CN111670381A - 用于确定车辆的速度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定车辆的速度的方法，所述方法具有以下步骤：接收图像原始数据，图像原始数据借助合成孔径雷达根据对车辆的行驶路段的扫描而生成；根据接收到的图像原始数据，生成所扫描的行驶路段的图像，其中，对于相应的图像的生成，考虑参考速度；关于至少一个标准方面，对至少一个生成的图像进行评估；依据评估，来选择图像；以及基于与所选择的图像相关联的至少一个信息，来确定车辆的速度。此外，本发明涉及一种具有用于执行所述方法的设备的装置。

Description

用于确定车辆的速度的方法和装置

本发明涉及一种用于确定车辆的速度的方法以及相关联的装置。

车辆的实际速度的确定或测量非常重要，因为其用作用于车辆的不同的调节和控制系统的参数。这尤其可以是用于车辆驾驶员的辅助系统，或者也可以是用于车辆的自动驾驶的系统。在已知的轨道车辆中，尤其是将所确定的速度用于驱动和制动控制。

但是，具有高精度的车辆的实际速度的检测或确定是非常大的技术挑战。原则上，可以根据轮对的车轮的转速和滚动周长推导出例如轨道车辆的速度，其中，例如借助布置在轮对上的转速传感器来确定转速。但是，尤其在轨道车辆的情况下，轮对的车轮的准确的周长不是已知的，因为其取决于车轮的摩擦的当前状态。由于为了确定速度而假设的周长和实际周长之间的可能的差别，速度的确定具有一定不确定性。此外，特别是在从动轮对中，由于车轮和钢轨之间的滑移、低的静摩擦系数或者附着力不足，可能导致车轮打滑，由此测量的转速与车辆的实际速度不对应。此外，在轨道车辆具有多个从动轮对的情况下，由于相应的轮对的附着力的不同的比率，可能导致不同的转速测量结果。因此，即使例如对多个轮对上的同时测量进行平均，检测轨道车辆的实际速度仍然不提供可靠性。

为了在借助转速传感器确定的速度的正确性方面提高可靠性，常常利用其它部件补充地或冗余地确定轨道车辆的速度。在此，例如基于在一定的时间段期间经过的路程，来确定车辆的速度，其中，使用用于已知的基于卫星的位置确定系统、例如GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)、GLONASS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)或GALILEO)的信号的接收器，基于卫星信号的运行时间测量，来确定经过的路程。为此，例如在车辆的车顶上布置一个或多个这样的接收器。但是缺点在于，当一个或多个接收器与多个卫星没有视线连接时，例如在隧道、地下行驶路段中，或者在高山或建筑物沿线的路段上行驶时，这些系统是不准确或不合适的。

此外，例如使用雷达(Radar)来确定轨道车辆的速度，雷达布置在轨道车辆的车厢厢体的底部区域中，并且在行驶方向上相对于水平方向以一定的角度指向行驶线路或者线路路基。术语“Radar”代表“RAdio Detection And Ranging(无线电检测和测距)”，相对于光学传感器，雷达通常具有如下优点，即，雷达一方面自己照亮要检测的区域，由此不需要附加的光源，另一方面由于与可见光相比，其波长更大，因此对于天气状况、例如雨、雾、雪或炎热相对不敏感。

为此，通常使用非调制连续波雷达(英文：Continuous Wave，CW)，非调制连续波雷达基于频率迁移或所谓的多普勒效应来确定速度。雷达的发射天线例如在作为所谓的ISM频段(Industrial,Scientific and Medical radio bands，工业、科学和医学无线电波段)的部分频率范围的24GHz周围的频率范围内，辐射未调制的雷达信号或电磁波，其被物体反射，或者被具有对于雷达信号的波长足够的粗糙度(Rauigkeit)(瑞利准则)的结构体反向散射，并且被接收天线接收。这些反射或者反向散射的信号也称为回波。如果雷达和进行反射的物体相互间具有相对速度，则接收到的信号的频率与辐射的信号的频率不同。可以根据这些频率之间的频率偏移，来确定相对速度，因为频率偏移与车辆的速度和如下角度的余弦成比例，该角度由速度矢量与天线的辐射方向定义。由于发射天线在很大程度上非定向地辐射雷达信号，因此在此无法将多普勒频率与进行反射或反向散射的各个物体相关联，由此这种方式的速度确定具有如下缺点，即，在物体方面不存在唯一性，并且其结果是，同样也仅能够以特定的不确定性来确定速度。

本发明要解决的技术问题是，提供一种更准确且更可靠的用于确定车辆的速度的系统和方法。上述技术问题通过根据独立权利要求的特征的方法和装置来解决。在相应的从属权利要求中列出了本发明的扩展方案。

本发明的第一方面涉及一种用于确定车辆的速度的方法，所述方法具有以下步骤：接收借助合成孔径雷达根据对车辆的行驶路段的扫描生成的图像原始数据；根据接收到的图像原始数据，生成所扫描的行驶路段的图像，其中，为了生成相应的图像，考虑参考速度；关于至少一个标准，评估至少一个生成的图像；根据评估，来选择图像；以及基于与所选择的图像相关联的至少一个信息，来确定车辆的速度。

使用例如已经在遥感中使用的合成孔径雷达(英文：Synthetic Aperture Radar，缩写为SAR)，使得能够以高分辨率生成图像。这种高分辨率又使得能够对图像进行定性的评估，基于这种评估来选择特定的图像。最后，使用与所选择的该图像相关联的信息，来确定车辆的速度。

在此，可以根据由雷达提供的图像原始数据，借助已知的用于进行数字图像处理的算法，例如借助所谓的距离多普勒算法(Range-Doppler-Algorithmus)，来生成所扫描的行驶路段的图像。在此，每个图像包括借助雷达扫描的行驶路段的相应的部分。

为了生成图像，算法考虑参考速度，参考速度优选尤其是处于车辆的实际速度的范围内。随后根据至少一个标准对生成的图像的评估，用于估计参考速度是否对应于实际速度。如果参考速度不对应于实际速度，则在接下来的迭代中，例如可以改变为了生成图像而考虑的参考速度，或者例如可以评估所生成的另一个图像，直至根据标准确认速度一致或几乎一致为止。

根据按照本发明的方法的第一扩展方案，在评估步骤中，针对所生成的图像，确定聚焦度(Fokussierungsgrad)，并且作为标准来评估所确定的聚焦度。

根据第一扩展方案的一个设计方案，作为在确定步骤中用来确定车辆的速度的信息，将为了生成图像而考虑的参考速度与图像相关联。

可以借助已知的算法来确定图像的聚焦度。因为在生成图像时考虑的参考速度影响图像的聚焦度，因此可以根据所确定的聚焦度，来确定是否以如下参考速度生成了图像，该参考速度对应于车辆在SAR进行扫描的时间点的实际速度或几乎实际的速度。如果所确定的图像的聚焦度足够好，则以对应于实际速度或者几乎对应于实际速度的参考速度生成了该图像。在最后的确定步骤中，基于用来生成该图像的参考速度，来确定车辆的速度。为此，在生成步骤中，将相应地考虑的参考速度，作为信息与图像相关联。但是如果所确定的图像的聚焦度不够好，因此该图像是以如下参考速度生成的，该参考速度在进行扫描的时间点至少几乎不对应于实际速度，则在接下来的一个或多个迭代中改变参考速度，并且基于相同的接收到的图像原始数据，生成相应的图像，又对该图像的聚焦度进行确定和评估。特别是执行这些迭代，直至生成具有足够好的聚焦度的图像为止，或者直至中断标准、例如超时，使得根据接下来的扫描的图像原始数据生成图像为止。

根据所述方法的关于评估步骤的一个替换或附加的扩展方案，将所生成的图像与另一个图像进行比较，并且作为标准来评估图像的相似度。

尤其可以借助根据信号处理已知的相关(Korrelation)或根据图像处理已知的自相关(Autokorrelation)，来判断图像的相似度。图像的相关使得能够识别特定的物体或结构。由此，可以在连续生成的图像中，关于时间检测所扫描的行驶路段的例如特定物体或特定结构的运动。又可以根据运动特定距离所需要的时间，来确定速度。但是缺点在于，难以在所生成的图像中以高精度确定物体或结构经过的距离。

