CN103988093A - 用于借助于脉冲形发射的声信号对运动辅助设备进行环境检测的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提出一种用于借助于脉冲形发射的和在至少一个对象上被反射的声信号来确定对象在运动辅助设备的环境中的位置和/或运动的方法，在该方法中接收和使用至少一个具有在超声频率范围以下的频率的声冲激(S₁，S₂，S₃)。此外，公开一种用于实施所述方法的所属的装置、一种用于所述装置的遮盖设备以及一种具有根据本发明的装置的车辆。

Description

用于借助于脉冲形发射的声信号对运动辅助设备进行环境检测的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于声学地检测运动辅助设备的环境以及用于与运动辅助设备的环境以及在运动辅助设备之间进行信息交换的方法和装置。本发明尤其涉及以下方法和装置：其用于借助于脉冲形发射的和在至少一个对象上反射的声信号确定对象在运动辅助设备的环境中的位置和/或运动，以及用于根据声信号的由于反射引起的变化来区分反射所述声信号的对象，以及通过发射一组可能的信号形式中的确定的信号形式进行信息传输。此外，本发明涉及用于布置声学转换器(如布置在凹槽中)的装置、用于遮盖根据本发明的安装在运动辅助设备上的装置的遮盖设备的使用、到不同的转换器上以及到多个部件单元上的分布，以及具有多重谐振的转换器的使用和一种具有根据本发明的装置的运动辅助设备。

背景技术

目前，为了声学地对车辆进行环境检测，通常使用脉冲式地进行测量的超声系统，在所述超声系统中发射例如0.3ms的短信号脉冲，以便根据回波传播时间和声速确定与车辆的环境中的对象的间隔。所发射的信号脉冲在对象上的反射波(Reflexe)的传播时间视对象间隔而定地改变。

在声学的环境检测或者环境监视中使用超声频率范围，因为环境的干扰噪声的强度通常随着频率的上升而下降，并且，因此超声频率范围适合用于尽可能无干扰的探测。

从现有技术已知，随着信号频率或者信号载波频率的上升，信号的衰减增加。因此，随着信号频率增加，更加难以在10m、20m或者甚至超过100m的较大的距离上实施如例如在进行定位的、从文献DE102009027842 A1已知的车辆-车辆通信中所使用的那样的间隔确定或者信息传输。

声学信号在超声频率范围内由于随着频率的增加而上升的空间衰减而具有相对小的有效距离。所述有效距离比在较低的频率——例如人的可听范围中的频率——下所能够达到的有效度相对较差，并且因此借助于当今的声学环境传感器仅仅达到令人不满意的有效距离。

在借助于超声进行环境检测时，由于空间衰减随着信号频率上升而增加，因此主要使用在典型地48kHz处的超声带的下部范围。更准确地说，在从现有技术已知的超声系统中，由现今普遍的高的稳健性(Robustheit)要求和所达到的相对高的品质所决定地，仅仅在发射信号的围绕例如48kHz的载波频率的一个狭窄的例如±2kHz的频带中工作。

该频率选择意味着折衷，其中，还仅仅使用声学介质的一小部分。但是在此总是还由于太强的干扰或者空间衰减而仅仅实现不充分的测量有效距离。在对象距离较远并且由此发生的反射的情况下，不存在足够强的和明确地可探测的回波脉冲。

借助于脉冲持续时间或者冲激持续时间的延长，尽管有限的发射功率，还是能够提高所发射的、和在一个回波循环内可供使用的测量信号能量，以便以此方式获得更强的回波脉冲。以此方式，在某些情况下在巧妙的接收的情况下也能够稍微提高测量有效距离。然而，这种方法还是经常碰到其极限，因为随着脉冲持续时间增加，为环境检测所实施的传播时间测量的探测品质、尤其是可达到的位置分辨率下降。

能够或者宽带地或者窄带地或者单频率地发射声脉冲。窄带的转换器提供以下可能性：通过简单地接通或者关断发射流来生成声脉冲的信号频率，因为由于所述窄带性，在切换中所产生的较高的频谱部分在辐射之前被滤除。然而，在窄带的信号的情况下存在、和在单频率的信号的情况下以更大的程度存在：与其匹配的接收器的较高的易受干扰性，尤其当在一个场景中恰好该频率受干扰时。与窄带的转换器相比，用于发射声信号的宽带的转换器通常要求显著更耗费地生成信号形式，因为由于宽带性，无意地发射跳跃式变化——如在接通和关断发射流时出现的变化——的信号频谱。

此外，在一种信号频率上进行脉冲式测量的单频率的系统中通常存在以下缺点：在多重反射的情况下，也就是说在传播时间上相互接近的反射点上反射的情况下，可能发生被反射的信号的相消叠加，更准确地说，发生回波的相消叠加，从而异常小的(除非甚至没有)信号强度到达接收器上，因为满足消去条件

虽然描述了借助随时间变化的信号频率f_c＝Fkt.(τ)的方法，在所述方法中实际上不可能发生这样的消去。然而，在那里，用于信号产生或者回波分析处理的耗费相对高，主要是实际上可利用的普遍的电子声学转换器尤其与其安装状况相关联地经常具有突出的频率响应和/或在宽带性高的情况下也具有强烈的噪声。

此外，在脉冲式地进行测量的超声系统中，恰恰其合乎自然的不连续性是缺点：由于传输循环时间，也就是说从信号脉冲的发射开始直至所属的信号到达接收器中终止的有限的传播时间，仅仅很少地检测到对象场景中的变化并且不连续地检测到所述变化。

因此已开发所谓的脉冲模式方法，如例如在EP2144069A2中所描述的那样，并且在该文中，多个在时间上相继发射的脉冲形成脉冲模式，在适当的布置和分析处理的情况下，所述脉冲模式不仅仅能够实现对象间距的确定而且还能够实现相互之间对象间距的改变，也即其运动。在WO-2011009786 A1中也提出了一种脉冲内分析方法，其中，实施特殊的频率分析，以便能够容易地探测所接收的信号相对于所发射的信号的例如由于多普勒偏移引起的变化。因此，除间距以外，能够探测运动趋势以及信号形式区别和因此探测对象区别，由此稍微减少由于不连续的工作方式所决定的失明时间(Blindzeit)。但是，此方法要求高的分析耗费和分析处理耗费，并且因此也要求高的成本。

此外，也提出了以下方法：其中，使用具有相同的持续时间和相同的载波频率的脉冲的一定的脉冲模式。但是，在这样的方法中，在发射随后的发射脉冲期间针对之前所发生的发射脉冲来接收回波和紧随其后地针对随后的发射脉冲来接收回波而在此所需的高动态性是不利的，所述高动态性通过以下方式引人注意：系统必须将噪音非常小的接收信号部分——如其可能由于长的传播时间和反射器的小的反射率而出现——与邻近的非常好地进行反射的对象的可能同时到达的非常嘈杂的反射波进行区分。

从文献DE10225614A1已知一种用作超声转换器的间距传感器，其用于借助于相继发射的不同频率的超声脉冲的传播时间来确定对象的间距。在此，超声冲激的发射在不等距的时间间隔内进行，所述时间间隔为发射脉冲持续时间的8至10倍。然而，在那里所提出的信号频率的情况下，仅仅在可忽略相对运动的情况下并且在以下场景中才能够将这样相互交错的传输循环相互分离：在传播时间上先后相继的反射波彼此之间相距比在那里提出的脉冲的传播时间彼此之间相距得更远。与之相反地，在例如以5m/s的相对运动中，以40kHz发射的脉冲由于多普勒偏移返回为大约40.6kHz的回波或者在远距离的情况下返回为39.4kHz的回波。由于在传播时间上紧邻的反射波的叠加，在没有相对运动的情况下，由于单个反射波的叠加而引起的最终的回波也可能发生改变。因此，由于小的频谱可分离性和由于大的在时间上的间隔，具有在那里示出的小的频率区别的超声脉冲的发射不能实现将回波明确地分配给其发射脉冲。因为在那里所示出的发射脉冲全部具有相等的脉冲持续时间，所以也不能够按照回波脉冲持续时间将所述发射脉冲的回波明确地分配给不同的发射脉冲。

在此，不利的是：不同频率的超声脉冲的发射应仅仅先后相继地并且在数毫秒的持续时间的暂停时间之后才在同一个传感器上进行。如果在接收期间，多个发射脉冲持续时间的先前所发射的发射脉冲引起的回波再次在同一个传感器上发射，则这要求极大地提高滤波耗费(典型地至少1000倍)用于分离较新的发射的信号和回波的信号与由较早的发射引起的回波。在这样的限于下部的超声范围并因此而紧邻的频带中，这样的滤波如有可能，也仅仅以非常高的技术耗费才能够实现。

从文献DE102008044366A1已知，通过使用在超声范围内的调频波(Chirps)——在所述调频波中频率并不与时间成比例地改变，能够通过分析处理脉冲内信息来实现相对速度的容易的确定。

从文献DE102008054789A1已知，通过以下方式补偿回波信号的信号强度的由在对象上反射的信号的传播时间产生的损耗：借助依赖于回波信号的传播时间的放大来放大回波信号。这样也能够准确地分析处理微弱的回波信号。

