DE102018206649A1 - Signal coding of ultrasonic sensors with spreading codes to increase the range - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung eines Echos (7) eines Ultraschallsignals (5). Das Verfahren umfasst dabei die Schritte: Aussenden eines ersten Teilsignals des Ultraschallsignals (5) mit einer ersten statischen Frequenz und einer ersten vordefinierten Dauer, Aussenden eines zweiten Teilsignals des Ultraschallsignals (5) mit einer zweiten, von der ersten Frequenz unterschiedlichen, statischen Frequenz und einer zweiten vordefinierten Dauer, und Verwenden der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz bei einer Identifikation des an einem Umgebungsobjekt (6) reflektierten Ultraschallsignals (7).

Figure DE102018206649A1_0000
The present invention relates to a method and a device for detecting an echo (7) of an ultrasound signal (5). The method comprises the steps of: emitting a first partial signal of the ultrasonic signal (5) with a first static frequency and a first predefined duration, emitting a second partial signal of the ultrasonic signal (5) with a second, different from the first frequency, static frequency and a second predefined duration, and using the first frequency and the second frequency in an identification of the ultrasonic signal (7) reflected on an environmental object (6).
Figure DE102018206649A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung eines Echos eines Ultraschallsignals. Insbesondere werden hierbei Teilsignale mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet.The present invention relates to a method and a device for detecting an echo of an ultrasonic signal. In particular, partial signals with different frequencies are used here.

Auch betrifft die Erfindung ein Fortbewegungsmittel mit einer solchen Vorrichtung.The invention also relates to a means of transportation with such a device.

Messsysteme auf Basis von Ultraschallsignalen werden verwendet, um eine Distanz von einem vor einem Sender befindlichen Umgebungsobjekt zu ermitteln. Dabei sendet der Sender ein Ultraschallsignal aus. Die von dem Umgebungsobjekt hervorgerufene Reflexion des Ultraschallsignals, das Echo, wird von einem Empfänger empfangen. Auch kann der Empfänger direkt an dem Umgebungsobjekt angebracht sein. In diesem Fall wird nicht das Echo, sondern das Ultraschallsignal selbst empfangen. Eine Verarbeitungseinheit wertet die Signale aus und ermittelt mit Hilfe der Signallaufzeit und der Schallgeschwindigkeit den Abstand zwischen Sender und Umgebungsobjekt bzw. zwischen Sender und Empfänger.Measurement systems based on ultrasonic signals are used to determine a distance from an environment object located in front of a transmitter. The transmitter emits an ultrasonic signal. The reflection of the ultrasonic signal, the echo, caused by the surrounding object is received by a receiver. Also, the receiver may be attached directly to the environment object. In this case, not the echo but the ultrasonic signal itself will be received. A processing unit evaluates the signals and uses the signal propagation time and the speed of sound to determine the distance between transmitter and ambient object or between transmitter and receiver.

Um die Genauigkeit der Erkennung des Ultraschallsignals bzw. des Echos des Ultraschallsignals sowie die Reichweite des Systems zu erhöhen, ist es vorteilhaft auch schwache Signale aus einem breitbandigen Rauschen herausfiltern zu können. Hierfür werden sogenannte Spreizcodes genutzt. Dabei wird ein pseudo-zufälliger Code erzeugt. Dieser Code wird mit dem auszusendenden Signal mittels eines Codemultiplex-Verfahren kombiniert und im Anschluss von einem Ultraschallsender ausgesendet.In order to increase the accuracy of the detection of the ultrasonic signal or the echo of the ultrasonic signal and the range of the system, it is advantageous to be able to filter out weak signals from a broadband noise. For this purpose, so-called spreading codes are used. This generates a pseudorandom code. This code is combined with the signal to be transmitted by means of a code division multiplex method and then transmitted by an ultrasonic transmitter.

Da der Code, mit dem die Signale kombiniert wurden, bekannt ist, können die Signale auf der Empfängerseite leicht durch Kreuz- bzw. Autokorrelation aus dem Rauschen herausgefiltert werden. Da so auch sehr schwache Signale erkannt werden können, kann die wirksame Reichweite der Ultraschallsensoren damit erhöht werden.Since the code with which the signals were combined is known, the signals on the receiver side can be easily filtered out of the noise by cross-correlation or autocorrelation. As even very weak signals can be detected, the effective range of the ultrasonic sensors can be increased.

Solche Systeme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart DE 10 2009 031 955 A1 ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Position einer zu ortenden Einheit mittels Ultraschall, bei welchem dem Ultraschall-Trägersignal eine PN (Pseudozufallsrauschen)-Code-Sequenz aufgeprägt wird und das folgende Schritte beinhaltet: Generieren einer PN-Code-Sequenz in einem Sender; Mischen der PN-Code-Sequenz mit einem Ultraschall-Trägersignal in dem Sender; periodisches Ausstrahlen der Ultraschall-PN-Code-Sequenz; Empfangen eines Signal-Rausch-Gemischs an einem Empfänger und Auswerten einer Laufzeiteigenschaft des empfangenen Signals zum Ermitteln der Raumkoordinaten der zu ortenden Einheit.Such systems are known in the art. For example disclosed DE 10 2009 031 955 A1 a method for determining the spatial position of a unit to be located by means of ultrasound, in which the ultrasound carrier signal a PN (pseudo random noise) code sequence is impressed and comprising the steps of: generating a PN code sequence in a transmitter; Mixing the PN code sequence with an ultrasound carrier signal in the transmitter; periodically emitting the ultrasonic PN code sequence; Receiving a signal-to-noise mixture at a receiver and evaluating a propagation time characteristic of the received signal to determine the spatial coordinates of the device to be located.

