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Es
sind eine Reihe von elektromagnetischen Abstandssensoren nach dem
Pulslaufzeitverfahren bekannt, bei denen die Auswertung der Entfernung mit
einem Mikro/Signal-Prozessor erfolgt. Diese Abstandssensoren sind
z. B. in den folgenden Patentschriften beschrieben:
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Diese
haben den Nachteil, dass die Auswertezeiten zwischen den einzelnen
Messungen relativ lang sind. Es sind auch schnelle einfache analoge Systeme
mit Hardwarezählern,
Verzögerungsleitungen
oder Zeitrampen bekannt, bei denen die Auswertegüte für große Entfernungen und im Nahbereich ungenügend ist
und/oder die Empfindlichkeit niedrig ist.
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Diese
Schrift beschreibt nicht die Signalauswertung, sondern nur die Stützung einer
Auswertung durch ein Objekttracking.
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Bei
diesen Schriften werden für
die Signalauswertung die Verzögerungen
des Signals mit verschiedenen Laufzeiten verwendet. Die dazu notwendige
Signalauswertung verlangsamt die Auswertung. Außerdem wird durch die verschiedenen
Abzapfungen an dem Verzögerungsbaustein
das Signal verzerrt und zusätzlich
mit Rauschen versehen.
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Bei
diesem Verfahren werden mehrere Schwellwertschalter verwendet, die
bei Überschreitung
durch das Signal Logikinformationen abgeben, die dann ausgewertet
werden. Damit werden nicht alle Signalinhalte für die Entfernungsmessung verwendet,
wodurch die Auswertungsgüte
herabgesetzt wird oder die Zeit für die Auswertung relativ lange dauert.
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Aufgabe der Erfindung
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Die
Erfindung soll einen Pulslaufzeitsensor ermöglichen, bei dem möglichst
viele Kriterien des empfangenen Signals bei einem oder mehreren
Entfernungsmesskanälen über den
gewünschten
Entfernungsbereich ausgewertet werden können. Die Abtastfrequenz soll
bis zum technisch Möglichen
gesteigert werden können
z. B. bis 15 GHz. Dabei soll das System für den extremen Nahbereich genauso
gut funktionieren wie bei sehr kleinen Signalen aus großer Entfernung.
Die Ergebnisse werden von einem Mikroprozessor nur abgefragt, der
entweder eine Ergebniszusammenfassung in Form einer Objektbeschreibung
entgegennimmt und weitergibt, oder eine präzise Entfernungsauswertung
aufgrund ausgewählter
Daten vornimmt.
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Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung wird anhand der 1 bis 7 beschrieben. 1 zeigt
ein Entfernungsmesssystem mit einem Sender 102 mit mindestens einem
Kanal, der über
die Optik 102a auf die zu vermessende Szene abgebildet
wird. Die rückgestreuten
Signale werden über
die Optik 101a auf die Empfangsdiode eines Empfängers 101 mit
mindestens einem Kanal abgebildet. Die Auswahl des jeweiligen Messkanals
sowie die Auswahl der zugeordneten Verstärkung des Signals wird über den
Mikroprozessor 104 und über
den Bus 105 getroffen. Die Auswertung der Signale der jeweils
rückgestreuten
elektromagnetischen Impulse wird in der Signalverarbeitung 103 vorgenommen,
die ihrerseits über
die Triggerleitung 108, den oder die Sender 102 ansteuert
und über
die Analogleitung 107 die Analogsignale des Empfängers 101 oder
dessen ausgewählte
Empfangskanäle
erhält.
Die abgegebene Sendeleistung und Impulsform kann pro Messkanal auch
vom Mikroprozessor 104 vorgegeben werden. Die von der Signalverarbeitung 103 ausgewählten oder
ausgewerteten Zeitabschnitte des Rückstreusignals werden dem Mikroprozessor 104 übergeben
und dort entweder nach ihrer geometrischen Form ausgewertet oder/und
in einem Trackingverfahren definierten Zielen zugeordnet und/oder
weiterverfolgt oder über einen
definierten Zeitbereich gestützt.
Das Ergebnis wird über
den Datenbus 105 der Versorgungs- und Schnittstelleneinheit 106 übermittelt,
die ihrerseits mit dem Gesamtsystem z. B. mit einem Kraftfahrzeug oder
mit einem z. B. einem Flugzeug über
die Schnittstelle 111 verbunden ist. Die Stromversorgung
erfolgt über
den Eingang 110, wobei die Versorgungs- und Schnittstelleneinheit 106 alle
für das
System nötigen Spannungen
erzeugt und über
die Verbindungen 109 in das System einleitet.
