DE4127168C2 - Signalverarbeitung zur Abstandsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Signalverarbeitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche ist aus DE 36 40 449 C1 bekannt.

Alle bekannten Signalverarbeitungen haben den Nachteil, daß sie bei den verschiedenen Signalzuständen, wie bei niedrigem Nutzsignal bei hohem Rauschen oder sehr hohem Nutzsignal bei direkter Reflexion von Rückstrahlern oder reflektierenden Nummernschildern, ihre spezifischen Grenzen haben, die zu unsicheren Entfernungsangaben führen. Darüber hinaus sind in keiner Weise, z. B. bei der Anwendung in Fahrzeugen, der Fahrzustand und die verschiedenen Bedienelemente des Fahrzeuges mit in die Betrachtung eingeschlossen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Signalverarbeitung zu schaffen, die aus Signalen (Echos) von sehr unterschiedlicher Amplitude, die zudem von der Umgebung und den Betriebsbedingungen abhängt, eine sichere Abstandsangabe zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Der eigentliche Sendeempfangsteil für elektromagnetische Wellen, z. B. Licht, besteht, entsprechend Fig. 1, aus einer oder mehreren Empfangsdioden (101) mit entsprechenden Vorverstärkerstufen und einem Multiplexer für die vereinfachte Signalverarbeitung (102), einer Anordnung aus einer oder mehreren Sendedioden (108), angesteuert über Pulsformer (107), die hinter einer Empfangs- und Sendeoptik (120) so angeordnet sind, daß jeweils eine oder mehrere Sendedioden in definierten Abständen Flächen beleuchten, die den Empfangsdioden über die entsprechende Optik zugeordnet sind. Die gesamte Signalverarbeitung (115) wird über eine Ablaufsteuerung (116) gesteuert und enthält eine Signalverarbeitung 1 (103), die hier z. B. entsprechend der DE 36 40 449 C1 aus einer adaptiven Signalverarbeitung bestehen kann und eine Signalverarbeitung (104), die z. B. aus einer reinen adaptiven Schwelle für sehr hohe Signalamplituden besteht. Die Signale aus Vorverstärker und Multiplexer (109) gelangen in die Signalverarbeitung (115) und werden auf die beiden Signalverarbeitungen (103) und (104) eingespeist.

Im einfachsten Fall unterscheidet ein Schätzrechner oder eine unscharfe Logik (Fuzzy- Logik) durch Abschätzung beider Rohentfernungen (111) und (110) eine Endentfernung (114). In dieser "unscharfen Logik" (105) kann natürlich erfindungsgemäß auch eine Summe von Fahrzeugdaten wie Geschwindigkeit, Lenkwinkel, Betätigung des Gas- oder Bremspedales (117) eingeführt werden, und aus den vorhergehenden Daten von mindestens einem, aber auch von mehreren Empfangskanälen über einen weiteren Rechner (106) durch die Daten (112) aus der "unscharfen Logik" (105) ein oder mehrere Prognoseentfernungsfenster errechnet werden, in denen sich die Signale überhaubt oder nächste Signale in unmittelbarer Entfernung sich befinden können. Mit Hilfe dieser Prognosefenster (113), die zugleich in die "unscharfe Logik" (105) eingegeben werden, können z. B. aus einer der Signalverarbeitungen (103) oder (104) oder aus der Gesamt- Signalverarbeitung (115) aus sehr kleinen Nutzsignalen, die weit unter dem Rauschen der Gesamtanordnung liegen noch nutzbare und einigermaßen sichere Entfernungen (114) ausgegeben werden.

Die Funktion in einer einfachen Art soll entsprechend Fig. 2 beschrieben werden. In der Figur ist die Entfernung in einer gemeinsamen Skala (m) angegeben.

Die Signalverarbeitung 1 ermittelt aus dem vorverarbeiteten Echosignal (202) Entfernungen (203) im Bereich von 30 m und im Bereich von 80 m. Das Signal (204) der Signalverarbeitung 2 z. B. einer adaptiven Schwelle ergibt als Ergebnis einen Wert bei etwa 30 m (205). Im Prognoserechner (106) werden aufgrund der Gesamtsituation vorhergehender Entfernungen und Fahrzeugzustand die beiden Prognoseentfernungsfenster (206) ausgegeben. Aus den hier insgesamt drei Ergebnissen ermittelt dann der Schätzrechner oder die "unscharfe Logik" das Gesamtergebnis (207), bei dem mit einer sehr hohen Genauigkeit bei etwa 28 m in der Entfernungsskala (201) der erste Wert ausgegeben wird und der zweite Wert, ermittelt aus einem relativ verrauschten Signal, bei etwa 70 bis 80 m, d. h. eine grobe Schätzung mit 10 m Ungenauigkeit. Diese Schätzung reicht aber für diesen Abstand aus.

