DE102021212964B4

DE102021212964B4 - Verfahren zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zweier mobiler Vorrichtungen

Info

Publication number: DE102021212964B4
Application number: DE102021212964.1A
Authority: DE
Inventors: Khaled Shawky HASSAN; Maximilian STARK; Soheil Gherekhloo
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2041-11-19
Also published as: WO2023088796A1; DE102021212964A1

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung (12) mit einer Sendeeinheit (14) und einer zweiten mobilen Vorrichtung (22) mit einer Empfangseinheit (24), mit folgenden Schritten:- Empfangen einer Dopplerinformation bezüglich einer Dopplerverschiebung eines von der Sendeeinheit (14) der ersten mobilen Vorrichtung (12) an die Empfangseinheit (24) der zweiten mobilen Vorrichtung (22) drahtlos übertragenen Signals (S1);- Empfangen einer ersten Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der ersten mobilen Vorrichtung (12);- Empfangen einer zweiten Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der zweiten mobilen Vorrichtung (22); und- Ermitteln einer Einfallswinkelinformation bezüglich eines Einfallswinkels des drahtlos übertragenen Signals (S1) unter Verwendung der empfangenen Dopplerinformation und der empfangenen ersten und zweiten Bewegungsinformation mittels einer Recheneinheit (28), um basierend auf der ermittelten Einfallswinkelinformation die Anordnungsinformation bezüglich der Relativanordnung zwischen der ersten mobilen Vorrichtung (12) und der zweiten mobilen Vorrichtung (22) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Recheneinheit zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung mit einer Sendeeinheit und einer zweiten mobilen Vorrichtung mit einer Empfangseinheit. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch eine mobile Vorrichtung und ein System umfassend die mobile Vorrichtung, sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Bekannt sind Verfahren zum Ermitteln eines Auftreffwinkels eines einfallenden Funksignals unter Verwendung von Antennenarrays. Hierbei wird das Funksignal von mehreren Antennen des Antennenarrays gleichzeitig empfangen und anhand der ermittelten Phasendifferenzen der Winkel ermittelt, unter welchem das Funksignal auf das Antennenarray trifft.
Die Druckschrift US 10 621 868 B2 offenbart ein Verfahren zum Detektieren eines Fehlerverhaltens eines Fahrzeugs.
Die Druckschrift EP 2 783 236 B1 offenbart ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Objekten mittels Kommunikationssignalen.
Die Druckschrift DE 10 2013 207 587 A1 offenbart ein autonomes Fahrzeug-Positionsbestimmungssystem zur Fehlverhaltensdetektion.
Die Druckschrift EP 2 593 807 B1 offenbart ein Verfahren zur Validierung einer Fahrzeug-zu-X-Botschaft.
Die Druckschrift DE 10 2013 217 869 A1 offenbart ein Verfahren zur Validierung eines Dateninhalts eines drahtlos empfangenen Kommunikationssignals.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung mit einer Sendeeinheit und einer zweiten mobilen Vorrichtung mit einer Empfangseinheit gemäß dem Anspruch 1.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Recheneinheit zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung mit einer Sendeeinheit und einer zweiten mobilen Vorrichtung mit einer Empfangseinheit gemäß dem Anspruch 8.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegenden Erfindung eine mobile Vorrichtung gemäß dem Anspruch 9, wobei die mobile Vorrichtung eine Empfangseinheit und die Recheneinheit gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung mit einer Sendeeinheit und einer zweiten mobilen Vorrichtung mit einer Empfangseinheit gemäß dem Anspruch 10, wobei das System die erste mobile Vorrichtung mit der Sendeeinheit und die zweite mobile Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst.
Unter einer mobilen Vorrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine bewegbare Vorrichtung verstanden werden, welche tragbar, fahrbar oder fliegbar ist. Die mobile Vorrichtung kann eine Antriebseinheit zur Bewegung der mobilen Vorrichtung umfassen. Die mobile Vorrichtung kann bspw. ein Fahrzeug oder Flugzeug sein. Denkbar ist auch, dass die mobile Vorrichtung keine eigene Antriebseinheit zur Bewegung der Vorrichtung umfasst. Bspw. kann die Vorrichtung auch ein mobiles Benutzergerät wie ein Smartphone sein.
Die Relativanordnung zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung kann eine räumlichen Anordnung der ersten mobilen Vorrichtung relativ zu der zweiten mobilen Vorrichtung und/oder eine räumlichen Anordnung der zweiten mobilen Vorrichtung relativ zu der ersten mobilen Vorrichtung sein. Die Relativanordnung kann durch eine Richtungsinformation bezüglich einer räumlichen Richtung einer virtuellen Verbindungslinie zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung repräsentiert werden. Bspw. kann die Richtungsinformation eine Winkelangabe umfassen bezüglich eines Winkels, unter welchem sich die erste bzw. zweite mobile Vorrichtung relativ zu der zweiten bzw. ersten mobilen Vorrichtung befindet bzw. angeordnet ist. Bevorzugt umfasst die Relativanordnung eine Relativposition zwischen der ersten und zweiten mobilen Vorrichtung. Das heißt, mit anderen Worten, die Relativanordnung kann, insbesondere zusätzlich zu der Winkelangabe, durch eine Abstandsinformation bezüglich eines räumlichen Abstands zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung repräsentiert werden.
