DE102013213509A1 - Method for measuring angular direction of object e.g. car, involves receiving second echo from object, and computing angular direction of object based on measurements of echoes - Google Patents

Method for measuring angular direction of object e.g. car, involves receiving second echo from object, and computing angular direction of object based on measurements of echoes Download PDF

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Abstract

The method involves transmitting a signal such as electromagnetic signal or acoustical signal. A first echo of the signal is received from the object (213). The first echo is returned towards the object. A second echo is received from the object. An angular direction of the object is computed based on measurements of the first echo and the second echo. The first echo is actively or passively repeated. The measurement of first echo or of the second echo is provided with time measurement or a frequency measurement. An independent claim is included for an apparatus for measuring angular direction of object.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Winkelauflösung eines herkömmlichen Fernerfassungs-Echosystems hängt von der linearen Ausdehnung der das Echo sendenden/empfangenden Apertur ab. Ein sendendes/empfangendes Ein-Punkt-Element (das eine lineare Ausdehnung aufweist, die im Vergleich zu der gesendeten Wellenlänge klein ist) ist im Wesentlichen ungerichtet und stellt keine Auflösung der Winkelrichtung des Ziels bereit.The angular resolution of a conventional remote detection echo system depends on the linear extent of the echo transmitting / receiving aperture. A transmitting / receiving one-point element (having a linear extent which is small compared to the transmitted wavelength) is substantially undirected and does not provide resolution of the angular direction of the target.

Die Verwendung mehrerer sendender/empfangender Ein-Punkt-Elemente, die in einer Anordnung räumlich angeordnet sind, stellt eine Winkelauflösung bereit.The use of multiple send / receive one-point elements spatially arranged in an array provides angular resolution.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen die Nutzung von Sekundär-Umlauf-Reflexionen des gesendeten Sensorsignals von einem Ziel bereit. In Ausführungsformen der Erfindung werden zeitliche Informationen von den Sekundärechos an dem Ziel als zusätzliche räumliche Informationen in Bezug auf das Ziel interpretiert. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung stellen räumliche Informationen (wie etwa eine Winkelverlagerung des Ziels) bereit, die anderenfalls nicht leicht verfügbar sind. Andere Ausführungsformen der Erfindung stellen eine erhöhte räumliche Auflösung des Ziels bereit. Eine bestimmte Ausführungsform zur Verwendung mit einer realen Sensoranordnung stellt z. B. eine virtuelle Sensoranordnung bereit, die eine Auflösung aufweist, die äquivalent der realen Anordnung mit der doppelten Größe ist.Embodiments of the present invention provide for the use of secondary circular reflections of the transmitted sensor signal from a target. In embodiments of the invention, temporal information from secondary echoes at the destination is interpreted as additional spatial information relative to the destination. Certain embodiments of the invention provide spatial information (such as angular displacement of the target) that would otherwise not be readily available. Other embodiments of the invention provide increased spatial resolution of the target. A particular embodiment for use with a real sensor array, for. For example, a virtual sensor array that has a resolution that is equivalent to the real double size array is provided.

Sekundärreflexionen, gelegentlich als ”Geister”-Reflexionen bezeichnet, sind gut bekannt und werden üblicherweise festgestellt, wenn ein durch das Ziel reflektierter Teil des Signals einer zusätzlichen Reflexion von einem unerwünschten Objekt wie etwa einem Objekt in der Nähe des Rückwegs des Signals ausgesetzt ist. Ein Spezialfall tritt auf, wenn ein Teil des Rücksignals an dem Sender/Empfänger reflektiert wird, zu dem Ziel zurückkehrt und erneut zu dem Sender/Empfänger zurück reflektiert wird. Das heißt, ein Teil des emittierten Signals führt einen doppelten Umlauf aus, wobei er in dem Prozess drei Reflexionen anstelle einer erfährt. In diesem Fall scheint das Geistersignal in der doppelten Entfernung zu sein. Das Ziel scheint sich mit dem Doppelten der Geschwindigkeit zu bewegen, wie sie für das Zielobjekt durch das primär reflektierte Signal angegeben ist.Secondary reflections, sometimes referred to as "ghost" reflections, are well known and commonly found when a portion of the signal reflected by the target is subject to additional reflection from an undesired object, such as an object near the return path of the signal. A special case occurs when a portion of the return signal is reflected at the transceiver, returned to the destination, and re-reflected back to the transceiver. That is, a portion of the emitted signal makes a double round trip, experiencing three reflections instead of one in the process. In this case, the ghost signal seems to be at twice the distance. The target appears to be moving at twice the speed as indicated by the primary reflected signal for the target object.

Ausführungsformen der Erfindung sind auf elektromagnetische Fernerfassungs-Echosysteme (wie etwa Radar) sowie auf akustische Fernerfassungs-Echosysteme (wie etwa aktives Sonar und Lidar) anwendbar. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hier in dem nicht einschränkenden Fall des Kraftfahrzeugradars dargestellt, wobei aber weitere Ausführungsformen ebenfalls in anderen Bereichen einschließlich, aber nicht beschränkt auf: geeigneter Betriebsarten der Erfassung des Radarspektrums und des elektromagnetischen Spektrums, von Lasersensoren und optischen Sensoren sowohl in den sichtbaren als auch in den unsichtbaren Teilen des Spektrums; und geeigneter Betriebsarten für die Schallerfassung, für Sonar und Ultraschall, angewendet werden können.Embodiments of the invention are applicable to remote sensing electromagnetic echo systems (such as radar) and to remote sensing acoustic echo systems (such as active sonar and lidar). Embodiments of the present invention are illustrated herein in the non-limiting case of motor vehicle radar, but other embodiments are also devised in other fields including, but not limited to, appropriate modes of detecting the radar spectrum and the electromagnetic spectrum, laser sensors, and optical sensors in both the visible and the visible modes as well as in the invisible parts of the spectrum; and appropriate modes for sonic, sonar and ultrasound.

