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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Navigation eines Kraftfahrzeugs in einer Navigationsumgebung, insbesondere einem mehrere Abstellplätze aufweisenden Parkraum, wobei durch wenigstens einen Umfeldsensor des Kraftfahrzeugs in der Navigationsumgebung, insbesondere an wenigstens einer Wand, positionierte, durch den Umfeldsensor erfassbare Navigationsmuster aufweisende Navigationsmarker beschreibende Sensordaten aufgenommen und zur Detektion aufgenommener Navigationsmuster ausgewertet werden, wonach in den detektierten Navigationsmustern enthaltene, bei der Navigation des Kraftfahrzeugs zu berücksichtigende Navigationsinformationen extrahiert werden. Daneben betrifft die Erfindung einen Navigationsmarker.
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Zur Unterstützung der Navigation von Kraftfahrzeugen in räumlich eng begrenzten Navigationsumgebungen, beispielsweise Parkräumen, wurde die Verwendung von optischen Navigationsmarkern vorgeschlagen. Insbesondere in Parkhäusern oder sonstigen, Wände aufweisenden Navigationsumgebungen können derartige Navigationsmarker an den Wänden gut sichtbar angebracht werden. Es wurde auch die Verwendung von durch Umfeldsensorik eines Kraftfahrzeugs zu erfassenden Navigationsmarkern vorgeschlagen, die entsprechend optische Navigationsmuster, beispielsweise nach der Art eines Strichcodes oder QR-Codes, enthalten, in die eine Navigationsinformation kodiert ist. Das Navigationsmuster kann in Sensordaten optischer Umfeldsensoren, die den entsprechenden Navigationsmarker beschreiben, detektiert werden, so dass sich durch die Kodierung, gegebenenfalls auch unter Nutzung einer Look-up-Tabelle, die Navigationsinformation ableiten und innerhalb des Kraftfahrzeugs vollautomatisch weiterverwerten lässt, insbesondere durch Fahrerassistenzsysteme wie Navigationssysteme und/oder zur wenigstens teilweise automatischen Führung des Kraftfahrzeugs ausgebildete Fahrerassistenzsysteme. Beispielsweise können derartige Navigationsmarker eingesetzt werden, um die Positionsbestimmung innerhalb der Navigationsumgebung, beispielsweise eines Parkhauses, zu verbessern, vor bestimmten Gegebenheiten zu warnen oder auch Fahranweisungen weiterzugeben.
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Derartige optische Navigationsmarker haben jedoch den Nachteil, dass sie nicht nur für optische Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs, sondern auch für das menschliche Auge sichtbar sind. Das bedeutet, dass die Navigationsmarker die Außenansicht der Wände bzw. allgemein der Navigationsumgebung beeinflussen und beeinträchtigen können. Ein weiterer Nachteil der Navigationsmarker ist, dass sie mittels der optischen Umfeldsensoren nur ab einer bestimmten Helligkeit und bei einer korrekten Orientierung des optischen Umfeldsensors, insbesondere einer Kamera, detektierbar sind. Meist werden derartige Navigationsmarker in Parkräumen, beispielsweise in Parkhäusern oder privaten Parkplätzen, verwendet, um Fahrerassistenzsystemen in Kraftfahrzeugen Zusatzinformationen, beispielsweise Hinweise, zur Verfügung zu stellen. Ist der optische Umfeldsensor verschmutzt oder ist eine zu geringe Umgebungshelligkeit gegeben, werden die Navigationsmarker, konkret ihre Navigationsmuster, mit den optischen Umfeldsensoren nicht erkannt. Das bedeutet, dass in derartigen Situationen keine Unterstützung des Fahrers durch auf optischen Umfeldsensoren basierende Fahrerassistenzsysteme gegeben ist, was gerade in kritischeren Fahrsituationen, beispielsweise bei engen Stellen in einem Parkhaus, problematisch sein kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verlässlichere Erkennung der Navigationsmarker in einer Navigationsumgebung, insbesondere einem Parkraum, zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein radardetektierbares Navigationsmuster enthaltende Navigationsmarker und als Umfeldsensor wenigstens ein Radarsensor verwendet werden.
