EP3721259A1 - Verfahren und anordnung zur bestimmung der geschwindigkeit eines fahrzeugsx - Google Patents

Verfahren und anordnung zur bestimmung der geschwindigkeit eines fahrzeugsx

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Publication number
EP3721259A1
EP3721259A1 EP19704196.5A EP19704196A EP3721259A1 EP 3721259 A1 EP3721259 A1 EP 3721259A1 EP 19704196 A EP19704196 A EP 19704196A EP 3721259 A1 EP3721259 A1 EP 3721259A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
image
vehicle
antenna
images
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19704196.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johann Lichtblau
Björn Lenhart
Torsten Reißland
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP3721259A1 publication Critical patent/EP3721259A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9021—SAR image post-processing techniques
    • G01S13/9029—SAR image post-processing techniques specially adapted for moving target detection within a single SAR image or within multiple SAR images taken at the same time

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • Speed of a vehicle is of great importance as it is used as a parameter for various regulatory and
  • Control systems of the vehicle is used. These can be in particular assistance systems for the vehicle driver or also systems for autonomous driving of the vehicle. In known rail vehicles, the specific
  • the speed of, for example, a rail vehicle can be derived from the rotational speed and the rolling circumference of the wheels of a wheel set, wherein the rotational speed is determined, for example, by means of a speed sensor arranged on the wheel set.
  • the exact circumference of the wheels of a rail vehicle can be derived from the rotational speed and the rolling circumference of the wheels of a wheel set, wherein the rotational speed is determined, for example, by means of a speed sensor arranged on the wheel set.
  • the difference between the amount assumed for the speed determination and the actual volume is the determination of the speed with a certain amount
  • the speed of the rail vehicle is often determined additionally or redundantly by other means.
  • the speed of the rail vehicle is often determined additionally or redundantly by other means.
  • the speed of the vehicle is determined based on a distance traveled during a time period, the distance covered using
  • Positioning systems such as GPS (Global Positioning System), GLONASS (Global Navigation Satellite System) or GALILEO, based on transit time measurements of satellite signals is determined.
  • GPS Global Positioning System
  • GLONASS Global Navigation Satellite System
  • GALILEO Global Navigation Satellite System
  • one or more such receivers are arranged, for example, on the roof of the vehicle.
  • these systems are disadvantageous inaccurate or unsuitable if no line of sight of the receiver or the receiver to a plurality of
  • Satellites exist, for example, in tunnels, underground routes or when driving on higher mountains or buildings lined roads.
  • a radar arranged in the underfloor region of a car body of the rail vehicle and directed at an angle to the horizontal in the direction of travel on the route or the track bed for determining the speed of the rail vehicle.
  • radars the term radar stands for RAdio Detection And Ranging, compared to optical sensors have the advantage that on the one hand to capture a section itself Illuminate and thus no additional light source
  • Unmodulated Continuous Wave (CW) radar is commonly used for this purpose, which is based on speed
  • Unmodulated radar signals or electromagnetic waves are radiated, for example, in a frequency range around 24GHz as a sub-frequency range of the so-called ISM frequency bands (Industrial, Scientific and Medical radio bands) from a transmitting antenna of the radar, reflected from objects or structures with a wavelength for the Radar signal sufficient roughness
  • ISM frequency bands Industrial, Scientific and Medical radio bands
  • Reception antenna received. Such reflected or
  • Backscattered signals are also called echoes. If the radar and the reflective object have a relative speed relative to one another, then the frequency of the received signals differs from the frequency of the radiated signals. From the frequency offset between these frequencies, a relative velocity can be determined, since the frequency offset is proportional to the velocity of the
  • Radiation emission of radar signals through the transmitting antenna is an assignment of Doppler frequencies to individual reflective or backscattering objects not possible, making this type of velocity determination has the disadvantage that there is no unambiguousness with respect to the objects and as a result, the speed also only with a certain Uncertainty can be determined.
  • the object of the present invention is to provide a more accurate and reliable system and method for determining the speed of a vehicle. This object is achieved by the method and the arrangement according to the features of the independent claims. Further developments of the invention are in each dependent claims
  • a first aspect of the invention relates to a method for determining a speed of a vehicle with the
  • Steps receiving by means of a radar with
  • Raw image data wherein a reference speed is taken into account for the generation of a respective image, evaluating at least one generated image with respect to
  • At least one criterion selecting an image depending on the rating, and determining the speed of the vehicle based on at least one information associated with the selected image.
  • Images of the scanned route can thereby from the image raw data provided by the radar by means of known
  • Each image includes a respective section of the scanned by the radar route.
  • the algorithm takes into account for the generation of the image a reference speed, which is preferably already in the range of the actual speed of the vehicle.
  • the subsequent evaluation of the generated image on the basis of at least one criterion is used to estimate whether the reference velocity of the actual
  • the reference speed taken into account for the image generation can be varied or, for example, another generated image can be evaluated until a
  • Method is determined in the step of the evaluation for the generated image, a degree of focus, and evaluated as a criterion of the particular degree of focus.
  • information is determined on the basis of which, in the step of determining, the speed of the vehicle was taken into account, which took into account the generation of the image
  • the degree of focus of an image can be determined by means of a
  • Reference speed affects the degree of focus of an image can be determined based on the specific degree of focus, whether the image with a
  • the image was thus generated with a reference speed that does not at least close to the actual speed at the time of sampling, in one or more subsequent iterations
  • Reference speed varies and generates a respective image based on the same received image raw data, the degree of focus is again determined and evaluated. These iterations are carried out in particular until an image has been generated which is sufficiently good
  • Focusing degree or until an abort criterion, such as a timeout, leads to an image from raw image data of a subsequent scan is generated.
  • the generated image is compared with a further image and a criterion of a similarity of the images is evaluated.
  • a similarity of images can be assessed in particular by means of a correlation known from signal processing or an autocorrelation known from image processing.
  • the correlation of images allows recognition of certain objects or structures. This makes it possible to move a particular example
  • the detection of the movement by means of a correlation of images generated from raw image data of different antennas of the radar. These antennas have a certain distance in the direction of travel of the vehicle to each other. In this alternative, for example, starting from a generated image
  • Raw image data of a first antenna correlates with a generated image from raw image data of a second antenna of the radar in order to determine a similarity of the two generated images, for example with respect to an object or a structure. If there is sufficient similarity of the images or a respective subregion of the images in which the object or the structure is contained, the image of the second antenna for the velocity determination is selected. If, on the other hand, there is no sufficient similarity of the images, in one or more subsequent iterations a respective different image of the second antenna is correlated with the image of the first antenna. These iterations are carried out in particular until an image of the second antenna has been determined which has a sufficient similarity with the image of the first antenna, or until an abort criterion, for example a
  • Timeout causes a different image of the first antenna to serve as the basis for correlation with images of the second antenna.
  • Time of generation of the image assigned determines the speed of the vehicle.
  • a time difference between the images of the first and second antenna can be determined in the alternative detection described above.
  • the duration is determined until an object initially scanned by the first antenna or a scanned structure is subsequently also scanned by the second antenna. From this specific duration or the time difference between the times of the generated images and the distance between the first and the second antenna of the radar, finally, the speed can be calculated.
  • Speed or a speed determined by means of another device for speed determination is a speed determined by means of another device for speed determination.
  • the reference speed is taken into account for the generation of images from received raw image data. It is also important, for example, in the evaluation according to the criterion of the similarity of images, a time difference between the
  • this reference speed results in the evaluation according to the criterion of the degree of focus Image shows that a first image evaluated in the new cycle has been generated with a reference velocity that can only be limited or differentiated from the speed determined in the previous cycle. This in turn advantageously leads to the fact that a required number of images to be generated can be kept low.
  • a speed can be taken into account for generating in particular a first image or for a first cycle of the method which was determined by another device for determining the speed of the vehicle.
  • a further device determines the speed of the vehicle in a known manner, for example based on signals from at least one other radar, one or more speed sensors or a satellite-based
  • the reference speed can also initially be assumed to be zero.
  • a second aspect of the present invention relates to an arrangement for determining a speed of a
  • the arrangement at least one synthetic aperture radar, which scans a travel distance of the vehicle by means of at least one transmitting and at least one receiving antenna, a
  • Speed determination device comprising at least one processor device and a memory device, by means of which images of the scanned travel route are generated from raw image data received by the radar taking into account a reference speed, at least one generated image with respect to at least one criterion
  • the arrangement according to the invention makes it possible to carry out the method according to the invention according to the first aspect of the invention.
  • the specific speed of the vehicle or an information representing this can, for example, by means of an interface of the arrangement further
  • Brake control device of the vehicle to be supplied.
  • Such an interface can be realized in particular wired or wireless, in particular radio-based.
  • the speed determination device is designed to compare the at least one generated image with another image and to evaluate a similarity of the images as a criterion.
  • the speed-determining device is configured to use as reference speed a speed determined by another device for speed determination for the generation of the at least one image
  • Such a further device is, for example, a known device described in the introduction, which
  • the device may be at least partially implemented in or separate from the housing of the device.
  • the speed determined by this device or information representing the speed is supplied via an interface to the speed-determining device.
  • the interface can be a wired or wireless, in particular radio-based, interface using known transmission protocols
  • the synthetic aperture radar is configured as a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar.
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • the radar may in particular have a transmitting antenna and a
  • Receiving antenna or a transmitting antenna and at least two receiving antennas have.
  • the transmitting and receiving antennas can each be designed as a known so-called integrated patch antenna, in which a plurality of patches on a substrate a resulting
  • the antennas can also be designed as horn radiators.
  • the antennas of the radar are according to the use of the
  • Aligned radar is also called side view radar
  • the speed determination device is configured to control a change in a radiation direction of the at least one transmission antenna of the radar. If the transmitting antenna of the radar as a known so-called phased array antenna (English: Phased Array Antenna) is designed, in which the
  • Antenna diagram for example by feeding individual emitters or patches with a different phase can be pivoted electronically, in particular the angle to the plane of the route or the vertical axis of the antenna pattern of the transmitting antenna can be changed.
  • the emission direction can also be changed mechanically, in particular by tilting or pivoting of a housing in or on which the antennas are arranged, by means of a tilting or pivoting device.
  • a change in the emission direction may be particularly useful if the surface of the route scanned by the radar is not suitable for determining the speed of the vehicle on the basis of a rating of generated images of the surface. In particular, this may occur at a surface of the route, which does not have sufficient roughness for a reflection of radar waves, or
  • a lack of suitability of the route can be determined in particular in the evaluation of an image by the speed determination device, after which the device is a change of the emission direction, for example an electronic
  • Panning at least the transmitting antenna drives By means of a change in the emission direction, transmission signals can be transmitted
  • Another area or section of the route to be directed which has a sufficient roughness or objects or structures with a suitable geometry or electrical properties that allow evaluation of generated images.
  • Antenna diagram of the at least one receiving antenna can in such a case according to the change of the
  • a third aspect of the present invention finally relates to a vehicle which has at least one inventive arrangement or means for performing the method according to the invention.
  • the arrangement according to the invention can cover a large speed range by the use of a synthetic aperture radar, in particular a range of almost zero up to 500 km / h when using a
  • Frequency bands in the frequency range of 24GHz are characterized for use in track-bound vehicles, especially trams, subways, locomotives or trainsets for local and long-distance traffic to the
  • unmarked vehicles in particular motor vehicles for passenger and goods transport, including
  • Speed determination of a vehicle for example, to increase redundancy or replace one of these known systems, at least temporarily.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a
  • FIG. 3 shows a further view of the arrangement in FIG.
  • 4a, b are schematic plan views of a housing of the
  • FIGS. 1, 2 and 3 a coordinate system is respectively indicated in FIGS. 1, 2 and 3, in which the mutually perpendicular longitudinal axis L, transverse axis Q and vertical axis H are shown.
  • Longitudinal axis L also defines the direction of travel F of the vehicle and, with respect to the radar with synthetic
  • Range R corresponds with respect to the radar, however, the so-called Range R.
  • FIG. 1 shows schematically a side view of a
  • Rail vehicle 1 as an example of a vehicle according to the invention.
  • the rail vehicle 1 is exemplified as an electric multiple unit for passenger transport with a plurality of cars, in the upper part of FIG 1 by way of example a first end car 2 and a verkuppelter with this first center car 3, and in the lower part of FIG 1 with the first Central car 3 verkuppelter second middle car 3 and a coupled with this second end car 2 are shown. More middle cars to increase the number of people to be transported can be provided.
  • the illustrated cars 2, 3 each have a car body 4, which has two
  • Bogies 5 supported in the form of propulsion or running bogies on rails, not shown.
  • two bogies per wagon body as indicated in FIG. 1, in particular in the region of the transitions between the end wagons 2 and the respectively adjacent one
  • Middle car 3 and between the two middle cars 3 also common bogies, especially so-called Jakobs- bogies, are provided.
  • the end cars 2 are each subdivided into a plurality of spatial areas with respect to the longitudinal axis L, for example.
  • Areas are on the one hand a driver's cab or head module 6 in front or rear area, on the other hand to the
  • Car body 4 of the end car 2 and middle car 3 enclosing a passenger compartment 7, in which seats for passengers and their luggage can be provided.
  • the passenger compartments 7 of the carriages 2, 3 can be entered and left by passengers via doors arranged in side walls of the vehicle bodies 4, not shown. Furthermore, passengers can get over car transitions 8 in the passenger compartment 7 of the adjacent carriage 2, 3.
  • Such car transitions 8 are usually by wave or bellows ago
  • the middle car 3 are usually
  • traction motors are arranged, for example, in the right bogie 5 of the first end car 2, which is designed as a drive bogie, and in the left bogie of the second end car 2. Further bogies of the trainset can, in particular depending on the required drive power, also be equipped with traction motors.
