Titel

Verwendung eines Radarsensors mit einem Hohlleiterantennenarray für ein Verfahren zur Bestimmung eines Eigengeschwindigkeits-Schätzwerts und eines Winkel-Schätzwerts von Zielen

Die vorliegende Erfindung liegt im Gebiet der Radarsensorik und betrifft im Speziellen die Gebiete Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) und Radar mit synthetischer Apertur (SAR).

Stand der Technik

Radarsysteme zur Messung von Abstand, Relativgeschwindigkeit und Winkel von Objekten werden zunehmend in Kraftfahrzeugen für Sicherheits- und Komfortfunktionen eingesetzt. Heutzutage wird hierfür insbesondere Radar mit Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO), also mit mehreren Übertragungskanälen zum Senden und Empfangen von Radarsignalen, verwendet. In letzter Zeit ist Radar mit synthetischer Apertur (SAR) bekannt geworden. Das Prinzip der synthetischen Apertur erlaubt bei einer Eigenbewegung des Radarsensors besonders genaue Winkelmessungen. Die synthetische Apertur nutzt den Umstand, dass sich die Sende- und Empfangsantennen zum Zeitpunkt jeder Messung aufgrund der Eigenbewegung des Radarsensors an unterschiedlichen örtlichen Positionen befinden. Die Messungen werden dann zu einer synthetischen Antennenapertur verarbeitet. Bei der Auswertung kann dies mit einer großen Antennenapertur entlang der Fahrttrajektorie gleichgesetzt werden. Dadurch wird eine große synthetische Apertur erreicht, die mit einer realen Antennenapertur aufgrund der großen Anzahl der notwendigen Antennenelemente unpraktisch oder gar unmöglich wäre. Durch SAR sind in der Winkelmessung höhere Auflösungen als mit realen Antennenaperturen möglich.

Um die gemessenen Radarsignale als eine synthetische Apertur auszuwerten, wird die Radarumgebung üblicherweise als stationär angenommen. Zusätzlich sollen die Eigenbewegung des Radarsensors und somit die Positionen, an denen die einzelnen Messungen stattfanden, bekannt sein. Die Trajektorie des Radars fließt in den SAR-Auswertealgorithmus ein und stellt die Basis für die Berechnung des SAR-Bildes dar. Je nach Auswertealgorithmus kann ein Eigengeschwindigkeits-Schätzwert anstelle der genaueren Trajektorie für die Berechnung des SAR-Bildes ausreichend sein. Dabei wird die Trajektorie typischerweise als linear angenommen, komplexere Trajektorien sind hingegen nicht abbildbar.

Heutige Radarsysteme im Kraftfahrzeugbereich setzen in der Regel ein frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (FMCW) mit schnell ansteigenden Rampen - eine sogenannte Fast-Chirp-Modulation - ein, bei der nacheinander mehrere lineare Frequenzrampen mit der gleichen steilen Steigung durchlaufen werden. Die Mischung des momentanen Sendesignals mit dem Empfangssignal ergibt ein niederfrequentes Signal (Beatfrequenz genannt), dessen Frequenz zum Abstand proportional ist. Das System wird in der Regel so ausgelegt, dass der durch die Dopplerfrequenz versursachte Anteil der Beatfrequenz vernachlässigbar wird. Die gewonnene Abstands-Information ist weitgehend eindeutig. Zudem kann eine Dopplerverschiebung durch Beobachtung der zeitlichen Entwicklung der Phase des komplexen Abstandssignals über die Rampen hinweg bestimmt werden und daraus die Relativgeschwindigkeit ermittelt werden. Die Ermittlung des Abstands und die Ermittlung der Relativgeschwindigkeit finden unabhängig voneinander statt. In der Regel wird hierfür eine zweidimensionale Fourier-Transformation verwendet.