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Erfindungsgemäß wird mithin die Nutzung von Navigationsmarkern vorgeschlagen, die für Radarsensoren sichtbar sind, insbesondere also Radarwellen in einem bestimmten, sich durch das Navigationsmuster ergebenden Reflexionsmuster reflektieren. Zweckmäßigerweise können hierbei aus metallhaltigem Material gebildete Navigationsmuster verwendet werden, das bedeutet, die Marker enthalten Metall, beispielsweise Metallpartikel, die in einer bestimmten Struktur, dem Navigationsmuster, angeordnet sind. Die Verwendung von Radarsensoren hat den Vorteil, dass diese nicht von der Umgebungshelligkeit abhängig sind und auch auf Verschmutzungen deutlich weniger anfällig reagieren als optische Umfeldsensoren. Mithin erlauben Radarsensoren als Umfeldsensoren bei entsprechend ausgestalteten Navigationsmarkern eine deutlich verlässlichere Erfassung und Detektion der Navigationsmuster.
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Dabei nutzt die vorliegende Erfindung insbesondere aus, dass inzwischen hochauflösende Radarsensoren auf Halbleiterbasis, insbesondere CMOS-Basis, vorgeschlagen wurden, deren Detektionseigenschaften eine deutliche Unterscheidung von Reflexionszentren auch bei kleineren Strukturen, beispielsweise kleineren Navigationsmustern, erlauben.
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Die Realisierung von Radarkomponenten auf Halbleiterbasis erwies sich lange Zeit als schwierig, da teure Spezialhalbleiter, insbesondere GaAs, benötigt wurden. Es wurden kleinere Radarsensoren vorgeschlagen, deren gesamtes Radar-Frontend auf einem einzigen Chip in SiGe-Technologie realisiert ist, ehe auch Lösungen in der CMOS-Technologie bekannt wurden. Solche Lösungen sind Ergebnis der Erweiterung der CMOS-Technologie auf Hochfrequenzanwendungen, was oft auch als RF-CMOS bezeichnet wird. Ein solcher CMOS-Radarchip ist äußerst kleinbauend realisiert und nutzt keine teuren Spezialhalbleiter, bietet also vor allem in der Herstellung deutliche Vorteile gegenüber anderen Halbleitertechnologien. Eine beispielhafte Realisierung eines 77 GHz-Radar-Transceivers als ein CMOS-Chip ist in dem Artikel von Jri Lee et al., „A Fully Integrated 77-GHz FMCW Radar Transceiver in 65-nm CMOS Technology", IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), S. 2746–2755, beschrieben.
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Nachdem zudem vorgeschlagen wurde, den Chip und die Antenne in einem gemeinsamen Package zu realisieren, ist ein äußerst kostengünstiger kleiner Radarsensor möglich, der Bauraumanforderungen deutlich besser erfüllen kann und aufgrund der kurzen Signalwege auch ein sehr niedriges Signal-Zu-Rausch-Verhältnis aufweist sowie für hohe Frequenzen und größere, variable Frequenzbandbreiten geeignet ist. Daher lassen sich derartige, kleinbauende Radarsensoren auch für Kurzreichweiten-Anwendungen, beispielsweise im Bereich von 30 cm bis 10 m, einsetzen.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, einen solchen CMOS-Transceiver-Chip und/oder ein Package mit CMOS-Transceiver-Chip und Antenne auf einer gemeinsamen Leiterplatte mit einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor (DSP-Prozessor) vorzusehen oder die Funktionen des Signalverarbeitungsprozessors ebenso in den CMOS-Transceiver-Chip zu integrieren. Eine ähnliche Integration ist für Steuerungsfunktionen möglich.
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Mithin kann auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zweckmäßig vorgesehen sein, dass als Radarsensor ein einen einen Radartransceiver realisierenden Halbleiterchip, insbesondere CMOS-Chip, aufweisenden Radarsensor verwendet wird. Mit besonderem Vorteil können durch den Halbleiterchip auch eine digitale Signalverarbeitungskomponente (DSP) des Radarsensors und/oder eine Steuereinheit des Radarsensors realisiert werden und/oder der Halbleiterchip und eine Antennenanordnung des Radarsensors können als ein Package realisiert sein. Auf diese Weise ergeben sich nicht nur erweiterte Verarbeitungsmöglichkeiten innerhalb des Radarsensors, sondern auch äußerst kurze Signalwege, was zu einem hervorragenden Signal-zu-Rausch-Verhältnis führt. Dabei werden derartige Radarsensoren bevorzugt in einem Frequenzbereich von 77 bis 81 GHz und/oder mit einer Frequenzbandbreite ≥ 2 GHz, insbesondere größer oder gleich 4 GHz, betrieben. Auf diese Weise ergibt sich letztlich ein Radarsensor, der eine hervorragende Winkel- und Abstandsauflösung aufweist. Dieser ermöglicht es mit besonderem Vorteil, auch kleiner realisierte Navigationsmuster zu erkennen, wobei darauf hingewiesen sei, dass insbesondere bei einer optisch unsichtbaren Realisierung von Navigationsmustern diese selbstverständlich auch gezielt groß erstellt werden können, beispielsweise große Teile einer Wand einnehmend.
