Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Autonomous driving concept illustration - 3d rendering showing a top down view of lidar sensor use

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ATLAS - Fraunhofer IMS LiDAR Target Emulator

Umfassende und vergleichbare Realtests mit virtuellen Szenarien zur Objekt- und Umfelderkennung revolutionieren Fahrerassistenzsysteme

Mit der fortschreitenden Entwicklung von automatisierten Funktionen für Automobile steigt der Bedarf an zeitsparenden und vor allem vergleichbaren Verifikationstests der eingesetzten Messsensorik. Um Umfeldsensorik zur Erkennung von Personen und Objekten in Zukunft zuverlässiger und umfassender testen zu können, wird am Fraunhofer IMS die neuartige Methode des »LiDAR Target Emulators« in Form des Systems »ATLAS« (Automatically Testing of LiDAR Applicative Situations) entwickelt.

Abbildung 1: ATLAS als Messmethode für die schnelle und vergleichbare Verifikation von LiDAR-Sensorik am Fraunhofer IMS
© Fraunhofer IMS
Abbildung 1: ATLAS als Messmethode für die schnelle und vergleichbare Verifikation von LiDAR-Sensorik am Fraunhofer IMS

LiDAR Target Emulator

Mit einem LiDAR Target Emulator können reale LiDAR-Sensoren (LiDAR: Light Detection And Ranging) mit beliebigen Umfeldszenarien virtuell geprüft werden.

Die ausgesendeten Lichtsignale des Sensors werden dabei so manipuliert, dass auf dem Sensor beliebige Objekte mit vordefinierten Entfernungen projiziert werden können. Reale LiDAR-Sensoren können mittels eines LiDAR Target Emulators mit beliebigen und wiederholbaren Szenarien geprüft werden. Dazu bedarf es eines Messschirmes und einer intelligenten Algorithmik, um Objekte, wie die beiden dargestellten Fahrzeuge im Sichtfeld des LiDAR-Sensors, virtuell zu platzieren (Abb. 2).

Abbildung 2: Basisfunktion und Anwendung von ATLAS
© Fraunhofer IMS
Abbildung 2: Basisfunktion und Anwendung von ATLAS

Für die Durchführung der Messung wird neben dem LiDAR-Sensor (Device-under-Test, DUT) ein separater Messschirm benötigt, welcher im Sichtbereich des Sensors platziert ist. Spezifische Lasersignale, wie Wellenlänge, Pulsform oder räumliche Verteilung, werden von dem Messschirm empfangen und mit einer entsprechenden Algorithmik verrechnet. Diese werden anschließend als Rückantwortsignale von virtuellen Objekten zurückgesendet. Diese Messmethode wird auch als Over-the-Air-Messung bezeichnet, da keine elektrische Verbindung zwischen dem LiDAR-Sensor und der Prüfeinrichtung besteht.

Das entsprechende LiDAR-System kann dabei in dem Fahrzeug bereits integriert sein und in einem Hardware-in-the-Loop-Prüfstand (HiL) eingebunden oder auch als Einzelgerät vor dem Messschirm platziert werden. So kann ein End-of-Line-Test (EoL) nach Herstellung des LiDARs durchgeführt werden.

Einzigartige Tests unter reproduzierbaren Bedingungen mit LiDAR Target Emulatoren

Die Methode vereint die bisherigen Verifikationsmethoden für Fahrerassistenzsysteme, Realtests und virtuelle Umfeldsimulationen in einer einzigen Messung. Durch diese Kombination kann eine enorme Zeitersparnis bei gleichzeitiger Erhöhung des Testumfanges realisiert werden.

Der größte Vorteil des LiDAR Target Emulators liegt in den immer gleichen Messbedingungen durch vordefinierte virtuelle Szenarien. Die Messergebnisse sind dadurch sowohl für einen mehrfach gemessenen Sensor als auch zwischen verschiedenen Sensorlösungen untereinander vergleichbar. Insbesondere Umweltbedingungen, wie Sonnenschein, Regen oder Nebel, sind wichtige Test-Szenarien der LiDAR-Sensoren und lassen sich bisher kaum reproduzierbar oder nur mit sehr viel Aufwand in Realtests darstellen. Mit dem LiDAR Target Emulator sind diese Wettereinflüsse für alle Prüflinge gleich. Darüber hinaus kann dieser Messaufbau eine große Anzahl von wertvollen Testdaten erzeugen, die zum weiteren Training und der Optimierung des Sensors erforderlich sind.

Abbildung 3: Potenzielle Eigenschaften von ATLAS
© Fraunhofer IMS
Abbildung 3: Potenzielle Eigenschaften von ATLAS

Die LiDAR Target Emulator Methode ATLAS vom Fraunhofer IMS bietet all diese genannten Potenziale für eine vergleichbare, standardisierte und zeitsparende Verifikation von LiDAR-basierenden Fahrerassistenzsystemen.
Die Methode basiert auf einem neuartigen Konzept der virtuellen Darstellung von Objekten im realen Raum. Die oben abgebildete Grafik zeigt das Potenzial auf, welche die Grundlage von ATLAS bilden (Abb. 3).

Aktuelle Publikationen

  • Veröffentlichung S. Grollius, M. Ligges, J. Ruskowski and A. Grabmaier, »Concept of an Automotive LiDAR Target Simulator for Direct Time-of-Flight LiDAR«, in IEEE Transactions on Intelligent Vehicles, doi: 10.1109/TIV.2021.3128808.; November 2021: Beschreibung der konzeptionellen Zusammenhänge des LiDAR Target Emulators ATLAS
  • S. Grollius, J. Ruskowski, M. Ligges, and A. Grabmaier, »LiDAR-Zielsimulator unter Berücksichtigung von Hintergrundlicht und gegenseitiger Störung«, in AutoTest, Stuttgart, 2022.