Dabei ist das Ultraschallsignal in Teilsignale mit linearer oder nicht-linearer Frequenzmodulation, sogenannte Chirps, aufgeteilt. Chirps besitzen eine Start- und Endfrequenz, sowie eine Steigung der Frequenz, wobei die Steigung positiv oder negativ sein kann. Dies hat den Vorteil, dass ein breites Frequenzspektrum mit konstanter Amplitude erzeugt und ausgesendet wird, was sich positiv auf die Erkennungsrate auswirkt. Dafür verwendete Ultraschallsender und Ultraschallempfänger müssen über ein entsprechend breites Frequenzspektrum verfügen. Dies setzt entsprechend konfigurierte und damit kostspielige Komponenten voraus oder bringt Einschränkungen in der Erkennungsleistung mit sich.In this case, the ultrasonic signal is divided into partial signals with linear or non-linear frequency modulation, so-called chirps. Chirps have a start and end frequency, as well as a slope of the frequency, where the slope can be positive or negative. This has the advantage that a broad frequency spectrum with constant amplitude is generated and transmitted, which has a positive effect on the recognition rate. For this purpose used ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver must have a correspondingly wide frequency spectrum. This requires appropriately configured and therefore expensive components or brings with it limitations in the recognition performance.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich dadurch aus, dass auch einfache und kostengünstige Komponenten verwendet werden können, ohne dass nennenswerte Einschränkungen bei der Erkennungsleistung auftreten. Das Verfahren zur Erkennung eines Echos eines Ultraschallsignals umfasst mehrere Schritte. Das Ultraschallsignal setzt sich dabei aus mindestens zwei nacheinander gesendeten Teilsignalen zusammen. In einem ersten Schritt wird ein erstes Teilsignal des Ultraschallsignals mit einer ersten statischen Frequenz und einer ersten vordefinierten Dauer mittels eines Ultraschallsenders ausgesendet. Anschließend wird in einem zweiten Schritt ein zweites Teilsignal des Ultraschallsignals mit einer zweiten, von der ersten Frequenz unterschiedlichen, statischen Frequenz und einer zweiten vordefinierten Dauer, mittels des Ultraschallsenders ausgesendet. Die erste statische Frequenz und die zweite statische Frequenz liegen dabei im Bereich des Ultraschalls, bevorzugt in einem Bereich zwischen 25 kHz und 60 kHz, bevorzugt zwischen 30 kHz und 55 kHz und weisen idealerweise einen Abstand von mindestens 1 kHz auf. Bei der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz kann es sich um eine harmonische Frequenz, um eine Dreieckfrequenz oder eine Reckteckfrequenz handeln. Entspricht das Signal keiner Sinuskurve bezieht sich der Begriff „Frequenz“ auf die Grundfrequenz des Signals. Die erste vordefinierte Dauer und die zweite vordefinierte Dauer können sowohl von unterschiedlicher Länge als auch identisch sein. Trifft das ausgesendete Ultraschallsignal auf ein Umgebungsobjekt, beispielsweise ein Hindernis in Senderichtung des Ultraschallsenders, wird es von diesem reflektiert. Das Umgebungsobjekt kann sowohl ein statisches als auch ein bewegliches Verkehrsraumobjekt und/oder ein kollisionsrelevantes Verkehrselement sein (z.B. ein Verkehrszeichen, ein Fahrbahnbegrenzungselement, ein anderes Fortbewegungsmittel, ein Fußgänger, usw.). Dabei wird ein Teil des reflektierten Ultraschallsignals zurück in die Richtung des Ultraschallsenders geworfen. Hier kann das reflektierte Ultraschallsignal, das Echo, mittels eines vorzugsweise in der unmittelbaren Nähe des Ultraschallsenders montierten Ultraschallempfängers oder eines kombinierten Ultraschallsender/-empfänger-Moduls empfangen werden. In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die erste Frequenz und die zweite Frequenz verwendet, um das an einem Umgebungsobjekt reflektierte Ultraschallsignal zu identifizieren. Beim Aussenden des Ultraschallsignals entsteht durch die Verwendung zweier unterschiedlicher Frequenzen für die einzelnen Teilsignale ein Signalmuster. Dieses Signalmuster weist auch das Echo des Ultraschallsignals auf. Da das Muster des Ultraschallsignals bzw. des Echos bekannt ist, kann es auch aus einem empfangenen Ultraschallrauschen heraus identifiziert werden. Bei der Identifikation werden Verfahren wie zum Beispiel Kreuz- oder Autokorrelation verwendet. Ist das Echo identifiziert, kann eine Zeitspanne, eine Signallaufzeit des Ultraschallsignals, zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des Echos und somit ein Abstand zum Umgebungsobjekt berechnet werden.The inventive method with the features of claim 1 is characterized in that even simple and inexpensive components can be used without appreciable restrictions on the recognition performance occur. The method for detecting an echo of an ultrasound signal comprises several steps. The ultrasonic signal is composed of at least two consecutively transmitted partial signals. In a first step, a first partial signal of the ultrasound signal having a first static frequency and a first predefined duration is emitted by means of an ultrasound transmitter. Subsequently, in a second step, a second partial signal of the ultrasound signal with a second, different from the first frequency, static frequency and a second predefined duration, emitted by means of the ultrasonic transmitter. The first static frequency and the second static frequency are in the range of the ultrasound, preferably in a range between 25 kHz and 60 kHz, preferably between 30 kHz and 55 kHz and ideally have a distance of at least 1 kHz. The first frequency and the second frequency may be a harmonic frequency, a triangular frequency or a square frequency. If the signal does not correspond to a sinusoid, the term "frequency" refers to the fundamental frequency of the signal. The first predefined duration and the second predefined duration may be of different lengths as well as identical. If the emitted ultrasound signal hits an ambient object, for example an obstacle in the direction of transmission of the ultrasound transmitter, it is reflected by it. The environment object can be both a static and a mobile traffic space object and / or a collision-relevant traffic element (eg Traffic sign, a lane boundary element, another means of transportation, a pedestrian, etc.). In this case, part of the reflected ultrasound signal is thrown back in the direction of the ultrasound transmitter. Here, the reflected ultrasound signal, the echo, can be received by means of an ultrasound receiver, preferably mounted in the immediate vicinity of the ultrasound transmitter, or a combined ultrasound transmitter / receiver module. In a third step of the method according to the invention, the first frequency and the second frequency are used to identify the ultrasound signal reflected at an environmental object. When transmitting the ultrasonic signal, a signal pattern is produced by using two different frequencies for the individual component signals. This signal pattern also has the echo of the ultrasonic signal. Since the pattern of the ultrasonic signal or the echo is known, it can also be identified from a received ultrasonic noise. Identification uses methods such as cross or autocorrelation. Once the echo has been identified, a time span, a signal propagation time of the ultrasound signal, between the emission of the ultrasound signal and the reception of the echo and thus a distance to the surrounding object can be calculated.