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Eine
weitere Ausführung
ist in 1a gezeigt. Ein insgesamt um
die Achse 120 schwingendes oder rotierendes Teil 112 enthält den Einfach-/Mehrfachempfänger 101 mit
seiner Optik 101a, den Einfach-/Mehrfachsender 102 mit
seiner Optik 102a. Das rotierende oder schwingende Teil 112 tastet
durch seine Bewegung die interessierende Szene ab. Über die
Schnittstelle 108 wird der Einfach-/Mehrfachsender 102 von der
Signalverarbeitung 103 getriggert. Der Einfach-/Mehrfachempfänger 101 gibt seine
Signale über
die Schnittstelle 107 an die Signalverarbeitung 103 ab.
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Die
Auswahl des jeweiligen Kanals des Senders 102 und des Empfängers 101 sowie
die Einstellung der Verstärkung
am Empfänger 101 und
der Pulsamplitude und/oder Pulsform am Sender 102 erfolgt über die
Datenschnittstelle 105, die auch die Signalverarbeitung 103 mit
dem Mikroprozessor 104 verbindet. Das schwingende oder
rotierende Teil 112 hat eine interne Stromversorgung und
Schnittstelle 113. Diese ist mit der Datenschnittstelle 105,
mit dem Mikroprozessor 104 verbunden und liefert auch die notwendigen
Versorgungsspannungen über
die Schnittstellen 109. Die Versorgung dieser Einheit 113 erfolgt
z. B. induktiv über
die Transformatorwicklungen 114 und 115 wobei
die Primärwicklung 115 aus der
Gesamtversorgung 106a gespeist wird. Die Datenschnittstelle
ist eine bidirektionale Schnittstelle die aus den Sende-Empfängern 116 und 117 gebildet wird. Über die
externe Versorgung und Schnittstelle 106a wird auch die
Bewegungssteuerung 118 angesteuert, die den Motor 119 steuert.
Als Schnittstellen zum Fahrzeug oder Flugzeug dient der Bus 111 z.
B. CAN, Ethernet oder Most. Die Versorgung des gesamten Systems
erfolgt über
den Spannungseingang 110.
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Zur
schnellen Datenerfassung und Auswertung ist die Signalverarbeitung 103 entsprechend 2 aufgebaut.
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Die
gesamte Zeitsteuerung erfolgt aus der Zeitsteuerung 202 die
auch die Triggerimpulse für den
Einfach-/Mehrfachlaser über
die Schnittstelle 108 und den Takt für die A/D-Wandler 201 und 201a über die
Schnittstellen 213 und 214 liefert sowie die Systemtakte 213, 214 und 215 für die einzelnen
Auswertungs- und Speicher-Bausteine. Die A/D-Wandler erhalten die
Analogdaten über
die Schnittstelle 107. Das System kann mit einem A/D-Wandler 201 aber auch
mit mehreren A/D-Wandlern
z. B. 201a betrieben werden um z. B. die Abtastfrequenz
oder die Genauigkeit und den Dynamikumfang zu erhöhen. Die Ergebnisse
von den Auswertelogiken 204, 206 und 208 können in
einem oder auch in mehreren Speichern 203 bis 209 abgelegt
werden. Die Ausgangsdaten der A/D-Wandler 201 und 201a gelangen über den
Bus 216 in die Speicher 203 und 203a und
werden beim gleichen oder einem der nächsten Zeittakte 214 oder 215 zugleich über den
schnellen Bus 216 in die Auswertelogik 1 (204),
in die Auswertelogik 2 (206) und in weitere Auswertelogiken
z. B. in die Auswertelogik n (208) übertragen. Die jeweiligen Ergebnisse
werden in den Speichern (205, 207 und 209) abgelegt.
Es sind in 2 beispielhaft 2 ND-Wandler,
2 Signalspeicher und jeweils 3 Auswertelogiken und Ergebnisspeicher
gezeigt. Das erfindungsgemäße System
funktioniert mit jeweils einem oder mehreren z. B. N Bausteinen
der beschriebenen Art.
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Die
in diesem System in Echtzeit laufende und benutzte Auswertung wird über den
langsameren Bus 217 vom Mikroprozessor 104 gesteuert.
