TU Darmstadt / ULB / TUprints

Enhancing Radar Model Validation Methodology for Virtual Validation of Automated Driving Functions

Elster, Lukas (2025)
Enhancing Radar Model Validation Methodology for Virtual Validation of Automated Driving Functions.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00028962
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Enhancing Radar Model Validation Methodology for Virtual Validation of Automated Driving Functions
Language: English
Referees: Peters, Prof. Dr. Steven ; Hein, Prof. Dr. Matthias
Date: 21 January 2025
Place of Publication: Darmstadt
Collation: XV, 142 Seiten
Date of oral examination: 26 November 2024
DOI: 10.26083/tuprints-00028962
Abstract:

Automated vehicles and mobility services are increasingly becoming part of everyday road traffic. The safety of these systems is of paramount importance. For this reason, safety validation of automated driving systems is playing an increasingly major role. However, it has been shown that safety can no longer be demonstrated through real test drives, as the complexity of the systems and the resulting scenarios do not allow for an economical implementation. For this reason, simulations are used, but they need to be validated. In addition to other sensors, radars are used as an essential component for environmental detection in automated vehicles. Therefore, the effects and uncertainties of radar sensor validation measurements and their impact on the validation of radar sensor models are the focus of this thesis. For this purpose, requirements for acceptance criteria for radar sensor models are derived from radar measurements and quantified using the further developed double validation metric (DVM) in the thesis. It consists of an estimate of the mean error and the variance in the dispersion of uncertainties. The metric is applied to radar data structures in different abstraction levels. Effects can be represented by dedicated measurement setups, objects and environmental conditions. In the following, a measurement setup is derived to isolate the influence of previously identified effects and effect correlations on the radar cross section (RCS). It is shown that the vehicle models investigated have a large influence on this value and that other factors, such as the height of the mounting position, show little sensitivity on the RCS. In addition to the RCS, a detailed analysis of the reflection centers of the investigated objects is carried out. Reference sensors are used in such dynamic scenarios to transfer the driven trajectories into a simulation environment with minimal additional uncertainties. The presented experiments to quantify the uncertainties of the reference sensors and the transfer to the simulation are qualified with the help of the super reference. The tests confirm the accuracy of the reference sensors used. Finally, a metrics-based validation is performed on an exemplary radar model by recording a validation test with a real sensor. Different levels of abstraction of the radar data are analyzed using the DVM. In particular, the combination of the metric results with a satellite image allows an objective root cause analysis. The newly acquired methods and test designs form a further basis for the standardization of validation tests for radar sensors and their models.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Automatisierte Fahrzeuge und Mobilitätsangebote werden immer mehr zum Teil des alltäglichen Straßenverkehrs. Die Sicherheit dieser Systeme ist von außerordentlicher Bedeutung. Aus diesem Grund nimmt die Validierung der Sicherheit von automatisieren Fahrsystemen eine immer größere Rolle ein. Der Nachweis der Sicherheit lässt sich erwiesenermaßen jedoch nicht mehr durch reale Testfahrten abbilden, da die Komplexität der Systeme und der sich daraus ergebenden Szenarien keine wirtschaftliche Realisierung ermöglichen. Aus diesem Grund werden Simulationen genutzt, die jedoch für diesen Zweck eine erwiesene Validität benötigen. Neben anderen Sensoren werden Radare als wesentlicher Bestandteil zur Umfelderkennung im automatisierten Fahrzeug verwendet. Daher sind Effekte und Unsicherheiten in Radarsensorvalidierungsmessungen sowie deren Auswirkungen auf Radarsensormodellvalidierungen Kern dieser Dissertation. Dazu werden Anforderungen an Kriterien zur Akzeptanz von Radarsensormodellen aus Radarmessungen hergeleitet und anhand der im Rahmen der Dissertation weiterentwickelten Doppelvalidierungsmetrik (DVM) quantifiziert. Diese besteht aus einem Schätzwert für den Mittelwertfehler sowie den Abweichungen in der Streuung von unsicherheitsbehafteten Größen. Die Metrik wird auf Radar-Datenstrukturen in verschiedenen Abstraktionen angewendet. Dabei lassen sich Effekte durch dedizierte Messaufbauten, Objekten und Umgebungsbedingungen abbilden. Nachfolgend wird ein Messaufbau abgeleitet, um den Einfluss von zuvor identifizierten Effekten und Effektkorrelationen auf den Radarquerschnitt (engl. RCS) isoliert zu betrachten. Es zeigt sich, dass die untersuchten Fahrzeugmodelle einen großen Einfluss auf diese Größe haben und weitere Faktoren wie die Verbauhöhe geringe Sensitivitäten im RCS zeigen. Neben dem RCS wird eine detaillierte Analyse der Reflektionszentren der untersuchten Objekte durchgeführt. Referenzsensoren dienen in solchen dynamischen Szenarien dazu, die gefahrenen Trajektorien mit möglichst geringen zusätzlichen Unsicherheiten in eine Simulationsumgebung zu übertragen. Die vorgestellten Versuche, um die Unsicherheiten der Referenzsensorik und die Übertragung in die Simulation zu quantifizieren, werden mit Hilfe der Superreferenz qualifiziert. Die Versuche bestätigen die Genauigkeiten der genutzten Referenzsensorik. Abschließend wird anhand eines beispielhaften Radarmodells eine metrik-basierte Validierung durchgeführt, indem ein Validierungsversuch mit einem realen Sensor aufgezeichnet wird. Dabei werden unterschiedliche Abstraktionsebenen der Radardaten unter der Nutzung der DVM analysiert. Besonders eine Kombination von Metrikergebnis mit einem Satellitenbild ermöglicht eine objektive Ursachenanalyse. Die neu entwickelten Methoden und Versuchsdesigns bilden eine weitere Basis zur Standardisierung von Validierungsversuchen für Radarsensoren und deren Modellen.

German
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-289623
Additional Information:

Weiteres Förderprojekt: 16ME0173 VIVALDI

Classification DDC: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering and machine engineering
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Automotive Engineering (FZD)
TU-Projects: TÜV Rheinland|19A19004E|SETLevel4to5
Bund/BMWi|19A19002S|VVMethoden
Date Deposited: 21 Jan 2025 13:04
Last Modified: 21 Jan 2025 13:05
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/28962
PPN:
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