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Die Erfindung betrifft eine Radarmarkierung, eine Radarvorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Objekten und/oder Radarmarkierungen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 8 und 14.
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Radar wird in vielen Anwendungsfeldern genutzt. Obwohl dazu auch eine stationäre Überwachung zählt, werden im Folgenden hauptsächlich mobile Anwendungen betrachtet, insbesondere autonomes Fahren. Dabei dient das Radar dazu, sich zu orientieren und Hindernisse oder sonstige Objekte zu erkennen, auf die das Fahrzeug reagieren sollte.
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Mit Radar können Objekte erfasst und deren Abstand und Geschwindigkeit gemessen werden. Durch zusätzliche Variation des jeweiligen Abstrahlwinkels wird ein großer Erfassungsbereich erschlossen, und in Kenntnis des Winkels und des Abstands ist die Position des Objekts relativ zum Radar bestimmt.
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Im Stand der Technik sind spezielle Radarmarkierungen bekannt, die besonders verlässlich erfasst werden oder bestimmte Positionen oder Objekte besonders kenntlich machen. Die
DE 10 2014 214 391 A1 offenbart ein Verfahren zur Orientierung eines Fahrzeugs in einer jeweiligen Umgebung durch Radar anhand eines Referenzobjekts an bekannter Position. Dieses Referenzobjekt ist ein Retroreflektor, so dass Echos von dem Referenzobjekt gut von denjenigen an anderen Echos unterschieden werden. Die durch das Radarsignal selbst übermittelte Information beschränkt sich aber auf diese retroreflektierenden Eigenschaften. Erst im zweiten Schritt ist denkbar, dass ein aktiv ausgestaltetes Referenzobjekt, nachdem es angetastet wurde, über einen weiteren Kanal zusätzliche Informationen übermittelt. Das ist dann aber unabhängig von der eigentlichen Radarmessung und nur dadurch ausgelöst.
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In der
DE 10 2016 003 934 A1 werden Navigationsmarker verwendet, die ein radardetektierbares Navigationsmuster enthalten. Die Geometrie des Navigationsmusters erzeugt in den Sensordaten entsprechende Anhäufungen von Reflexionzentren und macht es dadurch erkennbar. Diese rein passive Art der Kennzeichnung und deren Identifikation sind relativ aufwändig und fehleranfällig, und außer der Erkennung des Navigationsmusters selbst lässt sich auf diese Weise keine zusätzliche Information übertragen.
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Aus der Schifffahrt sind sogenannte RACONs oder Radar Beacons als Landmarker zur Navigationsunterstützung bekannt. Werden sie von einem Radarpuls getroffen, so senden sie aktiv eine Identifikation, die das auslösende Radar als weitere Radarpulse hinter dem eigentlichen Echo des eigenen Radarpulses erreicht. Die Information des RACONs scheint wegen der Verzögerungen aus größerer Ferne zu stammen als der Abstand, in dem das RACON mittels Radar lokalisiert wurde. Das birgt die Gefahr einer Verwechslung, denn die Informationen können prinzipiell von einem anderen RACON stammen als angenommen. Außerdem ist diese Art der Kommunikation auf Pulsradare beschränkt und beispielsweise bei einem FMCW-Radar nicht anwendbar.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Radarmarkierung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Radarmarkierung, eine Radarvorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Objekten und/oder Radarmarkierungen nach den Ansprüchen 1, 8 und 14 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Radarmarkierung wird insbesondere zur Navigationsunterstützung an Objekten in einem Bereich angebracht, beispielsweise in einer Industrie- oder Lagerhalle, aber auch ein Einsatz im Außenbereich ist denkbar. Als eine Art Radartransponder weist sie eine erste Sendeantenne, eine erste Empfangsantenne und eine Signalmodulationseinheit auf, um ein Radarsignal zu empfangen, zu modifizieren und zurückzustrahlen. Die erste Sende- und Empfangsantenne sind getrennt bezeichnet, eine erste gemeinsame Sende-/Empfangsantenne ist auch möglich.