Um die unterschiedlichen Zeittakte besser auseinander zu halten,
ist das Bussystem in einen Hochgeschwindigkeitsbus (216)
für alle
schnellen Signale und in einen Niedriggeschwindigkeitsbus (217)
für die
Mirkoprozessor-Steuer- und Übernahmesignale
aufgeteilt.
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Da
alle Speicher 203, 203a, 205, 207 und 209 sowie
alle Auswertelogiken 204, 206 und 208 entweder
mit dem gleichen Takte (213, 214) wie der des
A/D-Wandlers 201 und 201a oder mit einem Takt gleicher
Frequenz aber nur um eine bestimmte Phase z. B. 214 und 215 später betrieben
werden erfolgt die gesamte Auswertung in Echtzeit. Die Zeitsteuerung 202 liefert
die zum Betreib der einzelnen Stufen nötigen Takte z. B. 213, 214 und 215.
Diese sind zusammengefasst mit der Bezeichnung 21N und
versorgen die jeweiligen Takteingänge 21 N der einzelnen Bausteine.
Das bedeutet, dass bei einem Takt von z. B. 150 MHz die gesamte
Abstandsauswertung in Meterschritten erfolgt oder bei einem Takt
von z. B. 6 GHz in Schritten von 2,5 cm. Die gesamte Zahl der Takte
wird durch die Taktfrequenz und die maximale Entfernung bestimmt,
für die
der Sensor vorgesehen ist.
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Als
Beispiel ist eine entsprechende Auswertung in 3 gezeigt.
Das Signal 301 wird über
seine Zeitachse 302 mit seinen Amplituden 303 z.
B. mit dem A/D-Wandler 201 abgetastet und die digitalen Werte
in den Speicher 203 eingeschrieben, synchron dazu werden
z. B. in der Auswertung 1 (204) zwei Schwellwerte 307 und 308 mit
dem digitalisierten Signal verglichen und die jeweiligen Schwellenüberschreitung
im Speicher 205 abgelegt, parallel dazu wird z. B. in der
Auswertung 2 (206) das Signal differenziert und stellt
sich damit über
der Zeitachse 302 durch die Amplituden 309 dar.
Führt man
bei der Bewertung in Auswertelogik 2 (206) z. B. zwei Schwellen 307a und 308a ein,
so können
die Überschreitungen 310, 311 und 312 in
einer vorbestimmten Länge in
den Speicher 207 eingelesen werden. Dort brauchen nur die
interessierenden Abschnitte des Signals z. B. der Signalabschnitt 310a im
Zeitbereich 314, der Signalabschnitt 311a im Zeitbereich 315 und
der Signalabschnitt 312a im Zeitbereich 316 im
Speicher 3 (207) abgelegt werden. Zur genaueren Bestimmung der
Entfernung dient z. B. die Auswertelogik n (208), die aus
den einzelnen Zeitbereichen 314, 315 und 316 die
Nulldurchgänge ermittelt
und z. B. in den Speichern (209) ablegt. Die Ermittlung
der Nulldurchgänge
ist in der Vergrößerung des
Signals 312a aus dem Entfernungsbereich 316 als
Beispiel durch die Vergrößerung 317 gezeigt
wobei die Null-Linie bei dem Signal 313 mit 313a in
der Vergrößerung dargestellt
ist. Das Signal 317b ist z. B. in gleichen Zeitintervallen 320 abgetastet.
Damit ergeben sich die einzelnen Werte mit 321, 322, 323 und 325.
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Reicht
für die
Abstandsbestimmung ein grober Wert aus, so wird der Abstand zwischen
den Signalamplituden 322 und 323 ermittelt, da
zwischen den beiden Amplituden der Nulldurchgang stattfindet. Ist
eine genauere Abstandsbestimmung notwendig, so wird in einer der
nachfolgenden Auswertelogiken durch die Aufstellung einer Geradengleichung
zwischen den Punkten 322 und 323 der Schnittpunkt
der Null-Linie 313a an der Stelle 327 ermittelt.
Zur Erhöhung
der Sicherheit kann auch eine weitere Gerade zwischen den nächsten Punkten 321 und 324 aufgestellt
werden, die die Null-Linie 313 in etwa an der gleichen
Stelle 327 schneidet. Ein weiteres Kriterium zur Erhöhung der
Messsicherheit ist auch die Auswertung der Amplitudenüberschreitung
des Originalsignals 301 über der Schwelle 308.