  • the supply of traction motors for example, via a respective, arranged in the underfloor area of the car body 4 of the end car 2 transformer whose primary winding, for example via a roof on the first
  • Center car 3 arranged pantograph with a
  • Catenary can be electrically connected. On the
  • the car bodies 4 usually each at least one
  • Air conditioning arranged, which serves the air conditioning of the underlying passenger compartment 7.
  • other components especially control devices, auxiliary services and facilities for their supply can be arranged in the same way on the roof, in the underfloor area or in the interior of the car bodies.
  • End car 2 is an example of a respective arrangement 9 according to the invention or parts of the arrangement 9 according to the invention.
  • the respective arrangement 9 comprises, in addition to a synthetic aperture radar (SAR), further devices, as will be explained in greater detail with reference to FIG. 4 in particular.
  • the assembly 9 has a closed housing 10 for placement therein or thereon
  • transmitting and receiving antennas of the SAR and possibly another radar are arranged while in the housing
  • Means are arranged for generating transmission signals for one or more transmitting antennas as well as for converting and processing received echoes of these signals. Parts of these facilities can thereby also in a separate housing or container, optionally together with other facilities of the electrical equipment of the trainset on the roof, in the car body 4 or in the underfloor area of the
  • Arrangement 9 or the SAR in the underfloor area of the car body 4 is to ensure that the range of the signal radiation of a transmitting antenna of the SAR free of obstacles or
  • the arrangement 9 can also be arranged in the underfloor area of the central car 3 as an alternative to the representation in FIG.
  • the provision of two arrangements 9 serves, for example, an advantageous redundancy for increasing the reliability and the accuracy of the system.
  • an arrangement 9 can also be a respective one
  • FIG. 2 shows a perspective view of an exemplary attachment of the arrangement 9 according to the invention
  • the housing 10 of the assembly 9 is over one or more
  • Brackets 11, in the FIG 2 are two by way of example
  • Brackets or frame parts of the car body Mounts specified 11, mechanically attached to the bottom, in particular to struts or frame parts of the car body.
  • the brackets 11 serve in particular a position-stable and low-vibration attachment of the housing 10 to the car body 4.
  • three antennas of the SAR are arranged by way of example, as patch antennas with a
  • a transmission antenna 12 arranged, for example, in the middle of the side wall of the housing 10, a first 13.1 and a second receiving antenna 13.2 are arranged.
  • the longitudinal side of the housing 10 is aligned parallel or substantially parallel to the longitudinal axis L of the trainset.
  • Receiving antennas 13.1, 13.2 are in particular for the approach of evaluation of generated images by means of a
  • Focusing basically only one receiving antenna is sufficient. Also could for the latter approach also a single patch antenna, the majority of patches are divided into respective send and receive patches, are sufficient. For the former approach, two transmit antennas with a respectively assigned receive antenna may alternatively be provided.
  • Signals 19 of the transmitting antenna 12 of the SAR according to the orientation in the known use for remote sensing mainly in the direction of the transverse axis Q and in the direction of a vertical axis H below the car body 4 located portion of the route.
  • Transmitter antenna scanned by the antenna diagram and the distance to the route section of the route scanned by the radar.
  • FIG 2 shows a section
  • This usually has a track bed 15 made of ballast stones on which at intervals and across the
  • Driving direction F thresholds 16 are located, on which in turn parallel rails 17 are mounted in the direction of travel F.
  • the sleepers 16 are made of concrete, wood or steel, for example, and serve to keep the rails 17 at a certain distance from one another, the so-called
  • suitable fastening means 18 in particular nails
  • the so-called superstructure W used in the so-called Epsilon- clamps are mounted in W-shaped recesses of the thresholds by means of sleeper screws.
  • FIG. 3 shows the above-described situation of FIG. 2 in a view opposite to the direction of travel F of the multiple unit, to clarify the exemplary attachment of the train
  • Carriage 4 As already described above with respect to FIG 1, the car body 4 is based on bogies on the rails 17 from.
  • the outlines of wheels 20 of such a bogie are shown in FIG 3 by means of dashed lines, which are located outside the section shown in Figure 2 and in FIG.
  • the housing 10 of the assembly 9 is mechanically secured via one or more brackets 11 on the underside of the car body 4.
  • brackets 11 On the longitudinal side or side wall of the housing 10 are the
  • Transmit antenna 12 according to the orientation of a SAR in the remote sensing, i. in the direction of the transverse axis Q or at an angle to this, and at an angle to the vertical axis H in the direction of the track bed 15.
  • the orientation of the housing 10 or the antennas 12, 13.1, 13.2 should preferably by means of a suitable embodiment of the Mounts 11 may be adjustable to select a suitable area of the trackbed to be scanned.
  • an alternative embodiment of the housing 10 of the arrangement 9 is shown by way of example. According to this
  • Embodiment is only the side wall of the housing 10, to which the transmitting and receiving antennas 12, 13.1, 13.2
  • Thresholds and rail mounting brackets are integrated for greater stability and positional security of the rails. Due to a generally much lower roughness of concrete slabs compared to ballast stones is such
  • the angle to the vertical axis H of the radiation through the transmitting antenna 12 should be in such a situation
  • alternative objects or structures that allow a meaningful evaluation of generated images are scanned by means of the radar.
  • alternative objects may, for example, the above-mentioned tension clamps and sleeper screws for attaching the rails to the
  • a change in the angle of radiation towards such objects Structures can be indicated by a mechanical pivoting or tilting of the housing 10, indicated by a dashed double arrow next to the left side wall of the housing 10, or
  • the holder 11 may for example have one or more electric servomotors, hydraulic cylinders or pneumatic cylinders, which can change the angle of the housing to the vertical axis H by driving. In this case, the holder 11 and the housing 10th
  • two defined positions each having a certain angle of radiation of the transmitting antenna
  • the antenna pattern can be pivoted electronically by suitable control, so that a mechanical
  • Pivoting or tilting of the housing 10 is not required.
  • a further transmitting antenna 21 and a receiving antenna 22 are provided on the front or end wall of the housing 10, viewed in the direction of travel F.
  • Doppler effect determines the speed of the vehicle.
  • Underfloor area of a car body is arranged and
  • Substrate sends, in FIG 3 by way of example
  • Transmission antenna 21 outgoing waves 24 shown, in particular parts of this radar can also be integrated in or on the housing 10 of the arrangement 9 according to the invention.
  • care must be taken that echoes from their radiations can not be received by the receiving antennas of the SAR or with echoes from
  • a single patch antenna can be used, the patches are assigned to either the transmission or the reception branch.
  • the speed determined by this additional radar can be used, for example, as a reference speed and as a redundant speed, in particular for drive and brake controls of the rail vehicle.
  • FIGS. 4a shows a schematic plan view of the housing 10 of the assembly 9 and an exemplary general overview of the components arranged therein.
  • transmitting and receiving antennas 12 or 13.1, 13.2 of the SAR are arranged on a side wall of the housing, while a respective transmitting and receiving antenna 21 or 22 of an unmodulated continuous wave radar is located on the end wall in the direction of travel F. are arranged.
  • the antenna units are each one or more electronic devices 25 and 26 for the generation of high-frequency transmission signals and processing of received signals, including a
  • Amplification, filtering and conversion of signals upstream or downstream can be used in particular for the corresponding devices of the radars when used for remote sensing or speed determination
  • Speed determining device 27 is provided in the housing 10 to which the devices 25, 26 are connected.
  • the speed determination device 27 comprises
  • Memory device by means of which received and converted into a digital format signals can be processed according to the inventive method described below.
  • At least one electrical interface 28 for the supply of electrical energy to the speed-determining device 27 and the devices 25, 26 or to their power supply units is furthermore provided on the housing 10.
  • a further interface 29 on the housing 10 can also an exchange of information with other facilities of the trainset, in particular with respect to the
  • Such an interface 29 may be wired, in particular electrically or optically, or else cable-free, in particular as a radio interface.
  • the SAR is designed such that on the side wall of the housing 10, in the direction of travel F
  • Receiving antenna 12.1, 13.1 or 12.2, 13.2 is arranged. Each combination is assigned by way of example a device 25.1 or 25.2, which in turn is connected to the central speed determination device 27.
  • the arrangement of the antennas on the side wall and the expression of the respective antenna diagram of the transmitting antenna is such that echoes of emitted signals of the first transmitting antenna 12.1 can be received exclusively or mainly from the first receiving antenna 13.1, while echoes of signals of the second transmitting antenna 12.2
  • Reception antenna 13.2 can be received.
  • the receiving antennas are arranged by way of example at a distance from each other, which corresponds to the distance of the receiving antennas 13.1, 13.2 of the embodiment of FIG 4a.
  • Speed determining device 27 together with other electrical or electronic devices of the vehicle in another housing, container or
  • Switch cabinet especially within a car body, be useful.
  • this can also reduce the volume of the housing 10, thereby possibly allowing a simpler or more flexible arrangement of the housing in the underfloor area of the carriage.
  • Synthetic aperture and algorithms for generating images from raw image data of such a radar explained before with reference to FIGS 5 and 6, two exemplary approaches for determining the speed of a vehicle based on generated images are described.
  • a synthetic aperture radar belongs to the class of imaging radars and is used in particular for remote sensing of the earth. For this purpose, such a radar
  • Two-dimensional recording of a section of the surface to win The direction of movement is referred to in the literature as azimuth or along track, the transverse direction as a range or cross track. Furthermore, the
  • a footprint Area that the real antenna captures at a time, referred to in the literature as a footprint, as well as the terrain stripe that this footprint passes through the movement of the real antenna, referred to as swath (English: Swath).
  • a radar with real aperture (English: Real Aperture Radar, abbreviated RAR), in which a beam width and so that the possible resolution in the direction of movement depends on the physical length of the antenna and is therefore limited
  • RAR Real Aperture Radar
  • the length of the antenna can be increased and advantageously a higher resolution in the dimension of the direction of movement can be achieved.
  • radar pulses or signals are emitted sequentially and receive the amplitude and phase of echoes of these signals and in an echo memory
  • Echoes of objects within the sampled swath are received and stored as long as they are within the beam width or the footprint of the antenna, whereby a high angular resolution is achieved.
  • a very narrow effective beam width of the antenna By processing the history of the echoes with respect to their respective Doppler shift a very narrow effective beam width of the antenna and thus advantageously a high resolution in the direction of movement is achieved, which is also independent of the distance of the antenna to the earth's surface.
  • image coordinates are acquired by means of a distance measurement.
  • Continuous wave radar (English: Frequency Modulated Continuous Wave, abbreviated FMCW).
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • a received wave By ramping through a particular frequency band, a received wave can be assigned to a precise transmission time within the signal duration, from which the distance of an object whose echo is received can be determined.
  • the maximum distance within which an assignment is possible, as well as the distance resolution are the steepness of the frequency change as well as the
  • Frequency bandwidth of the transmitter or receiver is a suitable compromise between the maximum distance and find the range resolution for the specific application.
  • a first mode the so-called scan mode, allows under
  • phased array antenna with digital or analog beamforming large-area recordings by pivoting the antenna beam or the
  • a disadvantage is a comparatively low resolution in the transverse direction, which can be achieved with this mode.
  • a second mode is also based on the use of a phased array antenna, but this is the antenna beam to a specific
  • the antenna beam is not swiveled in the transverse direction, so that the scanning takes place along a parallel to the direction of moving terrain strip.
  • This mode is used in particular for the remote sensing of the earth, in which by means of the SAR linear areas are detected.
  • the stripmap mode is also in the
  • Algorithm for example by means of the so-called range Doppler, chirp scaling or frequency scaling algorithm. These algorithms are each able to digitize raw image data of the SAR by means of suitable digital
  • the range Doppler algorithm advantageously has a comparatively accurate approach to the exact SAR transfer function, making it particularly suitable for use in the method according to the invention.
  • the algorithm thereby performs a compression of the image raw data in the two mutually orthogonal dimensions movement direction (azimuth, A) and transverse direction (range, R) with the target, contained in the image raw data and both in
  • Range Compression Azimuth FFT
  • Range Cell Migration Correction abbreviated RCMC
  • the range Doppler algorithm can be simplified in the inventive use under certain conditions and the processing of raw image data can be accelerated thereby.
  • the processing of raw image data can be accelerated thereby.
  • Transverse direction as an alternative to the signal-matched filtering carried out therein by means of a so-called matched filter, a direct evaluation of a Frequency difference between a transmitted signal and the received echo possible. Further, from the performance of the first and the fourth of the above-mentioned four steps of the range Doppler algorithm, the compression in the transverse direction (Range Compression) and in the
  • Movement direction (Azimuth Compression), provided that by means of the second (Azimuth FFT) and third step (RCMC) already an image with a sufficient
  • Speed can be gained. Due to the simplified generation of images, an iterative processing, which is described in more detail below, is advantageously made possible for determining the speed of the vehicle. To increase the accuracy of the subsequent evaluation of the images and in particular the accuracy of the derived therefrom
  • the speed of the first and fourth steps of the algorithm can be performed in a known manner, as long as the speed of processing allows it.
  • the second, third and fourth steps (Azimuth FFT, RCMC and Azimuth Compression) of the Range Doppler algorithm take into account each separately detected speed.
  • the primary object of the present invention is not the generation of images but the use of images to determine the speed of the vehicle by means of them. According to the invention, the determination of the current speed of the vehicle based on a rating of images, taking into account a
  • a first approach concerns evaluation by means of a
  • Movement data of the aircraft by means of, for example, an inertial navigation system are thereby additionally
  • the aim of the first approach according to the invention on the basis of a determination of a degree of focus is to obtain from a
  • a plurality of images generated at different reference speeds to determine an image, which has a good degree of focus. This image was generated at a reference speed that was accurate or sufficient exactly the actual speed of the vehicle
  • 5 shows a flowchart 200 of an exemplary
  • Circuits of the speed determination device 27, as shown in Figures 4a and 4b, can run.
