CN107085121A - 速度确定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种速度确定装置，其用于确定第一对象（12）与第二对象（1）之间的相对速度，该速度确定装置可附接到第一对象（12）。该速度确定装置包括具有用于发射第一辐射（5）的激光腔（4）的激光器（3），该第一辐射（5）被第二对象（1）反射，其中该反射的辐射在激光腔（4）内干涉第一辐射（5）。干涉信号检测器（7）检测依赖于激光腔（4）内的干涉的干涉信号，并且速度确定单元（8）基于干涉信号确定所述相对速度。可靠性值确定单元（9）基于由所检测的干涉信号、所确定的相对速度和激光器的特性构成的群组中的至少一个来确定用于指示所确定的相对速度的可靠性的可靠性值。

Description

速度确定装置
相关申请
本申请是于2009年9月7日提交的申请号为200980135210.9、发明名称为“速度确定装置”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于确定第一对象与第二对象之间的相对速度的速度确定装置、速度确定方法和计算机程序，所述速度确定装置可附接至所述第一对象。本发明进一步涉及一种包括速度确定装置的车辆。
背景技术
2007年2月Vol.53的IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement上的X. Raoul, T. Bosch, G. Plantier and N. Servagent的文章“A Double-LaserDiode Onboard Sensor for Velocity Measurements”公开了一种汽车上的用于实时速度测量的自混合干涉（SMI）传感器。然而，该测量的速度一般而言不能用在电子稳定程序（ESP）中或另一种汽车安全系统中，因为不能保证所测量的速度是可靠的且不引发安全相关动作。US6,233,045 B1公开了一种可用于远程地测量速度、振动、范围和长度的自混合传感器。
发明内容
本发明的一个目的是提供允许在对象安全系统中（如在ESP中或如在另一种车辆安全系统中）使用所确定的速度的速度确定装置、一种速度确定方法和计算机程序。本发明的另一个目的是提供一种包括所述速度确定装置的车辆。
在本发明的第一方面，提出了一种速度确定装置，其用于确定第一对象与第二对象之间的相对速度，该速度确定装置可附接至第一对象，其中该速度确定装置包括：
- 激光器，其具有用于发射第一辐射的激光腔，第一辐射被第二对象反射以生成反射的辐射，该反射的辐射是第二辐射，其中第一辐射和至少一部分第二辐射在激光腔内干涉，
- 干涉信号检测器，其用于检测干涉信号，该干涉信号依赖于激光腔内的干涉，
- 速度确定单元，其用于基于干涉信号确定所述相对速度，
- 可靠性值确定单元，其用于确定用于指示所确定的相对速度的可靠性的可靠性值，其中该可靠性值确定单元适于基于由所检测的干涉信号、所确定的相对速度和激光器的特性构成的群组中的至少一个来确定可靠性值，其中第一对象是车辆并且其中速度确定装置进一步包括用于依赖于所确定的相对速度和所确定的可靠性值控制车辆的安全单元的车辆安全系统。
因为可靠性值确定单元确定指示所确定的速度的可靠性的可靠性值，所以该可靠性值可以用于确定所确定的速度是否能够用在对象安全系统中。因此，只有在可靠性值指示所确定的速度是可靠的时，所确定的可靠性值才可以被使用以使用所确定的速度，从而确保只有在所确定的速度是可靠的并且不引发安全相关动作时才使用所确定的速度。这允许在对象安全系统中（如在ESP中或如在另一种车辆安全系统中）使用所确定的速度。
具有激光腔的激光器、干涉信号检测器和速度确定单元形成SMI传感器，其用于确定第一对象与第二对象之间的相对速度。第一对象优选地是车辆，速度确定装置可附接到该车辆，特别是速度确定装置附接到该车辆，第二对象例如是另一个车辆或不移动的对象，如车辆下面的表面，即例如道路表面。如果第二对象是不移动的对象，则由速度确定装置确定的相对速度是第一对象的绝对速度。
第一辐射优选地是激光器所发射的第一光束。第二辐射优选地是被第二对象反射的（特别是被第二对象反向散射的）辐射，其中第二辐射的至少一部分进入激光腔并且干涉激光腔内存在的第一辐射。
通过第一辐射与第二辐射的干涉改变腔内的激光的强度，第二辐射优选地是反向散射的光并且由于这两个对象的相对移动产生的多普勒频移而造成第二辐射频移。干涉信号优选地依赖于激光腔内激光的强度，该强度被该干涉改变。干涉信号检测器优选地是用于测量激光腔内激光的强度的光强度检测器，激光腔内至少一部分激光被指向（direct）该光强度检测器，其中干涉信号依赖于或是所测量的激光强度，激光强度被激光腔内的干涉改变。干涉信号检测器优选地位于激光腔的外部。
速度确定单元优选地适于例如通过对所检测的干涉信号进行傅立叶变换来确定干涉信号的基频。速度确定单元优选地进一步适于通过使用下述等式依赖于所确定的基频确定相对速度：
, (1)
其中f是基频，λ是激光的波长，且φ是第一辐射的方向（特别地，第一光束的方向）与速度矢量之间的角度，如果第一对象是车辆且第二对象是该车辆下面的表面则所述速度矢量优选地平行于车辆下面的表面并且指着车辆行驶方向的方向。
优选的是，可靠性值确定单元适于基于干涉信号的信噪比确定可靠性值。在一个实施例中，可靠性值确定单元适于确定可靠性值，如果信噪比低于预定的信噪比阈值，则该可靠性值指示所确定的相对速度是不可靠的。因为如果信噪比较高则所确定的速度较可靠，所以可以基于干涉信号的信噪比确定可靠的可靠性值。