从文献DE2144069A2已知，直接由在该对象上所反射的脉冲的具有独特的信号块序列(Signalstückfolge)的脉冲模式来确定对象的速度。

此外，从文献DE102008044351A1已知，通过以下方式实现超声传感器的功能的改进：通过至少一个屏蔽面屏蔽至少被超声传感器包括在内的电子声学转换器以防电磁辐射，并且通过合并覆盖运动辅助设备的环境的一部分的所有传感器的回波信息，能够在主要负责所述环境的所述部分的处理单元中实现特别高效的信号处理。

此外，从文献DE4410895A1已知一种超声传感器，其安装在车辆外部部件的空隙中并且借助于遮盖设备遮盖。由此有效保护超声传感器免受外部影响，尤其免受盗窃和损坏。

此外，从文献DE102010031573已知一种布置，在该布置中，声学传感器、在那里特别是超声传感器设置在凹槽或者向外敞开的空腔中，其中，所述凹槽或者所述向外敞开的空腔由至少一种车辆装饰元件构成，其外侧不因容纳超声传感器元件而中断。

此外，从文献DE102010027780已知一种布置，在该布置中，声学传感器、在那里特别是超声传感器包含膜片，所述膜片具有至少两个用于发射和/或接收超声信号的子区域，其中，所述两个子区域具有不同的谐振特性，并且具有至少一个与所述膜片耦合的电子机械式转换器，在所述至少一个电子机械式转换器上可施加具有至少两种不同的控制信号频率的控制信号，其中，第一控制信号频率位于膜片的第一子区域的谐振频率的范围内，而第二控制信号频率位于膜片的第二子区域的谐振频率的范围内。

在WO-2011009786A1中描述了一种进行定位的车辆-车辆通信的方法，该方法的核心在于，也能够根据声学信号的相互的传播时间差别来识别配有至少两个在空间上分离的声学接收器的观察器与声源在空间上的关系，如接收器与配有至少两个在空间上分离的声源的发射器在空间上的关系，尤其当对于接收器而言在空间上分离的声源的间隔已知时。

当今的环境传感机构系统必须以增加的程度执行安全关键的功能，如不同的致动器的加速、制动、转向、触发或者参数化，在所述功能中确保，所探测的环境信息是可靠的。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供手段，借助于所述手段，相对于在现有技术中使用的系统能够提高有效距离和/或相对于干扰信号的稳健性。

根据本发明，提出根据独立权利要求1和15所述的一种方法和一种装置，其用于与运动辅助设备的环境进行信息交换和/或用于通过借助于脉冲形发射的声信号确定对象在运动辅助设备的环境中的位置和/或运动来声学地检测运动辅助设备的环境。

在根据本发明的方法中，具有相互不等的中心频率f_ci的冲激的声发射通过以下方式来实施：将对于脉冲形声信号所使用的频率范围划分成分别具有所使用的中心频率f_ci之一的频带。在此，根据本发明，相邻的频带的中心频率f_ci、f_ci+1具有预先确定的相互间的最小间隔。

此外，提供根据权利要求19的、用于遮盖根据本发明的装置的机械式遮盖设备。

此外，公开一种运动辅助设备，其具有根据本发明的装置和选择性地具有根据本发明的机械式遮盖设备。

由从属权利要求得出本发明的优选的扩展方案。

根据本发明的最小间隔优选大于20％，也就是说，其根据来计算。

那么，根据本发明已看到，声学信号在不同的频率范围内的传输特性能够明显不同，不但在信号衰减方面，而且在在那里主导的反射特性或者在那里主导的干扰信号方面。

此外，根据一种优选的实施方式——在所述实施方式中至少暂时同时地和/或一个紧接着另一个地发射相互不同的中心频率f_ci的冲激，有利地，尤其通过同时地或者至少准同时地利用相互明显不同的频带来组合所有频带的优点，并且由此得出的接收信号能够相对容易地被分析处理，尤其当同时的或者准同时的发射在运动辅助设备上在空间上分布上地进行时和/或当所述发射的声信号形式在其他特征方面——例如在发射脉冲持续时间、信号频率和/或信号频率在脉冲内的变化曲线方面——附加地不同于彼此。

此外，系统的特征还可以在于：在所使用的频带中的一些频带中，就运动辅助设备而言没有发生发射，和/或，一些转换器并不用于发射而是仅仅用于接收声学信号。

以此方式所实现的空间-时间-频率多样化使得能够廉价地实现高可靠性的传感器。

在根据本发明的方法中尤其接收和使用至少一个具有在超声频率范围以下的频率的声冲激。

因此，根据本发明，借助于在超声范围内和在其以下、尤其在人的具有f<20kHz频率的可听范围内的脉冲形声学信号实施声学定位，其中，在根据本发明的声学定位中，也能够完全放弃在超声范围内的脉冲形信号的使用。

由此，原则上，在借助于现在所利用的功能进行位置分辨时也没有值得一提的损失，因为在人的可听范围内的声学信号的波长λ大于1.7cm，所述声学信号具有在20kHz以下的频率。

基于本发明的构想是，优化地利用整个声学频谱和尤其也相应地利用频谱范围的优点。

对于超声测量冲激的决定源自于一个时期，在那时，人们只是能够借助一些在当时出现的电子构件在一个窄的频率范围内接收较高频率的电信号(也就是超声)，并且以合理的成本模拟地进行处理。在随后的30年中技术继续发展，并且因此，人们现在已经能够，借助于便宜的模拟-数字转换器——例如Sigma-Delta转换器将具有高得多的动态性的14...16比特的和更多比特的宽带的声学信号尤其在至20kHz的信号频率范围内(就是说，尤其也在超声带以下)转换为数字格式，并且在那里借助在当时可便宜制造的信号处理技术来滤波并且另外进行处理。

根据本发明，为了对运动辅助设备进行环境探测而充分利用：由于当今可借助相对小的耗费实现的高的转换器动态性以及由于可通过数字技术实现的窄带的滤波，也能够使得人的可听范围用于可用于声学的环境探测，尽管较高的干扰电平通常在那里主导，除了当今所使用的压电超声转换器之外，尤其是宽带的麦克风和声音发生器——如扬声器、尤其高音器成本有利地可用。

尤其在对于声学的环境检测普遍的传播时间测量中出现具有非常小的信号强度的回波信号。为了避免这些(回波)接收信号的通过自身的发射引起的干扰，在接收(回波)接收信号期间，没有进行在信号强度的时间变化曲线和频率变化曲线方面与(回波)接收信号类似的发射。

根据本发明，这通过以下方式实现：自身的发射优选如此脉冲形地调制，使得在回波接收期间在相同的频率范围内不进行发射。

替代地，在利用明显相互不同的频带的情况下如此频率调制地设计发射，使得发射借助其频率明显地与在相同的时刻待分析处理的(回波)接收信号不同。

然而，应不仅仅在根据由运动辅助设备发射的信号的传播时间测量来定位的情况下，而且在接收其他交通参与者的信号以及所述运动辅助设备的环境——例如建筑障碍物——中的信号或者为了交通控制而使用的信号的情况下，能够避免自身接收的通过自身发射所引起的干扰。

根据本发明的另一个有利的扩展方案，至少部分地在相互明显不同的中心频率f_ci的脉冲中发射声信号，其中，将对于脉冲形声信号所使用的频率范围划分成具有中心频率f_ci的频带。为了尽管多普勒偏移和/或在传播时间上邻近的回波的叠加的影响仍能够实现脉冲持续时间T_P在邻近的中心频率f_ci、f_ci+1上所发射的脉冲的可靠的分离，在至少准同时地利用频带的情况下，频率间隔应至少满足条件

这能够有利地实现：如此设计发射信号，能够实现耗费小的信号分析处理。例如能够实施m元(M-ary)调制。m元调制尤其意味着，至少暂时同时地或者至少准同时地在多个信号频带中进行发射。在此，所述发射如此设计，使得它们在通过相对运动所导致的多普勒偏移的情况下也能够借助与信号匹配的滤波器(英语Matched Filter)来明显地相互分开。回波的通过在传播时间上紧邻的反射波引起的信号变化不应导致信号的失真。

此外，在本发明的一种实施方式中，由同一声反射器——所述声反射器目前大多实现为电子声学转换器——来实施以上所提到的、在不同的频带内的、至少准同时的发射，以及通过在相同的安装位置上的不同装置以及通过以下装置来实施：所述装置分散地布置在运动辅助设备上和/或运动辅助设备的周围并且在其发射中相互同步。

此外，根据本发明的到具有间隔开的中心频率的频带的划分能够有利地应用在已知的脉冲调制技术和频率调制技术中，如其例如在EP2144069A2、EP2251710A2、EP2312333A1和/或在WO-2010063510A1中所描述的那样，尤其在脉冲调制方法和频率调制方法组合的情况下也能够应用在这里所述描述的根据本发明的频带中。那么，尤其通过本发明结合在WO-2010063510A1中所描述的频率调制方法的应用，尤其当在具有中心频率f_ci<20kHz的频带上应用时，能够实现：自身的发射的频率明显地不同于在相同的时刻待接收的回波信号的频率。

利用不同的频带的特征用于声学的环境监视的另一种可能性在于，相对于彼此在时间上错开地发射在明显相互不同的频带内的脉冲，其中，优选使用脉冲之间的差异——如脉冲在时间上的相对彼此的布置、脉冲持续时间和/或脉冲的频率变化曲线或者频率位置——用于干扰抑制、碰撞识别和/或信息传输。在此，在信息传输的情况下，脉冲的每一种布置表示一种信号形式，并且所有可能的布置的总和表示一组可能的信号形式。

