CN108474847A - 位置确定设备 - Google Patents

Abstract

一种用于确定物体(O1、O2)参考位置确定设备(1)的位置的位置确定设备(1)，所述位置确定设备(1)包含：在第一位置(X1)处的传送设备(SE1)，在第二位置(X2)处的接收设备(EE2)，所述接收设备(EE2)被配置用于从第一传送设备(SE1)接收传送信号(SS1)，以及用于确定传送信号(SS1)从传送设备(SE1)到物体(O1、O2)和从物体(O1、O2)到接收设备(EE2)的渡越时间(L)，所述第一位置(X1)和所述第二位置(X2)彼此相距一距离(D)，并且所述位置确定设备(1)被配置为根据所述渡越时间(L)确定物体(O1、O2)位于其上并且以所述第一位置(X1)和所述第二位置(X2)作为焦点的椭圆(E)。

Description

位置确定设备

技术领域

本发明涉及一种用于确定物体参考位置确定设备的位置的位置确定设备，位置确定设备包括位于第一位置的传送设备和位于第二位置的接收设备。接收设备被配置用于接收来自第一传送设备的传送信号，并且用于确定传送信号从传送设备到物体以及从物体到接收设备的渡越时间。本发明还涉及一种用于确定物体位置的方法。

背景技术

在现有技术中已经公知通过雷达测距设备来感测物体，并根据信号从雷达测距设备到物体并返回到雷达测距设备的渡越时间来确定物体与雷达测距设备之间的距离有一段时间了。这可以使用用于传输和接收的单个天线。还可以通过利用频率调制传送和接收连续波信号来确定距离。

物体的速度可以基于时间序列测量和/或通过多普勒效应来测量。只要它们参照雷达测距设备的速度不相同，就可以通过它们不同的速度来区分各种物体。图1A示意性地示出了该现有技术。

雷达脉冲从接收机和发射机RuT发射到被描绘为黑色实心圆圈的物体O1和O2，物体O2另外被描绘为具有围绕周边的黑色圆圈。

在本专利申请中将“脉冲”理解为信号轮廓中的信号变化，例如，峰值、矩形或三角形轮廓或正弦半波或其近似值，或上升和下降，或下降和上升，信号轮廓中某个其他形状的幅度的变化。脉冲可以包含一个信号偏转，但也可以包括几个连续的信号偏转。与整个信号的持续时间相比，脉冲的持续时间较短。

物体O1和O2在距接收机和发射机RuT的距离R1和R2处。接收机和发射机RuT由还接受接收到的信号的电子控制单元ECU控制。

图1B在相对于渡越时间绘制的幅度值A的图中示出了在发射脉冲之后由同一天线接收的信号，并且其包含关于物体O1和O2距接收机和发射机RuT的距离R的信息。不同的物体距离可以与不同的接收脉冲相关联。

在许多情况下，还期望知道物体相对于雷达测距设备的角度位置。利用图1A中所示的变型，例如，这可以通过旋转天线来实现。“单脉冲”方法(也称为“到达角”或“到达方向”方法)在现有技术中是已知的；其中，彼此距离为D的具有恒定且叠加的辐射和接收区域的两个天线被用于感测物体的角度位置。该距离D通常是半波长，即在24GHz时大约为6.25mm。

两个天线以相同的频率传送。两个天线的接收信号与传送信号相干混合(coherently mixed down)。由此可以测量两个接收信号的相位延迟，并可以根据这些确定反射波的入射角，其包含在由天线分别接收的同一物体的脉冲之间的相位差Δφ中。入射角α可以计算如下：

其中，c₀是光速，ω是传输频率的角速度。

这种系统的配置在图2A中示出。与图1A所示的变型相比，在配置上仅略有差异。相同的特征标有相同的附图标记，并且不再单独描述。如上所述，接收机和发射机RuT包含两个天线TX1和TX2。图2B示出了具有在天线TX1和TX2处接收到的信号的两个图，分别示出了相对于距离R绘制的返回信号的幅度A。

如果使用这样的系统来跟踪几个物体，为了使用这种方法，物体必须彼此分离，以便可以确定来自同一物体的反射信号之间的相移。但是，有些情况下，使用这种方法不能明确地将物体彼此分开。例如，在测量静态场景时，如果有几个物体位于相同距离处，则由于接收时脉冲彼此叠加，不再能确定方向。因此，在每种情况下都不可能使用单脉冲方法确定几个物体的角度位置。波束扫描方法或使用多个天线的数字波束成形方法也是可能的，以便在角度方向上实现可靠的分辨率。

确定距离和角度的另一种可能性由三边测量方法提供，其中使用两个天线，每个天线由单独的振荡器馈电。这种振荡器最好以非常稳定的频率操作。振荡器不彼此同步。它们可以运行在不同的频率，以免互相干扰。与单脉冲方法相比，天线优选地彼此之间的距离D更大。这使得更小的角度计算误差成为可能。

图3A示出了使用三边测量方法的测量设备的结构。相同的部件具有相同的编号，不再单独描述。在接收机和发射机单元RuT1的中心发射方向与到物体O1的角度方向之间存在角度α，而在接收机和发射机单元RuT1的中心发射方向与到物体O1的角度方向之间存在角度β。不同的角度α和β在接收机和发射机单元RuT1和RuT2与物体O1之间导致不同的距离R1和R2，因此还导致接收到的信号中反射脉冲的渡越时间不同。接收机和发射机单元RuT1和RuT2分别位于位置X1和X2处，并且彼此间隔距离D。接收机和发射机单元RuT1和RuT2的接收信号在图3B中示出。

