- ter ausgelegt sein und mit einer Sende- und Empfangseinheit ausgestattet sein. Die Slave-Sensoren umfassen dann jeweils nur eine Sendeeinheit für die Erzeugung eines Messsignals, wodurch sich eine kompakte und kostengünstige Messeinrichtung ergibt . Die erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung weist die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung auf. Wei- terhin umfasst die erfindungsgemäße Positionsermittlungsein- richtung eine Laufzeitermittlungseinheit zum Ermitteln einer ersten Laufzeit t11 des monostatischen Reflexionssignals auf Basis der Frequenz des Zielobjekts im monostatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums und zum Ermitteln einer zweiten Laufzeit t12 des bistatischen Reflexionssignals auf Basis der Frequenz des Zielobjekts im bistatischen Bereich des ermit- telten Beatspektrums . Teil der erfindungsgemäßen Positionser- mittlungseinrichtung ist auch eine Abstandsermittlungseinheit zum Ermitteln von Abständen d11, d12 der Sensoren zu dem Ziel- objekt auf Basis der ermittelten Laufzeiten t11, t12. Schließ- lich umfasst die erfindungsgemäße Positionsermittlungsein- richtung auch eine Positionsermittlungseinheit zum Ermitteln einer Position des Zielobjekts durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände d11, d12 ·
Vorteilhaft lässt sich eine Positionsbestimmung mit Hilfe von Messdaten durchführen, die von einem einzelnen Radarsensor kommen. Wie bereits erwähnt, lässt sich dadurch der Signal- verarbeitungsaufwand und der Speicheraufwand sowie der infra- strukturelle Aufwand für die Datenübermittlung verringern.
Die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung umfasst die erfindungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung . Teil der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsermittlungsein- richtung ist auch eine Dopplerfrequenz-Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer ersten Dopplerfrequenz des monostatischen Re- flexionssignals des Zielobjekts im monostatischen Bereich des ermittelten Beatspektrums und zum Ermitteln einer zweiten Dopplerfrequenz des bistatischen Reflexionssignals des Ziel- objekts im bistatischen Bereich des ermittelten Beatspekt- rums. Die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsermittlungsein- richtung weist auch eine Geschwindigkeitskomponenten-Ermitt- lungseinheit zum Ermitteln einer ersten Geschwindigkeitskom- ponente v11 des Zielobjekts auf Basis der ersten Dopplerfre- quenz und zum Ermitteln einer zweiten Geschwindigkeitskompo- nente v22 des Zielobjekts auf Basis der zweiten Dopplerfre- quenz und der ersten Geschwindigkeitskomponente v11 auf. Fer- ner umfasst die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsermittlungs- einrichtung eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit zum Er- mitteln einer vektoriellen Geschwindigkeit v des Zielobjekts auf Basis der ermittelten ersten und zweiten Geschwindig- keitskomponente v11, v22 · Mit einem kooperativen Sensorsystem ist eine vektorielle Geschwindigkeitsmessung in allen Raum- richtungen und damit eine Berechnung der Bewegungsrichtung von Objekten möglich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Herange- hensweisen, wie zum Beispiel der Einsatz von Sensorsystemen mit Trackingalgorithmen, ist eine vektorielle Geschwindig- keitsmessung auf Basis einer einzigen Messreihe möglich. Mit- hin kann der Rechenaufwand reduziert werden, wodurch Echt- zeitanwendungen, wie sie bei der autonomen Mobilität auftre- ten, leichter realisiert werden.
Das erfindungsgemäße bewegliche Objekt umfasst eine Steue- rungseinheit zur autonomen oder zumindest teilautonomen Steu- erung einer Bewegung des beweglichen Objekts und eine erfin- dungsgemäße Beatspektrum-Messeinrichtung und/oder eine erfin- dungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung und/oder eine er- findungsgemäße Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung. Das erfindungsgemäße bewegliche Objekt kann zum Beispiel ein au- tonom oder teilautonom gesteuertes Fahrzeug oder Flugobjekt umfassen .
Einige Komponenten der erfindungsgemäßen Mess- und Ermitt- lungseinrichtungen können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbeson- dere Teile der Spektrum-Ermittlungseinheit und der Beatfre- quenzermittlungseinheit der Beatspektrum-Messeinrichtung, der Laufzeitermittlungseinheit, der Abstandsermittlungseinheit und der Positionsermittlungseinheit der Positionsermittlungs- einrichtung und der Dopplerfrequenz-Ermittlungseinheit, der Geschwindigkeitskomponenten-Ermittlungseinheit und der Ge- schwindigkeits-Ermittlungseinheit der Geschwindigkeitsermitt- lungseinrichtung . Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Be- rechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein.
Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Software- komponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute
Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher in einem mobilen Objekt oder in Infra- struktur vorhandene Rechnersysteme nach einer eventuellen Er- gänzung durch zusätzliche Hardwareelemente, wie zum Beispiel Sensoren, Taktgeber und Triggerbauelemente, auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogramm- produkt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines solchen Rechnersystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um die durch Software reali- sierbaren Schritte der erfindungsgemäßen Verfahren auszufüh- ren, wenn das Computerprogramm in dem Rechnersystem ausge- führt wird.
Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computer- programm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile, wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Zum Transport zur Speichereinrichtung des Rechnersystems und/oder zur Speicherung an dem Rechnersystem kann ein compu- terlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest einge- bauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rech- nereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikro- prozessoren oder dergleichen aufweisen.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhän- gigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein. Zudem können im Rah- men der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unter- schiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Beatfrequenz- Messverfahrens umfassen die Sensoren Radarsensoren. Radarwel- len eignen sich aufgrund ihrer größeren Wellenlänge von etwa 1 bis 10m für die Detektion größerer Objekte auch in größeren Entfernungen und bei schlechter Sicht. Die Sensoren können auch Lidarsensoren umfassen. Lidarsensoren ermöglichen eine Detektion von Objekten mit erhöhter Auflösung, benötigen al- lerdings gute Sichtverhältnisse, um zu funktionieren. Werden beide Arten von Sensoren umfasst, so erfolgt eine optimale Objektedetektion bei jedem Wetter.
Bevorzugt umfassen die Sensoren EMCW-Sensoren . EMCW-Sensoren nutzen ein sogenanntes frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (Frequency Modulated Continuous Wave radar) , welches ein kon- tinuierliches Sendesignal abstrahlt. Ein solches EMCW-Radar kann seine Arbeitsfrequenz während einer Messung ändern, d.h. das Sendesignal wird frequenzmoduliert. Durch diese Änderun- gen in der Frequenz werden Laufzeitmessungen ermöglicht. Mit einem EMCW-Sensor lassen sich Entfernungen genau messen.
Überdies kann die Entfernung und die Radialgeschwindigkeit gleichzeitig gemessen werden. Bei einer quasi-kohärenten Messung erfolgt eine Kalibrierung zum Ermitteln eines korrigierten Beatspektrums . Hierzu wird eine Frequenz des Referenzziels im bistatischen Bereich auf Basis des ermittelten Rohdaten-Beatspektrums ermittelt. Auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz des Refe- renzziels im bistatischen Bereich und einer vorbekannten Sollfrequenz des bistatischen Reflexionssignals des Referenz- ziels wird ein Wert fdiff einer Frequenzverschiebung des
Beatspektrums im bistatischen Bereich ermittelt. Die Sollfre- quenz kann auf Basis eines vorbekannten Abstands zu dem Refe- renzziel ermittelt werden bzw. bekannt sein. Schließlich wird das Rohdaten-Beatspektrum um den ermittelten Wert fdiff der Frequenzverschiebung verschoben.
