Titel

Verfahren zur Erkennung statischer Radarziele mit einem Radarsensor für

Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Klassifizierung von statischen Radarzielen mittels eines Radarsensors eines Kraftfahrzeugs, umfassend: Erkennen eines Objekts als statisches Radarziel anhand der von dem Objekt reflektierten, empfangenen Radarsignale.

Stand der Technik

In Fahrerassistenzsystemen für Kraftfahrzeuge, beispielsweise in Systemen zur automatischen Abstandsregelung oder in Kollisionswarnsystemen, werden häufig Radarsensoren zur Erfassung des Verkehrsumfelds eingesetzt. Die

Fahrerassistenzsysteme müssen neben dynamischen Objekten auch statische Objekte als potentiell kollisionsgefährdende Hindernisse verlässlich detektieren. Jedoch können in einer einzelnen Radarmessung tatsächliche statische Hindernisse und überfahrbare Objekte, wie z.B. Gullideckel, leeren Chips-Tüten oder Coladosen, nicht voneinander unterscheidbar sein. Bisher ist es üblich, zur Klassifizierung von Objekten als tatsächliche statische Hindernisse oder als überfahrbare Objekte die Radarsignatur eines statischen Objekts über die Zeit zu betrachten und zu klassifizieren. Die Objekte werden dabei als punktförmig betrachtet.

In letzter Zeit besteht zunehmendes Interesse an Radarsensoren, die für ein Objekt deutlich mehr Radarreflexe mit einer höheren Genauigkeit detektieren können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für einen Radarsensor anzugeben, das es erlaubt, statische Hindernisse zuverlässiger zu erkennen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst.

Der Lösungsgedanke besteht im Kern darin, dass für ein statisches Radarziel, das über die Zeit verfolgt und anhand von Radarsignaturen der dem Radarziel zugeordneten Radarreflexen klassifiziert wird, zusätzlich ein Belegungsmuster in ein Belegungsgitter eingetragen wird, wobei die Zuordnung des Belegungsmusters zu dem Radarziel gespeichert wird. Dabei wird einem Radarziel ein Belegungsmuster zugeordnet, welches einem oder mehreren dem Radarziel zugeordneten Radarreflexen entspricht. Es erfolgt also eine Verknüpfung des Belegungsmusters mit der Klassifikation des Radarziels aufgrund von Radarsignaturen der Radarreflexe.

Das Belegungsmuster kann für jeweilige Gitterpositionen (Gitterzellen) eine

Belegungswahrscheinlichkeit angeben. Das Belegungsgitter wird gespeichert und über die Zeit aktualisiert. Über die Zeit können die Radarreflexe in dem Belegungsmuster akkumuliert werden. Die Ausdehnung des Belegungsmusters ermöglicht eine Schätzung der Ausdehnung eines statischen Hindernisses. Wenn ein Radarziel als überfahrbar klassifiziert wird, kann das Belegungsmuster aus dem Belegungsgitter entfernt werden, entsprechend einem Setzen der Belegungswahrscheinlichkeit auf einen Wert, der„nicht belegt“ angibt. Analog kann bei losgefahrenen Fahrzeugen vorgegangen werden. Das Verfahren kann ein herkömmliches Verfahren zur Klassifizierung von Punktzielen und Detektion von tatsächlichen Hindernissen ergänzen.

Besonders vorteilhaft ist, dass es durch die Zuordnung eines Belegungsmusters zu einem Objekt ermöglicht wird, für in einem Belegungsgitter eingetragene

Belegungswahrscheinlichkeiten nachträglich eine Klassifizierung des zugrunde liegenden Objekts vorzunehmen und die Informationen über die

Belegungswahrscheinlichkeiten im Belegungsgitter und über die Klassifizierung miteinander zu verknüpfen, etwa im Verlauf einer Annäherung an das entsprechende Objekt.

Im Verlauf einer Annäherung an ein Objekt kann sich eine Vielzahl von dem Objekt zugeordneten Radarreflexen ergeben, beispielsweise in der Größenordnung von 100 oder mehr Reflexen. Die Zuordnung eines Belegungsmusters zu einem Objekt kann, auch bei einer Vielzahl von dem Objekt zugeordneten Radarreflexen, eine leichte Auswertung des Belegungsmusters zur Schätzung einer Position des Objekts und/oder zur Schätzung einer Objektgröße ermöglichen.

