DE102018200991A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit den Schritten Empfangen von mittels eines Radars mit synthetischer Apertur aus Abtastungen einer Fahrtstrecke des Fahrzeugs generierten Bildrohdaten, Generieren von Bildern der abgetasteten Fahrtstrecke aus den empfangenen Bildrohdaten, wobei für die Generierung eines jeweiligen Bildes eine Referenzgeschwindigkeit berücksichtigt wird, Bewerten zumindest eines generierten Bildes bezüglich zumindest eines Kriteriums, Auswählen eines Bildes abhängig von der Bewertung, und Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis zumindest einer dem ausgewählten Bild zugeordneten Information. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung mit Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs sowie eine zugehörige Anordnung.
  • Die Bestimmung bzw. Messung einer tatsächlichen Geschwindigkeit eines Fahrzeugs ist von großer Bedeutung, da diese als Parameter für verschiedene Regelungs- und Steuersysteme des Fahrzeugs verwendet wird. Dies können insbesondere Assistenzsysteme für den Fahrzeugführer oder auch Systeme für ein autonomes Fahren des Fahrzeugs sein. Bei bekannten Schienenfahrzeugen wird die bestimmte Geschwindigkeit unter anderem für die Antriebs- und Bremssteuerung verwendet.
  • Die Erfassung oder Bestimmung der tatsächlichen Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit einer hohen Genauigkeit stellt jedoch eine große technische Herausforderung dar. Prinzipiell kann die Geschwindigkeit beispielsweise eines Schienenfahrzeugs aus der Drehzahl sowie dem Abrollumfang der Räder eines Radsatzes abgeleitet werden, wobei die Drehzahl beispielsweise mittels eines an dem Radsatz angeordneten Drehzahlgebers bestimmt wird. Jedoch ist insbesondere bei Schienenfahrzeugen der genaue Umfang der Räder eines Radsatzes nicht bekannt, da dieser vom aktuellen Zustand des Verschleißes der Räder abhängt. Aufgrund der möglichen Differenz zwischen dem für die Geschwindigkeitsbestimmung angenommenen Umfang und dem tatsächlichen Umfang ist die Bestimmung der Geschwindigkeit mit einer gewissen Unsicherheit behaftet. Weiterhin kann speziell bei einem angetriebenen Radsatz aufgrund von Schlupf, einem geringen Haftreibungskoeffizienten bzw. einem mangelnden Kraftschluss zwischen Rad und Schiene zu einen Durchdrehen von Rädern kommen, wodurch die gemessene Drehzahl nicht mit der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs korrespondiert. Bei mehreren angetriebenen Radsätzen des Schienenfahrzeugs kann es in Folge unterschiedlicher Verhältnisse des Kraftschlusses des jeweiligen Radsatzes zudem zu unterschiedlichen Drehzahlmessungen kommen. Selbst eine beispielhafte Mittelung von zeitgleichen Messungen an mehreren Radsätzen bietet daher noch keine Sicherheit, die tatsächliche Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs zu erfassen.
  • Zur Erhöhung der Sicherheit bezüglich der Korrektheit der mittels Drehzahlgebern bestimmten Geschwindigkeit wird die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs oftmals ergänzend bzw. redundant mit anderen Mitteln bestimmt. Dabei wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beispielsweise auf Basis einer während eines Zeitraums zurückgelegten Strecke bestimmt, wobei die zurückgelegte Strecke unter Verwendung von Empfängern für Signale bekannter Satelliten-basierter Positionsbestimmungssysteme, beispielsweise GPS (Global Positioning System), GLONASS (Global Navigation Satellite System) oder GALILEO, auf Basis von Laufzeitmessungen von Satellitensignalen ermittelt wird. Hierfür werden ein oder mehrere solcher Empfänger beispielsweise auf dem Dach des Fahrzeugs angeordnet. Nachteilig sind diese Systeme jedoch ungenau bzw. ungeeignet, wenn keine Sichtverbindung des Empfängers bzw. der Empfänger zu einer Mehrzahl von Satelliten besteht, beispielsweise in Tunneln, unterirdischen Fahrstrecken oder beim Befahren von höheren Bergen oder Gebäuden gesäumten Strecken.
  • Weiterhin wird beispielsweise ein an im Unterflurbereich eines Wagenkastens des Schienenfahrzeugs angeordnetes und in einem Winkel zur Horizontalen in Fahrtrichtung auf die Fahrtstrecke bzw. das Gleisbett gerichtetes Radars zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs eingesetzt. Allgemein besitzen Radare, der Begriff Radar steht für RAdio Detection And Ranging, gegenüber optischen Sensoren den Vorteil, dass sie einerseits einen zu erfassenden Ausschnitt selbst ausleuchten und damit keine zusätzliche Lichtquelle benötigen, andererseits aufgrund ihrer größeren Wellenlänge im Vergleich zu sichtbarem Licht vergleichsweise unempfindlich gegenüber Witterungsverhältnissen wie beispielsweise Regen, Nebel, Schnee oder auch Hitze sind.
  • Ein unmoduliertes Dauerstrichradar (Englisch: Continuous Wave, CW) wird üblicherweise für diese Zwecke eingesetzt, welches die Geschwindigkeit auf Basis einer Frequenzverschiebung bzw. des so genannten Doppler-Effekts bestimmt. Unmodulierte Radarsignale bzw. elektromagnetische Wellen werden beispielsweise in einem Frequenzbereich um 24GHz als Teilfrequenzbereich der so genannten ISM-Frequenzbänder (Industrial, Scientific and Medical radio bands) von einer Sendeantenne des Radars abgestrahlt, von Objekten reflektiert bzw. von Strukturen mit einer für die Wellenlänge des Radarsignals ausreichenden Rauigkeit (Rayleigh Kriterium) zurückgestreut und von einer Empfangsantenne empfangen. Solche reflektierten bzw. zurückgestreuten Signale werden auch als Echos bezeichnet. Besitzen Radar und reflektierendes Objekt zueinander eine Relativgeschwindigkeit, so unterscheidet sich die Frequenz der empfangenen Signale von der Frequenz der abgestrahlten Signale. Aus dem Frequenzversatz zwischen diesen Frequenzen kann eine Relativgeschwindigkeit bestimmt werden, da der Frequenzversatz proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs und dem Kosinus des Winkels ist, welcher durch den Geschwindigkeitsvektor und die Abstrahlrichtung der Antenne definiert ist. Aufgrund der weitgehend ungerichteten Abstrahlung von Radarsignale durch die Sendeantenne ist eine Zuordnung der Dopplerfrequenzen zu einzelnen reflektierenden bzw. zurückstreuenden Objekten dabei nicht möglich, wodurch diese Art der Geschwindigkeitsbestimmung den Nachteil besitzt, dass keine Eindeutigkeit bezüglich der Objekte besteht und in dessen Folge auch die Geschwindigkeit ebenfalls nur mit einer bestimmten Unsicherheit bestimmt werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein genaueres und verlässlicheres System und Verfahren für die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs anzugeben. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren sowie die Anordnung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in jeweils abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit den Schritten Empfangen von mittels eines Radars mit synthetischer Apertur aus Abtastungen einer Fahrtstrecke des Fahrzeugs generierten Bildrohdaten, Generieren von Bildern der abgetasteten Fahrtstrecke aus den empfangenen Bildrohdaten, wobei für die Generierung eines jeweiligen Bildes eine Referenzgeschwindigkeit berücksichtigt wird, Bewerten zumindest eines generierten Bildes bezüglich zumindest eines Kriteriums, Auswählen eines Bildes abhängig von der Bewertung, und Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis zumindest einer dem ausgewählten Bild zugeordneten Information.
  • Der Einsatz eines Radars mit synthetischer Apertur (Englisch: Synthetic Aperture Radar, abgekürzt SAR), wie es beispielsweise bereits bei der Fernerkundung verwendet wird, ermöglicht es, Bilder mit einer hohen Auflösung zu generieren. Diese hohe Auflösung ermöglicht wiederum eine qualitative Bewertung der Bilder, auf Basis derer ein bestimmtes Bild ausgewählt wird. Diesem ausgewählten Bild zugeordnete Informationen dienen schließlich dazu, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen.
  • Bilder der abgetasteten Fahrtstrecke können dabei aus den vom Radar bereitgestellten Bildrohdaten mittels bekannter Algorithmen zur digitalen Bildverarbeitung, beispielsweise mittels eines so genannten Range-Doppler-Algorithmus, generiert werden. Jedes Bild umfasst dabei einen jeweiligen Ausschnitt der mittels des Radars abgetasteten Fahrstrecke. Der Algorithmus berücksichtigt für die Generierung des Bildes eine Referenzgeschwindigkeit, die vorzugsweise bereits im Bereich der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs liegt. Die anschließende Bewertung des generierten Bildes anhand zumindest eines Kriteriums dient einer Einschätzung, ob die Referenzgeschwindigkeit der tatsächlichen Geschwindigkeit entspricht. Sofern die Referenzgeschwindigkeit nicht der tatsächlichen Geschwindigkeit entspricht, kann in nachfolgenden Iterationen beispielsweise die für die Bildgenerierung berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit variiert werden oder beispielsweise ein anderes generiertes Bild bewertet werden, bis eine Übereinstimmung bzw. nahezu Übereinstimmung der Geschwindigkeiten anhand des Kriteriums bestätigt wird.
  • Gemäß einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Schritt des Bewertens für das generierte Bild ein Fokussierungsgrad bestimmt, und als Kriterium der bestimmte Fokussierungsgrad bewertet.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der ersten Weiterbildung wird als Information, auf deren Basis im Schritt des Bestimmens die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird, die für die Generierung des Bildes berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit dem Bild zugeordnet.
  • Der Fokussierungsgrad eines Bildes kann mittels eines bekannten Algorithmus bestimmt werden. Da die bei der Generierung des Bildes berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit den Fokussierungsgrad eines Bildes beeinflusst, kann anhand des bestimmten Fokussierungsgrads ermittelt werden, ob das Bild mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert wurde, die der tatsächlichen bzw. nahezu tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs zum Zeitpunkt der Abtastung durch das SAR entspricht. Sofern der bestimmte Fokussierungsgrad eines Bildes hinreichend gut ist, wurde dieses Bild mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert, die der tatsächlichen bzw. nahezu der tatsächlichen Geschwindigkeit entspricht. Im abschließenden Schritt des Bestimmens wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis der Referenzgeschwindigkeit, mit der dieses Bild generiert wurde, bestimmt. Den Bildern wird hierfür im Schritt des Generierens die jeweils berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit als Information zugeordnet. Sofern der bestimmte Fokussierungsgrad des Bildes jedoch nicht hinreichend gut ist, das Bild mithin mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert wurde, die nicht zumindest nahezu der tatsächlichen Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Abtastung entspricht, wird in einer oder mehreren nachfolgenden Iterationen die Referenzgeschwindigkeit variiert und ein jeweiliges Bild auf Basis der gleichen empfangenen Bildrohdaten generiert, dessen Fokussierungsgrad wiederum bestimmt und bewertet wird. Diese Iterationen werden insbesondere solange durchgeführt, bis ein Bild generiert wurde, welches einen hinreichend guten Fokussierungsgrad aufweist, bzw. bis ein Abbruchkriterium, beispielsweise eine Zeitüberschreitung, dazu führt, dass ein Bild aus Bildrohdaten einer nachfolgenden Abtastung generiert wird.
  • Gemäß einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung des Verfahrens bezüglich des Schrittes des Bewertens wird das generierte Bild mit einem weiteren Bild verglichen und als Kriterium eine Ähnlichkeit der Bilder bewertet.
  • Eine Ähnlichkeit von Bildern kann insbesondere mittels einer aus der Signalverarbeitung bekannten Korrelation bzw. einer aus der Bildverarbeitung bekannten Autokorrelation beurteilt werden. Die Korrelation von Bildern ermöglicht eine Erkennung von bestimmten Objekten oder Strukturen. Hierdurch ist es möglich, eine Bewegung beispielsweise eines bestimmten Objekts oder einer bestimmten Struktur der abgetasteten Fahrtstrecke über die Zeit in sukzessiv generierten Bildern zu erfassen. Aus der benötigten Zeit für die Bewegung über eine bestimmte Distanz kann wiederum die Geschwindigkeit bestimmt werden. Nachteilig besteht jedoch die Schwierigkeit, die von dem Objekt bzw. der Struktur zurückgelegte Distanz in den generierten Bildern mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen.
