CN103926580B - 用于环境传感机构的系统 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于环境传感机构的系统，所述系统包括具有第一接收器和第二接收器的第一接收器阵列。所述系统进一步包括分析处理单元，所述分析处理单元设置用于分析处理在借助所述第一接收器和所述第二接收器接收的接收信号之间的相位差。因此，可以对于所述第一接收器阵列求取引起包含在所述接收信号中的干扰声的干扰声源的第一方向信息。在所述接收信号中可以抑制包含相应的第一方向信息的声分量。

Description

用于环境传感机构的系统
技术领域
本发明涉及一种用于环境传感机构的系统。本发明尤其涉及一种用于基于超声的环境传感机构的、具有相对于干扰声源改善的分析处理稳健性的系统。
背景技术
在现有技术中，尤其在汽车行业中使用环境传感机构系统以获得关于距周围环境对象的间距的信息。这些系统中的大多数基于通过基于系统的接收器接收的回波的分析处理。为了在周围环境对象上产生回波，通过系统将适合的信号发射到系统周围环境中。根据所接收回波的渡越时间可以推断出相应的周围环境对象与接收器的间距。在此，在系统的环境中的干扰声源可能妨碍回波识别或使回波识别变得复杂。尤其在超声范围中的脉冲状的干扰噪声和源对于基于超声的系统而言难以抑制。
此外，在汽车领域中已知以下超声传感器系统：所述超声传感器系统由二至六个单个传感器组成并且分别安装在车辆尾部中和/或在车辆前部中。与障碍物的距离由信号的渡越时间确定，周围环境对象所在的水平方向通过三边测量法确定。然而，如果在周围环境中存在干扰声源，则系统的所有接收器探测没有与发送脉冲进行相关的信号。通常在许多或甚至所有间距处检测障碍物。例如，道路清扫车、建筑机械、轮胎滚动噪声、非常强的脚步、叮当作响的钥匙链或(例如在停车场上)其他车辆的超声系统可能干扰所接收的回波的分析处理。换句话说，在这种情况中通常不再能够区分干扰和真实的障碍物。
在现有技术中进一步已知基于声的阵列系统，所述阵列系统能够基于多个接收器之间的相位区别或者相位差来确定与声源的角度。这种系统在FR-2817973-A1或者DE 102010 062 990 A1中示出。在这种系统中，两个独立的接收器彼此非常靠近地布置并且由两个接收器之间的入射波前的相位差推断出入射方向。然而在这种系统中干扰声源也可能如此干扰回波识别(或者相位差分析处理)，使得系统是“失明”的。
发明内容
按照本发明，提出了一种用于环境传感机构的系统，所述系统包括：
发射器，
第一接收器阵列，所述第一接收器阵列具有
第一接收器，
第二接收器，
分析处理单元，其中，
所述发射器设置用于，产生用于在周围环境对象上产生声学回波的信号，并且
所述分析处理单元设置用于，分析处理在借助所述第一接收器和所述第二接收器接收的接收信号之间的相位差，
对于所述第一接收器阵列求取引起包含在所述接收信号中的干扰声的干扰声源的第一方向信息，并且
分别分析处理借助所述发射器产生的回波的在所述接收信号中相应于所述第一方向信息包含的声分量，
其中，所述第一接收器阵列进一步包括
第三接收器，其中所述第三接收器与所述第一接收器和所述第二接收器展开一个平面，其中，所述分析处理单元进一步设置用于，分析处理在借助所述第三接收器和所述第一接收器接收的接收信号之间的和/或在借助所述第三接收器和所述第二接收器接收的接收信号之间的相位差，
对于所述第一接收器阵列求取引起包含在所述接收信号中的干扰声的干扰声源的第二方向信息，并且
分别分析处理有用信号的在所述接收信号中相应于所述第一和第二方向信息包含的声分量。