Weiter kann die Unterscheidung verschiedener Gruppen von statischen Radarzielen es ermöglichen, im Belegungsgitter aneinander angrenzende Radarziele voneinander zu unterscheiden. Dies ermöglicht eine bessere Abbildung der Umgebung des

Kraftfahrzeugs. Ein Beispiel ist eine mögliche Unterscheidung zwischen einer Leitplanke und einem benachbarten Baum. Ein weiteres Beispiel ist die Unterscheidung zwischen stehenden Fahrzeugen und anderen statischen Radarzielen.

Ein besonderer Vorteil der Zuordnung des Belegungsmusters zu dem Objekt ist, dass bei einer späteren Schätzung des Objekts als überfahrbar das Belegungsmuster aus dem Belegungsgitter entfernt werden kann, da aufgrund der Zuordnung die zu dem Objekt gehörigen Belegungen im Belegungsgitter bekannt sind. Somit kann ein sicheres Entfernen von Belegungswahrscheinlichkeitenn im Belegungsgitter ermöglicht werden. Somit kann, wenn sich im Verlauf einer Annäherung an ein Hindernis das Hindernis als überfahrbar herausstellt, die entsprechende Belegung im Belegungsgitter wieder gelöscht werden. Ein Beispiel ist etwa eine Bahnschiene in einer Straße, etwa eine Straßenbahnschiene oder eine Bahnschiene an einem Bahnübergang. Die Bahnschiene stellt ein statisches Radarziel mit großer Ausdehnung dar, welches aber nach

Klassifizierung als überfahrbar in dem Belegungsgitter gelöscht werden kann.

Entsprechend kann auch bei einem Radarziel, das zunächst als statisches Radarziel im Belegungsgitter verzeichnet wurde, und das als ein sich in Bewegung setzendes Fahrzeug erkannt wird, das Belegungsmuster aus dem Belegungsgitter gelöscht werden.

Vorteilhaft ist auch, dass, basierend auf dem Belegungsgitter, eine zusätzliche

Schätzung der Ausdehnung von Objekten ermöglicht wird, insbesondere von Objekten, die herkömmlich als Punktziele behandelt wurden. Die ermöglicht eine Verringerung der Rate der falsch-positiven Erkennungen von Hindernissen.

Auch bei größeren Objekten mit einer hohen Anzahl von Radarreflexen im Verlauf der Zeit ist eine zusätzliche Schätzung der Ausdehnung basierend auf dem Belegungsmuster vorteilhaft, da das Belegungsmuster viel einfacher ausgewertet werden kann als die Parameter einer großen Anzahl von Radarreflexen.

Vorteilhaft ist außerdem, dass das Belegungsgitter dennoch eine modellfreie Darstellung des statischen Umfelds des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Dadurch ermöglicht das

Belegungsgitter vielseitige Anwendungen, etwa zur Schätzung von Leitplanken, oder zur Parklückensuche. Außerdem wird eine Modellierung des Freiraums im Belegungsgitter ermöglicht. Die Modellierung des Freiraums kann zudem durch Entfernen von

Belegungsmustern von als überfahrbar erkannten Objekten aktualisiert werden. Somit kann die Zuverlässigkeit eines Belegungsgitters verbessert werden.

Insbesondere kann ein Objekt als statisches Radarziel erkannt werden anhand einer Schätzung einer Absolutgeschwindigkeit von Null, d.h. einer Relativgeschwindigkeit, die der Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mit entgegengesetztem Vorzeichen entspricht.

Beispielsweise kann zu einem statischen Radarziel das zugeordnete Belegungsmuster gespeichert werden, etwa in Form eines Verzeichnisses der im Belegungsgitter erfolgten Eintragungen, die zu dem Belegungsmuster gehören. Beispielsweise kann zu jeder Gitterzelle des Belegungsgitters, die zu einem Belegungsmuster eines statischen Radarziels gehört, eine Identifikation/Kennung (ID) des statischen Radarziels

gespeichert werden, dem das Belegungsmuster zugeordnet ist.

Vorzugsweise wird in einer jeweiligen Gitterzelle des Belegungsgitters eine

Belegungswahrscheinlichkeit aufgezeichnet.

Das Belegungsmuster kann eine oder mehrere Gitterzellen im Belegungsgitter umfassen.