  • This first method step 201 is only at a
  • digitized raw image data is received by the SAR of the vehicle and in a subsequent third method step 203 from the
  • Raw image data for example by means of an above
  • the described range Doppler algorithm generates an image.
  • the digitized image raw data are, for example, from the device 25 or 25.1 from the first
  • Reception antenna 13.1 echoes received by broadcasts of the transmitting antenna 12 and the first transmitting antenna 12.1 of
  • Algorithm is supplied by means of a fourth method step 204.
  • This reference speed may have been determined in a fifth method step 205,
  • Speed of the vehicle in particular based on a Doppler shift, speed information of one or more speed sensors or data of a satellite-based positioning system.
  • the feeder of the fifth Process step 205 specific reference speed takes place, for example, only once at a
  • first-time operation of the above-described steps of the range Doppler algorithm or in a first cycle of the method in particular when the vehicle sets itself from the status of a standstill new or again in motion, in a first course of the algorithm, first a speed of zero or a minimum speed of 0.2 km / h, for example, be assumed.
  • first a speed of zero or a minimum speed of 0.2 km / h for example, be assumed.
  • Memory device correspond to cached speed of the vehicle.
  • the reference speed determined in the fifth method step 205 may be determined by further units or components of the vehicle control,
  • redundant speed value continue to be considered in a known manner.
  • Reference speed is determined in a subsequent sixth step 206, the degree of focus of the generated image using one of the above-exemplified algorithms for focus calculation.
  • Focusing degree of the generated image is evaluated in a subsequent seventh step 207. If the
  • Focusing grade in the seventh method step 207 is evaluated as not sufficiently good (branch "no"), the
  • Reference speed in the fourth step 204 by a predetermined amount, for example by 0.05km / h or 0.1km / h, increased or decreased to the Range Doppler algorithm for re-processing the same received image raw data to generate another
  • Step 208 is the underlying
  • predetermined threshold for the degree of focus is the particular value of the degree of focus above or equal to this threshold
  • Threshold value the degree of focus is rated as sufficiently good (branch "yes") and the method is how
  • the degree of focusing is judged not to be sufficiently good (branch "no") and the method as described above with a change of the reference speed in the fourth step 204 and generation of a new image in the third step 203 below
  • Threshold a rating can also be made for example by means of a comparison of several values of the degree of focus. For example, in a previous cycle of the procedure for a generated picture a speed of the vehicle has been determined, then besides the
  • Speed also the value of the degree of focus, which is the basis of this speed, cached. As described above, the speed determined in a previous cycle becomes
  • the value of the degree of focus determined in the preceding cycle may be temporarily stored and used as a reference for comparison with the currently determined value of the degree of focus in the seventh process step 207 of the current cycle.
  • Difference of the values can be detected, for example, by comparison with a lower threshold defined from the reference value. So if the currently determined value of the degree of focus is not from the reference value.
  • cached focus level differs as a reference value or within the by the lower
  • Threshold defined tolerance range the currently determined value of the degree of focus is evaluated in the seventh step 207 of the current cycle as sufficiently good (branch "yes") and cached for a subsequent cycle of the method, as well as for the
  • Reference speed output in the eighth step 208 of the current cycle as a specific speed.
  • a subsequent cycle of the method begins in the second method step 202 with the receiving digitized raw image data from a subsequent
  • the comparison of the values indicates that the currently determined value of the degree of focus is lower than the cached value of the degree of focus of the
  • the reference speed is then changed by a specific, for example positive, speed value currently determined value of the degree of focus is discarded, so not as a reference value for a
  • the degree of focusing of the image generated in the third method step 203 on the basis of the changed reference speed is again determined in the seventh method step 207 using the buffered value of the degree of focus of the
  • Tolerance range is, then the certain value is rated as sufficiently good (branch "yes"). Preferably, as long as the current or subsequent value of the
  • Focusing level is lower than the cached value, the current or subsequent value discarded, so not cached. This will be a
  • Threshold value and thus lies outside the tolerance range, then the subsequent value is again rated as not sufficiently good (branch "no") and the
  • Reference speed in step 204 again changed by a predetermined positive speed value.
  • Process step 207 results, the original reference speed of the cycle should be changed by a corresponding predetermined negative speed value, since the speed of the vehicle, as can be deduced from the increasing difference, has not increased as compared to the previous cycle, but has decreased.
  • Method step 208 can be output. It should be noted that one determined by the method
  • Speed or a speed value should be output periodically.
  • the described method should provide a value for the particular speed to the controllers adapted to this cycle time.
  • Memory devices are thus to be designed such that it is possible to run through a plurality of iterations of the method steps within the cycle time.
  • Reference speed can be performed. If one of the images generated with it has a higher value for the
  • Speed can be output and cached for a subsequent cycle.
  • a second approach concerns evaluation by means of a correlation of two generated images.
  • Reception antenna 13.1 and 13.2 have. Hereinafter, only the case of a single transmitting antenna 12th
  • FIG 4b Arrangement of FIG 4b with two transmitting antennas.
  • Transmissions of the two transmitting antennas 12.1, 12.2 should preferably be synchronized and the image raw data of the two receiving antennas 13.1, 13.2 a same
  • the receiving antenna 13 As the first receiving antenna 13. 1, the receiving antenna arranged in the direction of travel F of the vehicle 1 in front or to the left of the transmitting antenna 12 will be described below
  • the transmitting antenna 12 radiates signals at a pulse repetition frequency
  • evoked echoes of the transmitted signals are of the Receive antennas 13.1, 13.2 of the arrangement 9 received.
  • the two receiving antennas 13.1, 13.2 generate from the
  • the digital raw picture data of the receiving antennas 13.1, 13.2, which correspond to a respective emission of the transmitting antenna 12, are each provided with a time stamp which subsequently fulfills the determination of
  • the second approach is based on a comparison of images of the route by means of a correlation. Due to the distance of the two receiving antennas 13.1, 13.2 to each other, these echoes receive a same section of the travel path at different times. The time offset between these times depends on the speed of the vehicle to be determined by the method. For example, if a speed range between a minimum speed of 0.2km / h and a maximum speed of the vehicle of 500km / h can be detected, and the distance between the two is
  • Receiving antennas for example, 1000mm, so needed
  • Vehicle at the minimum detectable speed about 18s, at the maximum detectable speed, however, only 7.2ms, by a distance corresponding to this distance
  • the vehicle should have covered only a certain distance, which corresponds at least to the distance between the two receiving antennas, before images of the same
  • Reception antennas can be meaningfully correlated.
  • the pulse repetition frequency of the SAR should be dimensioned according to the maximum speed.
  • Pulse repetition frequency determined in addition to the number of transmitted ramps per unit time, the number of image rows in the azimuth direction, which can be recorded at a certain speed of the scanned route. At a maximum speed of 500km / h and a distance of the receiving antennas of 1000mm a corresponding number of recordings within the 7.2ms is required for an exemplary resolution of 128 pixels in the azimuth direction. This results in a pulse repetition frequency of 18kHz. to
  • Cycle time of 10 ms of control devices of the vehicle to be able to perform correlations of a plurality of images that lead to a suitable for the velocity determination correlation result.
  • the images of the two receiving antennas are denoted by Ii (m, n) or I 2 ( m, n), where n denotes the index of the pixels in the range direction, while m refers to the direction of travel. Adjacent pixels or pixels are thereby in the direction of travel with a time difference
  • Pulse repetition frequency This relationship can be formulated as follows: assuming:
  • the spacing of the pixels is hereafter referred to as
  • the speed of the vehicle can be calculated accordingly by r
  • the D ⁇ h for which the correlation value is maximum denotes an estimated value of the image shift Am, from which the velocity v (Am) of the vehicle is calculated according to the above equation.
  • variable M defines the number of radiations in the direction of travel and the variable N the number of pixels in the range direction.
  • the method begins in the first method step 301, this method step corresponding to
  • Process step 301 are performed subsequent method steps.
  • the digital raw image data of a scan received by the two receive antennas can also be processed sequentially, wherein, for example, an image is first displayed
  • Raw image data of the first receiving antenna 13.1 is generated and buffered in a memory device, and then one or more images of image raw data of the second receiving antenna 13.2 by means of the algorithm
  • the respective range Doppler algorithm in the third method steps 303.1, 303.2 takes into account a reference speed, which is fed to the algorithms in a fourth method step 304.
  • the algorithms take into account the same
  • Method step 305 has been determined. The supply of the determined in the fifth method step 305
  • the reference speed only occurs once when the algorithm is run for the first time.
  • a speed of zero or a minimum speed of, for example, 0.2 km / h can be assumed.
  • the algorithm used to generate images may be simplified as needed.
  • a direct evaluation of a frequency difference between the transmitted signal and the received echo can take place in the step of compression in the transverse direction (range compression) as an alternative to the signal-adapted filtering performed therein.
  • Receiving antenna can be accelerated so that within the available period of a cycle time, a larger number of generated images of raw image data of the second
  • Receiving antenna can be correlated with a generated image from raw image data of the first receiving antenna.
  • Process step 308 correlates. However, as explained above, it should be noted that the time offset between images of a same section of the route at a detectable speed range between 0.2km / h and 500km / h and a distance of the receiving antennas of 1000mm in a range between about 7ms and ca 18s can lie.
  • Timestamp for a period in a storage device between store Preferably, an image is thereby stored until the cycle of the method with respect to this image with the eleventh method step 311, the
  • a selection of generated images of the first and second receive antenna is carried out for a correlation to be carried out in the following eighth method step 308. Due to the described
  • Travel should at least approximately correspond to the section of the first image of the first receiving antenna.
  • the reference speed on the basis of which the time offset for the selection of the first image of the second receiving antenna is determined for a first correlation, is preferably taken into account at the time of selection of the current reference speed. The choice of this reference speed makes sense, since the speed of the vehicle,
  • Speed can be considered as the reference speed for the selection of the image of the second receiving antenna.
  • Process step 308 correlates.
  • the correlation compares two images for common image parts.
  • the result of the correlation is evaluated. If the correlation is rated as sufficiently good (branch "yes"), ie the images have a high degree of similarity or map with a high probability a same segment of the route, the method continues in the following tenth method step 310.
  • the evaluation of the correlation can for example, again by means of a Comparison of the result with a predetermined threshold, which has been defined, for example, 0.9 done.
  • the time offset is determined by means of the respective time stamp of the correlated images, and determined therefrom
  • Method step 208 of the flow chart of FIG. 5 further units or components of the vehicle control
  • This second image may, for example, be a time offset corresponding to the typical cycle time to the already correlated first image of the first receiving antenna
  • the computational or storage capacity required for the generation and storage of the images of the first receiving antenna can thereby be reduced.
  • the following seventh method step 307 is entered another, second generated and cached image of the second receiving antenna is selected, which is assigned to the previously selected first image earlier or later time stamp and correspondingly represents a higher or lower speed of the vehicle.
  • Correlation with the first image of the first receiving antenna can in turn depend on the reference speed and optionally on the type of vehicle or its positive and negative acceleration capacity.

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Abstract

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

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Bestimmen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs sowie eine zugehörige Anordnung.
Die Bestimmung bzw. Messung einer tatsächlichen
Geschwindigkeit eines Fahrzeugs ist von großer Bedeutung, da diese als Parameter für verschiedene Regelungs- und
Steuersysteme des Fahrzeugs verwendet wird. Dies können insbesondere Assistenzsysteme für den Fahrzeugführer oder auch Systeme für ein autonomes Fahren des Fahrzeugs sein. Bei bekannten Schienenfahrzeugen wird die bestimmte
Geschwindigkeit unter anderem für die Antriebs- und
Bremssteuerung verwendet.
Die Erfassung oder Bestimmung der tatsächlichen
Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit einer hohen Genauigkeit stellt jedoch eine große technische Herausforderung dar.
Prinzipiell kann die Geschwindigkeit beispielsweise eines Schienenfahrzeugs aus der Drehzahl sowie dem Abrollumfang der Räder eines Radsatzes abgeleitet werden, wobei die Drehzahl beispielsweise mittels eines an dem Radsatz angeordneten Drehzahlgebers bestimmt wird. Jedoch ist insbesondere bei Schienenfahrzeugen der genaue Umfang der Räder eines
Radsatzes nicht bekannt, da dieser vom aktuellen Zustand des Verschleißes der Räder abhängt. Aufgrund der möglichen
Differenz zwischen dem für die Geschwindigkeitsbestimmung angenommenen Umfang und dem tatsächlichen Umfang ist die Bestimmung der Geschwindigkeit mit einer gewissen
Unsicherheit behaftet. Weiterhin kann speziell es bei einem angetriebenen Radsatz aufgrund von Schlupf, einem geringen Haftreibungskoeffizienten bzw. einem mangelnden Kraftschluss zwischen Rad und Schiene zu einem Durchdrehen von Rädern kommen, wodurch die gemessene Drehzahl nicht mit der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs korrespondiert. Bei mehreren angetriebenen Radsätzen des Schienenfahrzeugs kann es in Folge unterschiedlicher Verhältnisse des
Kraftschlusses des jeweiligen Radsatzes zudem zu
unterschiedlichen Drehzahlmessungen kommen. Selbst eine beispielhafte Mittelung von zeitgleichen Messungen an
mehreren Radsätzen bietet daher noch keine Sicherheit, die tatsächliche Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs zu
erfassen .