Erfindungsgemäß wird weiter eine Vorrichtung zur Erkennung eines Echos eines Ultraschallsignals bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Datenausgang, einen Dateneingang sowie eine Verarbeitungseinheit. Über einen am Datenausgang angeschlossenen Ultraschallsender wird, gesteuert von der Verarbeitungseinheit, ein erstes Teilsignal des Ultraschallsignals mit einer ersten vordefinierten statischen Frequenz über eine erste vordefinierte Dauer ausgesendet. Nachfolgend wird ebenfalls über einen am Datenausgang angeschlossenen Ultraschallsender ein zweites Teilsignal des Ultraschallsignals mit einer zweiten, von der ersten Frequenz unterschiedlichen, statischen Frequenz und einer zweiten vordefinierten Dauer ausgesendet. Der mit dem Dateneingang verbundene Ultraschallempfänger kann das von einem Umgebungsobjekt reflektierte Ultraschallsignal sowie ein breitbandiges Ultraschallrauschen empfangen und als elektrisches Signal über den Dateneingang an die Verarbeitungseinheit weiterleiten. In der Verarbeitungseinheit kann anhand der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz das Ultraschallsignal, bzw. dessen Echo, bzw. dass das Echo repräsentierende elektrische Signal aus einem das empfangene breitbandige Rauschen repräsentierende elektrischen Signal identifiziert und so herausgefiltert werden. Ebenso kann die Verarbeitungseinheit eine Zeitspanne, Laufzeit, zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des Echos und damit den Abstand zum Umgebungsobjekt berechnen.According to the invention, a device for detecting an echo of an ultrasound signal is further provided. The device comprises a data output, a data input and a processing unit. Controlled by the processing unit, a first partial signal of the ultrasound signal is transmitted at a first predefined static frequency over a first predefined duration via an ultrasound transmitter connected to the data output. Subsequently, a second sub-signal of the ultrasound signal with a second, different from the first frequency, static frequency and a second predefined duration is also transmitted via an ultrasonic transmitter connected to the data output. The ultrasound receiver connected to the data input can receive the ultrasound signal reflected by an environmental object as well as a broadband ultrasound noise and forward it as an electrical signal via the data input to the processing unit. In the processing unit, based on the first frequency and the second frequency, the ultrasound signal, or its echo, or that echo-representing electrical signal from an electrical signal representing the received broadband noise can be identified and filtered out. Likewise, the processing unit can calculate a time span, transit time, between the emission of the ultrasound signal and the reception of the echo and thus the distance to the environment object.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Ultraschallsignal mittels eines Ultraschallsenders ausgestrahlt und das am Umgebungsobjekt reflektierte Ultraschallsignal, also das Echo, von einem Ultraschallempfänger empfangen. Dabei können Ultraschallsender und Ultraschallempfänger als zwei separate Vorrichtungen, Membrane, oder Schallwandler ausgestaltet sein. Auch ist es möglich, jeweils einen Ultraschallsender je auszusendender Frequenz zu verwenden. So lässt sich der Abstand der ersten und zweiten Frequenz maximieren und es können Frequenzen gewählt werden, welche eine bestmögliche Erkennung versprechen, ohne darauf angewiesen zu sein, dass ein einzelner Ultraschallsender über ein entsprechend breites Frequenzspektrum verfügt. Die Verwendung einer einzelnen Vorrichtung, ausgestaltet sowohl als Ultraschallsender als auch als Ultraschallempfänger, stellt eine weitere Ausführungsform dar.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the ultrasound signal is emitted by means of an ultrasound transmitter and the ultrasound signal reflected at the ambient object, ie the echo, is received by an ultrasound receiver. In this case, ultrasound transmitters and ultrasound receivers can be designed as two separate devices, membranes or sound transducers. It is also possible to use one ultrasound transmitter for each frequency to be transmitted. Thus, the distance of the first and second frequency can be maximized and it can be chosen frequencies that promise the best possible detection, without having to rely on a single ultrasonic transmitter has a correspondingly wide frequency spectrum. The use of a single device, designed both as an ultrasonic transmitter and as an ultrasonic receiver, represents a further embodiment.

Um die Erkennung von Umgebungsobjekten in sehr kleinen oder sehr großen Entfernungen zu optimieren, oder um auf eine variierende Entfernung zum Umgebungsobjekt zu reagieren, kann die Erfindung dahingehend verbessert werden, dass die erste Dauer und die zweite Dauer in Abhängigkeit von einer erwarteten oder detektierten Entfernung zum Umgebungsobjekt definiert und über die Dauer des Aussendens der Teilsignale immer wieder automatisch angepasst wird. Für mittlere Entfernungen wird dabei idealerweise eine Dauer von 200 µs für das Aussenden eines Teilsignals verwendet. Ein aus Teilsignalen zusammengesetztes Ultraschallsignal hat beispielsweise eine Dauer von 2 ms. Bei sehr nahen Umgebungsobjekten kann die Dauer für das Aussenden eines Teilsignals jedoch auch verkürzt und bei sehr weit entfernten Umgebungsobjekten verlängert werden. Auch die Dauer des aus Teilsignalen zusammengesetzten Ultraschallsignals kann vordefiniert und/oder variiert werden.In order to optimize the detection of environmental objects in very small or very large distances, or to respond to a varying distance to the environment object, the invention can be improved in that the first duration and the second duration depending on an expected or detected distance to Environment object defined and over the duration of the transmission of the partial signals is automatically adjusted again and again. For medium distances, a duration of 200 μs is ideally used for the transmission of a partial signal. An ultrasonic signal composed of sub-signals has, for example, a duration of 2 ms. For very close environment objects, however, the duration for emitting a partial signal can also be shortened and extended for very distant environmental objects. The duration of the ultrasonic signal composed of partial signals can also be predefined and / or varied.