角度α可以依据由R1、R2和D构成的三角形计算如下：

角度β可以计算如下：

此处在确定角度之前也必须明确地识别物体，为了确保线段R1和R2属于同一个物体。然而，与单脉冲方法的情况一样，在这种三边测量方法中也存在其中不可能进行明确分配的星座(constellation)。这样的星座在图4A中示出。此处物体O1在距接收机和发射机单元RuT1的距离R'处，并且物体O2在距接收机和发射机单元RuT2的距离R2”处，距离R1'和R2”具有相同的大小。此外，物体O2在距接收机和发射机单元RuT1的距离R1”处，并且物体O2在距接收机和发射机单元RuT2的距离R2'处，距离R1”和R2'同样具有相同的大小。在这种情况下，物体O1和O2确实可以彼此区分，但它们的位置却绝非明确的，如通过与图5A所示星座的比较所示。在图5A中，物体O1与接收机和发射机单元RuT1之间存在的距离R1'和R1”，以及物体O2与接收机和发射机单元RuT2之间存在的距离R2'和R2”与图4A中的相同。从中可以推出，对于N个明确可检测的物体，存在N！(N的阶乘)个分配的可能性。然而，并非两个物体参考以三边测量方法操作的测量设备的所有可能位置都是不明确的。

发明内容

不管下面提出的本发明如何，它作为独立的发明被提出以跟踪物体的位置并且从先前的位置在不明确的星座中推导出哪个可能的星座是正确的星座，利用了物体始终位于不间断的轨迹上的事实。位置确定优选地足够频繁地执行，以使得不能预期在两个位置确定之间的时间段内将通过多于一个可能的星座。

可替换地，本发明的主题是一种用于确定物体参考位置测量设备的位置的位置确定设备。

位置确定设备特别适用于将接收到的信号分配给特定物体。因此，当存在几个物体时，可以从几个(特别是两个)这样的星座中为物体(特别是两个物体)确定正确的位置星座。位置确定设备为此目的包含第一位置处的传送设备和第二位置处的接收设备。接收设备被配置为从第一传送设备接收传送信号，并且确定传送信号从传送设备到物体以及从物体到接收设备的渡越时间。根据本发明，所述第一位置和所述第二位置彼此相距一定距离，并且所述位置确定设备被配置为依据所述渡越时间确定所述物体所在的椭圆。如果在三维中进行测量，则还可以确定椭球体。

可以使用已知方法确定渡越时间，例如通过传送信号与接收信号之间的相位比较，通过调制传送信号并将接收信号与信号混合以便混合合成并通过干涉测量法提取渡越时间信息，通过对传送信号中的传输时间点进行编码并将其与接收时间点进行比较，以及通过使用尺寸度量衡学中已知的其他方法。该方法可以例如光学地使用超声波或者优选地使用电磁无线电波，特别是雷达波来执行。

位置确定设备或相应的方法提供物体的位置，该位置可以根据传送信号从发射机到物体并从物体到位于与发射机不同位置的接收机的总行进距离来确定。发射机和接收机的距离和位置也可以结合在本上下文中。如果该距离是固定的，则可以通过将距离嵌入到算法中或嵌入到以硬件实现的信号处理步骤中来结合该距离，该步骤根据渡越时间来确定椭圆。物体的位置位于以发射机和接收机为焦点的椭圆上。一旦根据渡越确定从发射机经过物体到位于不同点的接收机的路径长度，就有可能确定物体必须位于的椭圆。

对于本领域技术人员显而易见的是，不必按照路径长度来明确地计算，而是也可以使用包含相同信息的其他量值。椭圆可以通过两个相互独立的参数明确定义，这是数学中的常识。例如，发射机和接收机彼此的距离以及所确定的从发射机经由物体到接收机的路径长度可以用作这两个参数。如果发射机和接收机彼此的距离是恒定的，则只有一个可明确定义椭圆的可变参数。一旦发射机和接收机相对于彼此固定，就足以确定从发射机经由物体到发射机的路径长度，以便识别物体所在的椭圆。例如，传送设备和接收设备可以相对于彼此不可移动地安装在车辆上的不同位置。

由于通过椭圆曲线上的点连接焦点的路径长度对于椭圆曲线上的所有点是相同的，所以椭圆上的物体的位置不能基于椭圆的两个参数来明确地识别。这是一个在相关数学教科书中可以找到的椭圆的公知属性。尽管不能明确地识别物体的位置，但是可以明确地识别它所在的椭圆。因此可以将已经被识别为位于特定椭圆上的物体与位于不同椭圆上的物体区分开。由此可以例如在具有几个物体的不明确星座的情况下的三边测量方法中辨别作为真实星座的星座。

如果所考虑的不是椭圆而是发射设备和接收设备在焦点的椭球体，则这些观察可以从椭圆平面扩展到三维。这导致上述考虑没有根本上的变化。可以通过每个物体在椭球表面和两个焦点上的位置来为其定义具有椭圆的平面。

第一接收设备和第一传送设备，和/或第二接收设备和第二传送设备优选地分别组合为接收机和发射机单元，其中传送设备和接收设备布置在相同的位置处。如果传送设备和接收设备使用布置在彼此附近的分开的天线，例如相互之间的距离小于25cm，则该位置也被认为是“相同的”，这是例如用于确定车辆周围物体的位置的合适值。在另一个变型中，接收机和发射机单元的单个天线也可以被提供用于传送和接收。

