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Die Erfindung geht aus von einer Sensoreinheit zur Ortung eines mobilen Kommunikationsgeräts. Die Sensoreinheit weist dabei einen Sensor auf, der dazu ausgelegt ist, ein vom mobilen Kommunikationsgerät gesendetes elektromagnetisches Signal zu empfangen, und eine mit dem Sensor gekoppelte Auswerteeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, das vom Sensor empfangene Signal auszuwerten und in Abhängigkeit von der Auswertung eine Positionsinformation über das mobile Kommunikationsgerät zu bestimmen. Zu der Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Sensoreinheit und ein Verfahren zur Ortung eines mobilen Kommunikationsgeräts.
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Eine der mittelfristigen Herausforderungen der Automobilindustrie ist es, hoch- und vollautomatisiert fahrende Fahrzeuge zur Serienreife zu bringen. Diese Fahrzeuge benötigen ein umfassendes Bild ihrer Umgebung, um auf jegliche auftauchende Gefahren adäquat reagieren zu können. Eine besondere Herausforderung ist dabei die Erkennung von Personen. Diese ist derzeit fast ausschließlich durch die rechentechnische Auswertung von Kamerabildern mit ausreichender Güte möglich. Für ein umfassendes Bild müssen die Kameras an vielen unterschiedlichen Stellen am Fahrzeug verbaut werden und aufgrund der Abhängigkeit von einer guten Beleuchtung von Night-Vision-Systemen unterstützt werden. Die Gewährleistung der Personenerkennung um das komplette Fahrzeug wird dadurch sehr teuer. Gleichzeitig steigt rasant die Anzahl der Personen, die ständig ein oder mehrere Smartphones oder Handys mit sich führen. Das sich daraus ergebende Potential zur Detektion von Personen wird derzeit jedoch nicht ausgenutzt, könnte jedoch zu einer drastische Reduzierung der Unfälle mit Personenschäden bei gleichzeitiger Vermeidung von Fehlwarnungen oder Fehlbremsungen bei vollautomatisierten Fahrzeugen führen.
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Auch sind Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt, mittels welchen mobile Kommunikationsgeräte, wie beispielsweise Smartphones oder Handys, detektiert und dadurch Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Personen gezogen werden können.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2013 206 023 A1 ein Verfahren und ein System zum Verbessern der Verkehrssicherheit von Kindern und Jugendlichen, bei dem Positionsinformationen für mobile Endgeräte einer Mehrzahl von Verkehrsteilnehmern bestimmt werden. Dazu kann eine aktive Kommunikation über beliebige Funkstandards zwischen dem mobilen Kommunikationsgerät, das heißt dem mobilen Endgerät, und dem Kraftfahrzeug genutzt werden, bei der GPS-Daten des mobilen Kommunikationsgeräts an das Kraftfahrzeug übertragen werden. Zudem kann die GPS-Position einer Gruppe von mobilen Kommunikationsgeräten bestimmt und gegebenenfalls stabilisiert werden, wofür eine Identifikation der mobilen Endgeräte notwendig ist.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2014 219 665 A1 eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs, das mit einem mobilen Kommunikationsgerät bidirektional kommunizieren kann. Dadurch kann das Kraftfahrzeug vom mobilen Endgerät einen Bewegungsplan, zum Beispiel den Wunsch zur Überquerung der Straße, empfangen, sodass das Fahrzeug auf diesen Bewegungsplan geeignet reagieren kann.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2014 110 958 A1 ein Fahrzeug-Fußgänger-Kommunikationssystem. Dieses System umfasst ein erstes Gerät, das durch einen Fußgänger bedienbar ist, und ein durch einen Fahrer bedienbares zweites Gerät. Dabei ist das System dazu ausgebildet, über das erste und/oder das zweite Gerät eine Warnung an den Fahrer und/oder den Fußgänger auszugeben. Dieses Fahrzeug-Fußgänger-Kommunikationssystem beruht dabei auf einer aktiven Kommunikation zwischen diesen beiden Geräten, wozu ein auf einer bidirektionalen Kommunikation aufbauendes Protokoll verwendet wird.