  • Alternativ kann die Erfassung der Bewegung mittels einer Korrelation von Bildern erfolgen, die aus Bildrohdaten unterschiedlicher Antennen des Radars generiert werden. Diese Antennen weisen eine bestimmte Distanz in Fahrtrichtung des Fahrzeugs zueinander auf. Bei dieser Alternative erfolgt beispielsweise ausgehend von einem generierten Bild aus Bildrohdaten einer ersten Antenne eine Korrelation mit einem generierten Bild aus Bildrohdaten einer zweiten Antenne des Radars, um eine Ähnlichkeit der beiden generierten Bilder, beispielsweise bezüglich eines Objektes oder einer Struktur, zu bestimmen. Sofern eine hinreichende Ähnlichkeit der Bilder bzw. eines jeweiligen Teilbereichs der Bilder, in welchem das Objekt bzw. die Struktur enthalten ist, vorliegt, wird das Bild der zweiten Antenne für die Geschwindigkeitsbestimmung ausgewählt. Liegt hingegen keine hinreichende Ähnlichkeit der Bilder vor, so wird in einer oder mehreren nachfolgenden Iterationen ein jeweils anderes Bild der zweiten Antenne mit dem Bild der ersten Antenne korreliert. Diese Iterationen werden insbesondere solange durchgeführt, bis ein Bild der zweiten Antenne ermittelt wurde, welches eine hinreichende Ähnlichkeit mit dem Bild der ersten Antenne aufweist, bzw. bis ein Abbruchkriterium, beispielsweise eine Zeitüberschreitung, dazu führt, dass ein anderes Bild der ersten Antenne als Basis für die Korrelation mit Bildern der zweiten Antenne dient.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorstehenden Weiterbildung des Verfahrens wird im Schritt des Generierens einem jeweiligen Bild eine Information bezüglich eines Zeitpunktes der Abtastung, insbesondere der Abtastung des in dem Bild abgebildeten Ausschnitts der Fahrtstrecke, oder eines Zeitpunktes der Generierung des Bildes zugeordnet. Weiterhin wird im Schritt des Bestimmens auf Basis einer zeitlichen Differenz zwischen den zugeordneten Zeitpunkten der Bilder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt.
  • Mittels der Zuordnung des Zeitpunktes der Abtastung bzw. der Generierung eines jeweiligen Bildes kann in der vorstehend beschriebenen alternativen Erfassung eine Zeitdifferenz zwischen den Bildern der ersten und zweiten Antenne bestimmt werden. Hierfür wird beispielsweise die Dauer bestimmt, bis ein zunächst von der ersten Antenne abgetastetes Objekt bzw. eine abgetastete Struktur nachfolgend auch von der zweiten Antenne abgetastet wird. Aus dieser bestimmten Dauer bzw. der Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten der generierten Bilder und der Distanz zwischen der ersten und der zweiten Antenne des Radars kann schließlich die Geschwindigkeit berechnet werden.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird im Schritt des Generierens als Referenzgeschwindigkeit eine in einem vorherigen Zyklus des Verfahrens bestimmte Geschwindigkeit oder eine mittels einer weiteren Einrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung bestimmte Geschwindigkeit berücksichtigt.
  • Die Referenzgeschwindigkeit wird, wie vorstehend bereits beschrieben, für die Generierung von Bildern aus empfangenen Bildrohdaten berücksichtigt. Sie ist weiterhin von Bedeutung, um beispielsweise bei der Bewertung nach dem Kriterium der Ähnlichkeit von Bildern eine Zeitdifferenz zwischen den Bildern abzuschätzen und darauf basierend ein Bild der zweiten Antenne mit einer entsprechenden Zeitdifferenz zum Bild der ersten Antenne für eine erste Korrelation auszuwählen. Da sich die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs von einem Zyklus des Verfahrens zu einem nächsten Zyklus in der Regel nur begrenzt ändert, führt diese Abschätzung dazu, dass eine erforderliche Anzahl Iterationen für die Auswahl eines Bildes gering gehalten werden kann. In gleicher Weise führt diese Referenzgeschwindigkeit bei der Bewertung nach dem Kriterium des Fokussierungsgrads eines Bildes dazu, dass ein erstes in dem neuen Zyklus bewertetes Bild mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert wurde, die sich nur begrenzt von der im vorherigen Zyklus bestimmten Geschwindigkeit unterscheidet. Dies führt wiederum vorteilhaft dazu, dass eine erforderliche Anzahl zu generierender Bilder gering gehalten werden kann.
  • Sofern eine Referenzgeschwindigkeit aus einem vorherigen Zyklus des Verfahrens nicht vorliegt, beispielsweise bei einer erstmaligen Ausführung des Verfahrens oder wenn in dem Zyklus keine Geschwindigkeit bestimmt werden konnte, kann für die Generierung insbesondere eines ersten Bildes bzw. für einen ersten Zyklus des Verfahrens eine Geschwindigkeit berücksichtigt werden, die von einer weiteren Einrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung des Fahrzeugs bestimmt wurde. Eine solche weitere Einrichtung bestimmt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in bekannter Weise beispielsweise auf Basis von Signalen zumindest eines weiteren Radars, eines oder mehrerer Drehzahlgebers oder eines Satelliten-gestützten Positionierungssystems, wie sie einleitend beschrieben wurden. Insbesondere bei einer erstmaligen Ausführung des Verfahrens während oder nach einem Stillstand des Fahrzeugs kann die Referenzgeschwindigkeit auch zunächst als Null angenommen werden.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, wobei die Anordnung zumindest ein Radar mit synthetischer Apertur, welches mittels zumindest einer Sende- und zumindest einer Empfangsantenne eine Fahrtstrecke des Fahrzeugs abtastet, eine Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung, aufweisend zumindest eine Prozessoreinrichtung und eine Speichereinrichtung, mittels welcher Bilder der abgetasteten Fahrtstrecke aus von dem Radar empfangenen Bildrohdaten unter Berücksichtigung einer Referenzgeschwindigkeit generiert werden, zumindest ein generiertes Bild bezüglich zumindest eines Kriteriums bewertet wird, ein Bild abhängig von der Bewertung ausgewählt wird und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis zumindest einer dem ausgewählten Bild zugeordneten Information bestimmt wird.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die bestimmte Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. eine diese repräsentierende Information kann beispielsweise mittels einer Schnittstelle der Anordnung weiteren Einrichtungen, insbesondere einer Antriebs- und/oder Bremssteuereinrichtung des Fahrzeugs zugeführt werden. Eine solche Schnittstelle kann dabei insbesondere kabelgebunden oder kabelungebunden, insbesondere funkbasiert verwirklicht sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Anordnung ist die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung ferner dazu ausgestaltet, einen Fokussierungsgrad des zumindest einen generierten Bildes zu bestimmen und den bestimmten Fokussierungsgrad als Kriterium zu bewerten.
  • Gemäß einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung der Anordnung ist die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung dazu ausgestaltet, das zumindest eine generierte Bild mit einem weiteren Bild zu vergleichen und eine Ähnlichkeit der Bilder als Kriterium zu bewerten.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Anordnung ist die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung dazu ausgestaltet, als Referenzgeschwindigkeit eine von einer weiteren Einrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung bestimmte Geschwindigkeit für die Generierung des zumindest einen Bildes zu berücksichtigen.
  • Eine solche weitere Einrichtung ist beispielsweise eine einleitend beschriebene bekannte Einrichtung, welche insbesondere auf Basis von Signalen zumindest eines weiteren Radars, eines oder mehrerer Drehzahlgeber oder eines Satelliten-gestützten Positionierungssystems die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs bestimmt. Die weitere Einrichtung kann beispielsweise zumindest teilweise in dem Gehäuse der Anordnung oder getrennt von dieser verwirklicht sein. In letzterem Fall wird die von dieser Einrichtung bestimmte Geschwindigkeit bzw. eine die Geschwindigkeit repräsentierende Information über eine Schnittstelle der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung zugeführt. Diese Schnittstelle kann insbesondere als eine kabelgebundene oder kabelungebundene, insbesondere funkbasierte Schnittstelle unter Verwendung bekannter Übertragungsprotokolle ausgestaltet sein.
  • Das Radar mit synthetischer Apertur ist beispielsweise als ein frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (Englisch: Frequency Modulated Continuous Wave Radar, FMCW Radar) ausgestaltet. Abhängig von der Art der Bewertung von generierten Bildern kann das Radar insbesondere eine Sendeantenne und eine Empfangsantennne bzw. eine Sendeantenne und zumindest zwei Empfangsantennen aufweisen. Die Sende- und Empfangsantennen können jeweils als eine bekannte so genannte integrierte Patch-Antenne ausgestaltet sein, bei welcher eine Mehrzahl von Patches auf einem Substrat ein resultierendes Antennendiagramm definiert. Die Antennen des Radars sind entsprechend dem Einsatz zur Fernerkundung orthogonal oder in einem Winkel, einem so genannten Schielwinkel, zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs und jeweils in einem Winkel zur Ebene der Fahrstrecke bzw. zur Hochachse des Fahrzeugs ausgerichtet.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Anordnung ist die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung dazu ausgestaltet, eine Änderung einer Abstrahlrichtung der zumindest einen Sendeantenne des Radars zu steuern.
  • Sofern die Sendeantennen des Radars als eine bekannte so genannte Phased-Array-Antenne ausgestaltet ist, bei welcher das Antennendiagramm beispielsweise durch Speisung einzelner Strahler bzw. Patches mit einer unterschiedlicher Phasenlage elektronisch geschwenkt werden kann, kann insbesondere der Winkel zur Ebene der Fahrtstrecke bzw. der Hochachse des Antennendiagramms der Sendeantenne geändert werden. Alternativ oder ergänzend kann die Abstrahlrichtung jedoch auch mechanisch, insbesondere durch Kippen oder Schwenken eines Gehäuses, in bzw. an dem die Antennen angeordnet sind, mittels einer Kipp- oder Schwenkvorrichtung geändert werden. Eine Änderung der Abstrahlrichtung kann insbesondere sinnvoll sein, wenn die mittels des Radars abgetastete Oberfläche der Fahrtstrecke nicht geeignet ist, auf Basis einer Bewertung generierter Bilder der Oberfläche die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen. Insbesondere kann dies bei einer Oberfläche der Fahrtstrecke auftreten, welche keine für eine Reflektion von Radarwellen ausreichende Rauigkeit oder Objekte und/oder Strukturen aufweist. Eine mangelnde Eignung der Fahrtstrecke kann insbesondere bei der Bewertung eines Bildes durch die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung festgestellt werden, woraufhin die Einrichtung eine Änderung des Abstrahlrichtung, beispielsweise ein elektronisches Schwenken des Antennendiagramms oder ein mechanisches Schwenken zumindest der Sendeantenne ansteuert. Mittels einer Änderung der Abstrahlrichtung können Sendesignale auf beispielsweise einen anderen Bereich bzw. Ausschnitt der Fahrtstrecke gerichtet werden, welcher eine hinreichende Rauigkeit oder Objekte bzw. Strukturen mit einer geeigneten Geometrie oder auch elektrischen Eigenschaften aufweist, die eine Bewertung generierter Bilder ermöglichen. Das Antennendiagramm der zumindest einen Empfangsantenne kann in einem solchen Fall entsprechend der Änderung des Antennendiagramms angepasst werden.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft schließlich ein Fahrzeug, welches zumindest eine erfindungsgemäße Anordnung oder Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Anordnung durch den Einsatz eines Radars mit synthetischer Apertur einen großen Geschwindigkeitsbereich abdecken, insbesondere einen Bereich von nahezu Null bis zu 500km/h bei Nutzung eines Frequenzbands im Frequenzbereich von 24GHz. Die Anordnung ist dadurch für den Einsatz in spurgebundenen Fahrzeugen, insbesondere Straßenbahnen, Untergrundbahnen, Lokomotiven oder Triebzüge für den Nah- und Fernverkehr bis in den Hochgeschwindigkeitsbereich, sowie für den Einsatz in spurungebundene Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge für den Personen- und Gütertransport, einschließlich Lastkraftwagen, Personenkraftwagen oder Busse, geeignet. Die erfindungsgemäße Anordnung kann dabei die einleitend beschriebenen bekannten Systeme zur Geschwindigkeitsbestimmung eines Fahrzeugs beispielsweise zur Erhöhung einer Redundanz ergänzen oder eines dieser bekannten Systeme zumindest zeitweise ersetzen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs,
    • 2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung im Unterflurbereich eines Wagenkastens,
    • 3 eine weitere Ansicht der Anordnung im Unterflurbereich eines Wagenkastens,
    • 4a,b schematische Draufsichten eines Gehäuses der Anordnung,
    • 5 ein Ablaufdiagramm eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens basierend auf der Bestimmung eines Fokussierungsgrads eines generierten Bildes, und
    • 6 ein Ablaufdiagramm eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens basierend auf einer Korrelation von generierten Bildern.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in den Figuren für gleiche bzw. gleich oder nahezu gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet. Weiterhin ist in den 1, 2 und 3 jeweils ein Koordinatensystem angegeben, in welchem die zueinander senkrecht ausgerichteten Längsachse L, Querachse Q sowie Hochachse H dargestellt sind. Die Längsachse L definiert dabei auch die Fahrtrichtung F des Fahrzeugs sowie, bezüglich des Radars mit synthetischer Apertur, den so genannten Azimut A. Die Querachse Q entspricht, bezüglich des Radars, hingegen dem so genannten Range R.
