DE102013200434A1

DE102013200434A1 - Device and method for environment sensors

Info

Publication number: DE102013200434A1
Application number: DE102013200434.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Karl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2014-07-17
Also published as: EP2943806A1; WO2014108300A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umfeldsensorik mittels eines Signalwandlers und einer Auswerteeinheit vorgeschlagen, wobei aus dem Umfeld empfangener Signale mit einer ersten Impulsantwortlänge zu einem ersten Zeitpunkt während eines Messzyklus' und mit einer zweiten längeren Impulsantwortlänge zu einem zweiten späteren Zeitpunkt innerhalb desselben Messzyklus' Signale laufzeitabhängig gefiltert werden.A device and a method for environment sensors using a signal converter and an evaluation unit are proposed, signals received from the environment having a first impulse response length at a first point in time during a measurement cycle and with a second longer impulse response length at a second later point in time within the same measurement cycle. Signals are filtered depending on the runtime.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Umfeldsensorik. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren und Vorrichtungen zur verbesserten Umfeldsensorik auf Basis von Ultraschallsignalen.The present invention relates to a method and a device for environment sensors. In particular, the present invention relates to methods and devices for improved environmental sensor system based on ultrasound signals.

Umfeldsensorik, insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, wird beispielsweise dazu verwendet, den Abstand zwischen einem Fahrzeug und einem Umgebungsobjekt auf Basis von Laufzeituntersuchungen am Umgebungsobjekt reflektierter Signale festzustellen. Insbesondere weisen die Vorrichtungen zur Umfeldsensorik dabei Einheiten auf, mittels welcher Signale in die Fahrzeugumgebung abgestrahlt werden, deren Echos mittels Empfängern ermittelt und auf Basis der Laufzeit auf die durchlaufene Signalstrecke geschlossen wird. Bei dieser Signalauswertung wird auch bei der akustischen Umfeldüberwachung das Empfangssignal mittels Filtern derart überwacht, dass beim Eintreffen von Nutzsignalen, insbesondere beim Eintreffen von an Umgebungsobjekten reflektierten Signalen (Echos) sich die Filterausgangsgröße stark an einem für ein solches Ereignis charakteristischen Wert orientiert, während beim Eintreffen anderer und nicht mit dem ausgesendeten Signal verwandter Signale (Störsignale) die Filterausgangsgröße einen anderen Wert aufweist, welcher sich von der Filterausgangsgröße auf Basis des Nutzsignals stark unterscheidet. Beispielsweise kann zur Identifikation eines Echos einer bestimmten Frequenz ein Bandpassfilter mit einer entsprechenden Mittenfrequenz verwendet werden, so dass insbesondere beim Eintreffen von Signalen mit einer Frequenz, welche der des erwarteten Signals ähnlich ist, eine signifikante Ausgangsgröße erzeugt wird, während durch frequenzmäßig wenig konzentrierte Störsignale nur wenig Energie am Filterausgang hervorrufen werden. Moderne Systeme verwenden dabei häufig sogenannte angepasste Filter. Diese in der Fachwelt als Matched-Filter bezeichneten Filtercharakteristiken leiten sich zumeist aus dem unter idealen Bedingungen aufgenommenen ungefilterten Echosignal ab. Zumeist wird das Filter mittels Korrelation dieses idealen Echosignals mit dem Empfangssignal realisiert. Charakteristisch dabei ist, dass die Impulsantwort eines solchen Empfangsfilters zumindest so lange andauert, wie das Sendesignal der entsprechenden Vorrichtung zur Umfeldsensorik andauert. Je länger solche Filterdauern sind, desto exakter ist die Wirkung des Filters hinsichtlich des durchgelassenen Spektrums ("Frequenzselektivität"). Entsprechend geringer ist bei langem Filtern die Wahrscheinlichkeit, dass zufällig verteilte Signale ein solches Filterausgangssignal erzeugen, welches mit eintreffenden Echos übereinstimmt oder diesen nahekommt. Eine entsprechende Länge der Impulsantwort des Filters ist somit eine wesentliche Größe zur erfolgreichen Unterdrückung von Rauschen, mit welcher die Wirksamkeit des Filters hinsichtlich des Frequenzbereiches beschrieben und bestimmt werden kann. Bei derzeit am Markt befindlichen Umfeldüberwachungssystemen wird zwar nicht immer ein Matched-Filter im engeren Sinne realisiert, jedoch sind äquivalente Größen bereits heute in der Verwendung. Beispielsweise sind Systeme bekannt, welche statt der Filterdauer eine Mindestzeit einer Schwellenwertüberschreitung verwenden, um die Auswertung von Echos gegen kurzzeitige Störungen robuster zu gestalten. Mit anderen Worten überwachen heutige Sensoren während der gesamten Echolaufzeit, d.h. nach Ende der Anregung oder nach Abklingen des Ausschwingens der Sendemembran bis zum Ende des Echozyklus', ob ein eintreffendes Signal mindestens eine vordefinierte Filterdauer über anlag. Dabei muss bei einem Sendepuls von ca. 0,3 ms (üblicher Wert für eine Sendesignaldauer) das aufbereitete Empfangssignal einen veranschlagten Schwellwert mindestens 0,12 ms lang überschreiten, ehe das Signal als Echosignal anerkannt wird. Bei der vorgenannten Sendepulsdauer von 0,3 ms hat sich eine erforderliche Schwellwertüberschreitung für eine Dauer von mindestens 60% der Sendepulsdauer, d.h. für mindestens 0,2 ms, als besonders effektiv herausgestellt. Jedoch sind insbesondere zu Beginn eines Direktechozyklus' (also der Echozyklus eines Sensors, der zu Beginn des Echozyklus' selbst das Signal ausgesendet hatte) solch lange Filterimpulslängen nachteilig. Schließlich muss das Empfangssignal vor der Auswertung mindestens während der Impulsantwort des Filters anliegen, ehe ein ggf. enthaltenes und identifiziertes Echo auch als gültiges Echo erkannt wird. Je länger die Filterimpulsantwort ist, desto weiter weg liegt zwar grundsätzlich die obere Grenze des Entfernungsmessbereiches, die sogenannte Reichweite, da mit der Zeit abnehmende Nutzsignale besser und länger von Störgeräuschen getrennt werden können. Jedoch bedeutet eine längere Filterimpulsantwortlänge auch eine längere Zeitdauer, bis das Filter auf das Eintreffen eines Echos infolge eines Reflexpunktes reagiert und seinen maximalen Filterausgangswert