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Diese bekannten Verfahren beruhen allesamt auf einer aktiven Kommunikation zwischen mobilem Kommunikationsgerät und Kraftfahrzeug, bei welcher Daten zwischen dem mobilen Kommunikationsgerät und dem Kraftfahrzeug ausgetauscht werden. Im Rahmen dieses Datenaustausches übermitteln die mobilen Kommunikationsgeräte ihre Positionsinformationen, die sie selbst beispielsweise mittels GPS oder einer Inertialsensorik ermitteln, an das Kraftfahrzeug. Die vom Kraftfahrzeug empfangenen Signale der mobilen Kommunikationsgeräte müssen daher interpretiert werden. Außerdem fordert in all diesen Fällen die Kommunikation zwischen Kraftfahrzeug und mobilem Kommunikationsgerät spezielle Kommunikationsprotokolle.
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Nachteilig bei diesen Verfahren ist es, dass für eine solche Kommunikation nicht nur die Kraftfahrzeuge, sondern auch die mobilen Kommunikationsgeräte speziell ausgelegt sein müssen. Beispielsweise müssen diese dazu ausgelegt sein, ihre Position zu bestimmen und diese aktiv an das Kraftfahrzeug zu übermitteln. Dazu sind beispielsweise spezielle Programme erforderlich, die auf den jeweiligen mobilen Kommunikationsgeräten installiert sein müssen, sowie auch entsprechende Hardware zur eigenen Positionsbestimmung. Eine Kommunikation mit mobilen Kommunikationsgeräten, die dafür nicht ausgelegt sind, ist damit nicht möglich. Zudem müssen auch die entsprechenden Funktionen, die das Kraftfahrzeug zur Kommunikation mit den mobilen Kommunikationsgeräten befähigen, implementiert sein. Für die aktive Kommunikation zwischen Kraftfahrzeug und mobilem Kommunikationsgerät sind daher Kommunikationsprotokolle unvermeidbar, sowie auch ein Datenaustausch, der in Bezug auf Datensicherheit immer Risiken birgt. Insgesamt sind daher zur Umsetzung einer sicheren und funktionsfähigen Kommunikation zwischen Fahrzeug und mobilem Kommunikationsgerät relativ aufwendige Maßnahmen erforderlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Sensoreinheit, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Ortung eines mobilen Kommunikationsgeräts bereitzustellen, welche die Bestimmung einer Positionsinformation über das mobile Kommunikationsgerät auf möglichst einfache Weise ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoreinheit, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Ortung eines mobilen Kommunikationsgeräts mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Sensoreinheit zur Ortung eines ersten mobilen Kommunikationsgeräts weist einen Sensor auf, der dazu ausgelegt ist, ein vom ersten mobilen Kommunikationsgerät gesendetes elektromagnetisches erstes Signal zu empfangen, und eine mit dem Sensor gekoppelte Auswerteeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, das vom Sensor empfangene erste Signal auszuwerten und in Abhängigkeit von der Auswertung eine Positionsinformation über das erste mobile Kommunikationsgerät zu bestimmen. Dabei weist der Sensor zum Empfangen des ersten Signals eine Mehrzahl von Antennen auf, die in einer vorbestimmten Anordnung und mit vorbestimmtem Abstand zueinander angeordnet sind. Weiterhin ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von von den jeweiligen Antennen empfangenen Einzelsignalen, die Signalanteile des ersten Signals am Ort der jeweiligen Antenne darstellen, die Positionsinformation über das erste mobile Kommunikationsgerät zu bestimmen.