根据本发明，通过具有上述技术方案中特征的系统来解决上述缺点。相应地，根据本发明的用于环境传感机构的系统具有第一接收器阵列，如例如能够在DE 10 2010 062990 A1中实现的第一接收器阵列那样，所述第一接收器阵列具有第一接收器和第二接收器。因此，在本发明的范畴内，接收器应理解为“能够与其他的接收器无关地变换入射信号的单元”，从而可以在两个彼此相邻布置的接收器之间求取例如同一个入射波前的相位差。当然，接收器阵列可以包括尤其布置在不同的方向上的多个接收器。接收器阵列尤其可以包括超声变换器作为第一和第二接收器。附加地，所述系统可以包括发射器。所述发射器可以以单独的组件的形式设置或者也可以通过接收器阵列的接收器中的发射功能实现。借助发射器，根据本发明的系统设置用于发射发射信号，所述发射信号的一个(多个)回波根据本发明并且如下解释的那样相对于到达的干扰声可以被识别并且分别被分析处理。根据本发明的系统进一步包括分析处理单元，所述分析处理单元设置用于分析处理借助第一接收器和第二接收器接收的接收信号之间的相位(差)。分析处理单元可以包括例如微控制器、微处理器或用于信号分析处理的另外的单元，所述另外的单元此外可以承担系统内部的其他功能或系统外部的其他功能。所述分析处理单元进一步设置用于对于第一接收器阵列求取引起包含在接收信号中的干扰声的干扰声源的第一方向信息。因此，在一维的接收器阵列中——其中，至少两个接收器水平并排地布置——第一方向信息可以求取入射的干扰声波前的水平方向(或者方位或者水平角)。在此，可以通过不同的特性表征和识别干扰声信号。例如在一个测量周期(即例如在第一次和第二次发射测量信号到周围环境中之间的时间)的范畴内由同一个方向可预期仅一次一个回波，因为其他从接收器(阵列)的角度来看位于进行反射的周围环境对象后面的对象在声学上被遮盖，即(除了衍射效应)不能够产生回波。一旦在确定的、通过测量周期的长度预先定义的时间间隔内同一个方向分配有多个回波或者连续的声，对于这个方向就可以推断出干扰声源的存在。所述分析处理单元进一步设置用于，抑制在接收信号中相应于第一方向信息包含的(干扰)声分量。换句话说，同样根据所述方向分解包含在接收信号中的附加的(有用)信号(例如回波)并且通过以下方式实现其分析处理：仅仅相应于第一方向信息的声分量不包括进分析处理(例如渡越时间求取或间隔求取)中。在此，根据本发明通过在接收器阵列上入射的波前的相位差实现角度的分辨。这提供如下优点：尽管系统的周围环境中存在显著的干扰声源，所述系统仅仅对于相应于干扰声源的所述方向信息的声分量是“失明”的，而相应于其他方向信息的声分量可以如同在现有技术中所已知的那样被分析处理，其方式是，例如在信号(例如脉冲波前)的相对延迟方面研究信号。特别地，可以使用分配给根据本发明的系统的发射器以将信号发射到系统的周围环境中。在分析处理从周围环境接收的回波时，一方面可以检测信号的发射和所反射的(有用)声分量之间的延迟并且由所述延迟求取所经过的路程。另一方面，也可以在所发射的信号和所接收的反射信号之间进行相关，以便求取两个信号的关系。
下述说明中示出本发明的优选的扩展方案。
优选地，根据本发明的接收器阵列的第一接收器和第二接收器可以具有相对于彼此的一个间距，所述间距小于在运行条件下所预期的声速与第一接收器和第二接收器的工作频率的两倍构成的商。因此，在本发明的范畴内，“间距”应理解为关于接收器彼此的“声学的”间距，即例如接收器的各个相应部分(膜片中心等等)的间距。众所周知，声速与传播介质的不同特性有关，其中，在此以50℃的外部空气温度为例。在此，常见的超声环境系统的工作频率处在大约35kHz和65kHz之间的范围中、优选在45kHz和55kHz之间的范围中、极其优选在48kHz处。以上布置保证了从系统周围环境的到达的超声信号的合适的位置信息分辨率或者方向分辨率。
