AT515554A4 - Ultrasonic sensor and method for locating objects - Google Patents

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AT515554A4 ATA50415/2014A AT504152014A AT515554A4 AT 515554 A4 AT515554 A4 AT 515554A4 AT 504152014 A AT504152014 A AT 504152014A AT 515554 A4 AT515554 A4 AT 515554A4
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Abstract

Ultraschallsensor (26, 37, 41) und Verfahren zur Ortung von Ob- jekten (7, 8, 17) im Raum mit Hilfe eines solchen Ultraschallsensors (26, 37, 41), der zumindest vier Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30) aufweist, wobei von einem externen oder von dem Ultraschallsensor (26) umfassten Ultraschallsender (43 bzw. 31) ein Ultraschallsignal (42 bzw. 9) abgestrahlt wird und von den Ultraschallempfängern (27, 28, 29, 30) des Ultraschallsensors (26) jeweils ein in zumindest einem zugeordneten Reflexionspunkt (33, 34, 35, 36) reflektiertes Ultraschallsignal (11) empfangen und zur Gewinnung zumindest einer Objektposition ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren parallel gewonnenen Objektpositionen diese nach einem Selektionskriterium se- lektiert werden, welches dadurch definiert ist, dass die der Objektposition jeweils zugeordneten zumindest vier Reflexionspunkte (33, 34, 35, 36) näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene im Raum liegen.Ultrasonic sensor (26, 37, 41) and method for locating objects (7, 8, 17) in space with the aid of such an ultrasonic sensor (26, 37, 41), the at least four ultrasonic receivers (27, 28, 29, 30 ), wherein an ultrasonic signal (42 or 9) is radiated from an ultrasonic transmitter (43 or 31) encompassed by the external or ultrasonic sensor (26) and transmitted by the ultrasonic receivers (27, 28, 29, 30) of the ultrasonic sensor (26). each one in at least one associated reflection point (33, 34, 35, 36) reflected ultrasonic signal (11) is received and evaluated to obtain at least one object position, characterized in that at several object positions obtained in parallel these are se lektiert according to a selection criterion, which is defined by the fact that the object position respectively associated at least four reflection points (33, 34, 35, 36) are approximately in a common plane in space.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von Objekten imRaum mit Hilfe eines Ultraschallsensors und einen entsprechendenUltraschallsensor mit zumindest vier Ultraschallempfängern, wo¬bei von einem externen oder von dem Ultraschallsensor umfasstenUltraschallsender ein Ultraschallsignal abgestrahlt wird und vonden Ultraschallempfängern jeweils ein in zumindest einem zuge¬ordneten Reflexionspunkt reflektiertes Ultraschallsignal empfan¬gen und zur Gewinnung zumindest einer Objektposition in einerAuswerteeinheit ausgewertet wird, welche mit den Ultraschallemp¬fängern verbunden ist.The invention relates to a method for locating objects in the room with the aid of an ultrasound sensor and a corresponding ultrasound sensor having at least four ultrasound receivers, an ultrasound signal being radiated from an external ultrasound transmitter or from the ultrasound sensor and from the ultrasound receivers each reflected in at least one associated reflection point Received ultrasonic signal and is evaluated to obtain at least one object position in an evaluation unit, which is connected to the Ultraschallemp¬fängern.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Ultraschallsensor bzw.ein von dem Ultraschallsensor implementiertes Verfahren für einezuverlässige Ortung von dreidimensionalen Objektpositionen (3D-Ortung) relativ zur Position des Ultraschallsensors anhand vondreidimensionalen Reflexionspunkten im Raum mittels Ultraschall.Dabei zielt die Erfindung vor allem auf beliebige nicht konkaveObjekte ab. Als Reflexionspunkt wird hier ein Punkt auf einem zuortenden Objekt bezeichnet, an dem das vom Ultraschallsender ab¬gestrahlte Ultraschallsignal reflektiert wird, bevor es zu einemder Ultraschallempfänger gelangt. Ein Reflexionspunkt ist daherjener Punkt auf der Oberfläche des Objekts, in dem die Reflexi¬onsbedingung für einen bestimmten Ultraschallsender und einenbestimmten, nämlich den zugeordneten Ultraschallempfänger (d.h.ein bestimmtes Sender-Empfänger-Paar) erfüllt ist. Im Allgemei¬nen sind daher die den Empfängern zugeordneten Reflexionspunktenicht identisch bzw. gibt es pro Objekt so viele Reflexionspunk¬te wie Empfänger. Der Ultraschallsensor ist zur Messung derLaufzeiten eines vom Ultraschallsender abgestrahlten, in den Re¬flexionspunkten reflektierten und von den Ultraschallempfängernempfangenen Ultraschallsignals eingerichtet. Aus den gemessenenLaufzeiten lässt sich bei bekannter Schallgeschwindigkeit derAbstand zwischen dem Ultraschallsensor und den Reflexionspunk¬ten, bzw. - genau genommen - die Summe der Abstände zwischen Ul¬traschallsender und Reflexionspunkt und Reflexionspunkt undUltraschallempfänger, ableiten. Der Ultraschallsensor kanngrundsätzlich als aktive Sensoreinrichtung mit einem eigenen Ul¬traschallsender oder als passive Sensoreinrichtung ohne eineneigenen Ultraschallsender ausgeführt sein. Die Ultraschallemp¬ fänger bzw. die Ultraschallsender sind nicht nur aus konstrukti¬ven Gründen, sondern auch um eine entsprechende Ortsauflösung zuerzielen, in Abständen voneinander angeordnet. Im Allgemeinenliegen daher bei mehreren Ultraschallsendern und/oder mehrerenUltraschallempfängern für dasselbe bzw. am selben Objekt ver¬schiedene Reflexionspunkte vor. Jeder Reflexionspunkt ist dabeieinem bestimmten Sender-Empfänger-Paar zugeordnet, wobei derEinfachheit halber bei einem einzigen Sender von einer Zuordnungzu den Empfängern gesprochen werden kann bzw. umgekehrt.In particular, the invention relates to an ultrasonic sensor or method implemented by the ultrasonic sensor for reliably locating three-dimensional object positions (3D localization) relative to the position of the ultrasonic sensor using three-dimensional reflection points in the space by means of ultrasound. The invention particularly targets any non-concave objects. As a reflection point here is a point on a zuortenden object referred to where the ultrasound emitted by the ultrasonic transmitter ultrasonic signal is reflected before it reaches one of the ultrasonic receiver. A reflection point is therefore that point on the surface of the object in which the reflection condition for a particular ultrasound transmitter and a particular, namely the associated ultrasound receiver (i.e. a particular transceiver pair) is met. In general, therefore, the reflection points associated with the receivers are not identical or there are as many reflection points per object as the receiver. The ultrasound sensor is set up for measuring the transit times of an ultrasound signal emitted by the ultrasound transmitter and reflected in the reflection points and received by the ultrasound receivers. From the measured running times, the distance between the ultrasonic sensor and the reflection points or, more precisely, the sum of the distances between ultrasound transmitter and reflection point and reflection point and ultrasound receiver can be derived at a known sound velocity. The ultrasound sensor can basically be embodied as an active sensor device with its own ultrasound transmitter or as a passive sensor device without its own ultrasound transmitter. The ultrasound receivers or the ultrasound transmitters are arranged at distances from one another not only for constructive reasons but also in order to achieve a corresponding spatial resolution. In general, therefore, in the case of several ultrasound transmitters and / or multiple ultrasound receivers, different reflection points exist for the same or the same object. Each reflection point is associated with a particular transceiver pair, and for the sake of simplicity, a single transmitter can be said to have an association with the receivers, and vice versa.

Es ist hinlänglich bekannt, mittels Ultraschallsensoren dieLaufzeit eines ersten reflektierten Ultraschallsignals (nachfol¬gend auch kurz Echo genannt) zu messen und daraus unter der An¬nahme, dass der Ursprung des Echos auf einer akustischen Achsedes Sensors liegt, diesen Ursprung, welcher dem Reflexionspunktdes Echos entspricht, zu orten. Derartige Sensoren sind für eineechte dreidimensionale Ortung jedoch ungeeignet, da keine Infor¬mation über die Richtung des Echos gewonnen wird. Zudem sinddiese Sensoren typischer Weise auf ein sehr enges Sehfeld einge¬schränkt (d.h. es werden Echos nur aus einem engen Raumwinkelempfangen), um etwaige Fehler bei der Annahme, dass der Ur¬sprung des Echos auf einer akustischen Achse des Sensors liegt,zu reduzieren.It is well known to use ultrasound sensors to measure the duration of a first reflected ultrasound signal (hereinafter also referred to as echo for short) and, on the assumption that the origin of the echo lies on an acoustic axis of the sensor, this origin, which corresponds to the reflection point of the echo corresponds, to locate. However, such sensors are unsuitable for true three-dimensional positioning since no information about the direction of the echo is obtained. Moreover, these sensors are typically confined to a very narrow field of view (i.e., echoes are received only from a narrow solid angle) to reduce any errors in assuming that the origin of the echo is on an acoustic axis of the sensor.

Darüber hinaus wurden bereits Sensoreinrichtungen zur 3D-0rtungvon Objekten mit mehreren Sendern und/oder Empfängern vorge¬schlagen. Um die nötige Richtungsinformation zu erhalten, sindmindestens drei Laufzeitmessungen erforderlich. Daher weisenetwa Sensoreinrichtungen zur Gestenerkennung mittels Ultra¬schall, wie sie für mobile Endgeräte vorgeschlagen wurden, inder Regel mehrere Sender auf. Beispielsweise zeigt dieWO 2011/048433 Al ein System mit mehreren Sendern und Empfängernzur Ermittlung mehrerer Echos und zur Berechnung der 3D Positi¬onsinformation einer Handbewegung. Weiters wurde von Kani-ak et al. (Kaniak, G.; Schweinzer, H., "A 3D Airborne UltrasoundSensor for High-Precision Location Data Estimation and Conjunc¬tion, " Instrumentation and Measurement Technology ConferenceProceedings, 2008. IMTC 2008. IEEE, pp.842,847, 12-15 May 2008,doi: 10.1109/IMTC.2008.4547154) bereits eine Sensoreinrichtung mit vier Ultraschallempfängern (Mikrophonen) zur Ortung der Re¬flexionspunkte beschrieben.In addition, sensor devices have already been proposed for the 3D-treatment of objects with several transmitters and / or receivers. To obtain the necessary directional information, at least three transit time measurements are required. Therefore, for example, sensor devices for gesture recognition by means of ultrasound, as proposed for mobile terminals, typically have a plurality of transmitters. For example, WO 2011/048433 A1 shows a system with multiple transmitters and receivers for detecting multiple echoes and for calculating the 3D position information of a hand gesture. Furthermore, Kani-ak et al. (Kaniak, G .; Schweinzer, H., " A 3D Airborne Ultrasound Sensor for High-Precision Location Data Estimation and Conjunction, " Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings, 2008. IMTC 2008. IEEE, pp.842,847, 12- 15 May 2008, doi: 10.1109 / IMTC.2008.4547154) already a sensor device with four ultrasonic receivers (microphones) for locating the Re¬flexionspunkte described.