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Besonders zweckmäßig ist es auch, wenn mehrere, das Umfeld des Kraftfahrzeugs in einem 360°-Radius erfassende Radarsensoren verwendet werden. Beispielsweise können acht Radarsensoren vorgesehen sein, von denen drei im vorderen Stoßfänger des Kraftfahrzeugs, drei im hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs und zwei seitlich, beispielsweise in Türen des Kraftfahrzeugs, verbaut sind. Dabei handelt es sich bevorzugt um Weitwinkel-Radarsensoren, so dass die Erfassungsbereiche der Radarsensoren auch überlappen können, was eine Redundanz zumindest in den Überlappungsbereichen ermöglicht und die Verlässlichkeit der Detektion von Navigationsmustern in aufgenommenen Sensordaten erhöht.
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Das Navigationsmuster kann vorteilhaft als ein geometrisches Muster ausgebildet sein und/oder die Navigationsinformation kann sich auf den Ort des Navigationsmarkers beziehen. Geometrische Muster erzeugen in den Sensordaten des Radarsensors entsprechende Anhäufungen von Reflexionszentren, so dass sie sich besonders leicht, beispielsweise anhand einer Schwellwertbetrachtung, aus den Sensordaten ableiten lassen. Es ist jedoch alternativ und/oder zusätzlich auch möglich, Navigationsmuster zu verwenden, die auf unterschiedlichen sonstigen Reflexionseigenschaften in unterschiedlichen Bereichen des Navigationsmarkers basieren, beispielsweise bestimmte Einflüsse auf die Polarisierung der reflektierten Radarwellen haben. Bevorzugt ist jedoch die Verwendung von geometrischen Mustern, die sich mithin durch die Verwendung von schwach reflektierenden Bereichen und stark reflektierenden Bereichen in einer bestimmten geometrischen Anordnung auszeichnen. Insbesondere kann es sich bei dem geometrischen Muster auch um einen Strichcode und/oder einen QR-Code handeln. Jedoch ist auch eine Definition einer eigenen Musterbibliothek denkbar. Wird ein Navigationsmuster in den Sensordaten des Radarsensors detektiert, kann zur Dekodierung der Navigationsinformation beispielsweise das Navigationsmuster mit in einer Datenbank, beispielsweise einer Look-up-Tabelle, gespeicherten Referenzmustern verglichen werden, denen dann entsprechend die Navigationsinformation zugeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es selbstverständlich auch möglich, dass die Navigationsinformation unmittelbar durch Anwendung eines Dekodierungsalgorithmus auf das Navigationsmuster ableitbar ist.
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Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung in Parkräumen mit mehreren Abstellplätzen für Kraftfahrzeuge angewendet werden, beispielsweise in Parkhäusern, Tiefgaragen und auch auf Parkplätzen. Dabei ist es bevorzugt, die Navigationsmarker an einer Wand des Parkraums, allgemein der Navigationsumgebung, vorzusehen, da sie sich dort in einer zur Detektion besonders geeigneten Orientierung befinden.
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In einer ersten, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Navigationsmuster wenigstens teilweise optisch unsichtbar realisiert werden, insbesondere durch Wahl eines in der Farbe dem Untergrund entsprechenden Materials für die Navigationsmuster. Auf diese Weise ist es also möglich, einen Teil, bevorzugt aber alle, Navigationsmarker optisch unsichtbar, aber radartechnisch sichtbar zu gestalten. Beispielsweise kann hierzu vorgesehen sein, zur Erzeugung der Marker Metallpartikel in eine Farbe einzumischen, die der der Anbringungsumgebung entspricht, beispielsweise einer Wand, so dass optisch die Struktur des Navigationsmarkers nicht eindeutig erkennbar ist, aus den Sensordaten des Radarsensors jedoch problemlos abgeleitet werden kann. Das hat den Vorteil, dass keine optische Veränderung der Navigationsumgebung, beispielsweise einer Wand der Navigationsumgebung, notwendig ist und das Erscheinungsbild ansprechend und/oder einheitlich gehalten werden kann. Insbesondere können auch großflächige Navigationsmuster realisiert werden, ohne die Außenansicht der Wände zu beeinflussen. Ferner ist es denkbar, auch an sehr engen Stellen mehrere Navigationsmarker zu platzieren.
