DE102014213122A1

DE102014213122A1 - Vorrichtung und Verfahren zur schallbasierten Umfelddetektion

Info

Publication number: DE102014213122A1
Application number: DE102014213122.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Karl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-01-07
Also published as: GB2530374A; GB2530374B; GB201511594D0; FR3023622B1; FR3023622A1

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schallbasierten Umfelddetektion mittels Echos vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte:
– Einprägen eines elektrischen Signals in einen Schallwandler (1), wodurch ein Aussenden eines akustischen Messsignals via den Schallwandler (1) bewirkt wird,
– Ermitteln eines Beginns, insbesondere auch eines Endes, eines Ausschwingdominanzbereiches anhand dem Schallwandler (1) zugeordneter abgespeicherter Größen aus einem Datenspeicher,
– Erfassen eines ersten elektrischen Signals (r(t)) des Schallwandlers (1) innerhalb des Ausschwingdominanzbereiches,
– Ermitteln charakteristischer Eigenschaften, insbesondere einer Übertragungsfunktion, des Schallwandlers (1) aus dem ersten elektrischen Signal (r(t)).

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur schallbasierten Umfelddetektion mittels Echos. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen bei der Analyse des Ausschwingbereiches zur Untersuchung von Wandlereigenschaften und Erkennung von Echos im Wandlersignal.
Bei der echobasierten Umfelddetektion werden akustische Signale über einen elektroakustischen Wandler in akustische Signale gewandelt und in die Umgebung abgestrahlt. Die von Umgebungsobjekten reflektierte Echos der akustischen Signale werden über einen zweiten elektroakustischen Wandler in elektrische Signale gewandelt und anschließend zur Erkennung des Umgebungsobjektes beziehungsweise seines Abstandes analysiert. Oftmals werden dieselben Wandler zur Aussendung der akustischen Messsignale und zum Empfang der reflektierten Echos verwendet. Nach dem Aussenden der Messsignale schwingt die Membran des sendenden Wandlers allmählich aus. Die um ein Vielfaches geringere Stärke der im gleichen Zeitbereich am Wandler eintreffender Echos erfordern üblicherweise ein rechtzeitiges Abklingen der Ausschwingungssignale des Wandlers und eine geeignete Identifikation der Echos gegenüber den Ausschwingsignalen. Sind die Wandlereigenschaften bekannt, kann der Verlauf des Ausschwingens prädiziert werden. Beispielsweise mittels eines Differenzenverfahrens wird der Anteil des Ausschwingsignals im Wandlersignal eliminiert, um auch Objekte im Nahbereich des Wandlers detektieren zu können. Im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung wird unter dem Begriff "Wandlereigenschaften" die Summe derjenigen Merkmale verstanden, welche das Verhalten des Wandlers beeinflussen. Dieses Verhalten wird nicht lediglich durch den Wandler selbst, sondern auch durch seine elektrische Beschaltung und die ihn umgebenden analogen Bauelemente, wie beispielsweise der Übertrager und akustisch relevante Bauelemente, wie z. B. eine mechanische Peripherie (Stoßstange o.ä.) beeinflusst. Hinsichtlich der Signalverarbeitung sind dem Fachmann mehrere ineinander überführbare Darstellungsformen der Wandlereigenschaften bekannt. Dazu gehören insbesondere:

– die Impulsantwort des Wandlers beziehungsweise dessen Sprungantwort,
– die Übertragungsfunktion des Wandlers z. B. als Transformierte der Impulsantwort (besonders gebräuchliche Transformationsverfahren sind in diesem Zusammenhang die Fourier-Transformation, die Laplace-Transformation, die Walsh-Transformation etc.),
– die Ersatzparameter gemäß einem Modell, welches das Verhalten des Wandlers (z. B. mittels Spulen, Kondensatoren, Widerständen etc. oder/und als Feder-Masse-Systems) beschreibt,
– Parameter der Impulsantwort oder einer aus dieser abgeleiteten Größe, wie beispielsweise ein Pol-Nullstellen-Diagramm,
– Zeitsignal z. B. als Folge von Abtastwerten.

Sind die Wandlereigenschaften bekannt, kann zudem die Nachschwingschwelle entsprechend nachgeführt werden, wie es in der DE 102012221591 beschrieben ist. Ein weiterer Aspekt der Nutzung der Wandlereigenschaften ist die Überwachung des Wandlers. So ist es bekannt, dass zu langsames beziehungsweise zu rasches Ausschwingen mittels einer Zeitmessung an einem Schwellenwertdetektor detektiert und bei der Bewertung der Systemzuverlässigkeit berücksichtigt werden kann. Wünschenswert wäre darüber hinaus eine detailliertere Bestimmung der Wandlereigenschaften, um die Zuverlässigkeit des Wandlers besser beurteilen zu können. Beispielsweise könnte erkannt werden, ob Beläge aus Matsch, Eis oder Schnee die Detektionsfähigkeit des Wandlers beeinflussen und/oder ob der Wandler z. B. durch Steinschlag beschädigt ist.
Nachteilig an den heute üblichen Verfahren ist, dass die ausgewerteten Signale nicht eindeutig von den Echosignalen unterschieden werden können, da die Messungen des Ausschwingens des Wandlers im gleichen Signalstärkebereich stattfinden, in welchem auch Echos eintreffen können. So wird beim Stand der Technik ein längeres Ausschwingen nur in den Fällen vermessen, in denen sich kein Objekt dauerhaft vor dem Wandler befinden kann. Dies ist beispielsweise bei der Fahrt mit einer gewissen Mindestgeschwindigkeit anzunehmen. Wünschenswert ist es jedoch, unmittelbar bei einer funktionalen Inbetriebnahme des Wandlers ohne Zeitverzug die Wandlereigenschaften zu bestimmen, um auch frühzeitig durchgeführte Messungen hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit absichern zu können. So sollte bereits bei einem noch stehenden Fahrzeug der Zustand der Sensoren analysiert werden können, um beispielsweise ihre Nahmessfähigkeit zu optimieren, Beschädigungen des Sensors bzw. das Vorhandensein von Belägen zu erkennen. Dazu ist es erforderlich, innerhalb eines Echozyklus aus den eintreffenden Signalen den Bereich zu eliminieren, der vorwiegend durch die Wandlereigenschaften charakterisiert ist.