Somit werden in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Messen einer Winkelrichtung eines Objekts und ein Verfahren zur Trennung zwischen eng beabstandeten Objekten geschaffen, wobei das Verfahren enthält: Senden eines Signals; Empfangen eines ersten Echos des Signals von dem Objekt; Umleiten des ersten Echos zurück zu dem Objekt; Empfangen eines zweiten Echos von dem Objekt; und Berechnen einer Winkelrichtung des Objekts unter Verwendung gemeinsamer Messwerte des ersten Echos und des zweiten Echos.Thus, in accordance with an embodiment of the present invention, there is provided a method of measuring an angular direction of an object and a method of separating narrowly spaced objects, the method comprising: transmitting a signal; Receiving a first echo of the signal from the object; Redirecting the first echo back to the object; Receiving a second echo from the object; and calculating an angular direction of the object using common measurements of the first echo and the second echo.

Außerdem wird in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Messen einer Winkelrichtung eines Objekts geschaffen, wobei die Vorrichtung enthält: ein Signalsendeelement, das zum Senden eines Signals in Richtung des Objekts in der Nähe der Vorrichtung betreibbar ist; ein Signalempfangselement, das zum Empfangen eines ersten Echos des Signals von dem Objekt betreibbar ist; eine Signalsendewiederholungsvorrichtung, die zum Zurücksenden des ersten Echos in Richtung des Objekts betreibbar ist, so dass der Signalempfänger ein zweites Echo von dem Objekt empfängt; und einen Prozessor, der zum Berechnen einer Winkelrichtung des Objekts auf der Grundlage von Messwerten des ersten Echos und des zweiten Echos betreibbar ist.In addition, in accordance with another embodiment of the present invention, there is provided a method of measuring an angular direction of an object, the apparatus comprising: a signal transmitting element operable to transmit a signal towards the object proximate to the device; a signal receiving element operable to receive a first echo of the signal from the object; a signal transmission repeater operable to return the first echo toward the object such that the signal receiver receives a second echo from the object; and a processor operable to calculate an angular direction of the object based on measurements of the first echo and the second echo.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Der offenbarte Gegenstand kann am besten verstanden werden mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:The disclosed subject matter may best be understood by reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:

1 ein Kraftfahrzeugradar-Strahlungsdiagramm des Standes der Technik konzeptionell darstellt. 1 illustrates a prior art automotive radar radiation pattern conceptually.

2A bis 2D Azimutwinkelrichtungsmessungen durch Signalsendung und -empfang unter Nutzung eines Reflektors in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung konzeptionell darstellen. 2A to 2D Azimuth angle direction measurements by signal transmission and reception using a reflector in accordance with an embodiment of the invention conceptually represent.

3 eine vereinfachte Geometrie für die in 2A bis 2D dargestellten Beispiele darstellt. 3 a simplified geometry for the in 2A to 2D represents illustrated examples.

4 Zeitmessungen für die in 2A bis 2D dargestellten Beispiele darstellt. 4 Time measurements for the in 2A to 2D represents illustrated examples.

5A eine Sensoranordnung mit einem orthogonal von der Anordnung verlagerten Sendewiederholungselement in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung konzeptionell darstellt. 5A Figure 3 illustrates conceptually a sensor array having a retransmission element displaced orthogonally from the array in accordance with an embodiment of the invention.

5B einen Abschnitt der Sensoranordnung mit einem innerhalb der Anordnung eingefügten Sendewiederholungselement in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung konzeptionell darstellt. 5B FIG. 3 conceptually illustrates a portion of the sensor assembly having a retransmission element inserted within the assembly in accordance with another embodiment of the invention. FIG.

6 ein Ablaufplan eines Verfahrens für Winkelrichtungsmessungen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist. 6 Figure 5 is a flow chart of a method for angular direction measurements in accordance with an embodiment of the invention.

7 ein Blockschaltplan einer Vorrichtung für Winkelrichtungsmessungen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist. 7 Figure 3 is a block diagram of an apparatus for angular direction measurements in accordance with an embodiment of the invention.

Zur Einfachheit und Klarheit der Darstellung sind die in den Figuren gezeigten Elemente nicht notwendig maßstabsgerecht und können die Dimensionen einiger Elemente in Bezug auf andere Elemente überhöht sein. Außerdem können Bezugszeichen zwischen den Figuren wiederholt sein, um entsprechende oder analoge Elemente anzugeben.For simplicity and clarity of illustration, the elements shown in the figures are not necessarily to scale, and the dimensions of some elements may be exaggerated relative to other elements. In addition, reference numerals may be repeated between the figures to indicate corresponding or analogous elements.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 veranschaulicht konzeptionell ein Kraftfahrzeugradar-Strahlungsdiagramm 101 des Standes der Technik, das von einem Fahrzeugradarsystem 103 ausgeht und ein abgetastetes Gebiet eines Objekts 105 vor dem Fahrzeug 103 bereitstellt. Die breite Keulenform des Radarstrahlungsdiagramms 101 ist derart, dass die Winkelrichtung des Objekts 105 durch das Radarsystem nicht bis auf eine sinnvolle Winkelgenauigkeit genau bestimmt werden kann. Darüber hinaus können zwei Ziele, wenn sie innerhalb des kleinen Winkels gezeigt sind, nicht unterschieden oder aufgelöst werden, so dass das Radarstrahlungsdiagramm 101 die Winkelauflösung des Kraftfahrzeugradars begrenzt. Am besten kann das Kraftfahrzeugradarsystem die Entfernung des Objekts 105 und den groben Ort des Objekts 105 als vor dem Fahrzeug 103 befindlich im Gegensatz dazu als hinter oder seitlich von dem Fahrzeug 103 befindlich detektieren. 1 Conceptually illustrates a vehicle radar radiation pattern 101 of the prior art, that of a vehicle radar system 103 goes out and a scanned area of an object 105 in front of the vehicle 103 provides. The broad lobe shape of the radar radiation pattern 101 is such that the angular direction of the object 105 can not be accurately determined by the radar system to a reasonable angular accuracy. In addition, two targets, if shown within the small angle, can not be distinguished or resolved so that the radar radiation pattern 101 limits the angular resolution of the motor vehicle radar. The best way for the vehicle radar system is to remove the object 105 and the rough place of the object 105 as in front of the vehicle 103 in contrast, as behind or to the side of the vehicle 103 Detect located.