这例如相对于在WO-2011009786A1中所描述的方法具有以下优点：尤其通过利用20kHz以下的信号频率，由于较小的衰减而可实现明显较高的超过100m的有效距离。在此，尤其能够通过分析处理通过信号传输而出现的信号变化——如多普勒偏移、传播时间变化和/或信号衰减，以及通过分析处理在从一组可能的信号形式中选择的信号形式和实际上所发射的信号形式之间的差异，能够在运动辅助设备和其环境之间交换其他信息。

根据本发明的一个优选的扩展方案，如此应用所述方法：根据所发射的声学信号的传播时间相对彼此的差别求取配有至少两个在空间上分离的声学接收器的观察器与声源在空间上的关系和/或接收器与配有至少两个在空间上分离的光源的发射器在空间上的关系。在此，根据该实施方式的一个变型方案，优选使用20kHz以下的信号频率。

根据本发明的又一个扩展方案——该扩展方案尤其能够与上述优选的扩展方案组合，附加地通过分析处理由于信号传输而出现的信号变化，如多普勒偏移、传播时间变化和/或信号衰减，以及通过分析处理在从一组可能的信号形式中所选择的信号形式和实际上所发射的信号形式之间的差异，在运动辅助设备和其环境之间交换其他信息。

因为在该有利的扩展方案中，声频谱划分成多个频带，所以能够在滤除时进一步降低耗费。由此降低和/或能够更好地充分利用在技术上可实现的信号处理的所需的动态性范围，这也意味着成本节约。

由此，尤其能够有利地实现：低频的声学信号的高次谐波或者被利用作为高频的载波信号或者能够远离高频载波信号。

根据一种优选的实施例，如此选择根据本发明的所使用的不同的中心频率，使得它们相互成整数的频率比。更准确地说，在本发明的这一有利的实施方式中，中心频率f_ci相互之间如n·f_ci＝m·f_cj且i≠j那样如此表现，使得n,m∈N，优选

通过所利用的频带相互的比例为整数的方式，确保较容易的信号生成和信号滤波，因为低频带的高次谐波不落入较高频带中。

在本发明的一种实施方式中，如以上提到的，至少暂时同时地和/或一个紧接着一个地发射相互不同的中心频率f_ci的脉冲。

在此，发射暂停优选中断由不同的中心频率f_ci的脉冲组成的信号发射，以便进一步减小对分析处理技术的信号动态性的要求。

根据本发明的另一种优选的扩展方案，如此发射脉冲形声信号，使得在同一中心频率f_ci的情况下所使用的脉冲持续时间在不同的传输循环之间相互不同。

根据又另一扩展方案，在一个传输循环的数量级上的时间范围内在相互不同的中心频率f_ci上所发射的声冲激具有相互不同的冲激持续时间。

根据又另一扩展方案，在一个传输循环的数量级上的时间范围内以相互明显不同的中心频率f_ci发射声冲激，所述声冲激分别在不同的时间点开始和/或分别在相互不同的时间点结束。

此外，在所述方法中，在较低的中心频率f_ci的信号组成部分的情况下优选使用较长的持续时间的脉冲和/或比具有较高的中心频率f_ci的信号组成部分的情况下发射更少的脉冲，和/或，在不同的中心频率f_ci上所生成的发射信号组成部分的信号强度能够具有不同的信号强度。

因此，根据本发明，另外以有利的方式充分利用：多普勒分辨率取决于脉冲持续时间或者相当的在载波频率处的停留时间。

在根据本发明的方法中，充分利用以下事实：借助于具有高频率的短脉冲在对于高频带普遍的、相对小的有效距离的情况下达到虽然小的多普勒分辨率但是高的位置分辨率，反之亦然。这尤其适用于，当在低信号频率中的脉冲的脉冲持续时间随着信号频率的降低而比例过大地增加时。

换言之，充分利用具有低频率的声学信号的低的空间衰减优选用于实现高的有效距离。长脉冲允许好的多普勒分辨率，从而在低频率的范围内的信号更可能借助非常好的速度确定和甚至非常好的加速度确定来提供粗略的距离估计，而在较高的频带中的具有短脉冲的信号主要用于位置确定。

此外，根据本发明，在中心频率f_ci的情况下所生成的信号频率在中心频率的范围内主要在±1.5/Tpi内的频带中波动，其中，Tpi是在该传输循环中在所述中心频率的情况下所使用的脉冲持续时间。由此，一方面实现了发射脉冲的自相关函数的上部范围的宽度的明显降低，并且另一方面在静止不动的对象场景中避免了满足消去条件。

根据本发明，因此发射由一组可能的信号形式相应地因此所确定的信号形式。

此外，根据一种扩展方案，发射声学脉冲，所述声学脉冲具有：具有在所述脉冲持续时间内固定的频率的信号块和/或具有在所述脉冲持续时间内与时间相关的频率的信号块、尤其调频波和/或在所述脉冲持续时间内具有独特的信号块序列的脉冲模式。优选具有窄的自相关函数的脉冲——例如Barker码——适合于作为脉冲模式，有选择地实现为幅度调制或者在中心频率f_ci的情况下或者在多个通过不同的中心频率f_ci、f_cj且i≠j表征的频带上实现为频率调制。

因此，能够有利的是：根据干扰状况和/或对象场景状况发射在脉冲持续时间内具有固定的频率的发射脉冲和/或在脉冲持续时间内具有随时间变化的频率的发射脉冲、尤其是调频波。

由于简单的实现，在此特别优选在脉冲持续时间内具有固定的频率的发射脉冲。

根据本发明，特别优选：使用在脉冲持续时间内具有频率调制的声学发射信号，就是说，在频率不同的情况下借助于电子声学转换器与不同的停留时间组合在脉冲持续时间期间不中断地发射，和/或，使用发射脉冲的频率调制以分开由在空间上分离的电子声学转换器同时发射的发射脉冲。

通过发射线性的尤其在人的可听范围内的调频波，实现了改善的位置分辨率，因为这样的脉冲的自相关函数在其上部范围内特别窄。通过发射非线性的尤其在人的可听范围内的调频波，降低用于通过分析处理脉冲内信息来确定相对速度的耗费。

在这里，作为本发明的优点，通过使用尤其在人的可听范围内的声学发射脉冲能够直接从信号块序列中确定对象的速度，所述声学发射脉冲分别具有在周期持续时间内具有独特的信号块序列的脉冲模式。为此，丝毫不需要关于环境类型、对象的数量和位置等等可能会减小速度确定的可靠性的假设。

本发明的另一有利的扩展方案在于，发射在所选择的频带中的至少一个声信号，在所述频带中，在发射所述声信号之前，低于预先定义的干扰信号密度阈值的干扰信号密度占主导。根据本发明，也能够发射至少一个具有这样的所选择的信号形式的声学信号，使得所选择的信号形式与在发射所述自身信号之前占主导的声学信号的信号形式分别不同。如果在目前所使用的位置中出现相对高的干扰，则能够根据干扰状况改变所述中心频率。

换言之，在根据本发明的方法中尤其如此选择发射信号，使得其位于频谱范围内，在发射之前在所述频率范围内仅仅存在少量的干扰。可选地，使发射信号与在自身发射之前占主导的信号频谱如此匹配，使得在自身信号中所使用的发射形式明显不同于在自身发射之前占主导的信号形式。在此，在自身的发射信号内所选择的信号形式的特征尤其在于在发射期间所选择的频率变化曲线(固定的频率、线性的和非线性的调频波，频率跳跃(Frequency Hopping)等等)，和在于发射脉冲的窗口形状(矩形、三角形、高斯形窗口等等)、脉冲持续时间、脉冲持续时间的序列以及在脉冲之间的所属的暂停时间。

本发明能够有利地用于根据从车辆环境中所接收的声学信号——例如为车辆的操作者生成关于车辆环境中的状况的信息/警告。在车辆的行驶运动中能够例如通过转向、加速和/或制动影响车辆，或者，能够参数化或者激活用于避免损坏或者减小事故严重性的设备，例如安全皮带拉紧器、车窗玻璃升降器、可安装的头枕、安全气囊等等。

此外，根据又一根据本发明的方法的扩展方案，也能够使用本发明用于实现在多个运动辅助设备之间的通信，尤其用于进行定位的车辆-车辆通信，在所述通信中，根据其他运动辅助设备的声学发射，通过分析处理信号特征如传播时间差别、信号强度变化和/或信号频率变化来相对于环境分析处理自身和/或其他交通参与者在空间上的关系，并且在所述通信中，随后进行的发射可选地附加地包含关于在运动辅助设备中所检测的环境的信息。

为此，能够使用例如本发明的一种实施方式，其中，接收和分析处理由其他运动辅助设备、尤其车辆或者由在运动辅助设备的车辆环境中的装置所发射的声信号，所述声信号的特征在于多个中心频率。此外，为了分析处理所述声信号，能够使用由运动辅助设备所接收的声信号中的信息，所述声信号的特征在于多个中心频率并且所述声信号已由环境向运动辅助设备发射。

