DE102018221267A1

DE102018221267A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Objekten

Info

Publication number: DE102018221267A1
Application number: DE102018221267.8A
Authority: DE
Inventors: Dominik Maximilian Martin Vock; Heiko Gustav Kurz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Objekten (10) mittels mindestens zweier Mobilfunkantennen (2) und einer Auswerteeinheit (3), wobei mittels der zwei Mobilfunkantennen (2) Sende-Signale (3Ad, 3Bd) mindestens einer Mobilfunkstation (A, B) direkt empfangen sowie von mindestens einem Objekt (10) reflektierte Sende-Signale (3Ar, 3Br) der Mobilfunkstation (A, B) empfangen werden, um daraus auf das Vorhandensein eines Objekts (10) zu schließen, sowie eine Vorrichtung (1) zur Erfassung von Objekten (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten.
Vorrichtungen zur Erfassung von Objekten werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen für Fahrerassistenzsysteme benötigt oder aber auch für teil- oder vollautomatisiert fahrende Kraftfahrzeuge. Dabei kommen üblicherweise mehrere Vorrichtungen unterschiedlicher Technologien zum Einsatz, deren Daten fusioniert werden oder in unterschiedlichen Situationen zur Anwendung kommen. Dabei können Daten einzelner Vorrichtungen auch nur zur Plausibilisierung von Daten anderer Vorrichtungen dienen. Bekannte Vorrichtungen sind beispielsweise als Kameras, Radar- oder Lidar-Sensoren oder Ultraschall-Sensoren ausgebildet.
Aktive Radarsysteme sind relativ kostenintensiv im Vergleich zu GPS- oder Mobilfunkantennen. Aufgrund der hohen Frequenzen von beispielsweise 24 GHz/77 GHz sind Antennenarrays zur Erhöhung der Auflösung relativ aufwendig, da die Abstände relativ gering sein müssen. Des Weiteren ist die Signalauswertung komplex. Schließlich benötigen Radarsysteme relativ viel Bauraum von ca. 10 × 10 × 5 cm³.
Aus der DE 10 2016 208 808 A1 ist eine Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt, wobei der Verkehrsteilnehmer ein Kommunikationssignal aussendet. Die Sensorvorrichtung weist eine erste Antenne und eine zweite Antenne auf, wobei die erste Antenne und die zweite Antenne ausgebildet sind, das Kommunikationssignal mit einem Phasenversatz zu empfangen. Weiter weist die Vorrichtung einen Prozessor auf, welcher ausgebildet ist, auf der Basis des Phasenversatzes zwischen dem an der ersten Antenne empfangenen Kommunikationssignal und dem an der zweiten Antenne empfangenen Kommunikationssignal eine Aussenderichtung des Kommunikationssignals zu ermitteln. Weiter weist die Sensorvorrichtung einen Abstandssensor auf, welcher ausgebildet ist, winkelabhängige Abstandsmessgrößen der Fahrzeugumgebung zu erfassen. Weiter ist der Prozessor ausgebildet, eine Position des Verkehrsteilnehmers auf der Basis der Aussenderichtung des Kommunikationssignals und der winkelabhängigen Abstandsmessgrößen der Fahrzeugumgebung zu ermitteln.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Erfassung von Objekten zur Verfügung zu stellen sowie eine alternative Vorrichtung zu schaffen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren zur Erfassung von Objekten erfolgt mittels mindestens zweier Mobilfunkantennen und einer Auswerteeinheit, wobei mittels der mindestens zwei Mobilfunkantennen Sende-Signale mindestens einer Mobilfunkstation direkt empfangen werden sowie von mindestens einem Objekt reflektierte Sende-Signale der Mobilfunkstation empfangen werden, um daraus auf das Vorhandensein eines Objekts zu schließen. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es sich einfach und kostengünstig implementieren lässt. Mobilfunkantennen und deren Auswerteeinheiten sind kostengünstiger als aktive Radarantennen oder GPS-Antennen. Dabei funktioniert das Verfahren rein passiv, d.h., es wird keine Strahlung emittiert, sondern nur empfangen. Aufgrund der Tatsache, dass die Mobilfunkfrequenzen erheblich niedriger sind als die von aktiven Radarsensoren oder auch GPS-Signalen, erleichtern sich auch die baulichen Anforderungen an ein Mobilfunkantennenarray. Es kann also sehr viel einfacher ein Antennenarray gebaut werden, um die räumliche Auflösung bei der Detektion von Objekten zu erhöhen, wenn die Antennen beispielsweise einen λ/2-Abstand aufweisen sollen oder einen noch kleineren Abstand aufweisen sollen, um eine Überabtastung zu erreichen. Die Unterscheidung, ob es sich bei den empfangenen Signalen um direkt empfangene oder reflektierte Signale handelt, kann dabei beispielsweise anhand von Laufzeitunterschieden getroffen werden. Die Mobilfunkstationen senden eindeutige Kennungen bzw. Codierungen, anhand der die Mobilfunkstation identifiziert werden kann. Neben den Laufzeiten kann die Amplitude der empfangenen Sende-Signale herangezogen werden. Vereinfacht ausgedrückt wird ein von einem Objekt reflektiertes Sende-Signal später und mit einer geringeren Amplitude empfangen als das direkt empfangene Signal. Aufgrund der eindeutigen Kennungen können auch zuverlässig Sende-Signale von unterschiedlichen Mobilfunkstationen unterschieden werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gegenüber Auswertungen von GPS-Signalen ist die höhere Verfügbarkeit von Sende-Signalen von Mobilfunkstationen in der Stadt und Tunneln. Schließlich hat das Verfahren gegenüber der DE 10 2016 208 808 A1 den Vorteil, dass auch Objekte erfasst werden, die kein Mobilfunkendgerät aufweisen. Des Weiteren werden Mobilfunkgeräte selbst nicht als Objekt erfasst, d.h. erfindungsgemäß werden verlorengegangene Mobilfunkendgeräte ignoriert, da diese aufgrund ihrer geringen räumlichen Ausdehnung keine Sende-Signale nennenswert reflektieren. Verliert nun also beispielsweise ein Fußgänger sein Smartphone, so würde die DE 10 2016 208 808 A1 das Smartphone tracken, wohingegen erfindungsgemäß weiterhin der Fußgänger getrackt wird.
In einer Ausführungsform wird aus den Laufzeitunterschieden zwischen direkten und reflektierten Sende-Signalen auf die Entfernung des Objekts geschlossen.
In einer weiteren Ausführungsform wird aus den Laufzeitunterschieden des reflektierten Signals an den mindestens zwei Mobilfunkantennen auf die Richtung des Objekts geschlossen.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels eines Vergleichs der Amplituden von direkt empfangenen Sende-Signalen und reflektiertem Sende-Signal eine Klassifikation des Objekts durchgeführt, beispielsweise ob es sich um einen Fußgänger oder ein Kraftfahrzeug handelt. Mittels eines Vergleichs der Amplituden an den mehreren Mobilfunkantennen kann auch eine Unterscheidung getroffen werden, ob das reflektierte Signal einmal oder mehrfach reflektiert wurde.
In einer weiteren Ausführungsform werden mittels compressive sensing-Algorithmen, Plausibilitätsbetrachtungen und/oder Auswertungen von Polarisationsinformationen mehrfach reflektierte Sende-Signale erfasst.
In einer weiteren Ausführungsform werden zusätzlich Sendesignale eines Mobilfunk-Endgeräts empfangen und für Plausibilisierungszwecke genutzt. So kann beispielsweise eine Objektklassifikation anhand der Daten plausibilisiert werden. Aber auch die Objekterfassung an sich kann plausibilisiert werden. Wird nun beispielsweise anhand der direkt und reflektierten Sende-Signale ein Objekt ermittelt, so wird durch die zusätzlich empfangenen Sendesignale eines Mobilfunk-Endgeräts diese Objekterkennung plausibilisiert bzw. verifiziert.
Hinsichtlich der Vorrichtung kann voll inhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist der Einsatz der Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Situation zur Erläuterung des Verfahrens und der Vorrichtung.