Die 2A bis 2D veranschaulichen konzeptionell Winkelrichtungsmessungen für ein Objekt 213 durch Signalsendung und -empfang von einem Winkelrichtungssensorsystem 201, das ein Sendeelement 203, ein Empfangselement 205 und eine Signalsendewiederholungsvorrichtung 207 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung nutzt. Die Sensoren des Winkelrichtungssensorsystems 201 können z. B. Radar-, Sonar- oder Lidar-Empfänger oder -Transceiver enthalten. Jeder Sensor misst die Laufzeit eines Signals, das durch einen Sender oder Transceiver der Anordnung gesendet wurde und das durch den Sensor empfangen wurde.The 2A to 2D conceptually illustrate angular direction measurements for an object 213 by signal transmission and reception from an angular sense sensor system 201 that is a transmitting element 203 , a receiving element 205 and a signal transmission repeating device 207 in accordance with an embodiment of the invention. The sensors of the angular direction sensor system 201 can z. Radar, sonar or lidar receivers or transceivers. Each sensor measures the transit time of a signal sent by a transmitter or transceiver of the device and received by the sensor.

In einer verwandten Ausführungsform der Erfindung ist die Signalsendewiederholungsvorrichtung 207 ein passiver Reflektor wie etwa ein Tripelspiegel. In einer anderen verwandten Ausführungsform ist die Signalsendevorrichtung 207 ein aktiver Zwischenverstärker. Irgendein solcher Reflektor, irgendein solcher Zwischenverstärker oder irgendeine andere solche Vorrichtung, die ein einfallendes Signal zurücksenden kann, ist hier als eine Sendewiederholungsvorrichtung bezeichnet. Irgendein Zurückkehren eines einfallenden Signals wie etwa das Reflektieren, das Zwischenverstärken oder das Senden eines Signals, das in die Sendewiederholungsvorrichtung eingefallen ist, auf andere Weise ist hier austauschbar als Sendewiederholung oder Rücksendung des Signals bezeichnet.In a related embodiment of the invention, the signal transmission repeating device is 207 a passive reflector such as a triple mirror. In another related embodiment, the signal transmitting device is 207 an active repeater. Any such reflector, such repeater, or any other such device capable of returning an incident signal is referred to herein as a retransmission device. Any return of an incident signal, such as reflecting, interim amplifying, or transmitting a signal that has entered the retransmission device, is otherwise referred to interchangeably herein as retransmission or return of the signal.

In 2A wird durch das Sendeelement 203 zu einem Zeitpunkt t0 209 ein Signal 211 in der Weise ausgesendet, dass das Signal 211 ein Objekt 213 erreichen kann. Der Zeitpunkt t0 209 ist direkt messbar und ist dem Winkelrichtungssensorsystem 201 bekannt.In 2A is through the transmitting element 203 at a time t 0 209 a signal 211 sent out in the way that the signal 211 an object 213 can reach. The time t 0 209 is directly measurable and is the angular sense sensor system 201 known.

In 2B wird ein Echo 217 des Signals 211 zu einem Zeitpunkt t1 215 von dem Objekt 213 in der Weise reflektiert, dass ein Echo 217 ein Empfangselement 205 und eine Signalsendewiederholungsvorrichtung 207 erreichen kann. Zu einem Zeitpunkt t2 219 kommt das Echo 217 bei dem Empfangselement 205 an. Der Zeitpunkt t2 219 ist direkt messbar und ist dem Winkelrichtungssensorsystem 201 bekannt.In 2 B becomes an echo 217 the signal 211 at a time t 1 215 from the object 213 reflected in the way that an echo 217 a receiving element 205 and a signal transmission repeating device 207 can reach. At a time t 2 219 comes the echo 217 at the receiving element 205 at. The time t 2 219 is directly measurable and is the angular sense sensor system 201 known.

In 2C kommt das Echo 217 des Signals 211 zu einem Zeitpunkt t3 223 bei der Sendewiederholungsvorrichtung 207 an und sendet die Sendewiederholungsvorrichtung 207 ebenfalls zum Zeitpunkt t3 223 eine Sendewiederholung 221 des Echos 217 in der Weise aus, dass die Sendewiederholung 221 das Objekt 213 erreichen kann.In 2C comes the echo 217 the signal 211 at a time t 3 223 at the retransmission device 207 and sends the retransmission device 207 also at time t 3 223 a retransmission 221 of the echo 217 in the way that the retransmission 221 the object 213 can reach.

In 2D wird ein Echo 227 der Sendewiederholung 221 zu einem Zeitpunkt t4 225 in der Weise von dem Objekt 213 reflektiert, dass das Echo 227 das Empfangselement 205 erreichen kann. Zu einem Zeitpunkt t5 229 kommt das Echo 227 bei dem Empfangselement 205 an. Der Zeitpunkt t5 229 ist direkt messbar und ist dem Winkelrichtungssensorsystem 201 bekannt.In 2D becomes an echo 227 the retransmission 221 at a time t 4 225 in the way of the object 213 reflects that echo 227 the receiving element 205 can reach. At a time t 5 229 comes the echo 227 at the receiving element 205 at. The time t 5 229 is directly measurable and is the angular sense sensor system 201 known.