Bei dem Referenzziel kann es sich um ein passives Referenz- ziel handeln, welches mit Hilfe eines aktiven Sensors ange- strahlt wird und die von dem Sensor emittierten Wellen unver- ändert reflektiert. Vorteilhaft kann das Referenzziel sehr einfach ausgebildet sein und keinen Wartungsaufwand erfor- dern .
Alternativ kann das Referenzziel auch als aktives Referenz- ziel ausgebildet sein. Ein solches aktives Referenzziel um- fasst eine Sende-/Empfangsantenne, mit der von einem aktiven Sensor emittierte Wellen empfangen werden, optional verstärkt und/oder moduliert werden und wieder ausgesendet werden. Mit einem solchen Referenzziel kann eine zuverlässige Erkennung und Identifizierung des Referenzziels erreicht werden, da es durch eine spezifische Modulation charakterisierbar ist.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Beatfrequenz- Messverfahrens entspricht eine Frequenz des Referenzziels im bistatischen Bereich einem Maximum des Beatspektrums . Vor- teilhaft kann eine Frequenz eines Referenzziels anhand der Intensität eines Spektralwerts erkannt werden. In einer vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Beat- spektrum-Messeinrichtung weist die Spektrum-Ermittlungsein- heit zum Ermitteln eines korrigierten Beatspektrums eine Re- ferenzfrequenz-Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer Fre- quenz des Referenzziels im bistatischen Bereich auf Basis des ermittelten Beatspektrums auf. Teil der erfindungsgemäßen Beatspektrum-Messeinrichtung ist in dieser Variante auch eine Verschiebungsfrequenz-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Werts einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums im bista- tischen Bereich, auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz des Referenzziels im bistatischen Bereich und einer vorbekannten Sollfrequenz des bistatischen Reflexionssignals des Referenzziels und eine Verschiebungseinheit zum Verschie- ben des Rohdaten-Beatspektrums um den ermittelten Wert der Frequenzverschiebung. Vorteilhaft kann eine Kalibrierung der Beatspektrum-Messeinrichtung mit Hilfe des Referenzziels er- folgen, so dass eine genauere Frequenzmessung darauf aufbau- ende genaue Auswertungen der Messung hinsichtlich Geschwin- digkeit und Position eines Objekts erfolgen können.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige- fügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung von zwei hintereinander fahrenden Fahrzeugen,
FIG 2 eine schematische Darstellung eines Verkehrsszenarios mit zwei Fahrzeugen, von denen ein Fahrzeug einen Spurwechsel vornimmt,
FIG 3 eine schematische Darstellung eines Verkehrsszenarios mit drei hintereinanderfahrenden Fahrzeugen,
FIG 4 eine schematische Darstellung eines Verkehrsszenarios, bei dem eine Einfahrt in eine Straße blockiert ist, FIG 5 eine schematische Darstellung eines vollkohärenten ko- operativen Radarsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
FIG 6 eine schematische Darstellung eines quasikohärenten kooperativen Radarsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
FIG 7 ein Schaubild eines Beatspektrums eines quasikohärenten kooperativen Radarsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
FIG 8 ein Flussdiagramm, welches ein vollkohärentes Beatfre- quenzmessverfahren zum Ermitteln eines Beatspektrums gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
FIG 9 ein Flussdiagramm, welches ein quasikohärentes Beatfre- quenzmessverfahren zum Ermitteln eines Beatspektrums gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
FIG 10 ein Flussdiagramm, welches ein Geschwindigkeitsmess- verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ver- anschaulicht,
FIG 11 ein Flussdiagramm, welches ein Positionsermittlungs- verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ver- anschaulicht,
FIG 12 eine schematische Darstellung einer Geschwindigkeits- ermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
FIG 13 eine schematische Darstellung einer Positionsermitt- lungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfin- dung,
FIG 14 ein Schaubild, welches eine Positions- und Richtungs- ermittlung auf Basis der Messungen eines ersten Sensors einer Positions- und Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
FIG 15 ein Schaubild, welches Positions- und Richtungsermitt- lung auf Basis der Messungen eines zweiten von dem ersten Sensor beabstandeten Sensors veranschaulicht.
In FIG 1 ist ein Szenario 10 gezeigt, bei dem ein erstes Fahrzeug 1 und ein zweites Fahrzeug 2 hintereinander fahren. Das erste Fahrzeug 1 fährt mit einer ersten Geschwindigkeit vx,1 und das zweite Fahrzeug 2 fährt mit einer zweiten Ge- schwindigkeit vx, 2 entlang einer Straße S. Beide Fahrzeuge 1,
2 weisen nur eine Geschwindigkeitskomponente in x-Richtung, d.h. in Verlaufsrichtung der Straße auf. Wird das vorausfah- rende zweite Fahrzeug 2 abgebremst, so verringert sich dessen Gesamtgeschwindigkeit. Da das zweite Fahrzeug 2 nur eine Ge- schwindigkeitskomponente vx,2 in x-Richtung aufweist, ist die Änderung der Geschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs 2 gleich der Änderung der Geschwindigkeit vx,2 in x-Richtung. Das erste Fahrzeug 1 misst diese Änderung der Geschwindigkeit des vo- rausfahrenden Fahrzeugs 2 und müsste in diesem Fall die Ge- schwindigkeit ebenfalls verringern, um den benötigten Sicher- heitsabstand einzuhalten, oder die Spur wechseln, um das vo- rausfahrende Fahrzeug 2 zu überholen.
In FIG 2 ist ein Szenario 20 gezeigt, bei dem das vorausfah- rende Fahrzeug 2 von der rechten auf die linke Fahrspur zu wechseln beginnt. Während des Spurwechsels bleibt die Gesamt- geschwindigkeit
Figure imgf000018_0001
des zweiten Fahrzeugs 2 konstant. Im Ge- gensatz zu dem in FIG 1 gezeigten Szenario ändert sich jedoch die Bewegungsrichtung des zweiten Fahrzeugs 2 und somit än- dern sich auch die einzelnen Geschwindigkeitskomponenten des zweiten Fahrzeugs 2. Die Geschwindigkeit
Figure imgf000018_0002
des zweiten Fahr- zeugs 2 setzt sich aus den Komponenten vx,2 und vy,2, d.h. der Komponenten der Geschwindigkeit in x-Richtung und der Kom- ponenten der Geschwindigkeit in y-Richtung zusammen. Da die Gesamtgeschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs 2 gleich- bleibt und sich das zweite Fahrzeug 2 zusätzlich mit vy,2 in y-Richtung bewegt, verringert sich auch in diesem Fall die Geschwindigkeit vx,2 in x-Richtung. Die Änderung der Geschwin- digkeit vx,2 ist dabei abhängig vom Winkel zwischen der Fahrt- richtung und der x-Richtung. Das Radar des ersten Fahrzeugs 1 misst auch in diesem Fall nur die x-Komponente vx,2 und damit nur die Änderung von vx,2· Es ist also nicht möglich für das erste Fahrzeug 1, auf Basis einer Radarmessung zu unterschei- den, ob sich die x-Komponente vx,2 der Geschwindigkeit
Figure imgf000019_0001
des zweiten Fahrzeugs 2 aufgrund eines Bremsvorgangs oder auf- grund eines Spurwechsels verringert. In beiden Fällen müsste das erste Fahrzeug 1 seine Geschwindigkeit verringern bzw. die Spur wechseln. Dies kann zum Beispiel zu einem unnötigen Bremsmanöver führen. Um eine falsche Einschätzung der in FIG 2 gezeigten Verkehrssituation zu vermeiden, müssten alle Ge- schwindigkeitskomponenten bzw. es müsste die Bewegungsrich- tung des zweiten Fahrzeugs 2 gemessen werden.
Ein ähnliches Problem liegt auch für einen Spurwechselassis- tenten vor, der vor einem Überholvorgang den rückwärtigen Verkehr auf eventuelle Gefahren überprüft.