  • 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Schienenfahrzeug 1 als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug. Das Schienenfahrzeug 1 ist beispielhaft als ein elektrischer Triebzug für den Personentransport mit einer Mehrzahl Wagen ausgestaltet, wobei im oberen Bereich der 1 beispielhaft ein erster Endwagen 2 sowie ein mit diesem verkuppelter erster Mittelwagens 3, und im unteren Bereich der 1 ein mit dem ersten Mittelwagen 3 verkuppelter zweiter Mittelwagen 3 sowie ein mit diesem verkuppelter zweiter Endwagen 2 dargestellt sind. Weitere Mittelwagen zur Erhöhung der möglichen Anzahl zu befördernder Personen können vorgesehen werden. Die dargestellten Wagen 2, 3 verfügen jeweils über einen Wagenkasten 4, der sich über zwei Drehgestelle 5 in Form von Trieb- oder Laufdrehgestellen auf nicht dargestellten Schienen abstützt. Alternativ zu dem Vorsehen von zwei Drehgestellen je Wagenkasten, wie es in 1 angegeben ist, können insbesondere im Bereich der Übergänge zwischen den Endwagen 2 und dem jeweils benachbarten Mittelwagen 3 sowie zwischen den beiden Mittelwagen 3 auch gemeinsame Drehgestelle, insbesondere so genannte Jakobs-Drehgestelle, vorgesehen werden.
  • Die Endwagen 2 sind bezüglich der Längsachse L beispielsweise in mehrere räumliche Bereiche unterteilt. Diese Bereiche sind zum einen ein Führerstand bzw. Kopfmodul 6 im vorderen bzw. hinteren Bereich, zum anderen ein an den Führerstand 6 angrenzender Wagenkasten 4. Der jeweilige Wagenkasten 4 der Endwagen 2 und Mittelwagen 3 umschließt einen Fahrgastraum 7, in dem Sitzmöglichkeiten für Fahrgäste sowie deren Gepäck vorgesehen sein können. Die Fahrgasträume 7 der Wagen 2, 3 können von Fahrgästen über in Seitenwänden der Wagenkästen 4 angeordnete, nicht dargestellte Türen betreten und verlassen werden. Weiterhin können Fahrgäste über Wagenübergänge 8 in den Fahrgastraum 7 des jeweils benachbarten Wagens 2, 3 gelangen. Derartige Wagenübergänge 8 werden üblicherweise durch Wellen- oder Faltenbälge vor Umwelteinflüssen geschützt.
  • Auf dem Dach sowie unter dem Boden bzw. im Unterflurbereich des jeweiligen Wagenkastens 4 der Endwagen 2 sowie gegebenenfalls der Mittelwagen 3 sind üblicherweise elektrische Geräte bzw. Container für solche Geräte als Teil der elektrischen Ausrüstung des Triebzugs angeordnet, welche in der 1 jedoch nicht dargestellt sind. Diese dienen beispielsweise einem Antrieb des Triebzugs, insbesondere der Versorgung und Steuerung von in 1 nicht dargestellten Fahrmotoren. Die Fahrmotoren sind beispielsweise in dem als ein Triebdrehgestell ausgestalteten rechten Drehgestell 5 des ersten Endwagens 2 sowie in dem linken Drehgestell des zweiten Endwagens 2 angeordnet. Weitere Drehgestelle des Triebzugs können, insbesondere abhängig von der benötigten Antriebsleistung, ebenfalls mit Fahrmotoren ausgerüstet sein. Die Versorgung der Fahrmotoren erfolgt beispielsweise über einen jeweiligen, im Unterflurbereich des Wagenkastens 4 des Endwagens 2 angeordneten Transformator, dessen Primärwicklung beispielsweise über einen auf dem Dach des ersten Mittelwagens 3 angeordneten Stromabnehmer mit einer beispielsweise Hochspannungs-Wechselstrom führenden Oberleitung elektrisch verbunden werden kann. Auf dem jeweiligen Dach des Wagenkastens 4 des Endwagens 2 ist hingegen beispielsweise ein mit dem Transformator verbundener Traktionsstromrichter zur Versorgung der Fahrmotoren mit elektrischer Energie angeordnet. Ferner ist auf den Dächern der Wagenkästen 4 üblicherweise jeweils zumindest eine Klimaanlage angeordnet, die der Klimatisierung des darunter befindlichen Fahrgastraums 7 dient. Neben diesen Komponenten der elektrischen Ausrüstung des Triebzugs können weitere Komponenten, insbesondere Steuereinrichtungen, Hilfsbetriebe sowie Einrichtungen zu deren Versorgung in gleicher Weise auf dem Dach, im Unterflurbereich oder auch im Innenraum der Wagenkästen angeordnet sein.
  • Im Unterflurbereich des jeweiligen Wagenkastens 4 der Endwagen 2 ist beispielhaft eine jeweilige erfindungsgemäße Anordnung 9 bzw. Teile der erfindungsgemäßen Anordnung 9 vorgesehen. Die jeweilige Anordnung 9 umfasst neben einem Radar mit synthetischer Apertur (SAR) weitere Einrichtungen, wie sie insbesondere bezüglich der 4 noch näher erläutert werden. Vorzugsweise weist die Anordnung 9 ein geschlossenes Gehäuse 10 auf, um die darin bzw. daran angeordneten Bauteile, Komponenten bzw. Einrichtungen gegen Umwelteinflüsse wie beispielsweise Feuchtigkeit, Staub oder Steinschlag zu schützen. An einer oder mehreren Außenseiten bzw. Seitenwänden des Gehäuses 10 sind beispielsweise Sende- und Empfangsantennen des SAR sowie gegebenenfalls eines weiteren Radar, während in dem Gehäuse Einrichtungen zur Generierung von Sendesignalen für eine oder mehrere Sendeantennen sowie zur Wandlung und Verarbeitung von empfangenen Echos dieser Signale angeordnet sind. Teile dieser Einrichtungen können dabei auch in einem gesonderten Gehäuse oder Container, gegebenenfalls zusammen mit anderen Einrichtungen der elektrischen Ausrüstung des Triebzugs auf dem Dach, im Wagenkasten 4 oder im Unterflurbereich des Endwagens 2 angeordnet sein. Bei der Positionierung der Anordnung 9 bzw. des SAR im Unterflurbereich des Wagenkastens 4 ist sicherzustellen, dass der Bereich der Signalabstrahlung einer Sendeantenne des SAR frei von Hindernissen, insbesondere Containern der elektrischen Ausrüstung oder Teilen der Drehgestelle, ist, um unerwünschte Streuungen von Signalen und damit mögliche Störungen des Empfangs von Echos dieser Signale durch die zumindest eine Empfangsantenne des SAR zu vermeiden. Sofern im Unterflurbereich der Endwagen 2 hierfür kein ausreichender Raum verfügbar ist, kann alternativ zu der Darstellung in 1 die Anordnung 9 auch im Unterflurbereich der Mittelwagen 3 angeordnet werden. Das Vorsehen von zwei Anordnungen 9 dient beispielsweise einer vorteilhaften Redundanz zur Erhöhung der Ausfallsicherheit sowie der Genauigkeit des Systems. Alternativ kann eine Anordnung 9 auch einer jeweiligen Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs zugeordnet sein. Für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Konzepts ist jedoch bereits das Vorsehen einer Anordnung 9 ausreichend.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Anbringung der erfindungsgemäßen Anordnung 9 im Unterflurbereich eines Wagenkastens 4, wobei lediglich eine untere Sichtkante des Wagenkastens dargestellt ist. Das Gehäuse 10 der Anordnung 9 ist über eine oder mehrere Halterungen 11, in der 2 sind beispielhaft zwei Halterungen 11 angegeben, mechanisch an der Unterseite, insbesondere an Streben oder Rahmenteilen des Wagenkastens, befestigt. Die Halterungen 11 dienen dabei insbesondere einer lagestabilen und vibrationsarmen Befestigung des Gehäuses 10 an dem Wagenkasten 4. An einer Längsseite bzw. einer Seitenwand des Gehäuses 10 sind beispielhaft drei Antennen des SAR angeordnet, die als Patch-Antennen mit einer jeweiligen Mehrzahl Patches ausgestaltet sind. Beidseitig einer beispielhaft mittig der Seitenwand des Gehäuses 10 angeordneten Sendeantenne 12 sind eine erste 13.1 und eine zweite Empfangsantenne 13.2 angeordnet. Die Längsseite des Gehäuses 10 ist dabei parallel bzw. weitgehend parallel zur Längsachse L des Triebzugs ausgerichtet. Zwei Empfangsantennen 13.1, 13.2 sind insbesondere für den Ansatz einer Bewertung von generierten Bildern mittels einer Korrelation vorgesehen, wie er nachfolgend insbesondere bezüglich 6 näher erläutert wird, während für den Ansatz einer Bewertung von generierten Bildern mittels einer Fokussierung prinzipiell lediglich eine Empfangsantenne ausreicht. Ebenfalls könnte für letzteren Ansatz auch eine einzige Patch-Antenne, deren Mehrzahl Patches in jeweilige Sende- und Empfangs-Patches unterteilt sind, genügen. Für ersteren Ansatz können alternativ auch zwei Sendeantennen mit einer jeweils zugeordneten Empfangsantenne vorgesehen werden.
  • In dem Beispiel der 2 erfolgt eine Abstrahlung von Signalen 19 der Sendeantenne 12 des SAR entsprechend der Ausrichtung beim bekannten Einsatz für die Fernerkundung vorwiegend in Richtung der Querachse Q sowie in Richtung eines bezüglich der Hochachse H unterhalb des Wagenkastens 4 befindlichen Bereiches der Fahrtstrecke. Von der Fahrtstrecke, über die sich der Triebzug bewegt, werden ausgesendete Signale 19 teilweise reflektiert bzw. gestreut und als Echos von den beiden Empfangsantennen 13.1, 13.2 empfangen. Entsprechend wird mit jeder Abstrahlung der Sendeantenne ein von dem Antennendiagramm sowie dem Abstand zur Fahrtstrecke abhängiger Ausschnitt der Fahrtstrecke durch das Radar abgetastet. Ein Gleisbett aus Schottersteinen als Teil der Fahrtstrecke, wie es in 2 beispielhaft dargestellt ist, ist aufgrund der Geometrie von Schottersteinen, welche gute Reflektionseigenschaften aufweisen, und erkennbaren Strukturen dabei in besonderer Weise für die Bewertung von aus Abtastungen generierter Bilder geeignet.
  • Die Fahrtstrecke, von der 2 einen Ausschnitt zeigt, ist beispielhaft als ein so genannter Oberbau 14 bzw. Gleiskörper ausgeführt. Dieser weist üblicherweise ein Gleisbett 15 aus Schottersteinen auf, auf dem in Abständen und quer zur Fahrtrichtung F Schwellen 16 liegen, auf welchen wiederum parallel laufende Schienen 17 in Fahrtrichtung F befestigt sind. Die Schwellen 16 sind beispielsweise aus Beton, Holz oder Stahl gefertigt und dienen dazu, die Schienen 17 in einem bestimmten Abstand zueinander, der so genannten Spurweite, zu fixieren. Die Schienen 17 werden durch geeignete Befestigungsmittel 18, insbesondere Nägel, Gewindebolzen, Muttern oder Klemmen, auf den Schwellen 16 gehalten. In Deutschland wird für die Befestigung von Schienen auf Betonschwellen beispielsweise der so genannte Oberbau W eingesetzt, bei dem so genannte Epsilon-Spannklemmen in W-förmigen Vertiefungen der Schwellen mittels Schwellenschrauben befestigt werden.