替换地，可以借助根据雷达的不同的天线的图像原始数据生成的图像的相关，来检测运动。这些天线相互间在车辆的行驶方向上具有特定的距离。在这种替换方案中，例如从根据第一天线的图像原始数据生成的图像开始，与根据雷达的第二天线的图像原始数据生成的图像进行相关，以确定所生成的两个图像例如关于物体或结构的相似度。如果这些图像或这些图像的包含物体或结构的相应的局部区域具有足够的相似度，则选择第二天线的图像用于确定速度。相反，如果这些图像没有足够的相似度，则在接下来的一个或多个迭代中，将第二天线的相应的另一个图像与第一天线的图像相关。尤其执行这些迭代，直至确定了与第一天线的图像具有足够的相似度的第二天线的图像为止，或者直至中断标准、例如超时，使得第一天线的另一个图像作为用于与第二天线的图像的相关的基础为止。

根据所述方法的前述扩展方案的一个设计方案，在生成步骤中，将关于扫描的时间点、尤其是对在图像中映射的行驶路段的部分的扫描的时间点或生成图像的时间点的信息，与相应的图像相关联。此外，在确定步骤中，基于图像的相关联的时间点之间的时间上的差，来确定车辆的速度。

借助扫描或生成相应的图像的时间点的关联，可以在前面描述的替换的检测中，确定第一和第二天线的图像之间的时间差。为此，例如确定首先由第一天线扫描的物体或扫描的结构随后也由第二天线所扫描的持续时间。最后，可以根据所确定的该持续时间或者所生成的图像的时间点之间的时间差，以及雷达的第一和第二天线之间的距离，来计算速度。

根据所述方法的另一个扩展方案，在生成步骤中，作为参考速度，考虑在所述方法的之前的循环中确定的速度，或者借助用于确定速度的另一个设备确定的速度。

如前面已经描述的，为了根据接收到的图像原始数据生成图像，而考虑参考速度。此外，参考速度的意义在于，例如在根据图像的相似度标准进行评估时，估计图像之间的时间差，并且以此为基础，来选择相对于第一天线的图像具有相应的时间差的第二天线的图像，用于第一相关。因为车辆的速度从所述方法的一个循环至接下来的循环，通常仅有限地改变或可以改变，因此这种估计使得选择图像所需要的迭代的数量可以保持小。在根据图像的聚焦度标准进行评估时，这种参考速度以相同的方式使得以如下参考速度生成了在新的循环中评估的第一图像，该参考速度仅有限地不同于或可以不同于在前一个循环中确定的速度。这又有利地使得生成图像所需的数量可以保持小。

如果不存在来自所述方法的先前的循环的参考速度，例如在首次执行所述方法时，或者当在循环中无法确定速度时，则为了生成尤其第一图像，或者对于所述方法的第一次循环，可以考虑由车辆的用于确定速度的另一个设备确定的速度。如前面所描述的，该另一个设备以已知的方式，例如基于至少一个另外的雷达、一个或多个转速传感器或者卫星支持的定位系统的信号，来确定车辆的速度。尤其当在车辆停车期间或者之后首次执行所述方法时，也可以首先采用为零的参考速度。

本发明的第二方面涉及一种用于确定车辆的速度的装置，其中，所述装置具有：至少一个合成孔径雷达，合成孔径雷达借助至少一个发射天线和至少一个接收天线扫描车辆的行驶路段；速度确定设备，速度确定设备具有至少一个处理器设备和至少一个存储设备，借助速度确定设备，根据雷达接收到的图像原始数据，在考虑参考速度的情况下，生成所扫描的行驶路段的图像，关于至少一个标准评估所生成的至少一个图像，根据评估来选择图像，并且基于与所选择的图像相关联的至少一个信息，来确定车辆的速度。

按照本发明的装置使得能够执行根据本发明的第一方面的按照本发明的方法。例如可以借助所述装置的接口，向其它设备、尤其车辆的驱动和/或制动设备，馈送所确定的车辆的速度或者表示车辆的速度的信息。在此，这种接口尤其可以以有线或者无线的方式、尤其以基于无线电的方式来实现。

根据所述装置的一个扩展方案，速度确定设备还被设计为，确定所生成的至少一个图像的聚焦度，并且作为标准，对所确定的聚焦度进行评估。

根据所述装置的一个替换或附加的扩展方案，速度确定设备被设计为，将所生成的至少一个图像与另一个图像进行比较，并且作为标准，对图像的相似度进行评估。

根据所述装置的另一个扩展方案，速度确定设备被设计为，为了生成至少一个图像，作为参考速度，考虑由用于确定速度的另一个设备确定的速度。

该另一个设备例如是前面描述的已知设备，其尤其基于至少一个另外的雷达、一个或多个转速传感器或者卫星支持的定位系统的信号，来确定车辆的速度。该另一个设备例如可以至少部分地在所述装置的壳体内实现，或者以与所述装置分开的方式实现。在后一种情况下，通过接口向速度确定设备馈送由该设备确定的速度或者表示速度的信息。尤其可以使用已知的传输协议，将该接口设计为有线的或无线的、尤其以无线电为基础的接口。

合成孔径雷达例如设计为调频连续波雷达(英文：Frequency ModulatedContinuous Wave Radar，FMCW Radar)。根据对所生成的图像的评估的方式，雷达尤其可以具有一个发射天线和一个接收天线或者一个发射天线和至少两个接收天线。发射天线和接收天线可以分别设计为已知的所谓的集成贴片天线，在集成贴片天线中，基板上的多个贴片定义作为结果的天线方向图。但是，天线也可以以相同的方式设计为喇叭形天线。与遥感应用对应，雷达的天线以相对于车辆的行驶方向正交或者成一定角度、即所谓的斜视角的方式定向，并且分别以相对于行驶路段的平面或者相对于车辆的垂直轴成一定角度的方式定向。这样定向的雷达也称为侧视雷达(英文：side-looking radar)。

根据所述装置的另一个扩展方案，速度确定设备被设计为，控制雷达的至少一个发射天线的辐射方向的改变。

如果雷达的发射天线被设计为已知的所谓的相控阵天线(英文：Phased ArrayAntenna)，其中，例如可以通过向各个辐射器或贴片馈送不同的相位，以电子的方式转动天线方向图，则尤其可以改变发射天线的天线方向图相对于行驶路段的平面或者垂直轴的角度。但是替换或附加地，也可以以机械的方式，尤其通过借助倾斜或转动设备，倾斜或转动天线布置在其上或中的壳体，来改变辐射方向。当借助雷达扫描的行驶路段的表面，不适合用于基于对所生成的表面的图像的评估来确定车辆的速度时，辐射方向的改变尤其可以是有意义的。这尤其可能在如下的行驶路段的表面的情况下出现，该表面没有足以反射雷达波的粗糙度或者物体和/或结构。尤其可以在速度确定设备评估图像时，确定行驶路段的不适合，随后该设备控制辐射方向的改变，例如以电子的方式转动天线方向图，或者以机械的方式转动至少一个发射天线。借助辐射方向的改变，可以使发射信号指向例如行驶路段的另一个区域或部分，该区域或部分具备足够的粗糙度，或者具备具有适合的几何形状的物体或结构，或者还具备使得能够对生成的图像进行评估的电气特性。在这种情况下，可以与天线方向图的改变对应地来调整至少一个接收天线的天线方向图。

最后，本发明的第三方面涉及一种车辆，车辆具有至少一个按照本发明的装置或者用于执行按照本发明的方法的设备。

通过使用合成孔径雷达，按照本发明的装置可以有利地覆盖大的速度范围，尤其在使用24GHz的频率范围内的频带的情况下，覆盖从几乎零至500km/h的范围。由此，所述装置适合用于在用于短途交通和远途交通直至高速范围内的轨道车辆、尤其有轨车辆、地铁车辆、火车机车或列车(Triebzug)中使用，并且适合用于在无轨车辆、尤其用于人员或货物运输的机动车、包括载重汽车、轿车或公交车中使用。在此，按照本发明的装置可以对前面描述的用于确定车辆的速度的已知系统进行补充，例如用于增加冗余，或者可以至少暂时代替这些已知系统中的一个。

