DE10060017A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines akustischen Signals einer Signalquelle - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines akustischen Signals einer SignalquelleInfo
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Abstract
Für eine sichere Identifizierung eines akustischen Signals und dessen Art der Annäherung wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Bestimmung eines akustischen Signals (S) einer Signalquelle (2), insbesondere eines akustischen Signals (S) eines Fahrzeuges, das akustische Signal (S) mehrkanalig erfaßt und anhand einer kombinierten Zeit- oder Spektralanalyse ausgewertet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines
akustischen Signals einer Signalquelle, insbesondere eines akustischen Signals eines
Fahrzeugs, z. B. eines Einsatzfahrzeugs, welches sich im Straßenverkehr einem anderen
Fahrzeug annähert.
Üblicherweise fahren derartige Einsatzfahrzeuge zum einen mit eingeschalteten
optischen Warnsignalen, wie z. B. blaues Blinklicht, und zum anderen, insbesondere bei
Annäherung von stark befahrenen Straßen oder Kreuzungen, mit eingeschalteten
akustischen Signalgebern, wie z. B. Einsatzhorn.
Zur Komfortsteigerung beim Fahren mit einem Fahrzeug werden schalldämmende
Maßnahmen eingesetzt. Der Fahrer eines Fahrzeugs ist somit zunehmend von den ihn
umgebenden Geräuschen abgekoppelt. Ein sich annäherndes Einsatz- oder
Rettungsfahrzeug mit eingeschaltetem Einsatzhorn wird dadurch recht spät
wahrgenommen. Zur Unterstützung des Fahrers in einem derartigen Fahrzeug sind
beispielsweise aus der JP 06215957 oder JP 06154115 Verfahren bekannt, welche die
Pegel der zugrundeliegenden Signale des Einsatzhorns auswerten und so ein
Einsatzhorn sicher identifizieren. Nachteilig dabei ist, daß die aus dem Stand der
Technik bekannten Verfahren keine Richtungsinformationen umfassen, sondern
lediglich auf das sichere Erkennen derartiger Warnsignale beschränkt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Bestimmung eines akustischen
Signals einer Signalquelle, insbesondere eines akustischen Signals eines Fahrzeuges,
anzugeben, welches sowohl das akustische Signal sicher identifizieren als auch die Art
der Annäherung des akustischen Signals bestimmen kann. Darüber hinaus ist eine zur
Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur
Bestimmung eines akustischen Signals einer Signalquelle, insbesondere eines
akustischen Signals eines Fahrzeuges, bei dem die akustischen Signale mehrkanalig
erfaßt und anhand einer kombinierten Zeit- und Spektralanalyse ausgewertet werden.
Durch eine derartige kombinierte Zeit- und Spektralanalyse des gleichzeitig mehrfach
erfaßten akustischen Signals ist sowohl eine Aussage über das Vorhandensein und über
die Richtung als auch über die Art der Annäherung eines Einsatzfahrzeugs und somit
der Signalquelle besonders sicher ermöglicht. Dabei erfolgt die Analyse unabhängig von
der Art des Signalquelle. Das akustische Signal als solches ist hinreichend für die
kombinierte Zeit- und Spektralanalyse. Zweckmäßigerweise wird die zeitliche Änderung
von Frequenz und Amplitude der akustischen Signale bestimmt. Dabei wird
bevorzugtermaßen anhand der zeitlichen Änderung der Frequenz und der Amplitude
eine der Signalquelle zugrundeliegende Bewegungsänderung bestimmt wird. Hierdurch
wird der relative Bewegungszustand der Signalquelle anhand deren ausgesendeten
akustischen Signals besonders einfach und sicher bestimmt.
Vorteilhafterweise wird anhand der Korrelation von mindestens zwei Kanälen ein
Einfallswinkel der von der Signalquelle empfangenden akustischen Signale bestimmt.
Hierdurch ist es dem Fahrer des empfangenden Signals ermöglicht, die Richtung, aus
welcher das die Signalquelle beispielweise darstellende Einsatzfahrzeug kommt, zu
bestimmen. Durch die Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs der Frequenzänderung
ist darüber hinaus eine Information über die Art der Annäherung der Signalquelle und
somit des Einsatzfahrzeugs gegeben, beispielsweise ob sich dieses entfernt oder sich
nähert.