Zur Erhöhung der Sicherheit bezüglich der Korrektheit der mittels Drehzahlgebern bestimmten Geschwindigkeit wird die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs oftmals ergänzend bzw. redundant mit anderen Mitteln bestimmt. Dabei wird die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs beispielsweise auf Basis einer während eines Zeitraums zurückgelegten Strecke bestimmt, wobei die zurückgelegte Strecke unter Verwendung von
Empfängern für Signale bekannter Satelliten-basierter
Positionsbestimmungssysteme, beispielsweise GPS (Global Positioning System) , GLONASS (Global Navigation Satellite System) oder GALILEO, auf Basis von Laufzeitmessungen von Satellitensignalen ermittelt wird. Hierfür werden ein oder mehrere solcher Empfänger beispielsweise auf dem Dach des Fahrzeugs angeordnet. Nachteilig sind diese Systeme jedoch ungenau bzw. ungeeignet, wenn keine Sichtverbindung des Empfängers bzw. der Empfänger zu einer Mehrzahl von
Satelliten besteht, beispielsweise in Tunneln, unterirdischen Fahrstrecken oder beim Befahren von höheren Bergen oder Gebäuden gesäumter Strecken.
Weiterhin wird beispielsweise ein im Unterflurbereich eines Wagenkastens des Schienenfahrzeugs angeordnetes und in einem Winkel zur Horizontalen in Fahrtrichtung auf die Fahrtstrecke bzw. das Gleisbett gerichtetes Radar zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs eingesetzt. Allgemein besitzen Radare, der Begriff Radar steht für RAdio Detection And Ranging, gegenüber optischen Sensoren den Vorteil, dass sie einerseits einen zu erfassenden Ausschnitt selbst ausleuchten und damit keine zusätzliche Lichtquelle
benötigen, andererseits aufgrund ihrer größeren Wellenlänge im Vergleich zu sichtbarem Licht vergleichsweise
unempfindlich gegenüber Witterungsverhältnissen wie
beispielsweise Regen, Nebel, Schnee oder auch Hitze sind.
Ein unmoduliertes Dauerstrichradar (Englisch: Continuous Wave, CW) wird üblicherweise für diese Zwecke eingesetzt, welches die Geschwindigkeit auf Basis einer
Frequenzverschiebung bzw. des so genannten Doppler-Effekts bestimmt. Unmodulierte Radarsignale bzw. elektromagnetische Wellen werden beispielsweise in einem Frequenzbereich um 24GHz als Teilfrequenzbereich der so genannten ISM- Frequenzbänder (Industrial, Scientific and Medical radio bands) von einer Sendeantenne des Radars abgestrahlt, von Objekten reflektiert bzw. von Strukturen mit einer für die Wellenlänge des Radarsignals ausreichenden Rauigkeit
(Rayleigh Kriterium) zurückgestreut und von einer
Empfangsantenne empfangen. Solche reflektierten bzw.
zurückgestreuten Signale werden auch als Echos bezeichnet. Besitzen Radar und reflektierendes Objekt zueinander eine Relativgeschwindigkeit, so unterscheidet sich die Frequenz der empfangenen Signale von der Frequenz der abgestrahlten Signale. Aus dem Frequenzversatz zwischen diesen Frequenzen kann eine Relativgeschwindigkeit bestimmt werden, da der Frequenzversatz proportional zur Geschwindigkeit des
Fahrzeugs und dem Kosinus des Winkels ist, welcher durch den Geschwindigkeitsvektor und die Abstrahlrichtung der Antenne definiert ist. Aufgrund der weitgehend ungerichteten
Abstrahlung von Radarsignale durch die Sendeantenne ist eine Zuordnung der Dopplerfrequenzen zu einzelnen reflektierenden bzw. zurückstreuenden Objekten dabei nicht möglich, wodurch diese Art der Geschwindigkeitsbestimmung den Nachteil besitzt, dass keine Eindeutigkeit bezüglich der Objekte besteht und in dessen Folge auch die Geschwindigkeit ebenfalls nur mit einer bestimmten Unsicherheit bestimmt werden kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein genaueres und verlässlicheres System und Verfahren für die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs anzugeben. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren sowie die Anordnung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in jeweils abhängigen Patentansprüchen
aufgeführt .
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit den
Schritten Empfangen von mittels eines Radars mit
synthetischer Apertur aus Abtastungen einer Fahrtstrecke des Fahrzeugs generierten Bildrohdaten, Generieren von Bildern der abgetasteten Fahrtstrecke aus den empfangenen
Bildrohdaten, wobei für die Generierung eines jeweiligen Bildes eine Referenzgeschwindigkeit berücksichtigt wird, Bewerten zumindest eines generierten Bildes bezüglich
zumindest eines Kriteriums, Auswählen eines Bildes abhängig von der Bewertung, und Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis zumindest einer dem ausgewählten Bild zugeordneten Information.
Der Einsatz eines Radars mit synthetischer Apertur (Englisch: Synthetic Aperture Radar, abgekürzt SAR) , wie es
beispielsweise bereits bei der Fernerkundung verwendet wird, ermöglicht, Bilder mit einer hohen Auflösung zu generieren. Diese hohe Auflösung ermöglicht wiederum eine qualitative Bewertung der Bilder, auf Basis derer ein bestimmtes Bild ausgewählt wird. Diesem ausgewählten Bild zugeordnete
Informationen dienen schließlich dazu, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen.
Bilder der abgetasteten Fahrtstrecke können dabei aus den vom Radar bereitgestellten Bildrohdaten mittels bekannter
Algorithmen zur digitalen Bildverarbeitung, beispielsweise mittels eines so genannten Range-Doppler-Algorithmus ,
generiert werden. Jedes Bild umfasst dabei einen jeweiligen Ausschnitt der mittels des Radars abgetasteten Fahrstrecke. Der Algorithmus berücksichtigt für die Generierung des Bildes eine Referenzgeschwindigkeit, die vorzugsweise bereits im Bereich der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs liegt. Die anschließende Bewertung des generierten Bildes anhand zumindest eines Kriteriums dient einer Einschätzung, ob die Referenzgeschwindigkeit der tatsächlichen
Geschwindigkeit entspricht. Sofern die
Referenzgeschwindigkeit nicht der tatsächlichen
Geschwindigkeit entspricht, kann in nachfolgenden Iterationen beispielsweise die für die Bildgenerierung berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit variiert werden oder beispielsweise ein anderes generiertes Bild bewertet werden, bis eine
Übereinstimmung bzw. nahezu Übereinstimmung der
Geschwindigkeiten anhand des Kriteriums bestätigt wird.
Gemäß einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird im Schritt des Bewertens für das generierte Bild ein Fokussierungsgrad bestimmt, und als Kriterium der bestimmte Fokussierungsgrad bewertet.
Gemäß einer Ausgestaltung der ersten Weiterbildung wird als Information, auf deren Basis im Schritt des Bestimmens die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird, die für die Generierung des Bildes berücksichtigte
Referenzgeschwindigkeit dem Bild zugeordnet.
Der Fokussierungsgrad eines Bildes kann mittels eines
bekannten Algorithmus bestimmt werden. Da die bei der
Generierung des Bildes berücksichtigte
Referenzgeschwindigkeit den Fokussierungsgrad eines Bildes beeinflusst, kann anhand des bestimmten Fokussierungsgrads ermittelt werden, ob das Bild mit einer
Referenzgeschwindigkeit generiert wurde, die der
tatsächlichen bzw. nahezu tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs zum Zeitpunkt der Abtastung durch das SAR
entspricht. Sofern der bestimmte Fokussierungsgrad eines Bildes hinreichend gut ist, wurde dieses Bild mit einer
Referenzgeschwindigkeit generiert, die der tatsächlichen bzw. nahezu der tatsächlichen Geschwindigkeit entspricht. Im abschließenden Schritt des Bestimmens wird die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis der
Referenzgeschwindigkeit, mit der dieses Bild generiert wurde, bestimmt. Den Bildern wird hierfür im Schritt des Generierens die jeweils berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit als
Information zugeordnet. Sofern der bestimmte
Fokussierungsgrad des Bildes jedoch nicht hinreichend gut ist, das Bild mithin mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert wurde, die nicht zumindest nahezu der tatsächlichen Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Abtastung entspricht, wird in einer oder mehreren nachfolgenden Iterationen die
Referenzgeschwindigkeit variiert und ein jeweiliges Bild auf Basis der gleichen empfangenen Bildrohdaten generiert, dessen Fokussierungsgrad wiederum bestimmt und bewertet wird. Diese Iterationen werden insbesondere solange durchgeführt, bis ein Bild generiert wurde, welches einen hinreichend guten
Fokussierungsgrad aufweist, bzw. bis ein Abbruchkriterium, beispielsweise eine Zeitüberschreitung, dazu führt, dass ein Bild aus Bildrohdaten einer nachfolgenden Abtastung generiert wird .
Gemäß einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung des Verfahrens bezüglich des Schrittes des Bewertens wird das generierte Bild mit einem weiteren Bild verglichen und als Kriterium eine Ähnlichkeit der Bilder bewertet.
Eine Ähnlichkeit von Bildern kann insbesondere mittels einer aus der Signalverarbeitung bekannten Korrelation bzw. einer aus der Bildverarbeitung bekannten Autokorrelation beurteilt werden. Die Korrelation von Bildern ermöglicht eine Erkennung von bestimmten Objekten oder Strukturen. Hierdurch ist es möglich, eine Bewegung beispielsweise eines bestimmten
Objekts oder einer bestimmten Struktur der abgetasteten
Fahrtstrecke über die Zeit in sukzessiv generierten Bildern zu erfassen. Aus der benötigten Zeit für die Bewegung über eine bestimmte Distanz kann wiederum die Geschwindigkeit bestimmt werden. Nachteilig besteht jedoch die Schwierigkeit, die von dem Objekt bzw. der Struktur zurückgelegte Distanz in den generierten Bildern mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen .
Alternativ kann die Erfassung der Bewegung mittels einer Korrelation von Bildern erfolgen, die aus Bildrohdaten unterschiedlicher Antennen des Radars generiert werden. Diese Antennen weisen eine bestimmte Distanz in Fahrtrichtung des Fahrzeugs zueinander auf. Bei dieser Alternative erfolgt beispielsweise ausgehend von einem generierten Bild aus
Bildrohdaten einer ersten Antenne eine Korrelation mit einem generierten Bild aus Bildrohdaten einer zweiten Antenne des Radars, um eine Ähnlichkeit der beiden generierten Bilder, beispielsweise bezüglich eines Objektes oder einer Struktur, zu bestimmen. Sofern eine hinreichende Ähnlichkeit der Bilder bzw. eines jeweiligen Teilbereichs der Bilder, in welchem das Objekt bzw. die Struktur enthalten ist, vorliegt, wird das Bild der zweiten Antenne für die Geschwindigkeitsbestimmung ausgewählt. Liegt hingegen keine hinreichende Ähnlichkeit der Bilder vor, so wird in einer oder mehreren nachfolgenden Iterationen ein jeweils anderes Bild der zweiten Antenne mit dem Bild der ersten Antenne korreliert. Diese Iterationen werden insbesondere solange durchgeführt, bis ein Bild der zweiten Antenne ermittelt wurde, welches eine hinreichende Ähnlichkeit mit dem Bild der ersten Antenne aufweist, bzw. bis ein Abbruchkriterium, beispielsweise eine
Zeitüberschreitung, dazu führt, dass ein anderes Bild der ersten Antenne als Basis für die Korrelation mit Bildern der zweiten Antenne dient.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorstehenden Weiterbildung des Verfahrens wird im Schritt des Generierens einem jeweiligen Bild eine Information bezüglich eines Zeitpunktes der
Abtastung, insbesondere der Abtastung des in dem Bild
abgebildeten Ausschnitts der Fahrtstrecke, oder eines
Zeitpunktes der Generierung des Bildes zugeordnet. Weiterhin wird im Schritt des Bestimmens auf Basis einer zeitlichen Differenz zwischen den zugeordneten Zeitpunkten der Bilder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt.
Mittels der Zuordnung des Zeitpunktes der Abtastung bzw. der Generierung eines jeweiligen Bildes kann in der vorstehend beschriebenen alternativen Erfassung eine Zeitdifferenz zwischen den Bildern der ersten und zweiten Antenne bestimmt werden. Hierfür wird beispielsweise die Dauer bestimmt, bis ein zunächst von der ersten Antenne abgetastetes Objekt bzw. eine abgetastete Struktur nachfolgend auch von der zweiten Antenne abgetastet wird. Aus dieser bestimmten Dauer bzw. der Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten der generierten Bilder und der Distanz zwischen der ersten und der zweiten Antenne des Radars kann schließlich die Geschwindigkeit berechnet werden .
Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird im Schritt des Generierens als Referenzgeschwindigkeit eine in einem vorherigen Zyklus des Verfahrens bestimmte
Geschwindigkeit oder eine mittels einer weiteren Einrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung bestimmte Geschwindigkeit berücksichtigt .
Die Referenzgeschwindigkeit wird, wie vorstehend bereits beschrieben, für die Generierung von Bildern aus empfangenen Bildrohdaten berücksichtigt. Sie ist weiterhin von Bedeutung, um beispielsweise bei der Bewertung nach dem Kriterium der Ähnlichkeit von Bildern eine Zeitdifferenz zwischen den
Bildern abzuschätzen und darauf basierend ein Bild der zweiten Antenne mit einer entsprechenden Zeitdifferenz zum Bild der ersten Antenne für eine erste Korrelation
auszuwählen. Da sich die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs von einem Zyklus des Verfahrens zu einem nächsten Zyklus in der Regel nur begrenzt ändert bzw. ändern kann, führt diese
Abschätzung dazu, dass eine erforderliche Anzahl Iterationen für die Auswahl eines Bildes gering gehalten werden kann. In gleicher Weise führt diese Referenzgeschwindigkeit bei der Bewertung nach dem Kriterium des Fokussierungsgrads eines Bildes dazu, dass ein erstes in dem neuen Zyklus bewertetes Bild mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert wurde, die sich nur begrenzt von der im vorherigen Zyklus bestimmten Geschwindigkeit unterscheidet bzw. unterscheiden kann. Dies führt wiederum vorteilhaft dazu, dass eine erforderliche Anzahl zu generierender Bilder gering gehalten werden kann.