下面，根据实施例详细说明本发明。在此：

图1示出了轨道车辆的示意性侧视图，

图2示出了处于车厢厢体的底部区域中的按照本发明的装置的立体视图，

图3示出了处于车厢厢体的底部区域中的所述装置的另一个视图，

图4a、b示出了所述装置的壳体的示意性俯视图，

图5示出了基于生成的图像的聚焦度的确定的按照本发明的第一方法的流程图，以及

图6示出了基于生成的图像的相关的按照本发明的第二方法的流程图。

为了清楚起见，在附图中，对于相同的或者相同或几乎相同地起作用的部件，使用相同的附图标记。此外，在附图1、2和3中分别给出了坐标系，在坐标系中示出了相互垂直地定向的纵轴L、横轴Q和垂直轴H。在此，纵轴L也定义了车辆的行驶方向F，以及关于合成孔径雷达，定义了所谓的方位角A。相反，关于雷达，横轴Q对应于所谓的距离R。

图1示意性地示出了作为按照本发明的车辆的示例的轨道车辆1的侧视图。轨道车辆1示例性地被设计为具有多个车厢的用于客运的电气列车，其中，在图1的上部区域中示例性地示出了第一端部车厢2以及与第一端部车厢2相连的第一中间车厢3，并且在图1的下部区域中示出了与第一中间车厢3相连的第二中间车厢3以及与第二中间车厢3相连的第二端部车厢2。可以设置另外的中间车厢，以增加要运送的人员的可能的数量。所示出的车厢2、3分别具有车厢厢体4，车厢厢体4通过动力转向架或移动式转向架形式的两个转向架5支承在未示出的钢轨上。作为在图1中给出的每个车厢厢体设置两个转向架的替换，尤其也可以在端部车厢2和相应地相邻的中间车厢3之间以及两个中间车厢3之间的过渡区域中，设置共同的转向架，尤其是所谓的雅各布转向架(Jakobs-Drehgestelle)。

将端部车厢2关于纵轴L例如相应地划分为多个空间上的区域。这些区域一方面是处于前部或后部区域中的驾驶台或车头模块6，另一方面是与驾驶台6邻接的车厢厢体4。端部车厢2和中间车厢3各自的车厢厢体4包围乘客空间7，在乘客空间7中，可以设置用于乘客以及其行李的乘坐可能性。乘客可以通过布置在车厢厢体4的侧壁中的未示出的门，进入和离开车厢2、3的乘客空间7。此外，乘客可以通过车厢过道8到达相应地相邻的车厢2、3的乘客空间7中。通常通过波纹管或者褶皱管，针对环境影响保护这种车厢过道8。

通常，作为列车的电气装备的一部分的电气设备或者用于这些设备的容器，布置在端部车厢2以及必要时中间车厢3的相应的车厢厢体4的车顶上以及地板下方或底部区域中，然而，它们在图1中未示出。这些电气设备用于例如列车的驱动，尤其用于在图1中未示出的牵引电机的供电和控制。牵引电机例如布置在设计为动力转向架的第一端部车厢2的右侧的转向架5中，以及第二端部车厢2的左侧的转向架中。尤其可以根据所需要的驱动功率，同样对列车的另外的转向架装配牵引电机。牵引电机的供电例如通过布置在端部车厢2的车厢厢体4的底部区域内的相应的变压器来进行，变压器的初级绕组例如可以通过布置在第一中间车厢3的车顶上的受电弓，与例如流过高压交流电流的架空导线电连接。而在端部车厢2的车厢厢体4的相应的车顶上，布置有例如与变压器相连的牵引变流器，用于向牵引电机供应电能。此外，在车厢厢体4的车顶上，通常分别布置有至少一个空调设备，空调设备用于对位于下方的乘客空间7进行空气调节。除了列车的电气装备的这些部件之外，还可以以相同的方式，在车厢厢体的车顶上、底部区域或者还有内部空间中，布置其它部件，尤其是控制装置、辅助传动装置以及为其供电的装置。

相应的按照本发明的装置9或按照本发明的装置9的一部分，示例性地设置在端部车厢2的相应的车厢厢体4的底部区域中。相应的装置9除了合成孔径雷达(SAR)以外，还包括尤其是将关于图4进一步详细说明的其它设备。优选装置9具有封闭的壳体10，以便针对环境影响、如湿气、灰尘或碎石，保护布置在壳体10内或上的构件、部件或设备。例如SAR以及必要时另一个雷达的发射天线和接收天线，布置在壳体10的一个或多个外侧或侧壁上，而用于生成用于一个或多个发射天线的发射信号以及用于对接收到的这些信号的回波进行转换和处理的设备，布置在壳体中。在此，这些设备的一部分也可以布置在专门的壳体或容器内，必要时可以与列车的电子装备的其它设备一起，布置在端部车厢2的车顶上、车厢厢体4内或者底部区域内。在装置9或SAR定位在车厢厢体4的底部区域中的情况下，应当确保在SAR的发射天线的信号辐射的范围内，没有障碍物或车辆侧设备，尤其是没有电气装备的容器或转向架的部分，以避免信号的不希望的散射，由此避免对SAR的至少一个接收天线接收这些信号的回波的可能的干扰。如果在端部车厢2的底部区域内没有足够的空间用于此，则作为图1中的图示的替换，也可以将装置9布置在中间车厢3的底部区域内。设置两个装置9例如用于提供有利的冗余，以便提高系统的故障可靠性以及精度。替换地，也可以将装置9与轨道车辆的相应的行驶方向相关联。但是对于按照本发明的技术方案的实现，设置一个装置9就足够了。

图2示出了按照本发明的装置9在车厢厢体4的底部区域内的示例性安装的立体视图，其中，仅示出了车厢厢体的一个下部的可见边缘。装置9的壳体10通过一个或多个固持件11(在图2中示例性地给出了两个固持件11)机械地固定在车厢厢体的底面上、尤其是支柱或框架件上。在此，固持件11尤其用于将壳体10位置稳固且无震动地固定在车厢厢体4上。在壳体10的一个纵向侧或侧壁上，示例性地布置有SAR的三个天线，它们被设计为分别具有多个贴片的贴片天线。在示例性地布置在壳体10的侧壁的中央的发射天线12的两侧，布置有第一接收天线13.1和第二接收天线13.2。在此，壳体10的纵向侧与或在很大程度上与列车的纵轴L平行地定向。两个接收天线13.1、13.2尤其被设置为用于借助相关对生成的图像进行评估的方案，如下面尤其将关于图6详细说明的，而对于借助聚焦对生成的图像进行评估的方案，原则上仅一个接收天线就足够了。对于后一种方案，唯一的贴片天线同样也就足够了，将该贴片天线的多个贴片划分为相应的发射贴片和接收贴片。对于第一种方案，也可以替换地设置具有相应地相关联的接收天线的两个发射天线。

在图2的示例中，与在已知的遥感应用中的定向对应，主要在横轴Q的方向上，以及在关于垂直轴H位于车厢厢体4的下方的行驶路段的区域的方向上，辐射SAR的发射天线12的信号19。发出的信号19部分地被列车在其上移动的行驶路段反射或者散射，并且作为回波被两个接收天线13.1、13.2接收。相应地，雷达利用发射天线的每一次辐射，对与天线方向图以及距行驶路段的距离相关的行驶路段的部分进行扫描。在此，如在图2中示例性地示出的作为行驶路段的一部分的由碎石构成的线路路基，由于具有良好的反射特性的碎石的几何形状以及可识别的结构，特别适合用于对由扫描生成的图像的评估。

示例性地作为所谓的上部结构14或轨道体，来实施在图2中示出了一部分的行驶路段。上部结构14或轨道体通常具有由碎石构成的线路路基15，在线路路基15上以一定的间隔横向于行驶方向F铺设轨枕16，平行延伸的钢轨17又沿行驶方向F固定在轨枕16上。轨枕16例如由混凝土、木材或钢制成，并且用于相对于彼此以特定的距离、即所谓的轨距固定钢轨17。钢轨17通过适合的固定件18、尤其是销钉、螺纹螺栓、螺母或卡子固持在轨枕16上。在德国，为了将钢轨固定在混凝土轨枕上，例如使用所谓的上部结构W，在上部结构W中，借助轨枕螺栓将所谓的ε型夹紧夹固定在轨枕的W形的凹部中。