该方法可以配置为雷达技术方法，但也可以将其类似地用于其他非接触式距离测量，例如光学或声学测量方法。振荡器则对应于光源。传输频率优选地被调制。

位置确定设备也可以用两个以上的发射机和两个以上的接收机来操作。发射机的数量优选地对应于接收机的数量。

在一个实施例中，位置确定设备还包含位于第一位置的第一传送设备和位于第一位置的第一接收设备。这些可以组合为一个接收机和发射机单元，并可以使用分离的天线或一个公共天线。第一接收设备根据第二传送设备的传送信号生成第一接收信号。第二传送设备被布置在第二位置，在该第二位置处也布置有第二接收设备。后者可以组合为一个接收机和发射机单元，并且可以使用分离的天线或一个公共天线。第二接收设备根据第一传送设备的传送信号生成第二接收信号。第一传送设备的照射区域与第二传送设备的照射区域重叠，物体在位置确定的上下文中位于重叠区域中。

第一传送设备以第一传输频率进行传送，第二传送设备以第二传输频率进行传送，第一传输频率与第二传输频率相差一定频率差。第一和第二传输频率优选地以相同的方式进行频率调制，以使频率差保持恒定。调制频率和/或频率差优选地处于1kHz与1GHz之间的区域中，其中当它们与传输频率分离以便确定位置时，它们可以用常规电子设备进行处理。传输频率优选地高于1GHz。第一和第二传输频率优选地被线性频率调制，特别是使用重复的斜坡。可替换地或另外，也可以执行相位调制。该调制可以是例如第一和第二传输频率的谐波调制，或者利用数字信号的调制。优选地，频率差保持高度恒定，例如通过使用现有技术中已知的锁相环(PLL)电路。第一和第二传输设备的振荡器可以是非相干的。位置确定设备还包含位于第一传送设备的位置处的第一接收设备，用于从第二传送设备接收信号并用于生成第一接收信号，以及位于第二传送设备的位置处的第二接收设备，用于从第一传送设备接收信号并且用于生成第二接收信号。

第一和第二传输频率的频率调制优选以相同的方式进行。这具有以下优点：优选地与传送频率的频率调制相关联的渡越时间信息类似地包含在第一和第二接收信号中，这在信号处理方面可能是有利的。例如，可以计算平均值以提高准确性。

位置确定设备还包含第一接收信号混合设备，用于将第一接收信号与第一传送信号混合以便生成第一中间信号，以及第二接收信号混合设备，用于将第二接收信号与第二传送信号混合以便生成第二中间信号。第一接收信号混合设备优选地是还包含第一传送设备和第一接收设备的接收机和发射机单元的一部分，特别是在同一个壳体中。类似地，第二接收信号混合设备优选是还包含第二传送设备和第二接收设备的接收机和发射机单元的一部分，特别是在同一壳体中。

混合操作是可以由以下三角定理描述的两个信号的混合：

此处显而易见的是，结果是两个余弦函数的和。在第一项中，余弦函数的自变量是原始自变量x和y的减法。这个项被称为“相减混合项”。另一个项类似地称为“相加混合项”，其中，余弦函数的自变量是原始自变量x和y的加法。

第一传送信号可以通过以下公式来描述：

SS1＝cos(2·π·f0(t)·t+Φ1)

其中，SS1表示第一传送信号，f0(t)是时间调制的传输频率，Φ1是相关联的第一相移。

第二传送信号可以通过以下公式来描述：

SS2＝cos(2·π·(f0(t)+Δf)·t+Φ2)

其中，SS2表示第二传送信号，Δf是频率差，Φ1是相关联的第二相移。

第一接收信号可以通过以下公式来描述：

ES1＝k11·cos(2·π·f0(t)·(t-T11)+Φ1)+k12·cos(2·π·(f0(t)+Δf)·(t-T11)+Φ2)

其中，ES1表示第一接收信号，k11表示从第一传送设备到第一接收设备的传输所产生的阻尼因子，k12表示从第二传送设备到第一接收设备的传输所产生的阻尼因子，T11表示从第一传送设备经由物体到第一接收设备的传输的渡越时间，T12表示从第二传送设备经由物体到第一接收设备的传输的渡越时间。混合项中的第一项描述了从第一传送设备接收到的第一接收信号的部分，该第一传送设备被布置在与第一接收设备相同的位置，而第二项描述了从第二传送设备接收的第一接收信号的部分，该第二传送设备被布置在与第一接收设备不同的位置。

第二接收信号可以通过以下公式来描述：

ES2＝k21·cos(2·π·f0(t)·(t-T21)+Φ1)+k22·cos(2·π·(f0(t)+Δf)·(t-T21)+Φ2)

其中，ES2表示第一接收信号，k21表示从第一传送设备到第二接收设备的传输所产生的阻尼因子，k22表示从第二传送设备到第二接收设备的传输所产生的阻尼因子，T21表示从第一传送设备到第二接收设备的传输的渡越时间，T22表示从第二传送设备到第二接收设备的传输的渡越时间。第一项描述了从第一传送设备接收到的第二接收信号的部分，该第一传送设备被布置在与第一接收设备相同的位置，而第二项描述了从第二传送设备接收的第一接收信号的部分，该第二传送设备被布置在与第一接收设备不同的位置。

应用第一接收信号与第一传送信号的相乘混合产生用于第一中间信号的相减混合项的以下公式：

其中，ZS1SMT表示第一中间信号的相减混合项。这包含两项。其中第一个是准动态项，其动态性完全依赖于传输频率的调制。该项包含关于物体距第一传送设备的距离的信息，该第一传送设备被布置在与第一接收设备相同的位置处。这个项被称为“第一直接分量(direct component)”。第二项是动态项，其动态性既取决于传输频率的调制，也直接取决于作为余弦函数的自变量的时间。该项包含关于从第二传送设备到物体并从物体到第一接收设备的渡越时间的信息。该项称为“第一横向分量”。