进一步优选地，第一接收器阵列可以包括第三接收器，其中，第三接收器与第一接收器和第二接收器通常朝向待检测的环境展开一个平面。换句话说，第一和第二接收器可以在水平方向上彼此间隔开，而第三接收器与第一接收器和/或第二接收器垂直地布置。所述分析处理单元可以进一步设置用于，分析处理借助第三接收器和第一接收器接收的接收信号之间的相位差。通过这种方式，也可以分析处理关于周围环境声源和回波的垂直方向(例如“高度”)的方向信息。替代地或附加地，所述分析处理单元可以设置用于，在借助第三接收器和第二接收器接收的接收信号之间分析处理相位信息。通过这种方式，所述系统借助所述分析处理单元设置用于，对于第一接收器阵列求取引起包含在接收信号中的干扰声的干扰声源的第二方向信息。换句话说，可以通过以上定义的不仅关于在水平线上的方向而且关于沿垂直线的入射方向的布置分配干扰声源并且在分析处理到达的声分量时考虑所述干扰声源。例如可以抑制所述声分量，以便能够分析处理相应于其他方向信息(例如(球)坐标)的声源。通过这种方式减小根据本发明的接收器阵列的以下区域：在所述区域中接收器阵列通过干扰声源暂时的“失明”或者“炫目”。
进一步优选地，根据本发明的系统可以进一步包括具有第四接收器和第五接收器的第二接收器阵列。在此，结合第一和第二接收器所做的实施可以类似地适用于第四接收器和第五接收器相对于彼此的布置。
所述分析处理单元可以进一步设置用于，根据借助第一接收器阵列求取的第一方向信息和尤其也根据第二方向信息来辨识以下方向：由所述方向干扰声在第一接收器阵列上入射。如果现在借助第二接收器阵列求取相同干扰声源的相应的方向，则所述分析处理单元可以精确地在两个方向的交点处定位干扰声源。换句话说，借助第二阵列不仅能够关于干扰声源的水平和垂直方向辨识干扰声源，而且可以确定精确的位置，从所述位置能够在接收信号中抑制所接收的声分量。对上述方法而言，两个接收器阵列距彼此一定的间距是有利的，因为通过这种方式有助于在两个方向的交点中的钝角。换句话说，如上设置的系统能够根据干扰声源的位置定位干扰声源并且能够可靠地识别在距干扰声源一定的间距处的全部周围环境对象，因为来自与由所述干扰声源遮盖的或盖过的真实周围环境对象的回波不同方向的干扰声源至少到达两个阵列中的一个。通过这种方式，明显更小的周围环境区域受干扰声源干扰，所述干扰声源影响位于至少两个阵列的检测区域中的周围环境对象的识别。
在此，所述分析处理单元当然可以进一步设置用于，也根据干扰声源的位置分析处理并且定位在离干扰声源不远的地方所包含的信号。通过这种方式能够借助所使用的根据本发明的系统实现特别好的并且抗干扰的方向分辨率。
在此，当第一接收器阵列和第二接收器阵列的接收区域广泛地重叠时是很有帮助的。通过这种方式可能的是，如上所述辨识来自不同方向的干扰声源并且由结果求取精确的位置(如上所述)。
进一步优选地，所述接收器、尤其所述分析处理单元也设置成安装在车辆中。第一接收器阵列和第二接收器阵列例如可以在车辆的前部处布置在车辆的保险杆中并且与共同的分析处理单元连接。在此有利的是，第一接收器阵列和第二接收器阵列的接收器通过分离的信道与所述分析处理单元通信。例如所述信道可以构造为各个线路。然而，当然原则上在接收器内或者在接收器阵列内也能够实现信息的编码，由此可以节省线路并且收集信息或者可以通过共同的信道将所述信息引导到分析处理单元上。
进一步优选地，用于间距测量的系统可以被规定和设置成尤其包括用于输出信令的装置。所述装置例如可以产生声音信号发生器和/或视觉输出和/或触觉可感知的输出。在此尤其有利的是，通知并且根据预先定义的阈值评估与周围环境对象的这种距离，所述距离推测车辆的碰撞过程。通过这种方式能够可靠地识别并且避免原则上即将发生的碰撞。
进一步优选地，根据本发明的系统可以包括一个或多个用于将信号发射到周围环境中的发射单元。例如接收器阵列自身可以设置用于将信号发射到周围环境中。通过这种方式能够特别简单地实现：将所发射出的信号与到达的回波建立关系并且不需要附加的硬件消耗。
进一步优选地，所述接收器可以是超声接收器、尤其是超声发射接收器。通过这种方式，根据本发明的接收器阵列也设计为基于超声的接收器阵列、尤其是基于超声的发射接收器阵列。
根据本发明的另一方面提出一种车辆，所述车辆包括如上所讨论地设计的系统。在此所述分析处理单元例如可以执行车辆特定的其他功能，从而必要时可以与其余的功能共同使用计算性能。