根据本发明的一种实施方式，尤其同时使用在可听范围内所发射的声信号用于声学地标记尤其噪音小的运动辅助设备，如电驱动的车辆。那么，由于所述声学的标记，不仅仅通知其他交通参与者、尤其行人噪音小的运动辅助设备的存在，而且通过在传播时间差别、信号强度和多普勒偏移方面的声学特征的根据本发明的有针对性的在信号技术上的分析处理，也详细地确定所述运动辅助设备的在空间上的特性。此外，根据所计算的与至少一个对象、尤其第二运动辅助设备碰撞的概率来选择所发射的用于声学地标记所述运动辅助设备的信号的信号形式和/或信号强度变化曲线和/或至少一个信号块序列和/或频率变化曲线和/或频带。

换言之，为了确定对象场景，同时使用所发射的具有在人的可听范围内的频率的声学信号用于声学地标记车辆、尤其噪音小的车辆。尤其如此设计自身车辆的声学的标记，使得在不危险的状况下，例如当所述自身的车辆不面临与其他交通参与者碰撞时，更可能发射低频的和/或缓慢变化的信号，而随着碰撞的风险增加更可能发射高频的、频繁改变的、在人的可听范围内的信号，由此特别警告周围的交通参与者。

根据本发明，为了进一步分析处理声信号，能够确定有关周期持续时间的变化曲线、尤其是回波传播时间的时间变化曲线的测量序列。在此，所述测量序列具有具有超过信号强度阈值的信号强度的信号块，并与至少一个参考序列进行比较，并且确定有关测量序列与参考序列的偏差的比较信息，并且，为了确定有关所发射的声信号中的一个声信号的信息和为了确定第一对象的位置和/或运动和/或为了确定至少一个反射性的、位于所述自身车辆和所述第一对象之间的第二对象的位置和/或运动、至少一种形式特征，考虑所述比较信息的至少一个分序列。

因此，能够特别有利地优选使用声学交变信号，所述声学交变信号由此可描述为具有随时间可变的信号强度的周期持续时间序列。类似于指纹地，所接收的声学信号的周期持续时间的测量序列分别是不但对于所发射的发射脉冲而且对于到所述接收装置的传输路径而言的特征，其中，例如通过进行发射和/或进行接收的天线的指向性、通过以下对象——在所述对象上沿其到接收装置的路径反射所发射的声学信号——和通过所述对象相对于彼此的相对运动来确定传输路径。如果分析处理装置辨认出对于传输场景来说独特的、优选通过参考周期持续时间的序列来代表的指纹，则能够在接收器侧探测，在所接收的声学信号中存在什么场景。

在根据本发明的装置的一个扩展方案中，所述装置的至少一个声传感器是屏蔽传感器，所述屏蔽传感器具有用于屏蔽传感器的产生声振动的组件以防电磁辐射的屏蔽面。

由此，有利地实现电磁辐射对所述声学装置的相对于电磁辐射敏感的组件的干扰性的影响的最小化，并因此实现这样的声学装置的功能方式的改进。

此外，根据本发明的另一实施方式，在分析处理以确定所述第一对象的位置和/或运动之前，以与所接收的声学信号的传播时间有关的增益来放大由所接收的声学信号产生的电信号。

在这种实施方式中，也能够在环境检测中最优地分析处理弱的回波信号。

根据本发明的装置能够如此设计并且具有由不同的发射模块和接收模块组成的系统，使得为了发射和/或接收声学信号，使用相同的或者不同的结构部件。例如使用一种超声-电子-声学转换器、用于产生在人的可听范围内的声学信号的汽笛和在空间上与之分离的、具有任意的结构的用于接收声学信号的至少一部分的麦克风。因此，能够使声分析处理的借此分离的频带更容易地与对象状况和干扰状况相匹配。

根据本发明的一种实施方式，所述装置具有声学传感器和至少一个与所述膜片耦合的电子机械式转换器，所述声学传感器包含膜片，所述膜片具有至少两个用于发射和/或接收超声信号的子区域，其中，所述两个子区域具有不同的谐振特性，在所述电子机械式转换器上可施加具有至少两个不同的控制信号频率的控制信号，其中，第一控制信号频率位于膜片的第一子区域的谐振频率的范围内，并且第二控制信号频率位于膜片的第二子区域的谐振频率的范围内。

根据本发明的运动辅助设备、尤其车辆能够设置用于在凹槽中或者在向外敞开的空腔中设置声学传感器或者超声传感器，其中，所述凹槽或者所述向外敞开的空腔通过至少一个车辆装饰元件构成，其外侧不因容纳超声传感器元件而中断。

根据本发明的机械式遮盖设备用于遮盖固定在运动辅助设备上或者中的根据本发明的装置。所述遮盖设备能够是例如在车辆外部部件的空隙中的装置的遮盖设备。在此，如此构造所述机械式遮盖设备，使得当所述遮盖设备与待遮盖的装置以及运动辅助设备相连接时，所述遮盖设备形状锁合地盖上待遮盖的装置和/或至少部分地形状锁合地盖上所述运动辅助设备。此外，所述遮盖设备可具有如此选择的刚性，使得由于所述遮盖装置，在所选择的频率范围内、尤其在人的可听范围内仅仅出现所发射和/或所接收的声信号的最小衰减。此外，能够如此设计所述遮盖设备，使得其能与被所述待遮盖的装置所包括的电子声学转换器的膜片声学地耦合。

借助于根据本发明的遮盖装置，能够将用于发射和/或接收至少在人的可听范围内的声学信号的声学装置被遮盖地安装在车辆外部部件中，由此保护这样的声学装置以免受外部的影响如损坏和盗窃。尤其如此构造所述遮盖装置，使得确保以此所遮盖的声学装置的最优的功能性。

在使用根据本发明的具有运动辅助设备的装置时，能够将例如对于短的和优选高频的脉冲所使用的转换器定位在车辆表面的附近，而用于低频率的较长脉冲的转换器优选从车辆内部出发，例如通过散热格或者通过由功能决定的、本来存在的开口进行发射。

通过在多个频带内、尤其也在20kHz以下的低衰减的频带内发射声学信号，尤其通过同时和/或准同时地发射声学信号，和/或通过经由多个至少部分地检测环境的相互重叠的区域中的信号的转换器发射和/或接收声学信号，和/或尤其通过所发射的信号脉冲的不同的特征、如尤其脉冲的脉冲持续时间和/或频率变化曲线，借助相对少的额外耗费实现冗余的传感器信道，由此实现较高的可靠性。

根据另一种扩展方案，本发明具有控制装置，所述控制装置构造用于控制借助于所述装置发射的声信号中的和/或为了标记所述运动辅助设备而发射的声信号中至少一个声信号的信号形式和/或信号强度变化和/或至少一种信号块序列和/或频率变化曲线和/或频带。

此外，根据另一优选的实施方式，分析处理至少部分地覆盖所述运动辅助设备周围的整个环境的相互重叠的子区域的转换器的信号，和尤其优选负责所述整个环境的部件的控制/分析处理的单元——例如控制设备——的环境中的接收信号。例如存在一个单元，该单元覆盖沿行驶方向的环境和/或覆盖用于倒车的环境和/或覆盖运动辅助设备的一个侧面或者多个侧面。

在另一种优选的实施方式中，所使用的转换器为电子声学转换器。

本发明不限于借助于外能——例如借助于发动机、燃油或者蓄电池——驱动的运动辅助设备或车辆或者汽车，而是也能够应用到其他类型的运动辅助设备上。因此，本发明也能够同样如应用到由人力所驱动的行走工具上那样应用在病床、电轮椅、自行车、赛格威(Segway)车辆中，并且在行人中用于声学的定向，和/或，由到达的声学信号提供关于交通状况的信息。术语“运动辅助设备”也能够理解为例如马车、移动病床、轮椅、自行车等等，以及工具，如建筑机械、机器人等等。

本发明也绝不限于应用到超声范围和上部的可听范围上，而是取而代之地必要时也应用在下部的可听范围内，例如优化或者补充已经在那里应用的或者新添加的技术。这在已经提到的车辆-车辆通信中尤其有利。此外，根据该实施方式的一种变型方案，根据本发明能够实现车辆-车辆通信，所述车辆-车辆通信同时适合用于传输车辆-车辆运动关系。因此，在此，接收器也能够根据所接收的冲激的幅度和其在时间上的相互关系来估计在进行发射和进行接收的车辆之间的间距。

根据一种实施方式，可听范围和/或特别是下部的可听范围的根据本发明的利用也适合于：使用例如0.5s的持续时间的或者较短或较长的具有0.5Hz的频率或者以上的持续时间的脉冲，例如由倒车警告灯或者类似的装置发射的脉冲。那么，使用原本已经用于声学地进行标记和警告的脉冲。在此，以有利的根据本发明的方式使用和分析处理在此出现的回波或者在此所传输到其他交通参与者的信息。因此，能够根据本发明使用信号，所述信号视角度而定地涉及功能上原本存在的信号或者要与超声准并行地发射的信号。有利地，借助本发明能够达到高的有效距离。在，特别是在所提到的低频率实施方式中，以特别简单的方式实现明显超过10m的有效距离或者在进行定位的车辆-车辆通信的情况下甚至超过100m的有效距离。