In FIG 3 ist ein Szenario 30 mit drei hintereinanderfahrenden Fahrzeugen 1, 2, 3 gezeigt. Möchte das mittlere Fahrzeug 1 das vorausfahrende Fahrzeug 2 überholen, so muss sicherge- stellt werden, dass nachfolgende Fahrzeuge nicht ausscheren und die für das Überholen benötigte linke Spur blockieren o- der es zur Kollision mit nachfolgenden Fahrzeugen kommt. In diesem Fall müsste das mittlere Fahrzeug 1 die Geschwindig- keitskomponenten bzw. die Bewegungsrichtung des hinteren Fahrzeugs 3 kennen, bevor das mittlere Fahrzeug 1 gefahrlos den Überholvorgang des vorderen Fahrzeugs 2 einleiten kann. Wird von dem mittleren Fahrzeug 1 nur die x-Komponente vx,3 des nachfolgenden Fahrzeugs 3 gemessen, könnte ein Spurwech- sel des nachfolgenden Fahrzeugs 3 von dem mittleren Fahrzeug 1 fälschlicherweise als Bremsvorgang interpretiert werden und somit ein sicherheitskritischer Überholvorgang eingeleitet werden . In FIG 4 ist ein weiteres Szenario 40 gezeigt, bei dem eine Einfahrt in eine Straße blockiert ist (symbolisiert mit einem Einfahrtsverbotsschild) . Werden Fahrspuren blockiert, wie zum Beispiel im Bereich von Baustellen oder bei Unfällen, so müs- sen autonom fahrende Fahrzeuge per Infrastruktur zum Spur- wechsel bzw. zum Abbiegen aufgefordert werden. Wird die Route des Fahrzeuges per Infrastruktur vorgegeben, um beispiels- weise Staus, Unfälle oder Baustellen zu umgehen, ist es not- wendig, die korrekte Einordnung des Fahrzeugs in Abbiegespu- ren zu überprüfen und den Abbiegevorgang nachzuverfolgen, um das Fahrzeug vor Gefahrensituationen zu schützen. Das in FIG 4 gezeigte Fahrzeug soll an einer Einmündung links abbiegen, da die Weiterfahrt in x-Richtung, d.h. geradeaus blockiert ist. Bei dem Abbiegevorgang ergeben sich Geschwindigkeitskom- ponenten vx,1, vy, 1 in x-Richtung und in y-Richtung. Würde das Fahrzeug 1 geradeaus in die blockierte Straße einfahren, so würde von der Verkehrsinfrastruktur nur die x-Komponente vx,1 gemessen. Um die Ausführung der Aufforderung zum Abbiegen zu überprüfen und um gegebenenfalls erneut dazu aufzufordern ab- zubiegen, ist es nötig, einen Spurwechsel bzw. Abbiegevorgang erkennen zu können. Dazu ist es aber notwendig, die Bewe- gungsrichtung des Fahrzeugs 1 zu ermitteln.
In FIG 5 ist eine schematische Darstellung eines kooperativen Radarsystems 50 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Das Radarsystem 50 umfasst einen ersten Radarsensor R1 und einen in einem Abstand d zu dem ersten Radarsensor R1 positionierten zweiten Radarsensor R2. Die beiden Sensoren R1, R2, welche in unterschiedlichen Raum- richtungen messen, sind zu einem kooperativen Radarsystem kombiniert. Die Radarsensoren R1, R2 sind als konventionelle eigenständige FMCW-Radarsensoren ausgebildet und messen je- weils eine monostatische Antwort eines Ziels Z, d.h. ein mo- nostatisches Reflexionssignal RM, welches zur Ermittlung der Abstände d11, d22 zwischen den Radarsensoren R1, R2 und dem Zielobjekt Z sowie der Geschwindigkeit des Ziels Z genutzt werden kann. Zusätzlich zu der monostatischen Antwort kann von den beiden Radarsensoren R1, R2 auch ein bistatisches Re- flexionssignal RB gemessen werden. Das bistatische Reflexi- onssignal RB enthält Informationen zum Abstand in radialer Richtung von dem Sensor R2 zum Ziel Z und in Richtung von dem Radarsensor R1 zu dem Ziel Z sowie Informationen zur Ge- schwindigkeit des Zielobjekts Z.
In dem in FIG 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Sensoren R1, R2 durch einen Taktsignalgeber Tkt syn- chronisiert, d.h. die beiden Radarsensoren R1, R2 werden durch einen gemeinsamen Takt vollkohärent betrieben. Ein sol- cher vollkohärenter Betrieb kann zum Beispiel in einem auto- nomen Fahrzeug von Vorteil sein.
Die Übertragung des Taktsignals von dem Taktsignalgeber an die Radarsensoren R1, R2 kann zum Beispiel über eine elektri- sche Kabelverbindung zwischen den beiden Radarsensoren und dem Taktsignalgeber Tkt realisiert werden.
Mit Hilfe der monostatischen Antwort kann aus der bistati- schen Antwort der jeweilige Abstand d11, d22 aus der Raumrich- tung von beiden Sensoren R1, R2 zum Ziel Z und die Geschwin- digkeit des Ziels Z ermittelt werden. Dadurch, dass beide Sensoren R1, R2 an räumlich verteilten Punkten aufgestellt sind, ist in einem solchen kooperativen Radarsystem eine Lo- kalisierung und eine vektorielle Geschwindigkeitsmessung von Objekten Z möglich. Für den Erhalt dieser Informationen wer- den die Messdaten von nur einem einzigen der beiden Sensoren R1, R2 benötigt.
Beide Sensoren R1, R2 starten eine Messung durch ein gemein- sames Triggersignal von einer Triggereinheit TR, welche mit den beiden Sensoren R1, R2 entweder über ein Kabel oder per Funk verbunden ist. Das gemeinsame Triggersignal stellt si- cher, dass die bistatische Antwort innerhalb der durch die Sensorhardware und Software vorgegebenen Grenzen, d.h. insbe- sondere Grenzen für die Beatfrequenzbandbreite, die Rampen- konfiguration und den AD-Wandler gemessen werden kann. Um die monostatische Antwort und die bistatische Antwort an dem ersten Sensor R1 zu unterscheiden, wird ein Frequenzoff- set zwischen den beiden Radarsensoren R1, R2 realisiert, d.h. die EMCW-Signale des ersten und des zweiten Radarsensors R1, R2 starten bei jeweils unterschiedlichen Frequenzen f0,1, f0,2· Die Bandbreite B und die Dauer T des EMCW-Signals ist bei beiden Sensoren R1, R2 gleich. Dadurch wird die bistatische Antwort um den Frequenzoffset foff = f0,1 - f0,2 zu einem vorde- finierten Bereich im Basisband verschoben und kann von der monostatischen Antwort getrennt werden.
Das Beatsignal SIF,1 des ersten Radarsensors R1 hängt wie folgt mit den Laufzeiten t11, t12 des monostatischen Reflexi- onssignals und des bistatischen Reflexionssignals zusammen:
Figure imgf000022_0001
Das Signal SiF,i umfasst einen monostatischen Anteil SIF,1, mono und einen bistatischen Anteil SIF,1,bi der auf die Interaktion zwischen dem zweiten Sensor R2, dem Zielobjekt Z und dem ers- ten Sensor R1 zurückzuführen ist. Die Terme ver-
Figure imgf000022_0002
halten sich proportional zum Abstand des Ziels Z. Die Zeiten t11 und t12 bezeichnen die Laufzeiten des monostatischen und des bistatischen Signals SIF,1, mono, SIF,1,bi· Die beiden Phasen- werte F0,1, F0, 2 sind die Phasen der beiden Sensorsignale, de- ren Differenz aufgrund der gemeinsamen Taktung bekannt ist.