附图说明
以下参考附图详细描述本发明的实施例。附图示出：
图1：用于基于超声的入射角识别的原理图；
图2：说明根据现有技术的已知超声系统的失明的原理图；
图3：一种根据本发明设计的根据第一实施例的系统，
图4：说明根据本发明的一个实施例的方法步骤的流程图；
图5：一种根据本发明设计的根据第二实施例的系统；和
图6：示出用于根据本发明的车辆的一个实施例的示意图，所述车辆具有根据一种根据本发明的系统的一个实施例的两个系统。
具体实施方式
图1示出一种用于环境传感机构的系统1，所述系统包括第一接收器阵列Sx，所述第一接收器阵列包括第一接收器Sx1和第二接收器Sx2。来自系统1的周围环境的波前W以角度α入射到接收器阵列Sx的接收器Sx1和Sx2上。如果假设平面的波前W，则在到达第一接收器Sx1和到达第二接收器Sx2的信号分量之间得到路径差6。因为声速是已知的或者可以由可求取的参量确定(例如在使用温度传感器的情况下)，所以如果信号/回波例如已借助上述技术识别为干扰声，则可以由接收器Sx1,2的间距结合信号的相位差推断出角度α的大小并且因此推断出干扰声源的第一方向信息。
图2示出根据现有技术的用于环境传感机构10的系统。在保险杠20中，第一接收器Sx1和第二接收器Sy1以一彼此相对较大的间距布置。干扰声源Q保证对接收器Sx1和Sy1持久的干扰，从而在相应的接收区域Ex和Ey中的周围环境对象保持未被识别出或者接收器Sx1和Sy1对于其是“失明”的。
图3示出根据本发明设计和设置的系统1，其中，第一接收器阵列Sx和第二接收器阵列Sy布置在保险杠20中。干扰声源Q不仅布置在第一接收器阵列Sx的接收区域Ex,x+1中，而且布置在第二接收器阵列Sy的接收区域Ey,y+1中并且干扰两个接收器阵列Sx,y的接收。两个可识别的对象R中，第一对象布置在接收区域Ey+y1的未被干扰的区域中，而第二对象R不仅布置在接收区域Ex,x+1中而且布置在第二接收区域Ey,y+1中。所述区域完全受干扰声源干扰。然而，第一接收器阵列Sx可以求取干扰声源Q的第一方向信息并且第二接收器阵列Sy可以辨识干扰声源Q的第二方向信息。但通过这种方式可以识别置于两个接收区域Ex,x+1、Ey,y+1中的对象。置于第二接收区域Ey,y+1之外的、然而在第一接收区域Ex,x+1内的对象U仍然未被识别出，因为来自第二(另外的)视角的第二方向信息对于根据本发明的系统不可用。
图4示出一个流程图，所述流程图显示如在使用根据本发明的系统1的情况下可以实施的方法步骤。系统例如通过接通车辆的点火、挂入倒挡、操纵相应的操纵装置等来启动(“启动”)。在步骤100中借助第一接收器阵列和第二接收器阵列Sx、Sy扫描周围环境，即接收信号。在步骤200中求取是否已发射对应的发射信号。换句话说，接着检查接收信号是否是系统的由周围环境对象R反射的发射信号。在步骤300中进行情形区分：如果是回波(Y)，则在步骤400中进行关于回波渡越时间的分析处理。必要时在低于预先定义的最小间距的情况下向使用者发出警告消息。接着，如上述继续步骤100。如果在步骤300中求得所述接收信号是干扰(N)，则在步骤500中以第二方式处理所述接收信号。例如在接收信号中抑制所述信号分量或在分析处理时考虑所述信号分量。接着，所述方法继续步骤100的分析处理。在这些步骤之间的任一时刻检查是否满足预先定义的中断条件。如果满足所述中断条件，则所述方法结束。
图5示出根据本发明的系统1，所述系统示出分析处理单元3和与分析处理单元3连接的以扬声器4的形式的信号装置。由接收器Sx11至Sx33组成的二维接收器阵列Sx与分析处理单元3连接。借助所述二维阵列可以求取发射干扰声的干扰声源的精确的方向。如果使用两个接收器阵列，所述两个接收器阵列位于距彼此最小间距处，则基于可求取的方向信息可以精确地确定用于干扰声源的点。相对于在图3中所示的设置——根据所述设置对于干扰声源Q的可能的位置仅能够确定一条“直线”，所述直线与绘图平面垂直，借助分析处理单元3上的两个接收器阵列也能够确定干扰声源的最终的坐标并且在分析处理时省略由所述干扰声源发射的干扰声。