在优选实施例中，速度确定装置适于在干涉信号上应用傅立叶变换，其中可靠性值确定单元适于通过确定经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰高度、通过确定经傅立叶变换的干涉信号的噪声水平以及通过用所确定的噪声水平除所确定的高度来确定信噪比。优选地，噪声拟合函数拟合（fitted to）经傅立叶变换的干涉信号并且峰拟合函数拟合经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰，其中拟合的噪声拟合函数的噪声水平和拟合的峰拟合函数的基频的峰被用于确定信噪比。
如果速度确定装置适于在干涉信号上应用傅立叶变换，则优选地速度确定单元和/或可靠性值确定单元适于在干涉信号上应用傅立叶变换。
如果干涉信号被傅立叶变换，则干涉信号检测器、速度确定单元和/或可靠性值确定单元优选地被调适以使得所得的谱被表示为功率谱。
如果在激光腔内不存在干涉，则噪声拟合函数优选地对应于由干涉信号检测器检测的信号。如果激光腔内存在干涉，则该信号一般而言是平坦的（flat）背景信号（特别地处于预期将被测量的干涉信号的基频周围的感兴趣区域中）。噪声拟合函数因此优选地是单个噪声值，即噪声拟合函数优选地是拟合经傅立叶变换的干涉信号的常值函数。优选地，由激光腔内的干涉生成的干涉信号的部分被所述拟合例如通过在拟合函数中赋予对应于基频的峰的点零权重或者通过在对数标度上评估所述谱而忽略，其中仅包含噪声的点的数量使得所述峰对拟合函数的影响是可忽略的。一种可替代方案是使所述噪声拟合函数仅基于谱的不包含基频或其较高谐波的部分并且通过常值拟合函数拟合之。对于平坦的噪声拟合函数，拟合过程等于取经傅立叶变换的信号的功率（power）的平均值。峰拟合函数优选地是高斯拟合函数，其拟合经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰。
进一步优选的是，所述速度装置适于在干涉信号上应用傅立叶变换，其中可靠性值确定单元适于确定经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰的宽度并且其中可靠性值确定单元适于基于所确定的宽度、特别是结合基频确定可靠性值。优选地，如果所述宽度较小，则可靠性值确定单元适于确定更大的可靠性值。进一步优选的是，所述宽度被定义为峰的半高宽。峰的宽度优选地也通过将峰拟合函数用于拟合峰来确定，其中拟合的峰函数的峰的宽度用于确定可靠性值。由于速度确定单元优选地基于基频（即最高峰最大值的频率）确定所述相对速度，并且由于一般而言峰宽度越小则峰最大值的频率的确定越精确，所以如果基频的峰宽度较小，则所确定的速度一般而言较可靠。在另一个实施例中，依赖于峰宽度与其基频的比率来确定可靠性值。如果该比率较大，则可靠性值确定单元确定较小的可靠性值，并且如果该比率较小，则可靠性值确定单元确定较大的可靠性值。特别地，如果基峰的宽度低于其基频，则可靠性值确定单元确定指示所确定的相对速度可靠的可靠性值，并且如果所述宽度大于基频，则可靠性值确定单元确定指示所确定的相对速度不可靠的可靠性值。
进一步优选的是，所述速度装置适于在干涉信号上应用傅立叶变换，其中可靠性值确定单元适于确定经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性并且基于所确定的经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性来确定可靠性值。在一个实施例中，可靠性值确定单元适于基于在经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰下的面积除以发生在经傅立叶变换的干涉信号的基频的整数倍处的所有其他峰下的面积来确定可靠性值，其可以指示谐波的存在。在简化的实施例中，可靠性值确定单元适于基于经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰下的面积除以第一谐波的峰下（即在两倍基频处的峰下）的面积来确定可靠性值或者将可靠性值确定为上述除法所得的结果。
在一个实施例中，速度确定装置包括激光器特性确定单元，特别是包括激光器功率和/或激光器温度确定单元，以用于确定激光器的特性，特别是用于确定激光器的功率和/或温度。
进一步优选的是，可靠性值的确定所基于的激光器的特性是激光器的功率和温度中的至少一个。因为激光器的功率和温度给出了有关激光器关于自混合干涉的性能的指示，所以所确定的速度的可靠性可以用激光器的功率或温度来表征。优选地，可靠性值依赖于激光器功率与最大功率的比率。如果激光器的温度被用于确定可靠性值，则如果激光器的温度在对应于激光器的适当操作的预定温度范围内则可靠性值指示可靠的确定的相对速度。在一个实施例中，预定的温度范围是[-20,80],[-30,80],[-40,+80],[-40,+90],[-40,+100],[-40,+110]或[-40,+120]摄氏度。在其他实施例中，可以使用其他预定的温度范围。
进一步优选的是，速度确定装置包括用于存储至少两个速度确定的速度的存储单元，其中可靠性值确定单元适于基于存储在存储单元中的速度确定可靠性值。优选地，可靠性值确定单元适于依赖于已被接连确定的速度之间的绝对差确定可靠性值。在一个实施例中，如果绝对差大于对应于最大的可能加速度的预定的绝对差值，则可靠性值确定单元适于确定指示所确定的相对速度不可靠的可靠性值。
进一步优选的是，速度确定装置包括
- 另一个激光器，其具有用于发射另一第一辐射的另一个激光腔，该另一第一辐射被第二对象反射以生成另一反射的辐射，其为另一第二辐射，其中所述另一第一辐射和至少一部分所述另一第二辐射在所述另一个激光腔内干涉，