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Die Erfindung geht von den Grundgedanken aus, dass die Radarmarkierung das Radarsignal aktiv modifiziert, um zusätzliche Informationen zur Identifikation, Lokalisierung oder sonstige Zwecke zu übertragen. Zugleich soll aber eine übliche Erfassung und Ortung wie bei einem passiven Radarecho möglich bleiben. Das modifizierte Radarsignal enthält daher weiterhin das ursprüngliche Radarsignal ohne zusätzliche Verzögerungen, Frequenzverschiebungen oder dergleichen, als wäre es passiv reflektiert. Auch ein herkömmliches Radar würde daher die Radarmarkierung anhand des modifizierten Radarsignals erfassen und orten können. Über das dafür erforderliche reine Echo hinaus ist aber dem modifizierten Radarsignal die zusätzliche Information aufmoduliert, die durch weitergehende Auswertung erkannt werden kann. Die zusätzlichen Modulationen kommen zeitgleich mit dem eigentlichen Echo und sind davon nur im Frequenzspektrum, nicht aber durch Zeitverzug getrennt.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Radarmarkierung weiterhin wie jedes andere Objekt samt deren Position und/oder Geschwindigkeit relativ zu dem messenden Radar detektiert werden kann. Zugleich werden durch die zusätzlichen Informationen diverse Funktionen erleichtert. Dazu zählen kollisionsfreies Fahren und autonomes Navigieren insbesondere in einem geschlossenen Bereich. Dabei werden die Radarmarkierung und damit ein Objekt, an dem sie angebracht ist, eindeutig identifizierbar und lokalisierbar, und darüber hinaus werden weitere Information übertragbar. Da die Informationsübertragung in die Radarmessung integriert und direkt das Echosignal moduliert wird, wird keine zusätzliche Bandbreite benötigt. In einem separaten Kommunikationszyklus müsste zusätzliche Information möglichst schnell übertragen werden, um das Zuordnungsproblem nicht weiter zu erschweren, und das stellt hohe Anforderungen an die Signalbandbreite. Außerdem lässt sich die Auswertung der erfindungsgemäß aufmodulierten zusätzlichen Information mit sehr wenig Aufwand umsetzen, die sich am Ende einer herkömmlichen und ansonsten unveränderten Signalverarbeitungskette anschließen kann. Sämtliche Vorteile, die Radar beispielsweise gegenüber optischen Verfahren oder in deren Ergänzung hat, bleiben erhalten, etwa die Fähigkeit, gewisse nichtleitende Objekte im Signalweg zu ignorieren, oder die Robustheit bei Umwelteinflüssen wie Regen, Schnee, Nebel, Rauch, Verschmutzung, Gegenlicht.
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Die Signalmodifikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, das modifizierte Radarsignal zu verstärken. Das künstlich angehobene Echo erleichtert die Detektion und Vermessung von Objekten, weil das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird.
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Die Information umfasst bevorzugt eine Identität der Radarmarkierung. Dabei kann es sich um eine Nummer oder einen Namen handeln. Die Identifikation wird innerhalb einer Population von Radarmarkierungen, also beispielsweise innerhalb derselben Halle, vorzugsweise nur einmal vergeben. Ein Radarsensor, der die Radarmarkierung erfasst, erfährt also nicht nur, dass es sich um eine der speziellen Radarmarkierungen im Gegensatz zu irgendeinem Objekt handelt, sondern auch, welche Radarmarkierung das ist. Mit jeder identifizierten Radarmarkierung können weitere Informationen verknüpft sein, die der Radarsensor vorab mitgeteilt bekommt oder aus einer eigenen oder über eine Datenverbindung angefragten Tabelle oder Datenbank erfährt.
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Die Signalmodifikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, dem Radarsignal die Identität in Form einer festen, der Identität zugewiesenen Frequenz aufzuprägen. Das ist eine besonders einfache und zugleich verlässliche Zuordnung zwischen einer Modulation des modifizierten Radarsignals und einer bestimmten Radarmarkierung.
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Die Signalmodifikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, dem Radarsignal eine weitere Information aufzuprägen. In dieser Ausführungsform erschöpft sich die zusätzliche Information nicht in der Identität der Radarmarkierung, sondern es wird noch eine weitere Information übertragen, die den Radarsensor beziehungsweise eine ihm übergeordnete Steuerung direkter unterstützt als eine abstrakte Identität. Eine beispielhafte geeignete Modulation für das Aufprägen der weiteren Information ist Frequenzumtastung (FSK, Frequency Shift Keying).