erreicht hat sowie danach eine längere Zeitdauer bis das Filter seine Reaktion auf das Eintreffen des Echos beendet hat. In Filtern mit längerer Impulsantwort ist daher die Verweildauer von empfangenen Echos größer als in Filtern mit kurzer Impulsantwort. Je größer die Verweildauer eines Echos in einem Filter ist, desto größer muss der zeitliche Abstand von zwei aufeinander folgend auf den Sensor eintreffenden Echos sein, damit mit dem Filter die unterschiedlichen Echolaufzeiten noch voneinander separiert werden können, da das Messverfahren das Vorhandensein von Objekten aus der Echolaufzeit ableitet. Um eine hohe Trennfähigkeit von eng laufzeitmäßig aufeinander folgenden Reflexpunkten, bzw. den an ihnen reflektierten Echos, die entsprechend eng aufeinander folgen bzw. sogar teilweise miteinander überlagert vom Sensor aufgenommen werden, mit einem Filter realisieren zu können, sollte das Filter eine entsprechend kurze Impulsantwort aufweisen.Environment sensor technology, in particular in the field of automotive engineering, is used, for example, to determine the distance between a vehicle and an environment object based on transit time investigations on the ambient object of reflected signals. In particular, the devices for environment sensors have units by means of which signals are radiated into the vehicle environment, the echoes of which are determined by means of receivers and are concluded on the basis of the transit time on the signal path traveled. In this signal evaluation, the received signal is also monitored in the acoustic environment monitoring by filtering such that the arrival of payloads, especially when arriving at ambient objects reflected signals (echoes) the filter output is strongly based on a characteristic of such an event value, while arriving other and not with the emitted signal related signals (spurious signals) the filter output variable has a different value, which differs greatly from the filter output variable based on the useful signal. For example, to identify an echo of a particular frequency, a band-pass filter with a corresponding center frequency may be used, so that a significant output is generated, especially on arrival of signals having a frequency which is similar to that of the expected signal, while only low-frequency spurious signals in frequency will cause little energy at the filter output. Modern systems often use so-called matched filters. These filter characteristics, referred to as matched filters in the art, are usually derived from the unfiltered echo signal recorded under ideal conditions. In most cases, the filter is realized by means of correlation of this ideal echo signal with the received signal. Characteristic is that the impulse response of such a receive filter lasts at least as long as the transmission signal of the corresponding device for environment sensor technology persists. The longer such filter durations, the more accurate is the effect of the filter on the transmitted spectrum ("frequency selectivity"). Correspondingly, the likelihood that randomly distributed signals produce such a filter output that matches or approaches incoming echoes is less with long filtering. A corresponding length of the impulse response of the filter is thus an essential quantity for the successful suppression of noise, with which the effectiveness of the filter with regard to the frequency range can be described and determined. Although currently in the market environment monitoring systems is not always a matched filter realized in the strict sense, but equivalent sizes are already in use today. For example, systems are known which, instead of the filter duration, use a minimum time of exceeding a threshold value in order to make the evaluation of echoes more robust against short-term disturbances. In other words, today's sensors monitor during the entire echo delay, ie after the end of the excitation or after the decay of the transmit membrane to the end of the echo cycle 'if an incoming signal at least a predefined filter duration on investment. At a transmission pulse of approx. 0.3 ms (usual value for a transmission signal duration), the processed reception signal must exceed a rated threshold value for at least 0.12 ms before the signal is recognized as an echo signal. At the above-mentioned transmission pulse duration of 0.3 ms, a required threshold exceeded for a period of at least 60% of the transmission pulse duration, ie for at least 0.2 ms, has proven to be particularly effective. However, especially at the beginning of a direct echo cycle (ie, the echo cycle of a sensor which itself had emitted the signal at the beginning of the echo cycle) such long filter pulse lengths are disadvantageous. Finally, the received signal must be present at least during the impulse response of the filter before the evaluation, before a possibly contained and identified echo is also recognized as a valid echo. The longer the filter impulse response is, the further away it is in principle the upper limit of the distance measuring range, the so-called range, since with the time decreasing useful signals can be better and longer separated from noise. However, a longer filter pulse response length also means a longer period of time until the filter responds to the arrival of an echo due to a reflex point and has reached its maximum filter output value and thereafter a longer period of time until the filter has completed its response to the arrival of the echo. In filters with a longer impulse response, therefore, the dwell time of received echoes is greater than in filters with a short impulse response. The greater the dwell time of an echo in a filter, the greater must be the time interval between two successive echoes arriving at the sensor, so that the different echo propagation times can still be separated from one another with the filter since the measurement method detects the presence of objects from the echo Echo delay derived. To a high separation capability of closely running time consecutive reflex points, or the reflected on them echoes that follow each other closely or even partially superimposed by the sensor to be able to realize with a filter, the filter should have a correspondingly short impulse response.