In einer vorteilhaften Ausführungsform können den Frequenzen Symbole eines Codes zugeordnet werden. Bei der Verwendung von zwei unterschiedlichen Frequenzen bietet sich hierbei eine Binärcodierung an. So kann beispielsweise die erste Frequenz einer 0 und die zweite Frequenz einer 1 zugeordnet werden. Die Verwendung von anderen Zahlensystemen ist ebenfalls möglich und gerade in dem Fall ratsam, in dem mehr als zwei unterschiedliche Frequenzen für das Aussenden der Teilsignale genutzt werden. Kann nicht jedem Symbol des Zahlensystems eine Frequenz zugeordnet werden, kann den übrigen Symbolen beispielsweise ein vordefiniertes Teilsignal oder eine Sendepause zugeordnet werden. Für die Kodierung des Ultraschallsignals werden idealerweise Pseudozufallcodes verwendet. Bekannte Beispiele hierfür sind die aus der Satellitentechnik bekannten PRN-Codes. Andere Beispiele sind Gold- oder Kasami-Codes. Ein ausgewählter Code besteht aus einer vordefinierten Anzahl an Symbolen. Jedes Symbol entspricht dabei einem Teilsignal des Ultraschallsignals. Die Länge des Ultraschallsignals ist somit also abhängig von der vordefinierten Anzahl der Symbole des Codes und Sendedauern der Teilsignale, aus denen das Ultraschallsignal zusammengesetzt ist. Wird mehr als ein Ultraschallsender gleichzeitig verwendet, empfiehlt es sich, jedem Ultraschallsender einen eigenen Code zuzuordnen. So können die empfangenen Echos dem jeweiligen Ultraschallsender zugeordnet werden.In an advantageous embodiment, the frequencies can be assigned symbols of a code. If two different frequencies are used, a binary coding is recommended. For example, the first frequency can be assigned a 0 and the second frequency a 1. The use of other number systems is also possible and advisable, especially in the case where more than two different frequencies are used for transmitting the sub-signals. If a frequency can not be assigned to each symbol of the number system, a predefined partial signal or a transmission pause can be assigned to the other symbols, for example. Ideally, pseudorandom codes are used to encode the ultrasound signal. Well-known examples of this are known from the satellite technology PRN codes. Other examples are Gold or Kasami codes. A selected code consists of a predefined number of symbols. Each symbol corresponds to a partial signal of the ultrasonic signal. The length of the ultrasound signal is thus dependent on the predefined number of symbols of the code and transmission durations of the component signals from which the ultrasound signal is composed. If more than one ultrasound transmitter is used at the same time, it is advisable to assign a separate code to each ultrasound transmitter. Thus, the received echoes can be assigned to the respective ultrasound transmitter.

In einer weiteren Verbesserung der Erfindung kann das Ultraschallsignal nach einem ersten Aussenden erneut gesendet werden. Je öfter das Ultraschallsignal wiederholt gesendet bzw. empfangen wird, desto besser können auch sehr schwache Echos aus einem zeitveränderlichen Rauschen herausgefiltert werden. Wird das Ultraschallsignal durchgehend wiederholt gesendet, ist für den Ultraschallempfänger jedoch kein Anfang oder Ende des Signals mehr erkennbar. Dies kann wiederum die Laufzeitbestimmung beeinflussen. Daher kann bei dem erneuten Aussenden des Ultraschallsignals zudem die Phase des Ultraschallsignals um einen vordefinierten Wert gedreht werden. Damit wird auch die Phase aller in dem Ultraschallsignal enthaltenen Teilsignale um den entsprechenden Wert gedreht. Mit dem bekannten Winkel der Phasenverschiebung ist die Verarbeitungseinheit in der Lage, den Anfang und das Ende des Ultraschallsignals zu bestimmen.In a further improvement of the invention, the ultrasonic signal can be retransmitted after a first transmission. The more frequently the ultrasonic signal is repeatedly transmitted or received, the better even very weak echoes can be filtered out of a time-variable noise. However, if the ultrasound signal is transmitted repeatedly throughout, the ultrasound receiver will no longer see any beginning or end of the signal. This in turn can influence the transit time determination. Therefore, when re-emitting the ultrasonic signal, the phase of the ultrasonic signal can also be rotated by a predefined value. Thus, the phase of all the sub-signals contained in the ultrasonic signal is rotated by the corresponding value. With the known phase shift angle, the processing unit is able to determine the beginning and end of the ultrasonic signal.