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Alternativ oder bei einer nur teilweise optisch unsichtbaren Ausgestaltung auch zusätzlich ist es in einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung denkbar, dass die Navigationsmuster wenigstens teilweise optisch mittels eines optischen Umfeldsensors detektierbar ausgestaltet werden, insbesondere durch Verwendung eines in der Farbe vom Untergrund unterschiedlichen Materials für die Navigationsmuster. Beispielsweise können hierzu Metallpartikel in eine Farbe eingemischt werden, die sich deutlich von der des Hintergrunds, beispielsweise einer Wand, unterscheidet. Auf diese Weise wird eine redundante Messung mit optischen Umfeldsensoren, beispielsweise einer Kamera, und Radarsensoren ermöglicht. Insbesondere kann also vorgesehen sein, dass bei mit einem optischen Umfeldsensor und einem Radarsensor detektiertem Navigationsmuster die Sensordaten des optischen Umfeldsensors und des Radarsensors gemeinsam und/oder zur gegenseitigen Plausibilisierung ausgewertet werden. Auf diese Weise kann die Verlässlichkeit in der Detektion von Navigationsmustern und der Ermittlung von Navigationsinformationen weiter verbessert werden.
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Die Navigationsinformation kann bevorzugt eine Beschreibung einer Fahrumgebung in einem den Marker umfassenden und/oder diesem benachbarten räumlichen Bereich und/oder eine Fahranweisung und/oder die Nutzbarkeit einer Fahrzeugfunktion umfassen. Dabei ist es in diesem Kontext, aber auch allgemein, zweckmäßig, wenn die Navigationsinformation beim Betrieb eines auf die Navigation bezogenen Fahrerassistenzsystems, insbesondere eines zur wenigstens teilweise automatischen Führung des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Fahrerassistenzsystems, genutzt wird. Beispielsweise kann eine Navigationsinformation mitteilen, dass eine gefährlich, enge Stelle in der Navigationsumgebung, beispielsweise einem Parkhaus, folgt. Dies kann beispielsweise bei der wenigstens teilweise automatischen Führung des Kraftfahrzeugs in Betracht gezogen werden, beispielsweise durch eine sensiblere Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten. Die durch Marker vermittelten Navigationsinformationen können aber beispielsweise auch Fahranweisungen enthalten, beispielsweise eine bestimmte Richtung und/oder Orientierung für das Kraftfahrzeug kommunizieren, beispielsweise links/rechts fahren, links/rechts abbiegen und dergleichen. Auch können unmittelbar Funktionen angesprochen werden. So sind beispielsweise Navigationsmarker denkbar, die Strecken und/oder Bereiche der Navigationsumgebung für ein pilotiertes, also vollständig automatisches, Fahren des Kraftfahrzeugs freigeben und/oder die gesamte Navigationsumgebung als für ein bestimmtes Fahrerassistenzsystem geeignet identifizieren.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Navigationsmarker zur Unterstützung der Navigation eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren, welcher ein radardetektierbares Navigationsmuster, in das eine Navigationsinformation einkodiert ist, aufweist. Sämtliche auf den Navigationsmarker bezogenen Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf den erfindungsgemäßen Navigationsmarker übertragen. Dieser erlaubt mithin insbesondere eine verlässlichere Erfassung von Navigationsmustern und somit eine verlässlichere Übermittlung von Navigationsinformationen an das Kraftfahrzeug und insbesondere auch eine optisch unsichtbare Realisierung von Navigationsmarkern in Navigationsumgebungen.
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Insbesondere kann also, wie bereits bezüglich des Verfahrens diskutiert wurde, vorgesehen sein, dass das Navigationsmuster aus einem metallhaltigen Material gebildet wird. Dabei kann das Material bevorzugt eine Metallpartikel enthaltende Farbe sein. Die Farbe ist dann entsprechend je nachdem zu wählen, ob optisch unsichtbare oder optisch ebenso detektierbare Navigationsmarker geschaffen werden sollen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 ein Kraftfahrzeug,
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2 einen in dem Kraftfahrzeug verwendeten Radarsensor,
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3 eine Erfassungssituation mit einem an einer Wand angeordneten Navigationsmarker,
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4 eine Aufsicht auf den Navigationsmarker der 3, und
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5 schematisch ein Reflexionsmuster des Markers.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs 1. Dieses weist acht Radarsensoren 2 auf, von denen drei im hinteren Stoßfänger, drei im vorderen Stoßfänger und zwei in den Türen des Kraftfahrzeugs 1 verbaut sind. Nachdem es sich um Weitwinkel-Radarsensoren 2 handelt, wie die angedeuteten Erfassungsbereiche 3 anzeigen, ist eine Erfassung des Umfelds des Kraftfahrzeugs 1 in einem 360°-Radius möglich. Die Radarsensoren 2 sind also Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs 1.