应用第二接收信号与第二传送信号的相乘混合产生用于第二中间信号的相减混合项的以下公式：

其中，ZS2SMT表示第二中间信号的相减混合项。这包含两项。其中第二个是准静态项，其动态部分完全依赖于传输频率的调制。该项包含关于物体距第二传送设备的距离的信息，该第二传送设备被布置在与第二接收设备相同的位置处。这个项被称为“第二直接分量”。第一项表示从在与接收设备不同位置的传送设备接收，第一项是动态项，其动态性既取决于传输频率的调制，也取决于频率差，二者都是余弦函数的自变量的时间相关变量。该项包含关于从第一传送设备到物体并从物体到第二接收设备的渡越时间的信息。该项称为“第二横向分量”。

第一中间信号的相减混合项很大程度上对应于第二中间信号的相减混合项。频率差在动态项的每个情况(第一和第二横向项)下存在于两个中间信号的相减混合项中。在第一中间信号的相减混合项中，频率差另外作为余弦函数的自变量中的静态偏移而存在于动态项中。在第二中间信号的相减混合项中，频率差作为余弦函数的自变量中的静态偏移而存在于准静态项中。这两项是直接分量中的第一项和第二项。一般而言，渡越时间T12和T21以及阻尼系数k12和k21彼此对应，因为通常信号前进的方向在本上下文中并不重要。

在该实施例中，位置确定设备还包含用于混合第一中间信号和第二中间信号以生成椭圆确定信号的中间信号混合设备。中间信号混合设备优选为中央单元，其可以将至少两个，优选地更多中间信号相互混合。在一个变型中，它可以布置在接收机和发射机单元的外部，并且存在到参与接收机和发射机单元的中间信号连接。与接收机和发射机单元之间可能需要的多个中间信号连接相比，这种方法在配置方面可以具有优势。在另一种变型中，也可以考虑将一个中间信号混合设备布置在一个接收机和发射机单元中，或者将几个中间信号混合设备布置在几个接收机和发射机单元中。因此避免了附加单元。于是接收机和发射机单元之间的中间信号连接是必要的。

优选地，不是整个第一中间信号和整个第二中间信号，而是仅仅相减中间信号混合项的相应的横向分量彼此混合。这些可以预先从中间信号中提取。例如，为此可以使用中间信号的特定频率区域。

椭圆确定信号可以表示为以下相加项：

椭圆确定信号被称为EES。如果椭圆确定信号完全由横向项生成，那么这是椭圆确定信号的唯一项。椭圆确定信号包含关于两个方向上的从一个位置处的传送设备到物体且从物体到不同位置处的接收设备的渡越时间的信息。椭圆确定信号包含余弦函数的自变量中的三项。其中包含频率差的一项构成相位项。其他两项取决于传输频率的调制。

假设渡越时间T12和T21(即正向和反向上的渡越时间)具有相同的量值并且被称为T，则椭圆确定信号的公式可以被简化为：

渡越时间既存在于相位项中，也存在于余弦函数的自变量的动态项中。优选地评估动态项的频率，因为这有利地实现了良好的准确度并且可以被有效地评估。

由于椭圆确定信号表示从传送设备到物体以及从物体到布置在与传送设备不同的位置处的接收设备的距离的总和，并且因为传送设备与接收设备之间的距离是已知的并且优选地是固定的，所以椭圆确定信号的值可以明确地与特定的椭圆相关联。

在进一步的实施例中，位置确定设备包含信号分离设备，用于分离或滤波位置确定设备中的信号分量，以进一步处理信号的期望分量。原则上可以滤除部分信号频谱以便保留和进一步处理期望的信号部分或者分割信号以便以不同方式进一步处理由此获得的各个部分。信号的各个分量具体地在其频率或其信息内容方面有所不同。这也可以在此处使用。

位置确定设备特别可以包含用于对第一中间信号进行低通滤波以便获得第一中间信号的相减混合项的第一低通滤波设备。位置确定设备可以类似地包含用于对第二中间信号进行低通滤波以便获得第二中间信号的相减混合项的第二低通滤波设备。包含在其中的传送信号的高频分量由此被阻挡。也可以使用第一或第二中间信号的高频相加混合项不能通过的无源组件，例如引线或RC部件作为滤波器。较窄的带宽随后可用于进一步处理的情况。进一步处理的相减混合项还包含适当形式的期望信息。

此外，位置确定设备可以包含用于第一和/或第二中间信号的相减混合项的信号分离设备。信号分离设备可以将第一和/或第二中间信号的相减混合项分成直接分量，其包含关于传送信号从一个位置到物体上的反射并返回相同位置的渡越时间的信息，以及横向分量，其包含关于传送信号在一个位置到物体上的反射并返回不同位置的渡越时间的信息。直接分量和横向分量在它们的频率方面不同，并且不同之处在于在横向分量中，频率差具有时间和作为余弦函数中的自变量的极限频率的乘积，而直接分量具有作为余弦函数中的自变量的构成唯一时变分量的传输频率的调制。通过定义具有频率差的不同频率和传送频率的调制，使得基于频率的借助信号分离设备的分离成为可能。

特别地，位置确定设备还可以包含用于椭圆确定信号的信号分离设备。如上所述，椭圆确定信号包含相加和相减混合分量。优选地，进一步处理相加混合分量以确定渡越时间。为此，借助用作信号分离设备的高通滤波设备通过高通滤波椭圆确定信号，可以从椭圆确定信号中提取相加混合分量。