Die herkömmliche SAR-Auswertung geht von stationären Zielen aus. Bewegte Ziele, welche diese Annahme nicht erfüllen, führen zu einer fehlerhaften, im Winkel verschobenen und unscharfen Abbildung im SAR-Bild. Bei Kraftfahrzeugen sind bewegte Ziele allerdings ebenso von Interesse (z.B. um Kollision mit solchen zu vermeiden). Um die Eigentrajektorie bzw. Eigengeschwindigkeit des Radarsensors zu schätzen, sind zwei Ansätze bekannt: Zum einen wird ein externer Sensor - z.B. eine inertiale Messeinheit (IMU) oder ein Odometrie-Sensor - verwendet. Zum anderen werden sehr rechenaufwendige Autofokus-Algorithmen verwendet, welche für die Echtzeitverarbeitung nicht anwendbar sind. Offenbarung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines nachfolgend im Detail beschriebenen Radarsensors mit einem Hohlleiterantennenarray für ein Verfahren zur Bestimmung eines Eigengeschwindigkeits-Schätzwerts und eines Winkel-Schätzwerts von mehreren Zielen in der Umgebung, dessen Verfahrensschritte weiter unten detailliert beschrieben werden.

Das Hohlleiterantennenarray des Radarsensors weist zumindest zwei Gruppen von Antenneneinheiten auf, wobei Antennenelemente in jeder Antenneneinheit in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind. Bei einer ersten Gruppe sind die Antenneneinheiten in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung steht, versetzt zueinander angeordnet. Bei einer zweiten Gruppe sind die Antenneneinheiten in der ersten Richtung versetzt zueinander angeordnet. Dadurch wird ein Radarsensor mit Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) geschaffen.

Der Radarsensor nutzt Digital Beamforming (DBF, digitale Strahlformung), sodass die Antennenelemente einer Antenneneinheit ein Radarsignal gemeinsam aufnehmen und auswerten können. Die erste Gruppe mit den Antenneneinheiten in zweiter Richtung wird bevorzugt zur Messung des Azimutwinkels verwendet und die zweite Gruppe mit den Antenneneinheiten in erster Richtung wird bevorzugt zur Messung des Elevationswinkels verwendet.

Bei der zweiten Gruppe kann es vorgesehen sein, die Antenneneinheiten nur in der ersten Richtung zueinander versetzt anzuordnen. Dies führt zu einem reduzierten Rechenaufwand bei dem digital Beamforming. Optional können bei der zweiten Gruppe die Antenneneinheiten zusätzlich in der zweiten Richtung versetzt zueinander angeordnet sein. Dadurch wird für die zweiten Gruppe eine Messung in der zweiten Richtung ermöglicht und der Radarsensor ist auf Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) ausgelegt.

Vorzugsweise sind die Arraygruppen wechselweise entweder der Sendeseite oder der Empfangsseite zugeordnet. Nach dem MIMO-Prinzip sind Sende- und Empfangsantennen prinzipiell austauschbar. Es wird nachfolgend zwischen stationären Zielen (auch als Standziele bezeichnet) und bewegte Zielen (auch als Bewegtziele bezeichnet) unterschieden. Stationäre Ziele sind Objekte in der Umgebung, die sich nicht selbst bewegen, also z. B. Gebäude, Bäume, Infrastruktur auf und an Straßen usw. Bewegte Ziele sind Objekte in der Umgebung, die sich bewegen, also z. B. andere Fahrzeuge, Fußgänger, andere Verkehrsteilnehmer usw.

Der Radarsensor bewegt sich und sendet dabei eine Mehrzahl von Messsignalen aus und empfängt Signale, die von Zielen reflektiert werden. Der Radarsensor ist somit ein Radarsensor mit synthetischer Apertur. Aus den ausgesendeten und empfangenen Signalen wird für jedes Ziel eine Relativgeschwindigkeit ermittelt. Zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit wird der Dopplereffekt in den Messsignalen ausgewertet und insbesondere eine Dopplerverschiebung ermittelt. Zudem wird ein Abstand zwischen dem Radarsensor und dem Ziel ebenfalls aus den ausgesendeten und empfangenen Signalen ermittelt. Dies kann beispielsweise über eine Fourierverarbeitung erfolgen. Um die Ziele in den Messungen zu erkennen, wird eine Detektion mit einer konstanten Falschalarmrate (CFAR) durchgeführt.