Die von dem Objekt reflektierten, empfangenen Radarsignale können in einer oder mehreren Gitterzellen im Belegungsgitter abgebildet werden, wobei die jeweilige Gitterzelle einer jeweiligen Ortungsposition der von dem Objekt reflektierten,

empfangenen Radarsignale entspricht. Vorzugsweise erstreckt sich das Belegungsgitter in wenigstens zwei Dimensionen. Das Belegungsgitter ist vorzugsweise ein zweidimensionales Gitter, entsprechend einem sich horizontal ersteckenden Bereich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs.

Beispielsweise kann ein Vergleichen von Radarsignaturen empfangener Radarsignale mit charakteristischen Merkmalen erfolgen, und ein Klassifizieren eines statischen Radarziels aufgrund des Ergebnisses des Vergleichs.

Als charakteristische Merkmale für das Klassifizieren des statischen Radarziels können beispielsweise verwendet werden: Azimut-Winkel, Elevations-Winkel, radiale

Entfernung, Relativgeschwindigkeit, und/oder Rückstreueigenschaften, wie z.B. der Radarquerschnitt (radar cross section), sowie Kombinationen mehrere dieser Merkmale.

Bei einem Verfolgen des statischen Radarziels über die Zeit kann beispielsweise ein Aktualisieren der Klassifizierung des statischen Radarziels erfolgen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den

Unteransprüchen angegeben.

Vorzugsweise werden mehrere, von unterschiedlichen Ortungspositionen stammende Radarreflexe anhand einer räumlichen Nähe der Ortungspositionen zu einem statischen Radarziel zusammengefasst, wobei das erzeugte Bewegungsmuster im Belegungsgitter mehrere Gitterzellen umfasst, in denen die mehreren Radarreflexe abgebildet werden. Somit können mehrere, dem Radarziel zugeordnete Radarreflexe in jeweiligen

Gitterzellen des Belegungsmusters in Form von Belegungswahrscheinlichkeiten aufgezeichnet werden, wobei die jeweiligen Gitterzellen jeweiligen Ortungspositionen der dem Radarziel zugeordneten Radarreflexe entsprechen.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Radarsensor für Kraftfahrzeuge, in dem eines der oben beschriebenen Verfahren implementiert ist.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Radarsensors, bei dem die Erfindung anwendbar ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung von Radarreflexen, einem geschätzten

Punktziel, sowie einem Belegungsgitter; und

Fig. 3. ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung und Klassifizierung von statischen Radarzielen.

Der in Fig. 1 gezeigte Radarsensor umfasst eine Sensoreinheit 10 mit Sende- und Empfangsantennen, die mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 12 verbunden ist. Diese steuert die Sensoreinheit 10 in jeweiligen Messzyklen zur Abstrahlung von

Radarsignalen und zum Empfang von von Objekten reflektierten Radarsignalen an. Die empfangenen Radarsignale werden von der Steuer- und Auswerteeinheit 12

ausgewertet, und es werden Parameter einzelner Radarreflexe, d.h. an einem Objekt 14 reflektierter, empfangener Radarsignale, geschätzt. Die geschätzten Parameter der Radarreflexe, sowie weitere Daten der Rohmessungen, die zusammengefasst auch als Radarsignaturen bezeichnet werden können, werden an eine Objekterkennungs- und Verfolgungseinheit 16 ausgegeben. Die Objekterkennungs- und Verfolgungseinheit 16 fasst anhand einer räumlichen Nähe von Ortungspositionen einzelner Radarreflexe bei in geeigneter Weise annähernd übereinstimmenden Relativgeschwindigkeiten die Radarreflexe zusammen und erkennt sie als ein Radarziel. Dies wird auch als Bilden von Clustern oder Clustering bezeichnet. Die erkannten Radarziele werden über die Zeit verfolgt (Objekttracking).