- 另一个干涉信号检测器，其用于检测依赖于所述另一个激光腔内干涉的另一个干涉信号，
其中速度确定单元适于基于所述另一个干涉信号确定另一个相对速度，
其中可靠性值确定单元适于比较所述相对速度和所述另一个相对速度从而产生比较结果，并且基于该比较结果确定可靠性值。在优选实施例中，所确定的相对速度和所述另一个相对速度已被在相同方向上确定，并且如果所述相对速度与所述另一个相对速度之间的绝对差较大，则可靠性值确定单元适于确定较小的可靠性值。进一步优选的是，如果所述相对速度与所述另一个相对速度之间的绝对差大于预定的阈值，则可靠性值确定单元适于确定指示所确定的速度不可靠的可靠性值。可靠性值确定单元也可以适于通过确定对应于相对速度与所述另一个相对速度的相关性的相关性值来比较相对速度与所述另一个相对速度。如果针对相对速度与所述另一个相对速度所确定的相关性值不在预定的相关性值范围内，则所确定的相对速度和所确定的另一个相对速度被认为是不可靠的。相关性值范围可以通过校准测量来确定，实施校准测量使得知道相对速度与另一个相对速度是可靠的。
在一个实施例中，相关性值α由如下等式定义：
（2）
其中v1是所确定的相对速度且v2是另一个所确定的相对速度。
在另一个实施例中，已通过使用已知为可靠的相对速度的校准确定的可靠的相关性值α R的偏差被定义为：
. （3）
可靠性值确定单元然后优选地适于通过使用如下等式确定可靠性值：
（4）
其中σ1是所确定的相对速度v1的标准差且σ2是所确定的另一个相对速度v2的标准差。优选地，根据经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰的宽度和用于拟合峰的拟合函数确定标准差。在另一个实施例中，如果等式（4）的结果大于预定义的阈值，则可靠性值确定适于确定指示所确定的相对速度可靠的可靠性值，并且如果等式（4）的结果小于预定义的阈值，则可靠性值确定适于确定指示所确定的相对速度不可靠的可靠性值。在另一个实施例中，对于两个相对速度的标准差如果Δ<2σ1,2，则可靠性值确定适于确定指示所确定的相对速度可靠的可靠性值，并且对于其中至少一个标准差如果Δ>2σ1,2，则可靠性值确定适于确定指示所确定的相对速度不可靠的可靠性值。在其他实施例中，取代2σ1,2，关于Δ可以预定其他阈值。
在优选实施例中，可靠性值确定单元适于提供可靠性函数，其生成可靠性值并且依赖于下列中的至少一个：信噪比；经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰的宽度；经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性；激光器特性，特别是激光器功率和激光器温度；已被相继确定的速度之间的绝对差；以及所确定的相对速度与所确定的另一个相对速度之间的上文提及的差或相关性。该总可靠性函数优选地是若干个子可靠性函数的乘积，其中每个子可靠性函数基于以下之一确定可靠性值：信噪比；经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰的宽度；经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性；激光器特性，特别是激光器功率和激光器温度；已被相继确定的速度之间的绝对差；以及所确定的相对速度与所确定的另一个相对速度之间的上文提及的差或相关性。总可靠性函数和/或子可靠性函数适于提供介于100%与0%之间的可靠性值，其中100%指示最大的可靠性，而0%指示最小的可靠性。
第一对象是车辆且速度确定装置进一步包括车辆安全系统，车辆安全系统用于依赖于所确定的相对速度和所确定的可靠性值来控制车辆的安全单元。这允许例如只有在所确定的可靠性值高于预定的阈值时（这指示所确定的相对速度被认为是可靠的），车辆安全系统才使用所确定的相对速度。
在本发明的另一个方面，提出了一种车辆，其包括如权利要求1所述的速度确定装置，该速度确定装置用于确定第一对象与第二对象之间的相对速度，所述速度确定装置附接到所述第一对象。
在本发明的另一个方面，提出一种速度确定方法，该方法用于确定作为车辆的第一对象与第二对象之间的相对速度，如权利要求1所述的速度确定装置附接到所述第一对象，其中该速度确定方法包括下列步骤：
- 由具有激光腔的激光器发射第一辐射，第一辐射被第二对象反射以用于生成反射的辐射，该反射的辐射为第二辐射，其中第一辐射和至少一部分第二辐射在激光腔内干涉，
- 检测依赖于激光腔内的干涉的干涉信号，
- 基于干涉信号确定相对速度，
- 确定用于指示所确定的相对速度的可靠性的可靠性值，其中基于由所检测的干涉信号、所确定的相对速度和激光器的特性构成的群组中至少一个确定可靠性值，以及
- 依赖于所确定的相对速度和所确定的可靠性值控制车辆的安全单元。
在本发明的另一个方面，提出了一种用于确定作为车辆的第一对象与第二对象之间的相对速度的计算机程序，其中该计算机程序包括程序代码装置，其用于当计算机程序在控制速度确定装置的计算机上运行时使得如权利要求1所限定的速度确定装置实施如权利要求11所限定的速度确定方法的步骤。
应当理解，权利要求1的速度确定装置、权利要求10的车辆、权利要求11的速度确定方法和权利要求12的计算机程序具有如从属权利要求所限定的相似的和/或相同的优选实施例。
应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任意组合。
附图说明
本发明的这些和其他方面将根据下文所述的实施例而清楚明白并且将参照这些实施例而被阐明。在下面的附图中：