Dies ist in der Vergrößerung der Überschreitung
in 317a gezeigt. Hierbei ergeben sich die Amplituden 306c, 306b, 306c, 306d und 306e.
Die Zeitintervalle der Abtastung sind hier auch mit der Zeit 320 angegeben. Durch
Korrelation des Nulldurchganges des differenzierten Signals im Zeitbereich 316 und
der Auswertung der Amplitudenüberschreitung über der
Schwelle 308 entsteht eine zuverlässige Aussage über die Entfernung
und die Relevanz des Signals.
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Da
nur die interessanten Zeitabschnitte 314, 315 und 316 ausgewertet
werden, kann alles im Akquisitionstakt des A/D-Wandlers 201 geschehen
z. B. bei 150 MHz oder 1,5 GHz oder je nach technischer Möglichkeit
auch mit noch höherer
Abtastrate. Der relativ langsame Mikroprozessor 104 braucht
in diesem Beispiel nur die Inhalte der Speicher 207 und
oder 209 abfragen und damit sind alle Entfernungsinformationen
für eine
Weiterverarbeitung z. B. zu einem Objekttracking verfügbar. Das
System kann auch so ausgelegt werden, dass z. B. im Zeitablauf 302 die Amplitude
und Kurvenform 301 bis zu dem Zeitbereich 302a ausgewertet
wird um z. B. eine Nebelrückstreuung
zu detektieren und nach der Zeit 302a eine Auswertung durch
Bewertung des differenzierten Signal wie vorher beschrieben erfolgt.
Bei jeder Akquisition kann aber auch gesteuert durch den Mikroprozessor 104 die Vorarbeitung
geändert
oder alternierend erfolgen. Darüber
hinaus ist es mit dem System möglich
den Takt als Funktion der Entfernung oder/und der Situation auch
während
der Abtastung zu ändern,
da bei Sicherheitssensoren im Automobileinsatz z. B. eine genaue
Abstandsmessung im Nahbereich notwendig ist, wobei im Fernbereich
eine geringere Auflösung
ausreicht.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, dass das Signal gemäß 3(301a)
bis zur Entfernung 302a entweder mit einer niedrigeren
Verstärkung
im Empfänger 101 oder
mit einer niedrigeren Ausgangsleistung am Sender 102 akquiriert
wird damit aus der sonst im Nahbereich auftretende Übersteuerung
entsprechend 304a ein Signal entsprechend 318 entsteht
das besser auswertbar ist. Nach dem Zeitpunkt 302a wird
wie beschrieben ausgewertet. Um eine schnelle und zuverlässige Auswertung
zu erreichen kann auch so vorgegangen werden, dass für die Abstandsmessung
im Nahbereich bis zum Abstand 302a ein Impuls 319 mit
sehr geringer Halbwertzeit vom Sender 102 abgegeben wird.
Im Bereich 302a bis 302b wird eine Verstärkung wie
beim Signal 301 beschreiben eingestellt. Nach der Entfernung 302b wird
eine wesentlich höhere
Verstärkung
eingestellt um z. B. bei allen Signalen in dem gesamten Signalzug 301b die
gleichen Schwellwerte 307 und 308 für die Auswertung
zu verwenden und trotzdem noch kleinste Signale aus dem Fernbereich
auswerten zu können.
Die verschiedenen Pulsamplituden, Verstärkungen und Impulsformen sind
je nach Erfordernis in getrennten oder auch überlappenden Zeitbereichen einstellbar
und anwendbar.
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Durch
die schnelle Echtzeitsignalverarbeitung können für die unterschiedlichen Auswertestrategien
auch entweder die nächsten
Entfernungsmessungen oder parallel zur laufenden Entfernungsmessung
die Daten aus dem oder die Signalspeicher herangezogen werden. So
kann auch ein unsicherer Messwert noch gestützt werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Signalauswertung ist in 4 gezeigt.