附图说明

以下参照附图详细地描述本发明的实施例。在附图中示出：

图1示出根据本发明的第一实施方式的多个至少部分地同时发射的脉冲形信号的时间变化曲线，其中，所述信号分别包括具有固定的频率的多个信号块(Signalstück)，

图2示出根据本发明的第二实施方式的发射脉冲的频率的时间变化曲线，其中，所述发射脉冲包括线性的调频波，

图3示出图2中的所发射的调频波的自相关函数的绝对值与具有固定的频率的相同长度的发射脉冲的自相关函数的绝对值相比较的时间变化曲线，

图4a至4f分别示出根据本发明的另一种实施方式的发射脉冲的频率的时间变化曲线，其中，每个发射脉冲包括一种调频波，

图5示出示例性的一组根据本发明的第三实施方式的声冲激的时间变化曲线，

图6示出示例性的一组根据本发明的第四实施方式的声冲激的时间变化曲线，以及

图7示出根据本发明的环境检测装置的转换器输出级的原理电路图。

具体实施方式

以下根据附图详细地解释本发明的优选的实施方式。

图1示出根据本发明的第一实施方式的三个至少部分地同时发射的脉冲形信号S₁(t)、S₂(t)、S₃(t)与时间t相关的变化曲线，所述信号分别具有多个具有相应的固定的频率f_c1、f_c2和f_c3的信号块。在此，信号S₁(t)包括三个重复的脉冲(信号块)P₁₁、P₁₂和P₁₃，在图1中仅仅示出其中的两个脉冲P₁₁、P₁₂。信号S₂(t)包括三个重复的脉冲(信号块)P₂₁、P₂₂和P₂₃，其在图1的示图中分别仅仅出现一次。此外，信号S₃(t)包括三个重复的脉冲(信号块)P₃₁、P₃₂和P₃₃，其在图1的示图中分别重复两次。

在图1中所示出的、分别具有多个固定频率信号块的三个信号S₁(t)、S₂(t)、S₃(t)的信号-时间示意图中，最低频带1的中心频率f_c1大约相应于在欧洲被认为适度的标准音A的0.44kHz的频率。相邻的第二频带2的中心频率f_c2在这里示例性地相应于所述最低中心频率f_c1的八倍，并且在这里位于大约3.52kHz处，并且第三频带3的中心频率f_c3位于例如超声范围内大约28.16kHz处。

在具有中心频率f_ci的频带i，i＝1，2，3内，在这里示出的信号S_i的特征在于，借助于通过简单地接通和关断产生的矩形窗口来调制的信号块S_si1、S_si2和S_si3、脉冲持续时间T_si1、T_si2和T_si3和脉冲暂停持续时间T_Pi1、T_Pi2和T_Pi3。

例如，在具有0.44kHz的中心频率f_c1的频带1中，脉冲P₁₁、P₁₂、P₁₃(未示出)的发射脉冲持续时间可为T_s11＝45ms、T_s12＝182ms、T_s13＝1091ms，在具有3.52kHz的中心频率f_c2的频带2中可为T_s21＝11.36ms、T_s22＝68.2ms、T_s23＝2.84ms，在具有28.16kHz的中心频率f_c3的频带3中可为T_s31＝0.71ms、T_s32＝0.18ms、T_s33＝4.3ms。

替代地，所述m元信号能够通过以下组合而构成：在具有0.22kHz的中心频率f_c1的频带1中的并具有T_s11＝273ms、T_s12＝1636ms的脉冲与在具有3.52kHz的中心频率f_c2的频带2中的并具有T_s21＝17.05ms、T_s22＝2.84ms的脉冲和在具有48kHz的中心频率f_c3的频带3中的并具有T_s31＝1.00ms、T_s32＝0.17ms的脉冲。

替代地，所述m元信号能够通过具有明显不同的信号频率的脉冲的组合来构成，在这些脉冲中，所有信号频率位于超声带内或者在其极限处和/或对于每个信号频率仅仅使用一个脉冲持续时间，例如通过以下脉冲的组合：在具有16kHz的中心频率f_c1的频带1中的并具有T_s11＝30ms的脉冲与在具有32kHz的中心频率f_c2的频带2中的并具有T_s21＝1.25ms的脉冲与在具有64kHz的中心频率f_c3的频带3中的并具有T_s31＝0.08ms的脉冲。

替代地，所述m元信号能够通过具有明显不同的信号频率的脉冲的组合来构成，在这些脉冲中，所有信号频率位于可听范围内，和/或，对于每个信号频率仅仅使用一个脉冲持续时间，例如通过以下脉冲的组合：在具有160Hz的中心频率f_c1的频带1中的并具有T_s11＝281ms的脉冲与在具有1.6kHz的中心频率f_c2的频带2中的并具有T_s21＝9.38ms的脉冲和在具有16kHz的中心频率f_c3的频带3中的并具有T_s31＝0.31ms的脉冲。

所述各个声脉冲的频率变化曲线能够在发射脉冲持续时间期间保持不变地位于例如频带的中心频率处和/或随时间变化。那么，在先前所提到的例子中，脉冲2和3在发射期间的频率可以为固定的，而脉冲1在发射脉冲持续时间期间的频率发生变化，例如进行调频。

根据本发明，可能的是，在同一个转换器或者在多个转换器上进行其他发射，所述其他发射由具有明显不同的信号频率和选择性地不同的脉冲持续时间的脉冲组成。在脉冲P_i1、P_i2和P_i3之间的发射暂停T_Pi1、T_Pi1和T_Pi1典型地是在频带i，i＝1，2，3内的先前的发射脉冲持续时间的10至100倍。完全可考虑超出和低于所述发射暂停。暂停持续时间T_Pi1、T_Pi1和T_Pi1应该可变地再调整，尤其根据当前交通状况的动态性和/或根据暂时的干扰强度。

在一种优选的实施中，能够根据先前所进行的测量如此选择所述暂停持续时间和因此如此选择当前的传输循环的传输循环持续时间，使得在当前的传输循环的这样的回波传播时间范围内进行发射脉冲的发射，所述发射脉冲标记接下来的传输循环的开始，对于回波传播时间范围已根据之前的回波循环中的测量进行估计，使得在该回波传播时间范围内没有信号、尤其没有回波信号出现。借助于该策略能够使发射和接收信号碰撞的概率最小化。

所示出的发射示意图不但可以涉及在一个频带中的发射，而且可以涉及在同一种电子声学转换器的不同频带中的发射，而且可以涉及不同的电子声学转换器的发射。

发射脉冲P₁₁、P₁₂和P₁₃的第一发射在不同的频带i，i＝1，2，3中在时间上相互错开地进行，而稍后的发射脉冲P₁₂、P₂₃和P₃₃如在图1的结尾所示出的那样，也能够在不同的频带i，i＝1，2，3中同时发射。

由于简单的实现，在这里优选固定频率发射。作为固定频率，当信号频率f在脉冲持续时间T_s之内变化小于3/T_s时，在扩展的意义上也被认为是固定频率。然而，在脉冲持续时间T_si1、T_si2和T_si3之内，也能够发射具有随时间变化的信号频率的信号、例如调频波。

根据本发明的基本构想，在低频的频带i，i＝1，2中利用低的衰减来实现高的有效距离。长脉冲(就是说这样的包括相对大数量的信号周期的发射脉冲)允许良好的多普勒分辨率，然而更可能由于其长度仅仅实现粗略的位置分辨率。借助长脉冲尤其在低频的范围内由于在那里存在的衰减较小而达到较高的有效距离。因此，长脉冲优选适合用于具有非常好的速度确定(和甚至加速度确定)的粗略的距离估计。反之，借助短脉冲特别好地实现高的位置分辨率。这尤其能够在较高的频带中实现。然而，由于在那里存在的空间衰减较高，较高的频率范围中的脉冲具有较小的有效距离。

根据干扰状况和/或对象状况，发射脉冲S₁(t)、S₂(t)、S₃(t)的频率i，i＝1，2，3可为固定的或者可进行调频地变化。

除了使用在其中频率不与时间成比例地变化的弯曲的调频波之外，当然也能够使用线性的、尤其位于人的可听范围内的调频波。通过在人的可听范围的脉冲中使用调频波，实现通常位于那里的长脉冲的位置分辨率的改善。

图2示出根据本发明的第二实施方式的发射脉冲P₄(未示出)的优选以Hz来度量的频率f与时间相关的变化曲线，其中，发射脉冲P₄包括线性的调频波，其频率f尤其位于人的可听范围内并且相对于优选以毫米度量的时间t成比例地变化。

在图3中示出多个自相关函数的标准化的绝对值K与以毫米度量的时间t相关的变化曲线。

在图3中示出图2中的所发射的调频波P₄的自相关函数的绝对值KP₄的时间变化曲线，与相同长度的(未示出的)具有恒定频率的发射脉冲P₅的自相关函数的绝对值KP₅的时间变化曲线相比较。

在图3中也绘出一用于自相关函数绝对值的阈值KSW。根据所述示例性地示出的阈值KSW变得明显的是，通过脉冲压缩能够以例如大约为30的因子来改善通过使用调频波得到的位置分辨率。反之，使用弯曲的调频波、尤其在人的可听范围内使用弯曲的调频波允许通过分析处理脉冲内信息来较容易地确定相对速度。为此，能够例如使用由文件DE 102009027842A1已知的分析处理用于在超声范围内的弯曲的调频波。