Anschließend wird eine grobe Winkelschätzung durchgeführt. Hierbei wird für jedes Ziel jeweils ein Winkel-Schätzwert geschätzt, der den Zielwinkel zwischen der Richtung der Eigengeschwindigkeit des Radarsensors - also der Richtung, in der sich der Radarsensor bewegt („Vorwärtsrichtung“) - und dem jeweiligen Ziel charakterisiert. Die Winkelschätzung kann beispielsweise mittels digitalem Beamforming erfolgen. Dafür weist der Radarsensor mindestens einen zusätzlichen Empfangskanal und/oder mindestens einen zusätzlichen Sendekanal auf. Vorzugsweise gibt der Winkel-Schätzwert direkt den Zielwinkel an. Allerdings kann der Zielwinkel indirekt auch aus einer Transformation oder aus mathematischen Zusammenhängen aus dem Winkel-Schätzwert hervorgehen. Da die Winkel-Schätzwerte später noch weiterverarbeitet werden, kann die Winkelschätzung im Vergleich zur herkömmlichen Winkelmessung deutlich ungenauer sein.

Durch Rückprojektion werden für jedes Ziel mittels der Relativgeschwindigkeit und dem Winkel-Schätzwert separat ein Individual-Eigengeschwindigkeits-Schätzwert für den Radarsensor berechnet. Das heißt für jedes Ziel werden die gemessenen bzw. geschätzten Werte verwendet, um daraus jeweils einen Individual- Eigengeschwindigkeits-Schätzwert für den Radarsensor zu erhalten. Demnach wird typischerweise eine Vielzahl von Individual-Eigengeschwindigkeits- Schätzwerten ermittelt, die folglich abhängig von der Geschwindigkeit des Ziels sind. Für die stationären Ziele liegen die Individual-Eigengeschwindigkeits- Schätzwerte nahe beieinander, da die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Ziel und dem Radarsensor proportional zur Eigengeschwindigkeit des Radarsensors und zum Zielwinkel ist. Für die bewegten Ziele liegen die Individual- Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte allerdings weiter auseinander, da die Relativgeschwindigkeit neben der Eigengeschwindigkeit des Radarsensors und dem Zielwinkel auch von der Geschwindigkeit des Ziels abhängt. Hinzu kommt, dass in einer typischen Situation deutlich mehr stationäre Ziele in der Umgebung vorhanden sind als bewegte Ziele mit gleicher Relativgeschwindigkeit zum Radarsensor und die bewegten Ziele im Normalfall voneinander unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen.

Damit ist eine Klassifizierung und Aufteilung der I ndividual- Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte, insbesondere durch Clustering, möglich. Hierfür wird ein Bereich für die Individual-Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte definiert, mit dem eine Unterscheidung zwischen stationären Zielen und bewegten Zielen möglich ist. Individual-Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte, die innerhalb eines vorgebbaren Bereichs umeinander liegen, werden stationären Zielen zugeordnet. Individual-Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte, die außerhalb des Bereichs liegen, werden bewegten Zielen zugeordnet. Damit können bewegte Ziele identifiziert werden (MTI - Moving Target Indication). Die jeweils berechneten Individual-Eigeschwindigkeit-Schätzwerte können zur Klassifizierung beispielsweise in ein Histogramm aufgenommen werden.

Die Individual-Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte werden im Anschluss je nach Zuordnung gesondert ausgewertet. Für die stationären Ziele wird ein kombinierter Eigengeschwindigkeits-Schätzwert aus den Individual- Eigengeschwindigkeits-Schätzwerten, die den stationären Zielen zugeordnet sind, ermittelt. Der kombinierte Eigengeschwindigkeits-Schätzwert kann als tatsächliche Eigengeschwindigkeit des Radarsensors angesehen werden, da dieser prinzipiell nur aus den stationären Zielen berechnet wurde (Autofokus). Zudem wird für die stationären Ziele ein korrigierter Winkel-Schätzwert mittels des kombinierten Eigengeschwindigkeits-Schätzwerts und der jeweiligen gemessenen Relativgeschwindigkeit berechnet. Der korrigierte Winkel- Schätzwert kann als tatsächlicher Winkel des Ziels bezüglich des Radarsensors angesehen werden.

Das Verfahren ermöglicht außerdem die Bestimmung des Eigengeschwindigkeits-Schätzwerts und des Winkel-Schätzwerts direkt aus den Messungen, ohne dass zusätzliche Sensoren, wie z. B. IMU oder Odometrie- Sensoren, notwendig sind. Die typsicherweise in Fahrzeugen verwendeten Odometrie-Sensoren sind meist zu weit von dem Radarsensor entfernt angeordnet und führen zudem zu wenige Messungen pro Zeitintervall aus.