Um die Erkennung zu optimieren, kann das Ultraschallsignal auch wiederholt mit unveränderter Phase gesendet werden, bevor die Phase um einen vordefinierten Wert gedreht wird. Die Anzahl der phasenunveränderten Wiederholungen kann dabei in Abhängigkeit des Abstandes des zu erkennenden Umgebungsobjektes bzw. durch eine vordefinierte maximale Erkennungsdistanz automatisch definiert werden. Auch kann ein Muster von phasenunveränderten und phasenverschobenen Wiederholungen durch einen Code bestimmt werden. Dabei kann phasenunveränderten und phasenverschobenen Wiederholungen jeweils ein Symbol des Codes zugeordnet werden. Hierfür eignen sich beispielsweise Binärcodes, wobei jeder phasenunveränderten Wiederholung eine 0 und jeder phasenverschobenen Wiederholung eine 1 zugeordnet werden kann. Bei einem Code von 00111000 würden sich so zwei phasenunveränderte Wiederholungen des Ultraschallsignals, gefolgt von drei phasenverschobenen Wiederholungen, gefolgt von drei phasenunveränderten Wiederholungen ergeben. Auch ist es möglich, zwischen den Wiederholungen des Ultraschallsignals Sendepausen einer vordefinierten Dauer einzulegen, in denen der Ultraschallsender kein Signal aussendet. Die Sendepausen können nach bzw. vor jeder Wiederholung, einer vordefinierten Anzahl von Wiederholungen, jeder Phasenverschiebung und/oder jedem Muster von Phasenverschiebungen eingelegt werden. Dabei kann die Dauer der Sendepause in Abhängigkeit von einer Entfernung zu einem Umgebungsobjekt oder auch in Abhängigkeit eines zweiten Ultraschallsenders definiert werden, um z.B. mögliche Störeinflüsse zu minimieren. Auch ist es möglich, die Dauer der Sendepause zu variieren, z.B. im Ansprechen auf eine Abstandsänderung zum Umgebungsobjekt oder im Ansprechen darauf, dass sich ein zweiter Ultraschallsender in den Empfangsbereich des Ultraschallempfängers hinein oder aus dem Empfangsbereich hinaus bewegt.To optimize the detection, the ultrasonic signal can also be transmitted repeatedly with the phase unchanged before the phase is rotated by a predefined value. The number of phase-unmodified repetitions can be automatically defined as a function of the distance of the environment object to be detected or by a predefined maximum detection distance. Also, a pattern of phase-inverted and out-of-phase repetitions can be determined by a code. In this case, phase-inverted and phase-shifted repetitions can each be assigned a symbol of the code. For this purpose, for example, binary codes are suitable, wherein each phase-unchanged repetition can be assigned a 0 and each phase-shifted repetition a 1. For a code of 00111000, this would result in two phase-inverted repeats of the ultrasound signal, followed by three phase-shifted repeats, followed by three phase-inverted repeats. It is also possible to insert transmission pauses of a predefined duration between the repetitions of the ultrasound signal in which the ultrasound transmitter does not transmit a signal. The transmission pauses can be inserted after or before each repetition, a predefined number of repetitions, each phase shift and / or each pattern of phase shifts. In this case, the duration of the transmission pause can be defined as a function of a distance to an environment object or also as a function of a second ultrasound transmitter, in order, e.g. minimize possible interference. It is also possible to vary the duration of the transmission pause, e.g. in response to a change in distance to the ambient object or in response to a second ultrasonic transmitter moving into or out of the receiving area in the receiving area of the ultrasonic receiver.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können der Ultraschallsender wie auch der Ultraschallempfänger an oder in der Außenhaut des Fortbewegungsmittels befestigt sein. So können sie optisch unauffällig integriert werden, ohne in ihrer Funktion beeinträchtigt zu werden.In a further advantageous embodiment, the ultrasonic transmitter as well as the ultrasonic receiver can be attached to or in the outer skin of the means of locomotion. This allows them to be visually inconspicuous without being impaired in their function.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:

  • 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erkennung eines Echos eines Ultraschallsignals in Verbindung mit einem F ortbewegungsm ittel;
  • 2 ein erfindungsgemäß kodiertes Ultraschallsignal;
  • 3 ein erfindungsgemäß kodiertes Ultraschallsignal und ein phasenverschobenes codiertes Ultraschallsignal; und
  • 4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:
  • 1 a greatly simplified schematic representation of an embodiment of an apparatus for detecting an echo of an ultrasonic signal in conjunction with a F ortbewegungsm ittel;
  • 2 an ultrasonic signal coded according to the invention;
  • 3 an ultrasonic signal coded according to the invention and a phase-shifted coded ultrasonic signal; and
  • 4 a flow chart of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestatteten Fortbewegungsmittels 1. Ein in einem Stoßfänger 2 des Fortbewegungsmittels 1 verbauter Ultraschallsender 3 sendet in Verbindung mit dem Datenausgang 4 ein Ultraschallsignal 5 aus. Dieses Ultraschallsignal 5 wird von einem Umgebungsobjekt 6 reflektiert. Das vom Umgebungsobjekt 6 reflektierte Ultraschallsignal, das Echo 7, wird von einem in dem Stoßfänger 2 des Fortbewegungsmittels 1 verbauten Ultraschallempfänger 8 empfangen und über den Dateneingang 9 an die Verarbeitungseinheit 10 weitergeleitet. In der Verarbeitungseinheit 10 findet die Identifikation und Auswertung des empfangenen Echos 7 statt. Ein Detektionsergebnis kann dann beispielsweise von der Verarbeitungseinheit 10 an andere Systeme des Fortbewegungsmittels 1 weitergereicht werden. Auch kann die Verarbeitungseinheit 10 anhand einer Zeitperiode zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals 5 und dem Empfangen des Echos 7 einen Abstand zum Umgebungsobjekt 6 berechnen. 1 shows components of an embodiment of a vehicle equipped according to the invention 1 , One in a bumper 2 of the means of transport 1 built-in ultrasonic transmitter 3 sends in connection with the data output 4 an ultrasonic signal 5 out. This ultrasound signal 5 is from an environment object 6 reflected. The from the environment object 6 reflected ultrasound signal, the echo 7 , is from one in the bumper 2 of the means of transport 1 built-in ultrasonic receiver 8th received and via the data input 9 to the processing unit 10 forwarded. In the processing unit 10 finds the identification and evaluation of the received Echos 7 instead of. A detection result may then be, for example, from the processing unit 10 to other systems of the means of transport 1 be passed on. Also, the processing unit 10 based on a time period between the emission of the ultrasonic signal 5 and receiving the echo 7 a distance to the environment object 6 to calculate.