Je nach Art des Einsatzfahrzeugs oder nach Land und Nation sind verschiedene
akustische Signale für Einsatzfahrzeuge bekannt. Für eine sichere Bestimmung der Art
der Signalquelle sind vorteilhafterweise eine Anzahl von Mustern für akustische Signale
und deren zeitliche Änderung von Frequenz und Amplitude in einem Datenspeicher
hinterlegt, die mit der momentan bestimmten Änderung von Frequenz und Amplitude
des erfaßten akustischen Signals verglichen werden. Eine derartige Bibliothek mehrerer
Sirenenarten ermöglicht einen weltweiten Einsatz des Verfahrens unabhängig von Land
und Nation oder Art des Einsatzfahrzeugs. Vielmehr können weitere Muster neu
aktualisiert werden. Für eine besonders einfache Unterstützung des Fahrers wird
zweckmäßigerweise bei Vorliegen des akustischen Signals eines Einsatzfahrzeugs ein
Warnsignal ausgegeben. Beispielsweise wird das akustische Warnsignal über einen
fahrzeuginternen Lautsprecher ausgegeben. Alternativ oder zusätzlich wird ein Radio
des Fahrzeugs abgeschaltet und das Warnsignal über die Lautsprecher ausgegeben.
Alternativ oder zusätzlich wird vorteilhafterweise die Bewegungsänderung der
Signalquelle akustisch und/oder optisch ausgegeben. Akustisch erfolgt dies
beispielsweise über ein lauter (= Annäherung der Signalquelle) oder leiser (= Entfernen
der Signalquelle) werdendes Tonsignal, welches über fahrzeuginterne Lautsprecher
ausgegeben wird. Optisch kann dies beispielsweise auf einem Display durch
entsprechende Pfeile unterstützt durch Farbmarkierungen erfolgen.
Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur
Bestimmung eines akustischen Signals einer Signalquelle, insbesondere eines
akustischen Signals eines Fahrzeuges, wobei mindestens zwei Kanäle zur
mehrkanaligen Erfassung der akustischen Signale vorgesehen sind und eine
Auswerteeinheit zur Auswertung und Bestimmung der akustischen Signale anhand der
einer kombinierten Zeit- und Spektralanalyse. Die Signalgewinnung umfaßt
vorzugsweise für jeden Kanal einen akustischen Sensor, einen Verstärker und eine
Leitungsanbindung umfaßt. Durch eine derartige mehrfache Peilung mittels mehrerer
akustischer Sensoren, z. B. Richtmikrofone, ist eine eindeutige Identifizierung bei
gleichzeitiger Bestimmung der Art der Annäherung der Signalquelle ermöglicht.
Zur Signalaufbereitung, insbesondere zur Kanalauswahl, ist zweckmäßigerweise eine
Übertragungseinheit vorgesehen, welche eine Filtereinheit und eine Pegelregelung
sowie einen A-D-Wandler umfaßt. Zur Signalanalyse umfaßt die Auswerteeinheit
zweckmäßigerweise einen Filterbaustein, eine Frequenz-/Amplituden-Auswerteeinheit
und ein Bandpaß-Filter. Darüber hinaus sind eine Korrelationseinheit und eine
Peileinheit zur Bestimmung einer der Signalquelle zugrundeliegenden
Bewegungsänderung und deren Einfallswinkel vorgesehen. Eine derartige mehrfache
unterschiedliche Signalanalyse bezüglich Zeit, Frequenz und Amplitude ermöglicht in
besonders einfacher Art und Weise die Erkennung des relativen Bewegungszustands
der Signalquelle.