图6示出轿车5作为车辆，所述轿车不仅在其前部中而且在其尾部中具有保险杠20，所述保险杠具有在图5中示出的系统1。在此，所述系统当然可以具有多个接收器阵列Sx，所述多个接收器阵列与所示的相应的分析处理单元3连接。得出如先前已针对根据本发明的系统描述的那样的优点。
本发明的核心思想是，不是仅仅分析处理到达用于环境传感机构的系统的回波的方向信息，而是通过以下方式防止由于干扰声源的出现引起的各个接收器的(在声学的意义上)暂时的“失明”或者“炫目”：对于干扰声源也实现方向分辨率并且根据所使用的配置(Konstellation)可以求取干扰声源的多个方向信息或甚至求取干扰声源的精确位置。由此，可以在分析处理过程中以预先定义的方式处理——例如隐藏或者不考虑根据干扰声源位置接收的信号。
尽管已根据结合附图解释的实施例详细描述了本发明的根据本发明的方面，但对于本领域技术人员而言能够实现所述实施例的特征的修改和组合，而不脱离本发明的范围，本发明的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (24)

1.一种用于环境传感机构的系统(1)，所述系统包括：
发射器(Sx1，Sx2)，
第一接收器阵列(Sx)，所述第一接收器阵列具有
第一接收器(Sx1)，
第二接收器(Sx2)，
分析处理单元(3)，其中，
所述发射器(Sx1，Sx2)设置用于，产生用于在周围环境对象(R)上产生声学回波的信号，并且
所述分析处理单元(3)设置用于，
分析处理在借助所述第一接收器(Sx1)和所述第二接收器(Sx2)接收的接收信号之间的相位差，
对于所述第一接收器阵列(Sx)求取引起包含在所述接收信号中的干扰声的干扰声源(Q)的第一方向信息，并且
分别分析处理借助所述发射器(Sx1，Sx2)产生的回波的在所述接收信号中相应于所述第一方向信息包含的声分量，
其中，所述第一接收器阵列(Sx)进一步包括
第三接收器(S12)，其中所述第三接收器(S12)与所述第一接收器(Sx1)和所述第二接收器(Sx2)展开一个平面，其中，所述分析处理单元(3)进一步设置用于，分析处理在借助所述第三接收器(S12)和所述第一接收器(Sx1)接收的接收信号之间的和/或在借助所述第三接收器(S12)和所述第二接收器(Sx2)接收的接收信号之间的相位差，
对于所述第一接收器阵列(Sx)求取引起包含在所述接收信号中的干扰声的干扰声源(Q)的第二方向信息，并且
分别分析处理有用信号的在所述接收信号中相应于所述第一和第二方向信息包含的声分量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一接收器(Sx1)和所述第二接收器(Sx2)具有相对于彼此的一个间距，所述间距小于由在运行条件下所期望的声速与所述第一接收器(Sx1)和所述第二接收器(Sx2)的工作频率的两倍构成的商。
3.根据权利要求1或2所述的系统，所述系统进一步包括
第二接收器阵列(Sy)，所述第二接收器阵列具有
第四接收器(Sy1)，
第五接收器(Sy2)，
其中，所述第四接收器(Sy1)和所述第五接收器(Sy2)彼此布置和设置，其中，
所述分析处理单元(3)设置用于，根据借助所述第一接收器阵列(Sx)求取的第一方向信息以及根据借助所述第二接收器阵列(Sy)求取的第三方向信息对于所述第二接收器阵列(Sy)求取引起包含在所述接收信号中的干扰声的干扰声源的停留区域，并且
