DE102016101156A1

DE102016101156A1 - Vorrichtung zur Informationsausgabe mit einem Radarreflektor und/oder mit einem Radartransponder

Info

Publication number: DE102016101156A1
Application number: DE102016101156.8A
Authority: DE
Inventors: Achim Dreher; Hartmut Runge; Robert Klarner
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zur Ausgabe abtastbarer Informationen I, mit einem Radarreflektor und/oder einem Radartransponder, der eine Anzahl N von retrodirektiven, flächig angeordneten Antennenarrays A_n (101) aufweist, mit n = 2, ..., N, wobei jedes der Antennenarrays A_n (101) eine Anzahl M = 2 m Antennenelemente (102) aufweist, mit m = 1, 2, 3, ...; Eingänge der einzelnen Antennenelemente (102) eines Antennenarrays A_n (101) jeweils paarweise mit Verbindungselementen miteinander verbunden sind; die Verbindungselemente paarweise miteinander verbundener Antennenelemente (102) eine identische Verbindungslänge aufweisen; und die Antennenarrays A_n (101) zur 1D-Codierung und/oder 2D-Codierung der ausgegebenen Informationen I auf einem Substrat flächig angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Informationsausgabe mit einem Radarreflektor oder einem Radartransponder. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verkehrsschild oder eine Anzeigetafel mit einer ebensolchen Vorrichtung, sowie ein Verkehrssystem mit einer ebensolchen Vorrichtung. Die Erfindung findet Anwendung insbesondere im Straßenverkehr, im Schienenverkehr im Schiffsverkehr, und im Flugverkehr.
In jedem der angegebenen Verkehrssysteme sind ortsfeste Informationsquellen bekannt, die dazu dienen, dem verantwortlichen Führer des jeweiligen Fahrzeugs Informationen und/oder Daten zu übermitteln, die zumindest eine lokale Relevanz für den Führer des Fahrzeugs haben. Diese Informationsquellen sind beispielsweise im Straßenverkehr: Verkehrsschilder, Ampelanlagen, Anzeigevorrichtungen, Fahrbahnmarkierungen, etc. Adäquate Informationsquellen werden sowohl im Schienenverkehr als auch im Schiffsverkehr und im Flugverkehr (hier meist an Flughäfen) verwendet. Den Informationsquellen entnimmt der Führer des jeweiligen Fahrzeugs beispielsweise Gebote, Verbote, oder sonstige Hinweise und Informationen, die für das Führen des Fahrzeugs zumindest lokal relevant sind.
Die Informationen der optischen Informationsquellen werden bisher vom Führer des jeweiligen Fahrzeugs mit seinen Augen optisch erfasst. Dies hat jedoch den Nachteil, dass bei schlechter Sicht, bei Verschmutzung der Informationsquelle oder in der Nacht nicht immer sichergestellt ist, dass der Führer des jeweiligen Fahrzeugs die Informationsquelle überhaupt optisch wahrnimmt oder alle Informationen der Informationsquelle optisch erfassen kann. Das gleiche gilt für optische Kamerasysteme die hinter der Windschutzscheibe installiert sind und die mittels einer Bildverarbeitungssoftware die Verkehrsschilder erkennt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Informationsausgabe anzugeben, die die vorstehenden Nachteile zumindest weitestgehend vermeidet.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausgabe abtastbarer Informationen I, umfassend einen Radarreflektor oder einen Radartransponder, der eine Anzahl N von retrodirektiven, flächig angeordneten Antennenarrays A_n aufweist, mit n = 1, 2, ..., N, und N = 1, 2, 3, ..., wobei jedes der Antennenarrays A_n eine Anzahl M = 2 m Antennenelemente aufweist, mit m = 1, 2, 3, ...; Eingänge der einzelnen Antennenelemente eines Antennenarrays A_n jeweils paarweise mit Verbindungselementen miteinander verbunden sind; die Verbindungselemente paarweise miteinander verbundener Antennenelemente eine identische Verbindungslänge aufweisen; und die Antennenarrays A_n zur 1D-Codierung und/oder 2D-Codierung der ausgegebenen Informationen I auf einem Substrat flächig angeordnet sind.
Nachfolgend wird für die Vorrichtung synonym auch der Begriff „Radar-Tag“ (engl. „tag“ = Etikett, Schild, Kennzeichen) verwendet.
Der Begriff „Informationen I“ ist vorliegend weit gefasst zu verstehen, er umfasst beispielsweise alphanumerische Zeichen (Buchstaben, Ziffern, Sonderzeichen), Grafiken, Muster, Symbole, Farben und Bilder, etc. Er umschließt insbesondere alle von einem Menschen optisch wahrnehmbaren Informationen.
Der Begriff „retrodirektives Antennenarray“ ist derart zu verstehen, dass das Antennenarray Antennenelemente aufweist, die jeweils als Verbund von zwei oder mehr Antennenelementen des Antennenarrays oder als Verbund aller Antennenelemente des Antennenarrays eine von einer Mikrowellenquelle eintreffende Mikrowellenstrahlung wieder zurück in Richtung der Mikrowellenquelle aussenden.
Vorteilhaft sind die Antennenarrays A_n mit den jeweiligen Antennenelementen und den Verbindungselementen in mehreren Schichten auf das Substrat aufgebracht. Vorteilhaft ist N aus dem Bereich von 1 bis 10.000 oder von 1 bis 20 oder von 10 bis 100 oder von 100 bis 500 oder von 500 bis 5.000 oder 1.000 bis 10.000 gewählt. Vorteilhaft ist M aus dem Bereich von 2 bis 1.000 oder von 2 bis 500 oder von 2 bis 200 oder von 2 bis 50 oder von 2 bis 20 gewählt. Vorteilhaft weisen die Antennenarrays A_n jeweils eine Anzahl M = 4m² von quadratisch angeordneten Antennenelementen auf. Vorteilhaft weist der Radarreflektor bzw. der Radartransponder eine Oberflächenschutzschicht auf, die für Radarstrahlung durchlässig ist, die möglichst verwitterungsbeständig ist, und die eine beliebig vorgebbare Farbgebung oder ein vorgegebenes Dekor aufweist.
In einer einfachen Weiterbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung wird die Codierung der Information I durch die relative flächige Anordnung der Antennenarrays A_n auf dem Substrat festgelegt. Vorteilhaft entspricht die 2D-Codierung der Informationen I einem gestapelten Code, einem Matrix-Code, einem Punkt-Code, einem Strich-Code oder einem Composite-Code. In einer einfachen Weiterbildung sind die Informationen I zeitlich unveränderlich.
Die vorgeschlagene Vorrichtung wird vorteilhaft an optischen Informationsquellen im Verkehrssystem (beispielsweise im Straßenverkehr: an Verkehrsschildern, an Ampelanlagen, an Anzeigevorrichtungen, Wechselanzeigetafeln, etc.) zusätzlich angeordnet. In diesem Fall gibt die vorgeschlagene Vorrichtung codierte Informationen I aus, die vorteilhaft einem Teil oder allen optisch erkennbaren Informationen der jeweiligen optischen Informationsquelle entsprechen. Insofern sind zumindest Teile der Informationen einer optischen Informationsquelle (beispielsweise eines Verkehrszeichens, einer Anzeigetafel etc.) redundant auch von einem entsprechenden Radarsensor erfassbar. Vorteilhaft enthalten die codierten Informationen I über die in der optischen Informationsquelle optisch erkennbaren Informationen hinausgehende, d.h. zusätzliche Informationen. So kann beispielsweise ein Stoppschild im Straßenverkehr, das zusätzlich die vorgeschlagene Vorrichtung aufweist, eine zeitlich konstante Information I ausgeben, die einem abtastenden Radarsystem anzeigt, dass es sich hierbei um ein Stoppschild handelt. Das Radarsystem ist insbesondere ein Mikrowellenradarsystem.
