DE102017222043A1

DE102017222043A1 - Verfahren zum betreiben einer sensoranordnung mit mindestens zwei lidar-sensoren und sensoranordnung

Info

Publication number: DE102017222043A1
Application number: DE102017222043.0A
Authority: DE
Inventors: Andre Nauen
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-06-06
Also published as: WO2019110222A1; US11774560B2; US20210011129A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung (22) umfassend einen ersten LIDAR-Sensor (24) und mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor (26), wobei der erste LIDAR-Sensor (24) und der zweite LIDAR-Sensor (26) jeweils wiederholt jeweilige Messungen durchführen, wobei die Messungen des ersten LIDAR-Sensors (24) in jeweiligen ersten Messzeitfenstern (M1) durchgeführt werden, zu Beginn von welchen ein erster Messstrahl (28a) durch den ersten LIDAR-Sensor (24) ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb des jeweiligen ersten Messzeitfensters (M1) zumindest ein reflektierter Strahlanteil (28a') des ersten Messstrahls (28) erfasst wird; und wobei die Messungen des mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors (26) in jeweiligen zweiten Messzeitfenstern (M2) durchgeführt werden, zu Beginn von welchen ein zweiter Messstrahl (30a) durch den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor (26) ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb der jeweiligen zweiten Messzeitfenster (M2) zumindest ein reflektierter Strahlanteil (30a') des zweiten Messstrahls (30a) erfasst wird. Dabei werden der erste und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor (26) derart synchronisiert betrieben, dass sich die ersten Messzeitfenster (M1) und die zweiten Messzeitfenster (M2) zeitlich nicht überlappen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung umfassend einen ersten LIDAR-Sensor und mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor, wobei der erste LIDAR-Sensor und der zweite LIDAR-Sensor jeweils wiederholt jeweilige Messungen durchführen, wobei die Messungen des ersten LIDAR-Sensors in jeweiligen ersten Messzeitfenstern durchgeführt werden, zu Beginn von welchen ein erster Messstrahl durch den ersten LIDAR-Sensor ausgesendet wird und überprüft wird, ob innerhalb des jeweiligen ersten Messzeitfensters zumindest ein reflektierter Strahlanteil des ersten Messstrahls erfasst wird. Weiterhin werden die Messungen des mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors in den jeweiligen zweiten Messzeitfenstern durchgeführt, zu Beginn von welchen ein zweiter Messstrahl durch den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb des jeweiligen zweiten Messzeitfensters zumindest ein reflektierter Strahlanteil des zweiten Messstrahls erfasst wird. Zur Erfindung gehört auch eine Sensoranordnung mit einem ersten LIDAR-Sensor und mindestens einem zweiten LIDAR-Sensor.
Unter einem LIDAR(Light Detection and Ranging)-Sensor ist dabei insbesondere ein System zu verstehen, welches neben einem oder mehreren Emittern zur Aussendung von Lichtstrahlen, zum Beispiel in gepulster Form, und einem Detektor zur Erfassung etwaiger reflektierter Strahlanteile weitere Einrichtungen, beispielsweise optische Elemente wie Linsen und/oder einen MEMS-Spiegel, und weitere elektrische Einrichtungen aufweisen kann. Ein LIDAR-Sensor kann daher auch als LIDAR-System oder LIDAR-Detektionssystem bezeichnet werden.
Die Funktion eines LIDAR-Sensors beziehungsweise eines LIDAR-Systems beruht auf einer Laufzeitmessung von ausgesandten Lichtsignalen. Treffen diese auf Oberflächen in der Umgebung des LIDAR-Sensors auf, so wird ein Teil der ausgesandten Leistung in Richtung des LIDAR-Sensors reflektiert. Dementsprechend kann das Pulsecho mit einem geeigneten Detektor aufgezeichnet werden. Erfolgt die Aussendung des Pulses zu einem ersten Zeitpunkt und wird das Echosignal zu einem späteren zweiten Zeitpunkt erfasst, dann kann der Abstand zur reflektierenden Oberfläche über die Laufzeit, die die Differenz aus erstem und zweitem Zeitpunkt darstellt, berechnet werden. Ein LIDAR-Sensor arbeitet dabei üblicherweise mit Lichtpulsen, die eine bestimmte Wellenlänge, zum Beispiel 905 Nanometer, und eine bestimmte Pulslänge aufweisen. Weiterhin ist jedem Lichtpuls typischerweise ein Messzeitfenster zugeordnet, welches mit der Aussendung des Messlichtpulses beginnt. Sollen durch eine Messung sehr weit entfernte Objekte erfassbar sein, wie beispielsweise Objekte in einer Entfernung von 300 Metern, so muss dieses Messzeitfenster, innerhalb von welchem überprüft wird, ob zumindest ein reflektierter Strahlanteil empfangen wurde, mindestens zwei Mikrosekunden andauern. Die Verwendung von LIDAR-Sensoren findet nunmehr zunehmend auch im Kraftfahrzeugbereich Anwendung. Entsprechend werden in Kraftfahrzeugen auch zunehmend LIDAR-Sensoren verbaut. Weist ein Kraftfahrzeug beispielsweise zwei LIDAR-Sensoren zum Beispiel in der Fahrzeugfront auf, so kann es unabhängig von der genauen Gestaltung der Sichtbereiche der beiden LIDAR-Sensoren dazu kommen, dass die Echosignale eines ersten der beiden LIDAR-Sensoren von dem zweiten der beiden LIDAR-Sensoren empfangen werden. Dies würde zu Störungen der Einzelmessungen führen. Das Problem besteht insbesondere dann, wenn mehrere baugleiche Systeme beziehungsweise LIDAR-Sensoren zusammen verwendet werden, da diese mit sehr ähnlichen Messfrequenzen arbeiten. Dies kann letztendlich zur Erfassung von Scheinobjekten an Positionen führen, an welchen überhaupt keine Objekte vorhanden sind. Daraus können wiederum sehr sicherheitskritische Situationen resultieren, da es zum Beispiel dazu kommen könnte, dass ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs eine unnötig starke Bremsung auslöst oder ein Ausweichmanöver einleitet, was sowohl zu einer Gefährdung der Insassen des Kraftfahrzeugs als auch zu einer Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer führen könnte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung und eine Sensoranordnung mit einem ersten LIDAR-Sensor und mindestens einem zweiten LIDAR-Sensor bereitzustellen, bei welchen die Wahrscheinlichkeit für eine gegenseitige Störung reduziert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung und durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung umfassend einen ersten LIDAR-Sensor und mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor führen der erste LIDAR-Sensor und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor jeweils wiederholt jeweilige Messungen durch. Dabei werden die Messungen des ersten LIDAR-Sensors in jeweiligen ersten Messzeitfenstern durchgeführt, zu Beginn von welchen ein erster Messstrahl durch den ersten LIDAR-Sensor ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb des jeweiligen ersten Messzeitfensters zumindest ein reflektierter Strahlanteil des ersten Messstrahls erfasst wird. Weiterhin werden die Messungen des mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors in jeweiligen zweiten Messzeitfenstern durchgeführt, zu Beginn von welchen ein zweiter Messstrahl durch den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor ausgesendet wird und überprüft wird, ob innerhalb des jeweiligen zweiten Messzeitfensters zumindest ein reflektierter Strahlanteil des zweiten Messstrahls erfasst wird. Dabei werden der erste und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor derart synchronisiert betrieben, dass sich die ersten Messzeitfenster und die zweiten Messzeitfenster zeitlich nicht überlappen.