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Die Erfindung beruht dabei auf mehreren Erkenntnissen. Zum einen nutzt die Erfindung vorteilhafterweise die Erkenntnis, dass von mobilen Kommunikationsgeräten, wie beispielsweise Smartphones oder Handys, gesendete elektromagnetische Signale sich im Wesentlichen Kugelwellenförmig ausbreiten. Die Positionsinformation kann durch den Sensor bzw. die erfindungsgemäße Sensoreinheit durch das vorsehen mehrerer Antennen in vorbestimmter Anordnung mit vorbestimmten Abstand alleine auf Basis der durch die einzelnen Antennen empfangenen Einzelsignale geometrisch ermittelt werden. Dies macht damit also vorteilhafterweise keinen Datenaustausch zwischen Sensoreinheit und dem ersten mobilen Kommunikationsgerät erforderlich, sondern die Positionsinformation kann durch Ausnutzung der Geometrie des ersten Signals sowie der Geometrie der Anordnung der Antennen bestimmt werden. Des Weiteren beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass mobile Endgeräte regelmäßig mit der Basisstation, das heißt mit Funkmasten, kommunizieren. Zu diesem Zweck werden Funkwellen, wie beschrieben als Kugelwelle, ausgesendet, die vorteilhafterweise dazu genutzt werden können, das mobile Kommunikationsgerät zu orten. Damit ist also auch keine spezielle Auslegung des mobilen Kommunikationsgeräts selbst notwendig. Auch muss die Sensoreinheit nicht aktiv mit dem mobilen Kommunikationsgerät kommunizieren oder das Kommunikationsgerät aktiv mit der Sensoreinheit. Auch dies ermöglicht es, dass keine Daten zwischen dem mobilen Kommunikationsgerät und der Sensoreinheit ausgetauscht werden müssen. Dies erfordert darüber hinaus auch keine Übertragungsprotokolle und das vom Sensor empfangene Signal muss auch nicht interpretiert werden, wodurch sichergestellt ist, dass von der Sensoreinheit keine personenbezogenen Daten ermittelt werden können. Auch kann die Sensoreinheit vollständig passiv betrieben werden, was den Stromverbrauch deutlich absenkt. Auch ist es nicht erforderlich, dass ein mobiles Kommunikationsgerät selbst seine Position ermittelt. Zudem ist im Gegensatz zu Verfahren, die beispielsweise Kameras, Ultraschall, Night-Vision-Systeme oder Ähnliches nutzen, ein verdeckter Verbau am Fahrzeug möglich, und es kann ein deutlich geringeres Gewicht erzielt werden und die Erfassung ist zudem unabhängig von Lichtverhältnissen oder Witterungsbedingungen. Damit lassen sich durch die erfindungsgemäße Sensoreinheit sowohl gegenüber den bekannten auf einer Kommunikation zwischen Fahrzeug und mobilem Kommunikationsgerät aufbauenden Verfahren sowie auch gegenüber optischer Verfahren unter Verwendung von Kameras oder Radaren zur Fußgängerdetektion deutliche Vorteile erzielen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, als Positionsinformation eine Richtung und/oder einen Abstand, insbesondere auch einen Winkel, der Position des ersten mobilen Kommunikationsgeräts in Bezug auf die Sensoreinheit zu bestimmen, insbesondere wobei der Sensor mindestens drei Antennen aufweist. Zur Bestimmung einer Richtungsinformation wäre prinzipiell bereits eine Ausbildung des Sensors mit nur zwei Antennen ausreichend. Bereits schon eine Richtungsinformation kann aussagekräftig sein, um über potentielle Gefahren Aufschluss zu geben. Wird beispielsweise festgestellt, dass sich das detektierte mobile Kommunikationsgerät in Richtung des Fahrbahnverlaufs oder in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug befindet, an welchem die Sensoreinheit Anwendung findet, so kann auf ein potentiell hohes Gefahrenrisiko geschlossen werden im Gegensatz zu dem Fall, in welchem ein mobiles Kommunikationsgerät in lateraler Richtung bezüglich des Fahrbahnverlaufs oder der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs detektiert wird. Besonders vorteilhaft jedoch ist eine zusätzliche Information über den Abstand des mobilen Kommunikationsgeräts, denn so lässt sich vorteilhafterweise die Position des mobilen Kommunikationsgeräts durch drei Raumkoordinaten beschreiben