Durch die Verwendung des Radarsensors mit Hohlleiterantennenarray für das beschriebene Verfahren wird eine Hohlleiterantenne mit MIMO und dem SAR- Konzept kombiniert. Dabei werden dieselben Antenneneinheiten bzw.

Antennenelemente sowohl für MIMO als auch für SAR verwendet. Im Ergebnis kann die Anzahl der Kanäle des Radarsensors reduziert werden und somit die Antennenfläche minimiert werden. Besonders bei Hohlleiterantennen ist die Reduzierung der Kanäle von großem Vorteil, da diese aufgrund der dreidimensionalen Struktur typischerweise einen großen Bauraum benötigen und eine aufwändige Fertigung mi sich ziehen.

Durch die Verwendung von Hohlleiterantennen wird eine große Freiheit in der Anordnung der Antennenarrayelemente erreicht. Dadurch kann in einfacher Weise eine vorteilhafte λ/2-Anordnung der Antenneneinheitenerreicht werden, die sowohl hinsichtlich der Dynamik als auch einer eindeutigen Winkelschätzung vorteilhaft ist.

Damit die empfangenen, heruntergemischten und im Basisband abgetasteten Radarsignale des Antennenarrays mit der Kombination von MIMO und SAR kompatibel sind, muss eine eindeutige Abtastung der Dopplerfrequenz ermöglicht werden. Für den eindeutig erfassbaren Bereich des radialen Anteils der Relativgeschwindigkeit v _rel,r,u gilt: Dabei sind v _rel,r,max und v _rel,r,min die obere bzw. untere Grenze dieses Bereichs. f _D,u bezeichnet die Bandbreite der maximal eindeutig erfassbaren Dopplerfrequenz, c bezeichnet die Wellenausbereitungsgeschwindigkeit, f _c die Trägerfrequenz für das Radarsignal und T _ctc die Dauer zwischen zwei Frequenzrampen (chirp-to-chirp) derselben Sendeantenne.

Im Zeitmultiplexverfahren wird die Dauer zwischen zwei Frequenzrampen T _ctc bei fester Bandbreite und fester Rampensteilheit bzw. Rampendauer mit der Anzahl der Sender größer, sodass die Anzahl der Sender bei herkömmlichen FMCW- MIMO-Radarsensoren, welche auf Zeitmultiplex basieren, begrenzt ist. Vorzugsweise wird in der vorliegenden Erfindung ein Multiplexing in der Frequenz-Dimension (FDM, Frequency Division Multiplexing) oder in der Code- Dimension (CDM, Code Division Multiplexing) durchgeführt. Für SAR bestehen dann keine derartigen Begrenzungen hinsichtlich der Anzahl der Sender.

Vorteilhafterweise ist der vorgebbare Bereich, der bei der Klassifizierung und Aufteilung der Individual-Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte verwendet wird, ein Fehler-Toleranzbereich für die Messungen. Dieser wird aus dem Fehler für die Messung der Relativgeschwindigkeit und aus dem Fehler für die Winkelschätzung ermittelt. Dadurch wird erreicht, dass die Aufteilung innerhalb der Fehlergrenzen für die Messungen spezifisch erfolgt und somit größtmögliche Selektivität bietet.

Um den kombinierten Eigengeschwindigkeits-Schätzwert zu bestimmen, kann ein gemittelter Geschwindigkeitswert der Individual-Eigengeschwindigkeits- Schätzwerte berechnet werden. Hierbei kann eine klassische Mittelung, wie z. B. ein arithmetisches Mittel, eine gewichtete Mittelung, z. B. mit vom Signal-Rausch- Verhältnis abhängigen Gewichten, ein Bestimmen des Maximums im Histogramm, eine Bildung eines Medians usw. durchgeführt werden.

Bevorzugt ist vorgesehen, auch für die bewegten Ziele einen jeweiligen Winkel- Schätzwert und einen jeweiligen Geschwindigkeits-Schätzwert zu ermitteln. Da die Geschwindigkeit des bewegten Ziels aber nicht bekannt ist, würde die vorstehend beschriebene Auswertung zu einem fehlerhaften Winkel-Schätzwert führen. Als Winkel-Schätzwert für das jeweilige bewegte Ziel kann der Winkel- Schätzwert, der sich bei der obengenannten Winkelschätzung für ebendieses bewegte Ziel ergeben hat, verwendet werden. Damit wird zwar keine verbesserte Winkelschätzung erreicht, aber die fehlerhafte Winkelschätzung vermieden. Ferner kann ein radialer Geschwindigkeits-Schätzwert für das jeweilige bewegte Ziel aus der mittels Dopplerverschiebung gemessenen Relativgeschwindigkeit ermittelt werden. Hierfür wird der vorstehend ermittelte kombinierte Eigengeschwindigkeits-Schätzwert als Eigengeschwindigkeit des Radars angenommen und gewichtet mit dem Kosinus des Zielwinkels von der Relativgeschwindigkeit subtrahiert.