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Die weitere Information umfasst vorzugsweise eine Position, eine Priorität oder einen Status. Die Position ermöglicht eine Eigenlokalisierung eines die Radarmarkierung erfassenden Radars. Eine Priorität ist besonders für Fahrzeuge geeignet und regelt beispielsweise bei überlappenden Fahrwegen die Vorfahrt. Eine Statusmeldung teilt beispielsweise mit, ob eine Maschine oder ein Roboter aktiv ist, ein bestimmter Bereich zugänglich ist, ein Tor geöffnet ist oder ein Fahrzeug sich in Bewegung setzen möchte. Wie schon oben gesagt, könnten solche Informationen auch indirekt über die Identität aus einer weiteren Quelle gewonnen werden, aber die unmittelbare Übertragung durch die Radarmarkierung macht die Kommunikation mit beziehungsweise die ständige Aktualisierung der weiteren Quelle entbehrlich und erleichtert und beschleunigt die Reaktion auf die weitere Information.
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Die Signalmodulationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, in dem modifizierten Radarsignal eine Signatur zu erzeugen. Die Signatur ermöglicht es, ein modifiziertes Radarsignal sehr schnell und einfach als solches zu erkennen. Damit ist auch sofort klar, dass eine Radarmarkierung und nicht irgendein Objekt angetastet wurde. Ein Beispiel für eine solche Signatur sind zwei Seitenbänder, die beispielsweise bei einer entsprechenden Zweiseitenbandmodulation beziehungsweise in einem Mischvorgang entstehen. Dann wird in einem ersten Schritt nur geprüft, ob es Seitenbänder gibt, und eine weitergehende Auswertung der darin codierten Information erfolgt in einem späteren Schritt.
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Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung zur Erfassung von Objekten und/oder Radarmarkierungen in einem Überwachungsbereich weist einen Sender mit mindestens einer zweiten Sendeantenne zum Aussenden eines Radarsignals und einen Empfänger mit mindestens einer zweiten Empfangsantenne zum Erzeugen eines Empfangssignals aus dem von einem Objekt oder einer Radarmarkierung zurückgeworfenen Radarsignal auf. Vorzugsweise sind Sender und Empfänger als Transceiver ausgebildet und nutzen eine gemeinsame Antenne. Eine Steuer-und Auswertungseinheit wertet das Empfangssignal aus, um Objekte beziehungsweise Radarmarkierungen zu erfassen. Sie ist außerdem in der Lage, eine auf das zurückgeworfene Radarsignal zusätzlich aufmodulierte Information auszulesen. Die Radarvorrichtung erfasst somit herkömmliche, passive Objekte ebenso wie erfindungsgemäße Radarmarkierungen und kann neben der üblichen Objektdetektion die zusätzliche Modulation einer erfindungsgemäßen Radarmarkierung demodulieren und damit die zusätzliche Information zurückgewinnen.
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Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, aus dem Empfangssignal eine Signallaufzeit und damit eine Entfernung zu dem Objekt beziehungsweise der Radarmarkierung zu bestimmen. Dazu wird vorzugsweise FMCW (Frequency-Modulated Continuous Wave) eingesetzt. Andere Verfahren wie Pulslaufzeitverfahren oder Messung einer Phasenverschiebung sind aber auch denkbar. Damit entsteht eine entfernungsmessende Radarvorrichtung.
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Bevorzugt ist die Radarvorrichtung als scannendes System zum Abtasten des Überwachungsbereichs ausgebildet. Dabei wird unter einem scannenden System jegliche Variation des Abtastwinkels verstanden, einschließlich einer mechanisch bewegten, beispielsweise rotierende Antenne, des Einsatzes mehrerer Antennen für unterschiedliche Scanwinkel oder eines Phased Arrays, das die Erfassungsrichtung mittels Ansteuerung durch Signale mit geeigneten Phasenlagen wechselt. Über Abstand und Winkel ist die Position eines Objekts oder einer Radarmarkierung relativ zu dem Radarsensor bekannt.