Dokument EP 2 251 710 A2 beschreibt eine Modulation, bei der kurze und lange Pulse in Pulsbündeln zusammengefasst werden, um eine hohe Messrate bei hoher Ortsauflösung in Sensornähe zu erreichen. Gleichzeitig können bei diesem Verfahren energiereiche lange Pulse zum Erreichen eines hohen Signal-Rausch-Abstandes in der Ferne verwendet werden.document EP 2 251 710 A2 describes a modulation in which short and long pulses are combined in pulse bundles in order to achieve a high measuring rate with high spatial resolution near the sensor. At the same time, high-energy long pulses can be used in this method to achieve a high signal-to-noise ratio in the distance.

WO 2010 063 510 A1 beschreibt eine Modulation mit zeitvarianter Sendesignalfrequenz. WO 2010 063 510 A1 describes a modulation with time-variant transmission signal frequency.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu entwerfen, das eine kleine Nahmessgrenze und eine gute Rauschunterdrückung ermöglicht.It is an object of the present invention to provide a method which allows a small near measurement limit and good noise rejection.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7. Dementsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umfeldsensorik einen Signalwandler und eine Auswerteeinheit auf. Mittels des Signalwandlers ist die Vorrichtung eingerichtet, aus der Umgebung der Vorrichtung stammende Signale in elektrische Signale zu wandeln. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, die vom Signalwandler zur Verfügung gestellten Signale auszuwerten, insbesondere zu filtern. Der Signalwandler kann dabei beispielsweise ein Radarsensor, ein Schallwandler, insbesondere ein Ultraschallwandler oder ein anderes Wandlerelement zur Wandlung zur Umfeldsensorik geeigneter Signale umfassen. Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinheit eingerichtet, eine Signallaufzeit-abhängige Filterung der vom Signalwandler empfangenen Signale durchzuführen, wobei zu einem ersten Zeitpunkt eine Impulsantwort erster Länge für die Filterung verwendet wird und zu einem zweiten Zeitpunkt innerhalb eines selben Messzyklus eine zweite Impulsantwort einer zweiten, längeren Länge des Filters verwendet wird. Mit anderen Worten wird das Filter im Laufe eines Messzyklus' (die Zeit zwischen einem Aussenden eines Signals in die Umgebung bis zu dem Zeitpunkt, an dem kein infolge des Aussendens entstandenes Echo von der Umgebung mehr erwartet wird) hinsichtlich der Verweildauer eines Echoimpulses in dem Filter, d.h., der Zeitdauer, die von der ersten Reaktion des Filterausgangs auf das Eintreffen eines Echoimpulses bis zur letzten Reaktion des Filterausgangs auf das Eintreffen eines Echoimpulses, verstreicht so modifiziert, dass eine niedrigere Verweildauer für frühe Echos Verwendung findet, während eine höhere Verweildauer für später eintreffende Echos vorgesehen wird. Dabei kann die Umschaltung je nach Filtertyp unterschiedlich erfolgen. Im Bereich der vorliegenden Erfindung sind somit sowohl Filter zu verstehen, welche lediglich zwei unterschiedliche Filterlängen laufzeitabhängig verwenden, als auch mehrstufige oder gar kontinuierlich laufzeitabhängige Filterlängenanpassungen. Da frühzeitig eintreffende Echos im Allgemeinen eine gegenüber dem Rauschpegel auf der Empfangsstrecke deutlich erhöhte und damit klar identifizierbare Pegel aufweisen, kann durch eine ungenauere, jedoch schnellere Filterung eine feinere Trennung von aufeinanderfolgend eintreffenden Echos und damit ein geringerer Mindestabstand für laufzeitmäßig benachbarte Umgebungsobjekte realisiert werden. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß für später eintreffende Echos, welche im Allgemeinen vergleichsweise schwerer gegenüber dem Rauschen auf dem Empfangszweig identifizierbar sind, eine exaktere Filterung veranschlagt, welche zwar länger dauert, für im Rauschen versinkende Empfangssignale jedoch eine verbesserte Detektierbarkeit gewährleistet.The above object is achieved by a device with the features of claim 1 and a method having the features of claim 7. Accordingly, the device according to the invention for environment sensors on a signal converter and an evaluation unit. By means of the signal converter, the device is set up to convert signals originating from the environment of the device into electrical signals. The evaluation unit is set