Durch die zeitliche Synchronisation der beiden LIDAR-Sensoren und der dadurch bereitgestellten zeitlichen Separation der jeweiligen Messzeitfenster wird es vorteilhafterweise erreicht, dass die Wahrscheinlichkeit für eine gegenseitige Störung beider LIDAR-Sensoren deutlich reduziert ist. Es wird also beispielsweise zuerst vom ersten LIDAR-Sensor ein Messpuls beziehungsweise ein erster Messstrahl ausgesandt und dann für die Dauer des ersten Messzeitfensters der Detektor des ersten LIDAR-Sensors ausgelesen, um zu überprüfen, ob ein reflektierter Strahlanteil erfasst wurde. Während dieser Zeitspanne kann der zweite LIDAR-Sensor oder auch jeder weitere LIDAR-Sensor, der in gleicher Weise wie der zweite LIDAR-Sensor synchronisiert zum ersten LIDAR-Sensor betrieben wird, keinen Lichtpuls beziehungsweise zweiten Messstrahl aussenden. Frühestens wenn die Zeitdauer des ersten Messzeitfensters abgelaufen ist, kann durch den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor ein Messstrahl ausgesandt werden. Dann wird wiederum für die Dauer des zweiten Messzeitfensters der Detektor des zweiten LIDAR-Sensors ausgelesen und überprüft, ob ein reflektierter Strahlanteil erfasst wurde. Während dieser Zeitdauer des zweiten Messzeitfensters kann jedoch der erste LIDAR-Sensor oder auch jeder weitere LIDAR-Sensor der synchronisierten Sensoranordnung keinen Messstrahl aussenden. Entsprechend wird auch die Wahrscheinlichkeit, dass in jeweiligen Messzeitfenstern ein Strahlanteil eines Messstrahls eines anderen LIDAR-Sensors empfangen wird, deutlich reduziert. Insbesondere wäre dies nur dann möglich, wenn dieser störende Messstrahl eines anderen LIDAR-Sensors eine deutlich weitere Wegstrecke zurückgelegt hätte als der eigentlich zu erfassende eigene Lichtstrahl. Soll also beispielsweise durch die beiden LIDAR-Sensoren eine Reichweite von 300 Metern abgedeckt werden, so müssen die ersten und zweiten Messzeitfenster mindestens zwei Mikrosekunden andauern. Würde sich an das erste Messzeitfenster direkt ein zweites Messzeitfenster anschließen, so wäre eine Erfassung eines Anteils des ersten Messstrahls durch den zweiten LIDAR-Sensor nur dann möglich, wenn dieser Messstrahl eine Strecke von mehr als 600 Metern zurückgelegt hätte. Bei derartigen Distanzen erfährt ein ausgesandter Lichtpuls jedoch eine derartige Schwächung durch diverse Reflexionen und Absorptionen, dass der vom zweiten Detektor erfasste Störstrahlanteil lediglich nur noch einen äußerst geringen Signalpegel hätte, der sich dann kaum noch bemerkbar macht bzw. ähnlich wie Rauschsignale herausgefiltert werden kann, zum Beispiel durch ein geeignetes Schwellwertverfahren oder auch durch eine Mittelung aufeinanderfolgender Einzelmessungen des zweiten LIDAR-Sensors.
Somit lässt sich nun vorteilhafterweise eine gegenseitige Störung von zwei oder mehreren LIDAR-Sensoren durch eine Synchronisierung der jeweiligen Zeitbasen von vorneherein vermeiden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich auch darin, dass hierdurch die Möglichkeit bereitgestellt ist, die Gesamtleistung des Verbundes der LIDAR-Sensoren zu verbessern, indem alle LIDAR-Sensoren als synchronisiertes Ensemble betrieben werden, was später näher erläutert wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird wiederholt ein Synchronisationssignal bereitgestellt, mittels welchem der Betrieb des ersten und des mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors synchronisiert wird. LIDAR-Sensoren weisen üblicherweise Zeitgeber auf, aus welchen der Messablauf abgeleitet wird. Derartige Zeitgeber bestimmen also, wann ein jeweiliges Messzeitfenster eines LIDAR-Sensors gestartet und beendet wird und wann das nächste Messzeitfenster einsetzt. Zur Synchronisation des ersten und des mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors können nun derartige interne Zeitgeber miteinander synchronisiert werden, was wiederholt erfolgt, zum Beispiel im Falle dass die Sensoranordnung bei einem Kraftfahrzeug Anwendung findet, bei einem jeweiligen Fahrzeugstart, oder je nach Ganggenauigkeit der Zeitgeber in regelmäßigen vorbestimmten Abständen. Weiterhin verfügen die jeweiligen LIDAR-Sensoren, das heißt der erste LIDAR-Sensor und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor, über eine Kommunikationsschnittstelle, über welche die Synchronisationsinformation ausgetauscht werden kann. Die Zeitgeber können weiterhin interne Oszillatoren sein, deren Gangabweichungen beziehungsweise Jitter im Vergleich zur gewünschten Abstandsmessgenauigkeit vernachlässigbar sein soll. Ausgehend von typischen Pulsbreiten ist es vorteilhaft, wenn die Stabilität besser ist als eine Nanosekunde, und das über einen Zeitraum hinweg, in dem keine erneute Synchronisation erfolgt.
In Verbindung mit einer gemeinsamen Schnittstelle wäre es auch möglich, die Messphase eines jeden einzelnen LIDAR-Sensors von einer zentralen Instanz auslösen zu lassen. Interne Zeitgeber sind jedoch bevorzugt, da hierdurch die erforderlichen zu übermittelnden Datenraten geringer gehalten werden können.
Je nach Stabilität der internen Zeitgeber genügt es, die Zeitbasis nur zum Beispiel beim Start des Fahrzeugs zu synchronisieren. Aber auch ein erneuter Abgleich, beispielsweise alle zehn Minuten, ist im Hinblick auf die nötige Datenrate auf einem Fahrzeugbus ohne Weiteres möglich. Im Falle eines Fahrzeugstillstands, oder im Allgemeinen im Falle eines Stillstands der Sensoranordnung, ist es auch möglich, die jeweiligen LIDAR-Sensoren optisch miteinander zu synchronisieren, zum Beispiel indem ein vorher als Master definierter LIDAR-Sensor eine spezielle Kalibrationspulsfolge in die Umgebung abstrahlt, sodass benachbarte LIDAR-Sensoren sich entsprechend dazu einstellen können.
Weiterhin können der erste und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor derart synchronisiert betrieben werden, dass die ersten und zweiten Messzeitfenster zueinander zeitlich in einer festgelegten Abfolge angeordnet sind. Dies stellt eine besonders einfache Ausgestaltung des Verfahrens dar. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der erste und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor derart synchronisiert betrieben werden, dass die ersten und zweiten Messzeitfenster zueinander zeitlich in einer zufälligen Abfolge angeordnet sind. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn die Sensoranordnung mehr als nur zwei LIDAR-Sensoren umfasst. An eine derartige zufällige Abfolge können weitere Randbedingungen geknüpft sein, zum Beispiel dass in dieser zeitlichen Abfolge nicht zwei Messzeitfenster eines gleichen Sensors aufeinanderfolgen sollen, wie beispielsweise zwei erste Messzeitfenster oder zwei zweite Messzeitfenster. Eine stochastische beziehungsweise zufällige Abfolge der Messzeitfenster der jeweiligen LIDAR-Sensoren der Sensoranordnung hat den Vorteil, dass zum Beispiel bei einer nachträglichen Datenfusion beziehungsweise Bildsynthese Artefakte vermieden werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen jeweilige aufeinanderfolgende erste Messzeitfenster einen ersten vorbestimmten zeitlichen Mindestabstand zueinander auf, der um ein Vielfaches größer ist als ein jeweiliges der ersten Messzeitfenster. Wie bereits erwähnt, ist für eine Reichweite von 300 Metern ein Messzeitfenster der Dauer von zwei Mikrosekunden erforderlich. Die Pulsfrequenz üblicher LIDAR-Sensoren liegt üblicherweise im Bereich kleiner 100 Kilohertz, was in thermischen Limitierungen der verwendeten Lichtquellen, wie beispielsweise bei 905 Nanometern emittierenden Laserdioden, begründet ist. Bei höheren Pulsfrequenzen würde die Pulsleistung - insbesondere bei im Fahrzeug relevanten Temperaturen oberhalb von 60 Grad Celsius - zu stark absinken. Selbst mit einer Messzeit von zwei Mikrosekunden ist die Anzahl der maximalen Messphasen innerhalb einer Sekunde durch die Pulsrate der Laserdiode begrenzt. Das Vorsehen eines zeitlichen Mindestabstands zwischen jeweiligen aufeinanderfolgenden ersten Messzeitfenstern hat also den großen Vorteil, dass eine bestimmte Pulsfrequenz, die vor allem durch die thermische Belastbarkeit der verwendeten Lichtquellen bestimmt wird, nicht überschritten wird. Dieser zeitliche Mindestabstand kann also vorteilhafterweise in Abhängigkeit von den verwendeten Lichtquellen bestimmt werden und gewährleistet damit immer einen besonders effizienten Betrieb des LIDAR-Sensors. Dies gilt im Übrigen nicht nur für den ersten LIDAR-Sensor, sondern auch für den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor. Entsprechend weisen bevorzugt auch die zweiten Messzeitfenster einen zeitlichen Mindestabstand zueinander auf.