3 stellt eine vereinfachte Geometrie für die in 2A bis 2D dargestellten Beispiele dar. In dieser vereinfachten Geometrie sind das Sendeelement 203 und das Empfangselement 205 in der Weise gezeigt, dass sie an demselben Punkt, bei einem Eckpunkt 306 eines Dreiecks 301, sind. In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind das Sendeelement 203 und das Empfangselement 205 zu einer einzigen Vorrichtung (z. B. zu einem Transceiver) kombiniert. Das Objekt 213 befindet sich bei dem oberen Eckpunkt des Dreiecks 301 und die Wiederholungssendungsvorrichtung 207 befindet sich bei einem Eckpunkt 308 des Dreiecks 301. Eine Grundlinie 303 des Dreiecks 301 weist eine Länge auf, die der vorgegebenen festen physikalischen Entfernung zwischen dem Sendeelement 203/dem Empfangselement 205 und der Sendewiederholungsvorrichtung 207 entspricht, wobei diese Entfernung als h bezeichnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist die Sendewiederholungsvorrichtung 207 durch eine vorgegebene Entfernung wie etwa h von dem Sendeelement 203/von dem Empfangselement 205 räumlich verlagert. In anderen Ausführungsformen der Erfindung weist das Empfangselement 205 eine räumliche Ausdehnung auf, die größer als die Verlagerungsentfernung h ist (d. h. enthält es eine Anordnung einzelner Empfänger, die räumlich voneinander getrennt sind). Falls das Empfangselement 205 N Elemente mit einem Elementabstand d enthält, ist z. B. seine Apertur d·N > h. Somit braucht ein Winkelrichtungssensorsystem 201 mit der Sendewiederholungsvorrichtung 207 im Allgemeinen keine größere Apertur als eine Vorrichtung des Standes der Technik, bei der eine Sendewiederholungsvorrichtung fehlt, aufweisen. Somit können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Erhöhen der Winkelauflösung eines Richtungserfassungssystems ohne Erhöhung der Apertur des Systems verwendet werden. 3 provides a simplified geometry for the in 2A to 2D In this simplified geometry are the transmitting element 203 and the receiving element 205 shown at the same point, at a vertex 306 a triangle 301 , are. In some embodiments of the invention, the transmitting element 203 and the receiving element 205 combined into a single device (eg to a transceiver). The object 213 is located at the top corner of the triangle 301 and the retransmission device 207 is located at a corner point 308 of the triangle 301 , A baseline 303 of the triangle 301 has a length equal to the predetermined fixed physical distance between the transmitting element 203 / the receiving element 205 and the retransmission device 207 corresponds, this distance is designated as h. In various embodiments of the invention, the retransmission device is 207 by a given distance, such as h, from the transmitting element 203 / from the receiving element 205 moved spatially. In other embodiments of the invention, the receiving element 205 a spatial extent that is greater than the displacement distance h (ie, it contains an array of individual receivers that are spatially separated from each other). If the receiving element 205 Contains N elements with an element distance d, z. B. its aperture d · N> h. Thus, an angular direction sensor system needs 201 with the retransmission device 207 generally not larger in aperture than a prior art device lacking a retransmission device. Thus, embodiments of the present invention may be used to increase the angular resolution of a direction detection system without increasing the aperture of the system.

Eine Winkelrichtung α 309 repräsentiert die Azimutwinkelrichtung des Objekts 213 in Bezug zu dem Sendeelement 203/dem Empfangselement 205, d. h. die Winkelrichtung einer Seite 305 des Dreiecks 301. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung entspricht eine berechnete Winkelrichtung der Winkelrichtung einer Seite 307 des Dreiecks 301. In bestimmten anderen Ausführungsformen der Erfindung, die Doppler-Verschiebungs-Messungen ausführen, um eine Geschwindigkeit des Objekts 213 in Bezug zu dem Winkelrichtungssensorsystem 201 zu berechnen, ist eine Winkelrichtung des Objekts 213 eine Winkelkomponente eines Geschwindigkeitsvektors v → 311 des Objekts 213.An angular direction α 309 represents the azimuth angle direction of the object 213 in relation to the transmitting element 203 / the receiving element 205 ie the angular direction of a page 305 of the triangle 301 , In another embodiment of the invention, a calculated angular direction corresponds to the angular direction of one side 307 of the triangle 301 , In certain other embodiments of the invention, which perform Doppler shift measurements to a speed of the object 213 in relation to the angular sense sensor system 201 to calculate is an angular direction of the object 213 an angular component of a velocity vector v → 311 of the object 213 ,

4 veranschaulicht einen Zeitablaufplan 401 für die in 2A bis 2D dargestellten Beispiele. Auf einer Zeitachse 405 sind die Zeitpunkte, die direkt messbar und dem Winkelrichtungssensorsystem 201 bekannt sind, d. h. der Zeitpunkt t0 209, der Zeitpunkt t2 219 und der Zeitpunkt t5 229, gezeigt. Eine Amplitudenachse 403 veranschaulicht konzeptionell die Amplituden der betreffenden Signale. Das Signal 211, das zum Zeitpunkt t0 209 (2A) gesendet wird, ist als eine Amplitude 407 gezeigt. Das Echo 217, das zum Zeitpunkt t2 219 empfangen wird (2B), weist eine kleinere Amplitude 409 auf. Das Echo 227, das zu einem Zeitpunkt t5 229 empfangen wird (2D), weist eine noch kleinere Amplitude 411 auf. 4 illustrates a timetable 401 for the in 2A to 2D illustrated examples. On a timeline 405 are the times that are directly measurable and the angular sense sensor system 201 are known, ie the time t 0 209 , the time t 2 219 and the time t 5 229 , shown. An amplitude axis 403 conceptually illustrates the amplitudes of the respective signals. The signal 211 that at time t 0 209 ( 2A ) is transmitted as an amplitude 407 shown. The echo 217 that at time t 2 219 Will be received ( 2 B ), has a smaller amplitude 409 on. The echo 227 that at a time t 5 229 Will be received ( 2D ), has an even smaller amplitude 411 on.