DE 10 2010 003 624 A1 offenbart ein Frequenzmessverfahren zur Überprüfung von Wandlereigenschaften beziehungsweise Beurteilung dessen Einsatzbereitschaft.
Offenbarung der Erfindung
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bereits nach dem Abschalten einer Sendeanregung eines Sendewandlers das elektrische Wandlersignal eine Überlagerung aus dem Wandlerumfeld aufgenommener Signale (Echos) und dem Ausschwingsignal aufgrund der elektrischen Anregung ist bzw. sein kann. Für einen gewissen Zeitbereich ist jedoch die Stärke des Ausschwingens in einem erfindungsgemäß als "Ausschwing-Dominanzbereich" deutlich größer, als die Stärke eines in demselben Zeitbereich auf dem Wandler eintreffenden Echos. Der Ausschwing-Dominanzbereich ist derjenige Zeitbereich im Wandlersignal (elektrisches Signal an den elektrischen Anschlüssen des (Schall-)Wandlers), welcher zwischen dem Ende des Einprägens eines auszusendenden elektrischen Messsignals und dem Ende des Ausschwing-Dominanzbereiches liegt. Letzteres ist erfindungsgemäß dann erreicht, wenn das Wandlersignal dauerhaft kleiner ist, als das lauteste im realen Betrieb zu erwartende Echo. Das lauteste in Realität zu erwartende Echo ist typischerweise dasjenige eines sehr gut reflektierenden, ebenen Objektes (z. B. eine Wand). Der Wert des lautesten in Realität zu erwartenden Echos ist von der Echolaufzeit abhängig und nimmt mit zunehmender Echolaufzeit kontinuierlich ab. Da die exemplar- und klimabedingten Streuungen der Echostärke (z.B. Echoamplitude, Schallpegel, o.ä.) deutlich kleiner sind, als der Dynamikbereich des Ausschwingens, ist zumindest im Zentrum des Ausschwing-Dominanzbereiches das Wandlersignal vom Verlauf des Ausschwingsignals derart stark dominiert, dass anhand des Signalverlaufes im Zentrum der Ausschwingdominanz die charakteristischen Merkmale zur Bestimmung der Wandlereigenschaften (siehe oben) bereits innerhalb eines einzigen Echozyklus bestimmt werden können. Dem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist klar, dass der Ausschwing-Dominanzbereich von den Parametern des gewählten, gut reflektierenden Objektes abhängt und die Randbereiche des Ausschwing-Dominanzbereiches von nicht vernachlässigbaren Echoanteilen beeinflusst sein können. Diese Randbereiche werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung daher als "Übergangsbereiche" bezeichnet.
Die vorstehend geschilderten Erkenntnisse werden erfindungsgemäß in einem Verfahren zur schallbasierten Umfelddetektion mittels Echos verwendet. Hierbei wird in einem ersten Schritt ein elektrisches Signal in einen Schallwandler eingeprägt, wodurch ein Aussenden eines akustischen Messsignals über denselben Schallwandler erfolgt. Zur Überprüfung der Wandlereigenschaften wird anschließend ein Beginn eines Ausschwing-Dominanzbereiches innerhalb des Wandlersignals ermittelt, indem dem Schallwandler zugeordnete abgespeicherte Größen aus einem Datenspeicher ausgelesen werden. Mit anderen Worten werden in dem Datenspeicher zu einem früheren Zeitpunkt (z. B. im Rahmen des Herstellungsprozesses) Informationen hinterlegt, über welche der Ausschwing-Dominanzbereich innerhalb des Wandlersignals identifiziert werden kann. Beispielsweise kann der Ausschwing-Dominanzbereich in Abhängigkeit des Zeitpunktes definiert sein, zu welchem die Anregung des Wandlers abgeschaltet wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Stärke des Wandlersignals für die Grenzen des Ausschwing-Dominanzbereiches vordefiniert sein, beispielsweise anhand des Zeitverlaufs der Wandlersignalstärke während des Echozyklus insbesondere in Bezug auf die Stärke des stärksten im realen Betrieb zu erwartenden Echos. Ein innerhalb des Ausschwing-Dominanzbereiches anliegendes Wandlersignal (erstes elektrisches Signal des Schallwandlers) wird anschließend erfasst und zur Ermittlung charakteristischer Eigenschaften des Schallwandlers verwendet. Die charakteristischen Eigenschaften können insbesondere eine Übertragungsfunktion, eine Impuls-/Sprungantwort, eine Transformierte der Übertragungsfunktion o.ä. sein. Zusätzlich oder alternativ können Ersatzparameter eines Modells des Wandlers hinsichtlich ihrer Werte bestimmt werden. Dem Fachmann sind als übliche Modelle Beschreibungen als Feder-Masse-System oder als Serienschwingkreis gebräuchlich, ohne jedoch alternative Modellierungsformen auszuschließen. Auch das Zeitsignal beziehungsweise dessen Verlauf, dessen Einhüllende o.ä. kann zur Beschreibung der charakteristischen Eigenschaften herangezogen werden. Erfindungsgemäß wird eine frühzeitige Untersuchung der Wandlereigenschaften des Schallwandlers ermöglicht, insbesondere bereits innerhalb des laufenden Echozyklus. Lediglich eine Anregung des Schallwandlers mittels eines elektrischen Signals, das Auslesen eines Datenspeichers und die Reaktion des Wandlers innerhalb des Ausschwing-Dominanzbereiches sind erforderlich, um die charakteristischen Eigenschaften des Schallwandlers zu ermitteln. Auf diese Weise können frühzeitig in einem "Betriebszyklus" des Schallwandlers Defekte erkannt und somit Messergebnisse validiert werden. Überdies kann eine Auswertung der Wandlersignale bis zum Ende des Ausschwing-Dominanzbereiches zumindest bezüglich der Auswertung etwaig im Wandlersignal enthaltener Echos ausgesetzt werden, wodurch eine Falscherkennung von Echos verhindert und Rechenleistung eingespart werden kann.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugt kann ein Modell eines Ausschwingsignals beziehungsweise des verwendeten Schallwandlers basierend auf den charakteristischen Eigenschaften des Schallwandlers und dem eingeprägten elektrischen Signal erstellt werden. Mit anderen Worten wird anhand des während des Ausschwing-Dominanzbereiches erfassten Wandlersignals auf das "reine" Ausschwing-signal ohne Echos geschlossen. Anschließend kann das Modell des durch das Ausschwingen verursachten Anteils im Wandlersignal im Rahmen einer Echodetektion im realen Wandlersignal verwendet werden. Hierzu kann beispielsweise ein reales Wandlersignal um das Modell des Ausschwingsignals des Schallwandlers vermindert werden, im Ansprechen worauf das gegebenenfalls im Wandlersignal enthaltene Echo als Ergebnis verbleibt. Auf diese Weise braucht ein empfangenes Echo nicht notwendigerweise eine höhere Stärke aufzuweisen als das Ausschwingsignal. Entsprechend verringert sich die minimale sicher detektierbare Distanz zu Umgebungsobjekten, wodurch die Erkennungssicherheit erfindungsgemäß ausgestalteter Systeme zur Umfelddetektion erhöht wird.