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Die Steuer- und Auswertungseinheit ist bevorzugt für eine Selbstlokalisierung der Radarvorrichtung ausgebildet, indem aus der zusätzlichen Information eine Position einer Radarmarkierung bestimmt und um die gemessene Position der Radarmarkierung bezüglich der Radarvorrichtung korrigiert wird. Die Position der Radarmarkierung wird entweder direkt durch das modifizierte Radarsignal übertragen oder indirekt beispielsweise aus einer in dem modifizierten Radarsignal codierten Identität der Radarmarkierung ermittelt, etwa aus einer Karte, in welcher die Positionen der verwendeten Radarmarkierungen verzeichnet sind. Wenn die Radarvorrichtung den vollen Versatzvektor mit Winkel und Abstand zu einer Radarmarkierung kennt, genügt bereits eine Radarmarkierung, um deren Position auf die Position der Radarvorrichtung zurückzurechnen. Auch ohne selbst gemessene Abstandsinformation lässt sich die eigene Position der Radarvorrichtung in einer Ebene aus dem Winkel zu zwei Radarmarkierungen und im dreidimensionalen Raum aus dem Winkel zu drei Radarmarkierungen bestimmen. Zusätzlich erfasste Radarmarkierungen oder Messgrößen der Relativposition machen die Selbstlokalisierung überbestimmt und damit letztlich genauer.
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Die Steuer- und Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, erfasste Objekte und Radarmarker anhand von deren gemessener Position und/oder Geschwindigkeit zuzuordnen und insbesondere zu melden, wenn ein bewegtes Objekt keinen Radarmarker trägt. Die Zuordnung geht beispielsweise von der Voraussetzung aus, dass nur eine nahe bei einem Objekt befindliche Radarmarkierung mit ähnlichem Bewegungsverhalten daran befestigt ist. Dabei kann der Momentanzustand bewertet werden, aber auch eine Historie betrachtet werden (Objekttracking). Die Zuordnung ermöglicht eine Erkennung unzulässiger bewegter Objekte, die keine Radarmarkierung tragen, etwa nicht autorisierte Personen. Mit Bewegung ist an dieser Stelle bei mobiler Anwendung der Radarvorrichtung eine Bewegung gegenüber der Umgebung, keine relative Bewegung zu der Radarvorrichtung gemeint. Das kann die Radarvorrichtung unterscheiden, da sie ihr eigenes Bewegungsverhalten aufgrund von Selbstlokalisierung oder zusätzlicher Sensorik im gleichen übergeordneten System wie einem AGV (Automated Guided Vehicle) kennt.
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Die Steuer- und Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, in dem Empfangssignal eine Signatur zu erkennen, insbesondere zwei Seitenbänder. So unterscheidet die Radarvorrichtung rasch Objekte und erfindungsgemäße Radarmarkierungen. Nur für eine Radarmarkierung erfolgt dann vorzugsweise die weitere Auswertung zum Auslesen der zusätzlichen Information über eine Objekterfassung und gegebenenfalls Messung der Relativposition und/oder -geschwindigkeit hinaus.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Radarsystem, insbesondere Navigationssystem, mindestens eine in einer Navigationsumgebung angebrachte erfindungsgemäße Radarmarkierung und mindestens eine erfindungsgemäße Radarvorrichtung. Typischerweise wird eine Vielzahl von Radarmarkierungen so angebracht, dass von überall in der Navigationsumgebung, etwa einer Industrie- oder Lagerhalle, mindestens eine, vorzugsweise auch mehrere Radarmarkierungen erfassbar sind. Radarvorrichtungen können mobil an Fahrzeugen wie AGVs oder dergleichen ebenso angebracht sein wie stationär an bestimmten wichtigen Überwachungsstellen, und sie können autonom und/oder in ein übergeordnetes System integriert arbeiten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche Weise weitergebildet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:
- 1 eine schematische Blockdarstellung einer Radarvorrichtung, die eine Radarmarkierung erfasst;
- 2 eine schematische Blockdarstellung einer Radarmarkierung, die ein Echo mit zusätzliche Information erzeugt;
- 3 eine Darstellung eines beispielhaften modifizierten Radarsignals der Radarmarkierung; und
- 4 eine beispielhafte Übersichtsdarstellung eines Bereichs mit mehreren Radarmarkierungen und bewegten wie nicht bewegten Radarvorrichtungen zu deren Erfassung.