Ein Zeitintervall 413 zwischen dem Zeitpunkt t0 209 und dem Zeitpunkt t2 219 (t2 – t0) entspricht der Zeitdauer, in der das Signal 211 zu dem Objekt 213 läuft (2A) und daraufhin das Echo 217 zurückkehrt (2B). In der vereinfachten Geometrie aus 4 ist dies die Länge der Seite 305 mal zwei, als 2d1 bezeichnet. In Ausführungsformen der Erfindung, die elektromagnetische Signale nutzen (wie etwa Radar- oder Lidar-Systeme), wird dann die Zeit-Entfernungs-Beziehung als (t2 – t0) = 2d₁ / c ausgedrückt, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. In anderen Ausführungsformen, die (wie etwa Sonar-Systeme) Schallsignale nutzen, gilt eine ähnliche Beziehung, wobei die Lichtgeschwindigkeit durch die Schallgeschwindigkeit ersetzt ist.A time interval 413 between the time t 0 209 and the time t 2 219 (t 2 -t 0 ) corresponds to the length of time in which the signal 211 to the object 213 running ( 2A ) and then the echo 217 returns ( 2 B ). In the simplified geometry off 4 this is the length of the page 305 times two, referred to as 2d 1 . In embodiments of the invention that use electromagnetic signals (such as radar or lidar systems), the time-distance relationship is then considered (t 2 -t 0 ) = 2d₁ / c expressed, where c is the speed of light. In other embodiments that use sound signals (such as sonar systems), a similar relationship applies wherein the speed of light is replaced by the speed of sound.

Falls durch das Sendeelement 203, das dem Eckpunkt 306 des Dreiecks 301 entspricht, eine Sendewiederholung 211 ausgeführt würde, würde das Zeitintervall (t5 – t2) einem zweiten Umlauf der Seite 305 des Dreiecks 301 entsprechen und wäre es, wie in 4 durch einen Zeitpunkt 417 auf der Zeitachse 405 dargestellt ist, gleich dem Zeitintervall (t2 – t0). Wie in 2C gezeigt ist, wird die Sendewiederholung 221 allerdings durch die Sendewiederholungsvorrichtung 207 ausgeführt, deren Position von dem Sendeelement 203 zu dem Eckpunkt 308 des Dreiecks 301 räumlich verlagert ist. Somit ist der Zeitpunkt t5 229 wegen der räumlichen Verlagerung der Sendewiederholungsvorrichtung 207 von dem Sendeelement 203 im Allgemeinen um ein Zeitinkrement/-dekrement Δt 418 zeitlich verlagert, so dass er eine Zeit (t5 – t2) 416 ist. In der Tat ist t5 229 der Zeitpunkt für einen Umlauf der Seite 305 des Dreiecks 301 zuzüglich eines Umlaufs der Seite 307 des Dreiecks 301. Das heißt es ist (t5 – t2) = 2(d₁ + d₂) / c Somit sind die Seiten des Dreiecks 301, wenn ohne Verlust der Allgemeinheit t0 = 0 gesetzt ist:
Seite 303 – h (aus direkter physikalischer Messung);
Seite 305 d1 = ct₂ / 2 und
Seite 307 d2 = ct₅ / 2 – d1 = c / 2(t5 – t2) .
If through the transmitting element 203 that's the corner 306 of the triangle 301 corresponds to a retransmission 211 would run, the time interval (t 5 - t 2 ) would be a second round of the page 305 of the triangle 301 correspond and would be like in 4 through a time 417 on the timeline 405 is shown equal to the time interval (t 2 - t 0 ). As in 2C is shown, the retransmission is 221 however, by the retransmission device 207 executed, whose position from the transmitting element 203 to the corner 308 of the triangle 301 is spatially relocated. Thus, the time t is 5 229 because of the spatial displacement of the retransmission device 207 from the transmitting element 203 generally by a time increment / decrement .DELTA.t 418 temporally relocated so that he has a time (t 5 - t 2 ) 416 is. In fact, t is 5 229 the time for one round of the page 305 of the triangle 301 plus one round of the page 307 of the triangle 301 , That is it is (t 5 - t 2 ) = 2 (d₁ + d₂) / c Thus, the sides of the triangle 301 , if t 0 = 0 is set without loss of generality:
page 303 - h (from direct physical measurement);
page 305 - d 1 = ct₂ / 2 and
page 307 - d 2 = ct₅ / 2 -d 1 = c / 2 (t 5 -t 2 ) ,

Somit sind unter der Voraussetzung der Zeitmesswerte von t2 und t5 die drei Seiten des Dreiecks 301 bekannt und kann das Dreieck 301 (wie etwa mit dem Cosinussatz) gelöst werden, um die Winkelrichtung α 309 zu erhalten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird die Winkelrichtung in Bezug zu anderen Punkten gemessen. Zum Beispiel wird die Winkelrichtung in einer Ausführungsform von dem Mittelpunkt der Grundlinie 303 des Dreiecks 301 aus gemessen. Eine Transformation der Winkelrichtung α 309 in eine Winkelrichtung in Bezug zu einem anderen gewünschten Referenzpunkt wird unter Verwendung von Standardverfahren leicht ausgeführt.Thus, assuming the time measurements of t 2 and t 5 are the three sides of the triangle 301 known and can the triangle 301 (such as with the cosine set) to solve the angular direction α 309 to obtain. In other embodiments of the invention, the angular direction is measured relative to other points. For example, will the angular direction in one embodiment from the midpoint of the baseline 303 of the triangle 301 measured. A transformation of the angular direction α 309 in an angular direction relative to another desired reference point is easily performed using standard techniques.