An der ersten mobilen Vorrichtung ist eine Sendeeinheit angeordnet. An der zweiten mobilen Vorrichtung ist eine Empfangseinheit angeordnet.
Die Sendeeinheit kann Teil einer Kommunikationseinheit der ersten mobilen Vorrichtung sein, wobei die Kommunikationseinheit eine an der ersten mobilen Vorrichtung angeordnete Empfangseinheit umfasst. Die Sendeeinheit der ersten mobilen Vorrichtung kann identisch mit oder verschieden von der Empfangseinheit der ersten mobilen Vorrichtung sein. Denkbar ist, dass die Sendeeinheit der ersten mobilen Vorrichtung als eine Sende- und Empfangseinheit ausgebildet ist.
Die Empfangseinheit kann Teil einer Kommunikationseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung sein, wobei die Kommunikationseinheit eine an der zweiten mobilen Vorrichtung angeordnete Sendeeinheit umfasst. Die Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung kann identisch mit oder verschieden von der Sendeeinheit der zweiten mobilen Vorrichtung sein. Denkbar ist, dass die Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung als eine Sende- und Empfangseinheit ausgebildet ist.
Die Sendeeinheit ist ausgebildet, ein drahtloses Signal abzugeben, insbesondere zu erzeugen. Die Empfangseinheit ist ausgebildet, ein drahtloses Signal zu empfangen. Bevorzugt weisen die Sendeeinheit und die Empfangseinheit je eine Funkschnittstelle, insbesondere eine Antenne auf.
Das drahtlose Signal ist bevorzugt als ein elektromagnetisches Signal, insbesondere als Funksignal, bspw. als Mobilfunksignal, WLAN-Signal oder Nahfeldkommunikationssignal, als optisches Signal, bspw. als Lichtsignal oder Lasersignal, oder als Radarsignal ausgebildet. Denkbar ist auch, dass das drahtlose Signal als akustisches Signal, bspw. als Ultraschallsignal, ausgebildet ist. Aufgrund einer Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung erfährt das drahtlos übertragene Signal eine Dopplerverschiebung.
Das Empfangen einer Dopplerinformation bezüglich einer Dopplerverschiebung eines von der Sendeeinheit der ersten mobilen Vorrichtung an die Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung drahtlos übertragenen Signals kann ein Einlesen oder Bereitstellen, insbesondere mittels einer Hardware- und/oder Softwareschnittstelle der Recheneinheit, bevorzugt ein Ermitteln bzw. Berechnen der Dopplerinformation umfassen.
Das Verfahren kann einen Schritt des Empfangens des von der Sendeeinheit der ersten mobilen Vorrichtung an die Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung drahtlos übertragenen Signals umfassen. Weiter kann das Verfahren einen Schritt des Erfassens, insbesondere Messens, und/oder Ermittelns einer Frequenz des empfangenen drahtlosen Signals umfassen. Darüber hinaus kann das Verfahren einen Schritt des Ermittelns einer Frequenzverschiebung, insbesondere einer Dopplerverschiebung, des empfangenen drahtlos übertragenen Signals relativ zu einer vorgegebenen Referenzfrequenz, bspw. einer Trägerfrequenz, umfassen, um die Dopplerinformation zu ermitteln. Die Dopplerinformation kann bspw. basierend auf einer Kanalschätzung eines zur Übertragung des drahtlos übertragenen Signals verwendeten Kanals ermittelt werden.
Das Empfangen der ersten bzw. zweiten Bewegungsinformation kann ein Einlesen oder Bereitstellen der ersten bzw. zweiten Bewegungsinformation, insbesondere mittels einer Hardware- und/oder Softwareschnittstelle der Recheneinheit, umfassen. Die Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der jeweiligen Trägerplattform umfasst bevorzugt einen aktuellen Wert der Geschwindigkeit und einen aktuellen Wert der räumlichen Richtung, entlang welcher sich die Trägerplattform bewegt bzw. bewegt wird. Hierzu kann das Verfahren einen Schritt des Erfassens und/oder Ermittelns der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung der ersten und/oder zweiten mobilen Trägerplattform umfassen. Denkbar ist, dass die Geschwindigkeit mittels einer Sensoreinheit der jeweiligen mobilen Vorrichtung erfasst wird. Denkbar ist weiter, dass die Bewegungsrichtung mittels eines Kompasses der jeweiligen mobilen Vorrichtung erfasst wird. Je geringer der zeitliche Abstand zwischen dem Erfassen der ersten Bewegungsinformation, dem Erfassen der zweiten Bewegungsinformation und dem Ermitteln der Dopplerverschiebung gewählt wird, desto präziser kann die Anordnungsinformation ermittelt werden.
Unter einem Einfallswinkel bzw. Empfangswinkel bzw. Ankunftswinkel bzw. Auftreffwinkel kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Winkel verstanden werden, unter welchem das drahtlos übertragene Signal von der zweiten mobilen Vorrichtung empfangen wird bzw. unter welchem das drahtlos übertragene Signal auf die zweite mobile Vorrichtung trifft bzw. einfällt. Hierbei repräsentiert der Einfallswinkel einem Winkel relativ zu einer vorgegebenen Richtung, bevorzugt einer Bewegungsrichtung der zweiten mobilen Vorrichtung.