Teil der in FIG 5 gezeigten Beatspektrum-Messeinrichtung 50 ist auch eine Auswertungseinheit 100a mit einer Spektrum-Er- mittlungseinheit 101 zum Ermitteln eines Rohdaten-Beatspekt- rums RBS auf Basis der erfassten Messdaten SIF,1. Das Rohda- ten-Beatspektrum RBS weist einen niederfrequenten monostati- schen Bereich MB, welcher dem monostatischen Reflexionssignal RM zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Be- reich BB auf, welcher dem bistatischen Reflexionssignal RB zugeordnet ist, auf. Die beiden unterschiedlichen Bereiche MB, BB des Rohdaten-Beatspektrums sind in FIG 7 veranschau- licht.
Auf Basis des Rohdatenbeatspektrums RBS wird schließlich von einer Beat frequenz-Ermittlungseinheit 105 eine monostatische Beatfrequenz MZF und eine bistatische Beatfrequenz BZF des Zielobjekts Z ermittelt.
Auf Basis dieser Beat frequenzen sowie der bekannten Band- breite B des Signals und der Signaldauer T lassen sich die Laufzeiten t11, t12 des monostatischen Reflexionssignals und des bistatischen Reflexionssignals ermitteln.
Aus der Laufzeit t11 des monostatischen Signals SIF,1, mono lässt sich aus folgender Gleichung der Abstand d11 zwischen dem ers- ten Sensor R1 und dem Zielobjekt Z berechnen:
Figure imgf000023_0001
Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit bzw. die Ausbreitungsge- schwindigkeit der Radarwellen.
Aus der Laufzeit t12 des bistatischen Signals SIF,1,bi sowie dem ermittelten Wert d11 des Abstands zwischen dem ersten Sensor R1 und dem Zielobjekt Z lässt sich über folgende Gleichung der Abstand d22 zwischen dem zweiten Sensor R2 und dem Ziel- objekt Z berechnen:
Figure imgf000023_0002
Aus einer einfachen trigonometrischen Berechnung auf Basis der nun bekannten Dreiecksseiten d, d11, d22 lässt sich dann die Position P des Zielobjekts Z relativ zu dem Radarsystem 50 ermitteln. Die Geschwindigkeit v = v11 + v22 , wobei v, v11, V22 jeweils vektorielle Größen sind und v11 in Richtung von d11 und v22 in Richtung von d22 zeigt, ergibt sich aus den Dopplerfrequenzen des monostatischen und des bistatischen Sensorsignals
SIF,1, mon, SIF,1,bi·
Die Dopplerfrequenz ergibt sich aus der Differenz der Fre- quenz eines emittierten Signals und der Frequenz des reflek- tierten Signals. Die Dopplerfrequenz kann außerdem mit Hilfe mehrerer, im zeitlichen Abstand T, aufeinanderfolgender Sig- nale berechnet werden. Die Dopplerfrequenz ergibt sich hier- bei aus dem Phasenunterschied zwischen den einzelnen Signalen bei der jeweiligen Beatfrequenz des Zielobjektes. Die Dopp- lerfrequenz kann auf verschiedenen Wegen berechnet werden.
Bei statischen Zielen ist die Phase des Beatsignals bei zeit- lich aufeinanderfolgenden Signalen konstant. Bei bewegten Ob- jekten ändert sich die Phase des Beatsignals bei zeitlich aufeinanderfolgenden Signalen proportional zur Änderung des Abstandes und somit proportional zur Geschwindigkeit. Diese Änderung der Phase über der Zeit ergibt die Dopplerfrequenz . Diese Methode wird auch als „Range-Doppler Algorithmus" oder „Range Doppler Processing" bezeichnet.
Die Dopplerfrequenz fd,mono des monostatischen Signalanteils ergibt sich wie folgt:
Figure imgf000024_0001
Ist die Laufzeit t11 des monostatischen Signals bekannt, so lässt sich aus der Dopplerfrequenz fd,mono die Geschwindigkeit v11, d.h. die Geschwindigkeitskomponente des Zielobjekts Z in Richtung der Strecke zwischen dem ersten Sensor R1 und dem Zielobjekt Z ermitteln.
Die Dopplerfrequenz fd,bi des bistatischen Sensorsignals ergibt sich wie folgt:
Figure imgf000024_0002
Aus der bistatischen Dopplerfrequenz fd,bi sowie der ermittel- ten Geschwindigkeitskomponente v11 lässt sich dann auch die zweite Geschwindigkeitskomponente v22 in Richtung der Strecke zwischen dem zweiten Sensor R2 und dem Zielobjekt Z ermit- teln. Aus den beiden vektoriellen Geschwindigkeitskomponenten v11, v22 lässt sich zudem die vektorielle Gesamtgeschwindig- keit v des Zielobjekts Z berechnen zu: n = n11 + v22 . (6)
In FIG 6 ist eine schematische Darstellung eines kooperativen Radarsystems 60 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ge- zeigt. Das Radarsystem 60 umfasst ebenso wie das in FIG 5 dargestellte Radarsystem 50 einen ersten Radarsensor R1 und einen in einem Abstand d zu dem ersten Radarsensor R2 positi- onierten zweiten Radarsensor R2. Bei dem in FIG 6 dargestell- ten Radarsystem 60 handelt es sich anders als bei dem in FIG 5 gezeigten Radarsystem 50 nicht um ein vollkohärentes Sys- tem, sondern um ein quasi-kohärentes System. Der Unterschied zu dem in FIG 5 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass das in FIG 6 gezeigte System keinen Taktgeber Tkt für die beiden Sensoren aufweist. Infolgedessen weisen die Sen- sorsignale unterschiedlicher Sensoren keine feste Phasenbe- ziehung auf. Stattdessen werden die beiden Radarsensoren R1, R2 unter Verwendung eines bekannten Referenzziels RO und durch entsprechende Signalverarbeitung quasi-kohärent betrie- ben. Bei einem solchen Betrieb mit einem Referenzziel RO wird die bistatische Antwort mit Hilfe des bekannten und des ge- messenen Abstandes dref zum Referenzziel RO korrigiert.
Die beiden Sensoren R1, R2, welche in unterschiedlichen Raum- richtungen messen, sind zu einem kooperativen Radarsystem kombiniert. Die Radarsensoren R1, R2 sind als konventionelle eigenständige FMCW-Radarsensoren ausgebildet und messen je- weils eine monostatische Antwort des Ziels Z und des Refe- renzziels RO, d.h. ein monostatisches Reflexionssignal RM, welches zur Ermittlung des Abstands d11, dref sowie der Ge- schwindigkeit des Ziels Z bzw. Referenzziels RO in radialer Raumrichtung von dem Sensor R1, R2 zum Ziel Z bzw. Referenz- ziel RO genutzt werden kann. Zusätzlich zu der monostatischen Antwort wird wie bei dem in FIG 5 gezeigten Ausführungsbei- spiel von den beiden Radarsensoren R1, R2 auch ein bistati- sches Reflexionssignal RB gemessen.
Das bistatische Reflexionssignal enthält Informationen zum Abstand und zur Geschwindigkeit in radialer Richtung von dem Sensor R2 zum Ziel Z und in Richtung von dem Radarsensor RI zu dem Ziel Z. Entsprechendes gilt auch für das Referenzziel RO.
Wie bei dem in FIG 5 gezeigten Ausführungsbeispiel starten beide Sensoren R1, R2 eine Messung durch ein gemeinsames Triggersignal von der Triggereinheit TR, welche mit den bei- den Sensoren R1, R2 entweder über ein Kabel oder per Funk verbunden ist. Das gemeinsame Triggersignal stellt sicher, dass die bistatische Antwort innerhalb der durch die Sensor- hardware und Software vorgegebenen Grenzen, d.h. insbesondere Grenzen für die Beatfrequenzbandbreite, die Rampenkonfigura- tion und AD-Wandler gemessen werden kann.