图3以与列车的行驶方向F相对的视图，示出了前面描述的图2的情形，用于说明按照本发明的装置9在车厢厢体4的底部区域内的示例性的安装。如前面已经关于图1所描述的，车厢厢体4通过转向架支承在钢轨17上。在图3中，仅示例性地借助虚线示出了这种转向架的轮子20的轮廓，轮子20位于在图2中示出的路段外部，并且在图3中立体地布置在背景中。装置9的壳体10通过一个或多个固持件11机械地固定在车厢厢体4的底侧。SAR的发射天线12和接收天线13.1、13.2布置在壳体10的纵向侧或侧壁上，其中，发射天线12又向车厢厢体下方的线路路基15的方向，并且在两个钢轨17之间发出信号，信号示例性地通过从发射天线12出发的波19示出。

如前面已经关于图2所提到的，发射天线12与SAR在遥感中的定向对应地，即在横轴Q的方向上或者以与横轴Q成一定角度并且与垂直轴H呈一定角度的方式，向线路路基15的方向，辐射信号19或者雷达波。基于发射天线12的天线方向图，发射天线12的天线方向图的主轴垂直于贴片天线的平面，壳体10在图3中示例性地以相对于垂直轴H以相应的角度倾斜的方式布置。在此，壳体10或者天线12、13.1、13.2的定向，优选可以借助固持件11的合适的设计来调节，以便选择要扫描的线路路基的合适的区域。在图3的下部区域中，示例性地示出了装置9的壳体10的一个替换的设计方案。根据该设计方案，仅布置有发射天线12和接收天线13.1、13.2的壳体10的侧壁，以相对于垂直轴H的合适的角度定向，而壳体10的底壁和顶壁与横轴平行地布置。此外，作为另一个替换的、然而在图3中未专门示出的设计方案，可以仅将天线12、13.1、13.2借助合适的固持件，以相对于垂直轴H合适的角度固定在壳体10上。

如前面已经提到的，具有碎石的线路路基特别适合用于对生成的图像的评估。然而，对于特定的应用，尤其在高速路段中，也使用由钢筋混凝土制成的上部结构板，轨枕和钢轨固定支架集成在这种上部结构板中，以实现钢轨的更高的稳定性和位置可靠性。由于混凝土板相对于碎石的通常明显更小的粗糙度，这种地基较不适合用于借助SAR进行扫描。在这种情况下，优选应当可以、尤其是也应当可以在车辆运动期间，例如改变发射天线12的辐射相对于垂直轴H的角度，使得借助雷达来扫描使得能够对生成的图像进行有意义的评估的替换的物体或结构。这种替换的物体例如可以是前面提到的用于将钢轨固定在上部结构板上的轨枕螺栓和夹紧夹。其一方面通常由很好地反射雷达波的金属制成，另一方面由于其特殊的形状，可以在生成的图像中作为物体而被识别。如在图3中通过由发射天线12发出的虚线波23示例性地给出的，辐射的角度向这种物体或结构的方向上的改变，可以通过壳体10(通过壳体10的左侧侧壁旁的虚线的双箭头示出)或者发射天线自12自己的机械转动或倾斜来进行。在壳体10转动或倾斜的情况下，固持件11例如可以具有一个或多个电动伺服马达、液压缸或气压缸，它们可以通过控制来改变壳体相对于垂直轴H的角度。在此，固持件11或壳体10例如可以占据两个定义的位置，这些位置分别定义发射天线的辐射的特定角度。替换地，在发射天线12设计为相控阵天线的设计方案中，天线方向图通过适当的控制可以电子地转动，从而不需要壳体10的机械转动或倾斜。

在图3的示例中，在沿行驶方向F看的壳体10的前侧或端壁上，布置有另一个发射天线21和接收天线22。其例如是前面描述的已知的非调制连续波雷达的一部分，其基于频率迁移或多普勒效应来确定车辆的速度。因为这种雷达以已知的方式同样布置在车厢厢体的底部区域内，并且沿行驶方向以及向地面方向发送发射信号(在图3中示例性地通过从发射天线21出发的波24示出)，因此尤其该雷达的部分同样可以集成在按照本发明的装置9的壳体10内或上。在这种雷达的尤其发射天线的布置和定向中应当注意，其辐射的回波不能被SAR的接收天线接收，或者可能与SAR的辐射的回波重叠。作为所示出的相应的贴片天线形式的单独的发射天线21和接收天线22的替换，又可以使用唯一的贴片天线，将其贴片与发射分支或者接收分支相关联。例如可以使用由该附加的雷达确定的速度，作为参考速度，以及作为冗余速度，尤其是用于轨道车辆的驱动和制动控制。

图4a示出了装置9的壳体10的示意性俯视图以及布置在其中的部件的示例性的一般概览。如已经在图2和3中示出的，SAR的发射天线12和接收天线13.1、13.2布置在壳体10的侧壁上，同时非调制连续波雷达的相应的发射天线21和接收天线22，布置在行驶方向F上的端壁上。分别在这些天线单元的前面和后面，连接有一个或多个电子设备25和26，用于生成高频发射信号，以及用于处理接收信号，包括对信号进行放大、滤波和转换。在针对遥感或者速度确定使用时，这些设备尤其可以对应于雷达的相应的设备。此外，在壳体10中设有速度确定设备27，设备25、26与速度确定设备27相连。速度确定设备27尤其包括至少一个微处理器和/或可编程的集成电路以及存储设备，借助这些设备，可以根据下面描述的按照本发明的方法，来处理转换为数字格式的接收到的信号。在壳体10上还设有至少一个电气接口28，用于向速度确定设备27和设备25、26或者它们的电源馈送电能。此外，可以使用壳体10上的另一个接口29与列车的其它设备交换信息，尤其是关于由速度确定设备27确定的速度以及必要时参考速度的信息。这种接口29在此可以实施为有线接口、尤其电气或光学接口，或者也可以实施为无线接口、尤其实施为无线电接口。

图4b示出了装置9的一个替换的设计方案的示意性俯视图。与图4a的装置9的不同之处在于，SAR被设计为，沿行驶方向F看，在壳体10的侧壁上，在壳体的前部区域中和后部区域中，布置有发射天线和接收天线12.1、13.1和12.2、13.2的相应的组合。在此，每个组合示例性地与设备25.1或25.2相关联，设备25.1和25.2又与中央速度确定设备27相连。在此，天线在侧壁上的布置以及发射天线的相应的天线方向图的特征，使得第一发射天线12.1发出的信号的回波可以仅仅或主要被第一接收天线13.1接收，同时第二发射天线12.2的信号的回波可以仅仅或主要被第二接收天线13.2接收。为了最大程度地避免回波的重叠，接收天线示例性地相对于彼此以一定的间隔布置，该间隔对应于图4a的设计方案的接收天线13.1、13.2的距离。

根据图4a和4b的示例，SAR的所有部件或者电气和电子设备以及速度确定设备27布置在壳体10内。因为尤其速度确定设备27或者布置在其内的电子部件对于环境影响、例如振动和环境温度相对敏感，因此替换地，将速度确定设备27连同车辆的其它电气和电子设备，布置在另一个壳体、容器或开关柜内中、尤其车厢厢体内，可以是有意义的。由此也可以有利地减小壳体10的体积，由此必要时使得能够更简单且更灵活地将壳体布置在车厢的底部区域内。

下面，在关于图5和6，描述基于生成的图像确定车辆的速度的两个示例性的方案之前，说明合成孔径雷达的工作方式以及由这种雷达的图像原始数据生成图像的算法。

合成孔径雷达属于成像雷达类型，并且尤其用于对地球进行遥感。为此，例如将这种雷达布置在飞机上，飞机具有垂直于运动方向或飞行轨迹的辐射方向，并且朝向地球表面的方向，以便通过借助电磁波进行扫描，获得表面的一部分的高分辨率的二维记录。在专业文献中，运动方向也称为方位角(Azimut)或航线方向(Along Track)，相对于其的横向方向称为距离(Range)或横越航迹线(Cross Track)。此外，在专业文献中，将真实天线在一个时间点检测的区域称为足迹(英文：Footprint)，并且将通过真实天线的运动该足迹扫过的地区条带