Daraus, dass ohnehin üblicherweise Totzeiten zwischen jeweiligen Messzeitfenstern eines LIDAR-Sensors eingehalten werden müssen, wird zugleich noch ein weiterer großer Vorteil der Erfindung ersichtlich. Die Synchronisation der Zeitbasen derart, dass sich die jeweiligen Messzeitfenster der einzelnen LIDAR-Sensoren zeitlich nicht überlappen, beeinflusst dabei in keiner Weise die Messungen der einzelnen LIDAR-Sensoren, da ohnehin Totzeiten eingehalten werden müssen. Bei einer Pulsfrequenz von beispielsweise 100 Kilohertz wird also alle zehn Mikrosekunden ein Messstrahl ausgesandt. Beträgt die Dauer eines Messzeitfensters dabei zwei Mikrosekunden, so lassen sich prinzipiell fünf LIDAR-Sensoren zeitlich ohne eine Einschränkung multiplexen. Sollte eine größere Anzahl an LIDAR-Sensoren für die Sensoranordnung gewünscht sein, dann kann beispielsweise die Messdauer der Einzelmessung, das heißt die Länge der einzelnen Messzeitfenster, und dadurch die maximale Reichweite reduziert werden. Eine Halbierung der Reichweite von 300 Metern auf 150 Meter, was für die meisten Anwendungsfälle ohnehin ausreichend ist, würde die doppelte Anzahl, also zehn, synchronisierter LIDAR-Sensoren erlauben.
Darüber hinaus kann es auch vorgesehen sein, dass eine zeitliche Länge der jeweiligen ersten und/oder zweiten Messzeitfenster dynamisch in Abhängigkeit von einem Abstand eines bei einer Messung erfassten Objekts variiert wird. Dies hat gleich mehrere Vorteile: Hierdurch können die jeweiligen Messzeitfenster nicht länger als nötig bemessen sein, sodass diese, wenn es die Situation erlaubt, verkürzt werden können, was bei gleichbleibender Pulsfrequenz bedeutet, dass sich die Abstände zwischen ersten und zweiten Messzeitfenstern vergrößern. Dies reduziert wiederum die Wahrscheinlichkeit weiter, dass vom ersten LIDAR-Sensor im ersten Messzeitfenster ein Lichtpuls des zweiten LIDAR-Sensors empfangen wird und umgekehrt. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass beispielsweise auch die Anzahl aktiver LIDAR-Sensoren der Sensoranordnung dynamisch in Abhängigkeit von der jeweiligen Länge der Messzeitfenster angepasst werden kann. Ist also beispielsweise eine Erfassungsreichweite von 300 Metern erforderlich, so können bei einer Pulsfrequenz von 100 Kilohertz fünf LIDAR-Sensoren zur Messung beitragen. Ist in einer anderen Situation eine Reichweite von 150 Metern dagegen ausreichend, so kann bei gleichbleibender Pulsfrequenz die Anzahl an zur Messung beitragender LIDAR-Sensoren auf zehn erhöht werden. So kann zum Beispiel gerade bei sehr kurzen Reichweiten durch das Hinzuziehen zusätzlicher LIDAR-Sensoren die Auflösung erhöht werden.
Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die zeitliche Länge der jeweiligen ersten und/oder zweiten Messzeitfenster festgelegt und konstant ist. Dies stellt eine besonders einfache Ausgestaltung dar, die insbesondere dann besonders vorteilhaft ist, wenn die Sensoranordnung ohnehin wenige LIDAR-Sensoren, zum Beispiel weniger als fünf oder maximal fünf, umfasst.
Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, dass eine zeitliche Länge der jeweiligen ersten und/oder zweiten Messzeitfenster in Abhängigkeit von der Anzahl der LIDAR-Sensoren der Sensoranordnung festgelegt wird. Diese zeitliche Länge kann beispielsweise auch als eine maximale zeitliche Länge der jeweiligen Messzeitfenster festgelegt werden, sodass die einzelnen Messzeitfenster dennoch dynamisch zum Beispiel in Abhängigkeit von der Entfernung eines bei einer vorhergehenden Messung erfassten Objekts variiert wird. Damit gibt es vielzählige vorteilhafte Möglichkeiten, die Länge der Messzeitfenster an die Situation und an die Anforderungen der Sensoranordnung anzupassen.
Der große Vorteil der Erfindung liegt aber nicht nur allein in der Reduzierung der Störanfälligkeit, sondern vor allem auch in der Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems, das heißt der Sensoranordnung, zu verbessern. Die einzelnen LIDAR-Sensoren, deren Zeitbasen zueinander synchron sind, können nämlich effektiv zu einem leistungsfähigeren Gesamtsystem zusammengefasst werden. Wenn also beispielsweise ein LIDAR-Sensor weiß, wann welcher der anderen LIDAR-Sensoren der Sensoranordnung einen Messpuls aussendet, und wenn diesem LIDAR-Sensor zudem auch die relative Position zu den anderen LIDAR-Sensoren bekannt ist, kann dieser LIDAR-Sensor eines synchronisierten Verbundes auch Messechos, welche von den anderen LIDAR-Sensoren, aber synchron arbeitenden LIDAR-Sensoren, herrühren, zum Beispiel für eine Time-of-Flight-Messung heranziehen. Ein einzelner LIDAR-Sensor der Sensoranordnung kann somit die Messpulse der übrigen LIDAR-Sensoren der Sensoranordnung ebenfalls nutzen, um Zusatzinformationen über die Umgebung zu gewinnen.
Daher stellt es eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der erste LIDAR-Sensor einen ersten Detektor aufweist, der während der ersten Messzeitfenster ausgelesen wird, und der zweite LIDAR-Sensor einen zweiten Detektor aufweist, der während der jeweiligen zweiten Messzeitfenster ausgelesen wird, wobei der erste Detektor auch während der jeweiligen zweiten Messzeitfenster ausgelesen wird, und, falls innerhalb eines der zweiten Messzeitfenster vom ersten LIDAR-Sensor ein Lichtpuls detektiert wird, der detektierte Lichtpuls als vom zweiten LIDAR-Sensor stammend klassifiziert wird. Somit kann der erste LIDAR-Sensor vorteilhafterweise auch die vom mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor stammenden Lichtpulse nutzen und darauf basierend Zusatzinformationen über die Umgebung gewinnen. Umgekehrt gilt dies auch für den zweiten LIDAR-Sensor, denn auch dieser kann während des ersten Messzeitfensters seinen Detektor auslesen und, falls innerhalb dieses ersten Messzeitfensters vom zweiten LIDAR-Sensor ein Lichtpuls detektiert wird, kann der zweite LIDAR-Sensor diesen detektieren Lichtpuls als vom ersten LIDAR-Sensor stammend klassifizieren und dadurch zusätzliche Informationen über die Umgebung erfassen. Auf diese Weise lassen sich zahlreiche Vorteile erzielen und die Leistungsfähigkeit der Sensoranordnung insgesamt enorm verbessern. Diese zusätzlich gewonnenen Informationen der jeweiligen LIDAR-Sensoren können einerseits dazu verwendet werden, die Auflösung der Umgebungserfassung zu erhöhen oder andererseits auch, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der jeweiligen Messungen zu verbessern. Insgesamt kann so eine deutlich verbesserte und robustere Erfassung der Umgebung bereitgestellt werden.