Im Falle eines als statisch erkannten Radarziels, also eines Radarziels, welches einem stehenden Objekt entspricht, nimmt eine mit der Objekterkennungs- und

Verfolgungseinheit 16 verbundene Objektklassifizierungseinheit 18 in einem ersten Verarbeitungsweg eine Klassifizierung der erkannten statischen Radarziele anhand von charakteristischen Merkmalen ihrer Radarsignaturen vor. Eine Klassifizierung kann beispielsweise mittels eines deep-learning-Ansatzes erfolgen, etwa mittels eines künstlichen neuronalen Netzwerks. Als Parameter der Radarreflexe können

beispielsweise für die Klassifizierung verwendet werden: Azimut-Winkel, Elevations- Winkel, radiale Entfernung, Relativgeschwindigkeit, und Rückstreueigenschaften, wie z.B. der Radarquerschnitt. Weiter können für Klassifizierung Parameter, die auf mehreren Radarreflexen basieren, verwendet werden, wie z.B. Anzahl der Radarreflexe, Anordnung der Reflexe, Muster der Anordnung mit Berücksichtigung der jeweiligen Rückstreueigenschaften der Radarreflexe. Bei der Klassifizierung können beispielsweise unterschieden werden: nicht überfahrbare Objekte (statische Hindernisse) wie stehende Fahrzeuge, Bordsteinkanten, Leitplanken, Schilder, Ampelpfosten, Bäume, und ggf. nicht näher klassifizierte Hindernisse; sowie überfahrbare Objekte.

In einem zweiten Verarbeitungsweg werden gleichzeitig die geschätzten Parameter der Radarreflexe eines erkannten statischen Radarziels in ein in einem Speicher

gespeicherten Belegungsgitter 20 eingetragen und über die Zeit akkumuliert.

Dies ist beispielhaft in Fig. 2 veranschaulicht. Das Bewegungsgitter 20 bildet das erkannte statische Umfeld des Kraftfahrzeugs ab.

Fig. 2(a) zeigt Ortungspositionen einzelner Radarreflexe. Fig. 2(b) zeigt ein Radarziel 21 in Form eines geschätzten Punktziels, welches auf den einzelnen Radarreflexen basierend geschätzt wurde. Fig. 2(c) veranschaulicht, wie sich aus den

Ortungspositionen der einzelnen Radarreflexe Belegungswahrscheinlichkeiten entsprechender Gitterzellen 22 des Belegungsgitters 20 ergeben. Den Radarreflexen sind entsprechende Gitterzellen zugeordnet, die als„wahrscheinlich belegt“

gekennzeichnet sind. Dabei können verschiedene Werte von

Belegungswahrscheinlichkeiten unterschieden werden. Unterschiedliche

Belegungswahrscheinlichkeiten sind durch unterschiedliche Kennzeichnungen der Gitterzellen 22 dargestellt. Fig. 2(d) zeigt das erhaltene Belegungsmuster 24 im

Belegungsgitter 20. Das Belegungsmuster 24 wird somit dadurch erzeugt, dass mehrere, dem Radarziel zugeordnete Radarreflexe in jeweiligen, den Ortungspositionen der Radarreflexe entsprechenden Gitterzellen 22 des Belegungsmusters 24 in Form von Belegungswahrscheinlichkeiten aufgezeichnet werden.

Zusätzlich erfolgt eine Speicherung einer Zuordnung zwischen belegten Gitterzellen 22 des Belegungsmusters 24 und dem betreffenden Radarziel. Beispielsweise kann in jeder betreffenden Gitterzelle 22 die Belegungswahrscheinlichkeit und eine Objekt- Identifikation (ID), die das zugehörige Radarziel identifiziert, gespeichert werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Objekterkennungs- und Verfolgungseinheit 16 das Belegungsmuster 24 in Form eines Verzeichnisses der Gitterzellen 22 speichern, welche dem Radarziel zugeordnet sind.

Das Belegungsgitter 20 ist dazu ausgelegt, für mehrere detektierte statische Radarziele die betreffenden Belegungsmuster 24 zu speichern, wobei jeweils die Zuordnungen ebenfalls gespeichert werden.

Die Objekterkennungs- und Verfolgungseinheit 16 ist dazu eingerichtet, für ein Radarziel basierend auf dem zugeordneten Belegungsmuster 24 die Ausdehnung des Radarziels zu schätzen. Die Ausdehnung kann beispielsweise entsprechend den belegten

Gitterzellen 22 des Belegungsmusters 24 bestimmt werden. Die so geschätzte

Ausdehnung kann als zusätzlicher Parameter des Radarziels in die Klassifizierung des Radarziels durch die Objektklassifizierungseinheit 18 eingehen.