Selbstverständlich ist diese Gesamtanordnung in den folgenden Kombinationen, je nach Aufgabenstellung, und vertretbarem bzw. gewünschtem Aufwand, möglich:

• 1. Nur die Verwendung zweier völlig unterschiedlicher Signalverarbeitungen mit der "unscharfen Logik" mit der Zielsetzung, bei sehr eindeutigen Signalen eine genaue Entfernungsangabe zu haben und bei sehr sehr stark verrauschten Signalen eine Entfernungsschätzung mit sicherer Angabe eines vorhandenen Hindernisses.
• 2. Die Kombination aus einer einzigen Signalverarbeitung, z. B. adaptive Signalverarbeitung entsprechend DE 36 40 449 C1 und einem Prognoserechner, der aus den vorhergehenden Daten Entfernungsfenster errechnet und die Definition der Entfernungen in ihrer Genauigkeit und Angabe durch die "unscharfe Logik".
• 3. "Unscharfe Logik" gespeist mit den Fahrzeugdaten und entweder einer Verknüpfung aus einer oder zwei Signalverarbeitungen oder einer Signalverarbeitung und dem Prognoserechner (106).

Durch die Kombination von zwei Signalverarbeitungsverfahren mit einem Schätzrechner und mit einem Rechner für die Errechnung von Prognoseentfernungsfenstern kann bei sehr eindeutigen Signalen eine sehr genaue Entfernungsmessung erfolgen. Dies ist bei der Anwendung in Fahrzeugen insbesondere relevant bei sehr nahen Abständen. Durch diese Methode kann aber bei sehr stark verrauschten Signalen im größeren Entfernungsbereich eine Entfernungsabschätzung gegeben werden, die für Manöver in großem Abstandsbereich durchaus ausreichend ist, um hier z. B. das Fahrzeug noch rechtzeitig zu verzögern. Bei schlechten Sichtverhältnissen, z. B. im Nebel, kann die aus einer Signalverarbeitung ermittelte Sichtweite in den Schätzrechner eingegeben werden und damit im Nebel oder hinter einer Nebelwand mit relativ großer Ungenauigkeit, aber mit entsprechend hoher Sicherheit ein Hindernis erkannt werden. Wobei durch die verminderten Signal- Rausch-Zahlen hier natürlich z. B. nur Entfernungen mit einer Ungenauigkeit von z. B. 5 bis 10 m angegeben werden können, was wiederum für eine entsprechende Reaktion durch den Fahrer oder durch das Fahrzeug selbst vollkommen ausreichend ist.

Durch die Bildung von Prognoseentfernungsfenstern ist es möglich auch schwache Signale in sehr kurzer Zeit mit hoher Entdeckungssicherheit zu erfassen.

Claims (3)

1. Signalverarbeitung zur Abstandsmessung, bestehend aus mindestens einer Impulssenderanordnung und mindestens einer Empfangsanordnung zur Messung von Abständen nach dem Impulslaufzeit-Prinzip, dadurch gekennzeichnet,
- daß gleichzeitig zwei verschiedene Signalverarbeitungsverfahren verwendet werden, von denen das eine auf große Echosignale und das andere auf kleine Echosignale angewandt wird,
- das die Ergebnisse aus den beiden Signalverarbeitungsverfahren untereinander und mit einem oder mehreren Prognoseentfernungsfenstern aus vorhergehenden Messungen verglichen werden,
- daß hieraus Abstände ausgegeben und für die nächste Messung aktualisierte Prognoseentfernungsfenster erzeugt werden, in deren Bereich Echosignale zu erwarten sind.

2. Signalverarbeitung nach Anspruch 1 für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß Fahrzeugdaten wie Lenkwinkel, Geschwindigkeit, Betätigung von Gas- oder Bremspedal zum Erzeugen der Prognoseentfernungsfenster in den Schätzrechner eingegeben werden.

3. Signalverarbeitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von mehreren Empfangskanälen bei Ausfall der Signale eines oder mehrerer Empfangskanäle durch ungünstige optische oder signaltechnische Verhältnisse für die weitere Berechnung von Abständen, die über den Schätzrechner verarbeiteten Prognoseentfernungsfenster verwendet werden.