分别分析处理有用信号的在来自所述停留区域的接收信号中包含的声分量。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述分析处理单元进一步设置用于，分析处理在所述干扰声源不远的地方包含的信号。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一接收器阵列(Sx)和所述第二接收器阵列(Sy)的接收区域相互重叠。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述分析处理单元设置用于，根据所发射的信号的形状或根据预先定义的最大数量的从给定的方向在一个测量周期期间获得的信号来将一个所接收的信号分类为干扰信号。
7.根据权利要求3所述的系统，其中，所述分析处理单元设置用于，根据所发射的信号的形状或根据预先定义的最大数量的从给定的方向在一个测量周期期间获得的信号来将一个所接收的信号分类为干扰信号。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述系统(1)被规定和设置用于间距测量。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述接收器是超声接收器。
10.根据权利要求3所述的系统，其中，所述接收器是超声接收器。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分析处理单元(3)设置用于，分别抑制所述借助所述发射器(Sx1，Sx2)产生的回波的在所述接收信号中相应于所述第一方向信息包含的声分量。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分析处理单元(3)进一步设置用于，分别抑制所述有用信号的在所述接收信号中相应于所述第一和第二方向信息包含的声分量。
13.根据权利要求2所述的系统，其中，所述所期望的声速是在50℃的外部空气温度情况下所期望的声速。
14.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一接收器(Sx1)和所述第二接收器(Sx2)的工作频率在35kHz至65kHz的范围中。
15.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一接收器(Sx1)和所述第二接收器(Sx2)的工作频率在45kHz至55kHz的范围中。
16.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第四接收器(Sy1)和所述第五接收器(Sy2)相应于所述第一接收器(Sx1)和所述第二接收器(Sx2)彼此布置和设置。
17.根据权利要求3所述的系统，其中，所述停留区域的求取也根据所述第二方向信息进行。
18.根据权利要求3所述的系统，其中，所述分析处理单元(3)设置用于，分别抑制所述有用信号的在来自所述停留区域的接收信号中包含的声分量。
19.根据权利要求4所述的系统，其中，所述分析处理单元进一步设置用于，根据位置分析处理所述在所述干扰声源不远的地方包含的信号。
20.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一接收器阵列(Sx)和所述第二接收器阵列(Sy)的接收区域相互重叠超过其体积的50％。
21.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统(1)包括用于在低于预先定义的、关键的间距的情况下输出信令的装置(4)。
22.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述接收器是超声发射接收器。
23.根据权利要求3所述的系统，其中，所述接收器是超声发射接收器。
24.一种车辆，所述车辆包括根据以上权利要求中任一项所述的系统(1)。
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