Für eine sichere Identifizierung einer Mehrzahl unterschiedlicher Signalarten sind
vorteilhafterweise eine Anzahl von Muster für akustische Signale und deren zeitliche
Änderung von Frequenz und Amplitude in einem Datenspeicher hinterlegt. Hierdurch
können regionale Unterschiede und/oder verschiedene Signaltypen für verschiedene
Einsatzfahrzeuge mit einer einzigen Vorrichtung sicher bestimmt werden. Zur
Unterstützung des Fahrers ist zweckmäßigerweise eine Ausgabeeinheit zur akustischen
und/oder optischen Ausgabe der Bewegungsänderung vorgesehen. Dazu ist
bevorzugtermaßen bei Vorliegen des akustischen Signals eines Einsatzfahrzeugs ein
Warnsignal ausgegebbar. Je nach Vorgabe kann die Ausgabe abgestuft erfolgen,
beispielsweise kann die Wahrnehmung des Fahrers durch Stummschalten des Radios,
Verstärkung des akustischen Signals mittels Ausgabe des gleichen Signals über
fahrzeuginterne Lautsprecher und/oder Anzeigen der Bewegungsrichtung der
Signalquelle erfolgen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch eine
kombinierte Zeit- und Spektralanalyse des akustischen Signals einer Signalquelle das
Vorhandensein, die Richtung, die Art der Annäherung und die Signalart besonders
sicher und einfach bestimmt werden kann. Durch eine derartige Auswertung der
Varianzen zeitlich sowohl in der Amplitude als auch in der Frequenz ist die
Zuverläßlichkeit und die Empfindlichkeit des oben beschriebenen Verfahrens und der
Vorrichtung, welche zur Detektion und Peilung geeignet sind, gegenüber
herkömmlichen nur reine Amplitudenverhältnisse analysierende Verfahren erheblich
verbessert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines akustischen Signals einer
Signalquelle mit mehreren Erfassungskanälen und einer Auswerteeinheit,
Fig. 2 schematisch einen Erfassungskanal und eine Übertragungseinheit,
Fig. 3 schematisch die Auswerteeinheit gemäß Fig. 1, und
Fig. 4 schematisch eine Anzeige auf einer Ausgabeeinheit.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines akustischen Signals S einer
Signalquelle 2 dargestellt. Die Signalquelle 2 ist beispielsweise ein mobiles Objekt,
insbesondere ein Einsatzfahrzeug mit einem Signalhorn zur Ausgabe des akustischen
Signals S als ein Warnsignal. Je nach Art und Weise kann die Signalquelle 2 aber auch
stationär als Warnhorn an einer Baustelle ausgeführt sein.
Die Vorrichtung 1 ist beispielsweise in einem nicht näher dargestellten Fahrzeug
angeordnet, welches sich im Straßenverkehr bewegt. Das von der Signalquelle 2 in
Form von Schallwellen ausgegebene akustische Signal S wird im Empfangsbereich des
Fahrzeugs mittels der Vorrichtung 1 mehrkanalig erfaßt und anhand einer kombinierten
Zeit- und Spektralanalyse ausgewertet und analysiert. Dazu umfaßt die Vorrichtung 1
mindestens zwei Kanäle 4 zur mehrkanaligen Erfassung des akustischen Signals S und
eine Auswerteeinheit 6. Jeder Kanal 4 umfaßt einen akustischen Sensor 8 und eine
Signalaufbereitung 10. Als akustischer Sensor 8 dient vorzugsweise ein Richtmikrofon
oder andere als Richtantennen ausgeführte Empfangsantennen. Richtmikrofon eignen
sich insbesondere aufgrund . . . .
Die Kanäle 4 werden mittels einer Übertragungseinheit 12 mit der Auswerteeinheit 6
verbunden. Die Auswerteeinheit 6 umfaßt zur kombinierten Zeit- und Spektralanalyse
eine Signalverarbeitungseinheit 14 und ggf. einen Datenspeicher 16 und eine
Ausgabeeinheit 18. Die Signalverarbeitungseinheit 14 dient der Frequenz- und
Amplitudenauswertung des akustischen Signals S. Im Datenspeicher 16 sind eine
Anzahl von Muster für verschiedene akustische Signale S, insbesondere für
verschiedene Einsatzsignale, Geräuschsignale oder Warnsignale, hinterlegt. Mittels der
Ausgabeeinheit 18 ist das akustische Signal S beispielsweise über einen Lautsprecher
im Fahrzeug ausgegebbar.
In der Fig. 2 ist die Signalgewinnung näher dargestellt. Dabei umfaßt jeder Kanal 4 zur
Signalgewinnung den Sensor 8 und die Signalaufbereitung 10. Die Signalaufbereitung
10 weist einen Vorverstärker 20, einen steuerbaren Verstärker 22 und eine
Leitungsanbindung 24A auf. Die Übertragungseinheit 12 umfaßt einen zum jeweiligen
Leitungsanbinder 24A der Signalaufbereitung 10 eines jeden Kanals 4
korrespondierenden Leitungsanbinder 248. Das von der Signalaufbereitung 10
verstärkte Signal S wird mittels des Leitungsanbinder 24A und 24B einer Filtereinheit
26 zur EMI-Störunterdrückung (EMI = electro-magnetic interference) und einer
Pegelregelung 28 zur Einstellung des steuerbaren Verstärkers 22 der
Signalaufbereitung 10 zugeführt. Mittels eines Kanalwählers 30 wird diejenigen zwei
Kanäle 4 als Meßkanäle ausgewählt, deren Signal S am stärksten sind. Insbesondere
werden bei mehreren verfügbaren Meßkanälen 4 immer Paare von Meßkanälen 4
ausgewählt. Die Signale S werden anschließend einem A-D-Wandler 32 zur digitalen
Signalverarbeitung zugeführt.