可替换地，代替将信号分成直接分量和横向分量，还可以处理整个中间信号。数字化和随后的(反)傅立叶变换产生频域中的直接分量和横向分量。经变换的横向分量产生在频域中移位等于频率差Δ-f的量的脉冲。通常，必须注意的是，本征分量中最终的最高频率远小于频率差，因此这两个分量可以在频域中适当分离。由于直接分量和横向分量的频率范围较宽，所以与只有直接分量用于位置确定相比，必须保持较高的采样频率。

位置确定设备优选地包括用于确定椭圆的椭圆确定设备，椭圆能够通过椭圆确定设备根据椭圆确定信号的相加混合分量的频率来确定。关于该椭圆的信息存在于该分量中。

位置确定设备可以包括三边测量设备或可以执行三边测量。然后，位置确定设备可以从第一接收设备处的第一传送设备接收第一三边测量接收信号，并从第二接收设备处的第二传送设备接收第二三边测量接收信号，以便借助于三边测量设备，确定物体参考第一位置和/或第二位置的位置。该位置可以根据相对于彼此相邻布置的两个传送和接收站的两个物体的总共四个距离信息项来确定。三边测量设备被具体配置为借助于第一直接分量和第二直接分量执行三边测量。第一直接分量取自第一相减中间信号混合项，和/或第二直接分量取自第二相减中间信号混合项。如果三边测量不能将接收信号中的脉冲分配给特定物体，则就会产生不明确的星座。

在另一个实施例中，可以对特别借助于三边测量方法确定的物体的位置进行似真性检查。位置确定设备可以为此确定相同物体的位置是否位于由位置确定设备为该物体识别的椭圆上。

椭圆确定信号在其时间曲线中包含由位置确定设备感测的每个物体的一个脉冲。从发射机的脉冲发射到椭圆确定信号中的脉冲所经过的时间表示从一个位置处的脉冲的发射机经由物体到位于其他位置的椭圆确定信号中的脉冲的接收机的路径长度。根据这个路径长度，考虑发射机与接收机的距离，可以确定椭圆。感测的物体位于椭圆上。在感测到两个物体的情况下，如果两个物体位于不同的椭圆上，则在椭圆确定信号中出现两个脉冲。如果两个物体位于一个椭圆上，则会出现叠加脉冲。可以存在用于两个物体的位置信息项的星座，其基于由与相应的发射机相同的位置处的接收机对物体的感测而是不明确的。两个接收机的测量结果然后提供时间上相同的脉冲，并且不清楚哪个脉冲属于哪个物体。然后可以通过关于物体是位于一个椭圆还是两个椭圆上的信息将物体分配给明确的位置。

在进一步的实施例中，位置确定设备相应地包含似真性设备，通过该似真性设备可以识别利用三边测量方法确定的物体的位置是否位于从椭圆确定信号推断出的椭圆上。如果是，则位置确定设备识别不明确的星座中的两个物体位于椭圆上。如果发现物体不在椭圆上，则位置确定设备可以确定不明确的星座中的两个物体位于椭圆的短轴上或其延长部分上。

如果存在多于两个物体，则可以使用两个物体的组合来数次执行所提出的方法。优选地，仅当先前的三边测量方法指示存在不明确的星座时才执行该方法。

也可以执行用于确定物体所在的椭圆的方法以增强位置确定精度。为此，椭圆的位置可以合并到物体位置的计算中。特别是可以通过从由三边测量和椭圆确定所确定的位置计算最佳位置来减小位置误差。例如，可以计算平均值和/或可以应用最小误差平方的方法。

优选地，一个发射机和一个接收机被连接到一个单元中。根据本发明的位置确定设备可以使用至少两个这样的单元来构造。

在本发明的另一方面中，提出了一种可以借助位置确定设备执行的方法。它作为方法步骤包括位置确定设备的上述特征。

附图说明

在附图中仅作为示例描绘了本发明的实施例，其中：

图1A示意性地示出了在测量两个物体的背景下的雷达测距设备，所述设备利用单个天线和频率调制操作；

图1B是示出相对于物体与雷达测距设备的距离绘制的从物体接收的两个脉冲的幅度的图；

图2A示意性地示出了在测量两个物体的背景下根据单脉冲方法操作并具有两个天线的雷达测距设备；

图2B示出了两个图，各自关于一个接收机，并且在其中每个图中，相对于物体与雷达测距设备的距离绘制从两个物体接收的两个脉冲的幅度；

图3A示意性地示出了在测量物体的背景下根据三边测量方法操作并且具有彼此分离的两个天线的雷达测距设备；

图3B示出了两个图，各自关于一个接收机，并且在其中每个图中，相对于物体与雷达测距设备的距离绘制从物体接收的脉冲的幅度；

图4A示意性地示出了在测量位于不明确的星座中的两个物体的背景下的图3的雷达测距设备；

图4B示出了两个图，各自关于一个接收机，并且在其中每个图中，相对于物体与雷达测距设备的距离绘制从两个物体接收的两个脉冲的幅度；

图5A示意性地示出了在测量位于另一个不明确的星座中的两个物体的背景下的图3的雷达测距设备；

图5B示出了两个图，各自关于一个接收机，并且在其中每个图中，相对于物体与雷达测距设备的距离绘制从两个物体接收的两个脉冲的幅度；

图6示意性地示出了借助于本发明确定并且两个物体位于其上的椭圆以及两个物体的不明确的星座的另外两个位置；

图7示出了根据本发明的六个位置确定设备及其照射区域在车辆上的布置；以及

图8示出了其中示出了方法步骤以及信号和信号的转换的示意图的第一部分；以及

图9示出了其中示出了方法步骤以及信号和信号的转换的示意图的第二部分。

具体实施方式

图6示出了根据位置确定设备的椭圆确定信号计算的椭圆E。物体O1和O2位于椭圆上。物体O1和O2的位置使用三边测量方法来预先确定。由于三边测量方法的特殊特性，所示的位置O1和O2是不明确的，也可能是虚拟物体O1'和O2'的位置。然而，虚拟物体O1'和O2'不位于椭圆E上。因此借助根据本发明的位置确定设备可以排除虚拟物体O1'和O2'的位置是真实的可能性。