Das Ermitteln der Einfallswinkelinformation bezüglich des Einfallswinkels des drahtlos übertragenen Signals, insbesondere auf die Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung, kann ein Berechnen des Einfallswinkels unter Verwendung der empfangenen Dopplerinformation und der empfangenen ersten und zweiten Bewegungsinformation mittels der Recheneinheit umfassen. Hierzu können die Dopplerinformation, die erste und die zweite Bewegungsinformation der Recheneinheit bereitgestellt bzw. von der Recheneinheit empfangen werden. Eingangsgrößen für das Ermitteln der Einfallswinkelinformation umfassen bevorzugt die jeweilige Geschwindigkeit und die jeweilige Bewegungsrichtung der ersten und zweiten mobilen Vorrichtung sowie die Dopplerverschiebung des drahtlos übertragenen Signals.
Denkbar ist, dass zum Ermitteln der Einfallswinkelinformation eine oder mehrere zusätzliche Informationen berücksichtigt werden, bspw. eine bereitgestellte GNSS-Position der ersten und/oder zweiten mobilen Vorrichtung, Kartendaten bezüglich einer Umgebung der ersten und/oder zweiten mobilen Vorrichtung, ein zeitlicher Verlauf von zuvor ermittelten Einfallswinkeln auf die Empfangseinheit.
Im Schritt des Ermittelns der Anordnungsinformation bezüglich der Relativanordnung zwischen der ersten mobilen Vorrichtung und der zweiten mobilen Vorrichtung wird basierend auf der ermittelten Einfallswinkelinformation mittels der Recheneinheit die Anordnungsinformation ermittelt bzw. berechnet. Denkbar ist, dass die Anordnungsinformation der Einfallswinkelinformation entspricht. Das heißt, mit anderen Worten, die Relativanordnung zwischen den mobilen Vorrichtungen kann durch eine Angabe bezüglich des ermittelten Einfallswinkels repräsentiert werden. Denkbar ist auch, dass zum Ermitteln der Anordnungsinformation ein oder mehrere zusätzliche Informationen, bspw. eine Abstandsinformation bezüglich eines räumlichen Abstands zwischen den mobilen Vorrichtungen berücksichtigt wird.
Die Recheneinheit zum Ermitteln der Anordnungsinformation ist bevorzugt an der zweiten mobilen Vorrichtung angeordnet. Denkbar ist, dass die Recheneinheit Teil der Empfangseinheit und/oder der Kommunikationseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung ist. Die Recheneinheit kann auch abseits der zweiten mobilen Vorrichtung angeordnet und von einem Server-Backend oder einer Cloud-Computing-Einheit umfasst sein. Die Recheneinheit umfasst ein oder mehrere Hardware- und/oder Software-Schnittstellen, um die Dopplerinformation und die erste und zweite Bewegungsinformation zu empfangen bzw. einzulesen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Recheneinheit ermöglichen eine hochpräzise und robuste Ermittlung des Einfallswinkels eines Signals auf eine Empfangseinheit, selbst wenn die Empfangseinheit nur eine einzelne Antenne aufweist. Dadurch ist insbesondere kein Antennenarray an der Empfangseinheit zur Ermittlung des Einfallswinkels erforderlich, sodass die Empfangseinheit kompakt und leicht realisiert werden kann.
Von Vorteil ist es, wenn das Verfahren einen Schritt des Empfangens

- des von der Sendeeinheit an die Empfangseinheit drahtlos übertragenen Signals und/oder
- eines weiteren von der Sendeeinheit an die Empfangseinheit drahtlos übertragenen Signals,

Bevorzugt umfasst das drahtlos übertragene und/oder das weitere drahtlos übertragene Signal die erste Bewegungsinformation in codierter oder uncodierter Form. Hierbei kann die erste Bewegungsinformation unter Verwendung einer Nachricht einer Facility-Schicht eines C-ITS-Standards (Cooperative Intelligent Transport Systems), bspw. einer CAM-Nachricht (Cooperative Awareness Message) oder einer CPM-Nachricht (Collective Perception Message), übertragen werden. In diesem Fall kann die empfangene erste Bewegungsinformation an der Empfangseinheit mittels einer geeigneten Schnittstelle von der Facility-Schicht an eine Access-Schicht bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Bewegungsinformation unter Verwendung einer Nachricht einer Bitübertragungsschicht (Physical Layer) gemäß eines C-ITS-Standards übertragen werden. Dadurch resultiert eine besonders geringe Latenz beim Ermitteln der Anordnungsinformation.
Durch diese Ausgestaltung können beim Ermitteln der Einfallswinkelinformation aktuelle Werte der Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der ersten mobilen Vorrichtung berücksichtigt werden, um die Anordnungsinformation mit hoher Genauigkeit zu ermitteln.