In Fig. 3 ist die digitale Signalverarbeitungseinheit 14 zur digitalen Signalanalyse
34 zur Zeitbegrenzung des Signals S (= Fensterfunktion). Das zeitbegrenzte Signal S
wird einer Frequenz-/Amplituden-Auswerteeinheit 36 zugeführt. Mittels der Frequenz-
/Amplituden-Auswerteeinheit 36 (im weiteren FFT-Auswerteeinheit 36 genannt) wird
das Signal S anhand einer kombinierten Zeit- und Spektralanalyse, z. B. anhand der Fast-
Fourier-Transformation (kurz FFT), ausgewertet. Die daraus resultierenden
Signalspektren des Signals S für verschiedene Zeitpunkte werden in einem Ringpuffer
38 zur weiteren Verarbeitung mittels einer Vergleichseinheit 40 hinterlegt. Die
Vergleichseinheit 40 dient der Auswertung von charakteristischen Eigenschaften des
Signals S in Bezug auf Zeitablauffolge sowie auf zeitliche Änderung der Frequenz und
der Amplitude. Mittels der Vergleichseinheit 40 werden die in dem Datenspeicher 16
hinterlegten Muster M für verschiedene Warnsignale mit dem aktuelle erfaßten und
ausgewerten Signal S hinsichtlich ihrer Zeitablauffolge verglichen. Bei Gleichheit der
Zeitablauffolge eines der Muster M mit dem erfaßten Signal S wird ein entsprechendes
Identifikationssignal I der Ausgabeeinheit 18 zugeführt. Unter Zeitablauffolge wird das
unterschiedliche Ton- und Taktintervall der verschiedenen Warnsignale verstanden.
Das mittels des Detektors 40 als Warnsignal identifizierte Signal S wird zur weiteren
Verarbeitung einer Korrelationseinheit 42 und einer Peileinheit 44 zugeführt. Mittels
der Korrelationseinheit 42 wird die Art der Annäherung der Signalquelle 2 (= mobile
Signalquelle 2) an die Vorrichtung 1 oder dieser an die Signalquelle 2 (= stationäre
Signalquelle 2) ermittelt. Dazu wird die dynamische Änderung des Frequenzabstandes
der Signale S zweier Kanäle 4 über die Zeit ermittelt. Zur Vermeidung von Störungen
durch Auftreten eines Dopplereffekts ist die Korrelationseinheit 42 mit einem
Dopplerbaustein 46 verbunden. Der Dopplerbaustein 46 dient darüber hinaus dem
Vergleich des Frequenz-/Zeitspektrums des Signals S mit dem Frequenz-/Zeitspektrum
der im Datenspeicher 16 hinterlegten Muster M. Die mittels der Korrelationseinheit 42
und dem Dopplerbaustein 46 ermittelte der Art der Annäherung der Signalquelle 2 wird
der Ausgabeeinheit 18 in Form eines Annäherungssignals A zugeführt.
Zur Ermittlung der Richtung oder des Einfallswinkels α, mit welchem sich die
Signalquelle 2 nähert oder entfernt vom eigenen Fahrzeug oder umgekehrt, wird mittels
der Peileinheit 44 die Korrelation von mindestens zwei Signalen S verschiedener Kanäle
4 und deren zeitlichen Versatz anhand der sogenannten TOA-Peilung (time-of-arrival)
ermittelt. Der so ermittelte Einfallswinkel α wird der Ausgabeeinheit 18 zugeführt.
In Fig. 4 ist beispielhaft eine Variante für die Anzeige des Signals S auf der
Ausgabeeinheit 18 im Hinblick auf dessen Existenz, der Art der Annäherung und dessen
Einfallswinkels α dargestellt. Dazu erfolgt die Anzeige des Signals S in Form einer
Quadrantenanzeige mit vier Leuchtelementen 48. Durch Aufleuchten eines der
Leuchtelemente 48 wird die Richtung und somit der Einfallswinkel α des Signals S von
der Signalquelle 2 dargestellt (Fig. 4A). Bei gleichzeitigem Aufleuchten zweier
benachbarter Leuchtelemente 48 ist der Einfallswinkel α die Winkelhalbierende
zwischen diesen beiden Leuchtelementen 48. Je nach Art und Ausführung der
Ausgabeeinheit 18 ist durch eine entsprechende Leuchtstärken-Änderung des/der
betreffenden Leuchtelemente 48 die relative Änderung zur primären Richtung der
Signalquelle 2 darstellbar.