und ein potentielles Gefahrenrisiko noch präziser abschätzen. Dazu wären prinzipiell bereits drei Antennen ausreichend. Um jedoch die Lokalisierung des Signalursprungs des Signals mit möglichst hoher Genauigkeit bestimmen zu können, sind jedoch mehr als nur drei Antennen bevorzugt, wie beispielsweise ein Array von mindestens vier mal vier Antennen. Das Array kann beispielsweise als System-on-Chip gefertigt sein, was vorteilhafterweise auch bei einer großen Anzahl an Antennen eine extrem kompakte Bauweise des Sensors und damit der gesamten Sensoreinheit ermöglicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, die Positionsinformation über das erste mobile Kommunikationsgerät in Abhängigkeit von einem Laufzeitunterschied zwischen den von jeweiligen Antennen empfangenen Einzelsignalen unter Berücksichtigung des jeweiligen vorbestimmten Abstands zwischen den Antennen zu ermitteln. Da sich die einzelnen Antennen an unterschiedlichen Positionen befinden, wird ein von dem mobilen Kommunikationsgerät gesendetes Signal, welches sich wie oben beschreiben Kugelwellenförmig ausbreitet, von den jeweiligen Antennen zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen, d. h. zuerst von der Antenne, welche sich am nächsten an der Position des mobilen Kommunikationsgeräts befindet, und zuletzt von der Antenne, die sich am weitesten entfernt vom mobilen Kommunikationsgerät befindet. Aufgrund dieses Zeitunterschieds des Empfangs des Signals durch die jeweiligen einzelnen Antennen lässt sich somit auf besonders einfache und vorteilhafte Weise die Position des mobilen Kommunikationsgeräts als Signalquelle berechnen. Alternativ zur Auswertung des Zeitpunkts des Empfangs bzw. des Empfangsbeginns können auch Phasenunterschiede der jeweiligen Einzelsignale zur Ermittlung der Position des mobilen Kommunikationsgeräts herangezogen werden. Das mobile Kommunikationsgerät kann somit auf einfache Weise durch Vergleich der von den Antennen empfangenen Einzelsignale insbesondere hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufs geortet werden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt die Sensoreinheit eine passive Sensoreinheit dar, die nur zum Empfangen von elektromagnetischen Signalen des ersten mobilen Kommunikationsgeräts ausgelegt ist, und insbesondere nicht dazu ausgelegt ist, ein Signal an das erste mobile Kommunikationsgerät zu senden. Durch die Auslegung der Sensoreinheit als rein passive Sensoreinheit kann eine enorme Stromersparnis erzielt werden. Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, dass die passiven Antennen, d. h. die passive Sensoreinheit, von anderen Sensoren, zum Beispiel von denen entgegenkommender Fahrzeuge, nicht als Störquelle wahrgenommen werden kann. Da Mobilfunkgeräte regelmäßig mit ihren Basisstationen kommunizieren, zum Beispiel durch eine kontinuierliche Kommunikation im Rahmen des Internet-basierten Austauschs oder durch so genannte Keep-Alive-Meldungen an die Basisstationen, ist es auch vollkommen ausreichend, die Sensoreinheit passiv zu betreiben, wodurch die Sensoreinheit nicht aktiv nach Mobilfunkgeräten suchen muss.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Sensoreinheit derart eingerichtet, dass nur Signale in einem vorbestimmten Frequenzbereich ausgewertet werden, insbesondere wobei der vorbestimmte Frequenzbereich auf die für den Mobilfunk typischen Frequenzbänder beschränkt ist. Um dies zu bewerkstelligen, kann die Antennenelektronik, die von der Auswerteeinrichtung umfasst ist, entsprechend angepasst sein, sodass diese nur für die für den Mobilfunk typischen Frequenzbänder sensitiv ist. Damit kann vorteilhafterweise ausgeschlossen werden, dass andere Signalquellen fälschlicherweise als Mobilfunkgeräte identifiziert werden. Da die Frequenzbänder des Mobilfunks exklusiv von diesem verwendet werden, ist keine weitere Interpretation des Signals notwendig. Wiederum müssen daher keine Daten bezogen werden und es ist sichergestellt, dass vom Sensor keine personenbezogenen Daten ermittelt werden können.