  • 3 zeigt die vorstehend beschriebene Situation der 2 in einer Ansicht entgegen der Fahrtrichtung F des Triebzugs, zur Verdeutlichung der beispielhaften Anbringung der erfindungsgemäßen Anordnung 9 im Unterflurbereich des Wagenkastens 4. Wie vorstehend bereits bezüglich der 1 beschrieben, stützt sich der Wagenkasten 4 über Drehgestelle auf den Schienen 17 ab. Lediglich beispielhaft sind in 3 mittels gestrichelter Linien die Umrisse von Rädern 20 eines solchen Drehgestells dargestellt, welche sich außerhalb des in 2 gezeigten Ausschnitts befinden und in 3 perspektivisch im Hintergrund angeordnet ist. Das Gehäuse 10 der Anordnung 9 ist über eine oder mehrere Halterungen 11 an der Unterseite des Wagenkastens 4 mechanisch befestigt. An der Längsseite bzw. Seitenwand des Gehäuses 10 sind die Sende- und Empfangsantennen 12 bzw. 13.1, 13.2 des SAR angeordnet, wobei die Sendeantenne 12 wiederum Signale, beispielhaft dargestellt durch von der Sendeantenne 12 ausgehende Wellen 19, in Richtung des Gleisbettes 15 unterhalb des Wagenkastens und zwischen den beiden Schienen 17 aussendet.
  • Wie vorstehend zu 2 bereits erwähnt, erfolgt eine Abstrahlung von Signalen 19 bzw. Radarwellen durch die Sendeantenne 12 entsprechend der Ausrichtung eines SAR bei der Fernerkundung, d.h. in Richtung der Querachse Q bzw. in einem Winkel zu dieser, sowie in einem Winkel zur Hochachse H in Richtung des Gleisbettes 15. Ausgehend von einem Antennendiagramm der Sendeantenne 12, dessen Hauptachse rechtwinklig zur Ebene der Patch-Antenne liegt, ist das Gehäuse 10 in der 3 beispielhaft um einen entsprechenden Winkel zur Hochachse H geneigt angeordnet. Die Ausrichtung des Gehäuses 10 bzw. der Antennen 12, 13.1, 13.2 sollte dabei vorzugsweise mittels einer geeigneten Ausgestaltung der Halterungen 11 einstellbar sein, um einen geeigneten Bereich des abzutastenden Gleisbettes auszuwählen. Im unteren rechten Bereich der 3 ist beispielhaft eine alternative Ausgestaltung des Gehäuses 10 der Anordnung 9 dargestellt. Gemäß dieser Ausgestaltung ist lediglich die Seitenwand des Gehäuses 10, an der die Sende- und Empfangsantennen 12, 13.1, 13.2 angeordnet sind, in einem geeigneten Winkel zur Hochachse H ausgerichtet, während die Boden- und Deckelwände des Gehäuses 10 parallel zur Querachse liegen. Weiterhin können als weitere alternative, in 3 jedoch nicht speziell dargestellte Ausgestaltung ausschließlich die Antennen 12, 13.1, 13.2 mittels geeigneter Halterungen in einem geeigneten Winkel zur Hochachse H an dem Gehäuse 10 befestigt sein.
  • Wie vorstehend bereits erwähnt, ist ein Gleisbett mit Schottersteinen besonders gut für eine Bewertung von generierten Bildern geeignet. Für bestimmte Anwendungen, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsstrecken, werden jedoch auch Oberbauplatten aus Stahlbeton eingesetzt, in denen Schwellen und Schienenbefestigungsträger für eine höhere Stabilität und Lagesicherheit der Schienen integriert sind. Aufgrund einer in der Regel deutlich geringeren Rauigkeit von Betonplatten gegenüber Schottersteinen ist ein solcher Untergrund weniger für Abtastungen mittels eines SAR geeignet. Der Winkel zur Hochachse H der Abstrahlung durch die Sendeantenne 12 sollte in einer solchen Situation vorzugsweise, insbesondere auch während einer Bewegung des Fahrzeugs, beispielsweise derart verändert werden können, dass alternative Objekte oder Strukturen, die eine sinnvolle Bewertung von generierten Bildern gestatten, mittels des Radars abgetastet werden. Solche alternativen Objekte können beispielsweise die vorstehend genannten Spannklemmen und Schwellenschrauben zur Befestigung der Schienen an den Oberbauplatten sein. Diese sind zum einen in der Regel aus einem Metall hergestellt, welches Radarwellen gut reflektiert, sowie zum anderen aufgrund ihrer speziellen Form als Objekte in generierten Bildern erkennbar. Eine Änderung des Winkels der Abstrahlung in Richtung derartiger Objekte bzw. Strukturen, wie sie in 3 durch von der Sendeantenne 12 ausgehende gestrichelte Wellen 23 beispielhaft angegeben ist, kann durch ein mechanisches Schwenken bzw. Kippen des Gehäuses 10, angedeutet durch einen gestrichelten Doppelpfeil neben linken Seitenwand des Gehäuses 10, oder der Sendeantenne 12 selbst erfolgen. Bei einem Schwenken oder Kippen des Gehäuses 10 kann die Halterung 11 beispielsweise ein oder mehrere elektrische Stellmotoren, Hydraulikzylinder oder Pneumatikzylinder aufweisen, welche durch Ansteuerung den Winkel des Gehäuses zur Hochachse H verändern können. Dabei kann die Halterung 11 bzw. das Gehäuse 10 beispielsweise zwei definierte Positionen, die jeweils einen bestimmten Winkel der Abstrahlung der Sendeantenne definieren, einnehmen. Alternativ kann bei einer Ausgestaltung der Sendeantenne 12 als eine Phased-Array-Antenne das Antennendiagramm durch geeignete Ansteuerung elektronisch geschwenkt werden, sodass ein mechanisches Schwenken oder Kippen des Gehäuses 10 nicht erforderlich ist.
  • In dem Beispiel der 3 sind an der, in Fahrtrichtung F gesehen, Vorderseite bzw. Stirnwand des Gehäuses 10 eine weitere Sendeantenne 21 und eine Empfangsantenne 22 angeordnet. Diese sind beispielsweise Teil eines einleitend beschriebenen bekannten unmodulierten Dauerstrichradars, welches auf Basis einer Frequenzverschiebung bzw. eines Doppler-Effekts die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Da ein solches Radar in bekannter Weise ebenfalls im Unterflurbereich eines Wagenkastens angeordnet wird und Sendesignale in Fahrtrichtung sowie in Richtung des Untergrunds sendet, in 3 beispielhaft durch von der Sendeantenne 21 ausgehende Wellen 24 dargestellt, können insbesondere Teile dieses Radars ebenfalls in bzw. an dem Gehäuse 10 der erfindungsgemäßen Anordnung 9 integriert werden. Bei der Anordnung und Ausrichtung insbesondere der Sendeantenne dieses Radars ist darauf zu achten, dass Echos von deren Abstrahlungen nicht von den Empfangsantennen des SAR empfangen werden können bzw. sich mit Echos von Abstrahlungen des SAR überlagern können. Alternativ zu den dargestellten separaten Sende- und Empfangsantennen 21 bzw. 22 in Form einer jeweiligen Patch-Antenne kann wiederum eine einzige Patch-Antenne eingesetzt werden, deren Patches entweder dem Sende- oder dem Empfangszweig zugeordnet sind. Die von diesem zusätzlichen Radar bestimmte Geschwindigkeit kann beispielsweise als Referenzgeschwindigkeit sowie als redundante Geschwindigkeit insbesondere für Antriebs- und Bremssteuerungen des Schienenfahrzeugs verwendet werden.
  • 4a zeigt eine schematische Draufsicht des Gehäuses 10 der Anordnung 9 sowie eine beispielhafte generelle Übersicht der darin angeordneten Komponenten. Wie in 2 und 3 bereits dargestellt, sind an einer Seitenwand des Gehäuses 10 Sende- und Empfangsantennen 12 bzw. 13.1, 13.2 des SAR angeordnet, während an der Stirnwand in Fahrtrichtung F eine jeweilige Sende- und Empfangsantenne 21 bzw. 22 eines unmodulierten Dauerstrichradars angeordnet sind. Den Antenneneinheiten sind jeweils ein oder mehrere elektronische Einrichtungen 25 bzw. 26 für die Generierung von hochfrequenten Sendesignalen sowie Verarbeitung von Empfangssignalen, einschließlich einer Verstärkung, Filterung sowie Wandlung von Signalen vor- bzw. nachgeschaltet. Diese Einrichtungen können insbesondere den entsprechenden Einrichtungen der Radare beim Einsatz für die Fernerkundung bzw. die Geschwindigkeitsbestimmung entsprechen. Weiterhin ist eine Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 in dem Gehäuse 10 vorgesehen, mit der die Einrichtungen 25, 26 verbunden sind. Die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 umfasst insbesondere zumindest einen Mikroprozessor und/oder einen programmierbaren integrierten Schaltkreis sowie eine Speichereinrichtung, mittels denen empfangene und in ein digitales Format gewandelte Signale gemäß den nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden können. An dem Gehäuse 10 ist weiterhin zumindest eine elektrische Schnittstelle 28 für die Zuführung elektrischer Energie zu der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 und den Einrichtungen 25, 26 bzw. zu deren Netzteilen vorgesehen. Eine weitere Schnittstelle 29 an dem Gehäuse 10 kann zudem einem Austausch von Informationen mit weiteren Einrichtungen des Triebzugs, insbesondere bezüglich der von der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 bestimmten Geschwindigkeit sowie gegebenenfalls einer Referenzgeschwindigkeit, dienen. Eine solche Schnittstelle 29 kann dabei kabelgebunden, insbesondere elektrisch oder optisch, oder auch kabelungebunden, insbesondere als eine Funkschnittstelle, ausgeführt sein.
  • 4b zeigt eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausgestaltung der Anordnung 9. Im Unterschied zu der Anordnung 9 der 4a ist das SAR derart ausgestaltet, dass an der Seitenwand des Gehäuses 10, in Fahrtrichtung F gesehen, im vorderen sowie im hinteren Bereich des Gehäuses eine jeweilige Kombination aus einer Sende- und einer Empfangsantenne 12.1, 13.1 bzw. 12.2, 13.2 angeordnet ist. Jeder Kombination ist dabei beispielhaft eine Einrichtung 25.1 bzw. 25.2 zugeordnet, welche wiederum mit der zentralen Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 verbunden ist. Die Anordnung der Antennen an der Seitenwand sowie die Ausprägung des jeweiligen Antennendiagramms der Sendeantennen ist dabei derart, dass Echos von ausgesendeten Signalen der ersten Sendeantenne 12.1 ausschließlich bzw. hauptsächlich von der ersten Empfangsantenne 13.1 empfangen werden können, während Echos von Signalen der zweiten Sendeantenne 12.2 ausschließlich bzw. hauptsächlich von der zweiten Empfangsantenne 13.2 empfangen werden können. Um Überlagerungen von Echos weitgehend zu vermeiden, sind die Empfangsantennen beispielhaft in einem Abstand zueinander angeordnet, der dem Abstand der Empfangsantennen 13.1, 13.2 der Ausgestaltung der 4a entspricht.
  • Gemäß den Beispielen der 4a und 4b sind alle Komponenten bzw. elektrische und elektronische Einrichtungen des SAR sowie die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 in dem Gehäuse 10 angeordnet. Da insbesondere die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 bzw. die darin angeordneten elektronischen Bauteile gegenüber Umwelteinflüssen wie beispielsweise Vibrationen und Umgebungstemperatur vergleichsweise empfindlich sind, kann alternativ eine Anordnung der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 zusammen mit weiteren elektrischen bzw. elektronischen Einrichtungen des Fahrzeugs in einem anderen Gehäuse, Container oder Schaltschrank, insbesondere innerhalb eines Wagenkastens, sinnvoll sein. Vorteilhaft kann hierdurch auch das Volumen des Gehäuses 10 verringert werden, was gegebenenfalls vorteilhaft eine einfachere bzw. flexiblere Anordnung des Gehäuses im Unterflurbereich des Wagens ermöglicht.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise eines Radars mit synthetischer Apertur sowie Algorithmen zur Generierung von Bildern aus Bildrohdaten eines solchen Radars erläutert, bevor bezüglich der 5 und 6 zwei beispielhafte Ansätze für die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf Basis generierter Bilder beschrieben werden.
  • Ein Radar mit synthetischer Apertur gehört zu der Klasse der abbildenden Radare und wird insbesondere zur Fernerkundung der Erde eingesetzt. Hierzu wird ein solches Radar beispielsweise an einem Flugzeug mit einer Abstrahlrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung bzw. Flugbahn und in Richtung der Erdoberfläche angeordnet, um durch Abtastung mit elektromagnetischen Wellen eine hochaufgelöste zweidimensionale Aufnahme eines Ausschnitts der Oberfläche zu gewinnen. Die Bewegungsrichtung wird in der Fachliteratur auch als Azimut oder Along Track, die Querrichtung dazu als Range oder Cross Track bezeichnet. Weiterhin wird der Bereich, den die reale Antenne zu einem Zeitpunkt erfasst, in der Fachliteratur als Footprint, sowie der Geländestreifen, den dieser Footprint durch die Bewegung der realen Antenne überstreicht, als Schwad (Englisch: Swath) bezeichnet.
