用于对象检测的方法、MIMO雷达传感器和车辆传感器系统与流程

用于对象检测的方法、mimo雷达传感器和车辆传感器系统
技术领域
1.本发明涉及一种用于对象检测的方法。另外，本发明涉及一种mimo雷达传感器和一种车辆传感器系统。


背景技术：

2.在de 10 2014 212 280 a1中描述一种用于借助雷达传感器的发送信号中的在时间上彼此嵌套的频率斜坡进行对象检测的方法，该方法允许对对象速度进行明确唯一的速度估计，其方式是，在对频率斜坡的每个斜坡序列进行二维fft之后，在二维谱中分析处理同一位置之间的相对相位。在de 10 2014 212 284a1和de 10 2017 200 317a1中，该方法扩展到雷达传感器的多个发送天线上，所述发送天线在de 10 2014 212 284 a1中在时分复用方法中运行并且在de 10 2017 200 317 a1中在具有关于频率斜坡的周期性代码的码分复用方法中运行，该码分复用方法在下文中也被称为多普勒分割方法(doppler-divisionsverfahren)。


技术实现要素：

3.根据本发明，提出一种用于借助至少一个mimo雷达传感器通过检测过程进行至少一个对象的对象检测的方法，所述mimo雷达传感器具有至少两个发送元件和两个接收元件，所述检测过程检测所述对象的至少一个对象间距和对象速度、方位角和/或仰角，其中，所述检测过程至少分为两部分，所述检测过程具有第一检测步骤和在时间上随后的第二检测步骤，在所述第一检测步骤中，检测所述对象的对象间距和/或对象速度，在所述第二检测步骤中，在根据所述第一检测步骤选择的至少一个限界的检测范围中以比所述第一检测步骤更高的速度分辨率、角度分辨率和/或间距分辨率执行所述对象检测。由此可以更准确地、更可靠地且以具有更高分辨率的方式实现该对象检测。该对象检测可以更简单地且以更小的计算密集度执行。也可以更好地检测叠加的对象或者被遮盖的对象。
4.雷达传感器可以布置在车辆中。对象检测可以是车辆的环境监测。对象检测可以分配给车辆的驾驶员辅助系统和/或部分自主的或者自主的驾驶系统。
5.单个的发送元件和接收元件可以是在结构上分开的或者是相同的构件。在两个发送元件和/或两个接收元件之间可以存在预给定的空间间距。接收元件可以是接收天线。发送元件可以是发送天线。
6.在雷达传感器的检测场中，雷达传感器可以将对象间距检测为雷达传感器与对象之间的间距，可以将对象速度检测为对象相对于雷达传感器的相对速度，可以检测对象的方位角和/或仰角。
7.对象可以是建筑物、别的车辆、车道基础设施或者也可以是生物。
8.mimo(multiple input multiple output，多输入多输出)雷达传感器可以是fmcw(frequency modulated continuous wave，调频连续波)雷达传感器，在该fmcw雷达传感器的情况下，发送信号是调频的和连续的。发送信号可以具有至少一个斜坡序列，该斜坡序列
具有多个在时间上周期性的频率斜坡，所述频率斜坡分别具有优选线性地发生变化的频率。与周期持续时间相比，频率斜坡可以具有陡峭的频率升高。多普勒偏移可以通过对斜坡序列进行采样来检测。在时间上彼此相继的频率斜坡之间的时间间隔优选小于多普勒频率的周期持续时间的一半。
9.在第一检测步骤中，检测参数，尤其是带宽、频率斜坡持续时间、采样率和/或发送信号的斜坡序列中的频率斜坡的数量，可以是能选择的，优选根据计算能力和硬件。在第一检测步骤中，待检测的对象速度的所覆盖的速度范围优选可以延展为覆盖在道路交通中出现的对象速度，特别优选地可以为
±
80m/s。
10.在检测过程中，优选在第二检测步骤中，可以使用如在de 10 2014 212280a1、de 10 2014 212 284 a1或者de 10 2017 200 317 a1中描述的、具有斜坡序列中的在时间上嵌套的频率斜坡的调制方法。
11.在本发明的一种优选实施方案中有利的是，在第一检测步骤中，在对象检测时将第一数量的发送元件和/或接收元件考虑在内，在第二检测步骤中，在对象检测时将与第一数量不同的第二数量的发送元件和/或接收元件考虑在内。第一数量的发送元件和接收元件可以包括相同数量的发送元件和接收元件，或者可以包括不同数量的发送元件和接收元件。
12.第二数量的发送元件和接收元件可以包括相同数量的发送元件和接收元件，或者可以包括不同数量的发送元件和接收元件。
13.在本发明的一种优选实施方案中有利的是，第一数量小于第二数量。由此可以减小在第一检测步骤中的计算耗费。同时能够提高在速度维度方面的单值性范围，因为较少的发送元件需要(在时间上或者在多普勒维度中)被复用。