up to evaluate the signals provided by the signal converter, in particular to filter them. In this case, the signal converter may comprise, for example, a radar sensor, a sound transducer, in particular an ultrasound transducer or another transducer element for conversion to surroundings sensors of suitable signals. According to the invention, the evaluation unit is set up to carry out a signal propagation-dependent filtering of the signals received by the signal converter, wherein at a first time an impulse response of the first length is used for the filtering and at a second time within a same measuring cycle a second impulse response of a second, longer length of the Filters is used. In other words, in the course of a measurement cycle (the time between emission of a signal into the environment until the time when no echo from the environment is expected due to the emission) the filter is considered to have a duration of an echo pulse in the filter ie, the time that elapses from the first response of the filter output to the arrival of an echo pulse until the last response of the filter output to the arrival of an echo pulse, such that a lower dwell time for early echoes is used, while a longer dwell time for later incoming echoes is provided. The switching can be done differently depending on the filter type. In the scope of the present invention, therefore, both filters are to be understood which use only two different filter lengths as a function of the transit time, as well as multistage or even continuous transit time-dependent filter length adaptations. Since early echoes generally have a significantly increased and thus clearly identifiable level compared to the noise level on the receiving path, a finer separation of consecutively arriving echoes and thus a smaller minimum distance for neighboring adjacent environmental objects can be realized by inaccurate, but faster filtering. In contrast, according to the invention for later arriving echoes, which are generally comparatively difficult to identify the noise on the receiving branch, a more accurate filtering estimated, which takes longer, however, ensures an improved detectability for sinking in the noise received signals.

Filter mit kurzer Impulsantwort weisen bekanntlich im Allgemeinen eine höhere Bandbreite im Frequenzgang auf als Filter mit langer Impulsantwort. Short impulse response filters are generally known to have a higher bandwidth in frequency response than long impulse response filters.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.The dependent claims show preferred developments and refinements of the present invention.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur akustischen Umfeldsensorik, insbesondere unter Verwendung von Ultraschallsignalen, eingerichtet. Vorteilhafterweise sind Ultraschallsignale für Mensch und Technik bei geeigneter Dosierung ungefährlich und die erforderlichen Wandler sowie Auswerteeinheiten als Massenware vergleichsweise kostengünstig erhältlich.Preferably, the device according to the invention for acoustic environment sensor, in particular using ultrasound signals, set up. Advantageously, ultrasound signals for humans and technology at a suitable dosage are harmless and the required transducers and evaluation units as a mass-produced comparatively inexpensive available.

Weiter bevorzugt kann die Vorrichtung selbst auch zur Aussendung von Signalen mittels eines Signalwandlers eingerichtet sein. Dabei ist es sowohl möglich, denselben Signalwandler zum Aussenden und zum Empfangen von Signalen zu verwenden, wie auch separate Sender und Empfänger im Verbund der Vorrichtung vorzusehen. Während reine Empfänger ein geringeres Maß an Wandlerrobustheit erfordern, bieten Sendeempfänger die Möglichkeit, mehrere Funktionen innerhalb ein und derselben Einheit zu vereinen und Anschlussleitungen gleich mehrfach zu verwenden.More preferably, the device itself can also be set up to emit signals by means of a signal converter. It is both possible to use the same signal converter for transmitting and receiving signals, as well as to provide separate transmitters and receivers in the composite of the device. While pure receivers require a lower level of converter robustness, transceivers offer the ability to combine multiple functions within a single unit and reuse multiple leads.