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1 zeigt eine schematische Blockdarstellung einer Radarvorrichtung 10. Ein Sender 12 erzeugt mit Hilfe einer Antenne 14 ein Radarsignal 16, welches durch ein Radom 18 in einen Überwachungsbereich 20 ausgesandt wird. Befindet sich dort ein Objekt 22 oder eine unten genauer erläuterte Radarmarkierung 24, so wird ein Teil des Radarsignals 16 zu der Radarvorrichtung 10 reflektiert, wobei es gegebenenfalls zuvor von der Radarmarkierung 24 modifiziert wird, die dadurch dem Radarecho Informationen aufmoduliert. In der Radarvorrichtung 10 wird aus diesem gegebenenfalls modifizierten Radarecho des Radarsignals 16 über die Antenne 14 und einen Empfänger 26 ein Empfangssignal erzeugt, welches einer Steuer- und Auswertungseinheit 28 zugeführt wird. Sender 12 und Empfänger 24 können abweichend jeweils eine eigene Sende- beziehungsweise Empfangsantenne aufweisen. Umgekehrt ist in vielen Ausführungsformen anstelle eines separaten Senders 12 und Empfängers 26 ein Transceiver vorgesehen.
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Die dargestellte Radarvorrichtung 10 erfasst nur einen bestimmten Winkelausschnitt in einer Richtung. Dabei kann die laterale Ausdehnung des Überwachungsbereichs 20 durch Richtcharakteristik der Antenne 14 beziehungsweise eine Linsenantenne beschränkt werden, die hier beispielhaft in das Radom 18 integriert dargestellt ist. Durch ein Abtastverfahren kann der Überwachungsbereich 20 insgesamt vergrößert werden. Dabei wird der jeweilige Abtastwinkel variiert, wobei das wiederum auf verschiedene Weisen möglich ist. Einige Beispiele sind Ausführungsformen der Antenne 14 als rotierende Richtantenne, mehrere abwechselnd angesteuerte, verschieden ausgerichtete Antennen oder eine Antennenanordnung, deren Richtcharakteristik durch Ansteuerung mit verschiedenen Phasen wechselt (Phased Array). Wird ein Objekt 22 oder eine Radarmarkierung 24 erfasst, so ergibt sich aus der Richtung, in die das Radarsignal ausgesandt wird, eine Winkelinformation.
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Die Auswertung des Empfangssignals entspricht zunächst einem herkömmlichen Radar. Das beschränkt sich nur im einfachsten Fall auf eine binäre Anwesenheitsfeststellung des Objekts 22 beziehungsweise der Radarmarkierung 24. Dazu muss lediglich eine signifikante Veränderung des Empfangssignals festgestellt werden, etwa durch eine Amplitudenschwelle. In vielen Ausführungsformen wird aber auch der Abstand gemessen und dafür das ausgesandte Radarsignal 16 geeignet moduliert. Einige Beispiele sind ein Pulsradar mit einem Pulsverfahren und Bestimmung der Laufzeit eines Sendepulses, ein Phasenverfahren mit periodischer Modulation des ausgesandten Radarsignals und Bestimmung der Phasendifferenz zu dem Empfangssignal sowie eine rampenartige Frequenzmodulation mit Auswertung der Frequenz des Empfangssignals in einem FMCW-Radar. Radarvorrichtungen sind seit langem in vielfältigen Bauweisen bekannt, so dass der Aufbau und das Messprinzip nur grob beschrieben sind und die Erfindung auch in dieser Hinsicht nicht auf die genannten Varianten beschränkt ist.