Von Vorteil ist es auch, wenn das Verfahren einen Schritt des Empfangens einer Abstandsinformation bezüglich eines räumlichen Abstands zwischen, insbesondere der Sendeeinheit, der ersten mobilen Vorrichtung und, insbesondere der Empfangseinheit, der zweiten mobilen Vorrichtung umfasst, wobei das Ermitteln der Anordnungsinformation ein Ermitteln einer räumlichen Position der zweiten mobilen Vorrichtung relativ zu der ersten mobilen Vorrichtung unter Verwendung der ermittelten Einfallswinkelinformation und der empfangenen Abstandsinformation umfasst. Das Empfangen der Abstandsinformation kann ein Einlesen oder Bereitstellen der Abstandsinformation, insbesondere mittels einer Hardware- und/oder Softwareschnittstelle, der Recheneinheit umfassen. Die Abstandsinformation kann eine Angabe einer Entfernung zwischen, insbesondere der Sendeeinheit, der ersten mobilen Vorrichtung und, insbesondere der Empfangseinheit, der zweiten mobilen Vorrichtung umfassen. Die Abstandsinformation kann beispielsweise basierend auf einer Umlaufzeit eines zwischn der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung umlaufenden Signals ermittelt werden. Durch diese Ausgestaltung kann eine Lokalisierung der mobilen Vorrichtung relativ zueinander erfolgen, wodurch eine drahtlose Kommunikation zwischen den mobilen Vorrichtungen und/oder ein Betrieb der jeweiligen mobilen Vorrichtung basierend auf der Lokalisierung angepasst werden kann.
Von Vorteil ist es weiter, wenn

- die Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung eine erste Antenne und eine von der ersten Antenne räumlich beabstandete zweite Antenne umfasst,
- die Dopplerinformation eine Information bezüglich der Dopplerverschiebung des drahtlos übertragenen Signals an der ersten Antenne und eine Information bezüglich der Dopplerverschiebung des drahtlos übertragenen Signals an der zweiten Antenne umfasst,
- die Einfallswinkelinformation eine Information bezüglich eines Einfallswinkels des drahtlos übertragenen Signals auf die erste Antenne und eine Information bezüglich eines Einfallswinkels des drahtlos übertragenen Signals auf die zweite Antenne umfasst, und
- die Anordnungsinformation ferner basierend auf einer Antenneninformation bezüglich einer Relativanordnung der ersten und der zweiten Antenne an der Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung ermittelt wird.

Die Dopplerverschiebung des drahtlos übertragenen Signals an der ersten Antenne ist bevorzugt verschieden von der Dopplerverschiebung des drahtlos übertragenen Signals an der zweiten Antenne. Der Einfallswinkel des drahtlos übertragenen Signals auf die erste Antenne ist bevorzugt verschieden von dem Einfallswinkel des drahtlos übertragenen Signals auf die zweite Antenne. Die Antenneninformation bezüglich der, insbesondere statischen bzw. zeitlich unveränderten, Relativanordnung der ersten und zweiten Antenne an der Empfangseinheit kann bspw. aus einer Speichereinheit der zweiten mobilen Vorrichtung ausgelesen werden.
Das Ermitteln der Anordnungsinformation kann ein Ermitteln der Relativanordnung basierend auf dem Einfallswinkel des drahtlos übertragenen Signals auf die erste Antenne und ein Ermitteln der Relativanordnung basierend auf dem Einfallswinkel des drahtlos übertragenen Signals auf die zweite Antenne umfassen. Hierbei kann eine Plausibilisierung der ermittelten Relativanordnungen unter Verwendung der Antenneninformation erfolgen.
Vorteilhafterweise umfasst die Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung mehrere, insbesondere mehr als zwei, räumlich beabstandete Antennen, wobei

- die Dopplerinformation eine Information bezüglich der jeweiligen Dopplerverschiebung des drahtlos übertragenen Signals an den mehreren Antennen umfasst,
- die Einfallswinkelinformation eine Information bezüglich eines jeweiligen Einfallswinkels des drahtlos übertragenen Signals auf die jeweilige Antenne umfasst, und
- die Anordnungsinformation ferner basierend auf einer Antenneninformation bezüglich einer Relativanordnung der mehreren Antennen an der Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung ermittelt wird.

Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren wiederholt ausgeführt werden, um einen zeitlichen Verlauf des Einfallswinkels und/oder einer räumlichen Position der zweiten mobilen Vorrichtung zu ermitteln. Der zeitliche Verlauf des Einfallswinkel und/oder der räumlichen Position der zweiten mobilen Vorrichtung kann bspw. unter Verwendung eines insbesondere dynamischen Bewegungsmodells für eine Bewegung der ersten und/oder zweiten mobilen Vorrichtung (bspw. Tracking) plausibiliert werden, um mögliche Uneindeutigkeiten beim Ermitteln des Einfallswinkels aufzulösen. Denkbar ist auch, dass alternativ oder zusätzliche zusätzliche Sensordaten einer insbesondere an der ersten mobilen Vorrichtung angeordneten Sensoreinheit verwendet werden, um mögliche Uneindeutigkeiten beim Ermitteln des Einfallswinkels aufzulösen.
Von Vorteil ist es außerdem, wenn das Verfahren einen Schritt des Ausgebens eines Signals an eine Einheit der zweiten mobilen Vorrichtung basierend auf der ermittelten Anordnungsinformation umfasst. Das ausgegebene Signal kann ein drahtloses oder drahtgebundenes Signal sein. Die Einheit der zweiten mobilen Vorrichtung kann eine oder mehrere Einheiten sein, ausgewählt aus: Empfangseinheit, Kommunikationseinheit, Anzeigeeinheit, Antriebseinheit, Bremseinheit, Lenkeinheit. Das Signal kann abhängig von einem Wert der ermittelten Anordnungsinformation relativ zu einem vorgegebenen Referenzwert an ein oder mehrere definierte Einheiten der zweiten mobilen Vorrichtung ausgegeben oder überhaupt nicht ausgegeben werden.