图7是在其周边设置有十二个接收机和发射机单元RuT1至RuT12的乘用车的平面图。每个接收机和发射机单元RuT1至RuT12包含设置在相同位置的传输设备SE1、SE2和接收设备EE1、EE2。传送设备SE1、SE2和接收设备EE1、EE2在图8中示出。被描绘为三角形的照射区域与每个接收机和发射机单元RuT1至RuT12相关联。接收机和发射机单元RuT1至RuT12的相邻照射区域相互重叠。根据本发明的位置确定设备可以在这些重叠区域中起作用。

位置确定设备可以用作例如停车雷达。照射区域的开口角度优选等于110°。单个的照射区域不重叠的区域优选较窄，并且它们的长度优选较短。这样也可以通过三边测量方法并且无需位置确定设备来以良好的可靠性确定位置。物体的位置可以在车辆移动时跟踪，可以以规定的方式进行，以便通过位置确定设备确定位置。也可以设想，在位置确定设备不能操作的区域中，根据正在行驶的车辆利用现有技术中已知的合成孔径雷达(SAR)方法。

图8示出了其中示出了方法步骤或信号和信号的转换的示意图的第一部分。具体而言，从位于位置X1的第一传送设备SE1传送第一传送信号SS1，并且从位于位置X2的第二传送设备SE2传送第二传送信号SS2。传送信号SS1和SS2的频率各自以相同的方式进行时间调制f0(t)，并且彼此相差频率差Δf。f0在此称为“振荡器频率”，而时间相关性(t)描述振荡器频率的调制。两个传送信号SS1、SS2分别击中一个或特别是两个物体O1、O2并从其反射。

在图8中，用实线表示传送信号SS1的传播，用虚线表示传送信号SS2的传播。为了简单起见，图8中仅示出了一个物体，并且被标记为O1、O2，但是在图8中描绘的信号曲线图分别适用于每个物体O1、O2。两个传送信号SS1和SS2的分量由存在的每个物体O1、O2分别反射到第一接收设备EE1和第二接收设备EE2。第一传送设备SE1和第一接收设备EE1位于同一第一位置X1处，而第二传送设备SE2和第二接收设备EE2位于与第一位置物理不同的同一第二位置X2处。位置X1和X2相互之间的距离为D。传送设备SE1和接收设备EE1可以使用相同的天线，于是被称为接收机和发射机单元RuT1。传送设备SE2和接收设备EE2同样可以使用相同的天线，于是被称为接收机和发射机单元RuT2。渡越时间L以点划线示意性示出。该渡越时间L指定信号从传送设备SE1、SE2之一传送到接收设备EE1、EE2之一的所有渡越时间，而不管它们的路径如何，也不管在图8中以符号方式描绘的过程如何。

因此，以叠加方式在接收设备EE1、EE2处接收来自一个或两个不同物体O1、O2的第一传送信号和第二传送信号。第一接收设备EE1生成第一接收信号ES1，第二接收设备生成第二接收信号ES2。第一接收信号ES1在第一接收信号混合设备EM1中与第一传送信号SS1的振荡器频率f0(t)混合。这产生第一中间信号ZS1。第二接收信号ES2在第二接收信号混合设备EM2中与第二传送信号SS2的振荡器频率f0(t)+Δf混合。这产生第二中间信号ZS2。

图9示出了图8中的示意图的第二部分。用于处理第一和第二中间信号ZS1、ZS2的方法步骤在图9中示出。

第一中间信号ZS1在第一中间信号低通滤波设备TPF1中被低通滤波，产生第一相减中间信号混合项SMT1。与此同时，第二中间信号ZS2在第二中间信号低通滤波设备TPF2中被低通滤波，产生第二相减中间信号混合项SMT2。相减中间信号混合项SMT1、SMT2各自包含来自各个相关中间信号ZS1、ZS2的分量，其频率由接收频率和振荡器频率的减法获得，从而相减中间信号混合项SMT1、SMT2包含图8的传送信号SS1、SS2的各自调制频率。

每个接收设备EE1、EE2从位于不同位置的两个传送设备SE1和SE2接收两个不同的传送信号SS1和SS2。因此，在每个相减中间信号混合项SMT1和SMT2中存在从与相关接收设备SE1或SE2在相同位置处的传送设备SE1或SE2导出的相应分量。该分量被称为第一或第二直接分量DA1、DA2。相减中间信号混合项SMT1和SMT2还各自包含从不位于接收设备EE1、EE2的位置处的相应传送设备SE1、SE2导出的另一分量。该分量分别被称为第一和第二横向分量KA1、KA2，编号基于相应的接收设备EE1、EE2。第一直接分量DA1可以在第一中间信号分离设备ZTE1中与第一横向分量KA1分离。第二直接分量DA2可以在第二中间信号分离设备ZTE2中相应地与第二横向分量KA2分离。