Vorteilhaft kann die vorgeschlagene Vorrichtung auch eigenständig, d.h. insbesondere nicht zusätzlich an bereits vorhandenen optischen Informationsquellen, zur Ausgabe von Informationen in dem jeweiligen Verkehrssystem stationär oder instationär angeordnet sein. So kann die vorgeschlagene Vorrichtung insbesondere entlang der von Fahrzeugen befahrenen Verkehrswege oder sogar an Fahrzeugen selbst angeordnet sein.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht eine Abtastung der ausgegebenen codierten Informationen I mittels eines Radarsystems, das vorteilhaft an einem Fahrzeug (Kraftfahrzeug, Schienenfahrzeug, Schiff, Flugzeug) des jeweiligen Verkehrssystems verfügbar ist. Die Abtastung der vorgeschlagenen Informationsquelle mit Radarstrahlung ist unabhängig von unterschiedlichen Sichtverhältnissen (Tag/Nacht/Nebel/Niederschlag/etc.), vom individuellen Sehvermögen und der Aufmerksamkeit des Fahrers des Fahrzeugs. Insofern ermöglicht die vorgeschlagene Vorrichtung eine Bereitstellung von kodierten Informationen I bzw. I(t), die von einem entsprechenden Radarsystem eines Fahrzeugs erfassbar sind und nach entsprechender Decodierung dem Fahrer des Fahrzeugs in geeigneter Form, d.h. optisch, akustisch und/oder haptisch, ausgebbar sind. Weiterhin können die Informationen bspw. einem Fahrer-Assistenzsystem des Fahrzeugs weitergeleitet werden, was eine direkte und unmittelbare Beeinflussung des Fahrzeugs und seiner Steuerung ermöglicht.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht zudem eine robuste Erkennung der codierten Informationen I sowie eine große Auslesereichweite.
Zum Auslesen der von der vorgeschlagenen Vorrichtung ausgegebenen Informationen I werden Radarsysteme, insbesondere Mikrowellenradarsysteme, insbesondere 3D abtastende Radarsysteme vorgeschlagen. So werden beispielsweise in modernen Kraftfahrzeugen ohnehin zunehmend hochauflösende und weitreichende Radarsysteme zur Umfelderfassung verbaut. Entsprechende Radarsysteme können natürlich auch in anderen Fahrzeugen, beispielsweise Schiffen oder Schienenfahrzeugen oder Flugzeugen oder Drohnen, zum Auslesen von Informationen I der vorgeschlagenen Vorrichtung genutzt werden. Diese Radarsysteme arbeiten unabhängig von den herrschenden Lichtverhältnissen. Nebel und Dunst werden von Radarstrahlung hinreichend gut durchdrungen und treten nicht störend in Erscheinung. Weiterhin werden vorteilhaft fehlerredundante Codes wie QR-Code und Bar-Code, sowie eine bipolare Informationsdarstellung verwendet. Durch die Summe dieser Maßnahmen wird es möglich, die codierten Informationen I bzw. I(t) der vorgeschlagenen Vorrichtung sicher auszulesen. Ein Radarsystem scannt hierzu die Umgebung des Fahrzeugs, erkennt die vorgeschlagene Vorrichtung und liest deren Informationen I aus. Dabei wird die vom Radarsystem abgestrahlte Radarstrahlung von der vorgeschlagenen Vorrichtung als modulierte Radarstrahlung an das Radarsystem zurückgesandt. Das Radarsystem decodiert die ausgelesenen Informationen I und gibt sie bspw. dem Fahrer in geeigneter Weise aus.
Um eine hohe Auslesereichweite der Vorrichtung zu realisieren, ist es wichtig, dass die Antennenarrays A_n retro-reflektiv (= retrodirektiv) arbeiten und so eine eingehende Radarstrahlung zur Quelle der Radarstrahlung zurücksenden bzw. reflektieren. Der große Vorteil von retroreflektierenden (= retrodirektiven) Antennen liegt darin, dass bei der Vorbeifahrt eines Fahrzeugs an der vorgeschlagenen Vorrichtung, die mit der Information I modulierte Radarstrahlung immer zum Radarsensor des Fahrzeugs zurückgesandt wird. Daher muss die Radarantenne im Fahrzeug nicht aufwendig nachgeführt werden und die vorgeschlagene Vorrichtung kann leicht automatisch erkannt werden, da bei der Vorbeifahrt das charakteristische Muster der Antennenarrays A_n immer an der gleichen Position bleibt. Das Rückstreuverhalten natürlicher Radarstreuer ist in der Regel anders ausgeprägt, sodass dieser sogenannte „Clutter“ leicht ausgefiltert werden kann.
Zum Scannen bzw. zum Auslesen der vorgeschlagenen Vorrichtung wird vorteilhaft ein mehrdimensional arbeitendes bildgebendes Radarsystem eingesetzt, das neben einer Entfernungsauflösung auch eine Auflösung in horizontaler und vertikaler Richtung erlaubt. Heute kommerziell verfügbare Radarsysteme für Kraftfahrzeuge umfassen bereits hinreichend hochauflösende dreidimensional arbeitende Radarsysteme. Diese arbeiten meist mit einem Mehrkanalverfahren. Alternativ oder zusätzlich können auch Radiometer mit Scanner zum Einsatz kommen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein (erstes) Steuergerät vorhanden ist, mittels dem zumindest eines der Antennenarrays A_n zur 1D- und/oder 2D-Codierung von zeitabhängigen Informationen I = I(t) zeitabhängig vollständig aktiviert und deaktiviert wird, wobei das Antennenarray A_n in einem aktivierten Zustand auftreffende Radarstrahlung retrodirektiv aussendet, während das Antennenarray A_n im einem deaktivierten Zustand auftreffende Radarstrahlung nicht oder nahezu nicht mehr aussendet. Das sich dadurch zeitlich verändernde flächige Codierungsmuster der Vorrichtung (ähnlich einem optischen zweidimensionalen Code, der sich durch eine flächige Anordnung weißer und schwarzer Flächen definiert) erlaubt somit zu verschiedenen Zeiten verschiedene Informationen I = I(t) auszugeben. Durch das sich zeitlich ändernde Muster von aktiven und nicht aktiven Antennenarrays A_n wird auftreffende Mikrowellenstrahlung zeitlich unterschiedlich moduliert bzw. codiert, was die Übertragung zeitabhängiger Informationen I = I(t) ermöglicht.
Vorteilhaft sind die Antennenelemente eines jeweiligen Antennenarrays A_n in dem deaktivierten Zustand über einen HF-Schalter mit Widerständen reflexionsfrei abgeschlossen.
Eine Weiterbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Steuergerät vorhanden ist, mittels dem ein oder mehrere der paarweise verbundenen Antennenelemente eines Antennenarrays A_n zur 1D- und/oder 2D-Intensitäts-Codierung von zeitabhängig ausgegebenen Informationen I = I(t) selektiv deaktiviert oder aktiviert werden, wobei der Gewinn des Antennenarrays A_n und damit die Intensität vom Antennenarray A_n ausgesandter Radarstrahlung zeitlich entsprechend variiert werden.