图1示意性且示范性地示出附接到车辆的速度确定装置的实施例，
图2示意性且示范性地示出在车辆相对于该车辆下面的表面移动的情况下速度矢量与第一光速的方向之间的空间关系，
图3示意性且示范性地示出所述车辆，速度确定装置附接到该车辆，
图4示出示范性地说明速度确定方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性且示范性地示出附接到车辆12的速度确定装置2的实施例。速度确定装置2适于确定车辆12与第二对象1之间的相对速度，第二对象1例如是不移动的另一车辆或对象。
速度确定装置2包括激光器3，图1中仅示出激光器3的激光腔4，其用于发射第一辐射，在下文中第一辐射被看作是第一光束5。第一光束5被第二对象1反射（特别是被反向散射），由此生成反射的辐射，其在下文中被看作是第二光束6。应当注意，第二光“束”一般地不是像第一光束那样的真正的束，而是反向散射的辐射，并且也可以被命名为反向散射或反射的辐射。
激光腔4被调适以使得至少一部分第二光束6可以进入激光腔4，其中第一和第二光束5、6在激光腔4内干涉。激光腔4内的干涉引起激光强度的调制，该调制由用于检测依赖于激光腔4内的干涉的干涉信号的干涉信号检测器7测量。在该实施例中，干涉信号检测器7是光电探测器，至少一部分激光指向该光电探测器，其用于测量激光强度的调制，即用于测量激光腔4内的干涉。该光电探测器将所检测的激光转换为作为干涉信号的电信号。
速度确定装置2进一步包括用于基于所检测的干涉信号确定相对速度的速度确定单元8。在该实施例中，速度确定单元8适于例如通过使用傅立叶变换确定干涉信号的基频并且通过使用上面提及的等式（1）基于所确定的基频确定相对速度。在另一个实施例中，速度确定单元8可以适于使用已知用于基于自混合干涉确定相对速度的另一种方法基于干涉信号确定相对速度。
在一个实施例中，第二对象是车辆12下面的表面33，图2中仅示出了车辆12的一部分。对于此情况，图2示意性且示范性地示出速度矢量30、发自速度确定装置32的第一光束31的方向以及等式（1）中定义的角度φ之间的空间关系。表面33优选地是道路表面。除了第一光束5与32指的不同方向之外，第一光束31和速度确定装置32相似于上文关于图1描述的第一光束5和速度确定单元2。而且在图2所示的实施例中，第一光束32被反向散射并且速度确定装置包括若干组件，这些组件对应于速度确定装置2的组件并且参照图2被描述。为了清楚起见，这些另外的组件和另外的光束未在图2中示出。
速度确定装置2进一步包括用于确定指示所确定的速度的可靠性的可靠性值的可靠性值确定单元9。可靠性值确定单元9适于基于由所检测的干涉信号、所确定的相对速度和激光器的特性构成的群组中的至少一个确定可靠性值。
在该实施例中，可靠性值确定单元9适于确定干涉信号的信噪比，其中噪声拟合函数拟合由干涉信号检测器7检测的经傅立叶变换的信号。噪声拟合函数优选地仅仅是单个值,其拟合先前提及的信号同时忽略激光腔内存在的干涉信号。优选地，由激光腔内的干涉生成的干涉信号的部分在拟合期间通过例如在拟合函数中赋予对应于基频的峰的点零权重或者通过在对数标度上评估所述谱而忽略，其中仅包含噪声的点的数量使得所述峰对拟合函数的影响是可忽略的。一种可替代方案是使所述噪声拟合函数仅基于谱的不包含基频或其较高谐波的部分并且通过常值拟合函数来拟合之。对于平坦的噪声拟合函数，拟合过程等于取经傅立叶变换的信号的功率（power）的平均值。可靠性值确定单元9优选地进一步适于将具有高斯形状的峰拟合函数用于拟合经傅立叶变换的干涉信号的基峰以便确定峰的高度。该基峰是傅立叶谱中存在的最高峰。信噪比优选地被定义为拟合的峰高度与拟合的噪声值的比率。如果信噪比低于预定义的最小信噪比，则可靠性值确定单元9优选地进一步适于生成指示所确定的相对速度不可靠的可靠性值，例如零，并且如果信噪比高于预定义的最小信噪比，则可靠性值确定单元9优选地适于生成指示所确定的相对速度可靠的可靠性值，例如1。最小信噪比优选地被选择，以使得它对应于在下文提及的安全单元20中使用所确定的相对速度所需的最小信噪比。
在另一个实施例中，可靠性值确定单元9适于基于傅立叶谱中的最高峰（即基峰）不是由噪声尖峰（spike）造成的概率来确定可靠性值。假设，平均噪声功率是已知的，特别是已经例如通过使用上述常值噪声拟合函数或通过使用下文描述的包含检测器响应函数的噪声拟合函数确定。进一步假设噪声是不相关的高斯（gaussian），其是已知的或已经优选地通过使用本申请中描述的噪声拟合函数之一确定。离散傅立叶功率谱中频率窗口（bin）的幅度的概率分布优选地由伽马（Gamma）函数给出。功率谱优选地通过对干涉信号的固定数量的时间样本进行傅立叶变换来确定，上述固定数量优选地为2的幂，例如128、256、512个样本。所得的傅立叶样本是复数，其中优选地对于功率谱而言，取平方的复数并且进一步优选地对多个这样的傅立叶谱（例如5个）取平均以减少噪声。伽马分布函数依赖于所使用的帧（frame）的数量（即被取平均的傅立叶谱的数量）和从噪声拟合函数导出的每频率窗口噪声功率的平均值，其中概率分布pgamma优选地由下列等式定义：
， （5）
其中M是被取平均的帧的数量，x是噪声峰的高度，且<x>是噪声的均值。通过使用这个概率分布，可以通过如下等式定义频率窗口由于噪声（noise）的原因而不具有峰的概率：
， （6）
其中SNR指示所确定的经傅立叶变换的干涉信号的信噪比。可靠性值现在可被定义为频率窗口都不大于该信噪比的概率：
， （7）
其中N是傅立叶谱中的频率窗口的数量。在另一个实例中，如果噪声偏离高斯噪声，则等式（5）的概率分布必须相应地被修改。