  • Gegenüber einem Radar mit realer Apertur (Englisch: Real Aperture Radar, abgekürzt RAR), bei dem eine Strahlbreite und damit die mögliche Auflösung in Bewegungsrichtung von der physikalischen Länge der Antenne abhängt und aufgrund dessen begrenzt ist, kann bei einem SAR mittels des Prozesses der synthetischen Apertur die Länge der Antenne vergrößert und dadurch vorteilhaft eine höhere Auflösung in der Dimension der Bewegungsrichtung erzielt werden. Während der Bewegung des SAR auf einer Bahn werden sequenziell Radarimpulse bzw. Signale abgestrahlt und Amplitude sowie Phase von Echos dieser Signale empfangen und in einem Echo-Speicher gespeichert. Echos von Objekten innerhalb des abgetasteten Schwads werden dabei solange empfangen und gespeichert, wie sich diese innerhalb der Strahlbreite bzw. des Footprint der Antenne befinden, wodurch eine hohe Winkelauflösung erzielt wird. Durch Verarbeitung der Historie der Echos bezüglich ihrer jeweiligen Doppler-Verschiebung wird eine sehr schmale effektive Strahlbreite der Antenne und damit vorteilhaft eine hohe Auflösung in der Bewegungsrichtung erzielt, welche zudem unabhängig vom Abstand der Antenne zur Erdoberfläche ist.
  • In der Dimension der Querrichtung erfolgt eine Erfassung von Bildkoordinaten mittels einer Entfernungsmessung. Diese Messung erfolgt durch Auswertung der unterschiedlichen Signallaufzeiten der Echos verschieden weit entfernter Objekte. Basis für eine solche Entfernungsmessung ist der Einsatz beispielsweise eines frequenzmodulierten Dauerstrichradars (Englisch: Frequency Modulated Continuous Wave, abgekürzt FMCW). Durch eine Modulation der Frequenz über die Dauer eines Signals, beispielsweise ein rampenförmiges Durchlaufen eines bestimmten Frequenzbands, kann eine empfangene Welle einem genauen Sendezeitpunkt innerhalb der Signaldauer zugeordnet werden, woraus sich die Entfernung eines Objekts, dessen Echo empfangen wird, bestimmen lässt. Die maximale Entfernung, innerhalb der eine Zuordnung möglich ist, sowie die Entfernungsauflösung sind dabei von der Steilheit der Frequenzänderung sowie der Bandbreite abhängig. Aufgrund der begrenzten Frequenzbandbreite des Senders bzw. Empfängers ist ein geeigneter Kompromiss zwischen der maximalen Entfernung und der Entfernungsauflösung für den speziellen Einsatzfall zu finden.
  • Verschiedene Modi für den Einsatz von SAR sind bekannt, von denen drei nachfolgend kurz beschrieben werden. Ein erster Modus, der so genannte Scan-Modus, ermöglicht unter Verwendung einer so genannten Phased-Array-Antenne mit digitalem oder analogem Beamforming großflächige Aufnahmen durch Schwenken des Antennenstrahls bzw. des Antennendiagramms in der Querrichtung. Hierdurch können während eines Zeitabschnitts mehrere parallel zur Bewegungsrichtung angeordnete Flächenabschnitte und damit, insbesondere im Vergleich zu Aufnahmen gemäß dem Stripmap-Modus ein breiter Geländestreifen erfasst werden. Nachteilig ist jedoch eine vergleichsweise geringe Auflösung in Querrichtung, die mit diesem Modus erzielt werden kann. Ein zweiter Modus, der so genannte Spotlight-Modus, basiert ebenfalls auf dem Einsatz einer Phased-Array-Antenne, jedoch wird bei diesem der Antennenstrahl um einen bestimmten Bereich des Geländes, d.h. sowohl in der Bewegungsrichtung als auch in der Querrichtung geschwenkt. Durch die größere Anzahl gewonnener Messpunkte sowie unterschiedlicher Winkel kann hierdurch vorteilhaft eine höhere Auflösung erzielt werden. Bei einem dritten Modus, dem so genannten Stripmap-Modus, wird der Antennenstrahl in der Querrichtung nicht geschwenkt, sodass die Abtastung entlang eines parallel zur Bewegungsrichtung verlaufenden Geländestreifens erfolgt. Dieser Modus wird insbesondere bei der Fernerkundung der Erde verwendet, bei der mittels des SAR linienförmige Flächen erfasst werden. Der Stripmap-Modus wird auch in dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielhaft eingesetzt, insbesondere aufgrund seiner Eigenschaft, einen kontinuierlichen Strom Bildrohdaten bereitzustellen.
  • Die Generierung von Bildern aus dem kontinuierlichen Signalstrom des SAR erfolgt mittels eines bekannten Algorithmus, beispielsweise mittels des so genannten Range-Doppler-, Chirp-Scaling- oder Frequency-Scaling-Algorithmus. Diese Algorithmen sind jeweils in der Lage, digitalisierte Bildrohdaten des SAR mittels geeigneter digitaler Signalprozessoren in Echtzeit zu verarbeiten. Insbesondere der Range-Doppler-Algorithmus weist dabei vorteilhaft eine vergleichsweise genaue Annäherung an die exakte SAR-Übertragungsfunktion auf, wodurch er sich insbesondere für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren eignet. Der Algorithmus führt dabei eine Kompression der Bildrohdaten in den zwei zueinander orthogonale Dimensionen Bewegungsrichtung (Azimut, A) und Querrichtung (Range, R) mit dem Ziel durch, in den Bildrohdaten enthaltene und sowohl in Bewegungsrichtung als auch in Querrichtung gestreute Echos eines Bereichs der Oberfläche in ein dazu korrespondierendes Bildelement bzw. Pixel des rekonstruierten Bildes zu konzentrieren. Die sequenziell ablaufenden vier Schritte des Range-Doppler-Algorithmus werden dabei mit Range Compression, Azimuth FFT, Range Cell Migration Correction (abgekürzt RCMC) und Azimuth Compression bezeichnet.
  • Nähere Details und Erläuterungen zum Range-Doppler-Algorithmus sowie dessen einzelnen Schritte können beispielsweise dem Kapitel 2.6.1.2.3 „Range-Doppler“ des ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) Produkthandbuchs der European Space Agency (ESA), einsehbar unter dem Link: http://envisat.esa.int/handbooks/asar/toc.html, in der Fassung vom 24. Juli 2014, entnommen werden. Das Kapitel 1.1.2 „Scientific Background“ und speziell das Unterkapitel 1.1.2.3 „Synthetic Aperture Radar (SAR)“ dieses Handbuchs beinhalten zudem weitergehende Informationen zu Radarbasierter Bildgebung sowie speziell zu SAR.
  • Der Range-Doppler-Algorithmus kann bei der erfindungsgemäßen Verwendung unter bestimmten Bedingungen vereinfacht und die Verarbeitung der Bildrohdaten dadurch beschleunigt werden. Beispielsweise ist in dem Schritt der Kompression in Querrichtung (Range Compression) alternativ zu der darin durchgeführten Signal-angepassten Filterung mittels eines so genannten matched filters auch eine direkte Auswertung eines Frequenzunterschieds zwischen einem gesendeten Signal und dem empfangenen Echo möglich. Weiterhin kann von der Durchführung des ersten und des vierten der vorstehend genannten vier Schritte des Range-Doppler-Algorithmus, der Kompression in der Querrichtung (Range Compression) und in der Bewegungsrichtung (Azimuth Compression), abgesehen werden, sofern mittels des zweiten (Azimuth FFT) und dritten Schritts (RCMC) bereits ein Bild mit einem hinreichenden Detailierungsgrad für die nachfolgende Bestimmung der Geschwindigkeit gewonnen werden kann. Durch die vereinfachte Generierung von Bildern wird vorteilhaft eine nachfolgend näher beschriebene iterative Verarbeitung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermöglicht. Zur Erhöhung der Genauigkeit der nachfolgenden Bewertung der Bilder und insbesondere der Genauigkeit der daraus abgeleiteten Geschwindigkeit können der erste und der vierte Schritt des Algorithmus jedoch in bekannter Weise durchgeführt werden, sofern die Geschwindigkeit der prozessualen Verarbeitung dies erlaubt.
  • Für die Generierung einer Aufnahme aus den mittels des SAR gewonnenen Bildrohdaten mittels des Range-Doppler-Algorithmus ist bei der bekannten Fernerkundung eine parallele genaue Protokollierung sowohl der Position als auch der Geschwindigkeit des Flugzeugs bei jeder Abstrahlung erforderlich. Speziell der zweite, dritte und vierte Schritt (Azimuth FFT, RCMC und Azimuth Compression) des Range-Doppler-Algorithmus berücksichtigt jeweils die separat erfasste Geschwindigkeit. Beim erfindungsgemäßen Einsatz eines SAR liegt eine genaue Information über die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zum jeweiligen Zeitpunkt einer Abstrahlung jedoch nicht vor, weshalb eine Generierung von Bildern der Fahrtstrecke aus den gewonnenen Bildrohdaten zunächst prinzipiell nicht möglich ist. Vorrangiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht die Generierung von Bildern, sondern die Verwendung von Bildern, um mittels diesen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen.
  • Gemäß der Erfindung erfolgt die Bestimmung der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis einer Bewertung von Bildern, die unter Berücksichtigung einer Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs mittels eines vorstehend genannten Algorithmus, insbesondere eines Range-Doppler-Algorithmus generiert werden. Nachfolgend werden zwei erfindungsgemäße Ansätze für die Bewertung von generierten Bildern und die darauf basierende Bestimmung der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs beschrieben.
  • Ein erster Ansatz betrifft eine Bewertung mittels einer Bestimmung des Grads der Fokussierung eines generierten Bildes. Verschiedene beispielhaft genannte Algorithmen sind bereits unter der Bezeichnung Entropie, Gradienten-, Laplace- oder Wavelet-basierte Fokusberechnung, oder als Fokusberechnungen nach Tenengrad, Vollath oder Brenner bekannt. Eine Übersicht dieser Algorithmen ist beispielsweise dem Artikel von Pertuz, Said; Puig, Domenec; Garcia, Miguel Angel, „Analysis of focus measure operators for shape-fromfocus", erschienen in Pattern Recognition, 2013, Vol. 46, Issue 5, Seiten 1415-1432, zu entnehmen. Weiterhin werden Verfahren zur Berechnung eines Bildfokus bereits bei der Fernerkundung für eine Bewegungskompensation eingesetzt. Neben der beschriebenen Erfassung von Lage- und Bewegungsdaten des Flugzeugs mittels beispielsweise eines Trägheitsnavigationssystems werden dabei zusätzlich Autofokus-Rechenverfahren angewandt, um Abweichungen von einer idealen Flugbahn zu erkennen. Diese Rechenverfahren erfordern ein mehrfaches Berechnen von SAR-Bildausschnitten zur Ermittlung von Bewegungsfehlern, um diese bei der Generierung eines Bildes zu kompensieren.