图4a至4f分别示出根据本发明的另一种实施方式的(未示出的)发射脉冲的频率f与时间t相关的变化曲线，其中，每个发射脉冲包括一种调频波。在图4a至4d中所示出的频率变化曲线分别相应于弯曲的调频波，而在图4e和4f中所示出的频率变化曲线分别相应于线性的调频波。

根据本发明，尤其发射一种信号，该信号包括在整个可听范围上延伸直到进入超声范围的调频波。

为了在这一意义中最优地利用整个频谱，调频波应尤其如此通过声学信号频谱，使得其如同在图4a中所示出的那样，在下部的可听范围内的低频率处缓慢地开始、在上部的人类可听范围的上部的频率处总是较短地停留、直到延伸到超声范围内的非常短的脉冲，或者，如在图4b中所示出的那样，在等比例的停留持续时间的情况下，在相应的频率范围中以与在图4b中所示出的在时间上的顺序相反的顺序延伸，然而不排除替代的具有根据图4c和4d的频率变化曲线的弯曲的调频波，或者相应的具有根据图4e和4f的频率变化曲线的线性的调频波。

在图5中示意性地示出示例性的一组根据本发明的第三实施例的、对于基于声冲激的环境探测的传输循环所使用的声冲激。

在传输和分析处理中考虑，较短的脉冲的最大的有意义的传输循环小于较长的脉冲的。根据在图5中的第三实施例，0.167ms长的脉冲具有能够有意义地利用的、接下来的大约11ms的回波接收持续时间，而1ms的脉冲具有能够有意义地利用的接下来的大约29ms的回波接收持续时间，而6ms长的脉冲具有能够有意义地利用的、接下来的大约83ms的回波接收持续时间。此外，充分利用：短脉冲能够实现更精确的位置分辨率，而长脉冲能够实现更大的有效距离。

此外，在第三实施方式中，通过规定中心频率来将可用的声学频谱划分成频带，众所周知，对于大多数的转换器而言，所述声学频谱在最晚100Hz处开始并且至15kHz为可听范围，并且在包括下部的超声带的情况下甚至至100kHz。在此，分别保持中心频率f_ci的足够大的相互间隔。因此能够相互分离地处理和分析处理这些频带。根据该实施方式的第一变型方案，对于超声系统的每个传感器选择恰恰一个中心频率f_ci和脉冲持续时间。根据优选的第二变型方案，在传感器内部，在多个可通过滤波明显地相互分离的中心频率f_ci上和选择性地附加地在使用不同的脉冲持续时间的情况下实施冗余的分析处理，并因此进行成本有利的可靠性提高。根据该实施方式的第三变型方案，能够考虑以相同的结构分离的进行发射和/或进行接收的转换器。

根据第三实施例，如进一步在下面更详细地说明的那样，对于每个频带使用足够数量的转换器。为了接收回波再次划分频带，并且对于每个频带子块使用在频率方面匹配的声电转换器，所述声电转换器以预先确定的频率间隔并行地运行。由此，相比于现有技术，能够实现多普勒偏移的简化的探测。因为在脉冲持续时间调制的信号中，信号频谱的宽度取决于冲激持续时间。如果使用与发射信号形式匹配的滤波，那么，在不相干的解调中，这样的滤波器在的频率间隔中对信号频率完全不敏感，并且此外，敏感性随着与发射信号频率的间隔的增加而迅速下降。在多普勒探测中，在回波信号中探测由在运动辅助设备和在运动辅助设备的环境中所探测的对象之间的相对速度所决定的频率偏移。

根据本发明的实施方式的一个变型方案，分别使用几乎恒定的信号频率的测量信号，从而相比相应的中心频率f_ci，在脉冲持续时间T_P期间所遍历的频带宽度基本上选择得更小。确定多普勒偏移和由此在第一近似中确定相对速度，其方式是，借助于与一组经匹配的滤波器或者频率恒定的转换器来分析处理所发射的和所接收的信号之间的相应的频率偏移(Versatz)。

根据本发明的实施方式的另一种变型方案，在时间上改变所发射的声冲激的信号频率。那么根据线性方程f(τ)＝m·τ+f₀(其中，m为常数)来产生例如信号频率。但是，在此，相比具有恒定的信号频率的变型方案，在该变型方案中，在所探测的回波脉冲频率的分析处理方面应注意可能的含糊不清。那么，在时间点τ₁接收的信号频率f_a或者根据f_a(τ₁)＝m·τ₁+f₀能够是相对于发射器和接收器处于静止的反射器在地点d₁(τ₁)＝0.5·c·τ₁(该地点相应于传播时间τ₁)处的结果，或者根据能够是相对于发射器和接收器具有相对速度v₂并且在反射的时间点反射器位于地点d₂(τ₂)＝0.5·c·τ₂处的结果。这种模糊性在这里例如以方程f(τ)＝m(τ)·τ+f₀来处理，优选m(τ)不为常数。

此外，能够使用脉冲模式分析处理方法，如在本申请人的另一专利EP2144069A2中所描述的。此外，也能够容易地将所谓的脉冲内频率分析方法应用到在这里所描述的具有窄带的信号组成部分的信号形式上。

因此，根据本发明，能够实现在接收信号中的多普勒偏移的简单的识别和分析处理。此外，也能够实现在脉冲间隔中的多普勒偏移的识别和分析处理。

在表1中示出：在使用超声和人的可听范围的情况下，借助其所属的载波频率(就是说，中心频率f_ci)的数据示例性地划分为适合的频带。在此，示例性地由以下出发：要分辨±60km/h的相对运动。

表1

如可从表1中推断出的那样，如此选择频带和其频率间隔，使得它们能够好地相互分离并且同时使得因此也能够好地研究不同的信道的频谱特性。±60km/h的相对运动在声学信号中相当于大约10％的频率偏移。在这种多普勒偏移中，当满足 $\frac{n}{m}\&CenterDot;\mathrm{fc}\&CenterDot;(1-10\%)>\mathrm{fc}\&CenterDot;(1+10\%)$ 或者 $\frac{n}{m}>\frac{(1+10\%)}{(1-10\%)}$ 时提供良好的可分离性。当例如中心频率相互具有整数的频率比时，一定遵循该条件。这也根据表1实现。

根据本发明的实施方式的又另一种变型方案，相对于在表1中所示出的值进一步降低载波频率的、也即中心频率的间隔。这尤其在具有缓慢的对象场景的应用中使用，在那，信息流、也即所谓的信道带宽相对于经典的道路场景或者快速的交通场景降低。这例如在缓慢的电梯运动中或者在准静态的泊车状况中可能是这种情况，在那，仅仅应考虑小的多普勒偏移。

由以下的表2能得出对于根据表1的例子的每个频带而言经匹配的滤波器或者转换器的必需的数量，其中，在+/-60km/h以内还能够借助于多普勒偏移探测来探测：

表2

如果例如在中心频率为48kHz的情况下想要将接收信号与具有6ms的脉冲持续时间的发射脉冲最优地相互分离，则从表2得出，除用于相对的静止状态的接收滤波器以外，由于多普勒偏移，用于最优地接收信号的2x28个滤波器是值得推荐的。为此，对于每个滤波器能够实现非常高的、至少2.1km/h的探测分辨率。此外，能够通过所谓的交零方法进一步减小探测耗费。

用于多普勒探测的解调器或者滤波器或者转换器的必需的件数在脉冲持续时间不变的情况下也能够通过降低中心频率来减小。

根据本发明，在图5中的实施例中，优选如此选择频率，使得用于实现较大的有效距离的较长的脉冲与用于降低所不期望的空间衰减效应的较低的频率组合。为了实现高的有效距离，优选以低的中心频率和高的脉冲持续时间工作。

根据本发明的第三实施例的一个特别优选的变型方案，选择发射信号的突出特征，在所述突出特征中满足脉冲持续时间与载波频率的、在表2中以(*)标记的分配。根据该变型方案，所述脉冲持续时间的优选的分配位于上部的可听范围内。根据另一种优选的变型方案，选择发射信号的替代的突出特征，在所述突出特征中满足在表2中以(**)标记的分配。根据该替代的变型方案，所述脉冲持续时间的优选的分配位于下部的超声范围内。然而，也可考虑不同于在表2中说明的分配的分配。尽管在这一实施方式中，将三种中心频率与三个脉冲持续时间组合，根据应用情况，也可考虑具有不同的数量的不同的脉冲持续时间和/或中心频率的其他实现。此外，在其他实施例中，改变脉冲宽度和/或脉冲或者冲激相互的间隔。此外，在合适的转换器中，也能够通过同一转换器准同时地使用以相应的(*)标记的一组脉冲和以(**)标记的一组脉冲或者类似的混合形式。

根据在这里所讨论的第三实施方式的一个优选的突出特征，以发射非常长的脉冲开始、在到达另一中心频率之前以发射脉冲持续时间较短的脉冲继续，并且作为第三步，以发射最短的脉冲开始，其中，其发射持续时间在其他脉冲终止之前终止等等，因此，脉冲混合的通过脉冲相加而生成的信号功率逐步增加并且随后再减小。