Hierbei werden in der Signalauswertungslogik 204 gemäß 2 die
Amplituden über
den Zeitbereich 401 mit mehreren Schwellen z. B. 407, 408, 409 im
positiven Amplitudenbereich und mit z. B. einer Schwelle 409a im
negativen Amplitudenbereich bewertet. Damit bildet sich in einem
Speicher z. B. 205 z. B. nach der Logik 204 und der
Schwelle 407 die höchste
Amplitude 406 bei der Darstellung 403 und der
Zeitachse 401a mit 410 ab. Mit der Schwelle 408 entstehen
in der Darstellung 404 im Zeitbereich 401b die beiden
höchsten
Amplituden mit 411 und 412. Setzt man die relativ
niedrige Schwelle 409 in der Auswertelogik 204 an,
so werden die Überschreitungen
in der Darstellung 405 im Zeitbereich 401c mit
den Amplituden 405 mit 413, 414, 415, 416, 417 und 418 erscheinen.
Bei z. B. der nächstfolgenden
Akquisition bleiben im Zeitbereich 401d mit der Amplituden 405a nur
die Amplituden 413, 414, 416 und 418 an
der gleichen zeitlichen Stelle wie bei der vorhergehenden Abtastung
während
sich die Amplitude 415 auf einen anderen Zeitpunkt 415r und
die Amplitude 417 auf den anderen Zeitpunkt 417r verschieben.
Durch die Folgezeit der Abtastungen von z. B. 1 μs kann damit daraus geschlossen
werden, dass sich in dieser Zeit ein Objekt nicht so schnell verschieben
konnte. Damit können die
Schwellüberschreitungen 415 und 415r sowie 417 und 417r dem
Eigenrauschen der Signalkette zugeordnet werden und stellen soweit
keine echten Entfernungswerte dar. Legt man eine, mit der Schwelle 409 gleich
große
Schwelle 409a im negativen Bereich an, so werden hier auch
Rauschamplituden mit 419r, 420r und 412r registriert.
Damit kann das System mit mindestens zwei Abtastungen echte Entfernungssignale
von Rauschsignalen recht gut unterscheiden.
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Handelt
es sich wie bei 418 um sehr kleine fast im Rauschen verborgene
Signale, so kann um diese Signale auch mit der Signalverarbeitung
nach 2 ein Zeitbereich 422 bis 423 bestimmt
werden, in dem das Signal einer Abtastung mit dem Signal der nächsten Abtastung
korreliert wird. Der Rauschanteil wird dabei keine Korrelation ergeben
während
das Signal, selbst wenn das Ziel sich in der Zwischenzeit bewegt
hat, sich korrelieren lässt.
Die Verschiebung der Korrelation über die Zeitachse ergibt sogar
die inzwischen eingetretene Entfernungsänderung. Da alle Teile des
Signals gespeichert sind, lassen sich wie in 4 gezeigt
insbesondere Teile des Fernbereiches dieser Prozedur unterziehen
und es wird vermieden die Korrelation über das gesamte Signal vorzunehmen.
Zur weiteren Verbesserung und Vereinfachung kann auch ein Teil des
gespeicherten Signals 424 mit einem bereits differenzierten
gespeicherten Normsignal 425 gefaltet werden. Je nach Faltungstechnik
und Abstand der gefalteten Signalamplituden ergibt sich ein differenziertes
und zugleich im Signalbereich geglättetes Signal 424,
das in seinem Nulldurchgang sehr gut ausgewertet werden kann. Dieses
Vorgehen spart sowohl Zeit als auch Hardwareressourcen.
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Diese
Auswertung kann bereits im echtzeitgetastetem System entsprechend 2 in
der Auswertelogik 206 erfolgen und die echten Ziele dann
im Speicher 209 abgelegt werden, woraus sie von dem Mikroprozessor 104 zur
Weiterverarbeitung abgerufen werden. Die in 2 gezeigte
Zahl von 3 Auswertelogiken 204, 206 und 208 sowie
die der Speicher für
die Ergebnisse 205, 207 und 209 kann
der Aufgabe entsprechend entweder reduziert oder erweitert werden.
Die Signale in ihren vollen Längen sind
in den Speichern 203 und 203a abgelegt und somit
kann auch ohne einen weiteren Abtastimpuls eine völlig andere
oder neue Signalauswertung erfolgen oder die Signalauswertung wiederholt
werden. Die Programmierung des Systems kann auch so erfolgen, dass über bestimmte
Entfernungsbereiche unterschiedliche Signalauswertungen erfolgen
z. B. für den
Nahbereich nur eine Amplitudenschwelle und für den Fernbereich mehrere Schwellen
für das
differenzierte Signal im Bereich der Rauschamplituden oder eine
Korrelation von zeitlichen Signalausschnitten oder eine Faltung
des verrauschten Signals mit einem differenzierten Impuls, der dem
erwartetem Signal entspricht. Ebenfalls kann in einer Impulsfolge
für die
Entfernungsmessung pro Messimpuls die Signalauswertung geändert oder
abgeleitet von den Ergebnissen adaptiv geändert werden.