  • Ziel des ersten erfindungsgemäßen Ansatzes auf Basis einer Bestimmung eines Fokussierungsgrads ist es, aus einer Mehrzahl mit unterschiedlichen Referenzgeschwindigkeiten generierten Bildern ein Bild zu bestimmen, welches einen guten Fokussierungsgrad aufweist. Dieses Bild wurde mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert, die genau oder hinreichend genau der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm 200 eines beispielhaften Verfahrens zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf Basis einer Bestimmung des Fokussierungsgrads eines Bildes, wobei das Verfahren beispielsweise in einem oder verteilt in mehreren Prozessoren oder integrierten Schaltkreisen der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27, wie in 4a und 4b dargestellt, ablaufen kann. Das Verfahren beginnt im ersten Verfahrensschritt 201. Dieser erste Verfahrensschritt 201 wird lediglich bei einer Initialisierung des Verfahrens ausgeführt, bei nachfolgenden Zyklen des Verfahrens werden hingegen lediglich die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte 202 bis 208 ausgeführt.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt 202 werden digitalisierte Bildrohdaten vom SAR des Fahrzeugs empfangen und in einem darauf folgenden dritten Verfahrensschritt 203 aus den Bildrohdaten beispielsweise mittels eines vorstehend beschriebenen Range-Doppler-Algorithmus ein Bild generiert. Die digitalisierten Bildrohdaten werden dabei beispielsweise von der Einrichtung 25 bzw. 25.1 aus von der ersten Empfangsantenne 13.1 empfangenen Echos von Aussendungen der Sendantenne 12 bzw. ersten Sendeantenne 12.1 der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 bereitgestellt. Der Range-Doppler-Algorithmus berücksichtigt dabei für die Verarbeitung eine Referenzgeschwindigkeit, die dem Algorithmus mittels eines vierten Verfahrensschritts 204 zugeführt wird. Diese Referenzgeschwindigkeit kann in einem fünften Verfahrensschritt 205 bestimmt worden sein, beispielsweise mittels eines einleitend beschriebenen bekannten Verfahrens bzw. Systems zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere basierend auf einer Doppler-Verschiebung, Drehzahlinformationen eines oder mehrerer Drehzahlgeber oder Daten eines Satelliten-gestützten Positionierungssystems. Die Zuführung der im fünften Verfahrensschritt 205 bestimmten Referenzgeschwindigkeit erfolgt dabei beispielsweise nur einmalig bei einem erstmaligen Ablauf der vorstehend beschriebenen Schritte des Range-Doppler-Algorithmus bzw. bei einem ersten Zyklus des Verfahrens. Ebenso kann, insbesondere wenn sich das Fahrzeug aus dem Status eines Stillstands neu bzw. erneut in Bewegung setzt, bei einem ersten Ablauf des Algorithmus zunächst eine Geschwindigkeit von Null oder eine Mindestgeschwindigkeit von beispielsweise 0,2 km/h angenommen werden. Für nachfolgende Abläufe des Algorithmus zur Generierung weiterer Bilder kann die Referenzgeschwindigkeit einer in einem jeweils vorherigen Zyklus des Verfahrens bestimmten und in einer Speichereinrichtung zwischengespeicherten Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechen. Die im fünften Verfahrensschritt 205 bestimmte Referenzgeschwindigkeit kann jedoch von weiteren Einheiten bzw. Komponenten der Fahrzeugsteuerung, insbesondere als weiterer, redundanter Geschwindigkeitswert, in bekannter Weise weiterhin berücksichtigt werden.
  • Nach Generierung eines Bildes im dritten Verfahrensschritt 203 unter Berücksichtigung der zugeführten Referenzgeschwindigkeit wird in einem nachfolgenden sechsten Verfahrensschritt 206 der Fokussierungsgrad des generierten Bildes mittels eines der vorstehend beispielhaft genannten Algorithmen zur Fokusberechnung bestimmt. Der bestimmte Fokussierungsgrad des generierten Bildes wird in einem nachfolgenden siebten Schritt 207 bewertet. Sofern der Fokussierungsgrad im siebten Verfahrensschritt 207 als nicht hinreichend gut bewertet wird (Zweig „nein“), wird die Referenzgeschwindigkeit in dem vierten Verfahrensschritt 204 um einen vorgegebenen Betrag, beispielsweise um 0,05km/h oder 0,1km/h, erhöht oder erniedrigt, um dem Range-Doppler-Algorithmus für eine nochmalige Verarbeitung der gleichen empfangenen Bildrohdaten zur Generierung eines weiteren Bildes zugeführt zu werden. Sofern der für das generierte Bild bestimmte Fokussierungsgrad im siebten Verfahrensschritt 207 jedoch als hinreichend gut bewertet wird (Zweig „ja“), das Bild also mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert wurde, die nahezu oder exakt der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs zum Zeitpunkt der Abtastung durch das SAR entspricht, wird im nachfolgenden achten Verfahrensschritt 208 die zugrunde gelegte Referenzgeschwindigkeit als bestimmte Geschwindigkeit ausgegeben, d.h. weiteren Einheiten bzw. Komponenten der Fahrzeugsteuerung, insbesondere der Antriebs- und/oder Bremssteuerung, zur Verfügung gestellt. Weiterhin wird diese Geschwindigkeit, wie vorstehend bereits erwähnt, in einer Speichereinrichtung zwischengespeichert, um vom Range-Doppler-Algorithmus für die Generierung eines ersten Bildes in einem nachfolgenden Zyklus des Verfahrens berücksichtigt zu werden.
  • Die Bewertung des bestimmten Fokussierungsgrads eines generierten Bildes im siebten Verfahrensschritt 207 erfolgt beispielsweise mittels eines Vergleichs mit einem vorgegebenen Schwellenwert für den Fokussierungsgrad. Liegt beispielsweise der bestimmte Wert des Fokussierungsgrads oberhalb dieses Schwellenwertes oder entspricht er dem Schwellenwert, so wird der Fokussierungsgrad als hinreichend gut bewertet (Zweig „ja“) und das Verfahren wird, wie beschrieben, mit dem achten Verfahrensschritt 208 fortgesetzt. Hingegen wird für den Fall, dass der bestimmte Wert des Fokussierungsgrads unterhalb des Schwellenwertes liegt, der Fokussierungsgrad als nicht hinreichend gut bewertet (Zweig „nein“) und das Verfahren, wie vorstehend beschrieben, mit einer Änderung der Referenzgeschwindigkeit im vierten Verfahrensschritt 204 und Generierung eines neuen Bildes im dritten Verfahrensschritt 203 unter Berücksichtigung der geänderten Referenzgeschwindigkeit fortgesetzt.
  • Alternativ zu einem Vergleich des bestimmten Wertes für den Fokussierungsgrad eines Bildes mit einem vorgegebenen Schwellenwert kann eine Bewertung beispielsweise auch mittels eines Vergleichs mehrerer Werte des Fokussierungsgrads erfolgen. Ist beispielsweise in einem vorhergehenden Zyklus des Verfahrens für ein generiertes Bild eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt worden, so kann neben der Geschwindigkeit auch der Wert des Fokussierungsgrads, der dieser Geschwindigkeit zugrunde liegt, zwischengespeichert werden. Gemäß vorstehender Beschreibung wird die in einem vorhergehenden Zyklus bestimmte Geschwindigkeit zwischengespeichert und in einem aktuellen Zyklus des Verfahrens als Referenzgeschwindigkeit für die Generierung eines Bildes berücksichtigt. In gleicher Weise kann der im vorhergehenden Zyklus bestimmte Wert des Fokussierungsgrads zwischengespeichert und als Referenzwert für einen Vergleich mit dem aktuell bestimmten Wert des Fokussierungsgrads im siebten Verfahrensschritt 207 des aktuellen Zyklus verwendet werden.
  • Ergibt dieser Vergleich, dass sich der aktuelle Wert des Fokussierungsgrads nicht oder nur gering vom zwischengespeicherten Wert des Fokussierungsgrads unterscheidet, so kann hieraus geschlossen werden, dass sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht bzw. nur im Bereich einer erfassbaren Toleranz verändert hat. Eine geringe Differenz der Werte kann dabei beispielsweise durch Vergleich mit einem ausgehend vom Referenzwert definierten unteren Schwellenwert erfasst werden. Sofern sich also der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrads nicht vom zwischengespeicherten Fokussierungsgrad als Referenzwert unterscheidet oder innerhalb des durch den unteren Schwellenwert definierten Toleranzbereichs liegt, wird der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrads im siebten Verfahrensschritt 207 des aktuellen Zyklus als hinreichend gut bewertet (Zweig „ja“) und für einen nachfolgenden Zyklus des Verfahrens zwischengespeichert, sowie die für die Generierung des Bildes berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit im achten Verfahrensschritt 208 des aktuellen Zyklus als bestimmte Geschwindigkeit ausgegeben. Ein nachfolgender Zyklus des Verfahrens beginnt wiederum im zweiten Verfahrensschritt 202 mit dem Empfangen digitalisierter Bildrohdaten aus einer nachfolgenden Abtastung der Fahrtstrecke des Fahrzeugs durch das SAR.
  • Ergibt der Vergleich der Werte hingegen, dass der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrads niedriger als der zwischengespeicherte Wert des Fokussierungsgrads des vorherigen Zyklus ist sowie unterhalb des definierten unteren Schwellenwertes liegt, so wird der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrad als nicht hinreichend gut bewertet (Zweig „nein“). Im nachfolgenden vierten Verfahrensschritt 204 wird daraufhin die Referenzgeschwindigkeit um einen bestimmten, beispielsweise positiven Geschwindigkeitswert geändert. Der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrads wird dabei verworfen, also nicht als Referenzwert für einen nachfolgenden Zyklus zwischengespeichert. Der nachfolgend im sechsten Verfahrensschritt 206 bestimmte Wert des Fokussierungsgrads des im dritten Verfahrensschritt 203 auf Basis der geänderten Referenzgeschwindigkeit generierten Bildes wird im siebten Verfahrensschritt 207 wiederum mit dem zwischengespeicherten Wert des Fokussierungsgrads des vorherigen Zyklus verglichen. Ergibt dieser Vergleich, dass sich die Differenz zwischen dem nachfolgend bestimmten Wert und dem zwischengespeicherten Wert verringert hat und nunmehr innerhalb des vom unteren Schwellenwert definierten Toleranzbereichs liegt, so wird der bestimmte Wert als hinreichend gut bewertet (Zweig „ja“). Vorzugsweise sollte, solange der aktuelle bzw. nachfolgende Wert des Fokussierungsgrads niedriger als der zwischengespeicherte Wert ist, der aktuelle bzw. nachfolgende Wert verworfen, also nicht zwischengespeichert werden. Hierdurch wird eine mögliche, über mehrere Zyklen des Verfahrens auftretende schleichende Verringerung der Anforderung an die Qualität des Fokus der generierten Bilder aufgrund einer Verringerung des zwischengespeicherten Wertes des Fokussierungsgrads, der dem Vergleich im siebten Verfahrensschritt 207 zugrunde gelegt wird, verhindert. Ist der aktuelle bzw. nachfolgende Wert des Fokussierungsgrads hingegen größer als der zwischengespeicherte Wert, so sollte der größere Wert zwischengespeichert und entsprechend als Referenzwert für einen nachfolgenden Zyklus dienen.
  • Ergibt in dem vorstehenden Beispiel der Vergleich des nachfolgende Wertes mit dem zwischengespeicherten Wert im siebten Verfahrensschritt 207 hingegen, dass sich die Differenz der Werte zwar verringert hat, der nachfolgende Wert jedoch weiterhin unterhalb des definierten unteren Schwellenwertes und damit außerhalb des Toleranzbereichs liegt, so wird der nachfolgende Wert wiederum als nicht hinreichend gut bewertet (Zweig „nein“) und die Referenzgeschwindigkeit in Verfahrensschritt 204 nochmals um einen vorgegebenen positiven Geschwindigkeitswert geändert. Diese Verfahrensschritte werden so oft durchlaufen, bis für ein generiertes Bild ein Wert des Fokussierungsgrads bestimmt wird, der zumindest innerhalb des definierten Toleranzbereichs liegt und damit eine hinreichend gute Qualität aufweist.
  • Sollte in dem vorstehenden Beispiel jedoch aufgrund der positiven Erhöhung der Referenzgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Geschwindigkeitswert die Differenz zwischen dem nachfolgenden Wert und dem zwischengespeicherten Wert erhöhen, welches wiederum in einer nicht hinreichend guten Bewertung des nachfolgenden Wertes im siebten Verfahrensschritt 207 resultiert, so sollte die ursprüngliche Referenzgeschwindigkeit des Zyklus um einen entsprechenden vorgegebenen negativen Geschwindigkeitswert geändert werden, da sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wie aus der größer werdenden Differenz abgeleitet werden kann, gegenüber dem vorhergehenden Zyklus nicht erhöht, sondern verringert hat.
  • Die beschriebene Annäherung der Referenzgeschwindigkeit an die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis einer Bewertung des Fokussierungsgrads von generierten Bildern führt dazu, dass die beschriebenen Verfahrensschritte 203, 206, 207 und 204 in einem Zyklus des Verfahrens gegebenenfalls mehrfach durchlaufen werden müssen, bevor eine bestimmte Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. ein diese Geschwindigkeit repräsentierender Wert im achten Verfahrensschritt 208 ausgegeben werden kann. Hierbei ist zu beachten, dass eine mittels des Verfahrens bestimmte Geschwindigkeit bzw. ein Geschwindigkeitswert periodisch ausgegeben werden sollte. Steuergeräte des Fahrzeugs, insbesondere für die Antriebs- und Bremssteuerung eines Triebzugs, welche diesen Geschwindigkeitswert berücksichtigen, operieren beispielsweise mit einer Zykluszeit von 10ms. Innerhalb dieser Zeit werden Berechnungen bezüglich eines nächsten Steuerungsschritts durchgeführt und entsprechende Steuerbefehle nach Ablauf der Zeit an weitere Einheiten gesendet. Entsprechend sollte das beschriebene Verfahren angepasst an diese Zykluszeit einen Wert für die bestimmte Geschwindigkeit den Steuergeräten bereitstellen. Die für die Bestimmung der Geschwindigkeit eingesetzten Prozessoren, Schaltkreise und Speichereinrichtungen sind somit derart auszulegen, dass innerhalb der Zykluszeit mehrere Iterationen der genannten Verfahrensschritte durchlaufen werden können.