Werden alle Antennenelemente eines Antennenarrays A_n deaktiviert bzw. aktiviert, dann ergibt sich die vorstehend beschriebene Weiterbildung. Durch die Intensitäts-Codierung lässt sich die Anzahl der codierbaren Informationen I der vorgeschlagenen Vorrichtung erheblich steigern. Die Weiterbildung erfordert zum Auslesen der ausgegebenen Informationen I vorteilhaft ein Radarsystem, das neben der Mustererkennung auch hinreichend genau Intensitätsunterschiede von Radarstrahlung ermitteln kann.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Steuergerät vorhanden ist, mittels dem zur 1D- und/oder 2D-Polarisations-Codierung der angegebenen Informationen I(t) die Eingänge der paarweise verbundenen Antennenelemente jeweils in einen ersten und einen zweiten elektrischen Zustand schaltbar sind, wobei der erste Zustand durch eine kreuzweise Verbindung der Eingänge und der zweite Zustand durch eine nicht kreuzweise Verbindung der Eingänge der paarweise verbundenen Antennenelemente gekennzeichnet ist, sodass von Antennenelementen ausgesandte Radarstrahlung, die im ersten Zustand oder im zweiten Zustand ausgesandt werden, Polarisationen aufweisen, die orthogonal zueinander sind. In dieser Weiterbildung lässt sich die Anzahl der codierten Informationen I(t) der vorgeschlagenen Vorrichtung weiter erhöhen. Vorteilhaft sind gleichzeitig alle paarweise verbundenen Antennenelemente eines Antennenarrays A_n gleichzeitig im ersten oder im zweiten Zustand. Die Weiterbildung erfordert zum Auslesen der ausgegebenen Informationen I vorteilhaft ein Radarsystem, das neben der Mustererkennung auch hinreichend genau unterschiedliche Polarisationen von Radarstrahlung ermitteln kann.
Vorteilhaft weist die Vorrichtung eine bipolare Codierung auf. Diese erhöht den Signal-zu-Rauschabstand und hat den Vorteil, dass sich ausgelesene Signale (d.h. Radarsignale die von der Vorrichtung kommen) typischerweise stark vom natürlichen Radarstrahlungshintergrund (sog. „Clutter“) abheben. Vorteilhaft wird die ausgegebene Information I in zwei komplementären Polarisationsmustern codiert. Die vorgeschlagene Vorrichtung „antwortet“ also auf ein eingehendes Radarsignal, das eine erste Polarisation aufweist, mit einem Antwortsignal, das zwei unterschiedlichen Polarisationen aufweist.
Das in einem Radarsystem daraufhin ermittelte sogenannte „Dual-Polarisations“-Radarbild wird vorteilhaft mit Hilfe einer Auswerteeinheit nach Mustern durchsucht, in denen helle Streuer ein bestimmtes räumliches Muster aufweisen. Dieses wird hervorgerufen durch die beiden Polarisationen und entspricht dem verwendeten Code, also z. B. dem Bar-Code oder QR-Code der Vorrichtung. Derartige Muster kommen in Radarbildern eines natürlichen Umfelds nicht vor, sodass insbesondere die vorgeschlagene Vorrichtung sicher identifiziert werden kann. Weiterhin ist es möglich, mit einer vorgeschlagenen Vorrichtung gekennzeichnete Container mit Hilfe eines Radar-Satelliten, wie TerraSAR-X, und seinem „Dual-Polarisation Mode“ im Radarbild zu detektieren, damit zu orten und den Code auszulesen.
Vorteilhaft sind die paarweise verbundenen Antennenelemente eines Antennenarrays A_n einheitlich als passive Antennenelemente oder als aktive Antennenelemente ausgebildet, wobei die aktiven Antennenelemente einen Signalverstärker zur Verstärkung eingehender Radarsignale vor deren Wiederausstrahlung aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausgabe abtastbarer Informationen I, mit einem Radarreflektor oder einem Radartransponder, der eine Anzahl N von flächig angeordneten Antennenarrays A_n aufweist, mit n = 1, 2, ..., N, und N = 1, 2, ..., wobei jedes der Antennenarrays A_n eine Anzahl M Antennenelemente aufweist, mit M = 1, 2, 3, ...; und die Antennenarrays A_n zur 1D-Codierung und/oder 2D-Codierung der ausgegebenen Informationen I auf einem Substrat flächig angeordnet sind.
Im Gegensatz zur vorstehend beschriebenen Vorrichtung sind vorliegend die Antennenelemente nicht paarweise miteinander verbunden. Die einzelnen Antennenelemente sind vorzugsweise Antennenelemente, die eine breite Abstrahlungscharakteristik aufweisen, sodass eine eingehende Radarstrahlung auch immer in Richtung der Quelle der Radarstrahlung zurückgesandt bzw. reflektiert wird. Vorteilhaft können die Antennenelemente aktiviert oder deaktiviert sein, wobei die Antennenelemente im aktivierten Zustand eingehende Radarstrahlung zurücksenden während sie im deaktivierten Zustand eingehende Radarstrahlung nicht oder weitestgehend nicht zurücksenden. Vorteilhaft sind alle Antennenelemente eines Antennenarrays A_n entweder aktiviert oder deaktiviert. Vorteilhaft können die Antennenelemente zu Codierung einer zeitabhängigen Information I = I(t) zwischen dem deaktivierten Zustand und dem aktivierten Zustand geschaltet werden. Wie vorstehend bereits beschrieben, kann auch bei dieser Vorrichtung eine Intensitätscodierung dadurch erfolgen, dass ein oder mehrere Antennenelemente eines Antennenarrays A_n in den Zustand „deaktiviert“ geschaltet werden. Je mehr Antennenelemente in den Zustand „deaktiviert“ geschaltet sind, desto geringer ist die Intensität des von dem betreffenden Antennenarray A_n zurückgesandten Signals. Im Gegensatz zur vorher beschriebenen Vorrichtung ist bei der hier beschriebenen Vorrichtung keine Polarisationscodierung möglich.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verkehrsschild oder eine Anzeigetafel mit einer Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die 1D- und/oder 2D-codierten Informationen I vorteilhaft einen Informationsgehalt zumindest des Verkehrsschildes/der Anzeigetafel angeben. Damit kann sichergestellt werden, dass bei Nacht oder schlechter Sicht oder Verschmutzung des Verkehrsschildes bzw. der Anzeigetafel der Fahrer dennoch mittels eines entsprechenden Radarsystems, die durch das Verkehrsschild bzw. die Anzeigetafel optisch nicht oder nicht korrekt erfassbare Information auch im Fahrzeug verfügbar hat bzw. ausgegeben bekommt. Insofern gibt die vorgeschlagene Vorrichtung eine zum Verkehrsschild/zur Anzeigetafel vorzugsweise redundante Information aus. Natürlich können darüber hinaus beliebige weitere Informationen durch die Vorrichtung ausgegeben werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verkehrssystem umfassend: eine in einem Verkehrswegenetz (Straßenverkehrswegenetz, Schienenverkehrswegenetz, Wasserverkehrswegenetz) angeordnete Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, ein in einem Fahrzeug (Kraftfahrzeug, Linienfahrzeug, Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug) angeordnetes Radarsystem zur Abtastung einer Fahrzeugumgebung mit Radarstrahlung, eine in dem Fahrzeug angeordnete Auswerteeinheit zur Auswertung der vom Radarsystem empfangenen Radarstrahlung, und eine Ausgabeeinheit, wobei die Auswerteeinheit zur Decodierung der vom Radarsystem erfassten 1D- und/oder 2D-codierten Informationen I ausgeführt ist, und die von der Auswerteeinheit decodierten Informationen I zur Ausgabe an die Ausgabeeinheit übermittelt und von dieser ausgegeben werden.