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Erfindungsgemäß ist die Steuer- und Auswertungseinheit 28 über diese herkömmliche Radarmessung hinaus auch zu einer besonderen Auswertung von modifizierten Echos des Radarsignals 16 von speziell ausgebildeten Radarmarkierungen 24 ausgebildet. In 1 sind vereinfachend als beispielhafte Bestandteile der Radarmarkierung 24 eine Empfangsantenne 32, eine Sendeantenne 34 und dazwischen eine Signalmodifikationseinheit 36 in Form eines Mischers mit einer Signalquelle 38 gezeigt. Die Radarmarkierung 24 moduliert eine zusätzliche Information auf das Radarecho, insbesondere eine eindeutige Identifikation.
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2 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Radarmarkierung 24. Sie enthält zusätzlich zu den schon genannten Elementen im Empfangspfad der Empfangsantenne 32 einen Empfangsverstärker 40 und im Sendepfad einen Sendeverstärker 42 und eine Bandbegrenzung 44. Das Radarsignal 16 der Radarvorrichtung 10 wird von der Empfangsantenne 32 aufgegriffen und über den geregelten Empfangsverstärker 40 zu einem Signal konstanter Amplitude gewandelt. Dieses Signal wird der Signalmodifikationseinheit 36 zugeführt, die hier beispielhaft durch einen Mischvorgang eine konstante, einmalig vergebene Frequenz als Identifikationsnummer aufprägt, die von der Signalquelle 38 zur Verfügung gestellt wird. Optional erfolgt eine weitere Modulation, um dem Signal außer der Identifikationsnummer noch weitere Informationen aufzuprägen. Eine geeignete Modulation dafür ist Frequenzumtastung (FSK, Frequency Shift Keying). Das Ursprungssignal bleibt dabei vorzugsweise als Trägersignal erhalten. Die Signalquelle 38 ist bevorzugt beliebig programmierbar, um eine gewünschte aufmodulierte Frequenz sowie ein geeignetes FSK-Signal zur Verfügung zu stellen.
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Das so modulierte Signal wird dann in dem Sendeverstärker 42 verstärkt oder auch gedämpft, der in seiner Verstärkung regelbar ist und dadurch einen variablen Radarquerschnitt abbildet. Eine Verstärkung sorgt für ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis bei Empfang in der Radarvorrichtung 10 und damit eine verbesserte Detektion und Ortung, die gerade eine Selbstlokalisierung erheblich genauer werden lässt. Anschließend wird das verstärkte Signal in der Bandbegrenzung 44 gefiltert und über die Sendeantenne 34 abgestrahlt. In der Radarvorrichtung 10 wird, wie schon erläutert, dieses abgestrahlte Signal als Radarecho empfangen und zunächst genauso verarbeitet wie jedes anderer Echosignal von einem beliebigen Objekt 22 im Überwachungsbereich 20. Zusätzlich wird die aufgeprägte Identifikationsnummer und gegebenenfalls die weitere Information erfasst.
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3 zeigt ein beispielhaftes moduliertes Signal, wie es von einer Radarmarkierung 24 gemäß 2 erzeugt werden könnte. Das zentrale Signal bei fr ist das eigentliche Echo, das auch bei einem passiven Ziel entstehen würde. Aufgrund der Zweiseitenbandmodulation erscheint links und rechts dazu im Abstand fs das aufmodulierte Signal. Die beiden Seitenbänder haben dieselbe Amplitude und sind durch die Modulationsart symmetrisch angeordnet. Die Steuer- und Auswertungseinheit 28 kann hier verschiedene Auswertungen unterschiedlicher Komplexität vornehmen. Anhand des zentralen Signals bei fr wird die übliche Radarerfassung und gegebenenfalls Abstands-und Dopplergeschwindigkeitsmessung vorgenommen. Die bloße Erkennung, dass es Seitenbänder gibt, unterscheidet bereits eine Radarmarkierung 24 von einem beliebigen anderen Objekt 22, und nur dann erfolgt vorzugsweise die weitere Auswertung der aufmodulierten Information. Das hat wiederum zwei mögliche Stufen: Die Frequenz fs identifiziert eine bestimmte Radarmarkierung 24 eindeutig. Optional wird die Modulation der Seitenbänder weiter ausgewertet, um die mittels FSK aufmodulierte weitere Information auszulesen.