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Typische Frequenzbereiche des Mobilfunks liegen beispielsweise zwischen 800 MHz und 2,6 GHz. Dieser Frequenzbereich untergliedert sich noch mal in die einzelnen Bereiche für die jeweiligen Mobilfunkstandards wie beispielsweise GSM, UMTS und LTE. Optional kann es noch vorgesehen sein, dass der oben genannte vorbestimmte Frequenzbereich nochmal in Unterbereiche untergliedert ist, um eine besonders genaue Anpassung des sensitiven Bereichs auf die einzelnen Frequenzbereiche, insbesondere auch nur auf die Sendefrequenzbereiche, die sogenannten Uplinks, für die jeweiligen Mobilfunkstandards zu bewerkstelligen, um noch mit höherer Sicherheit den Empfang oder die Auswertung von Mobilfunkgeräten verschiedenen Signalquellen ausschließen zu können. Der vorbestimmte Frequenzbereich kann jedoch auch noch andere als oben genannte Frequenzbereiche umfassen, so dass die Sensoreinheit auch für Frequenzen anderer und zukünftiger Mobilfunkstandards sensitiv ist. Im Falle einer flächendeckenden WLAN-Abdeckung durch Hot-Spots wäre es ebenso denkbar, auf die für WLAN typischen Frequenzen zu reagieren. Mit anderen Worten kann der Sensitivitätsbereich der Sensoreinheit, der durch den einen oder mehrere vorbestimmte Frequenzbereiche bestimmt sein kann, auch die für WLAN typischen Frequenzen umfassen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Sensoreinheit einen Bandpassfilter auf. Dieser ist dazu ausgelegt, Frequenzen außerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs zu unterdrücken. Auf diese Weise lässt es sich besonders einfach und kostengünstig umsetzen, Störquellen zu unterdrücken, indem die Empfangsbreite der Sensoreinheit auf ein oder gegebenenfalls auch mehrere schmale Frequenzbänder, zum Beispiel auch durch mehrere Bandpassfilter mit korrespondierenden Durchlassbereichen, beschränkt wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Auswerteeinrichtung, insbesondere zur Signalverarbeitung, ein Modul zur Unterdrückung stationärer Störquellen, wie beispielsweise Sendemasten. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, zu unterscheiden, ob es sich bei einem empfangenen Signal um das einer stationären Störquelle handelt oder nicht. Beispielsweise kann die Position dieses Signals mehrmals, zum Beispiel fortlaufend für eine vorbestimmte Zeitdauer bestimmt werden. Ändert sich diese ermittelte Position dabei nicht, zumindest nicht innerhalb vorbestimmter Grenzen, so kann auf eine stationäre Quelle geschlossen werden. Alternativ können die Positionen von Sendemasten auch der Auswerteeinrichtung vorgegeben sein, zum Beispiel in einem Speicher abgelegt sein. Wird von der Auswerteeinrichtung dann eine Position einer Signalquelle ermittelt, die mit einer der Sendemastenpositionen übereinstimmt, kann die Auswerteeinrichtung die Signalquelle mit einem Sendemast identifizieren und Maßnahmen zur Signalunterdrückung des Sendemastes einleiten. Auch können Sendemasten beispielsweise anhand ihrer Sendefrequenzen identifiziert werden. Kombinationen auch diesen Maßnahmen sind ebenso möglich, um stationäre Signalquellen zu erkennen und deren Signale zu unterdrücken, zum Beispiel durch entsprechende Filter, oder auch nur bei der Auswertung oder Weiterverarbeitung unberücksichtigt zu lassen. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise als Störquellen leicht zu identifizierende Signalquellen auf besonders einfache Weise unterdrücken.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, eine Entfaltung bzw. Trennung eines vom Sensor empfangenen zweiten Signals, welches eine Überlagerung des ersten Signals mit zumindest einem dritten von einem zweiten mobilen Kommunikationsgerät gesendeten Signal umfasst, durchzuführen. Damit kann vorteilhafterweise auch bei der Existenz mehrerer Signalquellen eine eindeutige Lokalisierung der jeweiligen Quellen ermöglicht werden. Die sich annähernd kugelförmig ausbreitenden Funkwellen verschiedener mobiler Kommunikationsgeräte überlagern sich und führen so zu einem vermischten Signal am Sensor, welches durch diese vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung entmischt bzw. entfaltet werden können. Für diese Entfaltung bzw. Trennung lassen sich auch einfache Weise bekannte Standardverfahren der Signalverarbeitung verwenden, wie z. B. die Wiener Entfaltung oder die blinde Entfaltung bzw. blinde Quellentrennung und/oder andere.