Weiter bevorzugt kann die Vorrichtung eingerichtet sein, auch den Filterfrequenzgang über der Zeit, insbesondere im Bezug auf einen Messzyklus, zu verändern. Auf diese Weise können auch über der Frequenz veränderliche Sendesignale sicher aus dem Umgebungsgeräusch herausgefiltert werden. Insbesondere ist die Aussendung frequenzveränderlicher Signale mit dem Filterfrequenzgang im Empfangspfad der Vorrichtung synchronisiert, so dass eine besonders sichere Erkennung erfolgen kann. Ebenso kann auf diese Weise eine Trennung eintreffender Echos von den mit Eigenresonanzfrequenz ausklingenden Wandlersignalen getrennt werden.More preferably, the device may be configured to also change the filter frequency response over time, in particular with respect to a measurement cycle. In this way, variable transmission signals over the frequency can be reliably filtered out of the ambient noise. In particular, the emission of frequency-variable signals is synchronized with the filter frequency response in the receiving path of the device, so that a particularly secure detection can be carried out. Likewise, in this way a separation of incoming echoes can be separated from the self-resonant frequency decaying transducer signals.

Weiter bevorzugt kann eine zeitveränderliche Schwellgröße verwendet werden, um aus dem eintreffenden Signal mögliche Echos zu erkennen. Indem mit zunehmender Echolaufzeit auch die Echosignalamplituden tendenziell abnehmen, kann die Erkennungssicherheit gegenüber dem Ausschwingsignal eines ehemals sendenden Signalwandlers sowie dem Hintergrundrauschen des Systems erhöht werden, ohne dass zu einem späteren Zeitpunkt eintreffende Echos grundsätzlich unter dem Schwellwert verbleiben.More preferably, a time-varying threshold can be used to detect possible echoes from the incoming signal. As the echo signal amplitudes also tend to decrease as the echo propagation time increases, the detection reliability with respect to the decay signal of a formerly transmitting signal converter and the background noise of the system can be increased without fundamentally remaining echoes below the threshold value at a later time.

Generell leuchtet dem Fachmann ein, dass die vorliegende Erfindung mit vielfältigen im Stand der Technik bekannten und bewährten Funktionen und Merkmalen kombinierbar ist, welche eine gattungsgemäße Umfeldsensorik begünstigen, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung hierdurch zu verlassen.In general, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be combined with a wide variety of well-known and well-proven functions and features which favor a generic environmental sensor system without departing from the scope of the present invention.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Umfeldsensorik vorgeschlagen, gemäß welchem ein signallaufzeitabhängiges Filtern aus einer Umgebung empfangener Signale vorgeschlagen wird. Dabei wird innerhalb eines Messzyklus' zu einem ersten Zeitpunkt eine Impulsantwort einer ersten Länge des verwendeten Filters zugrunde gelegt und zu einem zweiten (späteren) Zeitpunkt eine Impulsantwort einer zweiten und längeren Länge für die Filterung zugrunde gelegt. Mit anderen Worten wird zu einem ersten Zeitpunkt eine kürzere Verarbeitungszeit mittels des Filters vorgeschlagen, während zu einem späteren Zeitpunkt eine längere Verarbeitungszeit zur Realisierung einer besseren spektralen Trennung des Nutzsignals vom Hintergrundrauschen und anderen Störsignalen in Kauf genommen wird. Es sei dabei in Verbindung mit beiden erfindungsgemäßen Aspekten darauf hingewiesen, dass dem Fachmann für Signalverarbeitung viele ähnliche Begriffe geläufig sind, um die Frequenzauflösung bzw. die mit der Impulsantwortlänge eines Filters verknüpften Größen auszudrücken, und dass in Abhängigkeit des verwendeten Filters (analoges Filter, digitales Filter etc.) unterschiedliche Begriffe verwendet werden können, um nachrichtentechnisch identische oder äquivalente Zusammenhänge zu beschreiben, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung hierdurch zu verlassen.According to a further aspect of the present invention, a method for environment sensor technology is proposed, according to which signal delay-dependent filtering from an environment of received signals is proposed. In this case, an impulse response of a first length of the filter used is used as the basis for a first time within a measurement cycle, and an impulse response of a second and longer length is used for the filtering at a second (later) point in time. In other words, at a first time, a shorter processing time is suggested by means of the filter, while at a later time a longer processing time for realizing a better spectral separation of the useful signal from background noise and other interference signals is accepted. It should be noted in connection with both aspects of the invention that those skilled in signal processing many similar terms are familiar to express the frequency resolution or the associated with the impulse response length of a filter variables, and that depending on the filter used (analog filter, digital Filters, etc.), different terms can be used to describe message-technically identical or equivalent relationships, without thereby departing from the scope of the present invention.

Für die bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemachten Ausführungen entsprechend, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen und der Übersichtlichkeit halber auf die in Verbindung mit dem erstgenannten Aspekt der vorliegenden Erfindung gemachten Ausführungen verwiesen wird.For the preferred embodiments of the method according to the invention, the statements made in connection with the device according to the invention apply accordingly, so that reference is made to avoid repetition and for clarity on the statements made in connection with the first aspect of the present invention.