14.本发明的一种优选构型方案中是有利的，在该构型方案中，第一数量包括最多一个发送元件和/或最多一个接收元件。在第一检测步骤中，也可以借助第一数量中的多个发送元件执行射束摆动。
15.在本发明的一种特殊实施方案中有利的是，在第二检测步骤中，在对象检测时使用全部数量的发送元件和/或接收元件。由此，可以在第二检测步骤中在所选择的限界的检测范围中提高对象检测时的分辨率。
16.在本发明的一种优选实施方案中有利的是，限界的检测范围是通过有限的方位角范围、仰角范围、对象间距范围、频率范围和/或对象速度范围相对于在所述第一检测步骤中的相应的值范围来限界的。方位角范围可以是方位角的值范围，仰角范围可以是仰角范围的值范围，对象间距范围可以是对象间距的值范围，频率范围可以是频率的值范围，并且对象速度范围可以是对象速度的值范围。由此，可以限界检测范围，在该检测范围中通过第二检测步骤执行对象检测。第二检测步骤可以更有针对性地且更准确地执行对象检测，尤其用以识别对象叠加。
17.在本发明的一种特殊实施方案中有利的是，在第一和第二检测步骤之后，将第一检测步骤的第一计算结果与第二检测步骤的第二计算结果结合。第一计算结果可以间接地或者直接地以二维fft的应用为基础。第二计算结果可以间接地或者直接地以二维fft的应用为基础。第二检测步骤的第二计算结果可以用于验证第一检测步骤的对象检测。
18.在第一和/或第二检测步骤中，可以在由fft分别获得的谱中执行振幅峰值识别。
该谱可以通过不同的频率斜坡(例如以不同发送元件的时分复用)、接收通道或者部分谱(多普勒分割复用)来实现。求和也可以在振幅峰值识别之后。
19.通过由第一和第二计算结果构成的组合，可以在第二检测步骤中解析在多普勒速度方面的多值性和/或在发送元件的分配方面的多值性。
20.在本发明的一种优选实施方案中有利的是，第二检测步骤应用时分复用方法和/或多普勒分割方法。在时分复用方法中，可以解析在多普勒速度方面的多值性。在多普勒分割方法中，可以解析在发送元件的分配方面的多值性。
21.另外，根据本发明提出一种具有根据权利要求9的特征的用于对象检测的方法。另外，根据本发明提出一种具有根据权利要求10的特征的用于对象检测的方法。
22.由附图说明和附图得出本发明的其他优点和有利构型方案。
附图说明
23.下面参考附图详细描述本发明。附图详细示出：
24.图1：分别在本发明的一种特殊实施方式中的一种mimo雷达传感器和一种用于对象检测的方法。
25.图2：在应用根据图1的方法的情况下对检测范围的限界。
26.图3：在本发明的一种特殊实施方式中的方法的第一检测步骤。
27.图4：在本发明的一种特殊实施方式中的方法的第二检测步骤。
28.图5：在本发明的一种特殊实施方式中的方法的第二检测步骤。
具体实施方式
29.图1分别在本发明的一种特殊实施方式中示出一种mimo雷达传感器和一种用于对象检测的方法。用于对象12的对象检测的方法10借助至少一个(multiple input multiple output，多输入多输出)mimo雷达传感器17实现，优选在用于车辆的环境监测的车辆18中，该mimo雷达传感器具有至少两个发送元件14和两个接收元件16。环境监测可以分配给车辆18的驾驶员辅助系统、部分自主的或者自主的驾驶系统。
30.对象12的对象检测通过检测过程19实现，借助该检测过程检测对象12的至少一个对象间距d和对象速度v、方位角和/或仰角，并且该检测过程在此分为两部分。检测过程19具有第一检测步骤20和在时间上随后的第二检测步骤22，在第一检测步骤中，检测对象12的对象间距d和/或对象速度v，在第二检测步骤中，在根据第一检测步骤20选择的至少一个限界的检测范围23中以比第一检测步骤20更高的角度分辨率和/或间距分辨率执行对象检测。
31.在第一检测步骤20中，在对象检测时将第一数量24的发送元件14和接收元件16考虑在内，在第二检测步骤22中，在对象检测时将与第一数量24不同的第二数量26的发送元件14和接收元件16考虑在内。第一数量24小于第二数量26。优选地，第一数量24包括最多一个发送元件14和最多一个接收元件16，在第二检测步骤22中，在对象检测时使用全部数量的发送元件14和接收元件16，所述全部数量在此相应于第二数量26。
32.第一检测步骤20首先包括第一变换步骤28，在该第一变换步骤中实施二维fft(fast fourier transformation，快速傅立叶变换)，该二维fft输出第一计算结果30作为
二维谱。在第一叠加步骤32中进一步处理第一计算结果30，其方式是，对不同的频率斜坡(例如以不同发送元件的时分复用)、接收通道或者部分谱(doppler-division-multiplex，多普勒分割复用)进行求和，随后在第一识别步骤34中在所述谱中优选通过cfar(constant false alarm rate，恒定虚警率)方法执行振幅峰值识别。如果第一叠加步骤32在第一识别步骤34之前，则存在相干求和。在非相干求和的框架下也可以调换第一叠加步骤32和第一识别步骤34的顺序，在非相干求和的情况下丢失接收信号的相位信息。