Deshalb ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste LIDAR-Sensor zur Umgebungserfassung die während der ersten Messzeitfenster ausgelesenen Daten, sowie auch die während der zweiten Messzeitfenster ausgelesenen Daten verwendet. Dadurch lassen sich die oben beschriebenen Vorteile erzielen. Gleiches gilt auch für den zumindest einen zweiten LIDAR-Sensor und jeden weiteren LIDAR-Sensor der synchronisierten Sensoranordunung.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass für den Fall, dass während zumindest eines zweiten Messzeitfensters ein Lichtpuls vom ersten LIDAR-Sensor detektiert wird, eine Position eines Objektpunkts auf Basis des detektierten Lichtpulses und in Abhängigkeit von einer Position des zweiten LIDAR-Sensors relativ zum ersten LIDAR-Sensor ermittelt wird. Auch diese Ausführungsform kann in analoger Weise wiederum für den zweiten LIDAR-Sensor gelten sowie auch für jeden weiteren LIDAR-Sensor der Sensoranordnung. Bei der Verwendung von zwei LIDAR-Sensoren lassen sich also beispielsweise in einem Messintervall doppelt so viele Objektpunkt erfassen. Die Auflösung steigt damit proportional zur Anzahl der verwendeten LIDAR-Sensoren in der Sensoranordnung. Hierdurch lässt sich also auch effektiv die Pulsrate erhöhen, aus welcher ein Umgebungsbild erzeugt werden kann. Insbesondere steigt auch diese effektive Pulsrate proportional zur Anzahl der LIDAR-Sensoren der Sensoranordnung.
Ein weiterer besonders großer Vorteil dieser Sensoranordnung lässt sich an folgendem Beispiel erkennen: Beispielsweise gibt es Oberflächen, die im Wesentlichen einen spekularen Reflex aufweisen, wofür ein Spiegel das Extrembeispiel wäre. In einem solchen Fall kann es sein, dass ein LIDAR-Sensor, wenn dieser nicht gerade genau senkrecht zur Oberfläche dieses Objekts einen Lichtpuls aussendet, gar kein Echosignal empfangen kann und damit im Hinblick auf das spiegelnde Objekt blind ist. Durch die Verwendung mehrerer synchronisierter LIDAR-Sensoren in einem Verbund, wie dies erfindungsgemäß der Fall ist, ist es nun jedoch vorteilhafterweise auch möglich, in einem solchen Fall die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass zumindest irgendeiner der anderen LIDAR-Sensoren dennoch ein Echo von einem solchen spiegelnden Objekt empfangen kann, sodass der Verbund diesem speziellen Objekt gegenüber nicht blind wäre. Durch die Sensoranordnung lässt sich damit also auch die Zuverlässigkeit der Erfassung der Umgebung deutlich erhöhen.
Damit ein bestimmter LIDAR-Sensor, zum Beispiel der erste LIDAR-Sensor, der Sensoranordnung die von anderen LIDAR-Sensoren empfangenen Pulse auch angemessen auswerten kann, ist es nicht nur vorteilhaft, Kenntnisse über die Relativpositionen zu den anderen LIDAR-Sensoren zu haben, sondern auch zu wissen, aus welcher Richtung dieser Fremdpuls auf den Detektor des ersten LIDAR-Sensors eingetroffen ist. Diese Information lässt sich nun auf verschiedenste Weise beziehen und hängt von der Ausbildung der einzelnen LIDAR-Sensoren ab. Es ist also vorteilhaft, wenn die Position eines Objektpunkts zusätzlich in Abhängigkeit von einer Raumwinkelinformation ermittelt wird. Auf Basis dieser Raumwinkelinformation kann also ermittelt werden, in welcher Richtung vom empfangenden LIDAR-Sensor, zum Beispiel dem ersten LIDAR-Sensoren, aus gesehen sich das Objekt befindet. Diese Raumwinkelinformation kann beispielsweise durch eine Abstrahlrichtung des zweiten LIDAR-Sensors während des betreffenden zweiten Messzeitfensters bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Winkelinformation auch durch den Detektor des ersten LIDAR-Sensors erfasst werden. Auch beides kann natürlich der Fall sein, was die Bestimmung der Raumwinkelinformation noch zuverlässiger macht. Beispielsweise kann der erste LIDAR-Sensor und/oder der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor als Flash-LIDAR ausgebildet sein, der seine Auflösung ausschließlich mittels des Detektors erzeugt, der in diesem Fall aus mehreren einzeln auslesbaren und in einer Matrix angeordneten Segmenten besteht. Mit anderen Worten kann einem empfangenen Lichtpuls eine Raumwinkelinformation abhängig davon zugeordnet werden, von welchem Pixel der Matrix dieser Puls erfasst wurde. Erfasst also der erste LIDAR-Sensor in einem zweiten Messzeitfenster einen Puls des zweiten LIDAR-Sensors, so kann durch den ersten LIDAR-Sensor, wenn dieser als Flash-LIDAR ausgebildet ist, selbst ermittelt werden, aus welcher Richtung dieser Puls empfangen wurde. Der erste und/oder mindestens eine zweite LIDAR-Sensor kann aber auch als Raster-LIDAR ausgebildet sein, der einen Emitter aufweist, welcher die Messlichtpulse gezielt in verschiedene Raumrichtungen aussendet, insbesondere zeitlich sequentiell, wobei hier als Detektor auch ein Einzelsegment genügt. Sind nun beispielsweise der erste und/oder zweite LIDAR-Sensor als ein solcher Raster-LIDAR ausgebildet, und empfängt beispielsweise der erste LIDAR-Sensor in einem zweiten Messzeitfenster einen Puls des zweiten LIDAR-Sensors, so kann beispielsweise die Information darüber, in welche Raumrichtung der zweite LIDAR-Sensor diesen Puls ausgesandt hat, dem ersten LIDAR-Sensor mitgeteilt werden, sodass dieser erste LIDAR-Sensor diese Information vorteilhafterweise zur Auswertung nutzen kann. Zudem können der erste LIDAR-Sensor und/oder der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor auch als Mischform aus beiden LIDAR-Typen ausgebildet sein, zum Beispiel so, dass in einer Dimension eine Rasterbewegung erfolgt, die Auflösung in der zweiten Dimension aber mittels eines in dieser Dimension winkelsensitiven Detektors erreicht wird. In diesem Fall kann also die vom ersten LIDAR-Sensor benötigte Raumwinkelinformation über den vom zweiten LIDAR-Sensor empfangenen Lichtpuls in einer Dimension selbst bereitstellen und in der anderen Dimension zum Beispiel vom zweiten LIDAR-Sensor empfangen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Sensoranordnung umfassend einen ersten LIDAR-Sensor und mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor, wobei der erste LIDAR-Sensor und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor jeweils dazu ausgebildet sind, wiederholt jeweilige Messungen derart durchzuführen, dass die Messungen des ersten LIDAR-Sensors in jeweiligen ersten Messzeitfenstern durchgeführt werden, zu Beginn von welchen ein erster Messstrahl durch den ersten LIDAR-Sensor ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb des jeweiligen ersten Messzeitfensters zumindest ein reflektierter Strahlanteil des ersten Messstrahls erfasst wird, und die Messungen des mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors in jeweiligen zweiten Messzeitfenstern durchgeführt werden, zu Beginn von welchen ein zweiter Messstrahl durch den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb der jeweiligen zweiten Messzeitfenster zumindest ein reflektierter Strahlanteil des zweiten Messstrahls erfasst wird. Weiterhin ist die Sensoranordnung dazu ausgebildet, den ersten und den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor derart zu synchronisieren, dass sich die ersten Messzeitfenster und die zweiten Messzeitfenster zeitlich nicht überlappen.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Sensoranordnung. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausgestaltungen beschriebenen Verfahrensschritte die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung durch weitere gegenständliche Merkmale.