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Die 2 und 3 erläutern das Aufprägen zusätzlicher Informationen über eine der Radarmarkierung 24 fest zugewiesene Frequenz als Identität sowie optional weiterer Informationen mittels FSK. Es sind aber auch andere Modulationsverfahren denkbar. Beispielsweise wird als Signalmodifikationseinheit 36 anstelle eines Mischers ein spannungsgesteuerter Verstärker eingesetzt, der auch einen Verstärkungsfaktor <1 aufweisen und damit eigentlich ein Abschwächer sein kann. Dadurch wird das modifizierte Radarsignal entsprechend der Signalquelle 38 in seiner Amplitude moduliert.
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4 zeigt eine Beispielanwendung für mehrere mobile Radarvorrichtungen 10a-b hier an vorzugsweise autonomen Fahrzeugen 46a-b und stationäre Radarvorrichtungen 10c-d und eine Vielzahl von Radarmarkierungen 24a-j in einem Überwachungsbereich 20, der hier beispielhaft eine Halle ist, ebenso aber auch ein Außenbereich sein könnte.
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Mit Hilfe der daran angebrachten Radarvorrichtungen 10a-b können die Fahrzeuge 46a-b durch herkömmliche Objekterkennung Hindernisse umfahren und Kollisionen vermeiden. Außerdem werden wie oben beschrieben von den Radarvorrichtungen 10a-d mit dem Radarecho zusätzliche Informationen ausgelesen, welche die jeweilige Radarmarkierung 24a-j auf das Radarecho aufmoduliert. Das ist insbesondere die Identität der Radarmarkierung 24a-j. Weitere Informationen, wie die Position der Radarmarkierung 24a-j in einem vereinbarten Weltkoordinatensystem, werden je nach Ausführungsform ebenfalls von der Radarmarkierung aufmoduliert oder indirekt aus einer weiteren Quelle wie einer Karte, einer Tabelle oder einer Datenbank ausgelesen, verknüpft über die Identität der Radarmarkierung 24a-j.
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Die Radarmarkierungen 24a-j ermöglichen, die eigene Position der Radarvorrichtungen 10a-d und damit auch der Fahrzeuge 46a-b in dem Überwachungsbereich 20 sehr genau zu bestimmen. Die Selbstlokalisation funktioniert schon mit nur einer sichtbaren Radarmarkierung 24a-j, wenn die Radarvorrichtung 10a-d in der Lage ist, den Vektor der eigenen Relativposition bezüglich dieser Radarmarkierung 24a-j in Abstand und Winkel zu bestimmen. Vorzugsweise sind von überall mindestens zwei Radarmarkierungen 24a-j sichtbar, wo dann bereits die Richtung der Erfassung genügt, um die eigene Position zu bestimmen, und jede weitere Positionsinformation verbessert die Selbstlokalisation durch Redundanz weiter. Aufgrund der Selbstlokalisation kann das Fahrzeug 46a-b auf einer beliebig vorgebbaren oder selbst gewählten Route vorgegebene Punkte anfahren. Übrigens kann eine Information, die eine Radarmarkierung 24a-j überträgt, auch sein, ob der damit markierte Punkt für ein bestimmtes Fahrzeug 46a-b als Zielpunkt in Betracht kommt.
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Die Radarmarkierungen 24a-j werden einerseits so verteilt, dass möglichst überall eine Selbstlokalisation ermöglicht wird. Außerdem können bestimmte wichtige Punkte, wie Toreinfahrten 48 oder Arbeitsbereiche von Maschinen, aber auch bewegte Objekte wie Fahrzeuge 46a-b und Personen 50a-b mit einer oder mehreren Radarmarkierungen 24a-j versehen werden. Die mittels der Radarmarkierungen 24a-j zugänglichen zusätzlichen Informationen können für die Fahrzeuge 46a-b oder ein übergeordnetes System der Halle sehr hilfreich sein.