Bevorzugt kann basierend auf den charakteristischen Eigenschaften des Wandlers beziehungsweise anhand des Modells des Ausschwingsignals beziehungsweise des Wandlers eine Aussage über einen Zustand des Schallwandlers und/oder eine Zuverlässigkeit eines diesen Schallwandler nutzenden Systems getroffen werden. Je nach Ausgestaltung des Modells können beispielsweise Wertebereiche für verwendete Ersatzparameter in dem oben genannten Datenspeicher abgelegt sein und zur Beurteilung der Funktionstüchtigkeit des Schallwandlers mit dem aktuellen Modell verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich können charakteristische Punkte oder Eigenschaften der Übertragungsfunktion mit abgespeicherten Werten verglichen werden (z. B. durch bekannte Verfahren der Kurvendiskussion).
Zur Ermittlung der charakteristischen Eigenschaften des Wandlers kann ein Zeitverlauf des Wandlersignals wie dessen Stärke und bei spektraler Zerlegung insbesondere dessen Amplitude(n) und alternativ oder zusätzlich dessen Phase(n) und alternativ oder zusätzlich dessen Frequenz(n) des innerhalb des Ausschwing-Dominanzbereiches erfassten Signals des Wandlers verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Stärke, repräsentiert durch eine Einhüllende, des Wandlersignals (z. B. durch eine Gleichrichtung und Tiefpassfilterung) ermittelt und der Auswertung zugrunde gelegt werden.
Die Verwendung frühzeitig vorliegender beziehungsweise anliegender Wandlersignale innerhalb eines Messzyklus' (Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgend ausgesandten Messsignalen) ermöglicht die Untersuchung des Wandlers beziehungsweise dessen Modellbildung und die Verwendung der Untersuchungsergebnisse beziehungsweise des Modells innerhalb weniger Messzyklen, insbesondere innerhalb desselben Messzyklus'. Auf diese Weise kann bei der Umfelddetektion auf äußerst aktuelle Erkenntnisse bezüglich der Funktionsfähigkeit beziehungsweise des Betriebszustandes des Wandlers geschlossen werden. Hierdurch wird eine frühzeitige Unterstützung des Anwenders durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes System ermöglicht.
Das auf Grundlage der charakteristischen Eigenschaften des Wandlers erstellte Modell des Wandlers beziehungsweise des Ausschwingsignals kann ein rechentechnisch repräsentiertes oder ein elektrisch realisiertes Ausschwingsignal sein. Je nach Ausgestaltung des zur Ausführung der Erfindung verwendeten Systems kann somit eine geeignete, aufwandsminimierte und toleranztechnisch einwandfreie Wiedergabe des Ausschwingsignals erzeugt werden. Die Verwendung eines elektrisch realisierten Signalmodells ermöglicht beispielsweise einen signalverarbeitungstechnisch durchgeführten Vergleich des Modells mit einem tatsächlichen Wandlersignal. Sofern eine digitale beziehungsweise rechentechnische Untersuchung beziehungsweise Auswertung der Wandlersignale erfolgen soll, kann ein rechentechnisch repräsentiertes Modell des Ausschwingsignals Vorteile mit sich bringen. Insbesondere für den Fall, dass digitale Signalverarbeitungsschritte zur Echoauswertung beziehungsweise Umfelddetektion in Erwägung gezogen werden, kann eine entsprechende Aufbereitung des Modells vorteilhaft sein.
Das Erstellen des Modells des Ausschwingverhaltens z.B. in Form des Ausschwingsignals kann zusätzlich zur Verwendung eines während des Ausschwing-Dominanzbereiches empfangenen elektrischen Wandlersignals auch ein zur Anregung des Schallwandlers verwendetes elektrisches Signal umfassen. Insbesondere eine Faltung des Anregungssignals mit einer (vorab bekannten) Impulsantwort des Schallwandlers kann in diesem Fall zur Vorabbestimmung gewisser Modellparameter verwendet werden, sodass Umwelteinflüsse und etwaige Beschädigungen innerhalb des Modells parametrisiert beziehungsweise identifiziert werden können. Beispielsweise können Temperaturabhängigkeiten und andere Einflüsse auf die Wandlerfunktion innerhalb des Modells separat abgebildet und zu einem späteren Zeitpunkt ebenfalls separat aktualisiert werden. Dies erübrigt in manchen Fällen eine umfassende Überarbeitung beziehungsweise Neubestimmung des Modells.