称为带状区域(英文：Swath)。

在真实孔径雷达(英文：Real Aperture Radar，缩写为RAR)中，辐射宽度、由此运动方向上的可能的分辨率，取决于天线的物理长度，并且由于其而是有限的，相对于真实孔径雷达，在SAR的情况下，借助合成孔径的过程，可以使天线的长度增大，由此有利地实现了运动方向的维度上的更高的分辨率。在SAR在轨道上运动期间，连续辐射雷达脉冲或者信号，并且接收这些信号的回波的幅值和相位，并且存储在回波存储器中。在此，接收和存储处于天线的辐射宽度或足迹内的、所扫描的带状区域内的物体的回波，由此实现高的角度分辨率。通过关于回波的相应的多普勒偏移，对回波的历史进行处理，实现了天线的非常窄的有效辐射宽度，由此有利地实现运动方向上的高分辨率，此外，运动方向上的高分辨率与天线相对于地球表面的距离无关。

在横向方向的维度上，借助距离测量，来检测图像坐标。这种测量通过对不同程度地远离的物体的回波的不同的信号持续时间的评估来进行。这种距离测量的基础是例如调频连续波雷达(英文Frequency Modulated Continuous Wave：缩写为FMCW)的使用。通过在信号的持续时间上对频率进行调制，例如以斜坡形状通过特定的频带，可以将接收到的波与在信号持续时间内的准确的发射时间点相关联，由此可以确定接收到回波的物体的距离。在此，可以进行关联的最大距离以及距离分辨率，与频率改变的陡度和带宽相关。由于发射器和接收器的有限的频率带宽，要针对具体的使用情况，在最大距离和距离分辨率之间找到合适的折衷。

SAR的使用的不同模式是已知的，下面简短地描述其中的三种模式。第一种模式、即所谓的扫描模式，使得能够使用具有具有数字或模拟波束赋形的所谓的相控阵天线，通过在横向方向上转动天线辐射或天线方向图，实现大面积记录。由此，在一个时间片段期间，可以检测多个与运动方向平行地布置的平面段，由此尤其与根据所谓的带状图模式进行记录相比，可以检测更宽的地区条带。但是缺点在于，通过这种模式可以实现的横向方向上的相对低的分辨率。第二种模式、即所谓的聚光灯模式，同样基于相控阵天线的使用，但是在这种模式下，天线辐射围绕地区的特定区域转动，即不仅在运动方向、而且在横向方向上转动。通过所获得的更大数量的测量点以及不同的角度，由此可以有利地实现更高的分辨率。在第三种模式、即所谓的带状图模式下，天线辐射在横向方向上不转动，从而沿着平行于运动方向延伸的地区条带进行扫描。尤其在地球遥感中使用这种模式，其中借助SAR检测线状的表面。在按照本发明的方法中也示例性地使用带状图模式，尤其由于其提供连续的流图像原始数据的特性。

借助已知的算法，例如借助所谓的距离多普勒算法(Range-Doppler-Algorithmus)、啁啾缩放算法(Chirp-Scaling-Algorithmus)或者频率缩放算法(Frequency-Scaling-Algorithmus)，来进行根据SAR的连续信号流的图像的生成。借助合适的数字信号处理器，这些算法相应地能够实时地处理数字化的SAR的图像原始数据。尤其距离多普勒算法在此有利地具有对准确的SAR传输功能的相对准确的近似，由此其尤其适合在按照本发明的方法中应用。在此，这种算法使得图像原始数据在两个彼此正交的维度、即运动方向(方位角A)和横向方向(距离R)上被压缩，其目的是，使得包含在图像原始数据中的、在运动方向以及横向方向上散射的表面的一个区域的回波，集中于与其对应的重建的图像的图像元素或者像素中。在此，将距离多普勒算法的顺序运行的四个步骤，称为距离压缩(Range Compression)、方位角FFT(Azimuth FFT)、距离单元迁移校正(Range CellMigration Correction，缩写为RCMC)和方位角压缩(Azimuth Compression)。

关于距离多普勒算法及其各个步骤的详细细节和说明，例如可以从2014年7月24日版本的欧洲航天局(European Space Agency，ESA)的ASAR(Advanced SyntheticAperture Radar，高级合成孔径雷达)产品手册的第2.6.1.2.3章节“Range-Doppler”中得到，其可以在以下链接中看到：http://envisat.esa.int/handbooks/asar/toc.html。该手册的第1.1.2章节“Scientific Background”、尤其是第1.1.2.3子章节“SyntheticAperture Radar(SAR)”，还包含关于基于雷达的成像的进一步的信息、尤其是关于SAR的信息。

距离多普勒算法在按照本发明的应用中在特定条件下可以被简化，由此对图像原始数据的处理可以加速。例如在横向方向上的压缩(Range Compression)步骤中，作为在其中借助所谓的匹配滤波器(matched filter)执行的信号匹配滤波的替换，也可以直接对发射的信号和接收的回波之间的频率差进行评估。此外，如果借助前面提到的距离多普勒算法的四个步骤中的第二步骤(Azimuth FFT)和第三步骤(RCMC)，就已经可以获得具有足够细节度的图像，用于随后的速度的确定，则可以不执行第一和第四步骤，即横向方向上的压缩(Range Compression)和运动方向上的压缩(Azimuth Compression)。通过图像的简化生成，使得能够有利地进行下面将详细说明的用于确定车辆的速度的迭代处理。但是，为了提高随后的图像评估的精度，尤其是由此推导出的速度的精度，如果与过程相关的处理的速度允许，则可以以已知的方法执行这种算法的第一和第四步骤。

为了借助距离多普勒算法，根据借助SAR获得的图像原始数据，来生成记录，在已知的遥感中，需要每次辐射时的飞机的位置和速度的平行的准确的日志。尤其是距离多普勒算法的第二、第三和第四步骤(Azimuth FFT、RCMC和Azimuth Compression)分别考虑单独检测的速度。然而，在按照本发明的SAR的应用中，不存在关于辐射的相应的时间点的车辆的速度的准确信息，因此根据所获得的图像原始数据生成行驶路段的图像首先原则上是不可能的。但是本发明的首要目标不是生成图像，而是使用图像，以便借助图像来确定车辆的速度。

根据本发明，基于对如下图像的评估，来确定车辆当前的速度，这些图像考虑车辆的参考速度，借助前面提到的算法、尤其是距离多普勒算法而生成。下面，说明用于评估生成的图像以及基于此确定车辆的实际速度的两个根据本发明的方案。

第一方案涉及借助生成的图像的聚焦程度的确定来进行评估。示例性地提到的各种算法，在名称基于熵、梯度、拉普拉斯或小波分析的焦点计算下，或者作为根据Tenengrad、Vollath或Brenner的焦点计算，已经是已知的。例如在Pattern Recognition中、2013、第46卷、第5期、第1415-1432页中发表的Pertuz,Said；Puig,Domenec；Garcia,Miguel Angel的文章“Analysis of focus measure operators for shape-from-focus”中，可以获得这些算法的概览。此外，已经在遥感中使用计算图像焦点的方法，来进行运动补偿。在此，除了所描述的例如借助惯性导航系统来检测飞机的位置和运动数据以外，还附加地使用自动焦点计算方法，来识别与理想飞行轨迹的偏差。为了确定运动误差，这些计算方法需要多次计算SAR图像片段，以便在生成图像时，对运动误差进行补偿。

基于聚焦度的确定的按照本发明的第一方案的目的是，根据利用不同的参考速度生成的多个图像，确定具有良好的聚焦度的图像。利用准确地或足够准确地对应于车辆的实际速度的参考速度，生成了这个图像。

图5示出了基于图像的聚焦度的确定来确定车辆的速度的示例性方法的流程图200，其中，所述方法例如可以在速度确定设备27中运行，或者可以分布式地在如在图4a和4b中示出的速度确定设备27的多个处理器或集成电路中运行。所述方法在第一方法步骤201中开始。仅在所述方法的初始化中执行该第一方法步骤201，而在所述方法的随后的循环中，仅执行下面描述的方法步骤202至208。