Die obige Beschreibung und die obigen Gleichungen beziehen sich auf Zeitmessungen, die Impulssignale umfassen. Im Folgenden sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und diskutiert, die Phasendifferenzmessungen nutzen.The above description and equations relate to timing measurements that include pulse signals. In the following, embodiments of the invention are shown and discussed that use phase difference measurements.

In 4 sind die Zeitdauer (t2 – t0) 417 und das Zeitinkrement/-dekrement Δt 418 gezeigt, um den Punkt hervorzuheben, dass in bestimmten Anwendungen (wie etwa in einem Kraftfahrzeugradar) sowohl d1 als auch d2 im Allgemeinen viel größer als h sind, so dass d2 ≈ d1 ist und somit das Inkrement/Dekrement Δt 418 im Allgemeinen klein ist. Somit kann erwartet werden, dass das Echo 227 während eines Zeitintervalls 419 bei dem Empfangselement 205 ankommt. Dementsprechend kann ein Signalprozessor ein Rechteckfilter verwenden, um das Zeitintervall 419 zu isolieren, wenn t5 gemessen wird, um die Erkennung des Echos 227 zu verbessern, das insbesondere dann, wenn die Sendewiederholungsvorrichtung 207 ein passiver Reflektor ist, schwächer als das Echo 217 sein kann.In 4 are the time duration (t 2 - t 0 ) 417 and the time increment / decrement Δt 418 to emphasize the point that in certain applications (such as in a motor vehicle radar) both d 1 and d 2 are generally much larger than h such that d 2 ≈ d 1 and thus the increment / decrement Δt 418 is generally small. Thus, it can be expected that the echo 227 during a time interval 419 at the receiving element 205 arrives. Accordingly, a signal processor may use a rectangular filter at the time interval 419 isolate when t 5 is measured to detect the echo 227 especially when the retransmission device 207 a passive reflector is weaker than the echo 217 can be.

5A stellt schematisch eine Sensoranordnung 501 dar, die ein Sendewiederholungselement 503 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Die Sensoranordnung 501 enthält Sensoren 501a, 501b, 501c, 501d, 501e, 501f und 501g, die horizontal angeordnet sind, so dass die Sensoranordnung 501 eine Azimutwinkelrichtung eines Zielobjekts durch bekannte Techniken einer phasengesteuerten Antennenanordnung bestimmen kann. In 5A ist das Sendewiederholungselement 503 in einer Ausführungsform als orthogonal von der Sensoranordnung 501 verlagert gezeigt. Die im Folgenden diskutierte 5B zeigt ein Sendewiederholungselement, das kollinear mit der Sensoranordnung wie etwa zwischen einem Paar benachbarter Sensoren liegt. 5A schematically illustrates a sensor arrangement 501 representing a retransmission element 503 in accordance with an embodiment of the invention. The sensor arrangement 501 contains sensors 501 . 501b . 501c . 501d . 501e . 501f and 501g which are arranged horizontally, so that the sensor arrangement 501 can determine an azimuth angle direction of a target object by known phased array antenna techniques. In 5A is the retransmission element 503 in one embodiment, as orthogonal to the sensor array 501 shown shifted. The discussed below 5B shows a retransmission element that is collinear with the sensor assembly, such as between a pair of adjacent sensors.

In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Sendewiederholungselement 503 einen Rückstrahler (z. B. einen Winkelreflektor) enthalten. In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält das Sendewiederholungselement 503 einen aktiven Zwischenverstärker. Ein aktiver Zwischenverstärker umfasst höhere Hardwarekosten als ein passiver Reflektor, erzeugt aber ein stärkeres Sendewiederholungssignal und führt somit zu einem stärkeren empfangenen Echo.In accordance with an embodiment of the present invention, the retransmission element 503 a retroreflector (eg an angle reflector). In accordance with another embodiment of the invention, the retransmission element includes 503 an active repeater. An active repeater involves a higher hardware cost than a passive reflector, but produces a stronger retransmission signal, resulting in a stronger received echo.

In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist das gesendete Sensorsignal ein Impuls. In zusätzlichen Ausführungsformen ist das gesendete Signal ein Dauerstrich. In weiteren Ausführungsformen wird die Frequenz des gesendeten Signals gewobbelt, was zu einem ”Chirp” führt. Andere Ausführungsformen der Erfindung weisen andere Signalformen auf. Somit führen Ausführungsformen der Erfindung je nach der gesendeten Signalform die Verarbeitung der empfangenen Signale mit Techniken, die die Zeitselektion, die Frequenzselektion oder sowohl die Zeit- als auch die Frequenzselektion umfassen, aus.In various embodiments of the invention, the transmitted sensor signal is a pulse. In additional embodiments, the transmitted signal is a continuous wave. In further embodiments, the frequency of the transmitted signal is swept, resulting in a "chirp". Other embodiments of the invention have other waveforms. Thus, embodiments of the invention, depending on the transmitted waveform, process the received signals with techniques including time selection, frequency selection, or both time and frequency selection.