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Dadurch wird es ermöglicht, dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, auf Basis eines ersten Teils des entfalteten zweiten Signals, welcher zum ersten Signal korrespondiert, die Positionsinformation über das erste mobile Kommunikationsgerät zu bestimmen, und auf Basis eines zweiten Teils des entfalteten zweiten Signals, welcher zum dritten Signal korrespondiert, eine Positionsinformation über das zweite mobile Kommunikationsgerät zu bestimmen. Die Entfaltung führt also vorteilhafterweise schließlich dazu, dass die Entfernung bzw. die Position der Signalquellen, das heißt der mobilen Kommunikationsgeräte, mit einer hohen Güte bestimmt werden kann (Positionshypothese). Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Sensor bildgebend ausgebildet ist, das heißt, er gibt sein komplettes Spektrum an die durch die Auswerteeinrichtung bereitgestellte und nachgelagerte Signalverarbeitung weiter.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit oder einer ihrer Ausführungsvarianten. Die für die erfindungsgemäße Sensoreinheit und in ihren Ausführungen beschriebenen Merkmale, Merkmalskombinationen und deren Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Der Sensor mit den mehreren Antennen kann dabei beispielsweise an jeder beliebigen Stelle des Kraftfahrzeugs, bevorzugt in einem Außenbereich, angeordnet sein, wie zum Beispiel an der Fahrzeugfront, an den Seitenspiegeln, am Heck, im Türbereich, usw. Da der Sensor mit den mehreren Antennen auch in besonders bauraumsparender Weise als System-on-Chip gefertigt sein kann, lassen sich auch ohne viel Bauraumaufwand und Kosten mehrere solcher Sensor-Chips an verschiedenen Stellen des Kraftfahrzeugs anordnen. Dadurch lässt sich die Detektionsgenauigkeit noch weiter erhöhen. Da die Antennen elektromagnetische Wellen empfangen, kann der Sensor bzw. auch die ganze Sensoreinheit im Gegensatz zu Kameras verdeckt verbaut werden, bevorzugt an einer Position, die den Empfang elektromagnetischer Wellen möglichst wenig beeinflusst, beispielsweise hinter Kunststoffabdeckungen. Die durch die Sensoreinheit bereitgestellte Positionsinformation über ein oder mehrere mobile Kommunikationsgeräte kann damit vorteilhafterweise auch durch das Kraftfahrzeug genutzt werden, um beispielsweise Warnmeldungen in kritischen Situationen auszugeben, um Notbremsungen zu initiieren oder sogar um ein autonomes Fahren des Kraftfahrzeug auf besonders sichere Weise zu ermöglichen. Da nicht davon auszugehen ist, dass auch jeder Fußgänger ein mobiles Kommunikationsgerät bei sich trägt, eignet sich der Sensor vor allem dazu, um eine Redundanzsensorik, zum Beispiel zusätzlich zu Kameras zur Fußgängerdetektion oder Radarsystemen, bereitzustellen und dadurch die Sicherheit des Kraftfahrzeugs weiter deutlich zu erhöhen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ortung eines ersten mobilen Kommunikationsgeräts, wobei ein vom ersten mobilen Kommunikationsgerät gesendetes Signal empfangen und ausgewertet wird und in Abhängigkeit von der Auswertung eine Positionsinformation über das erste mobile Kommunikationsgerät bestimmt wird. Dabei wird das Signal mittels einer Mehrzahl an Antennen, die in einer vorbestimmten Anordnung und in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, empfangen und in Abhängigkeit von von den jeweiligen Antennen empfangenen Einzelsignalen, die Signalanteile des ersten Signals am Ort der jeweiligen Antenne darstellen, die Positionsinformation über das erste mobile Kommunikationsgerät bestimmt.
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Die für die erfindungsgemäße Sensoreinheit, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und deren Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sensoreinheit, dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und deren Ausgestaltungen genannten gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere Verfahrensschritte.
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Weiter Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Entfaltung bzw. Trennung unterschiedlicher Signalquellen mittels einer Sensoreinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Ortung eines mobilen Kommunikationsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese umfasst einen Sensor 12, der dazu ausgelegt ist, elektromagnetische Signale zu empfangen, und eine mit dem Sensor 12 gekoppelte Auswerteeinrichtung 14, die die Sensorsignale auswertet. Der Sensor 12 umfasst dabei eine Mehrzahl an Antennen 16, wobei in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine Antenne 16 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Insbesondere ist der in 1 dargestellte Sensor 12 hier exemplarisch als ein Array von vier mal vier, das heißt sechzehn, Antennen 16 ausgebildet. Zudem sind die Antennen 16 hier beispielhaft als System-on-Chip gefertigt, was eine besonders kompakte Bauweise des Sensors 12 ermöglicht, sowie eine besonders kostengünstige Produktion, da der komplette Sensor 12, optional auch zusammen mit der Auswerteeinrichtung 14, als ein einziges elektronisches Bauteil gefertigt werden kann. Der Sensor 12 kann beispielsweise eine Größe mit einer Kantenlänge von 1 Zentimeter oder auch deutlich kleiner aufweisen. Des Weiteren weisen die einzelnen Antennen 16 jeweilige Abstände d zueinander auf. In diesem Beispiel sind die Abstände d zwischen jeweilig benachbarten Antennen 16 die gleichen, jedoch sind auch beliebig andere Anordnungsmöglichkeiten der Antennen 16 möglich. Wird nun von einer Position aus ein elektromagnetisches Signal durch ein mobiles Kommunikationsgerät, welches als Kugelwelle bzw. sich kugelförmig ausbreitend angenommen werden kann, ausgesandt, so wird dieses Signal von den unterschiedlichen Antennen 16 zu unterschiedlichen Zeiten empfangen. Durch diese Laufzeitdifferenzen, die aus den von den jeweiligen Antennen 16 empfangenen Einzelsignalen ermittelt werden können, kann auf einfache Weise geometrisch der Signalursprung, das heißt die Position des mobilen Kommunikationsgeräts, ermittelt werden.