Vorteilhaft ist in dem Fahrzeug eine mit der Auswerteeinheit verbundene Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln zumindest einer Fahrzeugfunktion vorhanden, wobei die Fahrzeugfunktion abhängig von den decodierten Informationen I = I(t) gesteuert und/oder geregelt wird.
So ist es bspw. möglich, dass die Informationen von Gebotsschildern im Straßenverkehr, wie „Durchfahrt Verboten“ oder „Höchstgeschwindigkeit 130 km/h“, redundant auch von der vorgeschlagenen Vorrichtung angegeben werden, die an dem jeweiligen Verkehrsschild angeordnet ist. Diese Informationen können von einem in einem vorbeifahrenden Fahrzeug angeordneten Radarsystem ausgelesen und an ein Fahrer-Assistenzsystem weitergeleitet werden, wobei das Fahrer-Assistenzsystem das Fahrzeug oder bestimmte Fahrzeugfunktionen entsprechend steuert. So können sogenannte „Geister-Fahrer“ oder das unbeabsichtigte Überschreiten von Geschwindigkeits-Begrenzungen unmöglich gemacht werden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann auch genutzt werden um Fahrbahn-Begrenzungen mit einem entsprechenden Code anzugeben. Die von einem Radarsystem eines Fahrzeugs ausgelesenen Fahrbahn-Begrenzungsinformationen können von einem Fahrer-Assistenzsystem zur automatischen Spurführung des Fahrzeugs genutzt werden.
Da im Straßenverkehr aus einem Fahrzeug nicht immer freie Sicht nach vorne herrscht, ist es vorteilhaft, wenn die voraus fahrenden Fahrzeuge, die von ihnen mittels eines Radarsensors von einer vorgeschlagenen Vorrichtung aufgenommene Information I an die jeweilige Fahrzeugrückseite leiten und eine dort befindliche vorgeschlagene Vorrichtung zur codierten Ausgabe dieser Information I ansteuern. Diese Informationen I können dann wiederum von einem nachfolgenden Fahrzeug mit seinem Radarsensor ausgelesen werden. Hierzu wird vorteilhaft an der Fahrzeugrückseite (Fahrzeug-Heck) ein erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausgabe zeitvariabler Informationen I(t) angeordnet und entsprechend angesteuert. Natürlich können grundsätzliche alle Informationen I, die in einem Fahrzeug vorliegen über eine entsprechend gestaltete heckseitige erfindungsgemäße Vorrichtung ausgegeben werden.
Bei kurvigen Straßen oder starker Randbebauung kann es vorteilhaft sein, erfindungsgemäße Vorrichtungen als sogenannte „Repeater-Stationen“ zur Informationsweiterleitung fest am Straßenrand zu installieren. Damit ist es vorteilhaft möglich quasi „um Kurven und Gebäude herum zu schauen“ und eine Art „elektronische Straße“ zu realisieren.
Um Anforderungen an das auslesende Radarsystem zu reduzieren, können bei der Anwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung als Verkehrsschilder, diese möglichst nah am Fahrzeug platziert werden. Bei herkömmlichen Verkehrsschildern, die vom Fahrer optisch wahrgenommen und abgelesen werden müssen, ist es notwendig, dass sie derart aufgestellt sind, dass sie für längere Zeit vom Fahrer von vorn gesehen und abgelesen werden können. Eine elektronische Ablesevorrichtung (Radarsystem) ist jedoch in der Lage die Vorrichtung auch in der Vorbeifahrt und seitlich auszulesen. Die Reichweite des Radarsystems muss hierfür nur 5–20 m betragen. Die vorgeschlagene Vorrichtung würde in diesem Fall vorteilhaft links und rechts von der Fahrbahn, oder an einer Brücke oder auch im Fahrbahn-Belag angebracht sein. In diesem Fall ist weiterhin nur ein eindimensional auflösendes Radarsystem notwendig, das z. B. die vorgeschlagene Vorrichtung mit einem Bar-Code mit senkrechten Strichen in der Vorbeifahrt auslesen könnte. Um die erreichbare Auflösung in Fahrtrichtung zu erhöhen, könnte das Synthetik Aperture Radar (SAR) Prinzip angewandt werden und einfachste Radarsysteme könnten zum Einsatz kommen. In diesem Fall brauchen auch gar keine retrodirektiven Antennen in der Vorrichtung vorhanden sein, vielmehr genügen einfach reflektierende Antennenelemente/ Antennenarrays A_n ohne besondere Richtwirkung.
Die am häufigsten eingesetzten Verkehrszeichen, bzw. Markierungen sind die Leitpfosten am linken und rechten Fahrbahnrand. Sie ermöglichen es bei Dunkelheit den weiteren Fahrbahnverlauf zu erkennen. Bei schlechter Sicht versagt dieses optische Verfahren und es wird vorgeschlagen, die in modernen Fahrzeugen ohnehin vorhandenen Radarsysteme zu nutzen, um die Leitpfosten abzubilden, die eine vorgeschlagene Vorrichtung tragen. In diesem Fall muss im ermittelten Radarbild der Leitpfosten nur als solcher erkennbar sein und die Codierung „links“ oder „rechts“ auslesbar sein. Im einfachsten Fall könnte die Codierung der Vorrichtung derart ausgeführt werden, dass der jeweils linke Leitpfosten mit zwei Punkten und der rechte Leitpfosten mit einem vertikalen Strich zu kennzeichnen ist. Eine ganz ähnliche Funktion haben die z. B. bei Baustellen-Durchfahrten verwendeten Begrenzungs-Baken, bei denen die diagonal angebrachten roten Streifen signalisieren, ob es sich um eine linke oder rechte Fahrbahn-Begrenzung handelt. Würden diese durch die vorgeschlagenen Vorrichtungen ergänzt, könnte ein Fahrer mit einer entsprechenden Anzeige im Fahrzeugcockpit auch bei starkem Nebel oder Dunst den Straßenverlauf besser erkennen, oder ein Fahrerassistenzsystem könnte z. B. die Durchfahrt bei Engstellen bei Baustellen unterstützen.
Zur Übertragung von Text durch die vorgeschlagene Vorrichtung kann eine sequentielle Darstellung der Zeichen notwendig sein. Damit könnten z. B. der Inhalt von Hinweisschildern, Straßenschildern, Internet Adressen und Werbung in ein Fahrzeug übertragen werden. Es ist bspw. denkbar, dass eine Verkehrsleitzentrale Informationen gezielt an bestimmte Vorrichtungen im Verkehrswegenetz schickt, wie „Achtung Stauende!“, „Achtung Unfall!“, „Achtung Liegen gebliebenes Fahrzeug hinter der nächsten Kurve!“, „Achtung Nebel!“, „Achtung Aquaplaning Gefahr!“, „Standspur ist freigegeben!“ etc. und diese die Information I(t) dann ausgeben. Die dadurch mögliche Realisierung einer „Infrastructure to Car“- oder „Car2X“-Kommunikation wäre wesentlich preiswerter, als die Installation großer Schilderbrücken, die diese Information in ausreichend großem Klartext darstellen müssen, damit die Autofahrer optisch ablesen können.