Der Vollständigkeit halber sei darauf verwiesen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt bei der Verwendung in Abstandsmesssystemen für Automobile ausgestaltet werden können. Die erforderlichen Signalwandler können hierbei insbesondere im Bereich von Stoßfängern eines Fahrzeugs angeordnet und entsprechend den vorgenannten Erfindungsaspekten betrieben werden. Als Auswerteeinheit kann dabei ein ohnehin im Fahrzeug verbauter Mikroprozessor mittels Softwarecode eingerichtet werden, so dass zusätzliche Hardware für eine Auswerteeinheit nicht erforderlich ist.For the sake of completeness, it should be pointed out that the device according to the invention and the method according to the invention can preferably be designed for use in distance measuring systems for automobiles. The required signal transducers can in this case be arranged in particular in the region of bumpers of a vehicle and operated in accordance with the aforementioned aspects of the invention. As an evaluation unit while a built-in anyway in the vehicle microprocessor can be set up by means of software code, so that additional hardware for an evaluation is not required.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnung sind:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing are:

1 eine schematische Übersicht über Komponenten gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung; 1 a schematic overview of components according to an embodiment of an inventive device;

2 ein Zeitdiagramm für mittels einer in 1 gezeigten Vorrichtung aufgenommene Ultraschallsignale bei einer Filterung mit kürzerer Impulsantwort; und 2 a time diagram for using an in 1 shown ultrasonic signals in a filtering with a shorter impulse response; and

3 ein Zeitdiagramm für mittels einer in 1 gezeigten Vorrichtung aufgenommene Ultraschallsignale bei einer Filterung mit einer längeren Impulsantwort. 3 a time diagram for using an in 1 shown ultrasonic signals in a filtering with a longer impulse response.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine schematische Übersicht über Komponenten einer Vorrichtung 10 gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Darin ist ein Ultraschallwandler 1, der als Sendeempfänger ausgestaltet ist, mit einem Mikroprozessor 2 als Auswerteeinheit über einen Bandpassfilter 3 verbunden. Dabei ist der Mikroprozessor eingerichtet, den Bandpassfilter 3 zu steuern. Ein Objekt O in Form eines Normzylinders befindet sich im Erfassungsbereich des Ultraschallwandler 1. Dabei ist die Vorrichtung 10 mindestens eingerichtet, die folgenden Schritte durchzuführen. Zu Beginn eines Messzyklus' wird durch die dargestellte Vorrichtung 10 oder einen benachbarten Ultraschallwandler (nicht dargestellt) ein Signal in Richtung des Objektes O abgestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt richtet der Mikroprozessor 2 den Bandpassfilter 3 zur Filterung mit einer kurzen Impulsantwort ein, wobei die Berechnung des Ergebnisses im Frequenzbereich zwar etwas ungenauer ist, jedoch schneller durchgeführt und zum Ergebnis gebracht werden kann. Mit voranschreitender Zeit, welche mit einem höheren zu erwartenden Objektabstand übereinstimmt, verändert der Mikroprozessor 2 die Filtercharakteristik des Bandpassfilters 3 zumindest dahingehend, dass dieser eine längere Impulsantwort als zuvor zur Filterung mittels des Ultraschallwandler 1 empfangener Signale verwendet. Da nach längerer Signallaufzeit die zu erwartenden Echos aufgrund der erhöhten Laufstrecke erwartungsgemäß eine geringere Amplitude aufweisen, laufen die Echos zunehmend Gefahr, im Rauschen des Systems und/oder in empfangenen Störsignalen "unterzugehen". Eine erhöhte Frequenzauflösung trägt nun dazu bei, die oftmals schmalbandigen Ultraschallechos aus dem breitbandigen Signalrauschen zu extrahieren und zuverlässig erkennen zu können. Der Effekt der laufzeitabhängigen Impulsantwortlänge wird in Verbindung mit den 2 und 3 nachfolgend veranschaulicht. 1 shows a schematic overview of components of a device 10 according to an embodiment of the invention. Therein is an ultrasonic transducer 1 , which is configured as a transceiver, with a microprocessor 2 as evaluation unit via a bandpass filter 3 connected. The microprocessor is set up here, the bandpass filter 3 to control. An object O in the form of a standard cylinder is located in the detection range of the ultrasonic transducer 1 , Here is the device 10 at least set up to perform the following steps. At the beginning of a measurement cycle is by the illustrated device 10 or an adjacent ultrasonic transducer (not shown) emits a signal in the direction of the object O. At this point, the microprocessor judges 2 the bandpass filter 3 for filtering with a short impulse response, although the calculation of the result in the frequency domain is somewhat inaccurate, but can be performed faster and brought to the result. With advancing time, which coincides with a higher expected object distance, the microprocessor changes 2 the filter characteristic of the bandpass filter 3 at least to the extent that it has a longer impulse response than before for filtering by means of the ultrasonic transducer 1 received signals used. Since, as expected, the expected echoes have a lower amplitude due to the increased running distance after a longer signal propagation time, the echoes are increasingly in danger of "drowning out" in the noise of the system and / or in received interference signals. An increased frequency resolution now helps to be able to extract the often narrow-band ultrasonic echoes from the broadband signal noise and reliably detect them. The effect of the time-dependent impulse response length is used in conjunction with the 2 and 3 illustrated below.