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Diese Bestimmung der Positionsinformation wird dabei durch die Auswerteeinrichtung 14 durchgeführt. Die von den einzelnen Antennen 16 empfangenen Einzelsignale werden also an die Auswerteeinrichtung 14 übermittelt, die ihrerseits zur Auswertung der Signale ein Filtermodul 18, ein Entfaltungsmodul 20 und ein Positionsbestimmungsmodul 22 aufweist. Das Filtermodul 18 kann durch einen oder mehrere Bandpassfilter die empfangenen Einzelsignale zunächst filtern, damit zur Auswertung lediglich Signale in den für den Mobilfunk typischen Frequenzbändern berücksichtig werden. Damit kann vorteilhafterweise ausgeschlossen werden, dass andere Signalquellen fälschlicherweise als Mobilfunkgeräte identifiziert werden. Zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung 14 noch ein Modul zur Unterdrückung stationärer Störquellen, wie beispielsweise Sendemasten, aufweisen. Auch dadurch lässt sich vorteilhafterweise die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung von Mobilfunkgeräten erhöhen.
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Die gefilterten Signale können dann dem Entfaltungsmodul 20 zugeführt werden, welches eine Entfaltung, Entmischung bzw. Trennung unterschiedlicher Signalquellen durchführt. Zur Entfaltung können verschiedene Standardverfahren wie beispielsweise die Wiener Entfaltung oder die blinde Entfaltung verwendet werden. Durch die Entfaltung können die von unterschiedlichen Signalquellen stammenden Signale entfaltet werden und anschließend dem Positionsbestimmungsmodul 22 zugeführt werden. Dieses ermittelt aus den jeweiligen entmischten Signalen auf Basis der Laufzeitdifferenzen, die sich aus der vorbestimmten Anordnung der einzelnen Antennen 16 ergibt, die Position des mobilen Kommunikationsgeräts, bzw. der mobilen Kommunikationsgeräte, im Falle dass das empfangene Signal sich aus mehreren Einzelsignalen verschiedener mobiler Kommunikationsgeräte zusammensetzt.
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Das Prinzip der Entmischung ist dabei schematisch noch mal in 2 dargestellt. 2 zeigt dabei insbesondere schematisch zwei Signalquellen 24a, 24b, die jeweils einer Position eines jeweiligen mobilen Kommunikationsgeräts entsprechen. Jedes dieser Signalquellen 24a, 24b sendet dabei ein Signal 26a bzw. 26b in Form einer sich kugelförmig ausbreitenden Welle aus. Diese. beiden Signale 26a, 26b überlagern sich und treffen auf den Sensor 12, der hier im Querschnitt dargestellt ist. Weiterhin soll das vom Sensor 12 empfangene Signal durch die mit 28 bezeichnete Kurve veranschaulicht werden. Durch die Entfaltung, für die oben beschriebene Verfahren verwendet werden können, ist es möglich, diese sich überlappenden Signale 24a, 24b aus dem empfangenen Gesamtsignal 28 wieder in zwei Einzelsignale zu zerlegen und daraus die jeweilige Position des jeweiligen mobilen Kommunikationsgeräts zu ermitteln.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Ortung eines mobilen Kommunikationsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei wird zunächst im Schritt S10 vom Sensor 12 ein elektromagnetisches Signal empfangen. Dieses wird an die Auswerteeinrichtung 14 übermittelt und zunächst dem Filtermodul 18 zugeführt, welches in Schritt S12 das empfangene Signal hinsichtlich seiner Frequenzen auf einen vorbestimmten Frequenzbereich, insbesondere auf die für den Mobilfunk typischen Frequenzbänder, beschränkt, was beispielsweise mittels einem oder mehreren Bandpassfiltern auf einfache Weise bewerkstelligt werden kann. Das gefilterte Signal wird dann dem Entfaltungsmodul 20 zugeführt, welches in Schritt S14 die Entfaltung des gefilterten Signals vornimmt. Wie beschrieben, lässt sich hierdurch für den Fall, dass das empfangene Signal aus mehrere Signalquellen stammt, das Signal in die den jeweiligen Quellen zugeordneten Teilsignale trennen. Diese werden dann dem Positionsbestimmungsmodul 22 zugeführt, welches im Schritt S16 für eine jeweilige Signalquelle aus den Laufzeitdifferenzen der durch die jeweiligen Antennen 16 empfangenen Einzelsignale die Position der Signalquelle, und daher des mobilen Kommunikationsgeräts, bestimmt.