Den bekannten Einrichtungen und Verfahren ist gemein, dass siemit mehrfachen Echos und/oder überlagerten Echos, sowie mit Si¬tuationen bei denen die Objektpositionen deutlich von den beider Ortung, d.h. bei der Berechnung der Objektpositionen, ver¬wendeten Modellen abweichen, nicht in geeigneter Weise umgehenkönnen. Insbesondere kommt es zu Schwierigkeiten, wenn die Lauf-zeitunterschiede zwischen zwei Echos an verschiedenen Objektengering sind. Bei mehr als einem Objekt kann daher oft nicht mehreindeutig festgestellt werden, welche Echos zusammengehören undfür die Berechnung der Objektposition kombiniert werden müssen.Jene Objekte, welche weiter als der maximale Abstand zwischenzwei Empfängern voneinander entfernt sind, können noch relativleicht auseinander gehalten werden, da die Laufzeitunterschiedezwischen den Echos bei einem einzelnen Objekt nicht größer seindürfen, als durch den Abstand zwischen den Empfängern vorgege¬ben. Wenn die Objekte allerdings näher beisammen liegen bzw.einen sehr ähnlichen Abstand von der Sensoreinrichtung haben,kann nur schwer festgestellt werden, welche Echos zusammengehö-ren, d.h. ihren Ursprung bzw. Reflexionspunkt am selben Objekthaben. Zur Umgehung dieses Problems wurden bereits aufwendigeVerfahren vorgeschlagen, bei denen beispielsweise anhand derPhasen- und Amplitudeninformation des Echos eine Zuordnung re¬konstruiert werden soll. Bei einfacheren Methoden werden ledig¬lich solche Kombinationen verworfen, für die keine geometrischeLösung für eine entsprechende Objektposition vorliegt. Dadurchwerden jedoch bei weitem nicht alle Mehrdeutigkeiten aufgelöst,insbesondere wenn mehr als drei Laufzeitmessungen vorliegen bzw.kombiniert werden können.The known devices and methods have in common is that they have multiple echoes and / or superimposed echoes, as well as with Si¬tuationen in which the object positions clearly from the two locating, i. in the calculation of the object positions, used models deviate, can not handle in a suitable manner. In particular, difficulties arise when the run-time differences between two echoes on different objects are low. For more than one object, therefore, it often can not be clearly determined which echoes belong together and must be combined to compute the object position. Those objects which are farther apart than the maximum distance between two receivers can still be relatively easily separated because the transit time differences between the echoes of a single object may not be greater than that predefined by the distance between the receivers. However, if the objects are closer together or have a very similar distance from the sensor device, it is difficult to determine which echoes belong together, i. have their origin or reflection point on the same object. To circumvent this problem, elaborate methods have already been proposed in which, for example, an assignment is to be reconstructed on the basis of the phase and amplitude information of the echo. In simpler methods, only those combinations are rejected for which there is no geometric solution for a corresponding object position. However, this does not resolve all ambiguities, in particular if more than three transit time measurements can be present or combined.

Solange die Ultraschallempfänger relativ nahe beisammen angeord¬net sind und alle Reflexionspunkte auf demselben Objekt liegen,kann die Objektposition anhand der Reflexionspunkte relativ ge¬nau ermittelt werden bzw. kann der durch die Verwendung ver¬schiedener Reflexionspunkte gemachte Fehler - je nach gegebenenGenauigkeitsanforderungen und Geometrie der Objekte (optimalsind Objekten mit ebenen oder konvexen Oberflächen, während bei konkaven Oberflächen mit vergleichsweise größeren Fehlern ge¬rechnet werden muss) - vernachlässigt werden. Wenn die Reflexi¬onspunkte jedoch auf unterschiedlichen Objekten liegen, kanndies zu falschen Objektpositionen führen. Dies liegt daran, dassdie einzelnen Laufzeitmessungen lediglich Abstandmessungen sindund keine Richtungsinformation enthalten. Die Richtungsinforma¬tion kann erst aus den Abweichungen zwischen den einzelnen Lauf-zeitmessungen abgeleitet werden.As long as the ultrasound receivers are arranged relatively close together and all the reflection points lie on the same object, the object position can be determined relatively accurately on the basis of the reflection points or the error made by the use of different reflection points - depending on the given accuracy requirements and geometry Objects (optimally, objects with flat or convex surfaces, whereas with concave surfaces with comparatively larger errors must be counted) - are neglected. However, if the reflection points are on different objects, this can lead to false object positions. This is because the individual transit time measurements are only distance measurements and do not contain directional information. The Richtungsinforma¬ tion can only be derived from the deviations between the individual run time measurements.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die im Stand der Technik beobach¬teten Nachteile zu beheben und einen Ultraschallsensor bzw. einVerfahren zum Betrieb eines solchen Ultraschallsensors zu schaf¬fen, welcher genaue und zuverlässige dreidimensionale Ortungsda¬ten (in Form von Objektpositionen) bereitstellt und somit dieVerarbeitung und letztlich die praktische Verwendung der gewon¬nenen Ortungsdaten erleichtert. Insbesondere ist es Aufgabe derErfindung, mit einem einzelnen Ultraschallsensor eine paralleleOrtung von mehreren Objekten in einem möglichst weiten Raumwin¬kel bei zugleich weitgehender Vermeidung von Objektpositi-ons-Artefakten (falsch erkannter Objektpositionen), welcheinsbesondere auf Unstetigkeitsstellen in den Objektoberflächenzurückzuführen sind, zu ermöglichen.It is an object of the invention to remedy the disadvantages observed in the prior art and to provide an ultrasonic sensor or a method for operating such an ultrasonic sensor, which provides accurate and reliable three-dimensional locating data (in the form of object positions) and thus the processing and ultimately the practical use of gewon¬nenen locating data easier. In particular, it is an object of the invention, with a single ultrasonic sensor, to enable a parallel alignment of a plurality of objects in as wide a space as possible while at the same time largely avoiding object position artifacts (incorrectly recognized object positions), which in particular are attributable to points of discontinuity in the object surfaces.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angeführtenArt erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei mehreren parallelgewonnenen Objektpositionen diese nach einem Selektionskriteriumselektiert werden, welches dadurch definiert ist, dass die derObjektposition jeweils zugeordneten zumindest vier Reflexions¬punkte näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene im Raum liegen.Die Näherung gilt insbesondere dann als eingehalten, wenn dieAbweichungen der Reflexionspunkte von einer gemeinsamen Ebeneweniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm, insbesondereweniger als 400 pm, weniger als 200 μιη, oder weniger als 100 μιηbetragen. Während die Abweichungen für ebene Oberflächen vom Ab¬stand unabhängig sind, können bei vorbekannten Objektgeometrienauch abstandsabhängige Grenzwerte eingesetzt werden (z.B. liegenim Falle einer Kugel, je weiter die Kugel vom Sensor entferntist, alle Reflexionspunkte desto näher beisammen, da nur einsehr kleiner Winkel notwendig ist um bei größerer Entfernung denThis object is achieved in a method of the initially mentioned kind according to the invention in that several object positions obtained in parallel are selected according to a selection criterion which is defined by the fact that the at least four reflection points assigned to the object position are approximately in a common plane in space. The approximation is particularly true when the deviations of the reflection points from a common plane are less than 5 mm, preferably less than 1 mm, in particular less than 400 pm, less than 200 μm, or less than 100 μm. While the deviations for plane surfaces are independent of distance, distance-dependent limits can also be used in previously known object geometries (eg in the case of a sphere, the farther the sphere is from the sensor, all the reflection points are closer together since only a very small angle is necessary) at a greater distance the

Abstand des Empfängers/Senders zu erreichen; dementsprechendsinkt die Abweichung der Reflexionspunkte von einer Ebene mitzunehmendem Abstand). Es ist dem Fachmann daraus unmittelbar er¬sichtlich, dass je nach Anforderungen der jeweiligen Anwendungund Genauigkeit der verwendeten Komponenten und gegebenenfallsabhängig vom Abstand und von den Sensorabmessungen ein entspre¬chend angepasster Toleranzbereich für das näherungsweise Krite¬rium gewählt wird. Die Reflexionspunkte sind dabei ihrerseitsverschiedenen Sender-Empfänger-Paaren bzw. - bei einem einzigenSender - verschiedenen Empfängern zugeordnet. Zur Selektion wer¬den die Reflexionspunkte selbst nicht als dreidimensionale Raum¬punkte ermittelt, sondern es wird lediglich überprüft, ob fürdie den Reflexionspunkten entsprechenden gemessenen Laufzeitenbzw. für die korrespondierenden Abstände und unter Berücksichti¬gung der Reflexionsbedingung eine Lösung existiert, bei der diedurch die Abstände charakterisierten Reflexionspunkte in einerEbene liegen. Da das Selektionskriterium bei bewegten Objekten(oder einem bewegten Sensor) im Allgemeinen nur zu einem Zeit¬punkt erfüllt ist, ist es zumindest in diesen Fällen wesentlich,dass die Messungen zu einem Zeitpunkt, d.h. zugleich und simul¬tan, durchgeführt werden, so dass die empfangenen und zur Rekon¬struktion einer Objektposition assoziierten reflektiertenUltraschallsignale auf ein uns dasselbe abgestrahlte Ultra¬schallsignal zurückgehen. Das Erfordernis der Mindestanzahl vonvier Messungen ergibt sich auf natürliche Weise, da es bei nurdrei Messungen immer möglich ist, eine Ebene zu finden, welchedie Reflexionsbedingung für die drei entsprechenden Reflexions¬punkte erfüllt. Der Vorteil und Erfolg des vorgeschlagenen Se¬lektionskriteriums liegt darin begründet, dass dieses zum Einenfür die erkennbaren Objekte keine wesentliche Einschränkung dar¬stellt, da die Reflexionspunkte aufgrund der Sensorgröße am Ob¬jekt geometrisch so nahe beieinander liegen, dass bereits eineabschnittsweise annähernd ebene Oberfläche zur Erfüllung desKriteriums ausreicht. Zum Anderen ist es zugleich höchst unwahr¬scheinlich, dass die Reflexionspunkte verschiedener Objekte zu¬fällig in einer gemeinsamen Ebene liegen. Aus diesen Gründenlassen sich mittels des angegebenen Selektionskriteriums z.B.Artefakte, welche aus einer Assoziation von Reflexionspunktenauf verschiedenen Objekten resultieren, erkennen und somit ver¬ meiden. Das Ortungsverfahren wird dadurch insgesamt robuster ge¬genüber Verfälschungen in Form von falschen oder nur scheinbarplausiblen Objektpositionen.Distance of the receiver / transmitter to reach; Accordingly, the deviation of the reflection points from a plane increases with increasing distance). It is directly apparent to the person skilled in the art that, depending on the requirements of the particular application and accuracy of the components used and optionally on the distance and on the sensor dimensions, a correspondingly adapted tolerance range for the approximate criterion is selected. The reflection points are in turn assigned to different transmitter-receiver pairs or-in the case of a single transmitter-to different receivers. For selection, the reflection points themselves are not determined as three-dimensional spatial points, but it is only checked whether the measured transit times corresponding to the reflection points are or are not determined. for the corresponding distances and taking into account the reflection condition, a solution exists in which the reflection points characterized by the distances lie in one plane. Since the selection criterion for moving objects (or a moving sensor) is generally satisfied only at one point in time, it is essential, at least in these cases, for the measurements to be taken at a time, i. at the same time and simulataneously, so that the received ultrasonic signals associated with the reconstruction of an object position are due to an ultrasound signal radiated to us the same. The requirement of the minimum number of four measurements arises naturally, since it is always possible to find a plane satisfying the reflection condition for the three corresponding reflection points with only three measurements. The advantage and success of the proposed classification criterion lies in the fact that on the one hand this is not a significant limitation for the recognizable objects since the reflection points on the object are geometrically close to one another due to the sensor size, so that a surface which is approximately even in some sections Meeting the criteria is sufficient. On the other hand, it is at the same time highly unlikely that the reflection points of different objects are located in a common plane. For these reasons, for example, artefacts resulting from an association of reflection points on different objects can be recognized and thus avoided by means of the specified selection criterion. As a result, the positioning method becomes more robust compared to falsifications in the form of false or only apparently plausible object positions.