5B stellt konzeptionell eine Ausführungsform der Erfindung dar, die Differenzphasenmessungen verwendet. Ein Abschnitt der Anordnung 505 enthält Sensoren 505a, 505b und 501c, die horizontal angeordnet sind, so dass die Sensoranordnung 505 eine Azimutwinkelrichtung eines Zielobjekts durch bekannte Techniken einer phasengesteuerten Antennenanordnung bestimmen kann. Der Sensor 505a ist das Element k – 1 der Anordnung 505, der Sensor 505b ist das Element k der Anordnung 505 und der Sensor 505c ist das Element k + 1 der Anordnung 505. Die Elemente der Anordnung 505 weisen einen als Δx bezeichneten konstanten linearen Abstand 519 auf. Innerhalb der Anordnung 505 ist ein Sendewiederholungselement 507 eingefügt, das sich in einer Entfernung 521 von dem Element k (Sensor 505b) befindet. Die Entfernung 521 ist als Δy bezeichnet. Das Ziel 513 befindet sich in einer als R bezeichneten Entfernung 517 in einer als Winkel θ bezeichneten Winkelverlagerung 515. Die Entfernung R 517 ist im Vergleich zu den Dimensionen der Anordnung 505 groß, so dass der Winkel θ 515 und die Entfernung R 517 über alle Sensorelemente der Anordnung 505 im Wesentlichen konstant sind. Es ist eine Wellenfront-Phasenverzögerung 523 für das Element k (Sensor 505b) für eine Wellenlänge λ dargestellt. 5B conceptually illustrates an embodiment of the invention that uses differential phase measurements. A section of the arrangement 505 contains sensors 505a . 505b and 501c which are arranged horizontally, so that the sensor arrangement 505 can determine an azimuth angle direction of a target object by known phased array antenna techniques. The sensor 505a is the element k-1 of the arrangement 505 , the sensor 505b is the element k of the arrangement 505 and the sensor 505c is the element k + 1 of the arrangement 505 , The elements of the arrangement 505 have a constant linear distance called Δx 519 on. Inside the arrangement 505 is a retransmission element 507 inserted, which is at a distance 521 from the element k (sensor 505b ) is located. The distance 521 is designated as Δy. The goal 513 is located in a distance called R 517 in an angular displacement designated as angle θ 515 , The distance R 517 is compared to the dimensions of the arrangement 505 big, so the angle θ 515 and the distance R 517 over all sensor elements of the arrangement 505 are essentially constant. It is a wavefront phase delay 523 for the element k (sensor 505b ) for a wavelength λ.

Die Phasenverzögerung ϕ1k des ersten Echos bei dem Sensor k 505b ist durch ϕ1k = 2π / λ(2R + kΔxsinθ) gegeben.The phase delay φ 1k of the first echo at the sensor k 505b is through φ 1k = 2π / λ (2R + kΔxsinθ) given.

Die Phasenverzögerung ϕ2k des zweiten Echos bei dem Sensor k 505b ist durch ϕ2k = 2π / λ(4R + (kΔx + 2Δy)sinθ) gegeben.The phase delay φ 2k of the second echo at the sensor k 505b is through φ 2k = 2π / λ (4R + (kΔx + 2Δy) sinθ) given.

6 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens für Winkelrichtungsmessungen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. In einem Schritt 601 wird ein Signal 603 in Richtung eines Objekts 605 gesendet. In einem Schritt 607 wird ein Echo 609 von dem Objekt 605 empfangen und werden Messwerte des Echos 609 genommen und in einem Messwertspeicher 621 gespeichert. In einem Schritt 611 wird ein Signal 613, das eine Sendewiederholung des empfangenen Echos 609 ist, in Richtung des Objekts 605 wiederholungsgesendet. In einem Schritt 615 wird ein Echo 617 von dem Objekt 605 empfangen und werden Messwerte des Echos 617 genommen und in einem Messwertspeicher 621 gespeichert. In einem Schritt 619 werden Messwerte des Echos 609 und des Echos 617 zum Berechnen einer Winkelrichtung 623 verwendet. 6 FIG. 10 is a flowchart of a method for angular direction measurements in accordance with one embodiment of the invention. FIG. In one step 601 becomes a signal 603 in the direction of an object 605 Posted. In one step 607 becomes an echo 609 from the object 605 receive and become readings of the echo 609 taken and in a reading memory 621 saved. In one step 611 becomes a signal 613 which is a retransmission of the received echo 609 is, in the direction of the object 605 repetition sent. In one step 615 becomes an echo 617 from the object 605 receive and become readings of the echo 617 taken and in a reading memory 621 saved. In one step 619 become readings of the echo 609 and the echo 617 for calculating an angular direction 623 used.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung nutzen ähnliche Verfahren wie das in 6 dargestellte Verfahren mit Einstellungen nach Bedarf in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen. Zum Beispiel erfolgt in einer Ausführungsform der Erfindung die Sendewiederholung des Signals 613 durch einen passiven Reflektor; erfolgt in einer anderen Ausführungsform die Sendewiederholung des Signals 613 durch einen aktiven Zwischenverstärker. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Winkelrichtung 623 ein Azimutwinkel; in einer anderen Ausführungsform ist die Winkelrichtung 623 ein Höhenwinkel. In einer Ausführungsform der Erfindung sind Messungen des Echos 609 und des Echos 617 Zeitmessungen; in einer anderen Ausführungsform sind Messungen des Echos 609 und des Echos 617 Frequenzmessungen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Winkelrichtung 623 die eines Ortsvektors des Objekts 605; in einer anderen Ausführungsform ist die Winkelrichtung 623 die eines Geschwindigkeitsvektors des Objekts 605.Various embodiments of the invention use similar methods to those in FIG 6 illustrated method with settings as needed in accordance with the embodiments. For example, in one embodiment of the invention, the retransmission of the signal occurs 613 through a passive reflector; in another embodiment, the retransmission of the signal 613 through an active repeater. In one embodiment of the invention, the angular direction 623 an azimuth angle; in another embodiment, the angular direction 623 an elevation angle. In one embodiment of the invention, measurements of the echo are 609 and the echo 617 Time measurements; in another embodiment, measurements of the echo 609 and the echo 617 Frequency measurements. In one embodiment of the invention, the angular direction 623 that of a location vector of the object 605 ; in another embodiment, the angular direction 623 that of a velocity vector of the object 605 ,