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Insgesamt ermöglicht es die Erfindung somit, einen besonders kostengünstigen Sensor zur Detektion von Personen anhand ihrer mobilen Kommunikationsgeräte, wie beispielsweise Smartphones oder Handys, bereitzustellen, welcher durch seinen passiven Betrieb eine äußerst geringe Stromaufnahme aufweist, verdeckt im Fahrzeug angeordnet werden kann, unabhängig von der Tageszeit und Witterungseinflüssen eine zuverlässige Detektion von Signalen und eine Ortung des Signalursprungs bewerkstelligen kann. Zudem wird eine äußerst stabile Detektion von Personen durch geringe Heterogenität, das heißt durch die Beschränkung der Frequenzen auf die für den Mobilfunkbereich typischen Frequenzen, bereitgestellt. Sein geringes Gewicht im Gegensatz zu konventionellen und schweren Sensoren ermöglicht zudem eine Reduktion des CO2 Ausstoßes. Durch die passive Erkennung von Kugelwellen entsteht darüber hinaus keine Abhängigkeit von 2D/3D Sichtinformationen, beispielsweise im Vergleich zu Laserscannern oder Radaren. Vorteilhafterweise wird auch durch die passiven Antennen die Sensoreinheit von anderen Sensoren nicht als Störquelle wahrgenommen, und die Sensoreinheit lässt sich vor allem besonders gut als Redundanzsensorik im Hinblick auf funktionale Absicherung nutzen. Durch die ausschließlich passive Kommunikation, das heißt der vorgeschlagene Sensor empfängt lediglich und kommuniziert nicht aktiv mit mobilen Kommunikationsgeräten, lässt sich dieser Umfeldsensor zudem mit sehr wenig Energie betreiben. Weiterhin ist auch keine Identifikation des mobilen Endgeräts notwendig, wie bei bekannten Kommunikationsverfahren zwischen Kraftfahrzeug und mobilen Kommunikationsgeräten. Die Detektion erfolgt damit ausschließlich anhand des Signatur des Funksignals (das heißt dessen Frequenz) und nicht durch die Übermittlung von Daten gemäß irgendeiner Art von Protokoll. Die passive Detektion nutzt dabei aus, dass mobile Endgeräte regelmäßig mit der Basisstation kommunizieren. Zu diesem Zweck werden Funkwellen als Kugelwelle ausgesendet, wodurch die Erkennung durch den Sensor erst möglich wird. Damit muss das Funksignal vom Sensor vorteilhafterweise nicht interpretiert werden, wodurch selbst eine unverschlüsselte Kommunikation geheim bleibt. Auch die Störunterdrückung erfolgt auf besonders einfache Weise nicht durch ein spezifisches Protokoll, sondern durch die Beschränkung auf ein schmales Frequenzband, zum Beispiel durch Anwendung eines Bandpassfilters. Auch erfordert die Erfindung keine besondere Ausbildung mobiler Kommunikationsgeräte, denn die Positionsbestimmung erfolgt nicht via GPS oder Inertialsensorik des mobilen Kommunikationsgeräts, sondern allein durch die Signalverarbeitung des Sensors, welche in der Auswerteeinrichtung umgesetzt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013206023 A1 [0004]
- DE 102014219665 A1 [0005]
- DE 102014110958 A1 [0006]