  • Sollte sich die tatsächliche Geschwindigkeit über den Zeitraum zweier aufeinander folgender Zykluszeiten nicht geändert haben, sodass die im ersten Zyklus bestimmte und im zweiten Zyklus berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit weiterhin der tatsächlichen Geschwindigkeit entspricht, weist bereits das erste mit dieser Referenzgeschwindigkeit generierte Bild des zweiten Zyklus einen hinreichend guten Wert für den Fokussierungsgrad auf. Prinzipiell wäre für den zweiten Zyklus damit die Bewertung abgeschlossen. Da weitere Bewertungen innerhalb der zweiten Zykluszeit jedoch aufgrund der verfügbaren Verarbeitungskapazität möglich wären, können weitere Bewertungen mit einer beispielsweise um einen bestimmten Betrag höheren Referenzgeschwindigkeit und einer um einen entsprechenden Betrag niedrigeren Referenzgeschwindigkeit durchgeführt werden. Sofern eines der damit generierten Bilder einen höheren Wert für den Fokussierungsgrad als das mit der Referenzgeschwindigkeit generierte Bild aufweist, kann die entsprechende erhöhte bzw. erniedrigte Referenzgeschwindigkeit als bestimmte Geschwindigkeit ausgegeben und für einen nachfolgenden Zyklus zwischengespeichert werden.
  • Ein zweiter Ansatz betrifft eine Bewertung mittels einer Korrelation zweier generierter Bilder. Entsprechend insbesondere der Darstellungen in 2 und 4a weist das SAR der erfindungsgemäßen Anordnung 9 eine Sendeantenne 12 sowie zwei Empfangsantennen 13.1, 13.2 auf, die beidseitig der Sendeantenne und in einem bestimmten Abstand zueinander in bzw. an dem Gehäuses 10 angeordnet sind. Alternativ kann das SAR entsprechend der Darstellung in 4b auch zwei Sendeantennen 12.1, 12.2 mit einer jeweils zugeordneten Empfangsantenne 13.1 bzw. 13.2 aufweisen. Nachfolgend wird lediglich der Fall einer einzigen Sendeantenne 12 entsprechend der Anordnung der 4a betrachtet. Die Erläuterungen gelten jedoch in gleicher Weise für die Anordnung der 4b mit zwei Sendeantennen. Die Abstrahlungen der beiden Sendeantennen 12.1, 12.2 sollten dabei vorzugsweise synchronisiert sein und den Bildrohdaten der beiden Empfangsantennen 13.1, 13.2 ein gleicher Zeitstempel zugeordnet sein. Sofern die Abstrahlungen der Sendeantennen jedoch zeitlich versetzt erfolgen, muss dies entsprechend bei der nachfolgenden Bestimmung der Geschwindigkeit berücksichtigt werden.
  • Als erste Empfangsantenne 13.1 wird für die nachfolgende Beschreibung die in Fahrtrichtung F des Fahrzeugs 1 vor bzw. links der Sendeantenne 12 angeordnete Empfangsantenne definiert, während als zweite Empfangsantenne 13.2 die in Fahrtrichtung hinter bzw. rechts der Sendeantenne 12 angeordnete Empfangsantenne definiert wird. Die Sendeantenne 12 strahlt mit einer Pulswiederholfrequenz Signale in Richtung der Fahrtstrecke, beispielsweise des Gleisbetts 15, über dem sich das Fahrzeug 1 bewegt, ab. Von Objekten im Oberbau, insbesondere von Schottersteinen der Bettung, hervorgerufene Echos der Sendesignale werden von den Empfangsantennen 13.1, 13.2 der Anordnung 9 empfangen. Die beiden Empfangsantennen 13.1, 13.2 generieren aus den empfangenen Echos mittels einer geeigneten Verstärkung und Filterung jeweils analoge Bildsignale, die für die nachfolgende Verarbeitung zur Generierung von Bildern in bekannter Weise in digitale Bildrohdaten gewandelt werden. Weiterhin werden die zu einer jeweiligen Abstrahlung der Sendeantenne 12 korrespondierenden digitalen Bildrohdaten der Empfangsantennen 13.1, 13.2 jeweils mit einem Zeitstempel versehen, welche nachfolgend der Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs dienen.
  • Der zweite Ansatz basiert auf einem Vergleich von Bildern des Fahrtwegs mittels einer Korrelation. Aufgrund des Abstands der beiden Empfangsantennen 13.1, 13.2 zueinander empfangen diese Echos eines gleichen Ausschnitts des Fahrtweges zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Der zeitliche Versatz zwischen diesen Zeitpunkten ist von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig, welche mittels des Verfahrens bestimmt werden soll. Soll beispielsweise ein Geschwindigkeitsbereich zwischen einer minimalen Geschwindigkeit von 0,2km/h und einer maximal Geschwindigkeit des Fahrzeugs von 500km/h erfasst werden können, und beträgt der Abstand zwischen den beiden Empfangsantennen beispielsweise 1000mm, so benötigt das Fahrzeug bei der minimal erfassbaren Geschwindigkeit ca. 18s, bei der maximal erfassbaren Geschwindigkeit jedoch lediglich 7,2ms, um eine Strecke entsprechend diesem Abstand zurückzulegen. Somit ist bei diesem Ansatz zu beachten, dass das Fahrzeug erst eine bestimmte Strecke, die zumindest dem Abstand zwischen den beiden Empfangsantennen entspricht, zurückgelegt haben sollte, bevor Bilder des gleichen Ausschnitts des Fahrtweges aus Bildrohdaten der beiden Empfangsantennen sinnvoll korreliert werden können. Insbesondere bei einem erstmaligen oder erneuten Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stillstand ist daher erst ab der erfassbaren minimalen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und nach dessen Erreichen erst weitere ca. 18s später eine Korrelation von Bildern generiert aus Bildrohdaten der beiden Empfangsantennen sinnvoll. Sofern dann auf Basis der Korrelation eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden konnte, sind nachfolgende Bestimmungen der Geschwindigkeit auf Basis des quasi-kontinuierlichen Stroms von digitalen Bildrohdaten der beiden Empfangsantennen jedoch ohne weitere Verzögerungen möglich.
  • Ferner ist die Pulswiederholfrequenz des SAR abhängig von der maximalen Geschwindigkeit zu dimensionieren. Die Pulswiederholfrequenz bestimmt neben der Anzahl ausgesendeter Rampen pro Zeiteinheit auch die Anzahl Bildreihen in AzimutRichtung, die bei einer bestimmten Geschwindigkeit von der abgetasteten Fahrtstrecke aufgenommen werden können. Bei einer Maximalgeschwindigkeit von 500km/h und einem Abstand der Empfangsantennen von 1000mm ist für eine beispielhafte Auflösung von 128 Pixeln in Azimutrichtung eine entsprechende Anzahl Aufnahmen innerhalb der 7,2ms erforderlich. Daraus ergibt sich eine Pulswiederholfrequenz von 18kHz. Zur Erzielung einer derart hohen Pulswiederholfrequenz kann beispielsweise eine vergleichsweise kurze Pulsdauer gewählt werden, was insbesondere aufgrund des vergleichsweise geringen Abstands des Radars zu der Fahrtstrecke und entsprechend kurzen Signallaufzeiten möglich ist.
  • Aus den vorstehend genannten Werten für den von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängigen Zeitversatz wird ebenfalls deutlich, dass, sofern das nachfolgend zu 6 beschriebene Verfahren nicht bei einem erstmaligen bzw. erneuten Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stillstand abläuft, eine gute Schätzung der Geschwindigkeit erforderlich ist. Diese dient dazu, den zeitlichen Versatz zwischen Bildern des gleichen Ausschnitts der Fahrtstrecke abzuschätzen, um ausgehend von diesem Versatz innerhalb der typischen Zykluszeit von 10ms von Steuereinrichtungen des Fahrzeugs Korrelationen einer Mehrzahl von Bildern durchführen zu können, die zu einem für die Geschwindigkeitsbestimmung geeigneten Korrelationsergebnis führen.
  • 6 zeigt ein Ablaufdiagramm 300 eines weiteren beispielhaften Verfahrens zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf Basis einer Korrelation von aus Bildrohdaten von zwei Empfangsantennen generierten Bildern. Das beispielhaft dargestellte Verfahren kann entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren der 5 in einem oder verteilt in mehreren Prozessoren oder integrierten Schaltkreisen der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung ablaufen. Das Verfahren beginnt im ersten Verfahrensschritt 301, wobei dieser Verfahrensschritt entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren der 5 lediglich bei einer Initialisierung des Verfahrens ausgeführt wird, während bei nachfolgenden Zyklen des Verfahrens die dem ersten Verfahrensschritt 301 nachfolgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden.
  • In parallel ablaufenden zweiten Verfahrensschritten 302.1, 302.2 werden jeweils digitale Bildrohdaten der beiden Empfangsantennen empfangen, welche in dritten Verfahrensschritten 303.1, 303.2 wiederum mittels beispielsweise eines Range-Doppler-Algorithmus zur Generierung von Bildern verarbeitet werden. Die Generierung von Bildern mittels parallel ablaufender Algorithmen ist dabei nicht zwingend erforderlich. Alternativ hierzu können die von den beiden Empfangsantennen empfangenen digitalen Bildrohdaten einer Abtastung auch sequenziell verarbeitet werden, wobei beispielsweise zunächst ein Bild aus Bildrohdaten der ersten Empfangsantenne 13.1 generiert und in einer Speichereinrichtung zwischengespeichert wird, und anschließend ein oder mehrere Bilder aus Bildrohdaten der zweiten Empfangsantenne 13.2 mittels des Algorithmus generiert werden. Vorzugsweise erfolgt jedoch aufgrund des kontinuierlichen Flusses zu verarbeitender Bildrohdaten eine parallele Verarbeitung der Bildrohdaten.
  • Für die Generierung eines Bildes berücksichtigt der jeweilige Range-Doppler-Algorithmus in den dritten Verfahrensschritten 303.1, 303.2 eine Referenzgeschwindigkeit, welche in einem vierten Verfahrensschritts 304 den Algorithmen zugeführt wird. Die Algorithmen berücksichtigen dabei die gleiche Referenzgeschwindigkeit. Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren der 5 kann diese Referenzgeschwindigkeit zuvor in einem fünften Verfahrensschritt 305 bestimmt worden sein. Die Zuführung der im fünften Verfahrensschritt 305 bestimmten Referenzgeschwindigkeit erfolgt wiederum beispielsweise nur einmalig bei einem erstmaligen Ablauf des Algorithmus. Alternativ kann bei einem ersten Ablauf des Algorithmus jedoch zunächst auch eine Geschwindigkeit von Null oder eine Mindestgeschwindigkeit von beispielsweise 0,2 km/h angenommen werden. Für nachfolgende Abläufe des jeweiligen Range-Doppler-Algorithmus wird als Referenzgeschwindigkeit eine in einem jeweils vorherigen Zyklus des Verfahrens bestimmte und in einer Speichereinrichtung zwischengespeicherte Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt.
  • Wie vorstehend bereits erwähnt, kann der für die Generierung von Bildern verwendete Algorithmus gegebenenfalls vereinfacht werden. Insbesondere im Falle des beispielhaft genannten Range-Doppler-Algorithmus kann in dem Schritt der Kompression in Querrichtung (Range Compression) alternativ zu der darin durchgeführten Signal-angepassten Filterung auch eine direkte Auswertung eines Frequenzunterschieds zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Echo erfolgen. Weiterhin kann von der Durchführung des ersten und/oder des vierten, der jeweiligen Kompression in der Querrichtung (Range Compression) und in der Bewegungsrichtung (Azimuth Compression), der vorstehend genannten vier Schritte des Range-Doppler-Algorithmus abgesehen werden, sofern mittels des zweiten (Azimuth FFT) und dritten Schritts (RCMC) bereits Bilder mit hinreichendem Detailierungsgrad gewonnen werden können, die eine für die Geschwindigkeitsbestimmung geeignete Korrelation ermöglichen. Vorteilhaft kann hierdurch die Verarbeitung der Bildrohdaten insbesondere der zweiten Empfangsantenne beschleunigt werden, sodass innerhalb des zur Verfügung stehenden Zeitraums einer Zykluszeit eine größere Anzahl generierter Bilder aus Bildrohdaten der zweiten Empfangsantenne mit einem generierten Bild aus Bildrohdaten der ersten Empfangsantenne korreliert werden kann.