Dementsprechend wird die oben angeführte Aufgabe bei einem Ul¬traschallsensor der eingangs angeführten Art erfindungsgemäß da¬durch gelöst, dass die Auswerteeinheit ein Selektionsmodulumfasst, welches bei mehreren parallel gewonnenen Objektpositio¬nen zur Ermittlung jener Objektpositionen eingerichtet ist, beidenen die der Objektposition jeweils zugeordneten zumindest vierReflexionspunkte näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene imRaum liegen. Das Selektionsmodul implementiert das oben im Zu¬sammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Detail erläu¬terte Selektionskriterium. Dass die Auswerteeinheit eingerichtetist, zumindest eine Objektposition aus den empfangenen Ultra¬schallsignalen zu gewinnen, bedeutet - für den Fachmann selbst¬verständlich - unter anderem, dass sie neben dem Selektionsmodulsämtliche zur Auswertung der empfangenen Ultraschallsignale not¬wendigen Elemente, wie z.B. typischer Weise eine Recheneinheit,einen Speicher und - im Fall einer Laufzeitmessung - einen Zeit¬geber, umfasst. Das Selektionsmodul kann als eigene Hardwareein¬heit oder vorzugsweise als Softwaremodul realisiert sein undbeispielsweise auch nachträglich in eine geeignete Sensorvor¬richtung bzw. deren Auswerteeinheit integriert werden. Es könnengrundsätzlich beliebige Gerätetypen für den Ultraschallsenderoder die Ultraschallempfänger verwendet werden. Beispielsweisekönnen ein breitbandiger elektrostatischer Wandler als Ultra¬schallsender und vier oder mehr kleine ungerichtete MEMS Mikro¬phone als Ultraschallempfänger verwendet werden.Accordingly, in the case of an ultrasound sensor of the type mentioned at the outset, the above-stated object is achieved in that the evaluation unit comprises a selection module which is set up to determine those object positions in the case of several object positions obtained in parallel, the at least four reflection points associated with the object position lie approximately in a common plane in the room. The selection module implements the selection criterion detailed above in connection with the method according to the invention. The fact that the evaluation unit is set up to obtain at least one object position from the received ultrasonic signals means, among others, that in addition to the selection module, all elements necessary for the evaluation of the received ultrasound signals, e.g. typically a computing unit, a memory and - in the case of a transit time measurement - a timer, includes. The selection module can be realized as a separate hardware unit or preferably as a software module and, for example, can also subsequently be integrated into a suitable sensor device or its evaluation unit. Any type of device may be used for the ultrasonic transmitter or the ultrasonic receivers. For example, a broadband electrostatic transducer can be used as the ultrasonic transmitter and four or more small non-directional MEMS microphones can be used as the ultrasonic receiver.

Generell zielt das vorliegende Verfahren nicht darauf ab, eineebene Oberfläche zu erkennen, sondern darauf, die Position desObjekts bzw. die Position eines dem Objekt entsprechenden äqui¬valenten Reflexionspunktes auf der Oberfläche des Objekts zu be¬stimmen. Aus diesem Grund muss die Bedingung, dass alleReflexionspunkte in einer Ebene liegen, auch nur näherungsweiseerfüllt sein, da sie in der Praxis nur für bestimmte Objektgeo¬metrien zutrifft: • im Fall einer ebenen Oberfläche ist sie klarerweise strengerfüllt; • im Fall einer Kugeloberfläche ist sie im Allgemeinen nichtexakt, sondern nur näherungsweise erfüllt, wobei die (virtuelle)Ebene die Kugel schneidet; konvergiert die Kugel zu einem Punkt,ist die Bedingung ebenfalls erfüllt; • im Fall eines Zylinders können sich bei entsprechender Ori¬entierung zwei Punkte wie bei einer Ebene verhalten. Die beidenweiteren Reflexionspunkte verhalten sich wie bei einer Kugel mitentsprechendem Radius; näherungsweise ist auch hier die Bedin¬gung wieder erfüllt.In general, the present method does not aim to detect a plane surface, but rather to determine the position of the object or the position of an equivalent reflection point corresponding to the object on the surface of the object. For this reason, the condition that all reflection points lie in one plane must also only be approximately fulfilled, since in practice it applies only to certain object geometries: in the case of a flat surface, it is clearly strict; In the case of a spherical surface, it is generally not exact, but only approximately fulfilled, with the (virtual) plane intersecting the sphere; if the ball converges to a point, the condition is also fulfilled; • in the case of a cylinder, two points may behave as if they were at one level, if aligned accordingly. The two further reflection points behave as with a sphere of corresponding radius; Approximately here too the condition is met again.

Um die Robustheit des vorliegenden Verfahrens noch weiter zusteigern, hat es sich als günstig herausgestellt, wenn der Ul¬traschallsensor zumindest fünf Ultraschallempfänger aufweist,wobei das Selektionskriterium dementsprechend dadurch definiertist, dass die der Objektposition jeweils zugeordneten zumindestfünf Reflexionspunkte im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebeneim Raum liegen. Erst mit einem fünften Sensor lassen sich auchArtefakte, welche bei bestimmten Symmetrien mit vier Sensorennicht erkennbar sind (z.B. wenn jeweils zwei Reflexionspunkteauf zwei verschiedenen Objekten mit parallelen Oberflächen lie¬gen), erkennen und vermeiden. Dementsprechend ist es auch beidem vorliegenden Ultraschallsensor günstig, wenn er zumindestfünf Ultraschallempfänger aufweist, welche mit der Auswerteein¬heit verbunden sind.In order to further increase the robustness of the present method, it has proven to be advantageous if the ultrasound sensor has at least five ultrasound receivers, the selection criterion correspondingly being defined by the fact that the at least five reflection points respectively associated with the object position lie substantially in a common plane in space , It is only with a fifth sensor that artifacts which are not recognizable in certain symmetries with four sensors (for example, if in each case two reflection points lie on two different objects with parallel surfaces) can be detected and avoided. Accordingly, it is also favorable in the present ultrasonic sensor if it has at least five ultrasonic receivers which are connected to the evaluation unit.

Um die weitere Verarbeitung der gewonnenen Ortungsdaten bzw. Ob¬jektpositionen zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn Objekt¬positionen, für welche keine gemeinsame Ebene gefunden werdenkann, als Artefakte erkannt und verworfen werden. Jene Objektpo¬sitionen, bei denen keine gemeinsame Ebene für die (hypotheti¬schen) Reflexionspunkte gefunden werden kann, erfüllen dasSelektionskriterium nicht und es ist daher vorteilhaft, diesebereits frühzeitig, z.B. noch im Ultraschallsensor, zu filternund nicht - wie die übrigen Ortungsdaten - z.B. über eine Da¬tenschnittstelle auszugeben.In order to facilitate further processing of the acquired location data or object positions, it is advantageous if object positions for which no common level can be found are recognized as artifacts and discarded. Those object positions in which no common plane can be found for the (hypothetical) reflection points do not satisfy the selection criterion and it is therefore advantageous to do so early, e.g. still in the ultrasonic sensor, and not - like the other location data - e.g. output via a data interface.

Eine einfache, rechnerisch effiziente und somit besonders rascheSelektion kann erzielt werden, wenn eine gerade Anzahl von Ul¬traschallempfängern in einer Ebene und in zumindest zwei bezüg¬lich eines gemeinsamen Mittelpunkts spiegelsymmetrischen Paarenangeordnet sind, wobei das Selektionskriterium dadurch definiertist, dass die gemittelte Flugzeit der Empfängerpaare im Wesent¬lichen übereinstimmt. Dieses Kriterium ist selbstverständlichäquivalent mit einem Vergleich der Summen der Laufzeiten. Das indiesem Fall auf ein so genanntes Mittenkriterium vereinfachteSelektionskriterium kann demzufolge durch eine einfache Mittel¬wertberechnung der Laufzeit für jedes Empfängerpaar und an¬schließenden Vergleich der resultierenden Mittelwerte überprüftwerden. Dementsprechend ist es im Zusammenhang mit dem vorlie¬genden Ultraschallsensor besonders vorteilhaft, wenn zumindestein Teil der Ultraschallempfänger in einer Ebene und in zumin¬dest zwei bezüglich eines gemeinsamen Mittelpunkts spiegelsymme-trischen Paaren angeordnet ist. Demgegenüber hat eineasymmetrische Anordnung der Empfänger den Vorteil, dass eine Er¬kennung von Artefakten in mehr Situationen als bei einer symme¬trischen Konstruktion möglich ist.A simple, computationally efficient and thus particularly rapid selection can be achieved if an even number of ultrasound receivers are arranged in one plane and in at least two with respect to a common center of mirror-symmetric pairs, the selection criterion being defined by the averaged flight time of the receiver pairs essentially matches. This criterion is of course equivalent to a comparison of the sums of maturities. The selection criterion simplified in this case to a so-called center criterion can therefore be checked by a simple mean value calculation of the transit time for each receiver pair and subsequent comparison of the resulting average values. Accordingly, in connection with the present ultrasonic sensor, it is particularly advantageous if at least a part of the ultrasound receivers is arranged in one plane and at least two mirror-symmetrical pairs with respect to a common center. In contrast, an asymmetrical arrangement of the receivers has the advantage that it is possible to detect artifacts in more situations than in the case of a symmetrical design.