Zur Verfeinerung des wie vorstehend bestimmten Modells kann in einem zweiten, zeitlich nachfolgenden Messzyklus ein zusätzlicher Parameter beziehungsweise eine zusätzliche charakteristische Eigenschaft des Schallwandlers ermittelt bzw. Unsicherheiten des bestimmten Modells reduziert bzw. das Modell aktualisiert werden. Basierend auf diesem kann ein zweites, verfeinertes Modell des Ausschwingsignals beziehungsweise des Schallwandlers erstellt und das zur Identifikation des im elektrischen Signal enthaltenen Echos verwendete Modell unter Verwendung des zweiten Modells angepasst werden. Desweiteren kann das Modell der Wandlereigenschaften durch die Auswertung der Echosignale innerhalb eines Echozyklus und erst recht über mehrere Echozyklen hin vervollkommnet und/oder aktualisiert werden. Wird beispielsweise anhand der Echosignale ein Objektmodell und dessen Bewegungsverhalten prädiziert und ist dieses Modell hinreichend validiert, kann auf den verbleibenden, durch das Ausschwingen geprägten Signalanteil geschlussfolgert werden. Die Validierung der auf verschiedene Weisen bestimmten charakteristischen Eigenschaften kann bevorzugt mit einem Gütemaß, wie z.B. der Varianz durchgeführt werden. Kommen als Lösung verschiedene Modelle und/oder Parametersätze in Frage, kann anhand von Gütemaßen die Validität entschieden werden. So wird auch das Zeitsignal während der Anregung des Wandlers durch seine charakteristischen Eigenschaften mit geprägt, wie es in DE 102012200743 A1 beschrieben ist. Ebenso können bei der Validierung der erfingungsgemäß bestimmten Wandlereigenschaften die Resultate anderer Verfahren, wie z.B. das in DE 102012221591 beschriebene Verfahren, bei dem die Wandereigenschaften nur in bestimmten Betriebszuständen detektiert werden können, mit berücksichtigt werden. Die Verwendung während nachfolgender Messzyklen erhaltener Informationen und Erkenntnisse ermöglicht eine umfassendere (zeitaufwendigere) Untersuchung der Signale beziehungsweise die Verwendung rechentechnisch wenig leistungsfähiger Hardware, welche gegebenenfalls kostengünstiger ist. Zusätzlich können wie oben beschrieben im Laufe des Betriebes veränderte Parameter auf diese Weise berücksichtigt und abgebildet werden. So kann angenommen werden, dass kurzzeitige Veränderungen des Signals am Wandler die Folge einer die Echosignale bestimmenden Objektszene ist, sofern die Signaländerungen den erwarteten Echosignalen ähnlich sind bzw. länger anhaltende Änderungen im Signal insbesondere während sich bewegender Objekte mit höherer Wahrscheinlichkeit die Folge von geänderten Wandlereigenschaften sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur schallbasierten Umfelddetektion vorgeschlagen. Diese umfasst einen Schallwandler, einen Signalgenerator und eine Auswerteeinheit. Der Signalgenerator dient der Erstellung eines elektrischen Signals, mittels welchem der Schallwandler zur Aussendung eines akustischen Messsignals angeregt werden kann. Die Auswerteeinheit dient der oben beschriebenen Signalanalyse, für welche optional auch ein Datenspeicher innerhalb der Vorrichtung vorgesehen sein kann. Alternativ kann der Datenspeicher extern für den Zugriff durch die Auswerteeinheit vorgesehen sein. Der Schallwandler ist zum Senden und Empfangen von Schallsignalen in das Umfeld der Vorrichtung eingerichtet. Mit anderen Worten kann der Schallwandler in einem ersten Moment als Sender und in einem zweiten Moment als Empfänger (eines zum ausgesendeten Signal gehörigen Echos oder durch andere Schallwandler provozierter Echos) ausgestaltet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch den vorstehend beschriebenen Aufbau eingerichtet, ein Verfahren auszuführen, wie es in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt im Detail beschrieben worden ist.
So kann die Vorrichtung einen mittels Datenspeicher bereitgestellten Schwellenwert beinhalten, der auf ein Filterausgangssignal angewandt wird, insbesondere wenn der Filterausgang durch die Signalstärke geprägt ist, wobei der bevorzugt laufzeitinvariante Schwellenwert so gelegt wird, dass er innerhalb des Ausschwing-Dominanzbereiches durch die Hüllkurve des Wandersignals geschnitten wird und die Zeitdauer des bzw. der Schnittpunkte ein Maß für die Wandlereigenschaften ist, insbesondere für die Zeitkonstante des Ausschwingens bzw. für die Lagen der Resonanzfrequenzen bei mehrfachem Schneiden innerhalb eines Echozyklus.
So kann die Vorrichtung einen mittels Datenspeicher bereitgestellten laufzeitabhängigen Schwellenwert beinhalten, der auf ein Ausgangssignal eines Empfangsfilters angewandt wird und der anhand der gewonnenen Wandlereigenschaften so gestaltet ist, dass er bei ausschließlichem Vorhandensein von Ausschwingsignalen zumindest in bestimmten Teilbereichen nicht überschritten wird, jedoch ein zusätzliches Auftreten von Echos im Signal ein Überschreiten des durch die Wandlereigenschaften charakterisierten laufzeitabhängigen Schwellenwerts des Ausgangssignal des Empfangsfilters bewirkt.
So kann die Vorrichtung einen mittels Datenspeicher bereitgestellten laufzeitabhängigen Schwellenwert beinhalten, der auf ein Ausgangssignal eines Empfangsfilters angewandt wird und der anhand der gewonnenen Wandlereigenschaften so gestaltet ist, dass er bei ausschließlichem Vorhandensein von Ausschwingsignalen zumindest in bestimmten Teilbereichen größtenteils überschritten wird, und anhand des Zeitverhaltens (Dauer/Häufigkeit) von gegebenenfalls auftretenden kurzfristigen Unterschreitungen dieses Schwellenwerts die charakteristischen Eigenschaften des Wandlers bestimmt werden, weil beispielsweise die kurzfristigen Unterschreitungen durch die Frequenzlagen der Serienresonanz des Wandlers und der den Wandler umgebenden und eine Parallelresonanz bildenden Schaltung verursacht werden.
So kann die Vorrichtung das Wandlersignal bezüglich Zeitverlauf von Signalstärke und dominantem Frequenz- bzw. Phasenanteil analysieren um auf die Wandlereigenschaften zu schlussfolgern.
So kann die Vorrichtung anhand der gewonnenen Wandlereigenschaften in nachfolgenden Echozyklen ein Reduzieren des Ausschwingens bewirken, beispielsweise indem sie eine dem Ausschwingen gegenläufig wirkende Anregung des Wandlers steuert und/oder indem ein dem Ausschwingen entsprechendes Signal synthetisiert und vom ursprünglichen Signal subtrahiert wird.