Die Bewegungen sowohl des Radars als auch der bewegten Ziele werden als zweidimensional in einer Ebene angenommen. Allerdings kann sich das vom Sensor gemessene Ziel in unterschiedlicher Höhe zu der Ebene befinden. Dies kann insbesondere vorkommen, wenn beispielsweise nur ein Teil eines Objekts erfasst wird. In diesem Fall kann für das Ziel ein Elevationswinkel zwischen der Ebene und dem Ziel ermittelt werden. Vorzugsweise wird für jedes Ziel der Elevationswinkel beim Ermitteln des Individual-Eigengeschwindigkeits- Schätzwerts des Radarsensors mittels der Relativgeschwindigkeit und dem geschätzten Winkel berücksichtigt.

Vorzugsweise ist der Radarsensor ein Chirp-Sequenz-Radar, der als frequenzmoduliertes Dauerstrichradar fungiert und Chirp-Signale mit schnell ansteigenden Rampen aussendet. Dadurch lässt sich der Abstand in an sich bekannter Weise leicht messen. Zudem kann der Dopplereffekt, insbesondere die Dopplerverschiebung aus der zeitlichen Entwicklung der Phase des komplexen Abstandssignals über die Rampen hinweg bestimmt werden und dadurch die Relativgeschwindigkeit gemessen werden.

Für die Ermittlung der Relativgeschwindigkeit mit Hilfe des Dopplereffekts können an sich bekannte Verfahren verwendet werden. Bevorzugt wird hierbei eine Keystone-Verarbeitung basierend auf der Chirp-Z-Transformation (CZT), da diese besonders recheneffizient ist und auftretende Migrationseffekte kompensieren kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt eine isometrische Darstellung einer Hohlleiterantenne eines Radarsensor, der für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation, mit einem Fahrzeug mit dem Radarsensor und verschieden Zielen und dazugehörigen Winkel und Relativgeschwindigkeiten.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens.

Figur 4a zeigt ein Diagramm der Verteilung von Individual- Eigengeschwindigkeits-Schätzwerten des Radarsensors für unterschiedliche Ziele.

Figur 4b zeigt ein Histogramm für die Verteilung aus Figur 4a.

Figur 5 zeigt ein Ortsdiagramm einer Trajektorie, die anhand einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde, und einer Trajektorie, die mittels eines Odometrie-Sensors erzeugt wurde