物体O1和O2分别作为接收信号ES1和ES2、中间信号ZS1和ZS2、相减中间信号混合项SMT1和SMT2以及直接分量DA1和DA2及横向分量KA1和KA2中的脉冲出现。时间上的脉冲位置包含关于物体O1和O2与第一位置和第二位置的距离的信息。这产生了使用第一和第二直接分量DA1和DA2执行三边测量T的可能性。因为在测量两个物体时可能由此产生不定性，所以可以利用第一和第二横向分量KA1和KA2来解决这种不定性。

表示横向分量KA1和KA2中的脉冲的信号渡越时间对应于从进行传送的传送设备SE1或SE2到生成脉冲的物体O1、O2并且从物体O1、O2到相应的接收设备EE2、EE1的距离，接收设备EE2、EE1位于与相应的传送设备SE1、SE2不同的位置。利用该信息以及两个位置之间的距离，可以定义生成脉冲的相关物体O1、O2所位于的椭圆。为了从两个横向分量KA1和KA2生成单个信号作为确定椭圆的前身(即椭圆确定信号EES)，将第一横向分量KA1和第二横向分量KA2馈送到横向分量混合设备KME中，传送信号SS1和SS2中的振荡器信号的原始调制被消除。用于确定椭圆的信息存在于椭圆确定信号EES的高频分量中，该高频分量在混合第一和第二横向分量KA1和KA2时产生，作为其中第一和第二横向分量KA1和KA2的频率相加的分量。为了从完整的椭圆确定信号EES中提取椭圆确定信号EES的这个相加混合分量AME，将椭圆确定信号EES馈送到椭圆确定信号高通滤波设备HPF中。

Claims (13)

1.一种位置确定设备(1)，用于确定物体(O1、O2)参考所述位置确定设备(1)的位置，

所述位置确定设备(1)包含：

-在第一位置(X1)处的传送设备(SE1)，

-在第二位置(X2)处的接收设备(EE2)，

所述接收设备(EE2)被配置

-用于从所述第一传送设备(SE1)接收传送信号(SS1)，以及

-用于确定所述传送信号(SS1)从所述传送设备(SE1)到所述物体(O1、O2)和从所述物体(O1、O2)到所述接收设备(EE2)的渡越时间(L)，

其中，所述第一位置(X1)和所述第二位置(X2)彼此相距距离(D)，并且所述位置确定设备(1)被配置为根据所述渡越时间(L)确定所述物体(O1、O2)位于其上并且以所述第一位置(X1)和所述第二位置(X2)作为焦点的椭圆(E)。

2.根据权利要求1所述的位置确定设备(1)，其中，所述位置确定设备(1)包含以下部分：

-在所述第一位置(X1)处的第一传送设备(SE1)，

-在所述第一位置(X1)处的第一接收设备(EE1)，用于根据第二传送设备(SE2)的传送信号(SS2)生成第一接收信号(ES1)，

-在所述第二位置(X2)处的第二传送设备(SE2)，

-在所述第二位置(X2)处的第二接收设备(EE2)，用于根据所述第一传送设备(SS1)的传送信号(ES1)生成第二接收信号(ES2)，

与所述第二传送设备(SE2)的照射区域(A)重叠的所述第一传送设备(SE1)的照射区域(A)，

所述第一传送设备(SE1)被配置为以第一传输频率(f0)进行传送并且所述第二传送设备(SE2)以第二传输频率(f0+Δf)进行传送，所述第一传输频率(f0)与所述第二传输频率(f0+Δf)相差频率差(Δf)，

所述第一传输频率(f0)和所述第二传输频率(f0+Δf)被以相同的方式调制，尤其是被频率调制、相位调制和/或振幅调制，并且

所述位置确定设备(1)还包含以下部分：

-第一接收信号混合设备(EM1)，用于将所述第一接收信号(ES1)与所述第一传输频率(f0)混合以生成第一中间信号(ZS1)，

-第二接收信号混合设备(EM2)，用于将所述第二接收信号(ES2)和所述第二传输频率(f0+Δf)混合以生成第二中间信号(ZS2)，

-中间信号混合设备(KME)，用于将所述第一中间信号(ZS1)或其分量与所述第二中间信号(ZS2)或其分量混合以生成椭圆确定信号(EES)。

3.根据权利要求2所述的位置确定设备(1)，其中，所述中间信号包含直接分量和横向分量；并且将整个中间信号用于位置确定，所述直接分量和所述横向分量通过傅立叶变换而彼此分离。

4.根据权利要求2所述的位置确定设备(1)，其中，所述位置确定设备(1)还包含以下部分：

信号分离设备，用于将所述位置确定设备(1)中的信号的一个分量与所述信号的另一个分量分离，以便进一步处理所述信号的期望分量，即具体为：

-第一中间信号低通滤波设备(TPF1)，用于对所述第一中间信号(ZS1)进行低通滤波以便获得所述第一中间信号(ZS1)的第一相减混合项(SMT1)，和/或

-第二中间信号低通滤波设备(TPF2)，用于对所述第二中间信号(ZS1)进行低通滤波以便获得所述第二中间信号(ZS2)的第二相减混合项(SMT2)，和/或

-第一中间信号分离设备(ZTE1)，用于从所述第一中间信号(ZS1)的第一相减混合项(SMT1)中去除第一横向分量(KA1)，和/或

-第二中间信号分离设备(ZTE2)，用于从所述第二中间信号(ZS2)的相减混合分量(SMT2)中去除第二横向分量(KA2)，和/或

-高通滤波设备(HPF)，用于对所述椭圆确定信号(EES)进行高通滤波以便从所述椭圆确定信号(EES)中提取相加混合分量(AME)以供进一步处理。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的位置确定设备(1)，其中，所述位置确定设备(1)包括用于确定椭圆(E)的椭圆确定设备(EEE)，所述椭圆(E)能够借助于所述椭圆确定设备(EEE)根据所述椭圆确定信号(EES)的相加混合分量的频率来确定。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的位置确定设备(1)，其中，所述位置确定设备(1)包括用于三边测量(T)的设备，所述位置确定设备(1)被配置为