Ganz allgemein findet die hier vorgeschlagene Vorrichtung nicht nur Anwendungen in der „Infrastructur to Car Communication“ (X2CC), sondern auch in der „Car to Car Communication“ (C2CC). An der Rückfront von Fahrzeugen angebrachte erfindungsgemäße Vorrichtungen können wichtige Informationen I an den nachfolgenden Verkehr weitergeben. Dies sind beispielsweise: „Bei dem Fahrzeug handelt es sich um einen LKW mit einer bestimmten Länge“, „bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein Gefahrguttransport“, „bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein Motorrad oder Fahrrad“, „Fahrzeug bremst stark“, „linker Blinker ist gesetzt“, „Warnblinkanlage ist aktiviert“, „Achtung Pannen- oder Unfallfahrzeug“, etc.. Um auch die Straße kreuzende Fahrzeuge zu erkennen, können die vorgeschlagenen Vorrichtungen auch seitlich an Fahrzeugen angebracht werden. Weiterhin werden die vorgeschlagenen Vorrichtungen vorteilhaft an Fahrzeugen zur „Car to Car Communication“ beim „kooperativen Fahren“, z. B. in Konvois (engl. „Platooning“) genutzt. Auch der Einsatz von frei aufstellbaren vorgeschlagenen Vorrichtungen, um bspw. vor einer Baustelle oder einer Unfallstelle (elektronisches Warndreieck) zu warnen, ist möglich.
Die als „Car to Infrastructur Communication“ oder „Car2X“-Kommunikation bezeichnete Technik dient bspw. zur Identifikation eines Fahrzeugs beim Passieren einer Maut-Anlage. Vorteilhaft liest hierzu ein fest installiertes Radarsystem einen Identifikations-Code (z. B. das Kennzeichen oder die Fahrgestellnummer) aus einer am Fahrzeug angebrachten erfindungsgemäßen Vorrichtung aus. Bei herkömmlichen Verfahren werden diese Informationen über komplexe Kommunikationskanäle, wie z. B. Mobilfunk oder WLAN übertragen, was immer mit unerwünschten Latenzzeiten verbunden ist. Diese Problematik bei der Informationsübertragung entfällt bei der Nutzung der vorgeschlagenen Vorrichtung. Gerade für den Einsatz in Fahrerassistenzsystemen, die das Fahrzeugumfeld ständig mit eigenen Sensoren abtasten, können die zusätzlichen Informationen I unmittelbar verarbeitet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausgabe abtastbarer zeitabhängiger Informationen I(t) mit einem Radarreflektor und/oder Radartransponder, der eine Anzahl N von retrodirektiven, flächig angeordneten Antennenarrays A_n aufweist, mit n = 2, ..., N, wobei jedes der Antennenarrays A_n eine Anzahl M = 2 m Antennenelemente aufweist, mit m = 1, 2, 3, ...; Eingänge der einzelnen Antennenelemente eines Antennenarrays A_n jeweils paarweise mit Verbindungselementen miteinander verbunden sind; die Verbindungselemente paarweise miteinander verbundener Antennenelemente eine identische Verbindungslänge aufweisen; und die Antennenarrays A_n zur 1D-Codierung und/oder 2D-Codierung der ausgegebenen Informationen I auf einem Substrat flächig angeordnet sind, mit folgenden Schritten: zur 1D- und/oder 2D-Codierung von auszugebenden zeitabhängigen Informationen I = I(t) zeitabhängiges vollständiges Aktivieren bzw. Deaktivieren zumindest eines der Antennenarrays A_n wird, wobei das Antennenarray A_n in einem aktivierten Zustand auftreffende Radarstrahlung retrodirektiv aussendet, während das Antennenarray A_n im einem deaktivierten Zustand auftreffende Radarstrahlung nicht oder nahezu nicht mehr aussendet. Vorteilhaft sind die Antennenelemente eines jeweiligen Antennenarrays A_n in dem deaktivierten Zustand über HF-Schalter mit Widerständen reflexionsfrei abgeschlossen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein oder mehrere der paarweise verbundenen Antennenelemente eines Antennenarrays A_n zur 1D- und/oder 2D-Intensitäts-Codierung von zeitabhängig ausgegebenen Informationen I = I(t) selektiv deaktiviert oder aktiviert werden, wobei der Gewinn des Antennenarrays A_n und damit die Intensität ausgesandter Radarstrahlung zeitlich entsprechend variiert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zur 1D- und/oder 2D-Polarisations-Codierung der angegebenen Informationen I(t) die Eingänge der paarweise verbundenen Antennenelemente jeweils in einen ersten und einen zweiten elektrischen Zustand geschaltet werden, wobei der erste Zustand durch eine kreuzweise Verbindung der Eingänge und der zweite Zustand durch eine nicht kreuzweise Verbindung der Eingänge der paarweise verbundenen Antennenelemente gekennzeichnet ist, sodass von Antennenelementen ausgesandte Radarstrahlung, die im ersten Zustand oder im zweiten Zustand ausgesandt werden, Polarisationen aufweisen, die orthogonal zueinander sind. Vorteilhaft sind alle paarweise verbundenen Antennenelemente eines Antennenarrays A_n gleichzeitig im ersten oder im zweiten Zustand.
Das vorgeschlagene Verfahren dient somit der Darstellung und Codierung von Informationen I bzw. Daten unter Verwendung retrodirektiver Antennen, so dass die Informationen I mit radartechnischen Verfahren ausgelesen werden können. Das hat den Vorteil, dass die Informationen I unabhängig von der Beleuchtung und aus großer Entfernung sicher registriert werden können. Da das Verfahren robust ist, ist es besonders gut geeignet, um von einem Fahrzeug aus automatisch den Inhalt von Schildern und Anzeigetafeln entlang der Verkehrswege auszulesen, automatisch weiterzuverarbeiten und/oder dem Fahrer anzuzeigen. Ziel ist es insbesondere, zum Auslesen der Informationen, die in modernen Fahrzeugen ohnehin verfügbaren Radargeräte zu nutzen.
Auf Kamera-Technik basierende, optische Verkehrszeichen-Erkennungssysteme werden beispielsweise von verschiedenen Zulieferern der Automobilindustrie angeboten. Am Tag und bei guter Sicht funktionieren sie im Regelfall hinreichend gut, um sie aber auch unter erschwerten Bedingungen nutzen zu können, ist es notwendig, auch die bspw. in Karten von Navigationsgeräten der Fahrzeuge mit Standorten hinterlegten Verkehrszeichen zusätzlich zu nutzen. Tests haben gezeigt, dass die optische Erkennungsrate oft noch nicht befriedigend ist. Es ist weiterhin hervorzuheben, dass die optischen Verkehrszeichen-Erkennungssysteme nur sehr einfache Verkehrszeichen, wie die mit einem runden roten Rand und einer Zahl in der Mitte erkennen. Wechsel-Kennzeichen in Schilderbrücken können nur sehr schwer erkannt werden. Bei dem hier vorgestellten Verfahren geht es aber darum, ganz allgemein Informationen (auch komplexer Art) über größere Entfernungen sicher auslesbar zu machen. Dabei soll das Schild mit der dargestellten Information sehr einfach, preiswert und passiv (also ohne Stromverbrauch) arbeiten können.
Zur Kennzeichnung von Gütern des täglichen Bedarfs oder zur Übermittlung von Informationen von Anzeigetafeln, Plakatwänden, Werbedrucksachen etc. werden seit einigen Jahren standardisierte Codes, wie der Bar-Code und der QR-Code (Quick Response) eingesetzt. Sie bestehen beim eindimensionalen Bar-Code aus schwarzen und weißen Streifen und beim zweidimensionalen QR-Code aus einer Matrix von Quadraten und kodieren auf diese Weise Daten als binäre Symbole. Die Informationen können störungssicher mit opto-elektronischen Lesegeräten wie Laser-Scannern oder Kameras ausgelesen und weiterverarbeitet werden, da der Code über Redundanz verfügt und eventuelle Lesefehler registriert werden. Ziel des vorgeschlagenen Verfahrens ist es, diese standardisierten Codierungsverfahren auch für die Mikrowellentechnik (Radar) nutzbar zu machen.