在第二方法步骤202中，接收来自车辆的SAR的数字化的图像原始数据，并且在之后的第三方法步骤203中，例如借助前面描述的距离多普勒算法，根据图像原始数据，生成图像。在此，例如设备25或25.1根据第一接收天线13.1接收到的、由发射天线12或第一发射天线12.1发射的回波，向速度确定设备27提供数字化的图像原始数据。在此，为了进行处理，距离多普勒算法考虑参考速度，借助第四方法步骤204向算法馈送参考速度。该参考速度可以是在第五方法步骤205中确定的，例如借助前面描述的用于确定车辆的速度的已知方法或系统，尤其是基于多普勒偏移、一个或多个速度传感器的转速信息或者卫星支持的定位系统的数据，来确定该参考速度。在此，在第五方法步骤205中确定的参考速度的馈送，例如仅在第一次执行前面描述的距离多普勒算法的步骤时，或者在所述方法的第一次循环中进行一次。同样地，尤其当车辆从停车状态开始新或重新处于运动中时，在算法第一次运行时，可以首先采用为零的速度或者例如0.2km/h的低速。对于用于生成另外的图像的算法的随后的运行，参考速度可以对应于在所述方法的相应的先前的循环中确定并且暂存在存储设备中的车辆的速度。但是，车辆控制器的其它单元或部件可以以已知的方式，尤其是作为另外的冗余的速度值，来进一步考虑在第五方法步骤205中确定的参考速度。

当在第三方法步骤203中，在考虑所馈送的参考速度的情况下，生成图像之后，在接下来的第六方法步骤206中，借助前面示例性地提到的用于进行焦点计算的算法中的一个，来确定生成的图像的聚焦度。在接下来的第七方法步骤207中，对所确定的生成的图像的聚焦度进行评估。如果在第七方法步骤207中聚焦度被评估为不够好(分支“否”)，则在第四方法步骤204中，将参考速度增大或者减小预先给定的量值、例如0.05km/h或者0.1km/h，以向距离多普勒算法馈送，用于再一次处理接收到的相同的图像原始数据，以生成另一个图像。然而，如果在第七方法步骤207中，针对生成的图像确定的聚焦度被评估为足够好(分支“是”)，也就是说，利用如下参考速度生成了图像，该参考速度几乎或者准确地对应于车辆在SAR进行扫描的时间点的实际速度，则在接下来的第八方法步骤208中，将作为基础的参考速度作为确定的速度输出，即，向车辆控制器、尤其驱动和/或制动控制器的其它单元或部件，提供作为基础的参考速度。此外，如前面已经提到的，在存储设备中暂存该速度，以便由距离多普勒算法为了在所述方法的接下来的循环中生成第一图像而考虑该速度。

在第七方法步骤207中对所确定的生成的图像的聚焦度的评估，例如借助与预先给定的针对聚焦度的阈值的比较来进行。例如，如果所确定的聚焦度的值在该阈值以上或者对应于该阈值，则聚焦度被评价为足够好(分支“是”)，并且如所描述的，所述方法以第八方法步骤208继续进行。相反，对于所确定的聚焦度的值在该阈值以下的情况，聚焦度被评价为不够好(分支“否”)，并且如前面所描述的，所述方法以第四方法步骤204中的改变参考速度以及第三方法步骤203中的考虑修改后的参考速度生成新的图像继续进行。

作为所确定的图像的聚焦度的值与预先给定的阈值的比较的替换，例如也可以借助聚焦度的多个值的比较来进行评估。例如，如果在所述方法的先前的循环中，针对生成的图像，确定了车辆的速度，则除了该速度以外，还可以暂存作为该速度的基础的聚焦度的值。根据前面的描述，暂存在先前的循环中确定的速度，并且在所述方法的当前循环中，作为参考速度，考虑该速度，以便生成图像。以相同的方式，可以暂存在先前的循环中确定的聚焦度的值，并且作为与当前确定的聚焦度的值的比较的参考值，在当前循环的第七方法步骤207中使用。

如果这种比较的结果是，当前的聚焦度的值与暂存的聚焦度的值没有区别或仅有微小区别，则由此可以推断出，车辆的速度未改变或者仅在可检测的公差的范围内改变。在此，值的微小的不同例如可以通过与从参考值出发定义的下限阈值进行比较来检测。也就是说，如果当前确定的聚焦度的值，与作为参考值的暂存的聚焦度没有区别，或者在通过下限阈值定义的公差范围内，则在当前循环的第七方法步骤207中，当前确定的聚焦度的值被评价为足够好(分支“是”)，并且针对所述方法的接下来的循环进行暂存，并且在当前循环的第八方法步骤208中，将为了生成图像而考虑的参考速度，作为特定的速度输出。所述方法的接下来的循环再次在第二方法步骤202中开始，其中，接收来自SAR接下来对车辆的行驶路段的扫描的数字化的图像原始数据。

相反，如果值比较的结果是，当前确定的聚焦度的值小于暂存的先前的循环的聚焦度的值，并且在定义的下限阈值以下，则当前确定的聚焦度的值被评估为不够好(分支“否”)。随后，在接下来的第四方法步骤204中，将参考速度改变一个特定的、例如正的速度值。在此，丢弃当前确定的聚焦度的值，也就是说，不作为接下来的循环的参考值进行暂存。在第七方法步骤207中，又将接下来在第六方法步骤206中确定的、在第三方法步骤203中基于改变后的参考速度生成的图像的聚焦度的值，与暂存的先前的循环的聚焦度的值进行比较。如果该比较的结果是，接下来确定的值与暂存的值之间的差减小，并且此时在由下限阈值定义的公差范围内，则所确定的值被评估为足够好(分支“是”)。优选如果当前或接下来的聚焦度的值小于暂存的值，则丢弃当前或接下来的值，也就是说，不进行暂存。由此，防止由于作为第七方法步骤207中的比较的基础的暂存的聚焦度的值的减小，在所述方法的多个循环上出现的、对生成的图像的焦点的质量的要求的可能的逐渐加剧的降低。相反，如果当前或接下来的聚焦度的值大于暂存的值，则暂存该较大的值，并且相应地用作接下来的循环的参考值。

相反，在前面的示例中，如果第七方法步骤207中的接下来的值与暂存的值的比较得到的结果是，这些值的差虽然减小了，但是接下来的值仍然处于定义的下限阈值以下，由此处于公差范围外，则接下来的值又被评价为不够好(分支“否”)，并且在方法步骤204中，再次将参考速度改变预先给定的正的速度值。执行这些方法步骤，直至对于生成的图像，确定了至少位于定义的公差范围内、由此具有足够好的质量的聚焦度的值为止。

然而，在前面的示例中，如果由于使参考速度正向地增大预先给定的速度值，而使接下来的值和暂存的值之间的差增大，这又在第七方法步骤207中产生接下来的值不够好的评价，则将该循环的原始参考速度，改变相应的预先给定的负的速度值，因为能够根据变大的差推导出的车辆的速度，如果相对于先前的循环不增大，则减小。

所描述的基于对生成的图像的聚焦度的评价使参考速度接近车辆的实际速度，使得在第八方法步骤208中能够输出车辆的特定速度或表示该速度的值之前，可能必须在所述方法的一个循环中多次执行所描述的方法步骤203、206、207和204。在此，应当注意，周期性地输出借助所述方法确定的速度或速度值。考虑这些速度值的车辆的控制设备、尤其是用于列车的驱动和制动控制的控制设备，例如以10ms的周期时间工作。在该时间内，关于接下来的控制步骤进行计算，并且在经过该时间之后，向其它单元发送相应的控制指令。相应地，所描述的方法以与该周期时间匹配的方式，将特定的速度的值提供给控制设备。由此，设计确定速度使用的处理器、电路和存储设备设置，使得可以在该周期时间内执行所提到的方法步骤的多次迭代。

如果实际速度在两个相继的周期时间的时间段中没有改变，从而在第一循环中确定且在第二循环中考虑的参考速度继续对应于实际速度，则利用该参考速度生成的第二循环的第一图像已经具有足够好的聚焦度的值。由此，原则上，对于第二循环，将结束评估。然而，因为由于可使用的处理能力，可以在第二循环内进行另外的评估，因此可以利用例如增大了特定量值的参考速度和减小了相应的量值的参考速度，来执行另外的评估。如果与利用参考速度生成的图像相比，由此生成的图像中的一个具有更大的聚焦度的值，则将相应的增大或减小的参考速度，作为特定的速度输出，并且针对接下来的循环进行暂存。