Die Anbringung des Ultraschallsenders 3 und des Ultraschallempfängers 8 an bzw. in dem Stoßfänger 2 des Fortbewegungsmittels 1 stellt lediglich ein Beispiel dar. Jede andere Position an oder in der Außenhaut des Fortbewegungsmittels 1 ist ebenso denkbar, solange die Funktion des Ultraschallsenders 3 und/oder des Ultraschallempfängers 8 nicht eingeschränkt wird.The attachment of the ultrasonic transmitter 3 and the ultrasound receiver 8th on or in the bumper 2 of the means of transport 1 is merely an example. Any other position on or in the outer skin of the vehicle 1 is also conceivable as long as the function of the ultrasonic transmitter 3 and / or the ultrasound receiver 8th is not restricted.

1 zeigt außerdem einen zweiten Ultraschallsender 11, welcher sich außerhalb des Fortbewegungsmittels 1 bzw. außerhalb der Vorrichtung befindet. Der zweite Ultraschallsender 11 sendet ein zweites Ultraschallsignal 12 aus, welches vom Ultraschallempfänger 8 empfangen wird. Das zweite Ultraschallsignal 12 stört damit den Empfang und die Erkennung des Echos 7 als zum Ultraschallsignal 5 gehörig. Eine Möglichkeit, mit einer solchen Störung umzugehen, besteht darin, das Ultraschallsignal 5 wie oben beschrieben mit einer Symbolfolge zu kodieren. Ein so kodiertes Ultraschallsignal 5 besitzt ein Signalmuster, welches auch bei seinem Echo 7 wiederzufinden ist. Idealerweise ist das Signalmuster des Ultraschallsignals 5 bzw. dessen Echos 7 unterschiedlich zu einem Signalmuster des zweiten Ultraschallsignals 12. Durch das der Verarbeitungseinheit 10 bekannte Signalmuster des Ultraschallsignals 5 kann dessen Echo 7 auch unter Störeinfluss des zweiten Ultraschallsignals 12 von der Verarbeitungseinheit 10 aus dem empfangenen Ultraschallrauschen identifiziert werden. Sendet der zweite Ultraschallsender 11 kein kontinuierliches Signal, besteht eine weitere Möglichkeit mit der Störung umzugehen darin, eine Sendepause einzulegen, bis der zweite Ultraschallsender 11 aufhört zu senden. Über den mit dem Dateneingang 9 verbundenen Ultraschallempfänger 8 kann die Verarbeitungseinheit 10 erkennen, wenn ein zweiter Ultraschallsender 11 sendet und so den Empfang des Echos 7 des Ultraschallsignals 5 stört oder stören würde. Die Verarbeitungseinheit 10 kann dann eine vordefinierte Dauer abwarten um zu erkennen, ob es sich bei dem zweiten Ultraschallsignal 12 um ein kontinuierliches Signal handelt. Wird das zweite Ultraschallsignal 12 innerhalb der vordefinierten Dauer nicht mehr empfangen, erkennt dies die Verarbeitungseinheit 10 und kann im Ansprechen auf diese Erkennung das Senden des Ultraschallsignals 5 über den am Datenausgang 4 angeschlossenen Ultraschallsender 3 auslösen. So kann das Echo 7 ohne Störeinfluss von dem zweiten Ultraschallsignal 12 über den Ultraschallempfänger 8 empfangen werden. Läuft die vordefinierte Dauer ab, ohne dass die Verarbeitungseinheit 10 eine Sendepause des zweiten Ultraschallsignals 12 erkennen kann, wird trotzdem das Senden des Ultraschallsignals 5 ausgelöst und eine Identifikation des Echos 7 durch die Verarbeitungseinheit 10 versucht. Ist der Störeinfluss des zweiten Ultraschallsignals 12 zu groß für eine zuverlässige Identifikation des Echos 7, kann beispielsweise eine Fehlermeldung an andere Systeme des Fortbewegungsmittels 1 weitergereicht werden. 1 also shows a second ultrasonic transmitter 11 , which is outside the means of transportation 1 or outside the device. The second ultrasonic transmitter 11 sends a second ultrasonic signal 12 out, which from the ultrasonic receiver 8th Will be received. The second ultrasonic signal 12 interferes with the reception and the detection of the echo 7 as the ultrasonic signal 5 properly. One way to deal with such a disturbance is to use the ultrasonic signal 5 as described above with a symbol sequence to encode. An encoded ultrasonic signal 5 has a signal pattern, which also at its echo 7 is to be found again. Ideally, the signal pattern of the ultrasonic signal 5 or its echoes 7 different from a signal pattern of the second ultrasonic signal 12 , By the processing unit 10 known signal pattern of the ultrasonic signal 5 can its echo 7 also under interference of the second ultrasonic signal 12 from the processing unit 10 be identified from the received ultrasonic noise. Sends the second ultrasonic transmitter 11 no continuous signal, another way to deal with the problem is to pause the transmission until the second ultrasonic transmitter 11 stops sending. About the with the data input 9 connected ultrasound receiver 8th can the processing unit 10 detect if a second ultrasonic transmitter 11 sends and thus receiving the echo 7 of the ultrasonic signal 5 disturbs or disturbs. The processing unit 10 can then wait a predefined duration to see if it is the second ultrasound signal 12 is a continuous signal. Will be the second ultrasonic signal 12 no longer receive within the predefined duration, this recognizes the processing unit 10 and may, in response to this detection, transmit the ultrasound signal 5 via the at the data output 4 connected ultrasonic transmitter 3 trigger. So can the echo 7 without interference from the second ultrasonic signal 12 via the ultrasound receiver 8th be received. Expires the predefined duration without the processing unit 10 a transmission pause of the second ultrasonic signal 12 can still detect the transmission of the ultrasonic signal 5 triggered and an identification of the echo 7 through the processing unit 10 tries. Is the interference of the second ultrasonic signal 12 too big for a reliable identification of the echo 7 , for example, can send an error message to other systems of the means of locomotion 1 be passed on.