在一个实施例中，利用5次谱平均将作为功率谱的傅立叶谱分成256个窗口，其中如果信噪比低于5dB，则可靠性值确定单元优选地适于确定指示所确定的相对速度不可靠的可靠性值。
如果最高峰的宽度是已知的，例如由信号拟合函数或根据校准测量确定，则上面提及的用于可靠性函数的公式可被扩展。该峰宽度确定具有高于本底噪声的值的邻近窗口的数量。该信息可以用于计算仅归因于噪声不是这样的峰形将出现的概率。该概率可以通过下列等式计算：
， （8）
其中f（i）是在由i所指示的频率窗口中找到的峰值，其中i指示干涉信号的基峰的宽度内的所用频率窗口，n指示干涉信号的基峰的宽度内的频率窗口的数量。由i指示的邻近窗口的数量根据峰拟合函数确定并且由具有比平均噪声值高的值（具体地明显更高的值）的若干窗口构成。通过等式（6）定义概率pi（noisebin<f(i)），其中SNR将用f（i）代替。可靠性函数现在可以通过计算该峰可在傅立叶谱中任何地方发生的可能性来导出：
. （9）
可靠性值确定单元也可以适于使用噪声拟合函数，该噪声拟合函数包含检测器响应函数乘以白噪声输入和放大器噪声输入。一般而言，大部分谱由平坦的白噪声（white noise）谱乘以检测器响应（detector response）函数构成。该噪声拟合函数优选地拟合被干涉信号检测器7检测的信号，并且可以由下式近似
（10）
白噪声部分具有平坦的频率谱。该部分通常在噪声谱中占优势并且与检测器响应函数相乘，该检测器响应函数具有二阶传递特性，这意味着检测器响应一般地是平坦的直到它达到其截止（在此处频率依赖性是显著的）为止。假设检测器响应函数是已知的并且例如被存储在可靠性值确定单元中。检测器响应函数可以通过校准测量预先确定。因为检测器响应函数是已知的，所以拟合参数是白噪声部分和电子噪声（electronic noise），或者如果电子噪声已经根据其他校准测量得知，则拟合参数仅为白噪声部分。作为噪声功率的白噪声部分的值可以用于计算频率窗口导致如上（特别是相对于等式（5））所述的所检测的峰的概率，其中可靠性值优选地根据等式（6）和（7）确定。
在噪声拟合函数指示信号的噪声部分的显著的频率依赖性的情况下。已知的响应拟合函数可以用于通过使用反响应拟合函数将依赖于傅立叶谱频率的噪声贡献变换为平坦的谱贡献。该平坦的谱噪声贡献可被看作是计算的噪声值，其可以用于通过用该所计算的噪声值除基峰的高度来确定信噪比。
可靠性值确定单元9可以适于通过使用上述确定之一依赖于信噪比确定可靠性值，并且/或者可靠性值确定单元9可以适于通过使用不仅依赖于信噪比而且还依赖于至少一个可以用于确定可靠性值的另外的元素的函数确定可靠性值。这样的可靠性函数将在下文中进一步定义。
在该实施例中，可靠性值确定单元9进一步适于确定经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰的宽度并且基于所确定的宽度确定可靠性值。包括高斯性状（behavior）的峰拟合函数拟合经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰，并且拟合的半高宽被确定为拟合的峰宽度。如果峰宽度大于预定义的宽度阈值，则可靠性值确定单元9确定指示所确定的相对速度低、特别是所确定的相对速度不可靠的可靠性值，并且如果峰宽度大于预定义的宽度阈值，则可靠性值确定单元9确定指示所确定的相对速度高、特别是所确定的相对速度可靠的可靠性值。
峰（peak）拟合函数优选地由下式定义
， （11）
其中f0是用于干涉信号的基频的拟合参数，A是确定峰的高度的拟合常数，且w是可以根据其确定半高宽的拟合常数。
可靠性值确定单元也可以适于依赖于基峰的宽度与基频的比率确定可靠性值。如果峰宽度大于基频，则可靠性值确定单元9确定指示所确定的相对速度低、特别是所确定的相对速度不可靠的可靠性值，并且如果峰宽度小于基频，则可靠性值确定单元9确定指示所确定的相对速度高、特别是所确定的相对速度可靠的可靠性值。
指示可靠的相对速度的可靠性值优选地为1，且指示不可靠的相对速度的可靠性值优选地为0。
可靠性值确定单元9可以适于仅通过使用上述确定之一依赖于基峰的宽度确定可靠性值，并且/或者可靠性值确定单元9可以适于通过使用不仅依赖于基峰的宽度而且还依赖于至少一个可以用于确定可靠性值的另外的元素（例如信噪比）的函数确定可靠性值。这样的可靠性函数将在下文中进一步定义。
可靠性值确定单元9进一步适于确定经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性并且基于所确定的特性确定可靠性值。在该实施例中，所述特性是在经傅立叶变换的干涉信号的峰下的面积，在该实施例中其是功率谱。特别地，可靠性值确定单元9适于确定在基频的峰下的面积与在另外的峰下的面积的和的比率。如果该比率较高，则可靠性值较高。特别是，如果上面定义的比率小于预定义的比率阈值，则可靠性值确定单元适于确定指示所确定的相对速度不可靠的可靠性值，并且特别地，如果上面定义的比率大于预定义的比率阈值，则可靠性值确定单元适于确定指示所确定的相对速度可靠的可靠性值。该预定义的比率阈值优选地被选择，以使得它对应于在下文提及的安全单元20中使用所确定的相对速度所需的最小比率。
可靠性值确定单元9也可以适于基于在经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰下的面积除以在第一谐波的峰下（即在两倍基频处的峰下）的面积来确定可靠性值。如果所得的比率较高，则可靠性值较高。特别地，如果该比率小于预定义的比率阈值，则可靠性值确定单元适于确定指示所确定的相对速度不可靠的可靠性值，并且特别地，如果上面定义的比率大于预定义的比率阈值，则可靠性值确定单元适于确定指示所确定的相对速度可靠的可靠性值。该预定义的比率阈值优选地被选择，以使得它对应于在下文提及的安全单元20中使用所确定的相对速度所需的最小比率。