In der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Erfassung von Objekten 10 dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist mindestens zwei Mobilfunkantennen 2 sowie eine Auswerteeinheit 3 auf. Weiter sind zwei Mobilfunkstationen A, B dargestellt, die Sende-Signale 3A, 3B ausstrahlen. Dabei empfangen die Mobilfunkantennen 2 jeweils direkt ein Sende-Signal 3Ad, 3Bd von den Mobilfunkstationen A, B. Des Weiteren werden Sende-Signale 3A, 3B von einem Objekt 10 reflektiert und von den Mobilfunkantennen 2 als reflektierte Sende-Signale 3Ar und 3Br empfangen. Anhand der eindeutigen Kennungen kann die Auswerteeinheit 3 die Sende-Signale 3A und 3B der beiden Mobilfunkstationen A, B unterscheiden. Durch Auswertung der Laufzeitunterschiede zwischen den Sende-Signalen 3Ad und 3Ar sowie des Phasenversatzes der empfangenen Sende-Signale zwischen den Mobilfunkantennen 2 kann auf Entfernung und Richtung des Objekts 10 geschlossen werden. Neben den Laufzeiten kann auch die Amplitude der empfangenen Sende-Signale ausgewertet werden, um beispielsweise das Objekt 10 zu klassifizieren. Dabei wird ausgenutzt, dass verschiedene Objekte 10 unterschiedliche Reflexionsfaktoren aufweisen. Schließlich können die Mobilfunkantennen 2 auch direkt vom Objekt 10 gesendete Sende-Signale 11 empfangen. Die Auswerteeinheit 3 kann dann diese Information zur Plausibilisierung ihrer Objekterkennung anhand der Sende-Signale 3A, 3B verwenden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016208808 A1 [0004, 0007]