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2 zeigt den Aufbau des verwendeten Radarsensors 2 genauer. Dieser ist in Halbleitertechnologie, hier konkret CMOS-Technologie, realisiert und wird in einem Frequenzband von 77 bis 81 GHz mit einer Frequenzbandbreite von 4 GHz betrieben, um hochauflösende Radardaten zu liefern. Der Radarsensor 2 weist ein Gehäuse 4 auf, in dem eine Leiterplatte 5 gehaltert ist, die ein Package 6 trägt, das aus einem Halbleiterchip 7 sowie einer Antennenanordnung 8 des Radarsensors 2 gebildet ist. Durch den Halbleiterchip 7, hier einen CMOS-Chip, sind neben einem Radartransceiver 9 auch eine Steuereinheit 10 des Radarsensors 2 und eine digitale Signalverarbeitungskomponente 11 (DSP) des Radarsensors 2 realisiert.
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Bei aktivierten Radarsensoren 2 werden die Sensordaten der Radarsensoren 2, vgl. 1, an ein zentrales Steuergerät 12 des Kraftfahrzeugs 1 geliefert, welches einem Fahrerassistenzsystem 13 zugeordnet ist. Das Fahrerassistenzsystem 13 dient zumindest teilweise der Navigation des Kraftfahrzeugs 1 und ist vorliegend zum vollständig automatischen Führen des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet.
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Durch das Fahrerassistenzsystem 13 kann das Kraftfahrzeug 1 auch in Navigationsumgebungen, beispielsweise einem Parkhaus, navigiert werden. Dort können dem Kraftfahrzeug 1 mittels über die Radarsensoren 2 detektierbaren Navigationsmarkern Navigationsinformationen übermittelt werden. Mithin ist das Steuergerät 12 ausgebildet, in den Radardaten der Radarsensoren 2 nach Teil der Navigationsmarker bildenden Navigationsmustern zu suchen. Dabei handelt es sich vorliegend um geometrische Muster, die aufgrund der hochauflösenden Radarsensoren 2 in hinreichender Qualität detektiert werden können. Wurde ein derartiges Navigationsmuster detektiert, kann das Steuergerät 12 auf eine im Kraftfahrzeug 1 abgelegte Datenbank zugreifen, in der dem Navigationsmuster die entsprechende Navigationsinformation zugeordnet ist, beispielsweise eine Fahranweisung (nach links/rechts fahren), eine Warninformation, beispielsweise „Gefahrenstelle voraus”, eine Funktionsinformation, beispielsweise der erlaubte Einsatz vollständig automatischer Führung, und dergleichen.
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3 zeigt eine Erfassungssituation in einer Navigationsumgebung 14, hier einem Parkhaus, genauer. An einer Wand 15, im Erfassungsbereich 3 wenigstens eines der Radarsensoren 2 des Kraftfahrzeugs 1 gelegen, ist ein Navigationsmarker 16 angeordnet, der ein Navigationsmuster 17, hier im Wesentlichen in Form eines H, umfasst.
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4 zeigt eine Aufsicht auf den Navigationsmarker 16. Das Navigationsmuster 17 ist vorliegend durch die Verwendung einer Farbe 18 realisiert, in die in 4 ebenso angedeutete Metallpartikel 19 eingemischt sind. Dabei entspricht die Farbe 18 möglichst genau der Farbe der Wand 15, so dass der Radarmarker 16 optisch nicht oder kaum zu erkennen ist.
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Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass durchaus auch Ausführungsbeispiele denkbar sind, in denen das Navigationsmuster 17 mit optisch deutlich sichtbarer Farbe mit eingemischten Metallpartikeln 19 realisiert ist, wobei das Kraftfahrzeug 1 dann bevorzugt auch einen optischen Umfeldsensor, insbesondere eine Kamera, aufweist, so dass der Navigationsmarker 16 mit dem Navigationsmuster 17 auf zwei unterschiedliche Arten redundant erfasst werden kann, was zu einer verlässlicheren Detektion und/oder gegenseitigen Plausibilisierung genutzt werden kann.
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Durch die Erfassung des Navigationsmarkers 16 mit den Radarsensoren 2 entsteht in den Sensordaten ein Reflexionsmuster, wie es beispielhaft in 5 dargestellt ist. Ersichtlich lässt sich aus der Verteilung von Reflexionszentren 20 die Form des Navigationsmusters 17 verlässlich ableiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Jri Lee et al., „A Fully Integrated 77-GHz FMCW Radar Transceiver in 65-nm CMOS Technology”, IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), S. 2746–2755 [0008]