Weiterhin kann der erste und/oder mindestens eine zweite LIDAR-Sensor dazu ausgebildet sein, Lichtpulse mit einer Wellenlänge auszusenden, die vorzugsweise im Bereich zwischen 850 Nanometern und 1.600 Nanometern liegt. Beispielsweise können die Lichtpulse eine Wellenlänge von 905 Nanometern oder 1.064 Nanometern oder 1.548 Nanometern aufweisen. Auch längere Wellenlängen sind denkbar, wie zum Beispiel 5.600 Nanometer oder 8.100 Nanometer. Prinzipiell können die Lichtpulse aber auch kürzere Wellenlängen aufweisen, wie beispielsweise 600 Nanometer, 650 Nanometer, 700 Nanometer, 750 Nanometer oder 800 Nanometer. Darüber hinaus kann der erste und/oder der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor dazu ausgebildet sein, Lichtpulse mit einer Frequenz zwischen einem Kilohertz und einem Megahertz zu emittieren, vorzugsweise mit einer Frequenz kleiner als 100 Kilohertz. Darüber hinaus kann die Erfassungsreichweite des ersten und/oder mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors zwischen einigen Zentimetern, zum Beispiel 20 Zentimetern, bis hin zu 300 Metern, unter Umständen auch weiter, betragen. Entsprechend können die Messzeitfenster zum Beispiel zwei Mikrosekunden andauern, was der Laufzeit eines Lichtpulses im Falle einer Reflexion an einem 300 Meter entfernten Objekt entspricht. Die jeweiligen Messzeitfenster müssen jedoch nicht notwendigerweise immer gleich bleiben, sondern können, wie bereits beschrieben, auch dynamisch an die Entfernung kürzlich detektierter Objekte angepasst werden. Die einzelnen Lichtpulse selbst können dabei eine Länge zwischen einer und 100 Nanosekunden aufweisen, vorzugsweise eine Länge von wenigen Nanosekunden, wie beispielsweise eine Nanosekunde, fünf Nanosekunden, zehn Nanosekunden, 15 Nanosekunden, 20 Nanosekunden, und so weiter, besonders bevorzugt jedoch kleiner als fünf Nanosekunden. Weiterhin kann der Emitter des ersten und/oder mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors je nach Ausführungsbeispiel entweder aus einem einzelnen Emitter oder ein- oder zweidimensionalen Emittermatrix, deren Teile jeweils einzeln angesteuert werden können, bestehen. Grundsätzlich können sowohl Streifenemitter als auch VCSEL-Typen, bspw. VCSEL und VECSEL, das heißt Oberflächenemitter, zum Einsatz kommen. Die Lichtquellenemitter können damit also grundsätzlich sowohl als LEDs als auch als Laserdioden bereitgestellt sein. Die einzelnen, durch einen solchen Emitter emittierten Lichtpulse können dabei eine Leistung im Bereich von einigen Milli-Watt (VCSEL) und zwischen 30 Watt und 200 Watt (VECSEL) aufweisen.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen finden vorzugsweise Anwendung bei einem Kraftfahrzeug. Entsprechend soll auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung oder eines ihrer Ausgestaltungen können der erste und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor an jeder beliebigen Stelle des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Außenseite des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, wie beispielsweise in einem oder mehreren Scheinwerfern des Kraftfahrzeugs, allgemein an der Fahrzeugfront, am Heck des Kraftfahrzeugs, an der Beifahrer- und/oder Fahrerseite oder auch am Dach des Kraftfahrzeugs. Die einzelnen dem ersten und dem mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor zugeordneten Sichtfelder können entsprechend auch in beliebige Richtungen bezogen auf das Kraftfahrzeug ausgerichtet sein, zum Beispiel nach vorne, hinten, seitlich, oder auch nach oben. Die einzelnen Sichtfelder können sich dabei überschneiden oder auch nicht. All diese LIDAR-Sensoren, die zur Sensoranordnung gehören, werden dabei wie beschrieben synchronisiert betrieben. Darüber hinaus kann das Kraftfahrzeug aber auch einen oder mehrere weitere nicht zur Sensoranordnung gehörende LIDAR-Sensoren aufweisen, die dann entsprechend nicht synchronisiert zu den LIDAR-Sensoren der Sensoranordnung betrieben werden. Dies ist zum Beispiel denkbar, wenn die LIDAR-Sensoren der Sensoranordnung an der Fahrzeugfront angeordnet sind und ein weiterer nicht synchronisiert zu den an der Fahrzeugfront angeordneten LIDAR-Sensoren betriebener LIDAR-Sensor am Heck des Fahrzeugs angeordnet ist. In diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit für eine gegenseitige Störung oder Beeinflussung ohnehin gering.
Grundsätzlich sind jedoch den Anwendungsbereichen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung oder ihrer Ausgestaltungen keine Grenzen gesetzt. Diese kann also beispielsweise auch bei Flugzeugen, Drohnen, Schiffen, Zügen, Leuchttürmen, verschwenkbaren Beleuchtungseinrichtungen im Entertainment- und Studiobeleuchtungsbereich, oder ähnlichem zum Einsatz kommen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit zwei LIDAR-Sensoren gemäß dem Stand der Technik;
2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Sensoranordnung während eines ersten Messzeitfensters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Sensoranordnung während eines zweiten Messzeitfensters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Sensoranordnung mit zwei LIDAR-Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Sensoranordnung mit fünf LIDAR-Sensoren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit zwei LIDAR-Sensoren 12, 14 gemäß dem Stand der Technik. Beide LIDAR-Sensoren 12, 14 sind dabei an der Fahrzeugfront montiert. In diesem Beispiel senden beide LIDAR-Sensoren 12, 14 einen Messpuls 12a, 14a aus. Dieser trifft auf ein Objekt 16, welches das auftreffende Licht reflektiert und streut. Entsprechend wird der vom ersten LIDAR-Sensor 12 ausgesandte Messpuls 12a nach dessen Reflexion als reflektierter Messpuls 14a auch vom zweiten LIDAR-Sensor 14 empfangen und umgekehrt. Dies ist insbesondere unabhängig davon möglich, ob die Sichtbereiche beider LIDAR-Sensoren 12, 14 überlappen oder nicht.
Erfindungsgemäß kann eine gegenseitige Störung von zwei oder mehr LIDAR-Systemen beziehungsweise LIDAR-Sensoren vorteilhafterweise verhindert werden, indem die jeweiligen LIDAR-Sensoren synchronisiert betrieben werden, sodass sich die jeweiligen Messzeitfenster dieser LIDAR-Sensoren nicht überlappen.
Dies wird nun anhand der weiteren Fig. näher erläutert.
Hierzu zeigen 2 und 3 jeweils eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 20 mit einer Sensoranordnung 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei zeigt 2 eine Messsituation während eines ersten Messzeitfensters M1 (vergleiche 4) und 3 eine Messsituation während eines zweiten Messzeitfensters M2 (vergleiche 4). Die Sensoranordnung 22 umfasst dabei zwei LIDAR-Sensoren 24, 26, die in diesem Beispiel wiederum exemplarisch an der Fahrzeugfront angeordnet sind, zum Beispiel in einen jeweiligen Frontscheinwerfer des Kraftfahrzeugs 20 integriert sind. Im Allgemeinen können der erste und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor 24, 26 an jeder beliebigen Stelle des Kraftfahrzeugs 20, insbesondere der Außenseite des Kraftfahrzeugs 20 angeordnet sein, beispielsweise an der Fahrzeugfront, am Heck des Kraftfahrzeugs 20, an der Beifahrer- und/oder Fahrerseite oder auch am Dach des Kraftfahrzeugs. Die einzelnen dem ersten und dem mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor 24, 26 zugeordneten Sichtfelder können entsprechend auch in beliebige Richtungen bezogen auf das Kraftfahrzeug 20 ausgerichtet sein, zum Beispiel nach vorne, hinten, seitlich, oder auch nach oben. Die einzelnen Sichtfelder können sich dabei überschneiden oder auch nicht. Ein jeweiliger dieser LIDAR-Sensoren weist dabei einen Emitter 28, 30 sowie einen Detektor 32, 34 auf. Die jeweiligen Emitter 28, 30 sind dazu ausgelegt, wiederholt einen Messstrahl 28a, 30a auszusenden, während der jeweilige Detektor 32, 34 dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil des reflektierten Messstrahls 28a', 30a'zu erfassen, der aufgrund einer Reflexion und Streuung an einem Objekt 16 zurückgeworfen wird. Weiterhin sind die jeweiligen Emitter 28, 30 dazu ausgelegt, den jeweiligen Messstrahl 28a, 30a in gepulster Form auszusenden. Dabei wird ein jeweiliger Lichtpuls 28a, 30a zu Beginn eines jeweiligen Messzeitfensters ausgesandt. Während dieser jeweiligen Messzeitfenster wird dann überprüft, ob der Strahlanteil 28a', 30a' vom jeweiligen Detektor 32, 34 erfasst wurde. Zur Steuerung dieser Pulsemission sowie auch zum Auswerten der empfangenen Signale weist ein jeweiliger LIDAR-Sensor 24, 26 eine Steuereinrichtung 36, 38 auf.