Zur Anzeige der Art der Annäherung der Signalquelle 2 wird dies mittels verschiedener
Leuchtfarben signalisiert. Beispielsweise leuchten die betreffenden Leuchtelemente 48
bei einer Annäherung des eigenen Fahrzeugs an die Signalquelle 2 grün und bei
Entfernen von dieser rot. Alternativ oder zusätzlich wird das als Warnsignal identifizierte
Signal S akustisch über einen Lautsprecher durch einen kurzen Ton oder durch
Verstärkung des identifizierten Signals S selbst ausgegeben. Zusätzlich kann ein
eingeschaltetes Radio stummgeschaltet werden. Somit ist eine abgestufte
Unterstützung des Fahrers des eigenen Fahrzeugs gegeben, indem zur Erhöhung der
Wahrnehmung lediglich bei einem mittels der Vorrichtung 1 als Warnsignal
identifizierten Signal S das Radio stumm geschaltet wird, die Richtung der Signalquelle
2 des Signals S akustisch und/oder optisch ausgegeben wird und/oder die
Bewegungsrichtung/-änderung der Signalquelle 2 angezeigt wird.
Claims (15)
1. Verfahren zur Bestimmung eines akustischen Signals (S) einer Signalquelle (2),
insbesondere eines akustischen Signals (S) eines Fahrzeuges, bei dem das akustische
Signal (S) mehrkanalig erfaßt und anhand einer kombinierten Zeit- und Spektralanalyse
ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zeitliche Änderung von Frequenz und
Amplitude der akustischen Signale (S) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem anhand der zeitlichen Änderung der
Frequenz und der Amplitude eine der Signalquelle (2) zugrundeliegende
Bewegungsänderung bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem anhand der Korrelation von
mindestens zwei Kanälen (4) ein Einfallswinkel (α) der von der Signalquelle (2)
empfangenden akustischen Signale (S) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Anzahl von Muster (M) für
akustische Signale (S) und deren zeitliche Änderung von Frequenz und Amplitude in
einem Datenspeicher (16) hinterlegt sind, die mit der momentan bestimmten Änderung
von Frequenz und Amplitude des erfaßten akustischen Signals (S) verglichen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem bei Vorliegen eines
akustischen Signals (S) eines Einsatzfahrzeugs ein Warnsignal ausgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die Bewegungsänderung der
Signalquelle (2) akustisch und/oder optisch ausgegeben wird.
8. Vorrichtung (1) zur Bestimmung eines akustischen Signals (S) einer Signalquelle (2),
insbesondere eines akustischen Signals (S) eines Fahrzeuges, wobei mindestens zwei
Kanäle (4) zur mehrkanaligen Erfassung der akustischen Signale (S) vorgesehen sind
und eine Auswerteeinheit (6) zur Auswertung und Bestimmung der akustischen Signale
(S) anhand der einer kombinierten Zeit- und Spektralanalyse.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei jeder Kanal (4) einen akustischen Sensor (8)
und eine Signalaufbereitungseinheit (10) umfaßt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Übertragungseinheit (12) zur
Kanalauswahl vorgesehen, welche eine Filtereinheit (26) und eine Pegelregelung (28)
sowie einen A-D-Wandler (32) umfaßt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Auswerteeinheit (6)
einen Filterbaustein (34), eine Frequenz-/Amplituden-Auswerteeinheit (36) und einen
Detektor (40) umfaßt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine Korrelationseinheit (42)
und eine Peileinheit (44) zur Bestimmung einer der Signalquelle (2) zugrundeliegenden
Bewegungsänderung und deren Einfallswinkel (α) vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem eine Anzahl von Muster
(M) für akustische Signale (S) und deren zeitliche Änderung von Frequenz und
Amplitude in einem Datenspeicher (16) hinterlegt sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem eine Ausgabeeinheit (18)
zur akustischen und/oder optischen Ausgabe der Bewegungsänderung.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem bei Vorliegen eines
akustischen Signals (S) eines Einsatzfahrzeugs ein Warnsignal ausgegebbar ist.
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10060017A1 true DE10060017A1 (de) | 2002-06-13 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE10060017A1 (de) |
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