In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig herausgestellt,wenn nach der Überprüfung des Selektionskriteriums anhand derEmpfängerpaare eine Ebene auf Basis der von den Empfängerpaarengemessenen Laufzeiten ermittelt wird und für einen zweiten Teilvon Ultraschallempfängern, welche nicht in spiegelsymmetrischenPaaren angeordnet sein müssen, überprüft wird, ob die diesen Ul¬traschallempfängern zugeordneten Reflexionspunkte in der ermit¬telten Ebene liegen, wobei andernfalls das Selektionskriteriuminsgesamt nicht erfüllt ist. Für den Fall, dass außer den symme¬trisch angeordneten Empfängerpaaren weitere Empfänger vorgesehensind, kann das Selektionskriterium somit in einem zweistufigenProzess ausgewertet werden, wobei in einem ersten Schritt dasoben geschilderte und effizient überprüfbare Mittenkriterium an¬gewendet wird und anschließend nur jene Kombinationen von Refle¬xionspunkten berücksichtigt werden, welche das Mittenkriteriumerfüllen. Die vergleichsweise rechenaufwendigere Überprüfung, obauch die von den nicht symmetrisch angeordneten Ultraschallemp¬fängern gemessenen Laufzeiten mit der ermittelten Ebene konsis- tent sind, erfolgt dabei nur für eine vergleichsweise kleine,weil bereits vorselektierte Anzahl von Kombinationen. DiesesVerfahren kann insbesondere bei Verwendung eines fünften Ultra¬schallempfängers zusammen mit vier symmetrisch angeordneten Ul¬traschallempfängern zum Einsatz kommen.In this context, it has proved to be advantageous if, after checking the selection criterion on the basis of the receiver pairs, a plane is determined on the basis of the transit times measured by the receiver pairs and it is checked for a second part of ultrasound receivers which need not be arranged in mirror-symmetrical pairs Ul¬traschallempfängern associated reflection points lie in the ermit¬telten level, otherwise the Auswahlkriteriumin total is not met. In the event that other receivers are provided in addition to the symmetrically arranged receiver pairs, the selection criterion can thus be evaluated in a two-stage process, wherein in a first step the above-described and efficiently verifiable center criterion is applied and subsequently only those combinations of reflection points are taken into account, which fulfill the middle criteria. The comparatively more computationally intensive examination, although the transit times measured by the non-symmetrically arranged ultrasonic receivers are consistent with the determined plane, takes place only for a comparatively small number of combinations, which have already been preselected. This method can be used in particular when using a fifth ultrasound receiver together with four symmetrically arranged ultrasound receivers.

Ein besonders effizientes Verfahren zur Überprüfung des Selekti¬onskriteriums kann zur Anwendung kommen, wenn die Empfängerpaareden gleichen Abstand zwischen Ultraschallsender und Ultraschall¬empfängern aufweisen, wobei insbesondere die Empfänger in einerder Anzahl n der Ultraschallempfänger entsprechenden n-zähligenDrehsymmetrie angeordnet sind, wobei ein äquivalenter Reflexi¬onspunkt für alle Empfänger auf Basis der von den Empfängerpaa¬ren gemessenen Laufzeiten ermittelt wird und für einen zweitenTeil von Ultraschallempfängern, welche nicht symmetrisch ange¬ordnet sein müssen, überprüft wird, ob die diesen Ultraschall¬empfängern zugeordneten Reflexionspunkte mit dem äquivalentenReflexionspunkt konsistent sind, wobei andernfalls das Selekti¬onskriterium insgesamt nicht erfüllt ist. Mit dem Abstand d zwi¬schen dem Ultraschallsender und den einzelnenA particularly efficient method for checking the selection criterion may be used if the receiver pairs have the same distance between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receivers, wherein in particular the receivers are arranged in an n-fold rotational symmetry corresponding to the number n of ultrasound receivers, with an equivalent reflection for all receivers on the basis of the transit times measured by the receiver pairs and for a second part of ultrasound receivers, which need not be arranged symmetrically, it is checked whether the reflection points associated with these ultrasound receivers are consistent with the equivalent reflection point; Otherwise, the selection criterion is not fulfilled. With the distance d zwi¬ the ultrasonic transmitter and the individual

Ultraschallempfängern kann die Position des äquivalenten Refle¬xionspunktes wie folgt berechnet werden:For ultrasonic receivers, the position of the equivalent reflection point can be calculated as follows:

(1) wobei li jeweils der einer vom Ultraschallempfänger i gemessenenLaufzeit entsprechende Abstand ist. Da hiermit der äquivalenteReflexionspunkt bekannt ist, können die zu erwartenden Laufzei¬ten für den oder die weiteren Ultraschallempfänger sofort be¬rechnet werden. D.h. die Reflexionspunkte der weiteren Empfängersind genau dann konsistent, wenn ihr Abstand näherungsweise demAbstand des äquivalenten Reflexionspunktes entspricht.(1) where li is a distance corresponding to a running time measured by the ultrasonic receiver i, respectively. Since the equivalent reflection point is known, the expected running times for the further ultrasonic receiver (s) can be calculated immediately. That the reflection points of the other receivers are consistent if and only if their distance is approximately equal to the distance of the equivalent reflection point.

Das vorliegende Verfahren ist besonders für jene Fälle geeignet,bei denen die Objektpositionen mehrerer Objekte ausgehend voneinem einzigen abgestrahlten Ultraschallsignal (z.B. von einemUltraschallsensor mit nur einem einzigen Ultraschallsender) er¬mittelt werden. Derartige Szenenanalysen sind von dem Problemder Artefakte besonders stark betroffen, so dass das vorge¬schlagene Selektionskriterium hier entscheidende Verbesserungenermöglicht.The present method is particularly suitable for those cases where the object positions of multiple objects are determined based on a single radiated ultrasound signal (e.g., from an ultrasound sensor having only a single ultrasound transmitter). Such scene analyzes are particularly strongly affected by the problem of artifacts, so that the suggested selection criterion makes decisive improvements possible here.

Aufgrund der hohen Aussagekraft des oben dargestellten Selekti¬onskriteriums können bei dessen Verwendung beim Empfang von mehrals einem reflektiertem Ultraschallsignal in einem Empfänger,die Objektpositionen durch Bildung aller möglicher Kombinationenvon Reflexionspunkten, wobei jeder Reflexionspunkt einem anderenUltraschallempfänger zugeordnet ist, ermittelt werden. Die Re¬flexionspunkte sind dabei in der Regel nicht als dreidimensiona¬le Punkte bekannt, sondern lediglich durch ihren (gemessenen)Abstand vom Ultraschallsensor charakterisiert. Die naturgemäßgroße Anzahl von Kombinationen - welche mit der Anzahl der vor¬handenen Objekte wesentlich steigt - kann alleine durch das Se¬lektionskriterium auf die gültigen Kombinationen reduziertwerden, d.h. es können weitere, wesentlich aufwendigere Selekti¬onsmechanismen, wie z.B. unter Berücksichtigung der Richtcharak¬teristik bzw. der Amplitude und/oder Phase der empfangenenEchos, entfallen.Due to the high significance of the selectivity criterion set forth above, when it is used in receiving more than one reflected ultrasonic signal in a receiver, the object positions can be determined by forming all possible combinations of reflection points, with each reflection point associated with another ultrasonic receiver. As a rule, the reflection points are not known as three-dimensional points, but merely characterized by their (measured) distance from the ultrasound sensor. The naturally large number of combinations - which increases substantially with the number of existing objects - can be reduced to the valid combinations solely by the classification criterion, i. it may be further, much more expensive Selekti¬onsmechanismen such. taking into account the Richtcharak¬teristik or the amplitude and / or phase of the received echoes eliminated.

Ganz allgemein und insbesondere im Zusammenhang mit der Kombina¬torik aller Reflexionspunkte ist es günstig, wenn Objektpositio¬nen, bei denen der maximale Abstand zwischen zwei jeweilszugeordneten Reflexionspunkten den maximalen Abstand zwischenzwei Ultraschallempfängern übersteigt, vor der Selektion verwor¬fen werden. Da dieses Kriterium rechnerisch noch einfacher zurealisieren ist als selbst das oben dargestellte Mittenkriteri¬um, sollte es gegebenenfalls vor allen anderen Selektionsschrit¬ten überprüft werden.Quite generally, and in particular in conjunction with the combination of all reflection points, it is favorable if object positions in which the maximum distance between two respectively assigned reflection points exceeds the maximum distance between two ultrasound receivers are rejected before the selection. Since this criterion is even simpler to realize than even the center criterion shown above, it should if necessary be checked before all other selection steps.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugtenAusführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt seinsoll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter er- läutert. In den Zeichnungen zeigen dabei im Einzelnen:The invention will be further elucidated on the basis of particularly preferred embodiments, to which it should not be restricted, and with reference to the drawings. The drawings show in detail:

Fig. 1A ein Beispiel für einen aktiven Ultraschallsensor ge¬mäß Stand der Technik mit nur drei Ultraschallempfängern undFig. 1B ein Zeit-Diagramm der von den drei Empfängern erkanntenUltraschallSignale;1A shows an example of an active ultrasonic sensor according to the prior art with only three ultrasonic receivers and FIG. Figure 1B is a timing diagram of the ultrasonic signals detected by the three receivers;

Fig. 2 eine Anwendung eines Ultraschallsensors gemäß Fig. 1bei leicht versetzt angeordneten Objekten;FIG. 2 shows an application of an ultrasonic sensor according to FIG. 1 with objects arranged slightly offset; FIG.

Fig. 3 einen aktiven Ultraschallsensor mit vier Ultraschall¬empfängern bei einer Anwendung gemäß Fig. 2;3 shows an active ultrasonic sensor with four ultrasonic receivers in an application according to FIG. 2;

Fig. 4A einen aktiven Ultraschallsensor mit vier Ultra¬schallempfängern bei einer Anwendung gemäß Fig. 1A und Fig. 4Bdas zugeordnete Zeit-Diagramm, vergleichbar Fig. 1B;4A shows an active ultrasonic sensor with four ultrasound receivers in an application according to FIG. 1A and FIG. 4B the associated time diagram, comparable to FIG. 1B;

Fig. 5 einen aktiven Ultraschallsensor mit fünf Ultraschall¬empfängern bei einer Anwendung gemäß Fig. 2;5 shows an active ultrasonic sensor with five ultrasonic receivers in an application according to FIG. 2;

Fig. 6 schematisch einen Anwendungsfall eines aktiven Ultra¬schallsensors mit fünf Ultraschallempfängern in einer Umgebungmit Retroreflektoren;6 schematically shows an application of an active ultrasound sensor with five ultrasound receivers in an environment with retroreflectors;

Fig. 7 schematisch einen Anwendungsfall eines passiven Ul¬traschallsensors mit fünf Ultraschallempfängern in einer mit ex¬ternen Ultraschallsendern versehenen Umgebung;7 schematically shows an application of a passive ultrasound sensor with five ultrasound receivers in an environment provided with external ultrasound transmitters;

Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf einen aktiven Ultra¬schallsensor gemäß Fig. 5; undFIG. 8 is a schematic plan view of an active ultrasound sensor according to FIG. 5; FIG. and

Fig. 9 ein schematisches Blockschaltbild eines Ultraschall¬sensors .9 is a schematic block diagram of an ultrasonic sensor.