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Ist
entsprechend 4 der Sensor 437, der gemäß 1 oder 1a aufgebaut
ist, mit mehreren Kanälen
ausgestattet, z. B. mit den Kanälen 427, 428, 429, 430 und 431 und
wird durch die beschriebenen Auswerteverfahren im Kanal 427 das
Ziel mit der Entfernung 432 ermittelt und nach mehreren
Abtastungen verschwindet das Ziel in Kanal 427 und tritt in
Kanal 428 mit der Entfernung 433 auf, so kann
in den Kanälen
jeweils ein Erwartungsfenster begrenzt z. B. durch die Entfernungen 435 und 436 erstellt werden,
in dem dann das Ziel z. B. in Kanal 429 durch die Entfernung 434 gefunden
wird und in den Kanälen 430 und 431 der
durch diese Fenster begrenzte Bereich genauer vermessen wird. Gleichermaßen kann
bei Bewegungen innerhalb eines Kanals auf den Sensor zu oder vom
Sensor weg oder bei dem gleichen Vorgang alternierend in zwei Kanälen jeweils
im Erwartungsfenster erzeugt werden in dem z. B. eine aufwendigere
Signalauswertung nach einem oder mehreren der beschriebenen Verfahren
erfolgt. Nachdem die Abtastung der Signale in einem bekannten Zeittakt
erfolgt, können
in einem der Speicher der Anordnung nach 2 entweder
typische Signalpartien bereits in der Fertigung des Sensors zu Korrelation
oder Faltung gespeichert werden und oder in diesen oder in einen weiteren
Speicher werden jeweils die neuesten an der Rauschgrenze befindlichen
Signalen zu Ergänzung
eingespeichert.
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Eine
Vereinfachung im Sinne einer Kostenreduzierung der erfindungsgemäßen Signalauswertung
ist in 5 gezeigt. Die Zeitsteuerung 202 mit den
Triggerausgang 108 und dem A/D-Wandler 201 mit
dem Eingangssignal 107 entsprechen in ihrer Funktion wie
in 1 und 2 beschrieben. In Echtzeit erfolgt
eine Schwellenbewertung entweder des Amplitudensignals oder des
differenzierten Signals in der Differenzierungsstufe und Schwellwertbewertung 501.
Die Signalteile bei denen eine Schwelle überschritten wurde, werden
z. B. in den Speichern 1, 2 und 3, 502, 503 und 504 abgelegt.
Die Zahl der Speicher ist hier mit 3 Einheiten nur als Beispiel
genannt, es können
mehr oder weniger sein oder auch unterschiedlich benutzt werden.
In der Stufe 505 erfolgt eine Echtzeitsignalauswertung
wie bereits anhand der 4 beschrieben und die Ergebnisse
werden im Speicher 506 mit Attributen wie Zeitpunkte, Signalamplituden,
Form und Betrachtungslänge
abgelegt. Von dort kann der Mikroprozessor 104 die Ergebnisse über den
Bus 507 abrufen während
die Echtzeitsignalverarbeitung unabhängig davon weiterläuft. Über den
Bus 507 können
auch die Auswertestrategien der Bausteine 501 und 505 programmiert
werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Sensors mit der Echtzeitsignalverarbeitung ist in 6 dargestellt.
Die Komponenten A/D-Wandler 201 und Zeitsteuerung 202 mit
ihren Schnittstellen 107 und 108 sind entsprechend 1 und 2 ausgestattet
und laufen mit Abtastfrequenzen von z. B. 150 MHz oder 1,5 GHz.
Die Signale wurden im A/D-Wandler 201 digitalisiert und
im Speicher 601 abgelegt, im gleichen oder in einem weiteren
Takt gleicher Frequenz werden diese Signale in der Stufe 602 die
eine Differenzierung und Schwellwertbewertung durchführt zugeführt. In
dieser Stufe 602 können
sowohl die Amplituden als auch die Amplituden des differenzierten
Signals bewertet werden. Die Ergebnisse gehen den Speichern 603 und 604 zu
z. B. getrennt nach Amplitudenbewertung des Rohsignals und des differenzierten
Signals. Um z. B. bei dem jeweiligen Signal eine möglichst
hohe Empfindlichkeit zu erzielen werden mit einer mitlaufenden sukzessiven Approximation 606 in
weiteren Zyklen die Schwellen in der Bewertungsstufe 602 an
den Rauschamplitudenbereich herangeführt.