Um die monostatische Antwort und die bistatische Antwort an einem Sensor R1 zu unterscheiden, wird ein Frequenzoffset zwischen den beiden Radarsensoren R1, R2 realisiert, d.h. die FMCW-Signale der Radarsensoren starten bei jeweils unter- schiedlichen Frequenzen. Die Bandbreite und die Dauer des FMCW-Signals ist bei beiden Sensoren R1, R2 gleich. Dadurch wird die bistatische Antwort um den Frequenzoffset foff zu ei- nem vordefinierten Bereich im Basisband verschoben und kann von der monostatischen Antwort getrennt werden.
Nach dem Ermitteln eines Beatspektrums erfolgt nun anders als bei dem in FIG 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Korrektur des bistatischen Anteils des Beatspektrums . Dieser Vorgang ist im Zusammenhang mit FIG 7 ausführlich erläutert. Das korrigierte Beatspektrum wird dann analog zu der in FIG 5 geschilderten Vorgehensweise dazu genutzt, eine Position P und eine Geschwindigkeit v des Zielobjekts Z zu ermitteln.
Wie im Zusammenhang mit FIG 5 erläutert, können mit Hilfe der monostatischen Antwort aus der bistatischen Antwort der Ab- stand und die Geschwindigkeit in Richtung von dem Sensor R2 zu dem Zielobjekt Z ermittelt werden. Werden beide Sensoren R1, R2 an räumlich verteilten Punkten aufgestellt, dann ist in einem solchen kooperativen Radarsystem eine Lokalisierung und eine vektorielle Geschwindigkeitsmessung von Objekten Z möglich. Für den Erhalt dieser Informationen werden die Mess- daten von nur einem der beiden Sensoren R1, R2 benötigt.
Der quasi-kohärente Betrieb kann auch mit Hilfe eines GPS- gesteuerten Systems oder einer Funkverbindung zwischen den einzelnen Sensoren realisiert werden. GPS oder Funkverbindun- gen zwischen den Sensoren können die Triggereinheit TR erset- zen. Beide Varianten können für den kohärenten und den quasi- kohärenten Betrieb genutzt werden.
Bei GPS Signalen wird ein sehr stabiles „Pulse Per Second"- Signal (GPS 1 PPS) gesendet (Frequenz 1 Hz) . Dieses Signal kann beim Betrieb im Freien an den Sensoren des Systems emp- fangen werden und im Anschluss daraus lokal ein Triggersignal generiert werden. Dies kann jeweils mit Hilfe einer eigenen Phasenregelschleife realisiert werden, welche als Referenz- signal das 1 PPS Signal verwendet.
Eine Funkverbindung zwischen den Sensoren setzt einen Master- Slave Betrieb zwischen den Sensoren voraus. Der Master Sensor kann dabei ein Triggersignal an den Slave Sensor senden. Dies kann sowohl innerhalb des für die Abstandsmessung benutzten Radarfrequenzbandes geschehen als auch mit zusätzlicher Hard- ware in anderen Frequenzbändern. Außerdem können mit Hilfe einer vorher definierten Signalform, welche vom Master zum Slave Sensor gesendet wird, Frequenz- und Phasenoffsets kom- pensiert werden, ähnlich zu einem Pilottonverfahren. Ein Beispiel für eine Synchronisierung mittels einer direkten Funkverbindung zwischen zwei Radarsensoren ist im Paper "Pre- cise Distance Measurement with Cooperative EMCW Radar Units " von A. Stelzer, M. Jahn und S. Scheiblhofer, 1-4244-1463- 6/08/$25.00 2008 IEEE, S. 771 bis 774 gegeben. Hier wird al- lerdings nur der Abstand zwischen den Sensoren gemessen.
Teil der in FIG 6 gezeigten Beatspektrum-Messeinrichtung 60 ist auch eine Auswertungseinheit 100 mit einer Spektrum-Er- mittlungseinheit 101 zum Ermitteln eines Rohdaten-Beatspekt- rums RBS auf Basis der erfassten Messdaten SIF,1. Das Rohda- ten-Beatspektrum RBS weist einen niederfrequenten monostati- schen Bereich MB, welcher dem monostatischen Reflexionssignal RM zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Be- reich BB auf, welcher dem bistatischen Reflexionssignal RB zugeordnet ist. Das Rohdaten-Beatspektrum RBS wird an eine Referenzfrequenz-Ermittlungseinheit 102 übermittelt, die dazu eingerichtet ist, eine Frequenz RF des Referenzziels RO im bistatischen Bereich BB auf Basis des ermittelten Rohdaten- Beatspektrums RBS zu ermitteln. Die Frequenz RF des Referenz- ziels RO wird an eine Verschiebungsfrequenz-Ermittlungsein- heit 103 übermittelt, die dazu eingerichtet ist, einen Wert fdiff einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums RBS im bistatischen Bereich BB, auf Basis der durch die Messung er- mittelten Frequenz RF des Referenzziels RO im bistatischen Bereich BB und einer vorbekannten Sollfrequenz SFB des bista- tischen Reflexionssignals des Referenzziels RO zu ermitteln.
Der Wert fdiff der Frequenzverschiebung und das Rohdaten- Beatspektrum RBS werden an eine Verschiebungseinheit 104 übermittelt. Die Verschiebungseinheit dient dazu, den bista- tischen Teil des Rohdaten-Beatspektrums RBS um den ermittel- ten Wert der Frequenzverschiebung fdiff zu verschieben. Bei diesem Vorgang wird ein korrigiertes Beatspektrum BSk ermit- telt, welches als Grundlage für eine Positionsberechnung und eine Geschwindigkeitsberechnung dienen kann. Auf Basis des korrigierten Beatspektrums BSk wird schließlich von einer Beatfrequenz-Ermittlungseinheit 105 eine monostati- sche Beatfrequenz MZF und eine bistatische Beatfrequenz BZF des Zielobjekts Z ermittelt.
In FIG 7 ist ein Schaubild 70 veranschaulicht, welches ein sogenanntes Beatspektrum einer Messung mit der in FIG 6 ge- zeigten Anordnung 60 veranschaulicht. Das in FIG 7 gezeigte Beatspektrum wurde also im quasi-kohärenten Betrieb aufgenom- men. Es zeigt die Magnitude M in Dezibel über die Frequenz f in Kilohertz aufgetragen.
Bei der Messung fand keine volle Synchronisation der beiden Radarsensoren R1, R2 durch ein Taktsignal Tkt statt. Statt- dessen wurde ein monostatisches Reflexionssignal RM und ein bistatisches Reflexionssignal RB sowohl von dem Zielobjekt Z als auch einem Referenzziel RO gemessen. In dem Beatspektrum sind der monostatische Bereich MB und der bistatische Bereich BB voneinander durch eine vertikale schwarze Linie L ge- trennt, die ungefähr bei einer Frequenz von 250 kHz liegt. Im monostatischen Bereich MB sind Maxima RF, ZF, die dem Refe- renzziel RO und dem Zielobjekt ZO zugeordnet sind, einge- zeichnet. Die Frequenz ZF, die dem Zielobjekt Z entspricht, liegt ungefähr bei 50 kHz und die Frequenz RF, die dem Refe- renzziel RO entspricht, liegt ungefähr bei 100 kHz.