In Fig. 1A und 1B ist die grundsätzliche Schwierigkeit einer Zu¬ordnung der Echos von zwei verschiedenen Objekten illustriert.Fig. 1A zeigt dabei schematisch einen aktiven Ultraschallsensor1 mit drei Ultraschallempfängern 2, 3, 4 und mit einem Ultra¬schallsender 5, wobei die Ultraschallempfänger 2, 3, 4 und derUltraschallsender 5 in einer gemeinsamen Ebene 6 angeordnetsind. Der Ultraschallsender 5 gibt zur Ortung der Objekte 7, 8ein kurzes breitbandiges Ultraschallsignal 9, beispielsweise einlinear freguenzmoduliertes Signal mit einer Länge von einigenhundert Mikrosekunden und einer auf den Sender abgestimmtenBandbreite, z.B. 30 kHz, ab. Das abgegebene Ultraschallsignal 9wird an Objekten 7, 8 in der Umgebung des Ultraschallsensors 1reflektiert. Jene Punkte einer Objektoberfläche, welche die Re¬flexionsbedingung für ein Sender-Empfänger-Paar des Ultraschall- sensors 1 erfüllen, werden als Reflexionspunkte bezeichnet. D.h.das vom Ultraschallsender 5 abgestrahlte bzw. emittierte Ultra¬schallsignal 9 wird in den Reflexionspunkten auf jeweils einender Ultraschallempfänger 2, 3, 4 reflektiert. Die hier in derUmgebung des Ultraschallsensors 1 und in einem ähnlichen Abstandvom Ultraschallsensor 1 angeordneten Objekte 7, 8 sind kugelför¬mig bzw. annähernd punktförmig, so dass die drei Reflexionspunk¬te in diesem Fall im Wesentlichen in einem Punkt zusammenfallenund deshalb nicht separat dargestellt sind. Ein von dem Ultra¬schallsender 5 abgestrahltes Ultraschallsignal 9 wird an denbeiden Objekten 7, 8 jeweils im Wesentlichen in den gesamten demUltraschallsender 5 zugewandten Halbraum reflektiert. Somit er¬reichen jeden Ultraschallempfänger 2, 3, 4 jeweils sowohl einvon dem ersten Objekt 7 reflektiertes Ultraschallsignal 10 alsauch ein von dem zweiten Objekt 8 reflektiertes Ultraschallsi¬gnal 11. Das Zeit-Diagramm 12 in Fig. 1B weist drei separateZeitachsen 13, 14, 15 für jeweils einen Ultraschallempfänger 2, 3, 4 auf, welche den drei Empfänger-Kanälen entsprechen. Auf denZeitachsen 13, 14, 15 sind jeweils die beiden Zeitpunkte ti, t2,t3 des Empfangs der beiden reflektierten Ultraschallsignale 10, 11 eingezeichnet, wobei das vom ersten Objekt 7 reflektierte Ul¬traschallsignal 10 als durchgezogene vertikale Linie und das vomzweiten Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal 11 als gestri¬chelte vertikale Linie eingezeichnet sind. Die für die Ortungrelevante Laufzeitinformation der einzelnen Ultraschallempfänger2, 3, 4 bzw. die entsprechende Abstandsinformation wird durchKorrelation der einzelnen Empfänger-Kanäle anhand von vorherge¬sagten oder erlernten Korrelationsmustern gewonnen. Dabei werdendie gemessenen Ultraschallsignale gruppiert, wobei jede Gruppe16 aus jeweils einer Laufzeitmessung ti aus jedem Empfänger-Kanalbesteht. Im Fall von n Ultraschallempfängern bzw. Mikrophonenbesteht eine Gruppe 16 aus genau n Laufzeitmessungen ti, wobei tieine Laufzeitmessung des Kanals i repräsentiert. Dabei werdenvorzugsweise nur gültige Gruppen 16 gebildet, wobei eine Gruppe16 dann und nur dann gültig ist, wenn die Bedingung (ti-tj-c &lt; V 1 &lt; i,j &lt; n (2) erfüllt ist, wobei c die Schallgeschwindigkeit in der Umgebung des Ultraschallsensors 1 und dij der physikalische Abstand zwi¬schen den Ultraschallempfängern i und j ist. Dabei kann eine be¬stimmte Laufzeitmessungen ti grundsätzlich mehreren Gruppenangehören. Eine Auswahl einer für die Ortung eines Objekts ver¬wendeten Gruppe 16 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dasszeitlich nahe beisammen liegende Signale bevorzugt werden. DieseZuordnung basiert im Grunde auf der Annahme, dass verschiedeneObjekte in unterschiedlichem Abstand vom Ultraschallsensor 1 an¬geordnet sind. Da dies im gezeigten Fall (s. Fig. 1A) jedochnicht zutrifft, ist die Zuordnung zur Gruppe 16 falsch und dieaus den einander zugeordneten Signalen rekonstruierten Objektpo¬sitionen sind daher ebenfalls fehlerhaft. Die tatsächlichen Po¬sitionen der Objekte 7, 8 können bei einer solchen Zuordnungnicht erkannt werde.FIGS. 1A and 1B illustrate the basic difficulty of assigning the echoes of two different objects. FIG. 1A schematically shows an active ultrasonic sensor 1 with three ultrasonic receivers 2, 3, 4 and with an ultrasonic transmitter 5, wherein the ultrasonic receivers 2, 3, 4 and the ultrasonic transmitter 5 are arranged in a common plane 6. The ultrasonic transmitter 5 provides a short broadband ultrasonic signal 9 for locating the objects 7, 8, for example a linearly frequency-modulated signal with a length of a few hundred microseconds and a band width tuned to the transmitter, e.g. 30 kHz, from. The emitted ultrasonic signal 9 is reflected on objects 7, 8 in the vicinity of the ultrasonic sensor 1. Those points of an object surface which fulfill the reflection condition for a transmitter-receiver pair of the ultrasonic sensor 1 are referred to as reflection points. D.h.das emitted or emitted by the ultrasonic transmitter 5 Ultra¬ sound signal 9 is reflected in the reflection points on each einender ultrasonic receiver 2, 3, 4. The objects 7, 8 arranged here in the vicinity of the ultrasound sensor 1 and at a similar distance from the ultrasound sensor 1 are spherical or approximately punctiform, so that the three reflection points in this case substantially coincide in one point and therefore are not shown separately. An ultrasound signal 9 emitted by the ultrasound transmitter 5 is reflected on the two objects 7, 8 in each case essentially into the entire half space facing the ultrasound transmitter 5. Thus, each ultrasound receiver 2, 3, 4 receives both an ultrasound signal 10 reflected by the first object 7 and an ultrasound signal 11 reflected by the second object 8. The time diagram 12 in FIG. 1B has three separate time axes 13, 14, 15 for each ultrasonic receiver 2, 3, 4, which correspond to the three receiver channels. The two time points ti, t2, t3 of the reception of the two reflected ultrasonic signals 10, 11 are plotted on the time axes 13, 14, 15, wherein the ultrasound signal 10 reflected by the first object 7 is shown as a solid vertical line and the ultrasonic signal reflected by the second object 8 11 are drawn as a gestri¬chelte vertical line. The time-related information of the individual ultrasonic receivers 2, 3, 4 or the corresponding distance information is obtained by correlation of the individual receiver channels on the basis of predicted or learned correlation patterns. In this case, the measured ultrasonic signals are grouped, each group 16 consisting of a respective transit time measurement ti from each receiver channel. In the case of n ultrasound receivers or microphones, a group 16 consists of exactly n transit time measurements ti, with tieine transit time measurement of the channel i representing. In this case, only valid groups 16 are preferably formed, a group 16 being valid if and only if the condition (ti-tj-c <V 1 <i, j <n (2) is fulfilled, where c is the speed of sound in The range of the ultrasound sensor 1 and the physical distance between the ultrasound receivers i and j can in principle include a selected transit time measurements t.sub.i.sup.2.This can be selected, for example, by a group 16 used for locating an object. This allocation is basically based on the assumption that different objects are arranged at different distances from the ultrasonic sensor 1. However, since this is not the case in the case shown (see Fig. 1A), the assignment to the group 16 Therefore, false object positions and object positions reconstructed from the signals assigned to one another are also erroneous The objects 7, 8 can not be recognized in such an assignment.

In Fig. 2 ist ein weiterer potentieller Fehlerfall dargestellt,welcher sich mit nur drei Ultraschallempfängern 2, 3, 4 nichtanhand der gemessenen Laufzeiten erkennen oder lösen lässt. Da¬bei weist ein Objekt 17 eine Unstetigkeitsstelle 18 in Form ei¬ner Stufe auf. Der Übergang an der Unstetigkeitsstelle 18, d.h.in diesem Fall die Höhe der Stufe, ist dabei kleiner als der Ab¬stand zwischen den Ultraschallempfängern 2, 3, 4, so dass dieBedingung (2) erfüllt ist. Die den einzelnen Ultraschallempfän¬gern 2, 3, 4 zugeordneten Reflexionspunkte 19, 20, 21 liegen aufbeiden Seiten der Unstetigkeitsstelle 18 und daher in verschie¬denen Abschnitten 22, 23 der Oberfläche des Objekts 17. Im ge¬zeigten Fall ist ein Reflexionspunkt 21 weiter vomUltraschallsensor 1 entfernt als die anderen beiden Reflexions¬punkte 19, 20. Es wird angenommen, dass zur Ortung des Objekts17 nur die den drei Reflexionspunkten 19, 20, 21 entsprechendengemessenen Laufzeiten zur Verfügung stehen. Aus den drei Lauf¬zeiten kann durch Trilateration jener Punkt im Raum berechnetwerden, für den der Abstand von den drei mit dem Ultraschallsen¬der 5 und jeweils einem der Ultraschallempfänger 2, 3, 4 gebil¬deten Sender-Empfänger-Paaren den gemessenen Laufzeitenentspricht (siehe z.B. Manolakis, D.E., &quot;Efficient solution andperformance analysis of 3-D position estimation by trilaterati¬on, &quot; Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on ,vol.32, no.4, pp.1239,1248, Oct 1996 doi: 10.1109/7.543845).FIG. 2 shows a further potential error case which can only be detected or solved with the aid of the measured transit times with only three ultrasound receivers 2, 3, 4. An object 17 has a point of discontinuity 18 in the form of a step. The transition at the point of discontinuity 18, i.e. in this case the height of the step, is smaller than the distance between the ultrasonic receivers 2, 3, 4, so that the condition (2) is fulfilled. The reflection points 19, 20, 21 associated with the individual ultrasonic receivers 2, 3, 4 lie on both sides of the point of discontinuity 18 and therefore in different sections 22, 23 of the surface of the object 17. In the case shown, a reflection point 21 is wider The ultrasound sensor 1 is removed from the other two reflection points 19, 20. It is assumed that only the transit times measured in accordance with the three reflection points 19, 20, 21 are available for locating the object 17. From the three running times, the point in space can be calculated by trilateration, for which the distance from the three transmitter-receiver pairs formed with the ultrasonic transmitter 5 and in each case one of the ultrasonic receivers 2, 3, 4 corresponds to the measured transit times ( See, for example, Manolakis, DE, &quot; Efficient solution and performance analysis of 3-D position estimation by trilateration, &quot; Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on, vol.32, no.4, pp.1239,1248, Oct, 1996 doi: 10.1109 / 7.543845).