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Hohlleiterantenne 100 eines hier nicht weiter dargestellten Radarsensors S. Die Hohlleiterantenne 100 weist ein Hohlleiterantennenarray bestehend aus mehreren Antennenelementen 101 auf. Mehrere Antennenelemente 101, in diesem Beispiel jeweils zwölf, sind in einer Spalte in einer ersten Richtung R1 angeordnet und bilden gemeinsam eine Antenneneinheit 102 (In Figur 1 ist eine Antenneneinheit beispielhaft mit einem Rahmen markiert). Die erste Richtung R1 entspricht in diesem Beispiel in einem globalen Bezugssystem der Vertikalen. Die Antennenelemente 101 einer Antenneneinheit 102 senden und empfangen gemeinsam Radarsignale. In Figur 1 sind für jede Antenneneinheit 102 die Phasenzentren 103 gekennzeichnet. Die Antenneneinheiten 102 des Hohlleiterantennenarrays sind in zwei Gruppen 104, 105 eingeteilt. Die erste Gruppe 104 umfasst in diesem Beispiel acht Antenneneinheiten 102, die jeweils zwölf in der ersten Richtung R1 in Spalten angeordnete Antennenelemente 101 aufweisen. Bei der ersten Gruppe 104 sind die Antenneneinheiten 102 zueinander in der zweiten Richtung R2 versetzt angeordnet. Die zweite Richtung R2 entspricht in diesem Beispiel in einem globalen Bezugssystem einer der Horizontalen und verläuft in diesem Beispiel, wie in Figur 2 dargestellt, in Richtung der Eigengeschwindigkeit v _ego eines Fahrzeugs F, welches den Radarsensor S aufweist. Generell kann die zweite Richtung R2 auch in einem Winkel zu der Eigengeschwindigkeit v _ego des Fahrzeugs F stehen. Dadurch wird lediglich die Antennenkeule geschwenkt. Die zweite Richtung R2 ist mit den Azimut-Winkeln α ₁ , α ₂ , α ₃ verbunden und die erste Gruppe 104 der Antenneneinheiten 102 dient zur Messung der Azimut-Winkeln α ₁ , α ₂ , α ₃ . Die zweite Gruppe 105 umfasst in diesem Beispiel drei Antenneneinheiten 102, die wiederum jeweils zwölf in der ersten Richtung R1 in Spalten angeordnete Antennenelemente 101 aufweisen. Bei der zweiten Gruppe 105 sind die Antenneneinheiten 102 sowohl in der ersten Richtung R1 als auch in der zweiten Richtung R2 zueinander versetzt angeordnet. Die zweite Gruppe 105 der Antenneneinheiten 102 dient zur Messung der Elevations-Winkel Φ _i und zur Messung der Azimut-Winkel α ₁ , α ₂ , α ₃ . Im hier gezeigten Zustand ist die erste Gruppe 104 der Antenneneinheiten 102 der Empfängerseite RX zugeordnet und die zweite Gruppe 105 der Antenneneinheiten 102 der Sendeseite TX zugeordnet. Die von der ersten Gruppe 104 empfangenen Radarsignale werden mittels digitalem Beamforming verarbeitet. Die Zuordnung kann aber auch gewechselt werden, sodass die erste Gruppe 104 der Sendeseite TX zugeordnet wird und die zweite Gruppe 105 der Empfängerseite RX zugeordnet wird. Die Hohlleiterantenne 100 ist somit für MIMO ausgelegt. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen, können bei der zweiten Gruppe 105 die Antenneneinheiten 102 nur in der ersten Richtung R1 zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch wird das zweidimensionale digitale Beamforming vereinfacht. Der Radarsensor S mit der beschriebenen Hohlleiterantenne 100 bzw. dem beschriebenen Hohlleiterantennenarray wird für das nachfolgend beschriebene Verfahren verwendet.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation, mit einem Fahrzeug F, das einen Radarsensor S mit einem oben beschriebenen Hohlleiterantenne 100, und mehreren anderen Fahrzeugen, die als Ziele Z1 bis Z3 bezeichnet sind. Typischerweise sind weitere Ziele in der Umgebung vorhanden, die hier nicht dargestellt sind, wie z. B. Gebäude, die Infrastruktur der Straße, also Verkehrsschilder, Leitplanke und dergleichen, oder die Straße selbst. Das Fahrzeug F und somit auch der Radarsensor S bewegen sich mit einer Eigengeschwindigkeit v _ego entlang einer Geraden. Vom Radarsensor S aus ist zu jedem dargestellten Ziel Z1, Z2, Z3 jeweils der Azimut-Winkel α ₁ , α ₂ , α ₃ zwischen der Richtung der Eigengeschwindigkeit v _ego und der Richtung des jeweiligen Ziels Z1, Z2, Z3 dargestellt. Zudem ist die Relativgeschwindigkeit v _rel,1 , v _rel,2 , v _rel,3 jedes Ziels Z1, Z2, Z3 bezogen auf den Radarsensor S dargestellt. Ist eines der Ziele, beispielsweise das Ziel Z1, ein stationäres Ziel, d.h. es bewegt sich nicht, ist die zugehörige Relativgeschwindigkeit v _rel,1 als Projektion der Eigengeschwindigkeit v _ego des Radarsensors S auf den zugehörigen Azimut-Winkel ai gegeben. Die Projektionen sind in Figur 1 für alle drei Ziele Z1, Z2, Z3 gezeigt. Bei einem bewegten Ziel, beispielsweise das Ziel Z2, das sich mit einer unbekannten Geschwindigkeit bewegt, ist die Geschwindigkeit des Ziels Z2 Teil der Relativgeschwindigkeit v _rel,2 und die gemessene Relativgeschwindigkeit v _rel,2 weicht von der Projektion ab.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei werden eine Vielzahl von Zielen, die hier allgemein mit i bezeichnet werden, untersucht. Während sich das Fahrzeug F und der Radarsensor S bewegen werden Messungen 1 durchgeführt. Die Messungen 1 werden mit einer frequenzmodulierten-Dauerstrichradar- Modulation (FMCW) durchgeführt, bei der in vorgegebenen zeitlichen Abständen Chirp-Signale mit schnell ansteigenden linearen Frequenzrampen der gleichen Steigung ausgegeben werden. Die reflektierten Signale werden als Empfangssignale aufgenommen und verarbeitet. Eine Mischung des momentanen Sendesignals mit dem Empfangssignal ergibt ein niederfrequentes Beatsignal, dessen Frequenz zum Abstand des Ziels i proportional ist. Die Messungen 1 werden so durchgeführt, dass der Dopplereffekt bzw. die Dopplerverschiebung in der Beatfrequenz vernachlässigbar sind oder in der Auswertung berücksichtigt werden.