7 ist ein Blockschaltplan einer Vorrichtung 700 für Winkelrichtungsmessungen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Ein Signalsendeelement 701 wird durch einen Prozessor 707 gesteuert, der eine Eingabe von einem Signalempfangselement 703 empfängt. In dieser Ausführungsform ist das Signalsendewiederholungselement 705 unabhängig von dem Prozessor 707, aber Teil der Vorrichtung 700. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Signalsendewiederholungselement 705 ein aktiver Zwischenverstärker, der Leistung von der Vorrichtung 700 empfängt. In bestimmten Ausführungsformen enthält die Vorrichtung 700 einen Taktgeber 709. In anderen Ausführungsformen enthält die Vorrichtung 700 einen Frequenzselektor 711. In nochmals anderen Ausführungsformen enthält die Vorrichtung 700 einen Signalverarbeitungscoprozessor 713. Das Ergebnis der Berechnungen durch den Prozessor 707 ist eine Winkelrichtung 715. 7 is a block diagram of a device 700 for angular direction measurements in accordance with an embodiment of the invention. A signal transmission element 701 is through a processor 707 controlled by an input from a signal receiving element 703 receives. In this embodiment, the signal transmission repeat element is 705 regardless of the processor 707 but part of the device 700 , In another embodiment of the invention, the signal transmission repeating element is 705 an active repeater, the power from the device 700 receives. In certain embodiments, the device includes 700 a clock 709 , In other embodiments, the device includes 700 a frequency selector 711 , In still other embodiments, the device includes 700 a signal processing co-processor 713 , The result of calculations by the processor 707 is an angular direction 715 ,

Claims (10)

Verfahren zum Messen einer Winkelrichtung eines Objekts, wobei das Verfahren umfasst: Senden eines elektromagnetischen oder eines akustischen Signals; Empfangen eines ersten Echos des Signals von dem Objekt; Zurücksenden des ersten Echos in Richtung des Objekts; Empfangen eines zweiten Echos von dem Objekt; und Berechnen einer Winkelrichtung des Objekts auf der Grundlage der Messwerte des ersten Echos und des zweiten Echos.A method of measuring an angular direction of an object, the method comprising: Sending an electromagnetic or an acoustic signal; Receiving a first echo of the signal from the object; Returning the first echo toward the object; Receiving a second echo from the object; and Calculating an angular direction of the object based on the measurements of the first echo and the second echo. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zurücksenden des ersten Echos das aktive Zwischenverstärken des ersten Echos oder das passive Reflektieren des ersten Echos umfasst.The method of claim 1, wherein returning the first echo comprises actively repeating the first echo or passively reflecting the first echo. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Messung des ersten Echos oder des zweiten Echos eine Zeitmessung oder eine Frequenzmessung enthält.The method of claim 1, wherein a measurement of the first echo or the second echo includes a time measurement or a frequency measurement. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Winkelrichtung des Objekts eine Winkelrichtung eines Ortsvektors des Objekts oder eine Winkelrichtung eines Geschwindigkeitsvektors des Objekts umfasst.The method of claim 1, wherein the angular direction of the object comprises an angular direction of a position vector of the object or an angular direction of a velocity vector of the object. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Komponente der Winkelrichtung des Objekts eine Azimutwinkelkomponente oder eine Höhenwinkelkomponente umfasst.The method of claim 1, wherein a component of the angular direction of the object comprises an azimuth angle component or an elevation angle component. Vorrichtung zum Messen einer Winkelrichtung eines Objekts, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Signalsendeelement, das betreibbar ist, um ein elektromagnetisches oder ein akustisches Signal in Richtung des Objekts in der Nähe der Vorrichtung zu senden; ein Signalempfangselement, das betreibbar ist, um ein erstes Echo des Signals von dem Objekt zu empfangen; eine Signalsendewiederholungsvorrichtung, die betreibbar ist, um das erste Echo in Richtung des Objekts zurückzusenden, so dass der Signalempfänger ein zweites Echo von dem Objekt empfängt; und einen Prozessor, der betreibbar ist, um auf der Grundlage der Messwerte des ersten Echos und des zweiten Echos eine Winkelrichtung des Objekts zu berechnen.Apparatus for measuring an angular direction of an object, the apparatus comprising: a signal transmitting element operable to transmit an electromagnetic or acoustic signal towards the object in the vicinity of the device; a signal receiving element operable to receive a first echo of the signal from the object; a signal transmission repeater operable to return the first echo toward the object such that the signal receiver receives a second echo from the object; and a processor operable to calculate an angular direction of the object based on the measurements of the first echo and the second echo. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Signalsendewiederholungselement einen aktiven Signalzwischenverstärker oder einen passiven Signalreflektor umfasst.The device of claim 6, wherein the signal retransmission element comprises an active signal repeater or a passive signal reflector. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Messung des ersten Echos oder des zweiten Echos Zeitmessungen oder Frequenzmessungen umfasst.The apparatus of claim 7, wherein a measurement of the first echo or the second echo includes time measurements or frequency measurements. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Winkelrichtung des Objekts eine Winkelrichtung eines Ortsvektors des Objekts oder eine Winkelrichtung eines Geschwindigkeitsvektors des Objekts umfasst.Apparatus according to claim 7, wherein the angular direction of the object is an angular direction of a Position vector of the object or an angular direction of a velocity vector of the object comprises. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Komponente der Winkelrichtung des Objekts eine Azimutwinkelkomponente oder eine Höhenwinkelkomponente umfasst.The apparatus of claim 7, wherein a component of the angular direction of the object comprises an azimuth angle component or an elevation angle component.
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