Geometrisch kann man sich diese Berechnung damit veranschauli¬chen, dass für drei gedachte Sphären, deren Radien die jeweilsden gemessenen Laufzeiten entsprechenden Abstände sind, eine ge¬meinsame Tangentialebene (nicht gezeigt) ermittelt wird, unddass als die gesuchte Objektposition jener Punkt in der Tangen¬tialebene angenommen wird, welcher dem Ultraschallsender 5 amnächsten liegt. Grundsätzlich würde diese Rekonstruktionsmethodefür eine 3D Ortung ausreichen, allerdings ist sie nicht robustgegenüber Messfehlern und gegenüber Fehler aufgrund der implizi¬ten Annahmen betreffend die Objektgeometrie. Insbesondere impli¬ziert diese Berechnung, dass alle Reflexionspunkte auf demselbenObjekt liegen und dass die Form bzw. Art des Objekts vernachläs¬sigt werden kann. In der in Fig. 2 gezeigten Situation schlägtdiese Annahme jedoch fehl: aufgrund der verschiedenen Abständeder drei Reflexionspunkte 19, 20, 21 in Fig. 2 weist die ange¬nommene Tangentialebene eine Neigung auf, welche nicht den rea¬len Gegebenheiten entspricht, und die ermittelte Objektposition25 ist fehlerhaft. Die vorliegende Erfindung betrifft insbeson¬dere die Erkennung und Beseitigung dieses Problems durch dieVerwendung zumindest eines vierten Ultraschallempfängers in Kom¬bination mit einem speziell auf Ultraschallsensoren mit vieroder mehr Empfängern zugeschnittenen Ortungsverfahren.Geometrically, this calculation can be illustrated by the fact that a common tangential plane (not shown) is determined for three imaginary spheres whose radii are the distances measured in each case by the measured transit times, and that the point in the tangent Tialbene is assumed, which is the ultrasound transmitter 5 next. Basically, this reconstruction method would be sufficient for a 3D location, but it is not robust to measurement errors and to errors due to the implicit assumptions concerning the object geometry. In particular, this calculation implies that all reflection points lie on the same object and that the form or type of the object can be neglected. In the situation shown in FIG. 2, however, this assumption fails: owing to the different distances of the three reflection points 19, 20, 21 in FIG. 2, the assumed tangential plane has an inclination which does not correspond to the real conditions and which has been determined Object position25 is faulty. More particularly, the present invention relates to the detection and elimination of this problem by the use of at least a fourth ultrasonic receiver in combination with a location method specially tailored to ultrasonic sensors having four or more receivers.

In Fig. 3 ist ein Ultraschallsensor 26 mit vier Ultraschallemp¬fängern 27, 28, 29, 30 in einer ähnlichen Situation wie inFig. 2 dargestellt, d.h. es wird versucht, das Objekt 17 mit derUnstetigkeitsstelle 18 zu orten. Auch hier wird das Resultatfehlerhaft sein, wenn man versucht, aus den gemessenen Laufzei¬ten mit den bekannten Verfahren eine Objektposition zu ermit¬teln. Um solche Fehler zu vermeiden, schlägt daher dievorliegende Erfindung vor, zunächst die Annahme, dass die Refle¬xionspunkte auf demselben Objekt liegen, zu überprüfen. DieseÜberprüfung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass festge¬stellt wird, ob die (hypothetischen) Reflexionspunkte, die dengemessenen Laufzeiten entsprechen, in einer Ebene liegen. Anhanddieses Kriteriums können jene Gruppen von Laufzeitmessungen ti,welche der Überprüfung standhalten, selektiert werden und dieübrigen Gruppen können verworfen werden. In dem in Fig. 3 ge¬zeigten Fall sind die Ultraschallempfänger 27, 28, 29, 30 inIn Fig. 3, an ultrasonic sensor 26 with four Ultraschallemp¬fängern 27, 28, 29, 30 in a similar situation as in FIG. 2, i. an attempt is made to locate the object 17 with the point of discontinuity 18. Again, the result will be erroneous if one tries to determine an object position from the measured running times with the known methods. In order to avoid such errors, therefore, the present invention proposes to first check the assumption that the reflection points lie on the same object. This check can be carried out in particular by ascertaining whether the (hypothetical) reflection points which correspond to the measured transit times lie in one plane. On the basis of this criterion those groups of transit time measurements ti which withstand the check can be selected and the remaining groups can be discarded. In the case shown in FIG. 3, the ultrasonic receivers 27, 28, 29, 30 are in FIG

Paaren 27, 28 bzw. 29, 30 und spiegelsymmetrisch bezüglich einesSchnittpunktes der Verbindungslinien der einzelnen Paare 27, 28bzw. 29, 30 angeordnet. Die Verbindungslinien schneiden sich da¬her genau in ihrem jeweiligen Mittelpunkt. Der Ultraschallsender31 ist zudem im Zentrum der Empfänger, d.h. exakt im gemeinsamenSchnittpunkt der Verbindungslinien angeordnet. Bei diesem Aufbaudes Ultraschallsensors 26 lässt sich zeigen, dass die Laufzeit¬messungen ti für die Paare von Ultraschallempfängern 27, 28, 29,30 folgende Bedingung erfüllen müssen:Pairs 27, 28 and 29, 30 and mirror-symmetrical with respect to a point of intersection of the connecting lines of the individual pairs 27, 28bzw. 29, 30 arranged. The connecting lines therefore intersect exactly in their respective center. The ultrasound transmitter 31 is also in the center of the receivers, i. arranged exactly in the common intersection of the connecting lines. In this construction of the ultrasonic sensor 26, it can be shown that the transit time measurements ti for the pairs of ultrasonic receivers 27, 28, 29, 30 must fulfill the following condition:

(3)(3)

Die Ungenauigkeit eines Ultraschallsensors mit einem Empfänger¬abstand von 80 mm auf eine Distanz von 1 m beträgt weniger als1 mm, so dass sämtliche Gruppen, welche die Bedingung (3) nichterfüllen, als ungültig erkannt und verworfen werden können. Nachdiesem Verfahren kann die in Fig. 3 dargestellte Messung als un¬gültig erkannt werden, so dass zumindest keine fehlerhafte Ob¬jektposition erkannt wird.The inaccuracy of an ultrasonic sensor with a receiver distance of 80 mm to a distance of 1 m is less than 1 mm, so that all groups which do not fulfill the condition (3) can be recognized as invalid and discarded. According to this method, the measurement shown in FIG. 3 can be recognized as invalid, so that at least no faulty object position is detected.

Darüber hinaus kann das oben beschriebene Prinzip auch bei derZuordnung der Laufzeitmessungen eingesetzt werden, wie anhandvon Fig. 4A und 4B erläutert werden soll. Wie in Fig. 1A und 1Bsind hier zwei Objekte 7, 8 dargestellt, welche für jeweils zweireflektierte Ultraschallsignale 10, 11 bzw. die entsprechendenLaufzeitmessungen ti bzw. ti' der - hier vier - Empfänger-Kanäleverantwortlich sind. Durch Überprüfung der Bedingung (3) füralle kombinatorisch möglichen Gruppen können die beiden korrek¬ten Zuordnungen, welche den durchschnittlichen Laufzeiten t ==(ti+t2)/2 «= (t3+t4)/2 bzw. t' == (ti'+t2')/2 »= (t3'+t4')/2 ent¬sprechen, ermittelt und anhand der so gruppierten Messungen diebeiden entsprechenden Objektpositionen berechnet werden.Moreover, the principle described above can also be used in the assignment of the transit time measurements, as will be explained with reference to FIGS. 4A and 4B. As in FIGS. 1A and 1B, two objects 7, 8 are shown here, which are responsible for respectively two reflected ultrasound signals 10, 11 and the corresponding running time measurements ti and ti 'of the here four receiver channels. By checking condition (3) for all combinatorially possible groups, the two correct assignments which correspond to the average transit times t == (ti + t2) / 2 «= (t3 + t4) / 2 or t '== (ti '+ t2') / 2 »= (t3 '+ t4') / 2, determined and calculated on the basis of the grouped measurements the two corresponding object positions.

Allerdings existieren Spezialfälle, in denen auch ein Ultra¬schallsensor mit vier symmetrisch angeordneten Ultraschallemp¬fängern eine Unstetigkeit 18 nicht erkennen kann, wie in Fig. 5gezeigt. Hierbei ist der Ultraschallsensor 37 bezüglich der Uns¬tetigkeit 18 des Objekts 17 zufälliger Weise symmetrisch ange¬ ordnet, so dass für jedes Empfängerpaar 27, 28 bzw. 29, 30 je¬weils ein Reflexionspunkt auf jeder Seite der Unstetigkeit 18liegt und somit die Bedingung (3) erfüllt ist, obwohl jede ausden vier Laufzeitmessungen der beiden Empfängerpaare 27, 28 bzw.29, 30 ermittelte Objektposition aus dem gleichen Grund fehler¬haft wäre, wie bereits anhand von Fig. 2 und 3 im Detail erläu¬tert. Um auch diesen Spezialfall abzudecken, weist derUltraschallsensor 37 einen fünften Ultraschallempfänger 38 auf,so dass der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 37 und einemfünften Reflexionspunkt 39 am Objekt 17 mittels Ultraschallmessbar ist. Damit kann der Fehler folgendermaßen erkannt wer¬den: zunächst wird anhand der Laufzeitmessungen der vier Ultra¬schallempfänger 27, 28, 29 und 30 eine vorläufige Objektpositionermittelt und in einem zweiten Schritt wird überprüft, ob dieLaufzeitmessung des fünften Ultraschallempfängers 38, d.h. übereine Strecke vom Ultraschallsender 31 zum Reflexionspunkt 39 undzurück zum Ultraschallempfänger 38, mit dieser vorläufigen Ob¬jektposition konsistent ist, wobei z.B. der der vorläufigen Ob¬jektposition entsprechende Abstand mit dem separat gemessenenAbstand vom fünften Ultraschallempfänger 38 verglichen wird.However, there are special cases in which even an ultrasound sensor with four symmetrically arranged ultrasonic receivers can not detect a discontinuity 18, as shown in FIG. 5. In this case, the ultrasonic sensor 37 is randomly arranged symmetrically with respect to the unsaturation 18 of the object 17, so that for each receiver pair 27, 28 or 29, 30 there is a respective reflection point on each side of the discontinuity 18 and thus the condition ( 3), although each object position determined from the four transit time measurements of the two receiver pairs 27, 28 and 29, 30 would be erroneous for the same reason, as already explained in detail with reference to FIGS. 2 and 3. To cover this special case as well, the ultrasound sensor 37 has a fifth ultrasound receiver 38, so that the distance between the ultrasound sensor 37 and a fifth reflection point 39 on the object 17 can be measured ultrasonically. Thus, the error can be recognized as follows: first, a provisional object position is determined on the basis of the transit time measurements of the four ultrasound receivers 27, 28, 29 and 30 and in a second step it is checked whether the runtime measurement of the fifth ultrasound receiver 38, i. a distance from the ultrasonic transmitter 31 to the reflection point 39 and back to the ultrasonic receiver 38 is consistent with this provisional object position, e.g. the distance corresponding to the provisional object position is compared with the separately measured distance from the fifth ultrasonic receiver 38.