在所述第一接收设备(EE1)处接收来自所述第一传送设备(SE1)的第一三边测量接收信号并且在所述第二接收设备(EE2)处接收来自所述第二传送设备(SE2)的第二三边测量接收信号，

为了借助于所述用于三边测量(T)的设备确定物体(O1、O2)参考所述第一位置和/或所述第二位置的位置，

用于所述三边测量(T)的设备具体被配置为借助于第一直接分量(DA1)和第二直接分量(DA2)来执行三边测量(T)，从所述第一相减中间信号混合项(SMT1)中去除第一直接分量(DA1)和/或从所述第二相减中间信号混合项(SMT2)中去除第二直接分量(DA2)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的位置确定设备(1)，其中，借助于所述位置确定设备(1)被配置为确定物体(O1、O2)的位置是否位于由所述位置确定设备(1)为该物体(O1、O2)确定的椭圆(E)上的事实，通过所述位置确定设备(1)能够检查具体通过三边测量(T)确定的同一物体(O1、O2)的位置的似真性。

8.一种用于确定物体(O1、O2)参考位置确定设备(1)的位置的方法，

所述位置确定设备(1)包含：

-在第一位置(X1)处的传送设备(SE1)，

-在第二位置(X2)处的接收设备(EE2)，

所述接收设备(EE2)接收从所述第一传送设备(SE1)经由所述物体(O1、O2)行进到所述接收设备(EE2)的传送信号，以及

确定所述传送信号从所述传送设备(SE1)到所述物体(O1、O2)和从所述物体(O1、O2)到所述接收设备(EE2)的渡越时间(L)，

其中，所述第一位置(X1)和所述第二位置(X2)彼此相距一距离(D)；及

所述位置确定设备(1)根据所述渡越时间(L)确定所述物体(O1、O2)位于其上的椭圆(E)，所述第一位置(X1)和所述第二位置(X2)各自构成所述椭圆(E)的焦点。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述位置确定设备(1)包含以下部分：

-在所述第一位置(X1)处的第一传送设备(SE1)，

-在所述第二位置(X2)处的第二传送设备(SE2)，

-在所述第一位置(X1)处的第一接收设备(EE1)，用于根据所述第二传送设备(SE2)的传送信号(SS2)生成第一接收信号(ES1)，

-在所述第二位置(X2)处的第二接收设备(EE2)，用于根据所述第一传送设备(SE1)的传送信号(SS1)生成第二接收信号(ES2)，

与所述第二传送设备(SE2)的照射区域(A)重叠的所述第一传送设备(SE1)的照射区域(A)，

所述第一传送设备(SE1)以第一传输频率(f0)进行传送并且所述第二传送设备(SE2)以第二传输频率(f0+Δf)进行传送，所述第一传输频率(f0)与所述第二传输频率(f0+Δf)相差频率差(Δf)，

其中，以相同的方式对所述第一传输频率(f0)和所述第二传输频率(f0+Δf)进行调制，尤其是频率调制、相位调制和/或振幅调制，以及

将第一接收信号(ES1)与第一传输频率(f0)混合，生成第一中间信号(ZS1)，

将所述第二接收信号(ES2)和所述第二传输频率(f0+Δf)混合，生成第二中间信号(ZS2)，

将所述第一中间信号(ZS1)与所述第二中间信号(ZS2)混合，生成椭圆确定信号(EES)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，信号的一个分量在所述位置确定设备(1)中被分离，以便进一步处理所述信号的期望分量，具体为

对所述第一中间信号(ZS1)进行低通滤波以便获得所述第一中间信号(ZS1)的第一相减混合分量(SMT1)，和/或

对所述第二中间信号(ZS2)进行低通滤波以便获得所述第二中间信号(ZS2)的第二相减混合分量(SM2)，和/或

从所述第一相减混合分量(SMT1)中去除第一横向分量(KA1)以供进一步处理，和/或

从所述第二相减混合分量(SMT2)中去除第二横向分量(KA2)以供进一步处理，和/或

对所述椭圆确定信号(EES)进行高通滤波以便从所述椭圆确定信号(EES)中提取相加混合分量(AME)。

11.根据权利要求9或10中的任一项所述的方法，其中，根据所述椭圆确定信号(EES)的相加混合分量(AME)的频率来确定所述椭圆(E)，具体借助于第一直接分量(DA1)和第二直接分量(DA2)来执行三边测量(T)，从所述第一相减中间信号混合项(SMT1)中去除所述第一直接分量(DA1)和/或从所述第二相减中间信号混合项(SMT)中去除所述第二直接分量(DA2)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，

在所述第一接收设备(EE1)处接收来自所述第一传送设备(SE1)的所述第一接收信号(ES1)的分量，并且

在所述第二接收设备(EE2)处接收来自所述第二传送设备(SE2)的所述第二接收信号(ES2)的分量，并且

根据所述接收信号(ES1、ES2)的上述分量通过三边测量(T)来确定物体(O1、O2)参考所述第一位置(X1)和/或参考所述第二位置(X2)的位置。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，通过确定物体(O1、O2)的位置是否位于使用根据权利要求7至11中的任一项所述的方法之一为该物体(O1、O2)确定的椭圆(E)上来检查具体地通过三边测量(T)确定的同一物体(O1、O2)的确定位置的似真性。