Auch im bistatischen Bereich BB des Beatspektrums sind Maxima RFB, ZFB, die dem Referenzziel RO und dem Zielobjekt ZO ent- sprechen, erkennbar. Die Frequenz ZFB, die dem Zielobjekt ZO entspricht, liegt ungefähr bei 530 kHz und die Frequenz RFB, die dem Referenzziel RO entspricht, liegt ungefähr 570 kHz. Die voll durchgezogene Linie kennzeichnet die Rohdaten RD des Radarsensors R1, d.h. die Daten, welche noch nicht mit Hilfe des Referenzzieles RO korrigiert wurden. Durch eine Korrektur des Beatspektrums BS im bistatischen Bereich BB werden die Frequenzen der beiden Zielobjekte RO, Z im Beatspektrum nach rechts verschoben. Das verschobene Spektrum CD ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet. Mit Hilfe der korrigierten Spektraldaten CD lässt sich der Abstand d22 zwischen dem zweiten Radarsensor R2 und dem Ziel Z ermitteln. Unter Kennt- nis der Abstände du, d22 zwischen den Radarsensoren R1, R2 und dem Ziel Z lässt sich nun das unbekannte Ziel Z durch Triangulation lokalisieren, d.h. dessen Position P bestimmen. Weiterhin kann durch eine Bestimmung der Dopplerfrequenz auch die vektorielle Geschwindigkeit v des Zielobjekts Z ermittelt werden. Für die Ermittlung beider Größen werden monostatische und bistatische Antworten ausgewertet. Diese liefern Ab- standswerte bzw. Geschwindigkeitswerte in zwei Raumrichtun- gen .
In FIG 8 ist ein Flussdiagramm 800 gezeigt, welches ein voll- kohärentes Beatfrequenzmessverfahren zum Ermitteln eines Beatspektrums veranschaulicht.
Bei dem Schritt 8.I wird zunächst ein monostatisches Radar- signal RM eines Zielobjekts Z von einem Radarsensor R1 er- fasst. Weiterhin wird bei dem Schritt 8. II ein bistatisches , nicht-kohärentes elektromagnetisches Reflexionssignal RB, welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts Z umfasst, mit demselben Radarsensor R1 gemessen. Bei dem Schritt 8. III wer- den die erfassten Messdaten dazu genutzt, ein Rohdaten- Beatspektrum RBS zu ermitteln. Das Rohdaten-Beatspektrum RBS umfasst einen niederfrequenten monostatischen Bereich MB, welcher dem monostatischen Reflexionssignal RM zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich BB, wel- cher dem bistatischen Reflexionssignal RB zugeordnet ist.
Bei dem Schritt 8. IV wird auf Basis des Rohdatenbeatspektrums RBS eine monostatische Beatfrequenz MZF und eine bistatische Beatfrequenz BZF des Zielobjekts Z ermittelt.
In FIG 9 ist ein Flussdiagramm 900 gezeigt, welches ein quasi-kohärentes Beatfrequenzmessverfahren zum Ermitteln ei- nes Beatspektrums veranschaulicht. Bei dem Schritt 9.I wird zunächst ein monostatisches Radarsignal RM eines Zielobjekts Z und eines Referenzziels RO von einem Radarsensor R1 er- fasst. Weiterhin wird bei dem Schritt 9. II ein bistatisches, nicht-kohärentes elektromagnetisches Reflexionssignal RB, welches ein Reflexionssignal eines Zielobjekts Z und eines Referenzziels RO umfasst, mit demselben Radarsensor R1 gemes- sen. Beidem Schritt 9. III werden die erfassten Messdaten RM, RB dazu genutzt, ein Rohdaten-Beatspektrum RBS zu ermittelt. Das Rohdaten-Beatspektrum RBS umfasst einen niederfrequenten monostatischen Bereich MB, welcher dem monostatischen Refle- xionssignal RM zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich BB, welcher dem bistatischen Reflexions- signal RB zugeordnet ist.
Bei dem Schritt 9. IV wird eine Frequenz RFB des Referenzziels RF im bistatischen Bereich BB auf Basis des ermittelten Roh- daten-Beatspektrums RBS ermittelt. Dem Referenzziel RO ent- spricht im bistatischen Bereich ein Maximum des Spektrums.
Aus der bekannten Lage des Referenzziels RO ist zudem eine Sollfrequenz SFB des bistatischen Reflexionssignals RB des Referenzziels RO bekannt, die mit der aus dem Rohdaten-Beat- spektrum RBS bekannten Frequenz RFB verglichen werden kann.
Bei dem Schritt 9.V wird nun ein Wert fdiff einer Frequenzver- schiebung des Beatspektrums im bistatischen Bereich BB auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz RFB des Re- ferenzziels RO im bistatischen Bereich BB und der vorbekann- ten Sollfrequenz SFB des bistatischen Reflexionssignals RB des Referenzziels RO durch Differenzbildung ermittelt.
Bei dem Schritt 9. VI wird das Rohdaten-Beatspektrum RBS um den ermittelten Wert fdiff der Frequenzverschiebung verscho- ben, wodurch ein korrigiertes Beatspektrum BSk erhalten wird.
Schließlich wird bei dem Schritt 9. VII anhand des korrigier- ten Beatspektrums BSk eine monostatische Beatfrequenz MZF und eine bistatische Beatfrequenz BZF des Zielobjekts Z ermit- telt. In FIG 10 ist ein Flussdiagramm 1000 gezeigt, welches ein Ge- schwindigkeitsmessverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Bei dem Schritt 10. I wird zunächst das in FIG 8 oder 9 veran- schaulichte Beatspektrum-Messverfahren durchgeführt. An- schließend erfolgt bei dem Schritt 10.IIa ein Ermitteln einer ersten Dopplerfrequenz fd,mono des monostatischen Reflexions- signals RM des Zielobjekts Z im monostatischen Bereich MB des ermittelten Beatspektrums RBS, BSk. Zusätzlich erfolgt bei dem Schritt 10.IIb ein Ermitteln einer zweiten Dopplerfre- quenz fd,bi des bistatischen Reflexionssignals RB des Zielob- jekts Z im bistatischen Bereich BB des ermittelten Beatspekt- rums RBS, BSk. Weiterhin wird bei dem Schritt 10. III eine erste Geschwindigkeitskomponente v11 des Zielobjekts Z auf Basis der ersten Dopplerfrequenz fd,mono ermittelt und bei dem Schritt 10. IV eine zweite Geschwindigkeitskomponente v22 des Zielobjekts Z auf Basis der zweiten Dopplerfrequenz fd,bi und der ersten Geschwindigkeitskomponente v11 ermittelt. Schließ- lich wird eine vektorielle Geschwindigkeit V des Zielobjekts Z auf Basis der ermittelten ersten Geschwindigkeitskomponente v11 und der ermittelten zweiten Geschwindigkeitskomponente v22 ermittelt. Die Ermittlung der Dopplerfrequenzen fd,mono, fd,bi sowie der Geschwindigkeit V kann auf die im Zusammenhang mit FIG 5 veranschaulichte Art und Weise erfolgen.