33.随后，在输出步骤36中，根据先前的求和以及振幅峰值识别求取对象12的对象间距d和/或对象速度v。
34.在第二检测步骤22中，首先在第二变换步骤38中处理尤其是全部数量的接收元件16的尤其通过第二数量26的发送元件14发出的且从对象反射回来的接收信号，在该第二变换步骤中实施二维fft(fast fourier transformation，快速傅立叶变换)，该二维fft输出第二计算结果40尤其作为二维谱。在第二叠加步骤42中进一步处理第二计算结果40，其方式是，对用于每个单个的接收元件16的接收信号的和用于每个单个的发送元件14的发送信号的多个频率斜坡的谱进行非相干求和，随后在第三叠加步骤44中，对所有接收元件16的接收信号的谱进行相干求和或者非相干求和，并且对所有发送元件14的发送信号的谱进行非相干求和。
35.在第二识别步骤46中，在所述谱中优选通过cfar(constant false alarm rate，恒定虚警率)方法执行振幅峰值识别。
36.将第一变换步骤28的通过第一叠加步骤32、第一识别步骤34和输出步骤36已进一步处理的第一计算结果30与第二变换步骤38的通过第二叠加步骤42、第三叠加步骤44和第二识别步骤46已进一步处理的第二计算结果40结合。
37.在此，在检查步骤48中使用第一和第二计算结果30、40以及第二识别步骤46的输入，以便求取和解析振幅峰值叠加，尤其如在de 10 2014 223990a1中所描述的那样，因此其全部内容作为对本说明书的补充而包含在内。第一计算结果30可以在此用于确定和补充在第二检测步骤22中缺少的识别。
38.随后，在解析步骤50中，执行对在对象速度v和对象叠加和必要时发送元件14的分配方面的多值性的解析，尤其如在de 10 2014 212 280 a1、de 10 2014 212 284a1或者de 10 2017 200 317a1中所描述的那样。
39.在最后的完成步骤52中，执行对方位角和/或仰角的估计，尤其如在de 10 2014 212 284a1中所描述的那样，并且必要时执行发送元件14的分配，尤其如在de 10 2017 200 317 a1中所描述的那样。
40.图2示出在应用根据图1的方法的情况下对检测范围的限界。在第二检测步骤22中，在所述谱中以更高的速度分辨率、角度分辨率和/或间距分辨率来加工根据第一检测步骤20确定的限界的检测范围23。在此，在第一检测步骤20的谱中检测为第一计算结果30的对象速度v和对象间距d在第二检测步骤22中变换为该谱的相应的限界的检测范围23。
41.图3示出在本发明的一种特殊实施方式中的方法的第一检测步骤。在第一检测步骤20中，斜坡序列56的以时间间隔t在时间上彼此相继的频率斜坡54优选通过单个的发送元件发出，优选由单个的接收元件接收，并且从谱中检测整个检测范围中的对象速度v和对象间距d。在第一检测步骤20中，检测参数，尤其是带宽b、频率斜坡持续时间tf、采样率和/
或发送信号的斜坡序列56中的频率斜坡54的数量，可以是能选择的，优选根据分析处理信号的分析处理单元的计算能力和硬件。
42.图4示出在本发明的一种特殊实施方式中的方法的第二检测步骤。在第二检测步骤22中，借助第二数量的发送元件、在此优选借助四个发送元件进行工作。在此，在谱中选择并且处理根据第一检测步骤20确定的限界的检测范围23。
43.发送信号包括多个斜坡序列56，所述斜坡序列分别具有四个在时间上以时间间隔tr2r彼此相继的频率斜坡54。在此，单个的发送元件的两个频率斜坡54之间的时间间隔tr2r是时间间隔t的四倍。在此，根据经典的斜坡序列方法，四个发送元件的频率斜坡54在时间上不嵌套。如在这里所示出的那样，在时分复用方法58中运行发送元件14。
44.图5示出在本发明的一种特殊实施方式中的方法的第二检测步骤。在第二检测步骤22中，替代于或者附加于图4中的实施方案地，可以在多普勒分割方法60中运行全部发送元件。在此，可以例如在多普勒分割方法60中运行发送元件的组，并且如在图4中所描述的那样在时分复用方法中运行相应的组内的各个发送元件。
45.在多普勒分割方法60中，取代如在时分复用方法中那样对在多普勒速度方面的多值性进行解析地，根据来自第一检测步骤的第一计算结果对发送元件的分配或发送元件的顺序进行解析。通过第一计算结果，可以在谱中求取第一发送元件tx1的振幅峰值，并且根据周期性代码在谱中检测另外的发送元件的振幅峰值。