由此能够实现以下声发射：所述声发射相对于干扰、尤其相对于窄带的持续时间干扰是稳健的。也能够特别有利地以合理的经济上的耗费来均衡频谱的特征，例如传输函数的频率响应。此外，也能够实现以下声发射：所述声发射在能够觉察到该声学信号的生物中引起小的注意力。当根据本发明的第三实施方式的一个变型方案，在分析处理用于确定第一对象的位置和/或运动的声信号之前，以与所接收的声信号的回波传播时间有关的增益来放大由所接收的声信号所产生的电信号时，能够进一步优化这些有利的特性。此外，优选根据状况来匹配成比例的信号幅度。

根据本发明的第三实施例的又另一种突出特征变型方案，在频带的极限内改变发射脉冲的中心频率f_ci，从而所述中心频率摆动最多±1.5/T_Pi，其中，T_Pi是在相应的传输循环中、在所述中心频率的情况下所使用的脉冲持续时间。以此方式产生更适度的噪声，此外，传输还可能变得更加防干扰。总之，改善单调的听觉，因此改善这样的尤其在人的可听范围内工作的声学定位系统的可接受性。

由于发射脉冲中的频谱组成部分的不同强度，也能够考虑，在听众中，较高频率的信号组成部分仅仅在信号强度较高的情况下才导致干扰性的印象。因此，借助本发明能够实现：能够引入具有在可听范围内的频率部分的、基于声冲激的环境检测系统，所述频率部分引起小的注意力或者在能够觉察到所使用的声学信号的生物中产生小的干扰。

现有技术中、例如固定频率系统中的脉冲式地进行发射的单频率系统，或者在对于生物而言可觉察的范围、例如至20kHz的可听范围内的频率中的调频波具有以下缺点：它们在听众中由于其突然的出现或者消失或者由于其与自然的信号——如噪声——的明显可区分性而引起高的注意力。通常，生物将与自然的信号的清楚的可区分性与例如由爆炸声或者警报呼声导致的危险结合起来。反之，类似于噪声的、为此还具有较缓慢地增强和减弱的信号强度的信号激起显著更小的注意力。那么，例如驱动蒸汽机车的气缸的、具有大约1...10Hz(在火车站)的重复频率和在此出现的声脉冲的类噪声的频谱的排出噪声尽管其显著较高的信号功率，但激起比倒车警告声——如在载重车辆和公共汽车中经常结合倒车灯使用的倒车警告声——更少的注意力，因为倒车警告声在大致相同的大约1...10Hz的脉冲重复频率的情况下发射单频率的信号频谱和突然增强和减弱的声脉冲。

本发明不限于例如结合第三实施方式示出的、根据在图5中所示出的以根据表1的所属的中心频率的定时、脉冲持续时间和脉冲间隔的组合。也能够选择其他适合的脉冲持续时间、脉冲间隔和频率，在其中充分利用人的可听范围。在简单的情况下恒定地选择脉冲持续时间。然而，能够借助混合的组合——例如与在这里所示出的第三实施例相关联的示例性的组合——实现甚至更高的多样化，其方式是，在至少一些中心频率上使用至少两个不同的脉冲持续时间，在这里：在一个中心频率上使用三个不同的脉冲持续时间，例如可相应于以下图表。

根据本发明的第四实施方式，与第三实施方式相比，充分利用人的可听范围用于以甚至更高的程度检测运动辅助设备的环境。

对此，表3示例性地示出主要在上部的可听范围内的相应的其他信号形式，其中，在这里也将脉冲持续时间的间隔从因子6减小到了因子4。

表3

正如在第三实施方式中一样，在第四实施方式中，短脉冲的传输循环时间比较长的脉冲的传输循环时间显著更少，并且，相比较长的脉冲(冲激)，优选以较大的脉冲重复率发射较短的脉冲或者冲激。

在第四实施方式中，与第三实施方式不同，各个属于确定的脉冲的、具有其脉冲间隔的冲激在时间上相互交错地发射，如在图6中所示。在图6中示意性地示出三个相对短的、具有相应地短的冲激间隔的冲激P4、P5、P6，一个长的属于相应地大的冲激间隔的冲激P7，以及两个中等的具有相应的中等长度的间歇的脉冲P8、P9，所述间歇位于短的脉冲P4、P5、P6和长的脉冲的间歇长度之间，在这些长的脉冲中仅仅示出脉冲P7。在此，根据本发明，以有利的方式充分利用：再次识别接收信号中的不同的脉冲持续时间并且因此在经脉冲持续时间编码的脉冲的情况下，能够实现将接收信号分配给回波传播时间。

此外，在本发明的在这里示出的实施方式中，优选如此选择长的、富有能量的脉冲的脉冲持续时间，使得所述脉冲处于一个对于人来说适宜的、几乎感觉不到的频率上。这样，应发射根据图6所示出的、具有大约11Hz的脉冲速率的、长的6ms脉冲，这相当于低沉的隆隆声。

根据本发明的又另一种实施方式，分别同时在多个中心频率上发射在图5或图6中所示出的脉冲变化曲线。这样的系统相对于窄带的干扰特别稳健。这特别在第三实施方式的优选的突出特征中发生，在其中，在所探测的干扰高的情况下改变中心频率。因此，能够有利地实现宽带的或者准宽带的探测，以便尽可能有效地防止由于相消叠加而引起的完全消去。

因此，在本发明的优选的实施方式中，使用声学频谱的尽可能大的部分，其中，由于该部分，通过中心频率的大的间隔实现频谱范围的良好的可分离性，因为在一个中心频率上的发射没有如此强烈地影响在另一个中心频率上的接收，从而以上所描述的在不同的中心频率上的时间变化曲线相对于彼此错开地运行。这尤其适合：在不同的地点进行发射的转换器的定时如此相互交错，使得恰恰进行发射的转换器尽可能远离在相同的时刻预期噪音特别小的接收信号的转换器。

以下，结合图7示出根据本发明的装置的输出级，借助于该装置能够有利地实现先前所提到的信号的低耗费的合成。在此，优选基于中央时钟系统和通过电源的切换来生成所述信号。

在图7中所示出的输出级30能够尤其与根据本发明的方法的、先前所提到的实施方式相关联地在用于生成信号的转换器中使用。

根据图7，两个晶体管31，32分别与其在发射极上所连接的电阻共同作为电源起作用，其中，电流强度依赖于在其基极上所施加的参考电压。所述电路根据图7借助于施加在一极上的供电电压U_b来运行，所述供电电压的强度根据应用来调节。此外，输出级的电路具有两个开关S_H和S_L，借助于它们，通过适当地、周期性地切换开关S_H和S_L将信号周期的持续时间划分成采样时间点(采样数)。在图7中，对于两个开关S_H和S_L中的每一个分别相应地示出三个可能的切换位置，并且这些切换位置中的每一个代表待产生的声信号的相位角度。同样由图7可以看出示例性地分配的相位角度。如此进行控制，使得或者仅仅上方的晶体管31、或者仅仅下方的晶体管32是作为电源激活的。通过电容器35，电源31、32的发射极与扬声器36耦合，以便发出尤其在可听范围内或者在超声范围内的声。

表4示出图7中的相位角度的概略图。根据本发明的第五实施例，在此从192kHz的采样频率出发，如从表4也可以看出的那样。

表4

这样，例如在该表中所提到的、在这种情况下192kHZ的采样频率F近似于48kHz的正弦曲线，其方式是，输出级控制相继地接通到开关位置0°、90°、180°、270°、0°，......等等上。24kHz的频率能够等效地通过切换开关位置0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°、0°，......等等来接通。低频信号能够通过将所属的步进率(Schrittrate)减半来等效地生成。在所示出的情况下，仅仅生成两个参考电压值U_ref；2^-0.5·U_ref，并且，在这里提出的简单的电路以承受较高的失真(Klirren)的情况下，放弃了在表中给出的系数的使用。然而，在使用较复杂的开关和多个参考电压的情况下，在步长相同的情况下可能实现其他信号频率的生成。多种根据相同原理所实现的电流驱动器允许提供多个信号形式到扬声器上，其方式是，电流驱动器的电阻聚集在其共同的连接点上。然而，替代地，也能够在输出级的无负载的侧上进行电流相加。本领域技术人员已知与此相配的低失真的放大。

借助在这里示出的、通过在确定的采样点上的电流相加的输出级上，简单的可实现性与敏感的AB输出级的使用相比，是有利的。对本领域技术人员来说已知的是，在连接在进行发射的转换器前面的传送器的情况下，如何借助于两个输出级与目前已经使用的电流驱动器级等效地构造电流开关级。

为了能够最优地检测运动辅助设备的、尤其是车辆的环境，根据本发明的一种实施方式，多个转换器作为发射器和/或接收器共同作用，并且由中央控制装置控制和读取。这样，根据本发明的环境检测装置也包括多个借助例如在图7中所示的原理的发射器输出级。所述转换器适当地定位在车辆中。

例如，在根据图6的时序图的开始，非常长的脉冲可以通过在冷却格栅或者在另一车身零件后方的光源来发射，而非常短的脉冲由在车辆表面上优选三维分布的发射器例如以位置跳跃的方式的形式发射，其中，下一个发射器尽可能远地远离前一个发射器。其他位于此之间的脉冲持续时间例如由两个集成到前照灯中的转换器发射，所述转换器因此获得大的基准间隔。