Eine ähnliche bekannte Technik, mit der sich allerdings nur Reichweiten im Meter-Bereich realisieren lassen, ist das RFID (radio-frequency identification) Verfahren. Das Lesegerät erzeugt hierbei magnetische Wechselfelder, die das auszulesende Etikett (den sog. "Transponder") mit Strom versorgen. Durch die Aktivierung sendet der Transponder die in ihm gespeicherten digitalen Daten an das Lesegerät. Bei Transpondern ohne eigene Stromversorgung funktioniert das nur über geringe Reichweiten. Beim beschriebenen Verfahren kann der Informationsträger völlig passiv bleiben und verbraucht daher keine elektrische Energie. Die erzielte Auslesereichweite hängt im Wesentlichen von der Größe des Radar Tag und von der Sendeleistung, der Empfindlichkeit und dem geometrischen Auflösungsvermögen des Lesegerätes ab.
Da Bar-Code und QR-Code aus schwarzen und weißen Streifen bzw. Quadraten bestehen, können sie heute nur mit optischen Scannern, Lesegeräten oder Kameras eingelesen werden. Sie müssen daher optisch gut sichtbar sein und können nur aus relativ geringer Entfernung erkannt werden. Zum Auslesen der Information ist eine Lichtquelle notwendig und die Sicht darf nicht durch Regen, Nebel, Dunst oder Rauch, etc. beeinträchtigt sein. Durch einen ungünstigen Sonnenstand oder starke Lichtquellen kann es zu einer Blendwirkung kommen, die die Funktion erheblich beeinträchtigen kann. Ein weiteres Problem, insbesondere im Straßenverkehr, ist die mögliche Verschmutzung der an der optischen Informationsquelle kodierten Information und/oder der Optik des Lesegerätes. Bei dem optischen Verfahren kann generell nicht garantiert werden, dass das Schild unter allen gewünschten Bedingungen (Blickwinkelbereich, Lichtverhältnisse, etc.) immer auslesbar ist. Die Erkennung des Schildes bleibt daher unsicher. Das Ziel des vorgeschlagenen Verfahrens ist es, eine robustere Erkennung des Etiketts (engl.: "tag") sowie große Auslese-Reichweiten zu erreichen.
Es wird vorgeschlagen, anstelle von optischen Systemen Radartechnik zu verwenden und die sonst visuell kodierten Informationen (Linien oder Schachbrettmuster) als retrodirektive Antennen-Arrays zu realisieren. In modernen Kraftfahrzeugen sind hoch auflösende und weit reichende Radargeräte zur Umfeld-Erfassung ohnehin verbaut. Das Radar arbeitet unabhängig von den Lichtverhältnissen. Nebel und Dunst werden von den verwendeten Mikrowellen durchdrungen und treten nicht störend in Erscheinung. Dadurch soll es ermöglicht werden, u. a. alle Arten von Straßenschildern und Lichtsignalanlagen sicher auszulesen. Das Radarsystem im Lesegerät scannt die Umgebung, erkennt die Schilder und liest ihren Inhalt aus.
Um eine hohe Reichweite realisieren zu können, ist es wichtig, dass die Schilder "retro-reflektiv" arbeiten und die auftreffende Radarstrahlung exakt zur Radarquelle zurück reflektieren. Es wird daher vorgeschlagen, sogenannte „retrodirektive Antennen" zu verwenden, die die einfallende elektromagnetische Welle genau in die Einfallsrichtung zurück reflektieren. Dies gilt für die Informationsinhalte, die beim Bar-Code normalerweise als weiße Streifen oder beim QR-Code als weiße Quadrate dargestellt werden. Die Inhalte des Codes, die im optischen Fall schwarz dargestellt werden, sollen bei der Antennen-Lösung für die einfallende Strahlung absorbierend wirken. Die genannten Codes sind etabliert und haben sich gut bewährt, aber es kann auch jede andere Art von Code verwendet werden.
Der große Vorteil der retro-reflektierenden Antennen liegt darin, dass bei der Vorbeifahrt eines Fahrzeugs an der vorgeschlagenen Vorrichtung die mit der Information I modulierte Mikrowellenstrahlung immer automatisch zum Radarsensor im Fahrzeug zurück gesandt wird. Deshalb muss die Radar-Antenne im Fahrzeug nicht aufwendig nachgeführt werden und die Vorrichtungen können auch leicht automatisch erkannt werden, da bei der Vorbeifahrt der charakteristische Code (QR- oder Bar-Code) immer an der gleichen Position bleibt. Das Rückstreuverhalten natürlicher Radar-Streuer ist in der Regel anders ausgeprägt, sodass dieser sogenannte „Clutter" relativ leicht ausgefiltert werden kann.
Zum Auslesen der Vorrichtung ist ein mehrdimensional arbeitendes bildgebendes Radarverfahren vorteilhaft, das neben einer Entfernungsauflösung auch eine Auflösung in horizontaler und vertikaler Richtung erlaubt. Die Entwicklung bei den kommerziellen KFZ-Radarsystemen geht immer mehr in Richtung höherer Auflösung und erste drei-dimensional arbeitende Geräte werden bereits angeboten. Sie arbeiten meist mit Mehrkanal-Verfahren, aber es können auch Radiometer mit Scannern zum Einsatz kommen.
Die Antennenarrays A_n der Vorrichtung lassen sich in Multilayer-Technologie preiswert, sehr dünn und ggf. auch flexibel realisieren und anschließend aufkleben oder sogar in Oberflächen (wie Fahrzeugkarosserien) integrieren. Sie können vorteilhaft lackiert werden, sind dadurch gut geschützt und optisch unsichtbar. Durch eine geeignete Schaltvorrichtung lassen sich die Antennenelemente auch deaktivieren und damit die dargestellte Information verändern. Da das Auslesegerät (Radarsystem) selber für die „Beleuchtung“ der Vorrichtung sorgt und die retrodirektiven Eigenschaften der vorgeschlagenen Vorrichtung einfallende Strahlung zur (ruhenden) Radarquelle zurücksendet, ist zu erwarten, dass sich die Information I im Gegensatz zu den optischen Verfahren aus einem größeren Winkelbereich gut ablesen lässt.
Anders als bei den bisher verwendeten optischen Verfahren können bei retrodirektiven Antennen auch zwei zueinander orthogonale Polarisationen genutzt werden. Damit ist es möglich, auf derselben Fläche zwei unterschiedliche Kodierungen zu realisieren.
Werden die Eingänge für die beiden Polarisationsrichtungen der Antennenelemente kreuzweise miteinander verbunden, so kann der Code mit der orthogonalen Polarisation ausgelesen werden. Durch eine geeignete, schaltbare Verbindung kann damit die Polarisation der reflektierten elektromagnetischen Wellen zum Auslesen des Codes gewählt werden. Die orthogonale Polarisation enthält dann automatisch den komplementären Code. Durch Auswertung beider Polarisationen werden Fehlersicherheit und Robustheit des Systems deutlich verbessert.