Zur Vermeidung einer gegenseitigen Störung dieser LIDAR-Sensoren 24, 26, ist die Sensoranordnung 22 nun vorteilhafterweise so ausgebildet, dass die beiden LIDAR-Sensoren 24, 26 synchronisiert betrieben werden, sodass sich die jeweiligen Messzeitfenster M1, M2 des ersten LIDAR-Sensors 24 und des zweiten LIDAR-Sensors 26 zeitlich nicht überlappen. Während des ersten Messzeitfensters M1, wie dies in 2 dargestellt ist, wird durch den Emitter 28 des ersten LIDAR-Sensors 24 ein Messpuls 28a ausgesandt und weiterhin während dieses Messzeitfensters M1 überprüft, ob vom ersten Detektor 32 des ersten LIDAR-Sensors 24 ein Teil des ausgesandten Messpulses 28a in Form des reflektierten Strahlanteils 28a' empfangen wurde. Während dieses ersten Messzeitfensters M1 wird jedoch vom zweiten LIDAR-Sensor 26 kein Messstrahl ausgesandt. Vom zweiten LIDAR-Sensor 26 kann also entsprechend erst ein Messstrahl 30a ausgesandt werden, wenn das erste Messzeitfenster M1 beendet ist. Diese Situation ist in 3 dargestellt. 3 zeigt nun dieselbe Situation wie in 2, nur während des zweiten Messzeitfensters M2, welches mit der Aussendung eines Lichtpulses 30a durch den zweiten LIDAR-Sensor 26 beginnt. Während dieses zweiten Messzeitfensters M2 wird weiterhin durch den zweiten LIDAR-Sensor 26 überprüft, ob vom zweiten Detektor 34 des zweiten LIDAR-Sensors 26 zumindest ein reflektierter Teilstrahl 30a' empfangen wurde. Während dieses zweiten Messzeitfensters M2 wird dagegen vom ersten LIDAR-Sensor 24 kein Lichtpuls ausgesandt.
Diese Vorgehensweise kann nun alternierend fortgesetzt werden, wie dies beispielsweise auch in 4 illustriert ist.
4 zeigt dabei eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Sensoranordnung 22 mit zwei LIDAR-Sensoren 24, 26 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Messsequenzen sind dabei anhand eines Zeitstrahls, auf dem die Zeit t aufgetragen ist, veranschaulicht. Die Messzeitfenster M1, M2 des jeweiligen ersten und zweiten LIDAR-Sensors 24, 26 wechseln sich also ab und überlappen zeitlich nicht. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass in einem ersten Messzeitfenster M1 ein vom zweiten LIDAR-Sensor 26 stammender Lichtpuls 30a als reflektierter Strahl 30a' empfangen wird, auf ein Minimum reduziert werden sowie auch umgekehrt, dass in einem zweiten Messzeitfenster M2 vom zweiten LIDAR-Sensor 26 ein reflektierter Strahlanteil 28a' des vom ersten LIDAR-Sensor 24 ausgesandten Messpulses 28a empfangen wird. Um die Gefahr einer gegenseitigen Störung gering zu halten, können die entsprechenden Messzeitfenster M1, M2 hinreichend lange gewählt werden, wie beispielsweise zwei Mikrosekunden, was zu einer Reichweite von 300 Metern korrespondieren würde, oder die jeweiligen Messzeitfenster können zusätzlich auch zeitlich beabstandet sein. Selbst wenn nun ein Teil des in einem ersten Messzeitfenster M1 ausgesandten Lichtpulses 28a eine so weite Entfernung zurücklegen würde, dass dennoch im zweiten Messzeitfenster M2 des zweiten LIDAR-Sensors 26 ein reflektierter Strahlanteil 28a' des ersten LIDAR-Sensors 24 vom zweiten LIDAR-Sensor 26 empfangen werden würde, so wäre dieser Strahlanteil so stark gedämpft, dass er auf einfache Weise per Schwellwertkriterium unterdrückt werden kann oder ohnehin im Rauschgrund untergeht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwei jeweilige aufeinanderfolgende erste Messzeitfenster M1 einen zeitlichen Mindestabstand Dmin1 zueinander aufweisen, sowie auch wenn zwei jeweilige aufeinanderfolgende zweite Messzeitfenster M2 einen solchen Mindestabstand Dmin2 zueinander aufweisen. Vorzugsweise sind diese jeweiligen Mindestabstände Dmin1, Dmin2 um ein Vielfaches so lange wie die Messzeitfenster M1, M2. Dies ist dadurch begründet, dass zwischen der Aussendung aufeinanderfolgender Messpulse 28a, 30a durch den jeweiligen LIDAR-Sensor 24, 26 eine gewisse Totzeit eingehalten werden muss, was durch die thermischen Limitierungen der verwendeten Lichtquellen bedingt ist. Entsprechend kann diese Totzeit auch von Lichtquellentyp zu Lichtquellentyp variieren. Verwenden beispielsweise der erste LIDAR-Sensor 24 und der zweite LIDAR-Sensor 26 unterschiedliche Lichtquellen, so können auch diese geforderten Mindestabstände Dmin1 und Dmin2 unterschiedlich sein. Um die Synchronisation der Zeitbasen in einem solchen Fall zu vereinfachen, kann die Pulsfrequenz der jeweiligen LIDAR-Sensoren 24, 26 einfach so gewählt werden, dass der längste geforderte Mindestabstand eines betreffenden LIDAR-Sensors zwischen der Aussendung zweier aufeinanderfolgender Lichtpulse eingehalten wird. Bei zwei baugleichen LIDAR-Sensoren 24, 26, die auch dieselben Lichtquellen verwenden, ergibt sich ohnehin ein gleicher geforderter Mindestabstand Dmin1, Dmin2.
Da diese Totzeiten zwischen der Aussendung zweier aufeinanderfolgender Lichtpulse üblicherweise deutlich größer sind als die Länge der Messzeitfenster M1, M2 selbst, beeinflusst die Synchronisation der Zeitbasen der beiden LIDAR-Sensoren 24, 26 auch nicht die Messungen beziehungsweise den typischen Messablauf eines einzelnen LIDAR-Sensors 24, 26. Mit anderen Worten muss keine geringere Pulsrate in Kauf genommen werden. Im Gegenteil, die Pulsrate kann effektiv sogar erhöht werden, denn diese Variation der jeweiligen Messzeitfenster M1, M2 vermeidet nicht nur eine gegenseitige Beeinflussung beide LIDAR-Sensoren 24, 26, sondern ermöglicht es darüber hinaus, dass der erste LIDAR-Sensor 24 zusätzlich die reflektierten Strahlanteile 30a' des zweiten LIDAR-Sensors 26 zur Auswertung zusätzlich nutzen kann, sowie auch dass der zweite LIDAR-Sensor 26 die reflektierten Teillichtstrahlen 28a' des ersten LIDAR-Sensors 24 zur Auswertung nutzen kann. So können also LIDAR-Sensoren, deren Zeitbasen zueinander synchron sind, effektiv zu einem leistungsfähigeren Gesamtsystem zusammengefasst werden. Wenn also ein jeweiliger LIDAR-Sensor 24, 26 Kenntnis darüber hat, wann der andere der beiden LIDAR-Sensoren 24, 26 einen Messpuls 28a, 30a aussendet, und zudem die relative Position zu diesem anderen LIDAR-Sensor 24, 26 bekannt ist, kann also jeder LIDAR-Sensor 24, 26 eines synchronisierten Verbundes Messechos, das heißt die reflektierten Teilstrahlen 28a', 30a', welche von den anderen, aber synchron arbeitenden LIDAR-Sensoren 24, 26 herrühren, für eine Time-of-Flight-Messung heranziehen. Dementsprechend lassen sich damit entweder innerhalb der gleichen Gesamtmessdauer bessere Störabstände oder höhere Aktualisierungsraten des Umgebungsbildes bereitstellen.