Das ausgegebene Signal kann die ermittelte Anordnungsinformation umfassen. Denkbar ist, dass das Signal als Informationssignal ausgebildet ist und eine auf der ermittelten Anordnungsinformation basierende Größe mittels einer Ausgabeeinheit, insbesondere einer optischen und/oder akustischen und/oder haptischen Ausgabeeinheit ausgegeben wird. Durch diese Ausgestaltung kann ein Bediener bzw. Benutzer der zweiten mobilen Vorrichtung eine Reaktion auf die ausgegebene Anordnungsinformation einleiten.
Von Vorteil ist es hierbei, wenn ansprechend auf das ausgegebene, insbesondere als Steuersignal ausgebildete, Signal die Einheit der zweiten mobilen Vorrichtung, insbesondere die Empfangseinheit und/oder eine die Empfangseinheit umfassende Kommunikationseinheit und/oder eine Anzeigeeinheit und/oder eine Antriebseinheit und/oder eine Bremseinheit und/oder eine Lenkeinheit der zweiten mobilen Vorrichtung, gesteuert wird. Das Steuern der Einheit kann ein Steuern basierend auf einem Wert der ermittelten Anordnungsinformation, insbesondere relativ zu einem vorgegebenen Referenzwert, umfassen. Bspw. kann bei Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalabstands zwischen den mobilen Vorrichtungen ansprechend auf das Steuersignal ein Eingriff in die Lenkeinheit und/oder Bremseinheit und/oder Antriebseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung erfolgen, um den Abstand zwischen den mobilen Vorrichtungen zu erhöhen. Durch diese Ausgestaltung kann die Sicherheit beim Betrieb der zweiten mobilen Vorrichtung erhöht werden.
Von Vorteil ist es hierbei auch, wenn mittels des auf dem ausgegebenen Signal basierenden Steuerns der die Empfangseinheit umfassenden Kommunikationseinheit ein drahtloses Rücksignal an die erste mobile Vorrichtung abgegeben wird, wobei das Rücksignal in eine abhängig von der ermittelten Anordnungsinformation ermittelte Richtung abgegeben wird. Das heißt, mit anderen Worten, basierend auf der ermittelten Anordnungsinformation wird ansprechend auf das ausgegebene Signal die Kommunikationseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung gesteuert, um das drahtlose Rücksignal gezielt in Richtung der ersten mobilen Vorrichtung abzugeben. Hierzu kann die Kommunikationseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung, insbesondere eine Sendeeinheit der Kommunikationseinheit, ausgebildet und eingerichtet sein, ansprechend auf die bereitgestellte Anordnungsinformation eine Strahlformung des Rücksignals vorzunehmen. Durch diese Ausgestaltung kann eine Kommunikation zwischen den mobilen Vorrichtungen verbessert werden, indem die Kommunikationsgüte erhöht und vorhandene Kommunikationsressourcen effizient eingesetzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann mittels des auf dem ausgegebenen Signal basierenden Steuerns der Empfangseinheit eine Empfangsleistung der Empfangseinheit reduziert und/oder Interferenzen beim Empfangen von Signalen der Sendeeinheit reduziert werden. Hierzu kann ansprechend auf das ausgegebene Signal ein empfangseinheitseitiges digitales Beamforming erfolgen, um einen Empfangsstrahl bzw. eine Empfangskeule der Empfangseinheit basierend auf dem ermittelten Einfallswinkel auszurichten.
Vorteilhaft ist es, wenn die Sendeeinheit der von dem System umfassten ersten mobilen Vorrichtung eingerichtet ist, das drahtlose Signal und/oder ein weiteres drahtloses Signal an die Empfangseinheit abzugeben, wobei die zweite Bewegungsinformation von dem drahtlos übertragenen Signal und/oder dem weiteren drahtlos übertragenen Signal umfasst wird. Dadurch ist das System eingerichtet, beim Ermitteln der Einfallswinkelinformation aktuelle Werte der Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der ersten mobilen Vorrichtung zu berücksichtigen, um die Anordnungsinformation mit hoher Genauigkeit zu ermitteln.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm und/oder ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle bzw. Programmcode, die bei der Ausführung durch eine Recheneinheit diese veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen und/oder zu steuern. Die Befehle bzw. der Programmcode können auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein. Die Befehle bzw. der Programmcode können zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, insbesondere wenn das Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein System zum Ermitteln einer Anordnungsinformation gemäß einer Ausführungsform;
2 eine Relativanordnung der mobilen Vorrichtungen aus 1 gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine Relativanordnung der mobilen Vorrichtungen aus 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Anordnungsinformation gemäß einer Ausführungsform.

1 zeigt ein als Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk 10 ausgebildetes System 10 umfassend eine als erstes Fahrzeug 12 ausgebildete erste mobile Vorrichtung 12 und eine als zweites Fahrzeug 22 ausgebildete zweite mobile Vorrichtung 22.