Wenn sich während der Verfolgung eines statischen Radarziels, insbesondere eines Punktziels, herausstellt, dass das Radarziel kein relevantes Hindernis ist, sondern als überfahrbar (re-) klassifiziert wird, so ist die Objekterkennungs- und Verfolgungseinheit 16 dazu eingerichtet, anhand der Zuordnung des Belegungsmusters 24 zu dem statischen Radarziel das zugeordnete Belegungsmuster 24 im Belegungsgitter 20 zu löschen. Ein Beispiel dafür ist ein Objekt in Form eines Gullydeckels. Somit bildet das Belegungsgitter 20 stets nur als potentielle Hindernisse eingestufte statische Radarziele ab, ohne dass im Belegungsgitter 20 Artefakte aufgrund einer aufgehobenen

Klassifizierung eines statischen Radarziels als Hindernis Zurückbleiben.

Wenn sich während der Verfolgung eines statischen Radarziels herausstellt, dass das Radarziel sich in Bewegung gesetzt hat, so ist die Objekterkennungs- und

Verfolgungseinheit 16 dazu eingerichtet, anhand der Zuordnung des Belegungsmusters 24 zu dem Radarziel das zugeordnete Belegungsmuster 24 im Belegungsgitter 20 zu löschen. Somit bildet das Belegungsgitter 20 stets nur als statisch erkannte Radarziele ab, ohne dass im Belegungsgitter 20 Artefakte aufgrund einer aufgehobenen

Klassifizierung eines Radarziels als statisches Radarziel Zurückbleiben.

Wenn sich während der Verfolgung von zwei oder mehr statischen Radarzielen herausstellt, dass diese zu einem einzigen Objekt gehören, so ist die Objekterkennungs und Verfolgungseinheit 16 dazu eingerichtet, anhand der Zuordnungen der Belegungsmuster 24 zu den Radarzielen die Belegungsmuster 24 zu einem vereinigten Belegungsmuster 24 eines Radarziels zu verschmelzen.

Die Objektdetektions- und Verfolgungseinheit 16 mit dem Belegungsgitter 20 und die Objektklassifizierungseinheit 18 sind beispielsweise Teil eines Fahrerassistenzsystems 30.

Das in Fig. 3 gezeigte Verfahren kann in dem beschriebenen Radarsensor implementiert sein und wird nachfolgend beschrieben. In einem Schritt S10 erfolgt ein Erkennen zumindest eines Objekts 14 als statisches Radarziel anhand der von dem Objekt 14 reflektierten, empfangenen Radarsignale. In Schritt S12 wird das jeweilige

Belegungsmuster 24 in dem Belegungsgitter 20 aufgrund der von dem jeweiligen Objekt 14 reflektierten, empfangenen Radarsignale erzeugt. In Schritt S14 wird eine Zuordnung gespeichert, die dem statischen Radarziel das erzeugte Belegungsmuster 24 zuordnet.

In Schritt S16 erfolgt die oben beschriebene Klassifizierung des statischen Radarziels.

Die Klassifizierung (Schritt S16) kann parallel zur Erzeugung des Belegungsmusters (Schritt S14) erfolgen, oder vorher oder anschließend.

In Schritt S18 wird überprüft, ob ein Radarziel als überfahrbar klassifiziert wurde. Falls ja, erfolgt in Schritt S22 ein Löschen des Belegungsmusters sowie der gespeicherten Zuordnung. Das Verfahren wird dann mit dem Schritt S10 des Erkennens und

Verfolgens anderer Radarziele fortgesetzt.

Falls nein, wird in Schritt S20 überprüft, ob das Radarziel noch als statisches Radarziel erkannt wird. Falls ja, wird das Verfahren wiederholt, wobei in Schritt S10 das Radarziel weiter verfolgt wird und in Schritt S12 das Belegungsmuster durch Akkumulieren der dem Radarziel zugeordneten Radarreflexe aktualisiert wird. Anderenfalls, wenn also das Radarziel nun als in Bewegung befindlich erkannt wird, erfolgt in Schritt S22 ein Löschen des Belegungsmusters sowie der gespeicherten Zuordnung. Das Verfahren wird dann wiederum mit dem Schritt S10 des Erkennens und Verfolgens anderer Radarziele fortgesetzt.

Die beschriebenen Schritte können jeweils für alle erkannten Radarziele entsprechend ausgeführt werden.