Sofern eine Referenzgeschwindigkeit aus einem vorherigen Zyklus des Verfahrens nicht vorliegt, beispielsweise bei einer erstmaligen Ausführung des Verfahrens oder wenn in dem Zyklus keine Geschwindigkeit bestimmt werden konnte, kann für die Generierung insbesondere eines ersten Bildes bzw. für einen ersten Zyklus des Verfahrens eine Geschwindigkeit berücksichtigt werden, die von einer weiteren Einrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung des Fahrzeugs bestimmt wurde. Eine solche weitere Einrichtung bestimmt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in bekannter Weise beispielsweise auf Basis von Signalen zumindest eines weiteren Radars, eines oder mehrerer Drehzahlgebers oder eines Satelliten-gestützten
Positionierungssystems, wie sie einleitend beschrieben wurden. Insbesondere bei einer erstmaligen Ausführung des Verfahrens während oder nach einem Stillstand des Fahrzeugs kann die Referenzgeschwindigkeit auch zunächst als Null angenommen werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines
Fahrzeugs, wobei die Anordnung zumindest ein Radar mit synthetischer Apertur, welches mittels zumindest einer Sende- und zumindest einer Empfangsantenne eine Fahrtstrecke des Fahrzeugs abtastet, eine
Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung, aufweisend zumindest eine Prozessoreinrichtung und eine Speichereinrichtung, mittels welcher Bilder der abgetasteten Fahrtstrecke aus von dem Radar empfangenen Bildrohdaten unter Berücksichtigung einer Referenzgeschwindigkeit generiert werden, zumindest ein generiertes Bild bezüglich zumindest eines Kriteriums
bewertet wird, ein Bild abhängig von der Bewertung ausgewählt wird und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis
zumindest einer dem ausgewählten Bild zugeordneten
Information bestimmt wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die bestimmte Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. eine diese repräsentierende Information kann beispielsweise mittels einer Schnittstelle der Anordnung weiteren
Einrichtungen, insbesondere einer Antriebs- und/oder
Bremssteuereinrichtung des Fahrzeugs zugeführt werden. Eine solche Schnittstelle kann dabei insbesondere kabelgebunden oder kabelungebunden, insbesondere funkbasiert verwirklicht sein .
Gemäß einer Weiterbildung der Anordnung ist die
Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung ferner dazu
ausgestaltet, einen Fokussierungsgrad des zumindest einen generierten Bildes zu bestimmen und den bestimmten
Fokussierungsgrad als Kriterium zu bewerten.
Gemäß einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung der Anordnung ist die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung dazu ausgestaltet, das zumindest eine generierte Bild mit einem weiteren Bild zu vergleichen und eine Ähnlichkeit der Bilder als Kriterium zu bewerten.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Anordnung ist die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung dazu ausgestaltet, als Referenzgeschwindigkeit eine von einer weiteren Einrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung bestimmte Geschwindigkeit für die Generierung des zumindest einen Bildes zu
berücksichtigen .
Eine solche weitere Einrichtung ist beispielsweise eine einleitend beschriebene bekannte Einrichtung, welche
insbesondere auf Basis von Signalen zumindest eines weiteren Radars, eines oder mehrerer Drehzahlgeber oder eines Satelliten-gestützten Positionierungssystems die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs bestimmt. Die weitere
Einrichtung kann beispielsweise zumindest teilweise in dem Gehäuse der Anordnung oder getrennt von dieser verwirklicht sein. In letzterem Fall wird die von dieser Einrichtung bestimmte Geschwindigkeit bzw. eine die Geschwindigkeit repräsentierende Information über eine Schnittstelle der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung zugeführt. Diese
Schnittstelle kann insbesondere als eine kabelgebundene oder kabelungebundene, insbesondere funkbasierte Schnittstelle unter Verwendung bekannter Übertragungsprotokolle
ausgestaltet sein.
Das Radar mit synthetischer Apertur ist beispielsweise als ein frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (Englisch: Frequency Modulated Continuous Wave Radar, FMCW Radar) ausgestaltet. Abhängig von der Art der Bewertung von generierten Bildern kann das Radar insbesondere eine Sendeantenne und eine
Empfangsantennne bzw. eine Sendeantenne und zumindest zwei Empfangsantennen aufweisen. Die Sende- und Empfangsantennen können jeweils als eine bekannte so genannte integrierte Patch-Antenne ausgestaltet sein, bei welcher eine Mehrzahl von Patches auf einem Substrat ein resultierendes
Antennendiagramm definiert. In gleicher Weise können die Antennen jedoch auch als Hornstrahler ausgestaltet sein. Die Antennen des Radars sind entsprechend dem Einsatz zur
Fernerkundung orthogonal oder in einem Winkel, einem so genannten Schieiwinkel, zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs und jeweils in einem Winkel zur Ebene der Fahrstrecke bzw. zur Hochachse des Fahrzeugs ausgerichtet. Ein derart
ausgerichtetes Radar wird auch als Seitensichtradar
(Englisch: side-looking radar) bezeichnet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Anordnung ist die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung dazu ausgestaltet, eine Änderung einer Abstrahlrichtung der zumindest einen Sendeantenne des Radars zu steuern. Sofern die Sendeantennen des Radars als eine bekannte so genannte phasengesteuerte Guppenantenne (Englisch: Phased Array Antenna) ausgestaltet ist, bei welcher das
Antennendiagramm beispielsweise durch Speisung einzelner Strahler bzw. Patches mit einer unterschiedlicher Phasenlage elektronisch geschwenkt werden kann, kann insbesondere der Winkel zur Ebene der Fahrtstrecke bzw. der Hochachse des Antennendiagramms der Sendeantenne geändert werden.
Alternativ oder ergänzend kann die Abstrahlrichtung jedoch auch mechanisch, insbesondere durch Kippen oder Schwenken eines Gehäuses, in bzw. an dem die Antennen angeordnet sind, mittels einer Kipp- oder Schwenkvorrichtung geändert werden. Eine Änderung der Abstrahlrichtung kann insbesondere sinnvoll sein, wenn die mittels des Radars abgetastete Oberfläche der Fahrtstrecke nicht geeignet ist, auf Basis einer Bewertung generierter Bilder der Oberfläche die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen. Insbesondere kann dies bei einer Oberfläche der Fahrtstrecke auftreten, welche keine für eine Reflektion von Radarwellen ausreichende Rauigkeit oder
Objekte und/oder Strukturen aufweist. Eine mangelnde Eignung der Fahrtstrecke kann insbesondere bei der Bewertung eines Bildes durch die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung festgestellt werden, woraufhin die Einrichtung eine Änderung des Abstrahlrichtung, beispielsweise ein elektronisches
Schwenken des Antennendiagramms oder ein mechanisches
Schwenken zumindest der Sendeantenne ansteuert. Mittels einer Änderung der Abstrahlrichtung können Sendesignale auf
beispielsweise einen anderen Bereich bzw. Ausschnitt der Fahrtstrecke gerichtet werden, welcher eine hinreichende Rauigkeit oder Objekte bzw. Strukturen mit einer geeigneten Geometrie oder auch elektrischen Eigenschaften aufweist, die eine Bewertung generierter Bilder ermöglichen. Das
Antennendiagramm der zumindest einen Empfangsantenne kann in einem solchen Fall entsprechend der Änderung des
Antennendiagramms angepasst werden.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft schließlich ein Fahrzeug, welches zumindest eine erfindungsgemäße Anordnung oder Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Anordnung durch den Einsatz eines Radars mit synthetischer Apertur einen großen Geschwindigkeitsbereich abdecken, insbesondere einen Bereich von nahezu Null bis zu 500km/h bei Nutzung eines
Frequenzbands im Frequenzbereich von 24GHz. Die Anordnung ist dadurch für den Einsatz in spurgebundenen Fahrzeugen, insbesondere Straßenbahnen, Untergrundbahnen, Lokomotiven oder Triebzüge für den Nah- und Fernverkehr bis in den
Hochgeschwindigkeitsbereich, sowie für den Einsatz in
spurungebundene Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge für den Personen- und Gütertransport, einschließlich
Lastkraftwagen, Personenkraftwagen oder Busse, geeignet. Die erfindungsgemäße Anordnung kann dabei die einleitend
beschriebenen bekannten Systeme zur
Geschwindigkeitsbestimmung eines Fahrzeugs beispielsweise zur Erhöhung einer Redundanz ergänzen oder eines dieser bekannten Systeme zumindest zeitweise ersetzen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 eine schematische Seitenansicht eines
Schienenfahrzeugs ,
FIG 2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen
Anordnung im Unterflurbereich eines Wagenkastens,
FIG 3 eine weitere Ansicht der Anordnung im
Unterflurbereich eines Wagenkastens,
FIG 4a, b schematische Draufsichten eines Gehäuses der
Anordnung,
FIG 5 ein Ablaufdiagramm eines ersten erfindungsgemäßen
Verfahrens basierend auf der Bestimmung eines
Fokussierungsgrads eines generierten Bildes, und
FIG 6 ein Ablaufdiagramm eines zweiten erfindungsgemäßen
Verfahrens basierend auf einer Korrelation von generierten Bildern. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in den Figuren für gleiche bzw. gleich oder nahezu gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet. Weiterhin ist in den FIG 1, 2 und 3 jeweils ein Koordinatensystem angegeben, in welchem die zueinander senkrecht ausgerichteten Längsachse L, Querachse Q sowie Hochachse H dargestellt sind. Die
Längsachse L definiert dabei auch die Fahrtrichtung F des Fahrzeugs sowie, bezüglich des Radars mit synthetischer
Apertur, den so genannten Azimut A. Die Querachse Q
entspricht, bezüglich des Radars, hingegen der so genannten Range R.
FIG 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines
Schienenfahrzeug 1 als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug. Das Schienenfahrzeug 1 ist beispielhaft als ein elektrischer Triebzug für den Personentransport mit einer Mehrzahl Wagen ausgestaltet, wobei im oberen Bereich der FIG 1 beispielhaft ein erster Endwagen 2 sowie ein mit diesem verkuppelter erster Mittelwagens 3, und im unteren Bereich der FIG 1 ein mit dem ersten Mittelwagen 3 verkuppelter zweiter Mittelwagen 3 sowie ein mit diesem verkuppelter zweiter Endwagen 2 dargestellt sind. Weitere Mittelwagen zur Erhöhung der möglichen Anzahl zu befördernder Personen können vorgesehen werden. Die dargestellten Wagen 2, 3 verfügen jeweils über einen Wagenkasten 4, der sich über zwei
Drehgestelle 5 in Form von Trieb- oder Laufdrehgestellen auf nicht dargestellten Schienen abstützt. Alternativ zu dem Vorsehen von zwei Drehgestellen je Wagenkasten, wie es in FIG 1 angegeben ist, können insbesondere im Bereich der Übergänge zwischen den Endwagen 2 und dem jeweils benachbarten
Mittelwagen 3 sowie zwischen den beiden Mittelwagen 3 auch gemeinsame Drehgestelle, insbesondere so genannte Jakobs- Drehgestelle, vorgesehen werden.
Die Endwagen 2 sind bezüglich der Längsachse L beispielsweise jeweils in mehrere räumliche Bereiche unterteilt. Diese
Bereiche sind zum einen ein Führerstand bzw. Kopfmodul 6 im vorderen bzw. hinteren Bereich, zum anderen ein an den
Führerstand 6 angrenzender Wagenkasten 4. Der jeweilige
Wagenkasten 4 der Endwagen 2 und Mittelwagen 3 umschließt einen Fahrgastraum 7, in dem Sitzmöglichkeiten für Fahrgäste sowie deren Gepäck vorgesehen sein können. Die Fahrgasträume 7 der Wagen 2, 3 können von Fahrgästen über in Seitenwänden der Wagenkästen 4 angeordnete, nicht dargestellte Türen betreten und verlassen werden. Weiterhin können Fahrgäste über Wagenübergänge 8 in den Fahrgastraum 7 des jeweils benachbarten Wagens 2, 3 gelangen. Derartige Wagenübergänge 8 werden üblicherweise durch Wellen- oder Faltenbälge vor
Umwelteinflüssen geschützt.
Auf dem Dach sowie unter dem Boden bzw. im Unterflurbereich des jeweiligen Wagenkastens 4 der Endwagen 2 sowie
gegebenenfalls der Mittelwagen 3 sind üblicherweise
elektrische Geräte bzw. Container für solche Geräte als Teil der elektrischen Ausrüstung des Triebzugs angeordnet, welche in der FIG 1 jedoch nicht dargestellt sind. Diese dienen beispielsweise einem Antrieb des Triebzugs, insbesondere der Versorgung und Steuerung von in FIG 1 nicht dargestellten Fahrmotoren. Die Fahrmotoren sind beispielsweise in dem als ein Triebdrehgestell ausgestalteten rechten Drehgestell 5 des ersten Endwagens 2 sowie in dem linken Drehgestell des zweiten Endwagens 2 angeordnet. Weitere Drehgestelle des Triebzugs können, insbesondere abhängig von der benötigten Antriebsleistung, ebenfalls mit Fahrmotoren ausgerüstet sein. Die Versorgung der Fahrmotoren erfolgt beispielsweise über einen jeweiligen, im Unterflurbereich des Wagenkastens 4 des Endwagens 2 angeordneten Transformator, dessen Primärwicklung beispielsweise über einen auf dem Dach des ersten
Mittelwagens 3 angeordneten Stromabnehmer mit einer
beispielsweise Hochspannungs-Wechselstrom führenden
Oberleitung elektrisch verbunden werden kann. Auf dem
jeweiligen Dach des Wagenkastens 4 des Endwagens 2 ist hingegen beispielsweise ein mit dem Transformator verbundener Traktionsstromrichter zur Versorgung der Fahrmotoren mit elektrischer Energie angeordnet. Ferner ist auf den Dächern der Wagenkästen 4 üblicherweise jeweils zumindest eine
Klimaanlage angeordnet, die der Klimatisierung des darunter befindlichen Fahrgastraums 7 dient. Neben diesen Komponenten der elektrischen Ausrüstung des Triebzugs können weitere Komponenten, insbesondere Steuereinrichtungen, Hilfsbetriebe sowie Einrichtungen zu deren Versorgung in gleicher Weise auf dem Dach, im Unterflurbereich oder auch im Innenraum der Wagenkästen angeordnet sein.