Das Kommunikationsnetzwerk 10 ist eingerichtet, eine direkte bzw. unmittelbare Kommunikationsverbindung bspw. gemäß 5G New Radio Sidelink, zwischen den zwei mobilen Vorrichtung 12, 22 zu ermöglichen. Hierbei werden Funksignale unmittelbar, d.h. ohne eine zwischengeschaltete Basisstation, zwischen den mobilen Vorrichtungen 12, 22 ausgetauscht.
Das erste Fahrzeug 12 umfasst eine erste fahrzeugseitige Kommunikationseinheit 14 mit einer ersten Antenne 16 und einer ersten Recheneinheit 18. Das zweite Fahrzeug 22 umfasst eine zweite fahrzeugseitige Kommunikationseinheit 24 mit einer zweiten Antenne 26 und einer zweiten Recheneinheit 28.
Die erste und zweite Recheneinheit 18, 28 sind eingerichtet, unter Verwendung der ersten und zweiten Antenne 16, 26 eine Drahtloskommunikationsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrzeug 12, 22 bereitzustellen. Hierbei wird ein, insbesondere als Funksignal ausgebildetes, Signal S1 drahtlos von der ersten fahrzeugseitigen Kommunikationseinheit 14 an die zweite fahrzeugseitige Kommunikationseinheit 24 übertragen.
Das Signal S1 umfasst eine erste Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung des ersten Fahrzeugs 12. Hierbei umfasst das Signal S1 einen Wert einer aktuellen Geschwindigkeit v_Tx des ersten Fahrzeugs 12 und einen aktuellen Wert einer Bewegungsrichtung des ersten Fahrzeugs 12, repräsentiert durch einen ersten Winkel θ_Tx relativ zu einer vorgegebenen Referenzrichtung.
Die Kommunikationseinheit 24 des zweiten Fahrzeugs 22 ist ausgebildet und eingerichtet, das Signal S1 mittels der zweiten Antenne 26 zu empfangen und die erste Bewegungsinformation der zweiten Recheneinheit 28 bereitzustellen.
Die zweite Recheneinheit 28 ist eingerichtet, die bereitgestellte erste Bewegungsinformation bezüglich der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des ersten Fahrzeugs 12 zu empfangen.
Weiter ist die zweite Recheneinheit 28 eingerichtet, eine zweite Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung des zweiten Fahrzeugs 22 von einer nicht dargestellten Steuereinheit des zweiten Fahrzeugs 22 zu empfangen. Die zweite Bewegungsinformation umfasst einen Wert einer aktuellen Geschwindigkeit v_Rx des zweiten Fahrzeugs 22 und einen aktuellen Wert einer Bewegungsrichtung des zweiten Fahrzeugs 22, repräsentiert durch einen zweiten Winkel θ_Rx relativ zu derselben vorgegebenen Referenzrichtung.
Außerdem ist die zweite Recheneinheit 28 eingerichtet, eine Dopplerinformation bezüglich einer Dopplerverschiebung des mittels der zweiten Antenne 26 empfangenen Signals S1 und/oder einer Dopplerverschiebung eines weiteren von der ersten Kommunikationseinheit 14 an die zweite Kommunikationseinheit 24 drahtlos übertragenen Signals S2 zu empfangen. Die Dopplerverschiebung kann hierbei durch eine Dopplerfrequenz f_D repräsentiert werden, welche gemäß $ƒ_{D} = \frac{ƒ_{c}}{c} v_{r},$
als Funktion der Trägerfrequenz f_c, der Lichtgeschwindigkeit c und der Relativgeschwindigkeit v_r zwischen dem ersten Fahrzeug 12 und dem zweiten Fahrzeug 22 ermittelt werden.
Die Relativgeschwindigkeit v_r zwischen dem ersten Fahrzeug 12 und dem zweiten Fahrzeug 22 kann unter Verwendung der in 2 und 3 eingeführten Winkel gemäß $v_{r} = v_{T x} cos (θ_{d} - θ_{T x}) - v_{R x} cos (θ_{d} - θ_{R x})$
ermittelt werden.
2 und 3 zeigen das Kommunikationsnetzwerk 10 gemäß 1 in zwei unterschiedlichen Relativanordnungen der ersten und zweiten mobilen Vorrichtung 12, 22. Anhand von geometrischen Überlegungen kann für beide Relativanordnungen aufgezeigt werden, dass die Relativgeschwindigkeit v_r zwischen dem ersten Fahrzeug 12 und dem zweiten Fahrzeug 22 auf die vorstehend gezeigte Ermittlungsvorschrift zurückgeführt werden kann.