Um einen Bar-Code bzw. QR-Code nachzubilden, wird vorteilhaft eine spezielle Anordnung von retrodirektiven Antennenarrays A_n verwendet. Die Informationen I werden über radartechnische Verfahren bspw. durch Abtasten im Mikrowellen- oder THz-Bereich ausgelesen. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann der Code auch erkannt und ausgelesen werden, wenn die Sendeantenne des Radarsystems und die retrodirektiven Antennenarrays A_n in einem Winkel zueinander stehen. Mit Hilfe von HF-Schaltern (z. B. MEMS) kann der dargestellte Code laufend variiert und damit die Information I = I(t) jederzeit aktualisiert werden. Werden nur einige Elemente des Antennenarrays A_n deaktiviert, so sinkt der Gewinn des retrodirektiven Antennearrays und dementsprechend die Helligkeit des dargestellten Punktes im Radarbild. Auf diese Weise können daher auch Graustufen erzeugt werden. Durch die Nutzung von zwei orthogonalen Polarisationen lassen sich auf derselben Fläche zwei unterschiedliche Codes generieren. Mit einer geeigneten, schaltbaren Verbindung der Antennenelemente kann die Polarisation zum Auslesen des Codes gewählt werden. Die jeweils orthogonale Polarisation enthält dann automatisch den komplementären Code.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnungen – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1a Aufbau eines planaren Antennenarrays A_n mit einzelnen Antennenelementen in Aufsicht,
1b schematisierte Darstellung einer paarweisen Verschaltung der Antennenelemente von 1a,
2a Darstellung eines QR-Codes,
2b Darstellung der aktiven Antennenarrays A_n mit jeweils 4 × 4 Antennenelementen zur Ausgabe des QR-Codes von 2a,
2c Darstellung des von einem Radarsystem ausgelesenen QR-Codes,
3a Darstellung einer elektrischen Schaltung zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von zwei verbundenen retrodirektiven Antennenelementen zur Änderung des ausgegebenen Codes,
3b Darstellung einer elektrischen Schaltung zur zusätzlichen Nutzung orthogonaler Polarisationen zu der in 3a dargestellten zeitabhängigen Aktivierung oder Deaktivierung zweier verbundener retrodirektiver Antennenelemente,
4a Darstellung einer elektrischen Schaltung zur Umschaltung der verbundenen Antennenelemente zur Abstrahlung mit der Polarisation der einfallenden elektromagnetischen Welle,
4b Darstellung einer elektrischen Schaltung zur Umschaltung der Antennenelemente zur Abstrahlung mit der orthogonalen Polarisation zu der einfallenden elektromagnetischen Welle,
Die 1a zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines retrodirektiven Antennenarrays A_n 101 in planarer Antennentechnologie. Die einzelnen Antennenelemente 102 sind auf die in 1b dargestellte Art paarweise mit Leitungen verbunden. Diese Leitungen weisen alle die gleiche Länge auf, was aber der Einfachheit halber der 1b nicht zu entnehmen ist. Diese Verbindungselemente können im einfachsten Fall als Koaxial- oder besser als Streifenleitungen in Multilayertechnik ausgeführt werden. Da dünne Substrate oder Folien als Trägermaterial für das Antennenarray verwendet werden können, ergibt sich eine sehr dünne Bauform, die auch eine gewisse Flexibilität beinhaltet und zur konformen Integration in Oberflächen geeignet ist. Weiterhin ist hervorzuheben, dass verwendbare Materialien preiswert sind und sich die Antennenarrays A_n 101 bzw. die gesamte Vorrichtung 100 in Kunststoff einschweißen lassen und damit im Außenbereich einsetzbar sind. Um einen in 2a dargestellten Code nachzubilden, ist eine Anordnung der Arrays wie in 2b erforderlich. In 2b sind 13 aktive Antennenarrays A_n 101 dargestellt, die jeweils 4 × 4 Antennenelemente 102 aufweisen, wobei jeweils zwei der Antennenelemente 102 paarweise miteinander verbunden sind (vgl. 1b) und die Verbindungselemente aller paarweise verbundenen Antennenelemente 102 gleich lang sind. Die Antennenarrays A_n 101 senden/reflektieren eingehende Mikrowellenstrahlung retrodirektiv zur Strahlungsquelle zurück. Das sich voraussichtlich von einem Radarsystem erfasste Radarbild einer Vorrichtung 100 wie in 2b zeigt 2c.
Eine Variante der Vorrichtung 100 ist in 3a dargestellt. Werden alle Antennenelemente 102 eines Antennenarrays A_n 101 über geeignete HF-Schalter (z. B. MEMS) mit einem Widerstand reflexionsfrei abgeschlossen, so wird das Antennenarray A_n 101 deaktiviert.
Die paarweise miteinander verbundenen Antennenelemente 102 können grundsätzlich mit zwei zueinander orthogonalen Polarisationen (z. B. horizontal / vertikal oder rechtszirkular / linkszirkular) betrieben werden. Damit ist es möglich, mit derselben Anordnung der Antennenarrays A_n 101 zwei verschiedene Codierungen darzustellen. 3b zeigt die elektrische Schaltung der Antennenelemente 102, die für einfallende Wellen mit vertikaler Polarisation aktiv, für solche mit horizontaler Polarisation hingegen inaktiv ist.
Die Antennenelemente 102 können so miteinander verbunden werden, dass sie eine eintreffende Radarstrahlung entweder mit der einfallenden oder der hierzu orthogonalen Polarisation wieder abstrahlen. Dies gilt für horizontale und vertikale Polarisation, ist jedoch entsprechend auch auf zirkulare Polarisationen (RHCP, LHCP) anwendbar. Zwischen beiden Varianten kann vorteilhaft umgeschaltet werden.
5 zeigt ein Verkehrsschild 103 mit einer Vorrichtung 100 zur Ausgabe abtastbarer Informationen I, mit einem Radarreflektor für Mikrowellenstrahlung, der eine Anzahl N von retrodirektiven, flächig angeordneten Antennenarrays A_n 101 aufweist, mit n = 2, ..., N, und N = 1, 2, ..., wobei jedes der Antennenarrays A_n 101 eine Anzahl M = 2 m Antennenelemente 102 aufweist, mit m = 1, 2, 3, ...; Eingänge der einzelnen Antennenelemente 102 eines Antennenarrays A_n 101 jeweils paarweise mit
Verbindungselementen miteinander verbunden sind; die Verbindungselemente paarweise miteinander verbundener Antennenelemente 102 eine identische Verbindungslänge aufweisen; und die Antennenarrays A_n 101 zur 1D-Codierung und/oder 2D-Codierung der ausgegebenen Informationen I auf einem Substrat flächig angeordnet sind, wobei die 1D- und/oder 2D-codierten Informationen einen Informationsgehalt des Verkehrsschildes /der Anzeigetafel angeben. Die Vorrichtung 100 ist in 5 als „Schild“ am Mast des Verkehrsschildes 103 angeordnet. Alternativ kann die Vorrichtung 100 auch auf dem Verkehrsschild 103 selbst angeordnet werden und so gestaltet sein, dass sie optisch nicht sichtbar ist. Vorteilhaft wird das Verkehrsschild 103 dabei mit der Vorrichtung 100 beklebt, wobei die Vorrichtung 100 farblich so gestaltet wird, dass sie optisch als solche nicht erkennbar ist, und ein Betrachter lediglich das Verkehrsschild 103 als solches optisch wahrnimmt.
Die einfachsten Anwendungen der vorgeschlagenen Vorrichtung 100 sind Ausführung und Anordnung als Fahrweg-Markierungen, wie die linken und rechten Begrenzungsbaken auf Straßen (Leitpfosten) und die Seezeichen in der Schifffahrt. Für die Anwendung in Fahrerassistenzsystemen wird es immer wichtiger, dass diese Informationen robust und sicher vom Fahrzeug erfasst werden können.