In FIG 11 ist ein Flussdiagramm 1100 gezeigt, welches ein Po- sitionsermittlungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schritt 11. I wird zu- nächst das in FIG 8 oder FIG 9 veranschaulichte Beatspektrum- Messverfahren durchgeführt. Anschließend erfolgt bei dem Schritt 11. II ein Ermitteln von Abständen d11, d22 der Senso- ren R1, R2 zu dem Zielobjekt Z auf Basis des korrigierten Beatspektrums BSk. Schließlich wird bei dem Schritt 11. III eine Position P des Zielobjekts Z durch Triangulation auf Ba- sis der ermittelten Abstände d21, d12 ermittelt. Die Ermitt- lung der Abstände d11, d22 wurde im Zusammenhang mit der aus- führlichen Beschreibung von FIG 5 und 6 im Detail erläutert. In FIG 12 ist eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 umfasst die in FIG 5 oder alternativ in FIG 6 gezeigte
Beatspektrum-Messeinrichtung 50, 60. Weiterhin umfasst die
Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 eine Dopplerfre- quenz-Ermittlungseinheit 12 zum Ermitteln einer monostati- schen Dopplerfrequenz fd,mono und einer bistatischen Doppler- frequenz fd,bi auf Basis des von der Beatspektrum-Messeinrich- tung 50, 60 ermittelten Beatspektrums RBS bzw. der daraus ab- geleiteten monostatischen und bistatischen Beatfrequenzen MZF, BZF. Die von der Dopplerfrequenz-Ermittlungseinheit 12 ermittelten Dopplerfrequenzen fd,mono, fd,bi wird an eine Ge- schwindigkeits-Ermittlungseinheit 13 übermittelt, die eben- falls Teil der Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 ist. Die Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 13 ist dazu ein- gerichtet, eine erste Geschwindigkeitskomponente v11 des Zielobjekts Z auf Basis der monostatischen Dopplerfrequenz fd,mono und eine zweite Geschwindigkeitskomponente v22 des Zielobjekts Z auf Basis der bistatischen Dopplerfrequenz fd,bi und der ersten Geschwindigkeitskomponente v11 zu ermitteln. Teil der Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 120 ist auch eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 13a zum Ermitteln einer vektoriellen Geschwindigkeit V des Zielobjekts Z auf Basis der ermittelten ersten und zweiten Geschwindigkeitskom- ponente v11, v22 ·
In FIG 13 ist eine schematische Darstellung einer Positions- ermittlungseinrichtung 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Die Positionsermittlungsein- richtung 130 umfasst die in FIG 5 oder alternativ in FIG 6 gezeigte Beatspektrum-Messeinrichtung 50, 60. Teil der Posi- tionsermittlungseinrichtung 130 ist auch eine Laufzeitermitt- lungseinheit 14 zum Ermitteln einer ersten Laufzeit t11 des monostatischen Reflexionssignals RM auf Basis der Frequenz MZF des Zielobjekts Z im monostatischen Bereich MB des ermit- telten Beatspektrums und zum Ermitteln einer zweiten Laufzeit t12 des bistatischen Reflexionssignals RB auf Basis der Fre- quenz BZF des Zielobjekts Z im bistatischen Bereich BB des ermittelten Beatspektrums RBS, BSk·
Weiterhin umfasst die Positionsermittlungseinrichtung 130 eine Abstandsermittlungseinheit 15 zum Ermitteln von Abstän- den d11, d22 der Radarsensoren zu dem Zielobjekt Z auf Basis des Beatspektrums RBS bzw. der daraus abgeleiteten monostati- schen und bistatischen Beatfrequenzen MZF, BZF. Teil der Po- sitionsermittlungseinrichtung 130 ist auch eine Positionser- mittlungseinheit 16, welche eine Position P des Zielobjekts Z durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände d11, d22 ermittelt.
In FIG 14 und FIG 15 sind Ergebnisse einer Lokalisierungs- und Geschwindigkeitsmessung mit einer in FIG 6 veranschau- lichten Messeinrichtung veranschaulicht. Die zum kooperativen System verbundenen Sensoren R1, R2 befinden sich bei den Po- sitionen (x, y) = (0; 0) und bei (x, y) = (2,03; 0) Meter.
Das unbekannte Ziel Z bewegt sich geradlinig über eine Stre- cke S von 2,5 Metern und mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s von beiden Sensoren R1, R2 weg. Der tatsächliche Weg R des Zieles Z ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. In FIG 14 wurden die Messdaten von dem linken Sensor R1 in Position (x; y) = (0; 0) zur Auswertung verwendet. In FIG 15 wurden die Daten vom rechten Sensor R2 bei (x; y) = (2,03; 0) ver- wendet. Die Kreise kennzeichnen die lokale Position P des Ziels Z während einer Bewegung. Die Pfeile geben die gemes- sene Bewegungsrichtung D des Ziels Z und deren Länge die ge- messene Geschwindigkeit an. Es ergibt sich eine durchschnitt- liche Abweichung der gemessenen Positionen P und der tatsäch- lichen Positionen des Ziels Z von etwa 26 Millimetern. Die Bewegungsrichtung D des Ziels Z wurde mit einer Abweichung von weniger als 3° ermittelt. Diese Ergebnisse veranschauli- chen die Anwendbarkeit des in FIG 6 gezeigten Radarsystems 60 für die in FIG 1 bis FIG 4 veranschaulichten Szenarien. Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen le- diglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung han- delt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständig- keit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit" nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Patentansprüche
1. Beatfrequenz-Messverfahren, aufweisend die Schritte:
- Monostatisches Messen eines elektromagnetischen Reflexions- signals, welches ein Reflexionssignal (RM) eines Zielob- jekts (Z) umfasst, mit mindestens einem von mindestens zwei Sensoren (R1, R2 ) eines kooperativen Sensorsystems (50,
60) ,
- bistatisches Messen eines elektromagnetischen Reflexions- signals (RB) , welches ein Reflexionssignal eines Zielob- jekts (Z) umfasst, mit mindestens zwei Sensoren (R1, R2 ) des kooperativen Sensorsystems,
- Ermitteln eines Beatspektrums (RBS, BSk) auf Basis der er- fassten Messdaten (RM, RB) , wobei das Beatspektrum einen niederfrequenten monostatischen Bereich (MB) , welcher dem monostatischen Reflexionssignal (RM) zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich (BB) , welcher dem bistatischen Reflexionssignal (RB) zugeordnet ist, um- fasst,
- Ermitteln einer monostatischen Beatfrequenz (MZF) des Ziel- objekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS, BSk) ,
- Ermitteln einer bistatischen Beatfrequenz (BZF) des Zielob- jekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) auf Basis des ermit- telten Beatspektrums (RBS, BSk) ,
wobei
- die mindestens zwei Sensoren (R1, R2 ) durch einen gemeinsa- men Takt vollkohärent betrieben werden, wobei eine Synchro- nisierung über eine elektrische Kabelverbindung oder per Funkverbindung zwischen den beiden Radarsensoren erfolgt, oder alternativ
- die mindestens zwei Sensoren (R1, R2 ) durch eine zusätzli- che monostatische und bistatische Messung eines Referenz- ziels (RO) , dessen Position bekannt ist, quasi-kohärent be- trieben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensoren (R1, R2 ) Ra- darsensoren und/oder Lidarsensoren umfassen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensoren (R1, R2 ) FMCW-Sensoren umfassen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für den Fall eines quasi-kohärenten Betriebs eine Kalibrierung zum Ermitteln eines korrigierten Beatspektrums (BSk) durchgeführt wird, mit den folgenden Schritten:
- Ermitteln einer Frequenz (RFB) des Referenzziels (RO) im bistatischen Bereich (BB) auf Basis des ermittelten
Beatspektrums (RBS),
- Ermitteln eines Werts (fdiff) einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums im bistatischen Bereich (BB) , auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz (RFB) des Referenz- ziels (RO) im bistatischen Bereich (BB) und einer vorbe- kannten Sollfrequenz (SFB) des bistatischen Reflexionssig- nals (RB) des Referenzziels (RO) ,
- Verschieben des Beatspektrums (RBS) um den ermittelten Wert
(fdiff) der Frequenzverschiebung.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei für den Fall eines quasi-kohärenten Betriebs das Referenzziel (RO) als passives Referenzziel ausgebildet ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei für den Fall eines quasi-kohärenten Betriebs das Referenzziel (RO) als aktives Referenzziel ausgebildet ist.