Im Unterflurbereich des jeweiligen Wagenkastens 4 der
Endwagen 2 ist beispielhaft eine jeweilige erfindungsgemäße Anordnung 9 bzw. Teile der erfindungsgemäßen Anordnung 9 vorgesehen. Die jeweilige Anordnung 9 umfasst neben einem Radar mit synthetischer Apertur (SAR) weitere Einrichtungen, wie sie insbesondere bezüglich der FIG 4 noch näher erläutert werden. Vorzugsweise weist die Anordnung 9 ein geschlossenes Gehäuse 10 auf, um die darin bzw. daran angeordneten
Bauteile, Komponenten bzw. Einrichtungen gegen
Umwelteinflüsse wie beispielsweise Feuchtigkeit, Staub oder Steinschlag zu schützen. An einer oder mehreren Außenseiten bzw. Seitenwänden des Gehäuses 10 sind beispielsweise Sende- und Empfangsantennen des SAR sowie gegebenenfalls eines weiteren Radars angeordnet, während in dem Gehäuse
Einrichtungen zur Generierung von Sendesignalen für eine oder mehrere Sendeantennen sowie zur Wandlung und Verarbeitung von empfangenen Echos dieser Signale angeordnet sind. Teile dieser Einrichtungen können dabei auch in einem gesonderten Gehäuse oder Container, gegebenenfalls zusammen mit anderen Einrichtungen der elektrischen Ausrüstung des Triebzugs auf dem Dach, im Wagenkasten 4 oder im Unterflurbereich des
Endwagens 2 angeordnet sein. Bei der Positionierung der
Anordnung 9 bzw. des SAR im Unterflurbereich des Wagenkastens 4 ist sicherzustellen, dass der Bereich der Signalabstrahlung einer Sendeantenne des SAR frei von Hindernissen bzw.
fahrzeugseitigen Einrichtungen, insbesondere Containern der elektrischen Ausrüstung oder Teilen der Drehgestelle, ist, um unerwünschte Streuungen von Signalen und damit mögliche
Störungen des Empfangs von Echos dieser Signale durch die zumindest eine Empfangsantenne des SAR zu vermeiden. Sofern im Unterflurbereich der Endwagen 2 hierfür kein ausreichender Raum verfügbar ist, kann alternativ zu der Darstellung in FIG 1 die Anordnung 9 auch im Unterflurbereich der Mittelwagen 3 angeordnet werden. Das Vorsehen von zwei Anordnungen 9 dient beispielsweise einer vorteilhaften Redundanz zur Erhöhung der Ausfallsicherheit sowie der Genauigkeit des Systems.
Alternativ kann eine Anordnung 9 auch einer jeweiligen
Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs zugeordnet sein. Für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Konzepts ist jedoch bereits das Vorsehen einer Anordnung 9 ausreichend.
FIG 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Anbringung der erfindungsgemäßen Anordnung 9 im
Unterflurbereich eines Wagenkastens 4, wobei lediglich eine untere Sichtkante des Wagenkastens dargestellt ist. Das Gehäuse 10 der Anordnung 9 ist über eine oder mehrere
Halterungen 11, in der FIG 2 sind beispielhaft zwei
Halterungen 11 angegeben, mechanisch an der Unterseite, insbesondere an Streben oder Rahmenteilen des Wagenkastens, befestigt. Die Halterungen 11 dienen dabei insbesondere einer lagestabilen und vibrationsarmen Befestigung des Gehäuses 10 an dem Wagenkasten 4. An einer Längsseite bzw. einer
Seitenwand des Gehäuses 10 sind beispielhaft drei Antennen des SAR angeordnet, die als Patch-Antennen mit einer
jeweiligen Mehrzahl Patches ausgestaltet sind. Beidseitig einer beispielhaft mittig der Seitenwand des Gehäuses 10 angeordneten Sendeantenne 12 sind eine erste 13.1 und eine zweite Empfangsantenne 13.2 angeordnet. Die Längsseite des Gehäuses 10 ist dabei parallel bzw. weitgehend parallel zur Längsachse L des Triebzugs ausgerichtet. Zwei
Empfangsantennen 13.1, 13.2 sind insbesondere für den Ansatz einer Bewertung von generierten Bildern mittels einer
Korrelation vorgesehen, wie er nachfolgend insbesondere bezüglich FIG 6 näher erläutert wird, während für den Ansatz einer Bewertung von generierten Bildern mittels einer
Fokussierung prinzipiell lediglich eine Empfangsantenne ausreicht. Ebenfalls könnte für letzteren Ansatz auch eine einzige Patch-Antenne, deren Mehrzahl Patches in jeweilige Sende- und Empfangs-Patches unterteilt sind, genügen. Für ersteren Ansatz können alternativ auch zwei Sendeantennen mit einer jeweils zugeordneten Empfangsantenne vorgesehen werden.
In dem Beispiel der FIG 2 erfolgt eine Abstrahlung von
Signalen 19 der Sendeantenne 12 des SAR entsprechend der Ausrichtung beim bekannten Einsatz für die Fernerkundung vorwiegend in Richtung der Querachse Q sowie in Richtung eines bezüglich der Hochachse H unterhalb des Wagenkastens 4 befindlichen Bereiches der Fahrtstrecke. Von der
Fahrtstrecke, über die sich der Triebzug bewegt, werden ausgesendete Signale 19 teilweise reflektiert bzw. gestreut und als Echos von den beiden Empfangsantennen 13.1, 13.2 empfangen. Entsprechend wird mit jeder Abstrahlung der
Sendeantenne ein von dem Antennendiagramm sowie dem Abstand zur Fahrtstrecke abhängiger Ausschnitt der Fahrtstrecke durch das Radar abgetastet. Ein Gleisbett aus Schottersteinen als Teil der Fahrtstrecke, wie es in FIG 2 beispielhaft
dargestellt ist, ist aufgrund der Geometrie von
Schottersteinen, welche gute Reflektionseigenschaften
aufweisen, und erkennbaren Strukturen dabei in besonderer Weise für die Bewertung von aus Abtastungen generierter
Bilder geeignet.
Die Fahrtstrecke, von der FIG 2 einen Ausschnitt zeigt, ist beispielhaft als ein so genannter Oberbau 14 bzw. Gleiskörper ausgeführt. Dieser weist üblicherweise ein Gleisbett 15 aus Schottersteinen auf, auf dem in Abständen und quer zur
Fahrtrichtung F Schwellen 16 liegen, auf welchen wiederum parallel laufende Schienen 17 in Fahrtrichtung F befestigt sind. Die Schwellen 16 sind beispielsweise aus Beton, Holz oder Stahl gefertigt und dienen dazu, die Schienen 17 in einem bestimmten Abstand zueinander, der so genannten
Spurweite, zu fixieren. Die Schienen 17 werden durch
geeignete Befestigungsmittel 18, insbesondere Nägel,
Gewindebolzen, Muttern oder Klemmen, auf den Schwellen 16 gehalten. In Deutschland wird für die Befestigung von Schienen auf Betonschwellen beispielsweise der so genannte Oberbau W eingesetzt, bei dem so genannte Epsilon- Spannklemmen in W-förmigen Vertiefungen der Schwellen mittels Schwellenschrauben befestigt werden.
FIG 3 zeigt die vorstehend beschriebene Situation der FIG 2 in einer Ansicht entgegen der Fahrtrichtung F des Triebzugs, zur Verdeutlichung der beispielhaften Anbringung der
erfindungsgemäßen Anordnung 9 im Unterflurbereich des
Wagenkastens 4. Wie vorstehend bereits bezüglich der FIG 1 beschrieben, stützt sich der Wagenkasten 4 über Drehgestelle auf den Schienen 17 ab. Lediglich beispielhaft sind in FIG 3 mittels gestrichelter Linien die Umrisse von Rädern 20 eines solchen Drehgestells dargestellt, welche sich außerhalb des in FIG 2 gezeigten Ausschnitts befinden und in FIG 3
perspektivisch im Hintergrund angeordnet ist. Das Gehäuse 10 der Anordnung 9 ist über eine oder mehrere Halterungen 11 an der Unterseite des Wagenkastens 4 mechanisch befestigt. An der Längsseite bzw. Seitenwand des Gehäuses 10 sind die
Sende- und Empfangsantennen 12 bzw. 13.1, 13.2 des SAR angeordnet, wobei die Sendeantenne 12 wiederum Signale, beispielhaft dargestellt durch von der Sendeantenne 12 ausgehende Wellen 19, in Richtung des Gleisbettes 15
unterhalb des Wagenkastens und zwischen den beiden Schienen 17 aussendet.
Wie vorstehend zu FIG 2 bereits erwähnt, erfolgt eine
Abstrahlung von Signalen 19 bzw. Radarwellen durch die
Sendeantenne 12 entsprechend der Ausrichtung eines SAR bei der Fernerkundung, d.h. in Richtung der Querachse Q bzw. in einem Winkel zu dieser, sowie in einem Winkel zur Hochachse H in Richtung des Gleisbettes 15. Ausgehend von einem
Antennendiagramm der Sendeantenne 12, dessen Hauptachse rechtwinklig zur Ebene der Patch-Antenne liegt, ist das
Gehäuse 10 in der FIG 3 beispielhaft um einen entsprechenden Winkel zur Hochachse H geneigt angeordnet. Die Ausrichtung des Gehäuses 10 bzw. der Antennen 12, 13.1, 13.2 sollte dabei vorzugsweise mittels einer geeigneten Ausgestaltung der Halterungen 11 einstellbar sein, um einen geeigneten Bereich des abzutastenden Gleisbettes auszuwählen. Im unteren Bereich der FIG 3 ist beispielhaft eine alternative Ausgestaltung des Gehäuses 10 der Anordnung 9 dargestellt. Gemäß dieser
Ausgestaltung ist lediglich die Seitenwand des Gehäuses 10, an der die Sende- und Empfangsantennen 12, 13.1, 13.2
angeordnet sind, in einem geeigneten Winkel zur Hochachse H ausgerichtet, während die Boden- und Deckelwände des Gehäuses 10 parallel zur Querachse liegen. Weiterhin können als weitere alternative, in FIG 3 jedoch nicht speziell
dargestellte, Ausgestaltung ausschließlich die Antennen 12, 13.1, 13.2 mittels geeigneter Halterungen in einem geeigneten
Winkel zur Hochachse H an dem Gehäuse 10 befestigt sein.
Wie vorstehend bereits erwähnt, ist ein Gleisbett mit
Schottersteinen besonders gut für eine Bewertung von
generierten Bildern geeignet. Für bestimmte Anwendungen, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsstrecken, werden jedoch auch Oberbauplatten aus Stahlbeton eingesetzt, in denen
Schwellen und Schienenbefestigungsträger für eine höhere Stabilität und Lagesicherheit der Schienen integriert sind. Aufgrund einer in der Regel deutlich geringeren Rauigkeit von Betonplatten gegenüber Schottersteinen ist ein solcher
Untergrund weniger für Abtastungen mittels eines SAR
geeignet. Der Winkel zur Hochachse H der Abstrahlung durch die Sendeantenne 12 sollte in einer solchen Situation
vorzugsweise, insbesondere auch während einer Bewegung des Fahrzeugs, beispielsweise derart verändert werden können, dass alternative Objekte oder Strukturen, die eine sinnvolle Bewertung von generierten Bildern gestatten, mittels des Radars abgetastet werden. Solche alternativen Objekte können beispielsweise die vorstehend genannten Spannklemmen und Schwellenschrauben zur Befestigung der Schienen an den
Oberbauplatten sein. Diese sind zum einen in der Regel aus einem Metall hergestellt, welches Radarwellen gut
reflektiert, sowie zum anderen aufgrund ihrer speziellen Form als Objekte in generierten Bildern erkennbar. Eine Änderung des Winkels der Abstrahlung in Richtung derartiger Objekte bzw. Strukturen, wie sie in FIG 3 durch von der Sendeantenne 12 ausgehende gestrichelte Wellen 23 beispielhaft angegeben ist, kann durch ein mechanisches Schwenken bzw. Kippen des Gehäuses 10, angedeutet durch einen gestrichelten Doppelpfeil neben der linken Seitenwand des Gehäuses 10, oder der
Sendeantenne 12 selbst erfolgen. Bei einem Schwenken oder Kippen des Gehäuses 10 kann die Halterung 11 beispielsweise ein oder mehrere elektrische Stellmotoren, Hydraulikzylinder oder Pneumatikzylinder aufweisen, welche durch Ansteuerung den Winkel des Gehäuses zur Hochachse H verändern können. Dabei kann die Halterung 11 bzw. das Gehäuse 10
beispielsweise zwei definierte Positionen, die jeweils einen bestimmten Winkel der Abstrahlung der Sendeantenne
definieren, einnehmen. Alternativ kann bei einer
Ausgestaltung der Sendeantenne 12 als eine Phased-Array- Antenne das Antennendiagramm durch geeignete Ansteuerung elektronisch geschwenkt werden, sodass ein mechanisches
Schwenken oder Kippen des Gehäuses 10 nicht erforderlich ist.