Unter Verwendung der Parameter a, β mit $α = v_{T x} cos θ_{T x} - v_{R x} cos θ_{R x}$
$β = v_{T x} sin θ_{T x} - v_{R x} sin θ_{R x}$
kann die Relativgeschwindigkeit v_r zwischen dem ersten Fahrzeug 12 und dem zweiten Fahrzeug 22 formuliert werden als $v_{r} = α cos θ_{d} + β sin θ_{d} .$
Mit den Definitionen $sin γ = \frac{β}{r}, cos γ = \frac{α}{r}, r = \sqrt{α^{2} + β^{2}}$
gilt nun $\frac{v_{r}}{r} = cos γ cos θ_{d} + sin γ sin θ_{d} = cos (γ - θ_{d}) .$
Für den Einfallswinkel AoA der Signals S1 relativ zu der Bewegungsrichtung des zweiten Fahrzeugs 12 gilt $A o A = θ_{d} - θ_{R x}$
Das heißt, die zweite Recheneinheit 28 ist eingerichtet, eine Einfallswinkelinformation bezüglich des Einfallswinkels AoA des drahtlos übertragenen Signals S1 unter Verwendung der empfangenen Dopplerinformation und der empfangenen ersten und zweiten Bewegungsinformation zu ermitteln. Ferner ist die zweite Recheneinheit 28 eingerichtet, basierend auf der ermittelten Einfallswinkelinformation die Anordnungsinformation bezüglich der Relativanordnung zwischen der ersten mobilen Vorrichtung 12 und der zweiten mobilen Vorrichtung 22 zu ermitteln.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung mit einer Sendeeinheit und einer zweiten mobilen Vorrichtung mit einer Empfangseinheit, bspw. in einem Kommunikationsnetzwerk gemäß 1. Das Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 versehen.
In Schritt 110 wird eine Dopplerinformation bezüglich einer Dopplerverschiebung eines von der Sendeeinheit der ersten mobilen Vorrichtung an die Empfangseinheit der zweiten mobilen Vorrichtung drahtlos übertragenen Signals mittels einer Recheneinheit empfangen.
In Schritt 120 wird eine erste Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der ersten mobilen Vorrichtung mittels der Recheneinheit empfangen.
In Schritt 130 wird eine zweite Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der zweiten mobilen Vorrichtung mittels der Recheneinheit empfangen.
In Schritt 140 wird eine Einfallswinkelinformation bezüglich eines Einfallswinkels des drahtlos übertragenen Signals unter Verwendung der empfangenen Dopplerinformation und der empfangenen ersten und zweiten Bewegungsinformation mittels der Recheneinheit ermittelt.
In Schritt 150 wird eine Abstandsinformation bezüglich eines räumlichen Abstands zwischen, insbesondere der Sendeeinheit, der ersten mobilen Vorrichtung und, insbesondere der Empfangseinheit, der zweiten mobilen Vorrichtung mittels der Recheneinheit ermittelt.
In Schritt 160 wird basierend auf der ermittelten Einfallswinkelinformation die Anordnungsinformation bezüglich der Relativanordnung zwischen der ersten mobilen Vorrichtung und der zweiten mobilen Vorrichtung mittels der Recheneinheit ermittelt, wobei das Ermitteln der Anordnungsinformation ein Ermitteln einer räumlichen Position der zweiten mobilen Vorrichtung relativ zu der ersten mobilen Vorrichtung unter Verwendung der ermittelten Einfallswinkelinformation und der empfangenen Abstandsinformation umfasst.
Das Verfahren 100 kann zeitlich wiederholt, insbesondere periodisch, ausgeführt werden.

Claims

Verfahren (100) zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung (12) mit einer Sendeeinheit (14) und einer zweiten mobilen Vorrichtung (22) mit einer Empfangseinheit (24), mit folgenden Schritten: - Empfangen (110) einer Dopplerinformation bezüglich einer Dopplerverschiebung eines von der Sendeeinheit (14) der ersten mobilen Vorrichtung (12) an die Empfangseinheit (24) der zweiten mobilen Vorrichtung (22) drahtlos übertragenen Signals (S1); - Empfangen (120) einer ersten Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der ersten mobilen Vorrichtung (12); - Empfangen (130) einer zweiten Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der zweiten mobilen Vorrichtung (22); und - Ermitteln (140) einer Einfallswinkelinformation bezüglich eines Einfallswinkels (AoA) des drahtlos übertragenen Signals (S1) unter Verwendung der empfangenen Dopplerinformation und der empfangenen ersten und zweiten Bewegungsinformation mittels einer Recheneinheit (28), um basierend auf der ermittelten Einfallswinkelinformation die Anordnungsinformation bezüglich der Relativanordnung zwischen der ersten mobilen Vorrichtung (12) und der zweiten mobilen Vorrichtung (22) zu ermitteln.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schritt des Empfangens - des von der Sendeeinheit (14) an die Empfangseinheit (24) drahtlos übertragenen Signals (S1) und/oder - eines weiteren von der Sendeeinheit (14) an die Empfangseinheit (24) drahtlos übertragenen Signals (S2), mittels der Empfangseinheit (24), wobei die erste Bewegungsinformation von dem drahtlos übertragenen Signal (S1) und/oder dem weiteren drahtlos übertragenen Signal (S2) umfasst wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Schritt des Empfangens (150) einer Abstandsinformation bezüglich eines räumlichen Abstands zwischen, insbesondere der Sendeeinheit (14), der ersten mobilen Vorrichtung (12) und, insbesondere der Empfangseinheit (24), der zweiten mobilen Vorrichtung (22), wobei das Ermitteln der Anordnungsinformation ein Ermitteln einer räumlichen Position der zweiten mobilen Vorrichtung (22) relativ zu der ersten mobilen Vorrichtung (12) unter Verwendung der ermittelten Einfallswinkelinformation und der empfangenen Abstandsinformation umfasst.
Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Empfangseinheit (24) der zweiten mobilen Vorrichtung (22) eine erste Antenne (26) und eine von der ersten Antenne (26) räumlich beabstandete zweite Antenne umfasst, - die Dopplerinformation eine Information bezüglich der Dopplerverschiebung des drahtlos übertragenen Signals (S1) an der ersten Antenne (26) und eine Information bezüglich der Dopplerverschiebung des drahtlos übertragenen Signals (S1) an der zweiten Antenne umfasst, - die Einfallswinkelinformation eine Information bezüglich eines Einfallswinkels (AoA) des drahtlos übertragenen Signals (S1) auf die erste Antenne (26) und eine Information bezüglich eines Einfallswinkels des drahtlos übertragenen Signals (S1) auf die zweite Antenne umfasst, und - die Anordnungsinformation ferner basierend auf einer Antenneninformation bezüglich einer Relativanordnung der ersten Antenne (26) und der zweiten Antenne an der Empfangseinheit (24) ermittelt wird.
Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Ausgebens eines Signals (S1) an eine Einheit der zweiten mobilen Vorrichtung (22) basierend auf der ermittelten Anordnungsinformation.
Verfahren (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ansprechend auf das ausgegebene Signal (S1) die Einheit der zweiten mobilen Vorrichtung (22), insbesondere die Empfangseinheit (24) und/oder eine die Empfangseinheit (24) umfassende Kommunikationseinheit (24) und/oder eine Anzeigeeinheit und/oder eine Antriebseinheit und/oder eine Bremseinheit und/oder eine Lenkeinheit der zweiten mobilen Vorrichtung (22), gesteuert wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des auf dem ausgegebenen Signal (S1) basierenden Steuerns der die Empfangseinheit (24) umfassenden Kommunikationseinheit (24) ein drahtloses Rücksignal an die erste mobile Vorrichtung (12) abgegeben wird, wobei das Rücksignal in eine abhängig von der ermittelten Anordnungsinformation ermittelte Richtung abgegeben wird.
Recheneinheit (28) zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung (12) mit einer Sendeeinheit (14) und einer zweiten mobilen Vorrichtung (22) mit einer Empfangseinheit (24), wobei die Recheneinheit (28) eingerichtet ist - eine Dopplerinformation bezüglich einer Dopplerverschiebung eines von der Sendeeinheit (14) der ersten mobilen Vorrichtung (12) an die Empfangseinheit (24) der zweiten mobilen Vorrichtung (22) drahtlos übertragenen Signals (S1) zu empfangen, - eine erste Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der ersten mobilen Vorrichtung (12) zu empfangen, - eine zweite Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der zweiten mobilen Vorrichtung (22) zu empfangen, und - eine Einfallswinkelinformation bezüglich eines Einfallswinkels (AoA) des drahtlos übertragenen Signals (S1) unter Verwendung der empfangenen Dopplerinformation und der empfangenen ersten und zweiten Bewegungsinformation zu ermitteln, um basierend auf der ermittelten Einfallswinkelinformation die Anordnungsinformation bezüglich der Relativanordnung zwischen der ersten mobilen Vorrichtung (12) und der zweiten mobilen Vorrichtung (22) zu ermitteln.
Mobile Vorrichtung mit einer Empfangseinheit (24) und einer Recheneinheit (28) gemäß Anspruch 8.
System zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung (12) mit einer Sendeeinheit (14) und einer zweiten mobilen Vorrichtung (22) mit einer Empfangseinheit (24), wobei das System die erste mobile Vorrichtung (12) mit der Sendeeinheit (14) und die zweite mobile Vorrichtung (22) gemäß Anspruch 9 umfasst.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (14) der ersten mobilen Vorrichtung (12) eingerichtet ist, das drahtlose Signal (S1) und/oder ein weiteres drahtloses Signal (S2) an die Empfangseinheit (24) abzugeben, wobei die zweite Bewegungsinformation von dem drahtlos übertragenen Signal (S1) und/oder dem weiteren drahtlos übertragenen Signal (S1) umfasst wird.
Computerprogramm zum Ermitteln einer Anordnungsinformation bezüglich einer Relativanordnung zwischen einer ersten mobilen Vorrichtung (12) mit einer Sendeeinheit (14) und einer zweiten mobilen Vorrichtung (22) mit einer Empfangseinheit (24), wobei das Computerprogramm Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch eine Recheneinheit (28) diese veranlassen, eine Einfallswinkelinformation bezüglich eines Einfallswinkels (AoA) eines von der Sendeeinheit (14) der ersten mobilen Vorrichtung (12) drahtlos an die Empfangseinheit (24) der zweiten mobilen Vorrichtung (22) übertragenen Signals (S1) unter Verwendung - einer empfangenen Dopplerinformation bezüglich des drahtlos übertragenen Signals (S1), - einer ersten Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der ersten mobilen Vorrichtung (12) und - einer zweiten Bewegungsinformation bezüglich einer Geschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der zweiten mobilen Vorrichtung (22) zu ermitteln, um basierend auf der ermittelten Einfallswinkelinformation die Anordnungsinformation bezüglich der Relativanordnung zwischen der ersten mobilen Vorrichtung (12) und der zweiten mobilen Vorrichtung (22) zu ermitteln.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.