2 zeigt zwei Zeitsignale S1, S2, welche mittels eines Ultraschallwandlers 1 als Signalwandler aufgenommen und durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 bei Zugrundelegung unterschiedlich langer Impulsantworten gemessen wurden. Auf der Ordinate ist die Signalspannung des Filterausgangs in Volt logarithmisch aufgetragen, während die Abszisse den Abstand des reflektierenden Objekts anzeigt. Dargestellt sind die Ausgangssignale zweier Filter, die jeweils die Hüllkurve aus dem Eingangssignal bilden, mit unterschiedlicher Impulsantwort, und die beide ein und das gleiche Eingangssignal ausgewertet haben. Das Filtereingangssignal stammt vom Sensor 1, der die Überlagerung von mehreren Echos empfängt, die von laufzeitmäßig eng aufeinander folgenden Reflexpunkten reflektiert wurden. Der Signalverlauf S1 stammt von einem Filter mit kurzer Impulsantwort, während der Signalverlauf S2 von einem Filter mit längerer Impulsantwort stammt. Jedes der mit schwarzen Quadraten gekennzeichneten lokalen Maxima des Signalverlaufs S1 repräsentiert die Laufzeit eines Reflexpunktes. Dank der kurzen Filterimpulsantwort führt jeder Reflexpunkt zu einem eigenständigen lokalen Maximum im Signalverlauf S1. Der Signalverlauf S2 stammt von dem Filter, dessen Impulsantwort an die Länge des ausgesandten akustischen Messpulses angepasst wurde, und dessen Impulsantwort länger als die des zum Signalverlauf S1 führenden Filters war. Ein Vergleich zeigt, dass im Signalverlauf S2 nicht mehr alle Reflexe zu einem eigenständigen Maximum führen, wodurch anhand des Signalverlaufes S2 nicht mehr jeder Reflexpunkt eigenständig detektiert werden kann. Je länger also die Impulsantwort des Filters ist, desto mehr sind durch das Filter laufzeitmäßig eng aufeinander folgend verarbeitete Echos miteinander überlagert, so dass sich beispielsweise viele kleine Echos von einem rauen Untergrund im Filter überlagern, womit am Filterausgang ein überproportional lautes Signal entsteht. 2 shows two time signals S1, S2, which by means of an ultrasonic transducer 1 taken as a signal converter and by a device according to the invention 10 were measured on the basis of impulse responses of different lengths. On the ordinate, the signal voltage of the filter output in volts is plotted logarithmically, while the abscissa indicates the distance of the reflecting object. Shown are the output signals of two filters, each forming the envelope from the input signal, with different impulse response, and both have evaluated one and the same input signal. The filter input signal comes from the sensor 1 which receives the superposition of multiple echoes that have been reflected by closely spaced successive reflection points. The signal S1 originates from a filter with a short impulse response, while the signal S2 originates from a filter with a longer impulse response. Each of the local maxima of the signal curve S1, marked with black squares, represents the transit time of a reflex point. Thanks to the short filter impulse response, each reflex point leads to an independent local maximum in the signal curve S1. The signal curve S2 originates from the filter whose impulse response was matched to the length of the emitted acoustic measuring pulse, and whose impulse response was longer than that of the filter leading to the signal path S1. A comparison shows that in the signal curve S2, not all reflections lead to an independent maximum, whereby on the basis of the signal curve S2 no longer every reflex point can be detected independently. Thus, the longer the impulse response of the filter, the more the echoes processed by the filter are closely superimposed on each other, so that, for example, many small echoes are superimposed by a rough background in the filter, resulting in a disproportionately loud signal at the filter output.