In dem Beispiel der FIG 3 sind an der, in Fahrtrichtung F gesehen, Vorderseite bzw. Stirnwand des Gehäuses 10 eine weitere Sendeantenne 21 und eine Empfangsantenne 22
angeordnet. Diese sind beispielsweise Teil eines einleitend beschriebenen bekannten unmodulierten Dauerstrichradars, welches auf Basis einer Frequenzverschiebung bzw. eines
Doppler-Effekts die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt.
Da ein solches Radar in bekannter Weise ebenfalls im
Unterflurbereich eines Wagenkastens angeordnet wird und
Sendesignale in Fahrtrichtung sowie in Richtung des
Untergrunds sendet, in FIG 3 beispielhaft durch von der
Sendeantenne 21 ausgehende Wellen 24 dargestellt, können insbesondere Teile dieses Radars ebenfalls in bzw. an dem Gehäuse 10 der erfindungsgemäßen Anordnung 9 integriert werden. Bei der Anordnung und Ausrichtung insbesondere der Sendeantenne dieses Radars ist darauf zu achten, dass Echos von deren Abstrahlungen nicht von den Empfangsantennen des SAR empfangen werden können bzw. sich mit Echos von
Abstrahlungen des SAR überlagern können. Alternativ zu den dargestellten separaten Sende- und Empfangsantennen 21 bzw.
22 in Form einer jeweiligen Patch-Antenne kann wiederum eine einzige Patch-Antenne eingesetzt werden, deren Patches entweder dem Sende- oder dem Empfangszweig zugeordnet sind. Die von diesem zusätzlichen Radar bestimmte Geschwindigkeit kann beispielsweise als Referenzgeschwindigkeit sowie als redundante Geschwindigkeit insbesondere für Antriebs- und Bremssteuerungen des Schienenfahrzeugs verwendet werden.
FIG 4a zeigt eine schematische Draufsicht des Gehäuses 10 der Anordnung 9 sowie eine beispielhafte generelle Übersicht der darin angeordneten Komponenten. Wie in FIG 2 und 3 bereits dargestellt, sind an einer Seitenwand des Gehäuses 10 Sende- und Empfangsantennen 12 bzw. 13.1, 13.2 des SAR angeordnet, während an der Stirnwand in Fahrtrichtung F eine jeweilige Sende- und Empfangsantenne 21 bzw. 22 eines unmodulierten Dauerstrichradars angeordnet sind. Den Antenneneinheiten sind jeweils ein oder mehrere elektronische Einrichtungen 25 bzw. 26 für die Generierung von hochfrequenten Sendesignalen sowie Verarbeitung von Empfangssignalen, einschließlich einer
Verstärkung, Filterung sowie Wandlung von Signalen vor- bzw. nachgeschaltet. Diese Einrichtungen können insbesondere den entsprechenden Einrichtungen der Radare beim Einsatz für die Fernerkundung bzw. die Geschwindigkeitsbestimmung
entsprechen. Weiterhin ist eine
Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 in dem Gehäuse 10 vorgesehen, mit der die Einrichtungen 25, 26 verbunden sind. Die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 umfasst
insbesondere zumindest einen Mikroprozessor und/oder einen programmierbaren integrierten Schaltkreis sowie eine
Speichereinrichtung, mittels denen empfangene und in ein digitales Format gewandelte Signale gemäß den nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden können. An dem Gehäuse 10 ist weiterhin zumindest eine elektrische Schnittstelle 28 für die Zuführung elektrischer Energie zu der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 und den Einrichtungen 25, 26 bzw. zu deren Netzteilen vorgesehen. Eine weitere Schnittstelle 29 an dem Gehäuse 10 kann zudem einem Austausch von Informationen mit weiteren Einrichtungen des Triebzugs, insbesondere bezüglich der von der
Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 bestimmten
Geschwindigkeit sowie gegebenenfalls einer
Referenzgeschwindigkeit, dienen. Eine solche Schnittstelle 29 kann dabei kabelgebunden, insbesondere elektrisch oder optisch, oder auch kabelungebunden, insbesondere als eine Funkschnittstelle, ausgeführt sein.
FIG 4b zeigt eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausgestaltung der Anordnung 9. Im Unterschied zu der
Anordnung 9 der FIG 4a ist das SAR derart ausgestaltet, dass an der Seitenwand des Gehäuses 10, in Fahrtrichtung F
gesehen, im vorderen sowie im hinteren Bereich des Gehäuses eine jeweilige Kombination aus einer Sende- und einer
Empfangsantenne 12.1, 13.1 bzw. 12.2, 13.2 angeordnet ist. Jeder Kombination ist dabei beispielhaft eine Einrichtung 25.1 bzw. 25.2 zugeordnet, welche wiederum mit der zentralen Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 verbunden ist. Die Anordnung der Antennen an der Seitenwand sowie die Ausprägung des jeweiligen Antennendiagramms der Sendeantennen ist dabei derart, dass Echos von ausgesendeten Signalen der ersten Sendeantenne 12.1 ausschließlich bzw. hauptsächlich von der ersten Empfangsantenne 13.1 empfangen werden können, während Echos von Signalen der zweiten Sendeantenne 12.2
ausschließlich bzw. hauptsächlich von der zweiten
Empfangsantenne 13.2 empfangen werden können. Um
Überlagerungen von Echos weitgehend zu vermeiden, sind die Empfangsantennen beispielhaft in einem Abstand zueinander angeordnet, der dem Abstand der Empfangsantennen 13.1, 13.2 der Ausgestaltung der FIG 4a entspricht.
Gemäß den Beispielen der FIG 4a und 4b sind alle Komponenten bzw. elektrische und elektronische Einrichtungen des SAR sowie die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 in dem Gehäuse 10 angeordnet. Da insbesondere die
Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 bzw. die darin angeordneten elektronischen Bauteile gegenüber Umwelteinflüssen wie beispielsweise Vibrationen und
Umgebungstemperatur vergleichsweise empfindlich sind, kann alternativ eine Anordnung der
Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 zusammen mit weiteren elektrischen bzw. elektronischen Einrichtungen des Fahrzeugs in einem anderen Gehäuse, Container oder
Schaltschrank, insbesondere innerhalb eines Wagenkastens, sinnvoll sein. Vorteilhaft kann hierdurch auch das Volumen des Gehäuses 10 verringert werden, wodurch gegebenenfalls eine einfachere bzw. flexiblere Anordnung des Gehäuses im Unterflurbereich des Wagens ermöglicht wird.
Nachfolgend wird die Funktionsweise eines Radars mit
synthetischer Apertur sowie Algorithmen zur Generierung von Bildern aus Bildrohdaten eines solchen Radars erläutert, bevor bezüglich der FIG 5 und 6 zwei beispielhafte Ansätze für die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf Basis generierter Bilder beschrieben werden.
Ein Radar mit synthetischer Apertur gehört zu der Klasse der abbildenden Radare und wird insbesondere zur Fernerkundung der Erde eingesetzt. Hierzu wird ein solches Radar
beispielsweise an einem Flugzeug mit einer Abstrahlrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung bzw. Flugbahn und in Richtung der Erdoberfläche angeordnet, um durch Abtastung mit
elektromagnetischen Wellen eine hochaufgelöste
zweidimensionale Aufnahme eines Ausschnitts der Oberfläche zu gewinnen. Die Bewegungsrichtung wird in der Fachliteratur auch als Azimut oder Along Track, die Querrichtung dazu als Range oder Cross Track bezeichnet. Weiterhin wird der
Bereich, den die reale Antenne zu einem Zeitpunkt erfasst, in der Fachliteratur als Fußabdruck (Englisch: Footprint), sowie der Geländestreifen, den dieser Footprint durch die Bewegung der realen Antenne überstreicht, als Schwad (Englisch: Swath) bezeichnet .
Gegenüber einem Radar mit realer Apertur (Englisch: Real Aperture Radar, abgekürzt RAR) , bei dem eine Strahlbreite und damit die mögliche Auflösung in Bewegungsrichtung von der physikalischen Länge der Antenne abhängt und aufgrund dessen begrenzt ist, kann bei einem SAR mittels des Prozesses der synthetischen Apertur die Länge der Antenne vergrößert und dadurch vorteilhaft eine höhere Auflösung in der Dimension der Bewegungsrichtung erzielt werden. Während der Bewegung des SAR auf einer Bahn werden sequenziell Radarimpulse bzw. Signale abgestrahlt und Amplitude sowie Phase von Echos dieser Signale empfangen und in einem Echo-Speicher
gespeichert. Echos von Objekten innerhalb des abgetasteten Schwads werden dabei solange empfangen und gespeichert, wie sich diese innerhalb der Strahlbreite bzw. des Footprint der Antenne befinden, wodurch eine hohe Winkelauflösung erzielt wird. Durch Verarbeitung der Historie der Echos bezüglich ihrer jeweiligen Doppler-Verschiebung wird eine sehr schmale effektive Strahlbreite der Antenne und damit vorteilhaft eine hohe Auflösung in der Bewegungsrichtung erzielt, welche zudem unabhängig vom Abstand der Antenne zur Erdoberfläche ist.
In der Dimension der Querrichtung erfolgt eine Erfassung von Bildkoordinaten mittels einer Entfernungsmessung. Diese
Messung erfolgt durch Auswertung der unterschiedlichen
Signallaufzeiten der Echos verschieden weit entfernter
Objekte. Basis für eine solche Entfernungsmessung ist der Einsatz beispielsweise eines frequenzmodulierten
Dauerstrichradars (Englisch: Frequency Modulated Continuous Wave, abgekürzt FMCW) . Durch eine Modulation der Frequenz über die Dauer eines Signals, beispielsweise ein
rampenförmiges Durchlaufen eines bestimmten Frequenzbands, kann eine empfangene Welle einem genauen Sendezeitpunkt innerhalb der Signaldauer zugeordnet werden, woraus sich die Entfernung eines Objekts, dessen Echo empfangen wird, bestimmen lässt. Die maximale Entfernung, innerhalb der eine Zuordnung möglich ist, sowie die Entfernungsauflösung sind dabei von der Steilheit der Frequenzänderung sowie der
Bandbreite abhängig. Aufgrund der begrenzten
Frequenzbandbreite des Senders bzw. Empfängers ist ein geeigneter Kompromiss zwischen der maximalen Entfernung und der Entfernungsauflösung für den speziellen Einsatzfall zu finden .
Verschiedene Modi für den Einsatz von SAR sind bekannt, von denen drei nachfolgend kurz beschrieben werden. Ein erster Modus, der so genannte Scan-Modus, ermöglicht unter
Verwendung einer so genannten Phased-Array-Antenne mit digitalem oder analogem Beamforming großflächige Aufnahmen durch Schwenken des Antennenstrahls bzw. des
Antennendiagramms in der Querrichtung. Hierdurch können während eines Zeitabschnitts mehrere parallel zur
Bewegungsrichtung angeordnete Flächenabschnitte und damit, insbesondere im Vergleich zu Aufnahmen gemäß dem so genannten Stripmap-Modus ein breiter Geländestreifen erfasst werden. Nachteilig ist jedoch eine vergleichsweise geringe Auflösung in Querrichtung, die mit diesem Modus erzielt werden kann.
Ein zweiter Modus, der so genannte Spotlight-Modus, basiert ebenfalls auf dem Einsatz einer Phased-Array-Antenne, jedoch wird bei diesem der Antennenstrahl um einen bestimmten
Bereich des Geländes, d.h. sowohl in der Bewegungsrichtung als auch in der Querrichtung, geschwenkt. Durch die größere Anzahl gewonnener Messpunkte sowie unterschiedlicher Winkel kann hierdurch vorteilhaft eine höhere Auflösung erzielt werden. Bei einem dritten Modus, dem so genannten Stripmap- Modus, wird der Antennenstrahl in der Querrichtung nicht geschwenkt, sodass die Abtastung entlang eines parallel zur Bewegungsrichtung verlaufenden Geländestreifens erfolgt.
Dieser Modus wird insbesondere bei der Fernerkundung der Erde verwendet, bei der mittels des SAR linienförmige Flächen erfasst werden. Der Stripmap-Modus wird auch in dem
erfindungsgemäßen Verfahren beispielhaft eingesetzt,
insbesondere aufgrund seiner Eigenschaft, einen
kontinuierlichen Strom Bildrohdaten bereitzustellen.
Die Generierung von Bildern aus dem kontinuierlichen
Signalstrom des SAR erfolgt mittels eines bekannten
Algorithmus, beispielsweise mittels des so genannten Range- Doppler-, Chirp-Scaling- oder Frequency-Scaling-Algorithmus . Diese Algorithmen sind jeweils in der Lage, digitalisierte Bildrohdaten des SAR mittels geeigneter digitaler
Signalprozessoren in Echtzeit zu verarbeiten. Insbesondere der Range-Doppler-Algorithmus weist dabei vorteilhaft eine vergleichsweise genaue Annäherung an die exakte SAR- Übertragungsfunktion auf, wodurch er sich insbesondere für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren eignet. Der Algorithmus führt dabei eine Kompression der Bildrohdaten in den zwei zueinander orthogonale Dimensionen Bewegungsrichtung (Azimut, A) und Querrichtung (Range, R) mit dem Ziel durch, in den Bildrohdaten enthaltene und sowohl in
Bewegungsrichtung als auch in Querrichtung gestreute Echos eines Bereichs der Oberfläche in ein dazu korrespondierendes Bildelement bzw. Pixel des rekonstruierten Bildes zu
konzentrieren. Die sequenziell ablaufenden vier Schritte des Range-Doppler-Algorithmus werden dabei mit Range Compression, Azimuth FFT, Range Cell Migration Correction (abgekürzt RCMC) und Azimuth Compression bezeichnet.