Aus Fig. 6 bis 8 sind weitere Vorteile im Zusammenhang mit derVerwendung des Ultraschallsensors 37 zur Ortung ersichtlich. An¬hand der zusätzlichen Ortungsinformation, welche aus den Messun¬gen des vierten und - gegebenenfalls - fünftenFrom Figs. 6 to 8 further advantages associated with the use of the ultrasonic sensor 37 for locating are apparent. On the basis of the additional location information, which from the Messun¬gen the fourth and - optionally - the fifth

Ultraschallempfängers gewonnen werden kann, ist es mithilfe ent¬sprechender Referenzpunkte 40 im Raum möglich, nicht nur die Po¬sition des Ultraschallsensors 37, sondern auch dessenAusrichtung zu ermitteln. Dies kann beispielsweise mithilfe vonpassiven Orientierungspunkten, vorzugsweise in Form von Retrore-flektoren 40, (vgl. Fig. 6) geschehen. Es kann nachgewiesen wer¬den, dass die oben beschriebenen Selektionskriterien auch bei anRetroreflektoren 40 (mehrfach) reflektierten Ultraschallsignalengültig sind. Wenn drei derartige Orientierungspunkte vorhandensind, deren Positionen im Raum bekannt sind, kann anhand ent¬sprechender Laufzeitmessungen die Position und Ausrichtung desUltraschallsensors 37 in einem globalen Koordinatensystem be¬rechnet werden. Der Vorteil eines Retroreflektors 40 als Orien¬tierungspunkt liegt darin, dass die für den Ultraschallsensor 37 „sichtbare&quot; Position des Retroreflektors 40 unabhängig vom Ein¬fallswinkel des Ultraschallsignals 9 und vom Abstand vom Ultra¬schallsensor 37 ist.Ultrasonic receiver can be obtained, it is possible with the aid of corresponding reference points 40 in space to determine not only the position of the ultrasonic sensor 37 but also its orientation. This can be done, for example, by means of passive landmarks, preferably in the form of retroreflectors 40 (see Fig. 6). It can be demonstrated that the selection criteria described above are also valid for retro-reflected reflectors 40 (multiply) reflected ultrasound signals. If there are three such orientation points whose positions in space are known, the position and orientation of the ultrasonic sensor 37 in a global coordinate system can be calculated on the basis of corresponding transit time measurements. The advantage of a retroreflector 40 as a point of orientation is that the "visible" for the ultrasonic sensor 37 ". Position of the retroreflector 40 is independent of the Ein¬fallswinkel the ultrasonic signal 9 and the distance from the ultrasonic sensor 37.

Die vorliegende Erfindung kann zudem nicht nur bei aktiven Ul¬traschallsensoren 26 bzw. 37 mit eigenem Ultraschallsender 31,sondern auch bei passiven Ultraschallsensoren 41 (vgl. Fig. 7)angewendet werden. Bei solchen passiven Ultraschallsensoren 41werden die Ultraschallsignale 42 von externen Signalgebern 43abgestrahlt, welche an bekannten Positionen im Raum angeordnetsind und daher - wie oben beschrieben - zugleich als Orientie¬rungspunkte verwendet werden können. Die Objektpositionen etwai¬ger Objekte 44 im Raum können dabei anhand der gemessenenLaufzeiten der Ultraschallsignale 42 und der bekannten Positio¬nen der Signalgeber 43 rekonstruiert werden. In diesem Fall kanndas beschriebene Selektionskriterium zusätzlich für die Zuord¬nung mehrerer Laufzeitmessungen zu einem Ultraschallsender, d.h.in diesem Beispiel einem Signalgeber 43, verwendet werden.In addition, the present invention can be applied not only to active ultrasound sensors 26 and 37 with their own ultrasound transmitter 31, but also to passive ultrasound sensors 41 (see FIG. In such passive ultrasonic sensors 41, the ultrasonic signals 42 are emitted by external signal transmitters 43, which are arranged at known positions in space and can therefore - as described above - at the same time be used as orientation points. The object positions of possible objects 44 in space can be reconstructed on the basis of the measured running times of the ultrasonic signals 42 and of the known positions of the signal transmitters 43. In this case, the described selection criterion can additionally be used for the assignment of several transit time measurements to an ultrasound transmitter, i.e. in this example a signal generator 43.

Gegenüber passiven Sensoren 41 hat ein aktiver Ultraschallsensor37 den Vorteil, dass der feste Abstand d zwischen dem Ultra¬schallsender 31 und den Ultraschallempfängern 27, 28, 29, 30, 38z.B. zur Temperaturkompensation verwendet werden kann (vgl. Fig.8). Dabei wird vorzugsweise anhand von mehreren Laufzeitmessun¬gen t und des bekannten Abstandes d die Schallgeschwindigkeit cbei den aktuellen Umgebungsbedingungen gemessen und der Ultra¬schallsensor 37 auf diese Weise kalibriert. Die Genauigkeit derMessung ist lediglich durch die Zeitauflösung der Laufzeitmes¬sung und den Abstand zwischen Sender 31 und Empfängern 27, 28,29, 30, 38 limitiert. Bei einem Abstand von 4 cm zwischen demSender 31 und den Empfängern 27, 28, 29, 30, 38 konnte dieSchallgeschwindigkeit beispielsweise mit einer Genauigkeit vonetwa ± 2 m/s ermittelt werden.Compared with passive sensors 41, an active ultrasonic sensor 37 has the advantage that the fixed distance d between the ultrasound transmitter 31 and the ultrasound receivers 27, 28, 29, 30, 38, for example. can be used for temperature compensation (see Fig.8). In this case, the sound velocity c at the current ambient conditions is preferably measured on the basis of several transit time measurements t and the known distance d, and the ultrasound sensor 37 is calibrated in this way. The accuracy of the measurement is limited only by the time resolution of the Laufzeitmes¬sung and the distance between transmitter 31 and receivers 27, 28,29, 30, 38. At a distance of 4 cm between the transmitter 31 and the receivers 27, 28, 29, 30, 38, the sound velocity could be determined, for example, to an accuracy of approximately ± 2 m / s.

In Fig. 9 ist schematisch ein Ultraschallsensor 45 mit einem Ul¬traschallsender 46 und zwei (oder mehr) Ultraschallempfängern 47dargestellt. Der Ultraschallsender 46 erhält ein zu sendendesUltraschallsignal von einer Ansteuereinheit 48, wobei das Signalin einem Verstärker 49 an die Anforderungen des Ultraschallsen- ders 46 angepasst wird. Die Ultraschallempfänger 47 sind zumEmpfang der reflektierten Ultraschallsignale eingerichtet undmit Korrelatoreinheiten 50 verbunden, welche ein empfangenes re¬flektiertes Ultraschallsignal mit dem gesendeten Ultraschallsi¬gnal korrelieren können. Um die korrekte zeitliche Korrelationzu ermitteln, sind die Korrelatoreinheiten 50 über Synchronisa¬tionsverbindungen 51 (gestrichelt) mit der Ansteuereinheit 48verbunden und synchronisiert. Ausgehend von den aufgrund derKorrelationen ermittelten Laufzeiten werden diese in einem Vor¬selektionsmodul 52 auf die Bedingung (2), d.h. auf Basis derSensorabmessungen, vorselektiert und jene Kombinationen verwor¬fen, welche aufgrund der Sensorgeometrie physikalisch ausge¬schlossen werden können. Anschließend wird in einem weiterenSelektionsmodul 53 das Mittelkriterium (3) auf die gemessenenund vorselektierten Laufzeiten angewendet und somit der Großteilan Artefakten entfernt. Schließlich wird in einem Ortungsmodul54, welches mit dem Selektionsmodul 53 verbunden ist, die Ob¬jektortung anhand der bereinigten Laufzeiten vorgenommen, miteinem etwaigen zusätzlichen Empfänger auf Plausibilität geprüftund im positiven Fall ausgegeben. D.h. nach der Objektortungwird das Kriterium - sofern vorhanden - mit dem zusätzlichen(z.B. fünften) Empfänger angewandt und nach positiver Prüfungausgegeben; die Objektortung erfolgt dabei anhand der von denübrigen Empfängern gemessenen Laufzeiten. Zusammen bilden dieUltraschallempfänger 47 mit den Korrelatoreinheiten 50, den Vor¬selektionsmodul 52, dem Selektionsmodul 53 und dem Ortungsmodul54 eine Auswerteeinheit 55. Dabei können insbesondere das Vorse¬lektionsmodul 52, das Selektionsmodul 53 und das Ortungsmodul 54in der Praxis als Softwaremodule auf einer gemeinsamen, im Ul¬traschallsensor 45 integrierten Mikroprozessor-Plattform (nichtgezeigt) implementiert sein.FIG. 9 shows diagrammatically an ultrasonic sensor 45 with an ultrasound transmitter 46 and two (or more) ultrasound receivers 47. The ultrasound transmitter 46 receives an ultrasound signal to be transmitted from a drive unit 48, wherein the signal in an amplifier 49 is adapted to the requirements of the ultrasound transmitter 46. The ultrasonic receivers 47 are adapted to receive the reflected ultrasonic signals and connected to correlator units 50 which can correlate a received reflected ultrasonic signal with the transmitted ultrasonic signal. In order to determine the correct temporal correlation, the correlator units 50 are connected and synchronized with the drive unit 48 via synchronizing connections 51 (dashed lines). Starting from the transit times determined on the basis of the correlations, these are converted in a preselection module 52 to the condition (2), i. based on the sensor dimensions, preselected and verworkfen those combinations which can be physically excluded due to the sensor geometry. Subsequently, in a further selection module 53, the middle criterion (3) is applied to the measured and preselected transit times and thus the majority of artifacts are removed. Finally, in a location module 54, which is connected to the selection module 53, the object location is performed on the basis of the adjusted transit times, checked for plausibility with any additional receiver, and output in the positive case. That after object location, the criterion, if any, is applied to the additional (e.g., fifth) receiver and output after a positive check; the object location is based on the measured by the remaining receivers runtimes. Together, the ultrasound receivers 47 with the correlator units 50, the preselection module 52, the selection module 53 and the locating module 54 have an evaluation unit 55. In this case, the preselecting module 52, the selection module 53 and the locating module 54 can in practice be used as software modules on a common, in the Ultrasonic sensor 45 integrated microprocessor platform (not shown) to be implemented.