3 zeigt die gleichen bereits in 2 dargestellt Signalverläufe in abgewandelter Form und über einen größeren Messbereich. Dargestellt ist weiterhin der Verlauf des Echopeak, den ein und das gleiche Referenzobjekt bei dem jeweiligen Abstand haben wird. Insbesondere anhand des Signalverlauf S1 des Filters mit kürzerer Impulsantwort ist ersichtlich, dass die Signalwerte um so stärker schwanken, je leiser das Signal wird. Das ist die Folge von additivem Rauschen. Beim Signalverlauf S2 sind die Schwankungen im Vergleich zum Signalverlauf S1 jeweils nicht so groß, da das zugehörige Filter aufgrund seiner hier um Faktor 3 längeren Impulsantwort das Rauschen stärker unterdrückt, als das Filter rot mit kürzerer Impulsantwort. Da die erreichbare Messreichweite durch den Signalabstand zum Rauschens im Signal begrenzt wird, ist die Messreichweite des mit kürzerer Impulsantwort ausgewerteten Echos kleiner als die des mit längerer Impulsantwort ausgewerteten Signals. 3 shows the same already in 2 shows waveforms in a modified form and over a larger measuring range. Also shown is the course of the echo peak, which will have one and the same reference object at the respective distance. In particular, from the waveform S1 of the filter with a shorter impulse response, it can be seen that the signal values fluctuate the more the signal becomes quieter. This is the result of additive noise. In the case of the signal curve S2, the fluctuations in comparison to the signal course S1 are each not so great, since the associated filter suppresses the noise more strongly than the filter red with a shorter impulse response because of its pulse response, which is longer by a factor of 3. Since the achievable measuring range is limited by the signal distance to the noise in the signal, the measuring range of the echo evaluated with a shorter impulse response is smaller than that of the signal evaluated with a longer impulse response.

Es ist ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, die Aufbereitung mittels eines Umfeldsensors empfangener Signale mittels adaptiver Filterung dahingehend zu verbessern, dass frühzeitig im Messzyklus aufgenommene Signale mit höherer Trennschärfe gefiltert werden als im späteren Zeitbereich desselben Messzyklus'. Die zu frühen Zeitpunkten im Messzyklus deutlich höhere Trennung zwischen den Amplitudenpeaks laufzeitmäßig benachbarter Echos (Nutzsignals) von übrigen Signalen wiegt im frühen Zeitbereich des Messzyklus' die Nachteile des geringeren Störabstandes mehr als auf. Im späteren Verlauf des Messzyklus' wird erfindungsgemäß mehr Zeit auf die Filterung der Sensorsignale verwendet, um die ohnehin geringen Amplituden zu erwartender Nutzechos mittels längerer Impulsantworten der verwendeten Filter besser von sonstigen im Sensorsignal enthaltenen Signalen, wie z.B. Rauschen, zu trennen.It is a central idea of the present invention to improve the processing by means of an environment sensor of received signals by means of adaptive filtering in such a way that signals picked up early in the measuring cycle are filtered with higher selectivity than in the later time range of the same measuring cycle. The much higher separation between the amplitude peaks of adjacent echoes (useful signal) of other signals at early times in the measurement cycle more than outweighs the disadvantages of the lower signal to noise ratio in the early time range of the measurement cycle. In the later course of the measurement cycle, according to the invention, more time is spent on the filtering of the sensor signals in order to better estimate the anyway low amplitudes of expected useful echoes by means of longer impulse responses of the filters used by other signals contained in the sensor signal, e.g. Noise, to separate.

Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen im Detail erläutert worden ist, verbleiben Modifikationen und Abänderungen der darin gezeigten Merkmale im Bereich des fachmännischen Könnens des einschlägigen Fachmanns, welche als im Bereich der vorliegenden Erfindung liegend zu erachten sind, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.Although the present invention has been described in detail with reference to the accompanying figures in the form of embodiments, modifications and variations of the features shown therein remain within the skill of the artisans skilled in the art, which are to be considered within the scope of the present invention, the scope thereof is defined by the appended claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2251710 A2 [0003]
WO 2010063510 A1 [0004]

Claims

Device for environment sensors comprising - a signal converter ( 1 ), and - an evaluation unit ( 2 ), whereby the evaluation unit ( 2 ), a signal delay dependent filtering from the signal converter ( 1 ), wherein the filtering has a shorter impulse response at a first time during a measurement cycle than at a second later time within the same measurement cycle.

Apparatus according to claim 1, wherein the lengths of the selected impulse responses are substantially inversely proportional to a respective expected average echo amplitude and / or inversely proportional to a respective expected Echo-to-noise ratio.

Device according to claim 1 or 2, wherein the device ( 10 ) to the acoustic environment sensor, in particular in the ultrasonic range, is set up.

Device according to one of the preceding claims, wherein the length of the impulse response is changed by a modification of the frequency resolution and / or the pulse discrimination time.

Device according to one of the preceding claims, wherein additionally the filter frequency response is changed in spectral terms over time.

Device according to one of the preceding claims, wherein the device ( 10 ) is further set, a transmission signal by means of the signal converter ( 1 ).

Method for environment sensors comprising the steps: Signaling time-dependent filtering from the environment of received signals having a first impulse response length at a first time during a measurement cycle 'and with a second longer impulse response length at a second later time within the same measurement cycle'.

The method of claim 7, wherein the lengths of the selected impulse response are each substantially inversely proportional to a respective expected Echo-to-noise ratio.

A method according to claim 7 or 8, wherein the signals are acoustic signals, in particular in the frequency range of the ultrasonic range, and / or the method comprises a step of emitting signals into the environment.

Method according to one of claims 7 to 9, wherein additionally the filter frequency response over time is changed.