第二方案涉及借助两个生成的图像的相关来进行评估。尤其与图2和4a中的图示对应，按照本发明的装置9的SAR具有一个发射天线12和两个接收天线13.1、13.2，接收天线13.1、13.2布置在发射天线两侧，并且彼此间以特定的间隔布置在壳体10内或上。替换地，与图4b中的图示对应，SAR也可以具有两个发射天线12.1、12.2以及相应地相关联的接收天线13.1和13.2。下面，仅考虑与图4a的装置对应具有唯一的发射天线12的情况。但是这些说明以相同的方式适用于具有两个发射天线的图4b的装置。在此，优选使两个发射天线12.1、12.2的辐射同步，并且对两个接收天线13.1、13.2的图像原始数据分配相同的时间戳。但是如果发射天线的辐射在时间上错开，则在接下来的速度的确定中，必须相应地考虑到这一点。

对于下面的描述，将沿车辆1的行驶方向F布置在发射天线12的前方或左侧的接收天线，定义为第一接收天线13.1，而将沿行驶方向布置在发射天线12的后侧或右侧的接收天线，定义为第二接收天线13.2。发射天线12以脉冲重复频率，向行驶路段、例如线路路基15的方向发射信号，车辆1在线路路基15上行驶。由上部结构中的物体、尤其是由道床的碎石引起的发射信号的回波，被装置9的接收天线13.1、13.2接收。两个接收天线13.1、13.2根据接收到的回波，借助合适的放大和滤波，相应地生成模拟图像信号，为了进行接下来的用于生成图像的处理，以已知的方式，将模拟图像信号转换为数字图像原始数据。此外，分别对与发射天线12的相应的辐射对应的接收天线13.1、13.2的数字图像原始数据，设置时间戳，接下来的车辆的速度的确定使用这些数据。

第二方案基于借助相关对行程的图像的比较。由于两个接收天线13.1、13.2彼此间的距离，接收天线13.1、13.2在不同的时间点接收到行程的相同路段的回波。这两个时间点之间的时间上的偏移与车辆的速度相关，借助所述方法来确定该速度。例如，如果可以检测最小0.2km/h的速度和最大500km/h的车辆的速度之间的速度范围，并且两个接收天线之间的距离例如为1000mm，则车辆在可检测的最小速度下需要大约18s，但是在可检测的最大速度下仅需要7.2ms，来经过与该距离对应的路程。由此，在该方案中，应当注意，在根据两个接收天线的图像原始数据，可以有意义地将行驶路程的相同路段的图像相关之前，车辆首先要经过特定的路程，该路程至少对应于两个接收天线之间的距离。因此，尤其在车辆从停车开始首次或重新起动时，首先，从车辆的可检测的最小速度起，并且在达到该最小速度之后另外经过大约18s之后，根据两个接收天线的图像原始数据，才有意义地生成图像的相关。然后，如果可以基于该关联，来确定车辆的速度，则可以基于两个接收天线的数字图像原始数据的准连续流，来进行随后的速度的确定，但是没有进一步的延迟。

此外，可以依据最大速度，来确定SAR的脉冲重复频率的大小。除了每单位时间的发射的斜坡的数量之外，脉冲重复频率还确定在特定速度下从扫描的行驶路段可以记录的、方位角方向上的图像序列的数量。在500km/h的最大速度和1000mm的接收天线的距离的情况下，方位角方向上的示例性的128像素的分辨率，需要7.2ms内的相应的数量的记录。由此获得18kHz的脉冲重复频率。为了获得这种高的脉冲重复频率，例如可以选择相对短的脉冲持续时间，这尤其由于雷达至行驶路段的相对小的距离和相应地短的信号运行时间而可以实现。

根据前面提到的与车辆的速度相关的时间偏移的值，同样明显的是，如果不是在车辆从停车状态首次或者重新起动时执行下面关于图6描述的方法，则需要对速度进行良好的评估。其用于估计行驶行程的相同路段的图像之间的时间偏移，以便能够从该时间偏移出发，在车辆的控制装置的典型的10ms的周期时间内，进行产生适合用于速度确定的相关结果的多个图像的相关。

从数学上来看，前面的描述可以表示如下。在车辆以速度v运动，并且已知接收天线彼此间的距离r的情况下，接收天线以如下的时间差经过行驶路径的同一个点

当两个接收天线经过同一个点时，它们接收相同的反射，并且由此生成相同的图像原始数据。用I₁(m，n)和I₂(m，n)表示两个接收天线的图像，其中，n表示距离方向上的图像点的索引，而m涉及行驶方向。在此，在行驶方向上，以如下的时间差扫描或存储相邻的图像点或像素，

其中，f_PRF表示脉冲重复频率。这种关系可以如下表示：

假设：

下面，作为下式来表示像素的间距

其中，Δm表示两个接收天线经过同一个点所需要的时间段期间的一个或多个发射天线的发射的数量。

相应地，可以通过下式来计算车辆的速度

因为适用

因此速度的分辨率不是无限地精细的。因此，如下定义归一化的速度的分辨率：

为了确定Δm，必须找到图像I₁和I₂的互相关的最大值。在此，如下计算互相关函数：

其中，

相关值最大的

表示图像移位或者图像偏移Δm的估计值，根据其，根据上面的等式来计算车辆的速度v(Δm)。在此，变量M和N定义所观察的图像的大小或者计算相关所考虑的图像点，其中，变量M定义行驶方向上的辐射的数量，并且变量N定义距离方向上的图像点的数量。

图6示出了用于确定车辆的速度的另一个示例性方法的流程图300，该方法基于根据两个接收天线的图像原始数据生成的图像的相关。与前面描述的图5的方法对应，该示例性地示出的方法可以在速度确定设备中运行，或者可以分布式地在速度确定设备的多个处理器或集成电路中运行。所述方法在第一方法步骤301中开始，其中，与前面描述的图5的方法对应，仅在所述方法的初始化中执行该方法步骤，而在所述方法的随后的循环中，执行第一方法步骤301之后的方法步骤。

在并行运行的第二方法步骤302.1、302.2中，分别接收两个接收天线的数字的图像原始数据，在第三方法步骤303.1、303.2中，又借助例如距离多普勒算法对这些图像原始数据进行处理，以生成图像。在此，不强制性地需要借助并行运行的算法的图像生成。作为其替换，也可以依次处理两个接收天线接收的扫描的数字图像原始数据，其中，例如，首先根据第一接收天线13.1的图像原始数据生成图像，并且暂存在存储设备中，随后借助该算法，根据第二接收天线13.2的图像原始数据生成一个或多个图像。但是由于要处理的图像原始数据的连续的流程，优选对图像原始数据进行并行处理。

为了生成图像，在第三方法步骤303.1、303.2中，相应的距离多普勒算法考虑参考速度，在第四方法步骤304中向算法馈送参考速度。在此，算法考虑相同的参考速度。与前面描述的图5的方法对应，可以事先在第五方法步骤305中确定该参考速度。在第五方法步骤305中确定的参考速度的馈送，又例如仅在第一次执行算法时进行一次。然而，替换地，在算法第一次运行时，也可以首先采用为零的速度或者例如0.2km/h的低速。对于相应的距离多普勒算法的随后的运行，作为参考速度，可以考虑在所述方法的相应的先前的循环中确定并且暂存在存储设备中的车辆的速度。

如前面已经提到的，生成图像所使用的算法同样可以被简化。特别是在示例性地提到的距离多普勒算法的情况下，在横向方向上的压缩(Range Compression)步骤中，作为在其中执行的信号匹配滤波的替换，也可以直接对发射的信号和接收的回波之间的频率差进行评估。此外，如果借助前面提到的距离多普勒算法的四个步骤中的第二步骤(AzimuthFFT)和第三步骤(RCMC)，就已经可以获得具有足够细节度的图像，这些图像能够实现适合用于速度确定的相关，则可以不执行第一和/或第四步骤，即相应的横向方向上的压缩(Range Compression)和运动方向上的压缩(Azimuth Compression)。由此，可以有利地加速对尤其是第二接收天线的图像原始数据的处理，从而可以在一个周期时间的可使用的时间段内，将根据第二接收天线的图像原始数据的更大数量的生成的图像，与根据第一接收天线的图像原始数据的生成的图像相关。