Insbesondere steigt die effektive Pulsrate mit der Anzahl synchronisierter LIDAR-Sensoren 24, 26 der Sensoranordnung 22. Im Allgemeinen können nicht nur, wie hier dargestellt, zwei LIDAR-Sensoren 24, 26 synchronisiert betrieben werden, sondern auch deutlich mehr als zwei, zum Beispiel drei, vier, fünf, sechs, sieben und so weiter. Soll beispielsweise eine Erfassungsreichweite von 300 Metern erreicht werden und liegt die Pulsfrequenz beispielsweise bei 100 Kilohertz, so können sogar fünf LIDAR-Sensoren 24, 26 zeitlich ohne eine Einschränkung synchronisiert betrieben werden. Dies ist schematisch in 5 dargestellt. M1 bezeichnet hier wiederum die Messzeitfenster eines ersten LIDAR-Sensors 24, M2 die eines zweiten LIDAR-Sensors 26, M3 die eines dritten LIDAR-Sensors, M4 die eines vierten LIDAR-Sensors und M5 die eines fünften LIDAR-Sensors. Alle werden derart synchronisiert betrieben, dass sich ihre jeweiligen Messzeitfenster M1, M2, M3, M4, M5 zeitlich nicht überlappen. Ein jeweiliges Messzeitfenster M1, M2, M3, M4, M5 kann dabei zwei Mikrosekunden betragen, wodurch der geforderte Mindestabstand Dmin zwischen je zwei zeitlich aufeinanderfolgend ausgesandten Messpulsen eines jeweiligen LIDAR-Sensors 24, 26 maximal ausgenutzt werden kann.
Es kann aber auch durchaus noch eine größere Anzahl an LIDAR-Sensoren 24, 26 synchronisiert in einer Sensoranordnung 22 betrieben werden. Zu diesem Zweck könnte beispielsweise dann die Messdauer der einzelnen Messzeitfenster M1, M2, M3, M4, M5 und somit die maximale Reichweite reduziert werden. Eine Halbierung der Reichweite, beispielsweise auf 150 Meter, würde die doppelte Anzahl synchronisierter LIDAR-Sensoren 24, 26, in diesem Beispiel zehn, erlauben. Darüber hinaus kann die Reichweite auch dynamisch an die Entfernung der so in einem Messzeitschritt zuvor erfassten Objekte 16 angepasst werden. Auch kann es vorgesehen sein, dass, wenn der erste LIDAR-Sensor 24 keine einem relevanten Objekt 16 zugehörigen Messsignale empfängt, was zum Beispiel durch Objekterkennung und -klassifikation ermittelt werden kann, das Messzeitfenster M1 zeitlich auf die maximal sinnvolle Entfernung, zum Beispiel 600 m, ausgedehnt werden kann. Dies gilt analog auch für den zweiten LIDAR-Sensor 26 sowie auch jeden weiteren LIDAR-Sensor der Sensoranordnung 22. Ebenso kann die Anzahl synchronisiert betriebener LIDAR-Sensoren 24, 26 entsprechend angepasst werden. Bei erforderlichen sehr großen Reichweiten können dann entsprechend einige der LIDAR-Sensoren 24, 26 inaktiv geschaltet werden, während bei recht kurzen Reichweiten, bei welchen auch relativ kurze Messzeitfenster M1, M2, M3, M4, M5 ausreichend sind, wiederum weitere LIDAR-Sensoren 24, 26 zum synchronisierten Betrieb dazugeschaltet werden können. Auch müssen sich die Messzeitfenster der einzelnen LIDAR-Sensoren 24, 26 nicht notwendigerweise, wie hier dargestellt, immer in derselben vorbestimmten Reihenfolge wiederholen, sondern können auch zeitlich zueinander zufällig beziehungsweise stochastisch angeordnet werden. So können bei der nachträglichen Bilderzeugung Artefakte vorteilhafterweise vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist zudem in 6 illustriert. Bisher wurde davon ausgegangen, dass alle von einem LIDAR-Sensor 24, 26 beleuchteten Objekte 16 Licht mehr oder weniger streuen. Dies ist auch eine Voraussetzung dafür, dass der je nach LIDAR-Sensor-Prinzip mehr oder weniger kollimierte Messpuls im Winkelraum eine Aufweitung erfährt, sodass mehrere räumlich getrennte Detektoren in der Lage sind, ein Echo einzufangen. Es gibt aber auch Oberflächen wie die hier exemplarisch in 6 dargestellte Objektoberfläche 16a, die im Wesentlichen einen spekularen Reflex aufweisen. Dies bedeutet, dass der hier dargestellte, vom zweiten LIDAR-Sensor 26 ausgesandte Lichtpuls 30a an dieser Oberfläche 16a gerichtet reflektiert wird wie bei einem Spiegel und damit so gut wie gar nicht gestreut wird. Damit kann der reflektierte Strahl 30a' vom zweiten LIDAR-Sensor 26 selbst nicht detektiert werden. Dies wäre prinzipiell nur dann überhaupt möglich, wenn der ausgesandte Lichtstrahl 30a senkrecht auf die Oberfläche 16a auftreffen würde. In einem solchen Fall ist also der zweite LIDAR-Sensor 26 im Hinblick auf diese spiegelnde Oberfläche 16a blind. Ein synchronisierter LIDAR-Verbund, wie dies bei der Sensoranordnung 22 gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung der Fall ist, erhöht jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass zumindest irgendeiner der übrigen LIDAR-Sensoren, wie in diesem Beispiel der erste LIDAR-Sensor 24, dennoch den reflektierten Strahl 30a detektieren kann, sodass der Verbund, das heißt die Sensoranordnung 22, diesem speziellen Objekt 16a gegenüber nicht blind ist.
Optional können zudem noch weitere Maßnahmen ergriffen werden, um eine Doppeldeutigkeit zwischen späten Echos, eigener Messpulse und frühen aus Verbundsystemen zu vermeiden. Beispielsweise kann ein jeweiliger LIDAR-Sensor 24, 26 eine individuelle Pulsfolgesequenz verwenden, welche aus mindestens zwei Pulsen besteht. Vorzugsweise werden hierzu Sequenzen von zwei bis zehn Pulsen verwendet. Mittels einer Kreuzkorrelation zwischen Messsignal und der ausgesandten Pulsform, welche zum Beispiel per internem Referenzpfad vermessen werden kann, können Echos anderer LIDAR-Sensoren 24, 26 als solche erkannt werden. Eine solche Kreuzkorrelationsmethode ist dabei nur ein Beispiel, um eine individuelle Pulsfolgesequenz zu erkennen. Darüber hinaus können die einzelnen LIDAR-Sensoren 24, 26 auch eine individuelle Pulsform verwenden. Konkret können das die Pulsbreite oder die Flankensteilheiten eines Pulses sein. Weitere Grundformen wären beispielsweise Rechteckform, Sägezahnform, Dreieckform, Gaußform oder Lorenzform. In diesem Fall bietet sich neben der Korrelation mit einem Referenzsignal die algorithmische Extraktion von Pulsparametern wie der Flankensteilheit an. Auch ist es denkbar, dass die jeweiligen LIDAR-Sensoren 24, 26 gegeneinander spektral verschobene Emissionen verwenden. In einem solchen Fall ist es vorteilhaft, wenn ein jeweiliger LIDAR-Sensor 24, 26 dann auch die dafür entsprechende Anzahl an Empfangsdetektoren 32, 34 aufweist, welche dann für einen jeweiligen spektralen Bereich sensitiv sind. Durch das Vorsehen derartiger Zusatzmaßnahmen ist es auch nicht mehr notwendig, dass die einzelnen Messzeitfenster M1, M2, M3, M4, M5 eine jeweilige Mindestdauer aufweisen müssen oder einen Abstand zueinander haben müssen, um ausreichend zu gewährleisten, dass in einem Messzeitfenster M1, M2, M3, M4, M5 eines LIDAR-Sensors 24, 26 nicht auch die Pulse eines anderen LIDAR-Sensors 24, 26 empfangen werden. Denn sollte dies dennoch der Fall sein, so kann dies auf Basis oben genannter Maßnahmen einfach erkannt werden.