Die Vorrichtung kann beispielsweise Bestandteil einer Umgebungssensorik für den automobilen Einsatz sein. In diesem Zusammenhang werden die Wandlereigenschaften, wenn auch nicht ausschließlich, zumindest anteilig durch die Peripherie des Schallwandlers bestimmt. Diese kann beispielsweise eine Verkleidung eines Stoßfängers des erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels umfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Ansicht von Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Systems zur Umfelddetektion;
2 ein Signalflussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Systems zur Umfelddetektion;
3a eine Prinzipdarstellung von Abschnitten in einem Zeitsignal eines Schallwandlers in einem Ausführungsbeispiel eines Systems zur Umfelddetektion;
3b eine praktische Realisierung einer Einhüllenden eines ausschwingenden Wandlers;
4 ein Zeitdiagramm einer Simulation eines Schallwandlersignals in einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur Umfelddetektion;
5 ein Zeitdiagramm einer Simulation eines Schallwandlersignals in einem Ausführungsbeispiel eines Systems zur Umfelddetektion enthaltend ein aus der Umgebung empfangenes Echo; und
6 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein System 20 zur schallbasierten Umfelddetektion, welches über einen in eine Stoßstange 5 eines Fortbewegungsmittels eingebauten Ultraschallwandler 1 als Schallwandler verfügt. Der Ultraschallwandler 1 ist eingerichtet, ein Messsignal 2 in die Umgebung des Systems 20 auszusenden. Eine Wand W repräsentiert ein im realen Betrieb des Systems 20 am besten reflektierendes Objekt, welches das bei einer gegebenen Entfernung d zwischen der Wand W und dem Ultraschallwandler 2 ein stärkstes Echo 2' erzeugt. Über einen Signalgenerator 3 kann der Ultraschallwandler 1 zur Aussendung des Messsignals 2 angeregt werden. Die am Ultraschallwandler 1 anliegenden elektrischen Zeitsignale werden über einen Mikroprozessor 4 als Auswerteeinheit empfangen und mit in einem Datenspeicher 15 abgelegten Referenzen verglichen. Zudem kann der Mikroprozessor 4 in dem Datenspeicher 15 Modelle und deren Parameter ablegen, um sie zu einem späteren Zeitpunkt verwenden zu können.
2 zeigt ein Signalflussdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems 20 zur Umfelddetektion, in welchem ein Signalgenerator 3 mit einer datentechnischen Repräsentation s(t) eines Messsignals versorgt wird. Das Messsignal wird über den Ausgang des Signalgenerators 3 einerseits auf den Ultraschallwandler 1 gegeben, andererseits wie nachfolgend beschrieben unterschiedlichen Instanzen der Signalverarbeitung zur Verfügung gestellt. Das Ausgangssignal r(t) des Ultraschallwandlers 1 gelangt an den Eingang eines Schätzers 6, durch welchen eine Modellbildung für das Ausschwingsignal und damit für gewisse Betriebsbereiche des Ultraschallwandlers 1 erstellt wird. Hierzu kann -wie gestrichelt dargestellt- die Repräsentation s(t) des Messsignals zur Verfügung gestellt werden, wodurch sich die Ermittlung der Übertragungsfunktion des Ultraschallwandlers 1 durch den Schätzer 6 berücksichtigen lässt. Das vom Schätzer 6 erstellte Modell M1 wird einer Syntheseeinheit 7 zugeführt, welche zusätzlich ebenfalls die Repräsentation s(t) des Messsignals erhält. Die Syntheseeinheit 7 erzeugt durch die vorgenannten Eingangsgrößen ein ideales Ausschwingsignal r_AM(t), welches einer Signalauswerteeinheit 8 zugeführt wird. Indem der Signalauswerteeinheit 8 zusätzlich auch das reale Wandlerausgangssignal r(t) zugeführt wird, in welchem gegebenenfalls ein Echo des vom Ultraschallwandler 1 ausgesandten Messsignals enthalten ist, kann eine Subtraktion des idealisierten Wandlersignals r_AM(t) von dem realen Wandlerausgangssignal r(t) erfolgen und die Differenz als unabhängig vom Ausschwingsignal am Wandler eingetroffenes Signal erkannt beziehungsweise einer weiteren Untersuchung unterzogen werden. Dem Fachmann ist bekannt, dass neben der hier beschriebenen Repräsentation des Wandlermodells M1 in Form des Zeitsignals der Ausschwingens auch Alternativen, wie z.B. ein Parameterbereich einer Übertragungsfunktion oder eine transformierte Größe bzw. deren Parameter bzw. Ersatzparameter eines Modells aus linearen bzw. nichtlinearen Bauelementen äquivalent zur Anwendung kommen können. Dem Fachmann sind aus der Literatur verschiedenste Formen der Signalauswertung bekannt. So stellt die hier beschriebene Form der Anwendung der Wandlereigenschaften nur eine von vielerlei Möglichkeiten dar. Beispielsweise kann die Signalauswertung 8 auf ein phasensensitives oder ein nicht phasensensitives Filterausgangssignal angewandt werden und entsprechend können sich die Anforderungen und Darstellungsweisen des beispielhaft synthetisierten Modells M1 bzw. des synthetisierten Signals r_AM(t) ändern.
In einer bevorzugten Ausprägung wird das Ausschwingsignal möglichst originalgetreu entsprechend dem tatsächlichen Ausschwingen Signalstärke- und phasenrichtig rekonstruiert und von dem Eingangssignal r(t) subtrahiert, damit der verbleibende Signalanteil möglichst ausschließlich Echosignale enthält.
In einer alternativen bevorzugten Ausprägung wird das Ausgangssignal eines Empfangsfilters, wie z.B. eines nicht phasensensitiven Matched Filters für Chirp-Signale, derart mit Schwellenwerten flankiert, dass nur bei Auftreten von durch reflektierte Echos bewirkten Signalanteilen diese Schwellenwerte über- bzw. unterschritten werden und auf diese Weise aus den Zeitpunkten des Über- bzw. Unterschreitens auf die Echolaufzeiten und somit auf die Objektabstände geschlussfolgert werden kann.