7. Positionsermittlungsverfahren, aufweisend die Schritte:
- Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
6,
- Ermitteln einer ersten Laufzeit ( t11) des monostatischen Reflexionssignals (RM) auf Basis der Frequenz (MZF) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) des ermit- telten Beatspektrums (RBS, BSk) , - Ermitteln einer zweiten Laufzeit (t12) des bistatischen Re- flexionssignals (RB) auf Basis der Frequenz (BZF) des Ziel- objekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BSk) ,
- Ermitteln von Abständen (du, d22) der Sensoren (R1, R2 ) zu dem Zielobjekt (Z) auf Basis der ermittelten Laufzeiten
( t11, t12) ,
- Ermitteln einer Position (P) des Zielobjekts (Z) durch Tri- angulation auf Basis der ermittelten Abstände (d11, d22) ·
8. Geschwindigkeitsermittlungsverfahren, aufweisend die
Schritte :
- Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
6,
- Ermitteln einer ersten Dopplerfrequenz (fd,mono) des monosta- tischen Reflexionssignals (RM) des Zielobjekts (Z) im mono- statischen Bereich (MB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BSk) ,
- Ermitteln einer zweiten Dopplerfrequenz (fd,bi) des bistati- schen Reflexionssignals (RB) des Zielobjekts (Z) im bista- tischen Bereich (BB) des ermittelten Beatspektrums (RBS,
BSk) ,
- Ermitteln einer ersten Geschwindigkeitskomponente (v11) des Zielobjekts (Z) auf Basis der ersten Dopplerfrequenz
( fd,mono ) ,
- Ermitteln einer zweiten Geschwindigkeitskomponente (v22) des Zielobjekts (Z) auf Basis der zweiten Dopplerfrequenz ( fd, bi ) und der ersten Geschwindigkeitskomponente (v11) ,
- Ermitteln einer vektoriellen Geschwindigkeit (V) des Ziel- objekts (Z) auf Basis der ermittelten ersten Geschwindig- keitskomponente (v11) und der ermittelten zweiten Geschwin- digkeitskomponente (v22) ·
9. Beatspektrum-Messeinrichtung (50, 60) zum Ermitteln eines
Beatspektrums (RBS, BSk) , aufweisend:
- einen ersten Sensor (RI) zum monostatischen Messen eines elektromagnetischen Reflexionssignals, welches ein Reflexi- onssignal (RM) eines Zielobjekts (Z) umfasst, - einen zweiten Sensor (R2) mit bekannten Abstand (d) zu dem ersten Sensor (RI) zum bistatischen Messen eines elektro- magnetischen Reflexionssignals (RB) , welches ein Reflexi- onssignal des Zielobjekts (Z) umfasst,
- eine Spektrum-Ermittlungseinheit (101) zum Ermitteln eines Beatspektrums (RBS, BSk) auf Basis der erfassten Messdaten (RB, RM) , wobei das Beatspektrum (RBS, BSk) einen nieder- frequenten monostatischen Bereich (MB) , welcher dem mono- statischen Reflexionssignal (RM) zugeordnet ist, und einen höherfrequenten bistatischen Bereich (BB) , welcher dem bistatischen Reflexionssignal (RB) zugeordnet ist, umfasst,
- eine Beatfrequenzermittlungseinheit (105) zum Ermitteln ei- ner monostatischen Beatfrequenz (MZF) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS, BSk) und zum Ermitteln einer bistati- schen Beatfrequenz (BZF) des Zielobjekts (Z) im bistati- schen Bereich (BB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS, BSk)
- eine elektrische Kabelverbindung oder eine Funkverbindung zwischen den mindestens zwei Sensoren (R1, R2 ) zum vollko- härenten Betrieb mit einem gemeinsamen Takt, wobei eine Synchronisierung über die elektrische Kabelverbindung oder die Funkverbindung zwischen den beiden Sensoren erfolgt, oder alternativ
- ein Referenzziel, dessen Position bekannt ist, für einen quasi-kohärenten Betrieb der mindestens zwei Sensoren (RI, R2 ) durch eine zusätzliche monostatische und bistatische Messung des Referenzziels (RO) .
10. Beatspektrum-Messeinrichtung (60) nach Anspruch 9, wobei die Spektrum-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines korri- gierten Beatspektrums (BSk) aufweist:
- eine Referenzfrequenz-Ermittlungseinheit (102) zum Ermit- teln einer Frequenz (RF) des Referenzziels (RO) im bistati- schen Bereich (BB) auf Basis des ermittelten Beatspektrums (RBS) ,
- eine Verschiebungsfrequenz-Ermittlungseinheit (103) zum Er- mitteln eines Werts (fdiff) einer Frequenzverschiebung des Beatspektrums im bistatischen Bereich (BB) , auf Basis der durch die Messung ermittelten Frequenz (RF) des Referenz- ziels (RO) im bistatischen Bereich (BB) und einer vorbe- kannten Sollfrequenz (SFB) des bistatischen Reflexionssig- nals (RB) des Referenzziels (RO) ,
- eine Verschiebungseinheit (104) zum Verschieben des
Beatspektrums (RBS) um den ermittelten Wert (fdiff) der Fre- quenzverschiebung .
11. Positionsermittlungseinrichtung (130), aufweisend:
- die Beatspektrum-Messeinrichtung (50, 60) nach Anspruch 9 oder 10,
- eine Laufzeitermittlungseinheit (14) zum Ermitteln einer ersten Laufzeit ( t11) des monostatischen Reflexionssignals (RM) auf Basis der Frequenz (MZF) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BSk) und zum Ermitteln einer zweiten Laufzeit (t12) des bistatischen Reflexionssignals (RB) auf Basis der Fre- quenz (BZF) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BSk) ,
- eine Abstandsermittlungseinheit (15) zum Ermitteln von Ab- ständen (du, d22 ) der Sensoren (R1, R2 ) zu dem Zielobjekt (Z) auf Basis der ermittelten Laufzeiten ( t11, t12) ,
- eine Positionsermittlungseinheit (16) zum Ermitteln einer Position (P) des Zielobjekts (Z) durch Triangulation auf Basis der ermittelten Abstände (d11, d22) ·
12. Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung (120), aufweisend:
- die Beatspektrum-Messeinrichtung (50, 60) nach Anspruch 9 oder 10,
- eine Dopplerfrequenz-Ermittlungseinheit (12) zum Ermitteln einer ersten Dopplerfrequenz (fd,mono) des monostatischen Re- flexionssignals (RM) des Zielobjekts (Z) im monostatischen Bereich (MB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BSk) und zum Ermitteln einer zweiten Dopplerfrequenz (fd,bi) des bistatischen Reflexionssignals (RB) des Zielobjekts (Z) im bistatischen Bereich (BB) des ermittelten Beatspektrums (RBS, BSk), - eine Geschwindigkeitskomponenten-Ermittlungseinheit (13) zum Ermitteln einer ersten Geschwindigkeitskomponente (v11) des Zielobjekts (Z) auf Basis der ersten Dopplerfrequenz
( fd,mono) und zum Ermitteln einer zweiten Geschwindigkeits- komponente (v22) des Zielobjekts (Z) auf Basis der zweiten Dopplerfrequenz (fd,bi) und der ersten Geschwindigkeitskom- ponente (v11) ,
- eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit (13a) zum Ermit- teln einer vektoriellen Geschwindigkeit des Zielobjekts (Z) auf Basis der ermittelten ersten und zweiten Geschwindig- keitskomponente (v11, v22) ·
13. Bewegliches Objekt, aufweisend
- eine Steuerungseinheit zur autonomen oder teilautonomen
Steuerung einer Bewegung des beweglichen Objekts und
- eine Beatspektrum-Messeinrichtung (50, 60) nach Anspruch 9 oder 10 und/oder eine Positionsermittlungseinrichtung (130) nach Anspruch 11 und/oder eine Geschwindigkeitsermittlungs- einrichtung (120) nach Anspruch 12.
14. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, wel- ches direkt in eine Speichereinheit einer Steuereinrichtung eines beweglichen Objekts ladbar ist, mit Programmabschnit- ten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprü- che 1 bis 8 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Rechnereinheit ausgeführt wird.
15. Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rech- nereinheit ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rech- nereinheit ausgeführt werden.
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