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4 zeigt nun verschiedene Situationen und Szenarien, in denen die Radarmarkierungen 24a-j und deren mittels Modulation auf das Radarecho übertragene Information die Anwendung erleichtert oder verbessert. Das ist rein beispielhaft zu verstehen, es gibt eine Fülle weiterer Möglichkeiten, wie zusätzliche Informationen über bestimmte Punkte in der Umgebung eine Radarvorrichtung 10a-d oder deren übergeordnetes System unterstützen. Eine besonders vorteilhafte Anwendung ist die bereits angesprochene Selbstlokalisation und Unterstützung bei der Navigation.
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Eine Radarmarkierung 24a ist über einer Akkuladestation der Fahrzeuge 46a-b angebracht. Die Fahrzeuge 46a-b finden durch Ortung und Identifikation der Markierung selbstständig zur Ladestation. Die Radarmarkierung 24a kann über ihre Identität als diejenige bekannt sein, die bei der Ladestation angebracht ist, aber auch mittels aufmodulierter weiterer Information der Radarvorrichtung 10a-b mitteilen, dass hier ein Aufladen möglich ist.
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Eine Radarmarkierung 24b ist an einer Maschine angebracht, etwa einem Roboter. Eine mögliche weitere Information, welche diese Radarmarkierung 24b überträgt, ist ein Status der Maschine, also ob sie aktiv ist und womöglich wie weiträumig der Bereich um die Maschine je nach Arbeitsschritt unzugänglich ist und gemieden werden muss. Eine stationärer Radarvorrichtung 10c überwacht diese Maschine, um Fahrzeuge 46a-b oder Personen 50a-b zu erkennen, die sich unerlaubt nähern, und um der Maschine gegebenenfalls ein sicherheitsgerichtetes Abschaltsignal zu geben. Hier können Objekte oder Personen Radarmarkierungen 24c-e tragen, um ausnahmsweise doch in der Nähe der arbeitenden Maschine zugelassen zu werden. Die stationäre Radarvorrichtung 10c kann selbstverständlich durch andere Sicherheitssensoren wie Laserscanner oder Lichtgitter unterstützt oder ersetzt werden; die in 4 beispielhaft gezeigte Halle enthält in aller Regel zahlreiche weitere Systeme zusätzlich zu den erläuterten Radarkomponenten.
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Auch die Toreinfahrt 48 ist vorzugsweise mit einer Radarmarkierung 24f ausgestattet. Damit können die Fahrzeuge 46a-b die Toreinfahrt 48 als solche erkennen und selbständig das richtige Tor ansteuern. Zudem erfährt ein Fahrzeug 46a-b von der Radarmarkierung 24f über die Radarechosignalmodulation zusätzlich, ob das Tor weit genug geöffnet ist damit eine Durchfahrt möglich ist, insbesondere mit hochgefahrener Gabel bei einem Gabelstapler.
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Radarmarkierungen 24d-e an den Fahrzeugen 46a-b ermöglichen die gegenseitige Identifikation von Fahrzeugen 46a-b mittels Radar. Außerdem ist denkbar, eine Priorität auszusenden, so dass bei gleichem Fahrweg wie dargestellt ganz schnell, autonom und eindeutig entschieden werden kann, welches Fahrzeug 46a-b zuerst fahren darf.
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Bewegte Objekte wie die Personen 50a-b, aber auch dem Gesamtsystem unbekannte Fahrzeuge können mittels Radar erkannt werden. Trägt eine Person 50a eine Radarmarkierung 24c, so ist das womöglich zulässig, eine andere Person 50b ohne Radarmarkierung aber nicht, und so können Personen gemeldet werden, die keinen Zutritt haben sollen, oder es wird ein Alarm ausgelöst.
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Die optionalen stationären Radarvorrichtungen 10c-d sind für Aufgaben wie die Überwachung der mit der Radarmarkierung 24b versehenen Maschine oder das Erkennen von Personen 50a-b ohne durch Radarmarkierung 24c nachgewiesene Aufenthaltsberechtigung zuständig, sie können aber auch die Fahrzeuge 46a-b erfassen und deren mitbewegte Radarvorrichtungen 10a-b bei deren Detektion unterstützen. Die weiteren Radarmarkierungen 24g-j dienen als Navigations- und Orientierungsmarken oder bezeichnen weitere Zielorte, die hier nicht näher erläutert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014214391 A1 [0004]
- DE 102016003934 A1 [0005]