可靠性值确定单元9可以适于仅通过使用上述确定之一依赖于经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的上述特性确定可靠性值，并且/或者可靠性值确定单元9可以适于通过使用不仅依赖于经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性而且还依赖于至少一个可以用于确定可靠性值的另外的元素（例如信噪比和/或基峰的宽度）的函数确定可靠性值。这样的可靠性函数将在下文中进一步定义。
速度确定装置2进一步包括用于确定激光器特性（特别是用于确定激光器的功率和/或温度）的激光器特性确定单元19（特别是激光器功率和/或激光器温度确定单元19）。这个激光器特性确定单元19包括例如用于测量激光器功率的功率测量单元和用于测量激光器温度的温度传感器。可靠性值确定单元9进一步适于基于由激光器特性确定单元19确定的激光器3的特性确定可靠性值。特别地，可靠性值确定单元9适于依赖于激光器功率和激光器温度确定可靠性值。如果激光器温度不在预定义的温度范围（例如[-40,+120]摄氏度）内或者如果激光器功率低于预定义的功率值（例如100μW），则可靠性值确定单元9适于确定指示所确定的相对速度不可靠的可靠性值，并且特别地，如果激光器温度在预定义的温度范围内或者如果激光器功率高于预定义的功率值，则可靠性值确定单元9适于确定指示所确定的相对速度可靠的可靠性值。
在一个实施例中，可靠性值确定单元适于仅基于激光器温度或激光器功率确定可靠性值。可靠性值确定单元可以适于将可靠性值确定为由激光器特性确定单元19确定的激光器功率与最大激光器功率的比率。
可靠性值确定单元9可以适于通过使用上述确定之一仅依赖于激光器的上述特性、特别是依赖于激光器温度和/或激光器功率确定可靠性值，并且/或者可靠性值确定单元9可以适于通过使用不仅依赖于激光器的特性而且还依赖于至少一个可以用于确定可靠性值的另外的元素（例如信噪比和/或基峰的宽度和/或经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性）的函数确定可靠性值。这样的可靠性函数将在下文中进一步定义。
速度确定装置2进一步包括用于存储至少两个速度确定的相对速度的存储单元13，其中可靠性值确定单元9适于基于存储在存储单元13中的速度确定可靠性值。在该实施例中，可靠性值确定单元9适于依赖于已被相继确定的速度之间的差确定可靠性值。如果相继确定的速度之间的差大于优选地对应于最大的可能加速度的预定的差值，则可靠性值确定单元9适于确定指示所确定的速度不可靠的可靠性值。在该实施例中，速度确定装置附接到车辆12。如果所确定的两个速度之间的差大于对应于车辆的最大可能加速度的预定的差值，并且如果确定了相对于不移动的第二对象1的相对速度，则所确定的相对速度（在此情况下其为绝对速度）被视作是不可靠的并且可靠性值确定单元9确定指示所确定的速度不可靠的可靠性值。
在一个实施例中，可靠性值确定单元适于根据下列等式确定可靠性值：
（12）
和
（13）
其中σ是所确定的相对速度vt的标准差。该参数根据峰拟合函数的宽度得出。
可靠性值确定单元9可以适于仅通过使用上述确定之一依赖于至少两个速度确定的上述相对速度确定可靠性值，并且/或者可靠性值确定单元9可以适于通过使用不仅依赖于至少两个速度确定的相对速度而且依赖于至少一个可以用于确定可靠性值的另外的元素（例如信噪比和/或基峰的宽度和/或经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性和/或激光器的特性）的函数确定可靠性值。这样的可靠性函数将在下文中进一步定义。
速度确定装置2包括另一个激光器18，其具有用于发射另一第一光束15的另一个激光腔14。该第一光束15被第二对象1反射（即反向散射），由此生成另一反射的光束16，其为另一第二光束16。所述另一第一和第二光束15、16在所述另一个激光腔14内干涉。速度确定装置2进一步包括另一个干涉信号检测器17，其用于检测依赖于所述另一个激光腔14内的干涉的另一个干涉信号。速度确定单元8适于基于所述另一个干涉信号确定另一个相对速度，并且可靠性值确定单元9适于比较所述相对速度和所述另一个相对速度从而产生比较结果并且基于该比较结果确定可靠性值。在该实施例中，所确定的速度和所确定的另一个速度已被在相同方向上确定，并且如果所述速度与所述另一个速度之间的差较大，则可靠性值确定单元9适于确定较小的可靠性值。特别地，如果所述速度与所述另一个速度之间的差大于预定义的差值，则可靠性值确定单元9适于确定指示所确定的速度不可靠的可靠性值，并且特别地，如果所述速度与所述另一个速度之间的差小于预定义的差值，则可靠性值确定单元9适于确定指示所确定的速度可靠的可靠性值。该预定义的差值优选地被选择，以使得它对应于在下面提及的安全单元20中使用所确定的相对速度所需的最大差值。
在一个实施例中，可靠性值确定单元9适于根据下面的等式确定可靠性值：
， （14）
其中σ1是所确定的相对速度v1的标准差，且σ2是所确定的另一个相对速度v2的标准差。这些标准差优选地根据经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰的宽度和用于拟合峰的拟合函数来确定。