Die Vorrichtung 100 kann zusätzlich an optisch erkennbaren Hinweis-Schildern, Verkehrsschildern, Werbetafeln etc. angebracht sein, und den Informationsinhalt der Schilder bzw. Werbetafeln replizieren und/oder ergänzende zusätzliche Informationen ausgeben. Natürlich kann die Vorrichtung 100 auch unabhängig von anderen, beispielsweise optisch auslesbaren Informationsquellen, angeordnet sein. Vorteilhaft wird die Vorrichtung 100 automatisch von geeigneten Radarsystemen ausgelesen, ausgewertet und im Fahrzeug dargestellt. Vorteilhaft wird das Auswerteergebnis des Radarsystems mit anderen im Fahrzeug vorhandenen Informationen (beispielsweise Navigationsdatenbanken) verglichen, und sofern sich dabei eine Gefahrensituation ergibt, werden im Fahrzeug Signale ausgegeben (optisch, akustisch, und/oder haptisch). Auf diese Weise kann insbesondere verhindert werden, dass ein Fahrzeug verbotenerweise in eine Einfahrt biegt und zum Geisterfahrer auf Fernstraßen oder Autobahnen wird.
Die vorgeschlagene Vorrichtung 100 kann weiterhin zur Identifizierung von Transportgütern wie Containern, Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen mit Hilfe von Radartechnik oder Mikrowellenabtastung (THz-Scanner) dienen. So ließe sich bspw. die Fahrgestellnummer eines Autos von außen nicht sichtbar codiert in die Karosserieoberfläche integrieren und beim Vorbeifahren auslesen. Werden Container auf der Oberseite mit einer Identifizierung versehen, könnten sie sogar von hochauflösenden Radar-Fernerkundungssatelliten identifiziert werden.
Für den Einsatz in der Navigation kann durch Auslesen entsprechend mit einer Vorrichtung 100 präparierter Landmarken und durch Triangulation die eigene Position bestimmt werden.
Wird die vorgeschlagene Vorrichtung 100 mit aktiven retrodirektiven Antennenarrays verwendet, kann die ausgegebene Information I = I(t) zeitabhängig geändert werden. Bei einer Lichtsignaleinrichtung (Ampel) können so bspw. nicht nur der Status (rot, gelb, grün), sondern auch die restlichen Sekunden bis zum Umschalten von der Vorrichtung 100 ausgegeben werden. Diese Information kann genutzt werden, um das Fahrzeug von einem Assistenzsystem möglichst energieeffizient bewegen zu lassen ("grüne Welle").
Weiterhin können ganz allgemein Informationsübertragungseinrichtungen ähnlich dem Mikrowellen-Richtfunk realisiert werden. Der Vorteil ist, dass die Vorrichtung 100 nicht sendet, sondern die Information I aktiv ausgelesen wird, was die Informationssicherheit erhöht. Es sind allerdings Lesegeräte, d.h. Radarsysteme notwendig, die über eine größere Entfernung eine hohe geometrische Auflösung realisieren.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.

Claims

Vorrichtung (100) zur Ausgabe abtastbarer Informationen I, mit einem Radarreflektor und/oder einem Radartransponder, der eine Anzahl N von retrodirektiven, flächig angeordneten Antennenarrays A_n (101) aufweist, mit n = 1, 2, ..., N, und N = 1, 2, ..., wobei – jedes der Antennenarrays A_n (101) eine Anzahl M = 2 m Antennenelemente (102) aufweist, mit m = 1, 2, 3, ...; – Eingänge der einzelnen Antennenelemente (102) eines Antennenarrays A_n (101) jeweils paarweise mit Verbindungselementen miteinander verbunden sind; – die Verbindungselemente paarweise miteinander verbundener Antennenelemente (102) eine identische Verbindungslänge aufweisen; und – die Antennenarrays A_n (101) zur 1D-Codierung und/oder 2D-Codierung der ausgegebenen Informationen I auf einem Substrat flächig angeordnet sind.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei dem ein Steuergerät vorhanden ist, mittels dem zumindest eines der Antennenarrays A_n (101) zur 1D- und/oder 2D-Codierung von zeitabhängigen Informationen I = I(t) zeitabhängig vollständig aktiviert und deaktiviert wird, wobei das Antennenarray A_n (101) in einem aktivierten Zustand auftreffende Radarstrahlung retrodirektiv aussendet, während das Antennenarray A_n (101) in einem deaktivierten Zustand auftreffende Radarstrahlung nicht oder nahezu nicht mehr aussendet.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, bei dem die Antennenelemente (102) eines jeweiligen Antennenarrays A_n (101) in dem deaktivierten Zustand über HF-Schalter mit Widerständen reflexionsfrei abgeschlossen sind.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Steuergerät vorhanden ist, mittels dem ein oder mehrere der paarweise verbundene Antennenelemente (102) eines Antennenarrays A_n (101) zur 1D- und/oder 2D-Intensitäts-Codierung von zeitabhängig ausgegebenen Informationen I = I(t) selektiv deaktiviert oder aktiviert werden, wobei der Gewinn des Antennenarrays A_n (101) und damit die Intensität ausgesandter Radarstrahlung zeitlich entsprechend variiert werden.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Steuergerät vorhanden ist, mittels dem zur 1D- und/oder 2D-Polarisations-Codierung der angegebenen Informationen I(t) die Eingänge der paarweise verbundenen Antennenelemente (102) jeweils in einen ersten und einen zweiten elektrischen Zustand schaltbar sind, wobei der erste Zustand durch eine kreuzweise Verbindung der Eingänge und der zweite Zustand durch eine nicht kreuzweise Verbindung der Eingänge der paarweise verbundenen Antennenelemente (102) gekennzeichnet ist, sodass von Antennenelementen (102) ausgesandte Radarstrahlung, die im ersten Zustand oder im zweiten Zustand ausgesandt werden, Polarisationen aufweisen, die orthogonal zueinander sind.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, bei dem gleichzeitig alle paarweise verbundenen Antennenelemente (102) eines Antennenarrays A_n (101) gleichzeitig im ersten oder im zweiten Zustand sind.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die paarweise verbundenen Antennenelemente (102) eines Antennenarrays A_n (101) einheitlich als passive Antennenelemente (102) oder als aktive Antennenelemente (102) ausgebildet sind, wobei die aktiven Antennenelemente (102) einen Signalverstärker zur Verstärkung eingehender Radarstrahlung vor deren Wiederausstrahlung aufweisen.
Vorrichtung (100) zur Ausgabe abtastbarer Informationen I, mit einem Radarreflektor und/oder einem Radartransponder, der eine Anzahl N von flächig angeordneten Antennenarrays A_n (101) aufweist, mit n = 1, 2, ..., N, und N = 1, 2, ..., wobei – jedes der Antennenarrays A_n (101) eine Anzahl M Antennenelemente (102) aufweist, mit M = 1, 2, 3, ...; und – die Antennenarrays A_n (101) zur 1D-Codierung und/oder 2D-Codierung der ausgegebenen Informationen I auf einem Substrat flächig angeordnet sind.
Verkehrsschild oder Anzeigetafel mit einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 8, wobei die 1D- und/oder 2D-codierten Informationen einen Informationsgehalt des Verkehrsschildes /der Anzeigetafel angeben.
Verkehrssystem umfassend: – eine in einem Verkehrswegenetz angeordnete Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, – ein in einem Fahrzeug angeordnetes Radarsystem zur Abtastung einer Fahrzeugumgebung mit Radarstrahlung, – eine in dem Fahrzeug angeordnete Auswerteeinheit zur Auswertung der vom Radarsystem empfangenen Radarstrahlung, und – eine Ausgabeeinheit, wobei die Auswerteeinheit zur Decodierung der vom Radarsystem erfassten 1D- und/oder 2D-codierten Informationen I ausgeführt ist, und die von der Auswerteeinheit decodierten Informationen I zur Ausgabe an die Ausgabeeinheit übermittelt und von dieser ausgegeben werden.