3a zeigt das Ausgangssignal eines Empfangsfilters wie das eines Matched Filters, insbesondere die stilisierte Einhüllende 10 eines Wandlersignals und die stilisierte Einhüllende 11 eines in Realität auftretenden maximalen Umgebungsechos. An einen Zeitbereich I ohne elektrische Anregung des Elektro-Akustik-Schallwandlers schließt sich ein Zeitbereich II an, in welchem der Wandler mit einem elektrischen Signal zur Aussendung eines Messsignals angeregt wird. Zu Beginn eines dritten Zeitbereiches III wird die Anregung verändert, insbesondere stark verändert, beispielsweise abgeschaltet, im Ansprechen worauf die Einhüllende des Wandlersignals 10 logarithmisch betrachtet linear über der Zeit (beziehungsweise über dem Objektabstand d) abfällt. Der Ausschwingbereich III gliedert sich in drei Bereiche (IV, V, VI), von welchen ein erster der optional auftretende anregungsseitige Übergangsbereich IV hin zu dem zweiten erfindungsgemäß identifizierte Ausschwing-Dominanzbereich V und ein sich an diesen anschließender Übergangsbereich VI hin zu dem Echo-Dominanzbereich VII ist. Hierbei ist der Ausschwing-Dominanzbereich V dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Ausschwingsignals 10 mit Sicherheit höher – beispielsweise mindestens um den Faktor 2 – als die Stärke des stärksten erwarteten empfangener Echos (vgl. Einhüllende 11) ist. In einem Bereich um den Punkt 9, an welchem identische Werte der Einhüllenden 10 für das Ausschwingsignal und die Einhüllende 11 der Echos herrschen, geht der Ausschwingbereich III in den Echo-Dominanzbereich VII über. Im Echo-Dominanzbereich ist die Stärke des schwächsten erwarteten Echos (nicht eingetragen) größer als das die Stärke Ausschwingsignals 10 – beispielsweise mindestens um den Faktor 2. Die erfindungsgemäße Verwendung des Ausschwing-Dominanzbereiches V sowie die optionale Modellbildung zur Verwendung der in diesem Bereich gewonnenen Erkenntnisse ermöglicht eine Echoidentifikation grundsätzlich bereits vor dem Punkt 9, wo die Echos auf jeden Fall geringere Stärken als das Ausschwingsignal aufweisen.
Während 3a im Ausschwingbereich III eine kontinuierlich abnehmende Hüllkurve darstellt, ist in 3b beispielhaft eine durch geänderte Wandlereigenschaften bewirkte alternative Hüllkurve 10 des Wandlersignals dargestellt. Die in der Hüllkurve von 3b sichtbaren kurzzeitigen Einbrüche der ansonsten kontinuierlich abnehmenden Hüllkurve 10 können beispielsweise die Folge von bestimmten Wandlereigenschaften, wie beispielsweise der Lage der Serienresonanzfrequenz des Wandlers und der Parallelresonanzfrequenz der den Wandler umgebenden Schaltung sein.
Beispielhaft ist in 3b ein Auswerteverfahren mittels Schwellenwert S dargestellt. Innerhalb der Ausschwingdominanz III verläuft der Schwellenwert S etwas oberhalb der Stärke des Zeitverlaufs des in Realität maximal auftretenden Echos 11. Anhand des letztmaligen Unterschreitens des Schwellenwerts S durch das Filterausgangssignal 10b zum Zeitpunkt τ_N wird der Schwellenwert S von diesem Zeitpunkt an umfunktioniert zu einem Echodetektionsschwellenwert, indem der Schwellenwert S ab dem Zeitpunkt τ_N den Zeitverlauf des Ausschwingens nach oben flankiert. Bei Auftreten eines additiv überlagerten Echos würde dieser Schwellenwert S von dem Filterausgangssignal 10 überschritten werden und anhand des Überschreitungszeitpunktes könnte auf die durch den Objektabstand charakterisierte Echolaufzeit geschlussfolgert werden.
4 zeigt ein real gemessenes gleichgerichtetes Wandlersignal 16, wobei die Bezeichnung der Zeit (beziehungsweise Distanz-)bereiche entsprechend 3 beibehalten wurden. Die Darstellung gibt eine Sättigung des Wandlersignals 16 in den Bereichen II und zu Beginn des Ausschwingbereiches III wieder, welche auch in im Stand der Technik bekannten Systemen (dynamikbedingt) auftritt. Im Ausschwingbereich III ist daher zur Veranschaulichung eine idealisierte Einhüllende 10 des Wandlersignals 16 zusätzlich eingezeichnet. Erst ab einer Objektentfernung von ca. 5 Zentimeter ist der Sättigungsbereich überwunden, sodass sich hier das gleichgerichtete Wandlersignal 16 hinsichtlich seiner Stärken an die idealisierte Einhüllende 10 anschmiegt. Ebenso eingetragen ist eine Einhüllende 11 eines in Realität auftretenden maximalen Umgebungsechos. Daran wird deutlich, dass in diesem Fall im Abstandsbereich von ca. 2 cm bis ca. 7 cm die Einhüllende des Wandlersignals 16 vom Ausschwingen dominiert wird. Trotz des Übersteuerns zu Beginn von Bereich III ist somit ein Wandlersignal 16 im Ausschwing-Dominanzbereich verfügbar. In diesem Bereich könnte somit eine wesentliche Wandler-Eigenschaft, der Zeit-(bzw. des äquivalenten Abstands-)verlauf der Einhüllenden des Ausschwingens, geschätzt werden. Als eine einfache Ausprägung der Nutzung der geschätzten Wandlereigenschaften könnte daraufhin die Ableitung des Verlaufs einer Echodetektionsschwelle 12 realisiert werden. Kurz oberhalb der idealisierten Einhüllenden 10 ist als eine mögliche Ausprägung einer Signalauswertung 8 eine Echodetektionsschwelle 12 eingezeichnet, welche zum signalstärkebasierten Erkennen von Echos durch das Wandlersignal 16 überschritten werden muss. Da in 4 ausschließlich der Verlauf des Wandlersignals 16 während der Messsignalaussendung und dem anschließenden Ausschwingen dargestellt ist, d.h., ohne Vorhandensein eines Echos sind in einem nachfolgenden Zeitbereich VII lediglich Rauschanteile 13 ohne Umgebungsechos im Wandlersignal 16 enthalten.
5 zeigt das in 4 dargestellte Wandlersignal 16, in welchem zusätzlich ein Echo 14 eines Umgebungsobjektes enthalten ist. Die Reflexionsfläche des Umgebungsobjektes bewirkt infolge eines entsprechenden Echos ein zusätzliches Auftreten einer erhöhten Stärke des Wandlersignals zwischen 10 und 20 Zentimetern Abstand. Da es sich bei dem beispielhaft gewählten Echo um das stärkste in der Realität auftretende Echo handelt, schneidet sich der ebenfalls eingezeichnete Verlauf der Stärke des maximal in Realität auftretenden Echos mit dem durch das Echo hervorgerufenen Anteils des Wandlersignals bei ca. 15 cm. Verfolgt man den Verlauf der Echo-Stärke dieses stärksten Reflektors bei verschiedenen Reflektorabständen in äquivalenter Weise, so kann auf diese Weise jenseits des Bereichs III auf den Verlauf der in Realität maximal möglichen Echostärke geschlussfolgert werden.