In der Folge wird eine Keystone-Verarbeitung 2 ausgeführt. Hierbei wird eine Schätzung der Dopplerverschiebung bzw. der Dopplerfrequenz durchgeführt, indem die zeitliche Entwicklung der Phase der komplexen Messsignale über die Frequenzrampen hinweg bestimmt wird und bei der für jeden geschätzten Wert die entsprechende lineare Abstandsänderung (Migration) kompensiert wird. Dadurch werden Relativgeschwindigkeiten für jedes Ziel i ermittelt. Anschließend findet eine Abstandsschätzung mittels einer konventionellen Fourierverarbeitung 3, insbesondere einer Fast- Fourier-Transformation (FFT) vom Zeitbereich in den Frequenzbereich statt. Die erzeugten zweidimensionalen Spektren (Abstand und Relativgeschwindigkeit) der einzelnen Sende- Empfangskanalkombinationen werden nicht-kohärent gemittelt 4. Dazu wird der Betrag jedes einzelnen dieser Spektren gebildet und diese Beträge bzw. deren Betragsquadrate werden dann aufsummiert. Um die Ziele in den Messungen zu erkennen, wird eine Detektion mit einer konstanten Falschalarmrate (CFAR) 5 durchgeführt.

Des Weiteren wird eine Winkelschätzung 6 durchgeführt, bei denen Azimut- Winkel-Schätzwerte für die Ziele ermittelt werden. Der Azimut-Winkel- Schätzwert repräsentiert den Azimut-Winkel zwischen einer Messachse des Radarsensors S und dem Ziel i und spiegelt somit auch die Einbausituation des Radarsensors S wider. Da die Einbausituation bekannt ist, kann der Azimut- Winkel-Schätzwert durch Koordinatentransformation in einen Schätzwert für den Azimut-Winkel α _i zwischen der Richtung der Eigengeschwindigkeit v _ego und der Richtung des Ziels i umgerechnet werden. Für den in Figur 2 gezeigten Fall steht die Messachse senkrecht zur Richtung der Eigengeschwindigkeit ν _ego . Damit besteht der folgende Zusammenhang: θ _i = 90 - α _i . Für die Winkelschätzung 6 wird digital Beamforming eingesetzt. Dabei werden über die mehreren Antenneneinheiten 102 auf dem Hohlleiterantennenarray gleichzeitige Messungen durchgeführt und eine Phasendifferenz berechnet, aus der dann der Azimut-Winkel-Schätzwerte ermittelt werden kann. Der Einfluss der Eigengeschwindigkeit v _ego des Radarsensors S ist für diese Art der Winkelschätzung vernachlässigbar, sodass die Azimut-Winkel-Schätzwerte unabhängig von der Eigengeschwindigkeit v _ego des Radarsensors S ermittelt werden. Bei der Winkelschätzung 6 wird zudem ein Elevationswinkel Φ _i zwischen der Ebene, in der sich das Fahrzeug bewegt, und der Höhe, in der das Ziel i erfasst wird, ermittelt.