In 2 ist verdeutlicht, wie das Ultraschallsignal 5 kodiert wird. Wie oben bereits erwähnt, wird die erste Frequenz 21 einem ersten Symbol 22 und die zweite Frequenz 23 einem zweiten Symbol 24 eines Codes zugeordnet. Das ausgesendete Ultraschallsignal 5 setzt sich aus mehreren Teilsignalen 25 - 32 zusammen. Die Teilsignale 25 - 32 werden mit der ersten Frequenz 21 oder der zweiten Frequenz 23 ausgesendet, wobei die Zuordnung der Frequenzen 21, 23 zu den Teilsignalen 25 - 32 anhand des Codes durchgeführt wird.In 2 is clarified, like the ultrasonic signal 5 is encoded. As mentioned above, the first frequency 21 a first symbol 22 and the second frequency 23 a second symbol 24 associated with a code. The emitted ultrasonic signal 5 consists of several sub-signals 25 - 32 together. The partial signals 25 - 32 be with the first frequency 21 or the second frequency 23 emitted, with the assignment of frequencies 21 . 23 to the sub-signals 25 - 32 based on the code.

In dem hier gezeigten Beispiel ist als Code der Binärcode 10111011 vordefiniert. So wird dem Symbol „1“ des Codes die erste Frequenz 21 und dem Symbol „0“ des Codes die zweite Frequenz 23 zugeordnet. Entsprechend wird ein erstes Teilsignal 25 mit der ersten Frequenz 21 über eine erste Dauer gesendet. Anschließend wird ein zweites Teilsignal 26 mit einer zweiten Frequenz 23 über eine zweite vordefinierte Dauer gesendet. Dem Code folgend werden die nächsten drei Teilsignale 27 -29 mit der ersten Frequenz 21 über jeweils eine erste Dauer gesendet gefolgt von dem Teilsignal 30 mit der zweiten Frequenz 23 über eine zweite Dauer und den beiden Teilsignalen 31 und 32 mit der ersten Frequenz 21 über die erste Dauer.In the example shown here, the binary code 10111011 is predefined as code. So the symbol " 1 "Of the code the first frequency 21 and the symbol " 0 "Of the code the second frequency 23 assigned. Accordingly, a first sub-signal 25 with the first frequency 21 sent over a first duration. Subsequently, a second partial signal 26 with a second frequency 23 sent over a second predefined duration. Following the code, the next three sub-signals 27 - 29 with the first frequency 21 each transmitted over a first duration followed by the sub-signal 30 with the second frequency 23 over a second duration and the two sub-signals 31 and 32 with the first frequency 21 over the first duration.

Das erhaltene Frequenzmuster ist entsprechend auch bei dem vom Umgebungsobjekt 6 reflektierten Ultraschallsignal, dem Echo 7, wiederzufinden. Damit ist es möglich, auch ein sehr schwaches Echo 7 in einem breitbandigen Rauschen zu identifizieren und/oder aus diesem herauszufiltern. Somit ist es möglich, auch sehr weit entfernte oder sehr kleine Umgebungsobjekte zu detektierten.The obtained frequency pattern is also corresponding to that of the environment object 6 reflected ultrasound signal, the echo 7 to find again. This makes it possible, even a very weak echo 7 identify in a broadband noise and / or filter out of this. Thus, it is possible to detect even very distant or very small environment objects.

3 zeigt eine Phasenverschiebung P bei einem wiederholten Senden eines alternativen Codes mittels eines Ultraschallsignals. Es wird ein Ultraschallsignal bestehend aus vier Teilsignalen 33 - 36 entsprechend einem Code 1101 gesendet. Bei dem direkt anschließenden zweiten Senden des Ultraschallsignals wird dessen Phase um 180 Grad gedreht. Mit dem Drehen der Phase des Ultraschallsignals werden auch die Phasen der einzelnen Teilsignale 33 - 36 entsprechend gedreht. Die einzelnen Teilsignale 33' - 36' repräsentieren auch nach der Phasenverschiebung P weiterhin den Code 1101. 3 shows a phase shift P in a repeated transmission of an alternative code by means of an ultrasonic signal. It becomes an ultrasonic signal consisting of four partial signals 33 - 36 sent according to a code 1101. In the directly subsequent second transmission of the ultrasonic signal whose phase is rotated by 180 degrees. As the phase of the ultrasonic signal is turned, the phases of the individual sub-signals also become 33 - 36 rotated accordingly. The single ones partial signals 33 ' - 36 ' even after the phase shift P continue to represent the code 1101.