Wie bereits in Verbindung mit 3 erläutert, kann als eine einfache Realisierung der Signalauswertung 8 eine Echodetektionsschwelle 12 abgeleitet werden. Anhand des Überschreitens der Echodetektionsschwelle 12 durch das Wandlersignal kann daraufhin auf die Existenz einer reflektierenden Oberfläche geschlossen werden kann. Etwa bei zehn Zentimetern überschreitet das Echo die Detektionsschwelle 12. Zu früheren Zeitpunkten taucht das Echosignal in das Ausschwingsignal 16 ein. Durch Subtraktion des Ausschwingsignals 16 in 5 würde jedoch ein bereits vor der Zehn- Zentimeter-Marke ansteigendes Wandlersignal erfindungsgemäß eine Echodetektion ermöglichen. Auf diese Weise könnten Informationen über das Umgebungsobjekt zu einem früheren Zeitpunkt erhalten und ausgewertet werden.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass neben dieser hier gezeigten unmittelbaren Nutzung des im Ausschwing-Dominanzbereich 5 gewonnenen Wandlermodells auch weitere, dem Fachmann bekannte Formen der Auswertung des Echosignals geläufig sind. Beispielhaft sei hier die Auswertung mittels signalangepasstem Filter erwähnt. Zur Bestimmung der Echolaufzeit wird dazu zumeist eine inkohärente, d.h., eine die Phasenlage nicht berücksichtigende, Filterung durchgeführt. Dabei entsteht in äquivalenter Weise am Filterausgang ein Signal, das äquivalent der Signalstärke ein Maß für die Ähnlichkeit des jeweiligen Wandlersignals mit dem durch das Filter erwarteten Signal ist.
Hervorhebenswert ist in diesem Zusammenhang jedoch noch eine Mischform der Signalanalyse bei der das Modell der Wandlereigenschaften durch kohärente, d.h., auf die Phasenlage sensitive Auswertung erfolgt, während die anschließende Nutzung 8 des Wandlermodells Mx beispielsweise bei Detektion der Echolaufzeit sich heutzutage zumeist mit der nicht auf die Phasenlage sensitiven inkohärenten Filterung begnügt.
6 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur schallbasierten Umfelddetektion mittels Echos. Hierbei wird in Schritt 100 ein elektrisches Signal in einen Schallwandler eingeprägt, wodurch ein Aussenden eines akustischen Messsignals via den Schallwandler bewirkt wird. In Schritt 200 wird ein Beginn, insbesondere auch ein Ende eines Ausschwing-Dominanzbereiches, anhand abgespeicherter Größen aus einem Datenspeicher ermittelt. In Schritt 300 wird innerhalb des identifizierten Ausschwing-Dominanzbereiches ein erstes elektrisches Signal an den elektrischen Anschlüssen des Schallwandlers abgegriffen. Da der Ausschwing-Dominanzbereich für Fremdeinflüsse wenig anfällig ist, können in Schritt 400 charakteristische Eigenschaften des Schallwandlers aus dem ersten elektrischen Signal ermittelt werden. Diese dienen beispielsweise der Erstellung einer Übertragungsfunktion oder entsprechenden, den Schallwandler charakterisierenden Informationen. In Schritt 500 wird ein Modell eines Ausschwingsignals des Schallwandlers basierend auf den charakteristischen Eigenschaften des Schallwandlers und dem eingeprägten elektrischen Signal erstellt. Dies ermöglicht in Schritt 600 die Verwendung des Modells des Ausschwingsignals bei der Identifikation eines im elektrischen Signal des Wandlers enthaltenen Echos. In einem weiteren (zeitlich darauffolgenden) Messzyklus werden in Schritt 700 zusätzliche Parameter der Übertragungsfunktion des Schallwandlers ermittelt, in Schritt 800 ein zweites Modell des Ausschwingsignals des Schallwandlers basierend auf den zusätzlichen Parametern erstellt und in Schritt 900 das zur Identifikation eines im elektrischen Signal enthaltenen Echos verwendete Modell des Ausschwingsignals mittels des zweiten Modells angepasst. Auf diese Weise kann eine zeitaufwendigere Auswertung des Wandlersignals beziehungsweise eine zeitaufwendigere Erstellung des Modells verwendet werden. Zusätzlich können über der Zeit veränderliche Parameter beziehungsweise gegebenenfalls aufgetretene Defekte und andere Erkenntnisse im Rahmen des zweiten Modells berücksichtigt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein mit fortschreitender Echolaufzeit konstanter oder abnehmender Schwellenwert 11 generiert und zur Erkennung eines Echos daraufhin geprüft werden, wann das tatsächliche Wandlersignal letztmalig diesen Schwellenwert 11 unterschreitet bzw. erstmalig den Schwellenwert 11 überschreitet. Dabei wird anhand von Voruntersuchungen davon ausgegangen, dass innerhalb des erstmaligen Überschreitens bzw. letztmaligen Unterschreitends des Wandlersignals, das Wandlersignal weitestgehend unabhängig von externen Einflüssen, wie z.B. Echos ist sondern im wesentlichen – unter Berücksichtigung des anregenden Messsignals – durch die Eigenschaften des Wandlers selbst bestimmt werden. Der mit fortschreitender Echolaufzeit konstante beziehungsweise abnehmende Schwellenwert 11 ist bereits zu Beginn des Echozyklus' bekannt (z. B. als in einem Datenspeicher abgespeicherter Zeitverlauf). Er kann bevorzugt aus dem Verlauf der Echo-Peakstärken des in Realität am besten reflektierenden Objekts bei unterschiedlichen Objektabständen d gebildet werden (beispielsweise als das 1,5fache der Hüllkurve des bei der jeweiligen Anregung durch das Messsignal in Realität auftretenden maximalen Echos). Dazu wird in den Voruntersuchungen beispielsweise durch Experiment innerhalb der Echo-Dominanz VII der Verlauf der in Realität auftretenden maximalen Echostärke bestimmt. Mittels Modell, wie z.B. des einfachen Modells R₁₁(d) = K·d^–n , kann daraufhin durch Bestimmen der Modell-Parameter K und n auf den Verlauf des Schwellenwertes 11 innerhalb des Bereichs III geschlussfolgert werden. Sie kann indes exemplarspezifisch vermessen und im Rahmen der Fertigung in einem Datenspeicher 15 abgespeichert werden. Alternativ können Erfahrungswerte in einem Datenspeicher 15 abgespeichert werden, welche unabhängig von Exemplarstreuungen gute Ergebnisse gezeigt haben.