Für jedes Ziel i sind somit die Relativgeschwindigkeit der Azimut-Winkel- Schätzwert sowie gegebenenfalls der Elevationswinkel bekannt. Damit wird für jedes Ziel i separat ein Individual-Eigengeschwindigkeits-Schätzwert gemäß Formel 2 berechnet 7: In Figur 4a sind auf diese Weise berechnete Individual-Eigengeschwindigkeits- Schätzwerte für einige Ziele i in einem Diagramm gezeigt. Figur 4b zeigt ein Histogramm, bei dem für eine Vielzahl von unterschiedlichen I ndivid ual- Eigengeschwindigkeits-Schätzwerten jeweils deren ermittelte Anzahl n aufgetragen ist. In beiden Figuren ist zu erkennen, dass sich die Individual- Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte in einem Bereich B häufen. In einer typischen Verkehrssituation sind deutlich mehr stationäre Ziele als bewegte Ziele mit derselben Relativgeschwindigkeit radial zum Radarsensor S vorhanden.

Mit Bezug auf Figur 3 erfolgt ein Clustering 8, bei dem die I ndivid ual- Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte die sich innerhalb des Bereichs B befinden, stationären Zielen zugeordnet werden und die Individual- Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte die sich außerhalb des Bereichs B befinden, bewegten Zielen zugeordnet werden. Somit werden die bewegten Ziele identifiziert (MTI - Moving Target Indication) und von den stationären Zielen getrennt. Der Bereich B wird über die Fehler bei der Messung 1 und bei der Winkelschätzung 6 definiert und stellt einen Fehler-Toleranzbereich dar.

Die Individual-Eigengeschwindigkeits-Schätzwerte die den stationären Zielen zugeordnet sind, d.h. die sich innerhalb des Bereichs B befinden, werden gemittelt 9, um einen kombinierten Eigengeschwindigkeits-Schätzwert zu erhalten. Es können verschiedene Arten von Mittelungen durchgeführt werden, beispielsweise eine klassische Mittelung, wie z. B. ein arithmetisches Mittel, eine gewichtete Mittelung, z. B. mit vom Signal-Rausch-Verhältnis abhängigen Gewichten, ein Bestimmen des Maximums im Histogramm, eine Bildung eines Medians usw. Da der kombinierte Eigengeschwindigkeits- Schätzwert prinzipiell ohne die bewegten Ziele berechnet wurde, kann er als Schätzwert für die tatsächliche Eigengeschwindigkeit des Radarsensors S angesehen werden. Dadurch wird ein Autofokus erreicht. Für jedes stationäre Ziel erfolgt zudem eine Winkelberechnung 10 aus der durch die Keystone-Verarbeitung 2 mit Hilfe des Dopplereffekts ermittelten Relativgeschwindigkeit für das stationäre Ziel und dem berechneten Individual-Eigengeschwindigkeits-Schätzwert für das stationäre Ziel mittels Formel 3: (Formel 3)

Folglich wird ein korrigierter Winkel-Schätzwert berechnet, der als tatsächlicher Azimut-Winkel des Ziels bezüglich des Radarsensors S angesehen werden kann.

Für die bewegten Ziele würde die vorstehend beschriebene Winkelberechnung 10 allerdings zu einer fehlerhaften Winkelschätzung führen, da die Geschwindigkeitskomponente des bewegten Ziels unbekannt ist und daher nicht berücksichtigt werden kann. Folglich wird für ein bewegtes Ziel der bei der Winkelschätzung 6 ermittelte Azimut-Winkel-Schätzwert übernommen 11.

Damit wird zwar keine verbesserte Winkelschätzung erreicht, aber die fehlerhafte Winkelschätzung vermieden. Schließlich kann ein radialer Geschwindigkeits- Schätzwert des bewegten Ziels berechnet 12 werden, indem von der durch die Keystone-Verarbeitung 2 mit Hilfe der Dopplerverschiebung ermittelten Relativgeschwindigkeit der für die stationären Ziele durch Mittelung 9 ermittelte kombinierte Eigengeschwindigkeits-Schätzwert gewichtet mit dem Kosinus des Azimut dieses Ziels subtrahiert wird.

In Figur 5 ist ein Vergleich zwischen einer Odometrie-Trajektorie T _o , die auf herkömmliche Weise mittels eines Odometrie-Sensors ermittelt wurde, und einer Trajektorie Tv, die anhand einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde, gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die beiden Trajektorien sehr gut übereinstimmen und somit der Autofokus mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens präzise Ergebnisse liefert.