技术特征：
1.一种用于借助至少一个mimo雷达传感器(17)通过检测过程(19)进行至少一个对象(12)的对象检测的方法(10)，所述mimo雷达传感器具有至少两个发送元件(14)和两个接收元件(16)，所述检测过程检测所述对象(12)的至少一个对象间距(d)和对象速度(v)、方位角和/或仰角，其特征在于，所述检测过程(19)至少分为两部分，所述检测过程具有第一检测步骤(20)和在时间上随后的第二检测步骤(22)，在所述第一检测步骤中，检测所述对象(12)的对象间距(d)和/或对象速度(v)，在所述第二检测步骤中，在根据所述第一检测步骤(20)选择的至少一个限界的检测范围(23)中以比所述第一检测步骤(20)更高的速度分辨率、角度分辨率和/或间距分辨率执行所述对象检测。2.根据权利要求1所述的用于对象检测的方法(10)，其特征在于，在所述第一检测步骤(20)中，在所述对象检测时将第一数量(24)的发送元件(14)和/或接收元件(16)考虑在内，在所述第二检测步骤(22)中，在所述对象检测时将与所述第一数量(24)不同的第二数量(26)的发送元件(14)和/或接收元件(16)考虑在内。3.根据权利要求2所述的用于对象检测的方法(10)，其特征在于，所述第一数量(24)小于所述第二数量(26)。4.根据权利要求2或3所述的用于对象检测的方法(10)，其特征在于，所述第一数量(24)包括最多一个发送元件(14)和/或最多一个接收元件(16)。5.根据上述权利要求中任一项所述的用于对象检测的方法(10)，其特征在于，在所述第二检测步骤(22)中，在所述对象检测时使用全部数量的发送元件(14)和/或接收元件(16)。6.根据上述权利要求中任一项所述的用于对象检测的方法(10)，其特征在于，所述限界的检测范围(23)是通过有限的方位角范围、仰角范围、对象间距范围、频率范围和/或对象速度范围相对于在所述第一检测步骤(20)中的相应的值范围来限界的。7.根据上述权利要求中任一项所述的用于对象检测的方法(10)，其特征在于，在所述第一检测步骤和第二检测步骤(20，22)之后，将所述第一检测步骤(20)的第一计算结果(30)与所述第二检测步骤(22)的第二计算结果(40)结合。8.根据上述权利要求中任一项所述的用于对象检测的方法(10)，其特征在于，所述第二检测步骤(22)应用时分复用方法(58)和/或多普勒分割方法(60)。9.一种用于至少一个对象(12)的对象检测的mimo雷达传感器(17)，其中，所述mimo雷达传感器(17)具有至少两个接收元件(16)和两个发送元件(14)，并且所述mimo雷达传感器设置用于实施根据上述权利要求中任一项所述的检测过程(19)。10.一种车辆传感器系统，所述车辆传感器系统用于车辆的环境监测并且具有至少一个根据权利要求9所述的mimo雷达传感器(17)。

技术总结
本发明涉及一种用于借助至少一个MIMO雷达传感器通过检测过程进行至少一个对象的对象检测的方法，所述MIMO雷达传感器具有至少两个发送元件和两个接收元件，所述检测过程检测所述对象的至少一个对象间距和对象速度、方位角和/或仰角，其中，所述检测过程至少分为两部分，所述检测过程具有第一检测步骤和在时间上随后的第二检测步骤，在所述第一检测步骤中，检测所述对象的对象间距和/或对象速度，在所述第二检测步骤中，在根据所述第一检测步骤选择的至少一个限界的检测范围中以比所述第一检测步骤更高的速度分辨率、角度分辨率和/或间距分辨率执行所述对象检测。本发明还涉及一种MIMO雷达传感器和一种车辆传感器系统。种MIMO雷达传感器和一种车辆传感器系统。种MIMO雷达传感器和一种车辆传感器系统。


技术研发人员：B
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/8/14