Claims

Verfahren zur Erfassung von Objekten (10) mittels mindestens zweier Mobilfunkantennen (2) und einer Auswerteeinheit (3), wobei mittels der zwei Mobilfunkantennen (2) Sende-Signale (3Ad, 3Bd) mindestens einer Mobilfunkstation (A, B) direkt empfangen sowie von mindestens einem Objekt (10) reflektierte Sende-Signale (3Ar, 3Br) der Mobilfunkstation (A, B) empfangen werden, um daraus auf das Vorhandensein eines Objekts (10) zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Laufzeitunterschieden zwischen direkten und reflektierten Sende-Signalen (3Ad, 3Bd; 3Ar, 3Br) auf die Entfernung des Objekts (10) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Laufzeitunterschieden des reflektierten Sende-Signals (3Ar, 3Br) an den mindestens zwei Mobilfunkantennen (2) auf die Richtung des Objekts (10) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Vergleichs der Amplituden von direkt empfangenem Sende-Signal (3Ad, 3Bd) und reflektiertem Sende-Signal (3Ar, 3Br) eine Klassifikation des Objekts (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels compressive sensing-Algorithmen, Plausibilitätsbetrachtungen und/oder Auswertungen der Polarisationen mehrfach reflektierte Sende-Signale erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sendesignale (11) eines Mobilfunk-Endgerätes empfangen werden und für Plausibilisierungszwecke genutzt werden.
Vorrichtung (1) zur Erfassung von Objekten (10), umfassend mindestens zwei Mobilfunkantennen (2) und eine Auswerteeinheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) derart ausgebildet ist, Sende-Signale (3Ad, 3Bd) mindestens einer Mobilfunkstation (A, B) direkt zu empfangen sowie von mindestens einem Objekt (10) reflektierte Sende-Signale (3Ar, 3Br) der Mobilfunkstation (A, B) zu empfangen, um daraus auf das Vorhandensein eines Objekts (10) zu schließen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) derart ausgebildet ist, aus den Laufzeitunterschieden zwischen direkten und reflektierten Sende-Signalen (3Ad, 3Bd; 3Ar, 3Br) auf die Entfernung des Objekts (10)zu schließen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) derart ausgebildet ist, aus den Laufzeitunterschieden des reflektierten Sende-Signals (3Ar, 3Br) an den mindestens zwei Mobilfunkantennen (2) auf die Richtung des Objekts (10) zu schließen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) derart ausgebildet ist, mittels eines Vergleichs der Amplituden von direkt empfangenem Sende-Signal (3Ad, 3Bd) und reflektiertem Sende-Signal (3Ar, 3Br) eine Klassifikation des Objekts (10) durchzuführen.