4 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt 100 wird ein erstes Teilsignal 25 des Ultraschallsignals 5 mit einer ersten statischen Frequenz 21 und einer ersten vordefinierten Dauer ausgesendet. Daran anschließend wird in einem zweiten Schritt 200 ein zweites Teilsignal 26 des Ultraschallsignals 5 mit einer zweiten, von der ersten Frequenz 21 unterschiedlichen, statischen Frequenz 23 und einer zweiten vordefinierten Dauer ausgesendet. Aus dem empfangenen Echo 7 wird in einem dritten Schritt 300 das an dem Umgebungsobjekt 6 reflektierte Ultraschallsignal unter Verwendung der ersten Frequenz 21 und der zweiten Frequenz 23 identifiziert. 4 shows a flowchart of the method according to the invention. In a first step 100 becomes a first sub-signal 25 of the ultrasonic signal 5 with a first static frequency 21 and a first predefined duration. After that, in a second step 200 a second partial signal 26 of the ultrasonic signal 5 with a second, from the first frequency 21 different, static frequency 23 and a second predefined duration. From the received echo 7 will be in a third step 300 that on the environment object 6 reflected ultrasound signal using the first frequency 21 and the second frequency 23 identified.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Verfahren zur Erkennung eines Echos (7) eines Ultraschallsignals (5) umfassend die Schritte: - Aussenden (100) eines ersten Teilsignals (25) des Ultraschallsignals (5) mit einer ersten statischen Frequenz (21) und einer ersten vordefinierten Dauer, - Aussenden (200) eines zweiten Teilsignals (26) des Ultraschallsignals (5) mit einer zweiten, von der ersten Frequenz (21) unterschiedlichen, statischen Frequenz (23) und einer zweiten vordefinierten Dauer, und - Verwenden (300) der ersten Frequenz (21) und der zweiten Frequenz (23) bei einer Identifikation des an einem Umgebungsobjekt (6) reflektierten Ultraschallsignals (7).Method for detecting an echo (7) of an ultrasound signal (5) comprising the steps: Transmitting (100) a first partial signal (25) of the ultrasound signal (5) having a first static frequency (21) and a first predefined duration, - Sending (200) of a second partial signal (26) of the ultrasonic signal (5) with a second, of the first frequency (21) different, static frequency (23) and a second predefined duration, and - Using (300) the first frequency (21) and the second frequency (23) in an identification of the reflected on an environmental object (6) the ultrasonic signal (7). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ultraschallsignal (5) mittels eines ersten Ultraschallsenders (3) ausgestrahlt wird und das reflektierte Ultraschallsignal (7) mittels eines ersten Ultraschallempfängers (8) empfangen wird.Method according to Claim 1 wherein the ultrasonic signal (5) is emitted by means of a first ultrasonic transmitter (3) and the reflected ultrasonic signal (7) is received by means of a first ultrasonic receiver (8). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste vordefinierte Dauer des ersten Teilsignals (25) und/oder die zweite vordefinierte Dauer des zweiten Teilsignals (26) und/oder die Dauer des Ultraschallsignals (5) in Abhängigkeit einer Erkennung eines Vorhandenseins eines Umgebungsobjektes (6) definiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the first predefined duration of the first partial signal (25) and / or the second predefined duration of the second partial signal (26) and / or the duration of the ultrasonic signal (5) in dependence on a detection of presence of an ambient object ( 6) is defined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Frequenz (21) einem ersten Symbol (22) und die zweite Frequenz (23) einem zweiten Symbol (24) eines Codes zugeordnet ist, und wobei der Code insbesondere ein PRN-Code oder ein Gold-Code oder ein Kasami-Code oder ein anderer Pseudozufallscode ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the first frequency (21) is associated with a first symbol (22) and the second frequency (23) with a second symbol (24) of a code, and wherein the code is in particular a PRN code or a gold Code or a Kasami code or other pseudo-random code. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einem zweiten Aussenden des Ultraschallsignals (5) eine Phase des Ultraschallsignals (5) um einen vordefinierten Wert gegenüber dem zuvor gesendeten Ultraschallsignal (5) gedreht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in a second emission of the ultrasonic signal (5), a phase of the ultrasonic signal (5) is rotated by a predefined value relative to the previously transmitted ultrasonic signal (5). Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ultraschallsignal (5) wiederholt gesendet wird, bevor die Phase um den vordefinierten Wert gedreht wird und wobei insbesondere vor dem wiederholten Aussenden des Ultraschallsignals (5) eine Sendepause mit einer dritten vordefinierten Dauer eingelegt wird und wobei die dritte vordefinierte Dauer bevorzugt in Abhängigkeit zu einem zweiten Ultraschallsender (11) definiert wird.Method according to Claim 5 in which the ultrasound signal (5) is transmitted repeatedly before the phase is rotated by the predefined value, and in particular before the repeated transmission of the ultrasound signal (5) a transmission pause is inserted with a third predefined duration and wherein the third predefined duration preferably in dependence is defined to a second ultrasonic transmitter (11). Vorrichtung zur Erkennung eines Echos (7) eines Ultraschallsignals (5) umfassend: - einen Dateneingang (9), - einen Datenausgang (4), und - eine Verarbeitungseinheit (10), wobei der Datenausgang (4) eingerichtet ist, zusammen mit einem Ultraschallsender (3) ein erstes Teilsignal (25) des Ultraschallsignals (5) mit einer ersten statischen Frequenz (21) und einer ersten vordefinierten Dauer und ein zweites Teilsignal (26) des Ultraschallsignals (5) mit einer zweiten, von der ersten Frequenz (21) unterschiedlichen, statischen Frequenz (23) und einer zweiten vordefinierten Dauer zu senden, wobei der Dateneingang (9) eingerichtet ist, zusammen mit einem Ultraschallempfänger (8) ein an einem Umgebungsobjekt (6) reflektiertes Ultraschallsignal (7) zu empfangen, und wobei die Verarbeitungseinheit (10) eingerichtet ist, die erste Frequenz (21) und die zweiten Frequenz (23) bei einer Identifikation des an einem Umgebungsobjekt (6) reflektierten Ultraschallsignals (7) zu verwenden.Device for detecting an echo (7) of an ultrasound signal (5) comprising: a data input (9), a data output (4), and a processing unit (10), wherein the data output (4) is set up, together with an ultrasound transmitter (3), a first sub-signal (25) of the ultrasound signal (5) having a first static frequency (21) and a first predefined duration and a second sub-signal (26) of the ultrasound signal (3). 5) with a second static frequency (23) different from the first frequency (21) and a second predefined duration, wherein the data input (9) is arranged to receive, together with an ultrasonic receiver (8), an ultrasonic signal (7) reflected by an environmental object (6), and wherein the processing unit (10) is arranged to use the first frequency (21) and the second frequency (23) in an identification of the ultrasound signal (7) reflected at an environment object (6). Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung in einem Fortbewegungsmittel (1) dauerhaft verbaut ist und wobei insbesondere der Ultraschallsender (3) und der Ultraschallempfänger (8) an einer Außenhaut des Fortbewegungsmittels (1), insbesondere an einem Stoßfänger (2), befestigt sind.Device after Claim 7 wherein the device is permanently installed in a means of locomotion (1) and wherein in particular the ultrasound transmitter (3) and the ultrasound receiver (8) are fastened to an outer skin of the locomotion means (1), in particular to a bumper (2). Computerprogramm, welches eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.Computer program, which is set up, a method according to one of Claims 1 to 6 perform. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program is based Claim 9 is stored.
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