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Das
Heranführen
an den Rauschamplitudenbereich geschieht analog zur Beschreibung
der 4 dadurch dass die Nähe des Rauschamplitudenbereiches
durch die unlogische Fluktuation der Entfernungen durch Pegelüberschreitungen
sowohl im positiven als auch im negativen Amplitudenbereich bewertet
wird und sukzessiv der Grenzwert über mehrere Messungen hinweg
festgestellt und eingestellt wird. damit passt sich das System automatisch
innerhalb weniger Zyklen den Rückstreuverhältnissen
der Objekte und den unterschiedlichen Sichtverhältnissen und der Umgebungsbeleuchtung an.
Die Einstellungen und Auswertungen erfolgen alle automatisch im
Bereich der schnellen Signalverarbeitung. Die einzelnen Funktionen
sind dabei über schnelle
Datenbussysteme 216, 216a und 216b oder dem
schnellen Datenbus 216 verbundnen. Durch den Mikroprozessor
wird lediglich die Anzahl der Rauschereignisse über den gesamten oder über Teilbereiche
der Entfernungsmessung festgelegt. Damit können kleinste Signale noch
detektiert werden. Die erzielten Ergebnisse werden aus der Stufe 602 in
den Speicher 605 abgelegt und von dort vom Mikroprozessor 104 zur
Weiterverwertung abgeholt. Zur weiteren Sicherheit können die
Signale die an der Grenze des Rauschen zeitweise detektiert werden
auch wie in 4 gezeigt partiell mit einem
Autokorrelationsverfahren oder/und einem Faltungsverfahren herausgefiltert
werden.
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Eine
sehr einfache Signalverarbeitung für extrem preisgetriebene Systeme
ist in 7 beschrieben.
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Der
oder die A/D-Wandler 201 und 201a entsprechend 2 können auch
entsprechend 7 durch eine Anordnung aus einem
steuerbaren Verstärker 701 und
einem steuerbaren Ein- oder Mehrfachschwellwertschalter 702 ersetzt
werden. Der Mehrfachschwellwertschalter 702 gibt seine
Schwellwertüberschreitungen
an das System entsprechend 2 z. B. über die
Schnittstelle 216 an den Speicher 203 weiter.
Mit dieser Anordnung können
nur Amplitudenüberschreitungen
ausgewertet werden. Zur Auswertung der differenzierten Signale wird
dem steuerbaren Verstärker
ein Differenzierglied 703 nachgeschaltet, das entweder
konstant das Signal vom Verstärker
differenziert oder in seinen Eigenschaften über den Bus 217 steuerbar
ist.
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Wird
diesem Differenzierglied 703 ein weiterer steuerbarer Ein-
oder Mehrfachschwellwertschalter 704 nachgeschaltet so
können
im System nach 2 auch die über die Schnittstelle 216 übertragenen
differenzierten Signale im Speicher 203 abgelegt und z.
B. ausgewertet werden. Es können
aber auch bei so einfachen Systemen alle in 2, 5 und 6 gezeigten
A/D-Wandler durch die in 7 beschriebene Anordnung ersetzt
werden. Dabei entfallen in 7 der Differenzierungsbereich 703 und 704 wenn
nur die Amplitude bewertet werden soll und der Direktsignalbereich 702 wenn
nur das differenzierte Signal bewertet werden soll.
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Die
Echtzeitsignalverarbeitung nach 2, 5, 6 und 7 wird
zur Erzielung der hohen Taktrate und niedriger Fertigungskosten
ganz oder partiell in einer freiprogrammierbaren Logik oder und in
einer integrierten Schaltung integriert. Beide Technologien können sowohl
kombiniert als auch in unterschiedlicher Technologie wie z. B. CMOS,
SIGE, GaAs ausgeführt
werden. Je nach Funktion und Kostenrahmen können freiprogrammierbare Logikbausteine
mit allen gängigen
Technologien kombiniert werden. Damit können Zeittakte im Bereich von
75 MHz bis hin zu ca. 15 GHz erreicht werden.