项Δ表示所确定的相对速度v1和所确定的另一个相对速度v2之间的差。应当注意，因为在当前实施例中两个速度在相同方向上被测量，所以αR为1并且等式（3）变为Δ=v1-v2。如果在另一个实施例中相对速度v1和v2不在相同方向上被确定，则可靠性值确定单元适于优选地根据等式（2）至（4）确定可靠性值。
可靠性值确定单元9可以适于仅通过使用上述确定之一依赖于上述所确定的相对速度和所确定的另一个相对速度确定可靠性值，并且/或者可靠性值确定单元9可以适于通过使用不仅依赖于所确定的相对速度和所确定的另一个相对速度而且依赖于至少一个可以用于确定可靠性值的另外的元素（例如信噪比；经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰的宽度；经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性；所确定的激光器的特性，特别是激光器功率和激光器温度；以及上述相继确定的速度之间的差）的函数确定可靠性值。这样的包括所有这些元素的可靠性函数可以通过下面的等式定义：
， （15）
即，它可被定义为描述可靠性值的上述确定的可靠性函数的乘积。项R1表示用于依赖于信噪比确定可靠性值的可靠性函数，R2表示用于依赖于经傅立叶变换的干涉信号的基峰的宽度确定可靠性值的可靠性函数，R3表示用于依赖于经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性确定可靠性值的可靠性函数，R4表示用于依赖于激光器的特性（特别是激光器温度和/或激光器功率）确定可靠性值的可靠性函数，R5表示用于依赖于上述相继确定的速度之间的差确定可靠性值的可靠性函数，以及R6表示用于依赖于上述所确定的相对速度和所确定另一个相对速度之间的差确定可靠性值的可靠性函数。这些可靠性函数R1…R6中的每一个产生可靠性值，将这些可靠性函数相乘以用于计算总可靠性值。
在一个实施例中，可靠性值确定单元适于通过仅使用这些可靠性函数R1…R6中的一个或若干个而不是全部来确定总可靠性值。
可靠性值Rtot也可以被视作总可靠性函数并且可靠性函数R1…R6也可以被视作子可靠性函数。
用于确定总可靠性值的所述总可靠性函数和所述可靠性函数R1…R6优选地被调适以使得总可靠性值是范围可以是从0%到100%的值，其中0%指示最小可靠性而100%指示最大可靠性。
速度确定装置2进一步包括车辆安全系统10，其用于依赖于所确定的相对速度和所确定的可靠性值控制车辆12的安全单元20。安全单元20在图3中被示范性且示意性地示出，图3示出车辆12，速度确定装置2附接到车辆12。应当注意，图3仅仅是示意性的，而不将速度确定装置2和/或安全单元20的位置限制于相对于车辆12的特定位置。
在该实施例中，安全单元20是ESP单元，其仅在可靠性值高于预定的可靠性阈值的情况下考虑确定的相对速度。该预定的可靠性阈值优选地被选择，以使得它对应于在下面提及的安全单元20中使用所确定的相对速度（特别是没有引发安全相关动作）所需的可靠性值。
速度确定装置2进一步包括输出由可靠性值确定单元9确定的可靠性值的输出单元11，特别是比如显示器的光学输出单元或声学输出单元。在另一个实施例中，如果可靠性值低于预定的可靠性阈值，则输出单元11也可以适于输出信号。
在下文中，将参照图4中所示的流程图描述速度确定方法的实施例。
在步骤101中，激光器3发射第一光束4，其被第二对象1反射，其中反射的光束6是第二光束，其在激光腔4内干涉第一光束5。
在步骤102中，干涉检测器7检测依赖于激光腔4内的干涉的干涉信号。在该实施例中，干涉信号检测器7是光电探测器，其检测由激光腔4内的干涉生成的激光强度的调制并且生成依赖于激光强度（即依赖于由激光腔4内的干涉引起的调制）的电信号。
在步骤103中，速度确定单元8基于干涉信号确定相对速度并且激光器特性确定单元19确定激光器特性，在该实施例中，激光器特性是激光器功率和激光器温度。
在步骤104中，可靠性值确定单元9基于由所检测的干涉信号、所确定的相对速度和所确定的激光器的特性构成的群组中的至少一个确定用于指示所确定的速度的可靠性的可靠性值。
尽管在上述实施例中用于确定可靠性值的激光器的和干涉信号的某些特性已被确定，但是在其他实施例中，激光器的和干涉信号的其他特性可以用于确定可靠性值。而且，尽管在上述实施例中，车辆安全单元优选地是ESP单元，但是在其他实施例中，车辆安全单元可以是另一种单元，比如自动制动系统、防撞系统、安全气囊系统、跟踪控制系统、自动泊车系统、巡航控制系统、牵引控制系统等等。
尽管在一些上述实施例中，仅单个阈值或最小值或最大值用于确定指示可靠的相对速度或不可靠的相对速度的可靠性值，但是可以定义附加的中间阈值或最小值或最大值以及优选地大于0且小于1的对应可靠性值以使转变（transition）更具渐进性。
所述车辆优选地是汽车。但是，在其他实施例中，所述车辆可以是另一种对象，如卡车。而且，速度确定装置也可以是可附接到另一种对象，特别是可附接到另一个移动的对象，如船、飞机或导弹。
本领域技术人员在实践要求保护的本发明时通过研究附图、公开内容和所附权利要求能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。
单个单元或设备可以实现权利要求中叙述的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一起码事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。