Claims (13)

Ansprüche 1. Verfahren zur Ortung von Objekten (7, 8, 17) im Raum mitHilfe eines Ultraschallsensors (26), der zumindest vier Ultra¬schallempfänger (27, 28, 29, 30) aufweist, wobei von einem ex¬ternen oder von dem Ultraschallsensor (26) umfasstenUltraschallsender (43 bzw. 31) ein Ultraschallsignal (42 bzw. 9)abgestrahlt wird und von den Ultraschallempfängern (27, 28, 29,30) des Ultraschallsensors (26) jeweils ein in zumindest einemzugeordneten Reflexionspunkt (33, 34, 35, 36) reflektiertes Ul¬traschallsignal (11) empfangen und zur Gewinnung zumindest einerObjektposition ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dassbei mehreren parallel gewonnenen Objektpositionen diese nach ei¬nem Selektionskriterium selektiert werden, welches dadurch defi¬niert ist, dass die der Objektposition jeweils zugeordnetenzumindest vier Reflexionspunkte (33, 34, 35, 36) näherungsweisein einer gemeinsamen Ebene im Raum liegen.Claims 1. Method for locating objects (7, 8, 17) in space with the aid of an ultrasound sensor (26) comprising at least four ultrasound receivers (27, 28, 29, 30), one of exter- nal or of the Ultrasonic sensor (26) comprising ultrasonic transmitter (43 or 31) an ultrasonic signal (42 or 9) is emitted and from the ultrasonic receivers (27, 28, 29, 30) of the ultrasonic sensor (26) in each case at at least one associated reflection point (33, 34, 35, 36) and evaluated to obtain at least one object position, characterized in that, in the case of several object positions obtained in parallel, these are selected according to a selection criterion which is defined by at least the object positions assigned to each four reflection points (33, 34, 35, 36) are approximately in a common plane in space. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derUltraschallsensor (37) zumindest fünf Ultraschallempfänger (27,28, 29, 30, 38) aufweist, wobei das Selektionskriterium dement¬sprechend dadurch definiert ist, dass die der Objektposition je¬weils zugeordneten zumindest fünf Reflexionspunkte (33, 34, 35,36, 39) näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene im Raum lie¬gen .2. The method according to claim 1, characterized in that the ultrasound sensor (37) has at least five ultrasound receivers (27, 28, 29, 30, 38), wherein the selection criterion is accordingly defined by the fact that each of the object positions assigned at least five reflection points (33, 34, 35, 36, 39) lie approximately in a common plane in space. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass Objektpositionen, für welche keine gemeinsame Ebene gefun¬den werden kann, als Artefakte erkannt und verworfen werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that object positions for which no common plane can be found gefun¬den as artifacts and discarded. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬zeichnet, dass eine gerade Anzahl von Ultraschallempfängern (27,28, 29, 30) in einer Ebene und in zumindest zwei bezüglich einesgemeinsamen Mittelpunkts spiegelsymmetrischen Paaren (27, 28bzw. 29, 30) angeordnet sind, wobei das Selektionskriterium da¬durch definiert ist, dass die gemittelten Laufzeiten der Empfän¬gerpaare (27, 28 bzw. 29, 30) im Wesentlichen übereinstimmen.4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that an even number of ultrasonic receivers (27, 28, 29, 30) are arranged in one plane and in at least two mirror-symmetrical pairs (27, 28 and 29, respectively) with respect to a common center. 30), wherein the selection criterion is defined by the fact that the averaged transit times of the receiver pairs (27, 28 or 29, 30) substantially coincide. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Überprüfung des Selektionskriteriums anhand der Empfänger¬paare (27, 28 bzw. 29, 30) eine Ebene auf Basis der von den Emp¬fängerpaaren (27, 28 bzw. 29, 30) gemessenen Laufzeitenermittelt wird und für einen zweiten Teil von Ultraschallempfän¬gern (38), welche nicht in spiegelsymmetrischen Paaren angeord¬net sein müssen, überprüft wird, ob die diesen Ultraschallempfängern (38) zugeordneten Reflexionspunkte (39) inder ermittelten Ebene liegen, wobei andernfalls das Selektions¬kriterium insgesamt nicht erfüllt ist.5. The method according to claim 4, characterized in that after checking the selection criterion based on the Empfänger¬paare (27, 28 or 29, 30) a plane based on the of the Emp¬fängerpaaren (27, 28 and 29, 30 ) and for a second part of ultrasonic receivers (38) which need not be arranged in mirror-symmetrical pairs, it is checked whether the reflection points (39) associated with these ultrasonic receivers (38) lie in the determined plane, otherwise the selection criterion as a whole is not fulfilled. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieEmpfängerpaare (27, 28 bzw. 29, 30) den gleichen Abstand zwi¬schen Ultraschallsender (31) und Ultraschallempfängern (27, 28,29, 30) aufweisen, wobei insbesondere die Ultraschallempfänger(27, 28, 29, 30) in einer der Anzahl n der Ultraschallempfänger(27, 28, 29, 30) entsprechenden n-zähligen Drehsymmetrie ange¬ordnet sind, wobei ein äquivalenter Reflexionspunkt für alle Ul¬traschallempfänger (27, 28, 29, 30) auf Basis der von denEmpfängerpaaren (27, 28 bzw. 29, 30) gemessenen Laufzeiten er¬mittelt wird und für einen zweiten Teil von Ultraschallempfän¬gern (38), welche nicht symmetrisch angeordnet sein müssen,überprüft wird, ob die diesen Ultraschallempfängern (38) zuge¬ordneten Reflexionspunkte (39) mit dem äquivalenten Reflexions¬punkt konsistent sind, wobei andernfalls das Selektionskriteriuminsgesamt nicht erfüllt ist.6. The method according to claim 4, characterized in that the receiver pairs (27, 28 and 29, 30) have the same distance zwi¬ ultrasonic transmitter (31) and ultrasonic receivers (27, 28,29, 30), in particular the ultrasonic receiver ( 27, 28, 29, 30) are arranged in one of the number n of the ultrasonic receivers (27, 28, 29, 30) corresponding n-fold rotational symmetry, wherein an equivalent reflection point for all Ul¬traschallempfänger (27, 28, 29, 30) is determined on the basis of the transit times measured by the receiver pairs (27, 28 or 29, 30) and checked for a second part of ultrasound receivers (38), which need not be arranged symmetrically, if these ultrasound receivers (38) associated reflection points (39) are consistent with the equivalent reflection point, whereby otherwise the selection criterion is not met in its entirety. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Objektpositionen mehrerer Objekte (7, 8) aus¬gehend von einem einzigen abgestrahlten Ultraschallsignal (9)ermittelt werden.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized gekenn¬zeichnet that the object positions of a plurality of objects (7, 8) aus¬gehend determined by a single radiated ultrasound signal (9). 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn¬zeichnet, dass beim Empfang von mehr als einem reflektiertem Ul¬traschallsignal (10, 11) in einem Empfänger (27, 28, 29, 30),die Objektpositionen durch Bildung aller möglicher Kombinationenvon Reflexionspunkten (33, 34, 35, 36), wobei jeder Reflexions¬punkt (33, 34, 35, 36) einem anderen Ultraschallempfänger (27,28, 29, 30) zugeordnet ist, ermittelt werden.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized gekenn¬zeichnet that when receiving more than one reflected Ul¬traschallsignal (10, 11) in a receiver (27, 28, 29, 30), the object positions by forming all possible combinations of reflection points (33, 34, 35, 36), each reflection point (33, 34, 35, 36) being assigned to another ultrasound receiver (27, 28, 29, 30). 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬zeichnet, dass Objektpositionen, bei denen der maximale Abstandzwischen zwei jeweils zugeordneten Reflexionspunkten (33, 34, 35, 36) den maximalen Abstand zwischen zwei Ultraschallempfän¬gern (27, 28, 29, 30) übersteigt, vor der Selektion verworfenwerden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized gekenn¬zeichnet that object positions in which the maximum distance between two respectively associated reflection points (33, 34, 35, 36) the maximum distance between two Ultraschallempfän¬gern (27, 28, 29, 30) are discarded prior to selection. 10. Ultraschallsensor (26, 37, 41, 45) zur Ortung von Objekten(7, 8, 17, 44) im Raum mit zumindest vier Ultraschallempfängern(27, 28, 29, 30; 47), welche eingerichtet sind, ein von einemexternen oder dem Ultraschallsensor (26, 37, 45) zugeordnetenUltraschallsender (31, 43, 46) abgestrahltes und in zumindesteinem Reflexionspunkt (33, 34, 35, 36) reflektiertes Ultra¬schallsignal (9, 42 bzw. 10; 11) zu empfangen, und mit einerAuswerteeinheit (55), welche mit den Ultraschallempfängern (27,28, 29, 30; 47) verbunden und eingerichtet ist, zumindest eineObjektposition aus den empfangenen Ultraschallsignalen (10, 11)zu gewinnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit(55) ein Selektionsmodul (53) umfasst, welches bei mehreren par¬allel gewonnenen Objektpositionen zur Ermittlung jener Objektpo¬sitionen eingerichtet ist, bei denen die der Objektpositionjeweils zugeordneten zumindest vier Reflexionspunkte (33, 34, 35, 36) näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene im Raum lie¬gen .10. An ultrasonic sensor (26, 37, 41, 45) for locating objects (7, 8, 17, 44) in space with at least four ultrasonic receivers (27, 28, 29, 30; 47) arranged one from an external one or ultrasound signal (9, 42 or 10; 11) emitted and reflected in at least one reflection point (33, 34, 35, 36), and the ultrasound sensor (26, 37, 45) assigned to the ultrasound sensor (26, 37, 45), and with an evaluation unit (55) which is connected to the ultrasound receivers (27, 28, 29, 30, 47) and arranged to acquire at least one object position from the received ultrasound signals (10, 11), characterized in that the evaluation unit (55) Selection module (53) which, in the case of several object positions obtained in parallel, is set up for determining those object positions in which the at least four reflection points (33, 34, 35, 36) associated with the object position lie approximately in a common plane in space gen. 11. Ultraschallsensor (37, 41) nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬zeichnet, dass zumindest fünf Ultraschallempfänger (27, 28, 29,30, 38; 47) mit der Auswerteeinheit (55) verbunden sind.11. Ultrasonic sensor (37, 41) according to claim 10, characterized gekenn¬zeichnet that at least five ultrasonic receiver (27, 28, 29, 30, 38, 47) are connected to the evaluation unit (55). 12. Ultraschallsensor (26, 37, 41) nach Anspruch 10 oder 11, da¬durch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Ultraschall¬empfänger (27, 28, 29, 30) in einer Ebene und in zumindest zweibezüglich eines gemeinsamen Mittelpunkts spiegelsymmetrischenPaaren (27, 28 bzw. 29, 30) angeordnet ist.12. Ultrasonic sensor (26, 37, 41) according to claim 10 or 11, da¬durch characterized in that at least a part of the Ultraschall¬ receiver (27, 28, 29, 30) in a plane and in at least zwei a common center mirror-symmetric pairs ( 27, 28 and 29, 30) is arranged. 13. Ultraschallsensor (26, 37, 41) nach Anspruch 12, dadurch ge¬kennzeichnet, dass die Empfängerpaare (27, 28 bzw. 29, 30) dengleichen Abstand zwischen Ultraschallsender (31) und Ultra¬schallempfängern (27, 28, 29, 30) aufweisen, wobei insbesondere die Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30) in einer der Anzahl nder Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30) entsprechenden n-zäh-ligen Drehsymmetrie angeordnet sind.13. Ultrasonic sensor (26, 37, 41) according to claim 12, characterized in that the receiver pairs (27, 28 or 29, 30) the same distance between the ultrasonic transmitter (31) and Ultra¬schallempfängern (27, 28, 29, 30), wherein in particular the ultrasonic receivers (27, 28, 29, 30) in one of the number nder ultrasonic receiver (27, 28, 29, 30) corresponding n-zäh-ligen rotational symmetry are arranged.
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