在接下来的第八方法步骤308中，将在第三方法步骤303.1、303.2中根据第一和第二接收天线的图像原始数据并且在考虑馈送的参考速度的情况下生成的图像相关。但是，如前面所说明的，在此应当注意，在可检测的速度范围在0.2km/h至500km/h之间，并且接收天线的距离为1000mm的情况下，行驶行程的相同路段的图像之间的时间差，可能在大约7ms至大约18s之间的范围内。由于时间差的这种大的可能的时间谱，需要在第八方法步骤308之前的第六方法步骤306.1中，将相应的根据第一接收天线的图像原始数据生成的图像，连同相关联的针对时间段的时间戳一起，存储在存储设备中。优选在此存储图像，直至所述方法关于该图像的循环，以输出所确定的车辆的速度的第十一方法步骤311结束为止。以相同的方式，也将根据第二接收天线的图像原始数据生成的相应的图像，连同相关联的时间戳一起，暂存在存储设备中，直至处于可以在第八方法步骤308中进行潜在的相关的时间范围外部为止。

在第七方法步骤307中，针对在接下来的第八方法步骤308中进行的相关，选择第一和第二接收天线的生成的图像。由于所描述的时间差，以及在典型的周期时间的时间段内数量有限的图像的可能的相关，为了针对第一相关选择第一和第二接收天线的图像，考虑参考速度。这在图6的流程图中通过第四方法步骤304和第七方法步骤307之间的虚线示出。从第一接收天线的第一图像开始，在第七方法步骤307中，在考虑参考速度的情况下，选择第二接收天线的第一图像，第二接收天线的第一图像的行驶行程的路段至少近似地对应于第一接收天线的第一图像的路段。作为用来确定用于针对第一相关选择第二接收天线的第一图像的时间差的参考速度，优选考虑进行选择的时间点当前的参考速度。选择该参考速度是有意义的，因为尤其在低速的情况下，或者在车辆急剧地正向或负向加速的情况下，在该时间差期间，即在第一接收天线扫描行驶行程的一个路段和第二接收天线扫描相同的路段之间的时间段内，车辆的速度可能明显地改变。因此，对于第二接收天线的图像的选择，作为参考速度，考虑尽可能当前的确定的速度。

在第七方法步骤307中选择第二接收天线的第一图像之后，在接下来的第八方法步骤308中，将第二接收天线的第一图像与第一接收天线的第一图像相关。在进行相关时，将两个图像的共同的图像部分进行比较。在之后的第九方法步骤309中，对相关的结果进行评估。如果相关被评估为足够好(分支“是”)，也就是说，图像具有大的相似度，或者以大的概率反映行驶行程的相同的路段，则所述方法在接下来的第十方法步骤310中继续。对相关的评估例如又可以借助结果与预先给定的阈值的比较来进行，阈值例如被定义为0.9。在该第十方法步骤310中，借助相关的图像的相应的时间戳，来确定时间差，并且根据所确定的该时间差以及已知的两个接收天线相互间的距离，来计算车辆的速度。随后，在接下来的第十一方法步骤311中，输出所确定的速度，即与前面描述的图5的流程图的第八方法步骤208对应，向车辆控制器、尤其车辆的驱动和/或制动控制器的其它单元或部件，提供所确定的速度。此外，作为新的参考速度，借助通过第四方法步骤304的馈送，在第三方法步骤303.1、303.2中的生成以及第七方法步骤307中的图像的选择中，考虑所确定的速度。

随后，在第七方法步骤307中，选择第一接收天线的接下来的第二图像。该第二图像例如相对于已经相关的第一接收天线的第一图像，可以具有对应于典型的周期时间的时间差。因此，在这种情况下，可能有意义的是，对于第一接收天线，每个周期时间仅生成一个图像，并且暂存在存储设备中，以便随后在一个周期时间内，将该图像与第二接收天线的一个或多个生成的图像相关。由此可以有利地减小生成和存储第一接收天线的图像所需要的计算或存储能力。

相反，如果在第九方法步骤309中，相关被评估为不够好(分支“否”)，则在接下来的第七方法步骤307中，选择第二接收天线的另外生成和暂存的第二图像，对该第二图像分配比之前选择的第一图像更早或更晚的时间戳，并且相应地表示车辆的更高或更低的速度。在此，用于与第一接收天线的第一图像相关的第二接收天线的第二图像的选择，又可以根据参考速度，并且必要时根据车辆的类型或者其正向和负向加速能力来进行。

前面关于图5和6描述的方案相应地使得能够相对准确且可靠地确定车辆的速度，尤其是关于图1示例性地描述的轨道车辆的速度。因为这两个方案使用相同或类似的设备、尤其是合成孔径雷达以及处理器、集成电路和存储设备，来执行相应的方法，因此它们也可以共同在按照本发明的装置中实现。在此，例如可以将借助这两个方案分别确定的速度彼此合成，以实现速度确定的更高的精度。此外，它们也可以作为冗余值彼此无关地输出。

Claims (12)

1.一种用于确定车辆(1)的速度的方法，所述方法具有以下步骤：

-接收(202、302.1、302.2)图像原始数据，所述图像原始数据借助合成孔径雷达根据对车辆的行驶路段的扫描而生成，

-根据接收到的图像原始数据，生成(203、303.1、303.2)所扫描的行驶路段的图像，其中，对于相应的图像的生成，考虑参考速度，

-关于至少一个标准方面，对至少一个生成的图像进行评估(206、308)，

-依据所述评估，来选择(207、309)图像，以及

-基于与所选择的图像相关联的至少一个信息，来确定(208、310)车辆的速度。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，

在评估(206)步骤中，针对生成的图像，确定聚焦度，并且作为标准，对所确定的聚焦度进行评估。

3.按照权利要求2所述的方法，其中，

作为用来在确定车辆的速度的步骤中进行确定的信息，将生成图像考虑的参考速度与图像相关联。

4.按照前述权利要求之一所述的方法，其中，

在评估(308)步骤中，将生成的图像与另一个图像进行比较，并且作为标准，对图像的相似度进行评估。

5.按照权利要求4所述的方法，其中，

在生成(303.1、303.2)步骤中，将相应的图像与关于扫描的时间点或生成图像的时间点的信息相关联，以及

在确定(310)步骤中，基于图像的相关联的时间点之间的时间上的差，来确定车辆的速度。

6.按照前述权利要求之一所述的方法，其中，

在生成(203、303.1、303.2)步骤中，作为参考速度，考虑在所述方法的先前的循环中确定的速度，或者借助用于确定速度的另一个设备确定的速度。

7.一种用于确定车辆(1)的速度的装置，所述装置至少具有

-合成孔径雷达，所述合成孔径雷达借助至少一个发射天线(12)和至少一个接收天线(13.1、13.2)扫描车辆的行驶路段，

-速度确定设备(27)，所述速度确定设备具有至少一个处理器设备和存储设备，借助所述速度确定设备，根据从雷达接收到的图像原始数据，在考虑参考速度的情况下，生成所扫描的行驶路段的图像；关于至少一个标准，对至少一个生成的图像进行评估；根据所述评估，来选择图像；并且基于与所选择的图像相关联的至少一个信息，来确定车辆(1)的速度。

8.按照权利要求7所述的装置，其中，

所述速度确定设备(27)设计为，确定至少一个生成的图像的聚焦度，并且作为标准，对所确定的聚焦度进行评估。

9.按照权利要求7或8所述的装置，其中，

所述速度确定设备(27)设计为，将至少一个生成的图像与另一个图像进行比较，并且作为标准，对图像的相似度进行评估。

10.按照权利要求7至9之一所述的装置，其中，

所述速度确定设备(27)设计为，对于至少一个图像的生成，作为参考速度，考虑由用于确定速度的另一个设备确定的速度。

11.按照权利要求7至10之一所述的装置，其中，

所述速度确定设备(27)设计为，控制雷达的至少一个发射天线(12)的辐射方向的改变。

12.一种车辆，所述车辆至少具有

按照权利要求7至11之一所述的装置，或者

用于执行按照权利要求1至6之一所述的方法的设备。

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