  • In den dritten Verfahrensschritten 303.1, 303.2 aus Bildrohdaten der ersten und zweiten Empfangsantenne und unter Berücksichtigung einer zugeführten Referenzgeschwindigkeit generierte Bilder werden in einem nachfolgenden achten Verfahrensschritt 308 korreliert. Wie vorstehend erläutert, ist dabei jedoch zu beachten, dass der Zeitversatz zwischen Bildern eines gleichen Ausschnitts der Fahrtstrecke bei einem erfassbaren Geschwindigkeitsbereich zwischen 0,2km/h und 500km/h und einem Abstand der Empfangsantennen von 1000mm in einem Bereich zwischen ca. 7ms und ca. 18s liegen kann. Aufgrund dieses großen möglichen zeitlichen Spektrums des Zeitversatzes ist es erforderlich, ein jeweiliges aus Bildrohdaten der ersten Empfangsantenne generiertes Bild in einem dem achten Verfahrensschritt 308 vorgelagerten sechsten Verfahrensschritt 306.1 zusammen mit dem zugeordneten Zeitstempel für einen Zeitraum in einer Speichereinrichtung zwischen zu speichern. Vorzugsweise wird ein Bild dabei solange gespeichert, bis der Zyklus des Verfahrens bezüglich dieses Bildes mit dem elften Verfahrensschritt 311, der Ausgabe der bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs, abgeschlossen wurde. In gleicher Weise wird auch ein aus Bildrohdaten der zweiten Empfangsantenne generiertes jeweiliges Bild zusammen mit dem zugeordneten Zeitstempel solange in einer Speichereinrichtung zwischengespeichert, bis es sich außerhalb des Zeitbereiches befindet, in dem es potenziell einer Korrelation im achten Verfahrensschritt 308 unterzogen werden könnte.
  • Im siebten Verfahrensschritt 307 erfolgt eine Auswahl von generierten Bildern der ersten und zweiten Empfangsantenne für eine im nachfolgenden achten Verfahrensschritt 308 durchzuführende Korrelation. Aufgrund des beschriebenen Zeitversatzes und der begrenzten Anzahl möglicher Korrelationen von Bildern innerhalb des Zeitraums einer typischen Zykluszeit, wird für die Auswahl von Bildern der ersten und zweiten Empfangsantenne für eine erste Korrelation die Referenzgeschwindigkeit berücksichtigt. Dies ist in dem Ablaufdiagramm der 6 durch die gestrichelte Linie zwischen dem vierten Verfahrensschritt 304 und dem siebten Verfahrensschritt 307 verdeutlicht. Ausgehend von einem ersten Bild der ersten Empfangsantenne wird in dem siebten Verfahrensschritt 307 unter Berücksichtigung der Referenzgeschwindigkeit ein erstes Bild der zweiten Empfangsantenne ausgewählt, dessen Ausschnitt der Fahrtstrecke zumindest annähernd dem Ausschnitt des ersten Bildes der ersten Empfangsantenne entsprechen sollte. Als Referenzgeschwindigkeit, auf dessen Basis der Zeitversatz für die Auswahl des ersten Bildes der zweiten Empfangsantenne für eine erste Korrelation bestimmt wird, wird vorzugsweise die zum Zeitpunkt der Auswahl aktuelle Referenzgeschwindigkeit berücksichtigt. Die Wahl dieser Referenzgeschwindigkeit ist sinnvoll, da sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten bzw. bei starker positiver oder negativer Beschleunigung des Fahrzeugs, während des Zeitversatzes, d.h. in dem Zeitraum zwischen der Abtastung eines Ausschnitts der Fahrtstrecke durch die erste Empfangsantenne und der Abtastung des gleichen Ausschnitts durch die zweite Empfangsantenne, deutlich verändert haben kann. Daher sollte eine möglichst aktuell bestimmte Geschwindigkeit als Referenzgeschwindigkeit für die Auswahl des Bildes der zweiten Empfangsantenne berücksichtigt werden.
  • Nach Auswahl des ersten Bildes der zweiten Empfangsantenne im siebten Verfahrensschritt 307 wird dieses mit dem ersten Bild der ersten Empfangsantenne im nachfolgenden achten Verfahrensschritt 308 korreliert. Bei der Korrelation werden zwei Bilder hinsichtlich gemeinsamer Bildanteile verglichen. Im darauf folgenden neunten Verfahrensschritt 309 erfolgt eine Bewertung des Ergebnisses der Korrelation. Sofern die Korrelation als hinreichend gut bewertet wird (Zweig „ja“), die Bilder also eine große Ähnlichkeit aufweisen bzw. mit einer hohen Wahrscheinlichkeit einen gleichen Ausschnitt der Fahrtstrecke abbilden, wird das Verfahren im nachfolgenden zehnten Verfahrensschritt 310 fortgesetzt. Die Bewertung der Korrelation kann beispielsweise wiederum mittels eines Vergleichs des Ergebnisses mit einem vorgegebenen Schwellenwert, welcher beispielsweise mit 0,9 definiert wurde, erfolgen. In diesem zehnten Verfahrensschritt 310 wird mittels des jeweiligen Zeitstempels der korrelierten Bilder der Zeitversatz bestimmt, und aus diesem bestimmten Zeitversatz sowie dem bekannten Abstand der beiden Empfangsantennen zueinander die Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet. Diese bestimmte Geschwindigkeit wird anschließend im nachfolgenden elften Verfahrensschritt 311 ausgegeben, also entsprechend dem vorstehend beschriebenen achten Verfahrensschritt 208 des Ablaufdiagramms der 5 weiteren Einheiten bzw. Komponenten der Fahrzeugsteuerung, insbesondere einer Antriebs- und/oder Bremssteuerung des Fahrzeugs, zur Verfügung gestellt. Weiterhin wird die bestimmte Geschwindigkeit als neue Referenzgeschwindigkeit mittels Zuführung über den vierten Verfahrensschritt 304 bei der Generierung in den dritten Verfahrensschritten 303.1, 303.2 und der Auswahl von Bildern im siebten Verfahrensschritt 307 berücksichtigt.
  • Anschließend wird in dem siebten Verfahrensschritt 307 ein nachfolgendes zweites Bild der ersten Empfangsantenne ausgewählt. Dieses zweite Bild kann beispielsweise einen Zeitversatz entsprechend der typischen Zykluszeit zum bereits korrelierten ersten Bild der ersten Empfangsantenne aufweisen. Mithin kann es in diesem Fall sinnvoll sein, für die erste Empfangsantenne lediglich ein Bild je Zykluszeit zu generieren und in einer Speichereinrichtung zwischen zu speichern, um dieses nachfolgend mit einem oder mehreren generierten Bildern der zweiten Empfangsantenne innerhalb einer Zykluszeit zu korrelieren. Vorteilhaft kann hierdurch die für die Generierung und Speicherung der Bilder der ersten Empfangsantenne erforderliche Rechen- bzw. Speicherkapazität verringert werden.
  • Wird die Korrelation im neunten Verfahrensschritt 309 hingegen als nicht hinreichend gut bewertet (Zweig „nein“), so wird im nachfolgenden siebten Verfahrensschritt 307 ein anderes, zweites generiertes und zwischengespeichertes Bild der zweiten Empfangsantenne ausgewählt, dem ein zum zuvor ausgewählten ersten Bild früherer oder späterer Zeitstempel zugeordnet ist und entsprechend eine höhere bzw. niedrigere Geschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentiert. Die Auswahl des zweiten Bildes der zweiten Empfangsantenne für die Korrelation mit dem ersten Bild der ersten Empfangsantenne kann dabei wiederum abhängig von der Referenzgeschwindigkeit sowie gegebenenfalls vom Typ des Fahrzeugs bzw. dessen positives und negatives Beschleunigungsvermögen erfolgen.
  • Die vorstehend bezüglich der 5 und 6 beschriebenen Ansätze ermöglichen jeweils eine vergleichsweise genaue und verlässliche Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines bezüglich 1 beispielhaft beschriebenen Schienenfahrzeugs. Da beide Ansätze gleiche bzw. ähnliche Einrichtungen, insbesondere ein Radar mit synthetischer Apertur sowie Prozessoren, integrierte Schaltkreise sowie Speichereinrichtungen, zur Durchführung des jeweiligen Verfahrens nutzen, können sie auch gemeinsam in einer erfindungsgemäßen Anordnung verwirklicht werden. Dabei können die mittels der beiden Ansätze jeweils bestimmten Geschwindigkeiten beispielsweise miteinander kombiniert werden, um eine erhöhte Genauigkeit der Geschwindigkeitsbestimmung zu erzielen. Ferner können sie auch als redundante Werte unabhängig voneinander ausgegeben werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Pertuz, Said; Puig, Domenec; Garcia, Miguel Angel, „Analysis of focus measure operators for shape-fromfocus“, erschienen in Pattern Recognition, 2013, Vol. 46, Issue 5, Seiten 1415-1432 [0058]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (1), mit den Schritten: - Empfangen (202, 302,1, 302.2) von mittels eines Radars mit synthetischer Apertur aus Abtastungen einer Fahrtstrecke des Fahrzeugs generierten Bildrohdaten, - Generieren (203, 303.1, 303.2) von Bildern der abgetasteten Fahrtstrecke aus den empfangenen Bildrohdaten, wobei für die Generierung eines jeweiligen Bildes eine Referenzgeschwindigkeit berücksichtigt wird, - Bewerten (206, 308) zumindest eines generierten Bildes bezüglich zumindest eines Kriteriums, - Auswählen (207, 309) eines Bildes abhängig von der Bewertung, und - Bestimmen (208, 310) der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis zumindest einer dem ausgewählten Bild zugeordneten Information.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt des Bewertens (206) für das generierte Bild ein Fokussierungsgrad bestimmt wird, und als Kriterium der bestimmte Fokussierungsgrad bewertet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Information, auf deren Basis im Schritt des Bestimmens die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird, die für die Generierung des Bildes berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit dem Bild zugeordnet wird.
  4. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem im Schritt des Bewertens (308) das generierte Bild mit einem weiteren Bild verglichen wird, und als Kriterium eine Ähnlichkeit der Bilder bewertet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem im Schritt des Generierens (303.1, 303.2) einem jeweiligen Bild eine Information bezüglich eines Zeitpunktes der Abtastung oder eines Zeitpunktes der Generierung des Bildes zugeordnet wird, und im Schritt des Bestimmens (310) auf Basis einer zeitlichen Differenz zwischen den zugeordneten Zeitpunkten der Bilder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem im Schritt des Generierens (203, 303.1, 303.2) als Referenzgeschwindigkeit eine in einem vorherigen Zyklus des Verfahrens bestimmte Geschwindigkeit oder eine mittels einer weiteren Einrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung bestimmte Geschwindigkeit berücksichtigt wird.
  7. Anordnung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (1), aufweisend zumindest - ein Radar mit synthetischer Apertur, welches mittels zumindest einer Sendeantenne (12) und zumindest einer Empfangsantenne (13.1, 13.2) eine Fahrtstrecke des Fahrzeugs abtastet, - eine Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung (27), aufweisend zumindest eine Prozessoreinrichtung und eine Speichereinrichtung, mittels welcher Bilder der abgetasteten Fahrtstrecke aus von dem Radar empfangenen Bildrohdaten unter Berücksichtigung einer Referenzgeschwindigkeit generiert werden, zumindest ein generiertes Bild bezüglich zumindest eines Kriteriums bewertet wird, ein Bild abhängig von der Bewertung ausgewählt wird und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1) auf Basis zumindest einer dem ausgewählten Bild zugeordneten Information bestimmt wird.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung (27) dazu ausgestaltet ist, einen Fokussierungsgrad des zumindest einen generierten Bildes zu bestimmen und den bestimmten Fokussierungsgrad als Kriterium zu bewerten.
  9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung (27) dazu ausgestaltet ist, das zumindest eine generierte Bild mit einem weiteren Bild zu vergleichen und eine Ähnlichkeit der Bilder als Kriterium zu bewerten.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung (27) dazu ausgestaltet ist, als Referenzgeschwindigkeit eine von einer weiteren Einrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung bestimmte Geschwindigkeit für die Generierung des zumindest einen Bildes zu berücksichtigen.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung (27) dazu ausgestaltet ist, eine Änderung einer Abstrahlrichtung der zumindest einen Sendeantenne (12) des Radars zu steuern.
  12. Fahrzeug, aufweisend zumindest eine Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 oder Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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