Insgesamt wird so eine Sensoranordnung bereitgestellt, die es durch die Synchronisation der Zeitbasen der einzelnen LIDAR-Sensoren ermöglicht, die Wahrscheinlichkeit für eine gegenseitige Störung auf ein Minimum zu verringern.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: LIDAR-Sensor
12a: Messpuls
14: LIDAR-Sensor
14a: reflektierter Messpuls
16: Objekt
16a: Objektoberfläche
20: Kraftfahrzeug
22: Sensoranordnung
24: erster LIDAR-Sensor
26: zweiter LIDAR-Sensor
28: Emitter des ersten LIDAR-Sensors
28a: ausgesandter Messstrahl
28a': reflektierter Stahlanteil
30: Emitter des zweiten LIDAR-Sensors
30a: ausgesandter Messstrahl
30a': reflektierter Stahlanteil
32: Detektor des ersten LIDAR-Sensors
34: Detektor des zweiten LIDAR-Sensors
36: Steuereinrichtung des ersten LIDAR-Sensors
38: Steuereinrichtung des zweiten LIDAR-Sensors
Dmin: zetilicher Mindestabstand
Dmin1: zetilicher Mindestabstand
Dmin2: zetilicher Mindestabstand
M1, M2, M3, M4, M5: Messzeitfenster

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung (22) umfassend einen ersten LIDAR-Sensor (24) und mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor (26), - wobei der erste LIDAR-Sensor (24) und der zweite LIDAR-Sensor (26) jeweils wiederholt jeweilige Messungen durchführen, - wobei die Messungen des ersten LIDAR-Sensors (24) in jeweiligen ersten Messzeitfenstern (M1) durchgeführt werden, zu Beginn von welchen ein erster Messstrahl (28a) durch den ersten LIDAR-Sensor (24) ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb des jeweiligen ersten Messzeitfensters (M1) zumindest ein reflektierter Strahlanteil (28a') des ersten Messstrahls (28) erfasst wird; und - wobei die Messungen des mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors (26) in jeweiligen zweiten Messzeitfenstern (M2) durchgeführt werden, zu Beginn von welchen ein zweiter Messstrahl (30a) durch den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor (26) ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb der jeweiligen zweiten Messzeitfenster (M2) zumindest ein reflektierter Strahlanteil (30a') des zweiten Messstrahls (30a) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor (26) derart synchronisiert betrieben werden, dass sich die ersten Messzeitfenster (M1) und die zweiten Messzeitfenster (M2) zeitlich nicht überlappen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wiederholt ein Synchronisationssignal bereitgestellt wird, mittels welchem der Betrieb des ersten und des mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors (24, 26) synchronisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor (24, 26) derart synchronisiert betrieben werden, dass die ersten und zweiten Messzeitfenster (M1, M2) zueinander zeitlich in einer festgelegten Abfolge angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der mindestens eine zweite LIDAR-Sensor (24, 26) derart synchronisiert betrieben werden, dass die ersten und zweiten Messzeitfenster (M1, M2) zueinander zeitlich in einer zufälligen Abfolge angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige aufeinanderfolgende erste Messzeitfenster (M1) einen ersten vorbestimmten zeitlichen Mindestabstand (Dmin, Dmin1) zueinander aufweisen, der um ein Vielfaches größer ist als ein jeweiliges der ersten Messzeitfenster (M1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Länge der jeweiligen ersten und/oder zweiten Messzeitfenster (M1, M2) festgelegt und konstant ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Länge der jeweiligen ersten und/oder zweiten Messzeitfenster (M1, M2) dynamisch in Abhängigkeit von einem Abstand eines bei einer Messung erfassten Objekts (16, 16a) variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Länge der jeweiligen ersten und/oder zweiten Messzeitfenster (M1, M2) in Abhängigkeit von der Anzahl der LIDAR-Sensoren (24, 26) der Sensoranordnung (22) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste LIDAR-Sensor (24) einen ersten Detektor (32) aufweist, der während der ersten Messzeitfenster (M1) ausgelesen wird, und der zweite LIDAR-Sensor (26) einen zweiten Detektor (34) aufweist, der während der jeweiligen zweiten Messzeitfenster (M2) ausgelesen wird, wobei der erste Detektor (32) auch während der jeweiligen zweiten Messzeitfenster (M2) ausgelesen wird, und falls innerhalb eines der zweiten Messzeitfenster (M2) vom ersten LIDAR-Sensor (24) ein Lichtpuls (30a') detektiert wird, der detektierte Lichtpuls (30a') als vom zweiten LIDAR-Sensor (26) stammend klassifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste LIDAR-Sensor (24) zur Umgebungserfassung die während der ersten Messzeitfenster (M1) ausgelesenen Daten sowie auch die während der zweiten Messzeitfenster (M2) ausgelesenen Daten verwendet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass während zumindest eines zweiten Messzeitfensters (M2) ein Lichtpuls (30a') vom ersten LIDAR-Sensor (24) detektiert wird, eine Position eines Objektpunkts auf Basis des detektierten Lichtpulses (30a') und in Abhängigkeit von einer Position des zweiten LIDAR-Sensors (26) relativ zum ersten LIDAR-Sensor (24) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Objektpunkts zusätzlich in Abhängigkeit von einer Raumwinkelinformation ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumwinkelinformation durch eine Abstrahlrichtung des zweiten LIDAR-Sensor (26) während des betreffenden zweiten Messzeitfensters (M2) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumwinkelinformation durch den Detektor (32) des ersten LIDAR-Sensors (24) erfasst wird.
Sensoranordnung (22) umfassend einen ersten LIDAR-Sensor (24) und mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor (26), - wobei der erste LIDAR-Sensor (24) und der zweite LIDAR-Sensor (26) jeweils dazu ausgebildet sind, wiederholt jeweilige Messungen derart durchzuführen, dass - die Messungen des ersten LIDAR-Sensors (24) in jeweiligen ersten Messzeitfenstern (M1) durchgeführt werden, zu Beginn von welchen ein erster Messstrahl (28a) durch den ersten LIDAR-Sensor (24) ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb des jeweiligen ersten Messzeitfensters (M1) zumindest ein reflektierter Strahlanteil (28') des ersten Messstrahls (28a) erfasst wird, - und die Messungen des mindestens einen zweiten LIDAR-Sensors (26) in jeweiligen zweiten Messzeitfenstern (M2) durchgeführt werden, zu Beginn von welchen ein zweiter Messstrahl (30a) durch den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor (26) ausgesendet wird, und überprüft wird, ob innerhalb der jeweiligen zweiten Messzeitfenster (M2) zumindest ein reflektierter Strahlanteil (30a') des zweiten Messstrahls (30a) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (22) dazu ausgebildet ist, den erste und den mindestens einen zweiten LIDAR-Sensor (24, 26) derart zu synchronisieren, dass sich die ersten Messzeitfenster (M1) und die zweiten Messzeitfenster (M2) zeitlich nicht überlappen.