由一个或若干个单元或设备执行的比如速度确定和可靠性值确定的确定可以由任何其他数量的单元或设备来执行。根据速度确定方法的确定和/或对速度确定装置的控制可以实现为计算机程序的程序代码装置和/或实现为专用硬件。
计算机程序可以存储/分发在诸如与其他硬件一起提供的或作为其一部分提供的光学存储介质或固态介质之类的适当介质上，但是也可以以其他形式分发，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统分发。
权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (10)

1.一种速度确定装置，其用于确定第一对象（12）与第二对象（1）之间的相对速度，该速度确定装置可附接到第一对象（12），其中该速度确定装置（2）包括：
- 激光器（3），其具有用于发射第一辐射（5）的激光腔（4），第一辐射（5）被第二对象（1）反射以生成反射的辐射（6），该反射的辐射（6）是第二辐射（6），其中第一辐射（5）和至少一部分第二辐射（6）在激光腔（4）内干涉，
- 干涉信号检测器（7），其用于检测干涉信号，该干涉信号依赖于激光腔（4）内的干涉，
- 速度确定单元（8），其用于基于干涉信号确定所述相对速度，
- 可靠性值确定单元（9），其用于确定用于指示所确定的相对速度的可靠性的可靠性值，其中该可靠性值被用于确定所确定的速度是否可以用在车辆安全系统中并且其中该可靠性值确定单元（9）适于基于由所检测的干涉信号和所确定的相对速度构成的群组中的至少一个来确定可靠性值，其特征在于第一对象（12）是车辆并且其中速度确定装置（2）进一步包括用于依赖于所确定的相对速度和所确定的可靠性值控制车辆（12）的安全单元（20）的车辆安全系统（10），其中只有在所确定的可靠性值高于预定的阈值时，才基于所确定的相对速度来控制所述安全单元（20），
其中速度确定单元适于通过使用下述等式来确定相对速度：
，
其中f是通过对所检测的干涉信号进行傅立叶变换来确定的干涉信号的基频，λ是激光辐射的波长，且φ是第一辐射的方向与速度矢量之间的角度。
2.如权利要求1所述的速度确定装置，其中可靠性值确定单元（9）适于基于干涉信号的信噪比确定可靠性值。
3.如权利要求2所述的速度确定装置，其中速度确定装置适于在干涉信号上应用傅立叶变换，并且其中可靠性值确定单元（9）适于通过确定经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰的高度、通过确定经傅立叶变换的干涉信号的噪声水平且通过用所确定的噪声水平除所确定的高度来确定信噪比。
4.如权利要求1所述的速度确定装置，其中所述速度装置适于在干涉信号上应用傅立叶变换，并且其中可靠性值确定单元（9）适于确定经傅立叶变换的干涉信号的基频的峰的宽度并且基于所确定的宽度确定可靠性值。
5.如权利要求1所述的用于确定对象的速度的速度确定装置，其中所述速度装置适于在干涉信号上应用傅立叶变换，并且其中可靠性值确定单元（9）适于确定经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性并且基于所确定的经傅立叶变换的干涉信号的多个峰的特性来确定可靠性值。
6.如权利要求1所述的速度确定装置，其中可靠性值的确定所基于的激光器的特性是激光器的功率和温度中的至少一个。
7. 如权利要求1所述的速度确定装置，其中速度确定装置（2）包括用于存储至少两个速度确定的速度的存储单元（13），其中可靠性值确定单元（9）适于基于存储在存储单元中的速度确定可靠性值。
8.如权利要求1所述的用于确定对象的速度的速度确定装置，其中速度确定装置（2）包括
- 另一个激光器（18），其具有用于发射另一第一辐射（15）的另一个激光腔（14），该另一第一辐射（15）被第二对象（1）反射以生成另一反射的辐射（16），该另一反射的辐射（16）为另一第二辐射（16），并且其中所述另一第一辐射（15）和至少一部分所述另一第二辐射（16）在所述另一个激光腔（14）内干涉，
- 另一个干涉信号检测器（17），其用于检测依赖于所述另一个激光腔（14）内的干涉的另一个干涉信号，
其中所述速度确定单元（8）适于基于所述另一个干涉信号确定另一个相对速度，
其中可靠性值确定单元（9）适于比较所述相对速度和所述另一个相对速度从而产生比较结果，并且基于该比较结果确定可靠性值。
9.一种车辆，其包括如权利要求1所述的速度确定装置，该速度确定装置用于确定作为车辆的第一对象（12）与第二对象（1）之间的相对速度，速度确定装置（2）附接到第一对象（12）。
10.一种速度确定方法，其用于确定作为车辆的第一对象（12）与第二对象（1）之间的相对速度，如权利要求1所述的速度确定装置（2）附接到第一对象（12），其中该速度确定方法包括下列步骤：
- 由具有激光腔（4）的激光器（3）发射第一辐射（5），第一辐射（5）被第二对象（1）反射以用于生成反射的辐射（6），该反射的辐射（6）为第二辐射（6），其中第一辐射（5）和至少一部分第二辐射（6）在激光腔（4）内干涉，
- 检测依赖于激光腔（4）内的干涉的干涉信号，
- 基于干涉信号确定相对速度，
- 确定用于指示所确定的相对速度的可靠性的可靠性值，其中该可靠性值被用于确定所确定的速度是否可以用在车辆安全系统中并且其中基于由所检测的干涉信号和所确定的相对速度构成的群组中的至少一个确定可靠性值，以及
- 依赖于所确定的相对速度和所确定的可靠性值控制车辆（12）的安全单元（20），其中只有在所确定的可靠性值高于预定的阈值时，才基于所确定的相对速度来控制所述安全单元（20）。
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