本发明不限于与图7相关联地示出的组件。为了实现根据本发明的方法，原则上能够使用适合的、现今通用的声学构件中的大多数。那么，例如能够使用目前成熟的超声波压电和/或扬声器和驻极体麦克风作为传感器。

本领域技术人员了解，通过所附权利要求的范围确定本发明，并且在这里示出的实施例仅仅用于解释和说明，而不以任何方式限制所要求保护的发明。本领域技术人员尤其了解，实施例和扩展方案的许多适当的补充和修改不脱离所要求保护的发明的范围，本领域技术人员尤其了解，能够以符合目的的方式组合所述实施例。

除了以上书面的公开内容之外，由此对于本发明的其他公开内容，补充地参考在图1至7中的示图。

总之，由于本发明，同样有效地使用在超声带以下的频率范围，以便实现用于运动辅助设备、尤其用于车辆的环境检测。优选使用在人的可听范围内的声学信号，由此能够有利地实施在非常大的超过100m的距离上、尤其在干扰小的环境中的间距确定或者信息传输。视应用情况、要求和突出特征而定，本发明的不同的可调整的扩展方案可供使用。尤其能够利用多个中心频率和频带，如以上所描述的。人的频率范围能够有利地与传统使用的超声带组合，或者仅仅使用人的可听范围。本发明能够利用两个频率范围的、尤其人的可听范围的优点，这由于先进的转换器技术也能够被成本有利地实现。

根据本发明的扩展方案，通过利用不同的中心频率f_ci能够实现准并行运行。这能够有利地通过借助于频率分离和借助于不同的信号形式、优选借助于脉冲持续时间编码进行信号分离而发生。由此实现可靠性提高，尤其是在利用在频谱上以及在空间上分离的、进行信号发射和/或进行信号接收的转换器的情况下。用于均衡可能的频谱特性——如相消叠加和/或频率响应和/或窄频带的持续时间干扰的手段可供使用。

Claims (21)

1.一种用于与运动辅助设备的环境进行信息交换和/或用于通过借助于脉冲形发射的声信号确定对象在运动辅助设备的环境中的位置和/或运动来声学地检测运动辅助设备的环境的方法，其特征在于，如此实施具有相互不同的中心频率f_ci的冲激的声发射，使得对于脉冲形声信号所使用的频率范围被划分成分别具有所使用的中心频率f_ci之一的频带，并且相邻的频带的中心频率f_ci、f_ci+1具有预先确定的、优选根据关系的相互间的最小间隔。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，接收和使用至少一个声冲激，所述至少一个声冲激具有在20kHz的超声频率极限以下的频率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少暂时同时地和/或一个紧接着另一个地发射相互不同的中心频率f_ci的冲激。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在同一中心频率f_ci的情况下所使用的在不同的传输循环中的冲激持续时间相互不同，和/或，在一个传输循环的数量级上的时间范围内所传输的、以相互不同的中心频率f_ci发射的声冲激具有相互不同的冲激持续时间，和/或，在一个传输循环的数量级上的时间范围内以相互不同的中心频率f_ci发射声冲激，所述声冲激分别在不同的时间点开始和/或结束。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在低的中心频率f_ci的信号组成部分的情况下优选使用较长的持续时间的脉冲和/或比在具有较高的中心频率f_ci的信号组成部分的情况下发射更少的脉冲，和/或在不同的中心频率f_ci上生成的声冲激具有不同的信号强度。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在中心频率f_ci的情况下所生成的信号频率在中心频率的范围内主要在±1.5/T_Pi内的频带中摆动，其中，T_Pi是在相应的传输循环中、在所述中心频率的情况下所使用的脉冲持续时间。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，发射声学脉冲，所述声学脉冲具有：具有在所述脉冲持续时间内固定的频率的信号块和/或具有在所述脉冲持续时间内与时间相关的频率的信号块、尤其调频波和/或在所述脉冲持续时间内具有独特的信号块序列的脉冲模式。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所使用的中心频率相互成整数的频率比。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，发射在所选择的频带中的声信号，在所述频带中，在发射所述声信号之前，低于预先定义的干扰信号密度阈值的干扰信号密度占主导，和/或其中，发射至少一个具有这样的所选择的信号形式的确定的声学信号，使得所选择的信号形式与在发射所述确定的声学信号之前占主导的声学信号的信号形式分别不同，和/或，其中，如果在目前所使用的位置中出现足够高的干扰，则根据干扰状况改变所述至少一个中心频率。

10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，尤其为了在运动辅助设备之间的通信，由其他运动辅助设备、尤其是车辆或者车辆环境中的装置接收和分析处理由所述运动辅助设备发射的声信号，所述声信号的特征在于多个中心频率，和/或，为了从所述运动辅助设备传输信息或/和向所述运动辅助设备传输信息，为此从一组可能的、对于相应的传输伙伴已知的声信号中选择确定的声信号并进行发射，所述声信号的特征在于多个中心频率。

11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，使用所发射的声信号用于声学地标记所述运动辅助设备，和/或，其中，根据所计算的与至少一个对象、尤其第二运动辅助设备碰撞的概率来选择所发射的、用于声学地标记所述运动辅助设备的信号的信号形式和/或信号强度变化曲线和/或至少一个信号块序列和/或频率变化曲线和/或频带。

12.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在分析处理所接收的、用于确定第一对象的位置和/或运动的声信号之前，以与所接收的声信号的回波传播时间有关的增益来放大由所接收的声信号的回波所产生的电信号。

13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，为了分析处理所述声信号，确定和提供所接收的声信号的有关周期持续时间的时间变化曲线的测量序列，并与至少一个参考序列进行比较，并且确定有关所述测量序列与所述参考序列的偏差的比较信息，并且，为了确定至少有关所发射的声信号中的一个声信号的信息和为了确定所述第一对象的位置和/或运动和/或为了确定至少一个反射性的、位于所述自身车辆和所述第一对象之间的第二对象的位置和/或运动和/或至少一个形式特征，考虑所述比较信息的至少一个分序列。

14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所发射的声学信号的传播时间相对彼此的差别求取配有至少两个在空间上分离的声学接收器的观察器与声源在空间上的关系和/或接收器与配有至少两个在空间上分离的光源的发射器在空间上的关系。

15.一种装置，其用于与运动辅助设备的环境进行信息交换和/或用于通过借助于脉冲形发射的声信号确定对象在运动辅助设备的环境中的位置和/或运动来声学地检测运动辅助设备的环境，和/或，通过发射一组可能的信号形式中的确定的信号形式进行信息传输，其中，所述装置构造用于实施根据以上权利要求中任一项所述的方法。

16.根据权利要求15所述的装置，所述装置包含多个本地控制设备，所述多个本地控制设备能够分别控制为了环境检测而使用的用于发射的转换器中的多个和/或分析处理由所述转换器所接收的声学信号，其中，所述转换器如此构造，使得为了进行分析处理而在至少各个本地控制设备中分析处理所述环境的子区域的信号并因此提供借助于多个转换器所产生的关于所检测的环境的信息用于进一步处理，和/或，其中，所述装置还具有至少一个不直接安装在车辆外壳上的本地控制设备，和/或，其中，尤其为了协调所述声学发射的时间特性，所述控制设备通过合适的手段相互同步。

17.根据权利要求15或16所述的装置，所述装置具有控制装置，所述控制装置构造用于控制借助于所述装置发射的声信号中的和/或为了标记所述运动辅助设备而发射的声信号中的至少一个声信号的信号形式和/或信号强度变化曲线和/或至少一个信号块序列和/或频率变化曲线和/或频带。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，所述装置具有声学传感器，所述声学传感器具有为了发射和/或接收声信号而设置的膜片，所述膜片具有至少两个子区域，所述至少两个子区域具有分别不同的谐振特性，并且所述声传感器如此设置，使得能够借助于至少一个耦合到所述膜片上的电子机械式转换器、通过以匹配于相应的谐振特性的控制频率相应地控制所述膜片来利用不同的谐振特性。

19.一种遮盖设备，其用于遮盖固定在运动辅助设备的空隙中的、尤其在车辆外部部件的空隙中的、根据权利要求15至18中任一项所述的装置，其中，所述遮盖设备如此构造，使得当所述遮盖设备与待遮盖的装置以及运动辅助设备相连接时，所述遮盖设备形状锁合地盖上所述待遮盖的装置和/或至少部分地形状锁合地盖上所述运动辅助设备，和/或，所述遮盖设备具有如此选择的刚性，使得由于所述遮盖装置，在所选择的频率范围内、尤其在人的可听范围内出现所发射和/或所接收的声信号的最小的衰减，和/或，所述遮盖设备能与被所述待遮盖的装置所包括的电子声学转换器的膜片声学地耦合。

20.一种运动辅助设备、尤其是机动车，其具有根据权利要求15至18中任一项所述的装置。

21.根据权利要求20所述的运动辅助设备，所述运动辅助设备具有根据权利19所述的用于遮盖所述装置的机械式遮盖设备，和/或，所述运动辅助设备如此设置，使得所述装置的至少一个传感器或传感器元件、尤其是声学转换器设置在所述运动辅助装置的凹槽中或者向外敞开的空腔中，其中，所述凹槽或者所述向外敞开的空腔通过至少一个车辆装饰元件构成，其外侧不因容纳所述装置的传感器或者超声传感器元件而中断。