Dem Fachmann ist bekannt, dass die charakteristischen Eigenschaften eines Übertragungssystems (z.B. Wandler inklusive Peripherie) auf verschiedene, einander äquivalente Weisen dargestellt werden können. Beispiele hierfür sind der Zeitverlauf der Impulsantwort beziehungsweise Parameter einer die Impulsantwort beschreibenden Gleichung sowie die Transformierte der Impulsantwort. Auch eine Transformierte der Übertragungsfunktion beziehungsweise Ersatzparameter eines das Übertragungssystem abbildenden elektrischen Netzes können zur Formulierung der charakteristischen Eigenschaften verwendet werden. Dem Fachmann ist auch bekannt, wie die konkrete Reaktion eines Übertragungssystems auf Eingangssignale, wie z. B. auf unterschiedlich eingeprägte Anregungssignale, mittels der charakteristischen Eigenschaften bestimmt werden kann. Lediglich beispielhaft wird in diesem Zusammenhang die Faltung der Impulsantwort mit dem Zeitverlauf eines Anregungssignals beziehungsweise mit dem Zeitverlauf eines eingeprägten Messsignalpulses genannt, um das Wandlersignal während der Anregung und dem anschließenden Ausschwingen zu bestimmen. Dem Fachmann ist auch bekannt, dass ein elektrischer Anschluss stets durch zwei konjugierte Größen charakterisiert ist, wie z. B. Strom und Spannung. So ist die Systemantwort eines Wandlers mit charakteristischen Eigenschaften, an dessen beiden elektrischen Anschlüssen ein Strom zur Anregung zur Aussendung eines Messsignals eingeprägt wird, beispielsweise bevorzugt der Zeitverlauf der Spannung der elektrischen Anschlüsse.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012221591 [0003, 0015]
DE 102010003624 A1 [0005]
DE 102012200743 A1 [0015]

Claims

Verfahren zur schallbasierten Umfelddetektion mittels Echos umfassend die Schritte: – Einprägen (100) eines elektrischen Signals in einen Schallwandler (1), wodurch ein Aussenden eines akustischen Messsignals (2) via den Schallwandler (1) bewirkt wird, – Ermitteln (200) eines Beginns, insbesondere auch eines Endes, eines Bereichs (III), insbesondere eines Ausschwingdominanzbereiches (V), anhand dem Schallwandler (1) zugeordneter abgespeicherter Größen aus einem Datenspeicher (15), – Erfassen (300) eines ersten elektrischen Signals (r(t)) des Schallwandlers (1) innerhalb des Bereichs (III), insbesondere des Ausschwingdominanzbereiches (V), – Ermitteln (400) charakteristischer Eigenschaften, insbesondere einer Impulsantwort, oder/und einer entsprechenden Transformierten Übertragungsfunktion, des Schallwandlers (1) aus dem ersten elektrischen Signal (r(t)).
Verfahren nach Anspruch 1 weiter umfassend die Schritte: – Erstellen (500) eines Modells (M1) eines Ausschwingsignals des Schallwandlers (1) basierend auf den charakteristischen Eigenschaften des Schallwandlers (1) und dem eingeprägten elektrischen Signal, und – Verwenden (600) des Modells (M1) des Ausschwingsignals bei einer Identifikation eines im elektrischen Signal (r(t)) enthaltenen Echos.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend Treffen einer Aussage über einen Zustand des Schallwandlers (1) und/oder eine Zuverlässigkeit eines diesen Schallwandler (1) nutzenden Systems (20) anhand der charakteristischen Eigenschaften.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (500) charakteristischer Eigenschaften ein Auswerten – einer Amplitude, und/oder – einer Phase, und/oder – einer Frequenz des Signals (r(t)) des Wandlers umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vorgenannten Schritte innerhalb eines Messzyklus‘ zur Umfelddetektion durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verwenden des Modells (M1) das Vervollkommnen, insbesondere Aktualisieren, des in vorangehenden Echozyklen bestimmten Wandlermodells beinhaltet,
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verwenden des Modells (M1) des Ausschwingsignals ein Subtrahieren des Modells (M1) des Ausschwingsignals von dem Signal (r(t)) des Schallwandlers (1) umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erstellen (400) eines Modells (M1) des Ausschwingsignals ein rechentechnisch repräsentiertes oder ein elektrisch realisiertes Signal ergibt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erstellen des Modells (M1) des Ausschwingsignals eine Verwendung eines zur Anregung des Schallwandlers (1) verwendeten Signals (s(t)), insbesondere eine Faltung desselben mit der Impulsantwort des Schallwandlers (1), umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches in einem anderen Messzyklus weiter umfasst: – Ermitteln (700) zusätzlicher Parameter der Übertragungsfunktion des Schallwandlers (1), – Erstellen (800) eines zweiten Modells des Ausschwingsignals des Schallwandlers (1) basierend auf den zusätzlichen Parametern, und – Anpassen (900) des zur Identifikation eines im elektrischen Signal (r(t)) enthaltenen Echos verwendeten Modells (M1) des Ausschwingsignals mittels des zweiten Modells.
Vorrichtung zur schallbasierten Umfelddetektion umfassend – einen Schallwandler (1), – einen Signalgenerator (3), und – eine Auswerteeinheit (4), – insbesondere auch einen Datenspeicher (15), wobei – der Schallwandler (1) zum Senden und Empfangen von Schallsignalen (2) in das Umfeld eingerichtet ist, – der Signalgenerator (3) zur Erzeugung von Messsignalen eingerichtet ist, welche mittels des Schallwandlers (1) in das Umfeld ausgesendet werden, und – die Vorrichtung mittels der Auswerteeinheit (4) eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.