Nähere Details und Erläuterungen zum Range-Doppler- Algorithmus sowie dessen einzelnen Schritte können
beispielsweise dem Kapitel 2.6.1.2.3 „Range-Doppler" des ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) Produkthandbuchs der European Space Agency (ESA), einsehbar unter dem Link:
http://envisat.esa.int/handbooks/asar/toc.html, in der
Fassung vom 24. Juli 2014, entnommen werden. Das Kapitel 1.1.2 „Scientific Background" und speziell das Unterkapitel 1.1.2.3 „Synthetic Aperture Radar (SAR)" dieses Handbuchs beinhalten zudem weitergehende Informationen zu Radar
basierter Bildgebung sowie speziell zu SAR.
Der Range-Doppler-Algorithmus kann bei der erfindungsgemäßen Verwendung unter bestimmten Bedingungen vereinfacht und die Verarbeitung der Bildrohdaten dadurch beschleunigt werden. Beispielsweise ist in dem Schritt der Kompression in
Querrichtung (Range Compression) alternativ zu der darin durchgeführten Signal-angepassten Filterung mittels eines so genannten matched filters auch eine direkte Auswertung eines Frequenzunterschieds zwischen einem gesendeten Signal und dem empfangenen Echo möglich. Weiterhin kann von der Durchführung des ersten und des vierten der vorstehend genannten vier Schritte des Range-Doppler-Algorithmus , der Kompression in der Querrichtung (Range Compression) und in der
Bewegungsrichtung (Azimuth Compression) , abgesehen werden, sofern mittels des zweiten (Azimuth FFT) und dritten Schritts (RCMC) bereits ein Bild mit einem hinreichenden
Detailierungsgrad für die nachfolgende Bestimmung der
Geschwindigkeit gewonnen werden kann. Durch die vereinfachte Generierung von Bildern wird vorteilhaft eine nachfolgend näher beschriebene iterative Verarbeitung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermöglicht. Zur Erhöhung der Genauigkeit der nachfolgenden Bewertung der Bilder und insbesondere der Genauigkeit der daraus abgeleiteten
Geschwindigkeit können der erste und der vierte Schritt des Algorithmus jedoch in bekannter Weise durchgeführt werden, sofern die Geschwindigkeit der prozessualen Verarbeitung dies erlaubt .
Für die Generierung einer Aufnahme aus den mittels des SAR gewonnenen Bildrohdaten mittels des Range-Doppler-Algorithmus ist bei der bekannten Fernerkundung eine parallele genaue Protokollierung sowohl der Position als auch der
Geschwindigkeit des Flugzeugs bei jeder Abstrahlung
erforderlich. Speziell der zweite, dritte und vierte Schritt (Azimuth FFT, RCMC und Azimuth Compression) des Range- Doppler-Algorithmus berücksichtigt jeweils die separat erfasste Geschwindigkeit. Beim erfindungsgemäßen Einsatz eines SAR liegt eine genaue Information über die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs zum jeweiligen Zeitpunkt einer Abstrahlung jedoch nicht vor, weshalb eine Generierung von Bildern der Fahrtstrecke aus den gewonnenen Bildrohdaten zunächst prinzipiell nicht möglich ist. Vorrangiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht die Generierung von Bildern, sondern die Verwendung von Bildern, um mittels diesen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen. Gemäß der Erfindung erfolgt die Bestimmung der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis einer Bewertung von Bildern, die unter Berücksichtigung einer
Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs mittels eines
vorstehend genannten Algorithmus, insbesondere eines Range- Doppler-Algorithmus generiert werden. Nachfolgend werden zwei erfindungsgemäße Ansätze für die Bewertung von generierten Bildern und die darauf basierende Bestimmung der
tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs beschrieben.
Ein erster Ansatz betrifft eine Bewertung mittels einer
Bestimmung des Grads der Fokussierung eines generierten
Bildes. Verschiedene beispielhaft genannte Algorithmen sind bereits unter der Bezeichnung Entropie, Gradienten-, Laplace- oder Wavelet-basierte Fokusberechnung, oder als
Fokusberechnungen nach Tenengrad, Vollath oder Brenner bekannt. Eine Übersicht dieser Algorithmen ist beispielsweise dem Artikel von Pertuz, Said; Puig, Domenec; Garcia, Miguel Angel, „Analysis of focus measure operators for shape-from- focus", erschienen in Pattern Recognition, 2013, Vol. 46, Issue 5, Seiten 1415-1432, zu entnehmen. Weiterhin werden Verfahren zur Berechnung eines Bildfokus bereits bei der Fernerkundung für eine Bewegungskompensation eingesetzt.
Neben der beschriebenen Erfassung von Lage- und
Bewegungsdaten des Flugzeugs mittels beispielsweise eines Trägheitsnavigationssystems werden dabei zusätzlich
Autofokus-Rechenverfahren angewandt, um Abweichungen von einer idealen Flugbahn zu erkennen. Diese Rechenverfahren erfordern ein mehrfaches Berechnen von SAR-Bildausschnitten zur Ermittlung von Bewegungsfehlern, um diese bei der
Generierung eines Bildes zu kompensieren.
Ziel des ersten erfindungsgemäßen Ansatzes auf Basis einer Bestimmung eines Fokussierungsgrads ist es, aus einer
Mehrzahl mit unterschiedlichen Referenzgeschwindigkeiten generierten Bildern ein Bild zu bestimmen, welches einen guten Fokussierungsgrad aufweist. Dieses Bild wurde mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert, die genau oder hinreichend genau der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs
entspricht .
FIG 5 zeigt ein Ablaufdiagramm 200 eines beispielhaften
Verfahrens zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf Basis einer Bestimmung des Fokussierungsgrads eines
Bildes, wobei das Verfahren beispielsweise in einem oder verteilt in mehreren Prozessoren oder integrierten
Schaltkreisen der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27, wie in FIG 4a und 4b dargestellt, ablaufen kann. Das
Verfahren beginnt im ersten Verfahrensschritt 201. Dieser erste Verfahrensschritt 201 wird lediglich bei einer
Initialisierung des Verfahrens ausgeführt, bei nachfolgenden Zyklen des Verfahrens werden hingegen lediglich die
nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte 202 bis 208 ausgeführt .
In einem zweiten Verfahrensschritt 202 werden digitalisierte Bildrohdaten vom SAR des Fahrzeugs empfangen und in einem darauf folgenden dritten Verfahrensschritt 203 aus den
Bildrohdaten beispielsweise mittels eines vorstehend
beschriebenen Range-Doppler-Algorithmus ein Bild generiert. Die digitalisierten Bildrohdaten werden dabei beispielsweise von der Einrichtung 25 bzw. 25.1 aus von der ersten
Empfangsantenne 13.1 empfangenen Echos von Aussendungen der Sendantenne 12 bzw. ersten Sendeantenne 12.1 der
Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung 27 bereitgestellt. Der Range-Doppler-Algorithmus berücksichtigt dabei für die
Verarbeitung eine Referenzgeschwindigkeit, die dem
Algorithmus mittels eines vierten Verfahrensschritts 204 zugeführt wird. Diese Referenzgeschwindigkeit kann in einem fünften Verfahrensschritt 205 bestimmt worden sein,
beispielsweise mittels eines einleitend beschriebenen
bekannten Verfahrens bzw. Systems zur Bestimmung der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere basierend auf einer Doppler-Verschiebung, Drehzahlinformationen eines oder mehrerer Drehzahlgeber oder Daten eines Satelliten-gestützten Positionierungssystems. Die Zuführung der im fünften Verfahrensschritt 205 bestimmten Referenzgeschwindigkeit erfolgt dabei beispielsweise nur einmalig bei einem
erstmaligen Ablauf der vorstehend beschriebenen Schritte des Range-Doppler-Algorithmus bzw. bei einem ersten Zyklus des Verfahrens. Ebenso kann, insbesondere wenn sich das Fahrzeug aus dem Status eines Stillstands neu bzw. erneut in Bewegung setzt, bei einem ersten Ablauf des Algorithmus zunächst eine Geschwindigkeit von Null oder eine Mindestgeschwindigkeit von beispielsweise 0,2 km/h angenommen werden. Für nachfolgende Abläufe des Algorithmus zur Generierung weiterer Bilder kann die Referenzgeschwindigkeit einer in einem jeweils vorherigen Zyklus des Verfahrens bestimmten und in einer
Speichereinrichtung zwischengespeicherten Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechen. Die im fünften Verfahrensschritt 205 bestimmte Referenzgeschwindigkeit kann jedoch von weiteren Einheiten bzw. Komponenten der Fahrzeugsteuerung,
insbesondere als weiterer, redundanter Geschwindigkeitswert, in bekannter Weise weiterhin berücksichtigt werden.
Nach Generierung eines Bildes im dritten Verfahrensschritt 203 unter Berücksichtigung der zugeführten
Referenzgeschwindigkeit wird in einem nachfolgenden sechsten Verfahrensschritt 206 der Fokussierungsgrad des generierten Bildes mittels eines der vorstehend beispielhaft genannten Algorithmen zur Fokusberechnung bestimmt. Der bestimmte
Fokussierungsgrad des generierten Bildes wird in einem nachfolgenden siebten Schritt 207 bewertet. Sofern der
Fokussierungsgrad im siebten Verfahrensschritt 207 als nicht hinreichend gut bewertet wird (Zweig „nein") , wird die
Referenzgeschwindigkeit in dem vierten Verfahrensschritt 204 um einen vorgegebenen Betrag, beispielsweise um 0,05km/h oder 0,1km/h, erhöht oder erniedrigt, um dem Range-Doppler- Algorithmus für eine nochmalige Verarbeitung der gleichen empfangenen Bildrohdaten zur Generierung eines weiteren
Bildes zugeführt zu werden. Sofern der für das generierte Bild bestimmte Fokussierungsgrad im siebten Verfahrensschritt 207 jedoch als hinreichend gut bewertet wird (Zweig „ja"), das Bild also mit einer Referenzgeschwindigkeit generiert wurde, die nahezu oder exakt der tatsächlichen
Geschwindigkeit des Fahrzeugs zum Zeitpunkt der Abtastung durch das SAR entspricht, wird im nachfolgenden achten
Verfahrensschritt 208 die zugrunde gelegte
Referenzgeschwindigkeit als bestimmte Geschwindigkeit
ausgegeben, d.h. weiteren Einheiten bzw. Komponenten der Fahrzeugsteuerung, insbesondere der Antriebs- und/oder
Bremssteuerung, zur Verfügung gestellt. Weiterhin wird diese Geschwindigkeit, wie vorstehend bereits erwähnt, in einer Speichereinrichtung zwischengespeichert, um vom Range- Doppler-Algorithmus für die Generierung eines ersten Bildes in einem nachfolgenden Zyklus des Verfahrens berücksichtigt zu werden.
Die Bewertung des bestimmten Fokussierungsgrads eines
generierten Bildes im siebten Verfahrensschritt 207 erfolgt beispielsweise mittels eines Vergleichs mit einem
vorgegebenen Schwellenwert für den Fokussierungsgrad. Liegt beispielsweise der bestimmte Wert des Fokussierungsgrads oberhalb dieses Schwellenwertes oder entspricht er dem
Schwellenwert, so wird der Fokussierungsgrad als hinreichend gut bewertet (Zweig „ja") und das Verfahren wird, wie
beschrieben, mit dem achten Verfahrensschritt 208
fortgesetzt. Hingegen wird für den Fall, dass der bestimmte Wert des Fokussierungsgrads unterhalb des Schwellenwertes liegt, der Fokussierungsgrad als nicht hinreichend gut bewertet (Zweig „nein") und das Verfahren, wie vorstehend beschrieben, mit einer Änderung der Referenzgeschwindigkeit im vierten Verfahrensschritt 204 und Generierung eines neuen Bildes im dritten Verfahrensschritt 203 unter
Berücksichtigung der geänderten Referenzgeschwindigkeit fortgesetzt .
Alternativ zu einem Vergleich des bestimmten Wertes für den Fokussierungsgrad eines Bildes mit einem vorgegebenen
Schwellenwert kann eine Bewertung beispielsweise auch mittels eines Vergleichs mehrerer Werte des Fokussierungsgrads erfolgen. Ist beispielsweise in einem vorhergehenden Zyklus des Verfahrens für ein generiertes Bild eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt worden, so kann neben der
Geschwindigkeit auch der Wert des Fokussierungsgrads, der dieser Geschwindigkeit zugrunde liegt, zwischengespeichert werden. Gemäß vorstehender Beschreibung wird die in einem vorhergehenden Zyklus bestimmte Geschwindigkeit
zwischengespeichert und in einem aktuellen Zyklus des
Verfahrens als Referenzgeschwindigkeit für die Generierung eines Bildes berücksichtigt. In gleicher Weise kann der im vorhergehenden Zyklus bestimmte Wert des Fokussierungsgrads zwischengespeichert und als Referenzwert für einen Vergleich mit dem aktuell bestimmten Wert des Fokussierungsgrads im siebten Verfahrensschritt 207 des aktuellen Zyklus verwendet werden .
Ergibt dieser Vergleich, dass sich der aktuelle Wert des Fokussierungsgrads nicht oder nur gering vom
zwischengespeicherten Wert des Fokussierungsgrads
unterscheidet, so kann hieraus geschlossen werden, dass sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht bzw. nur im Bereich einer erfassbaren Toleranz verändert hat. Eine geringe
Differenz der Werte kann dabei beispielsweise durch Vergleich mit einem ausgehend vom Referenzwert definierten unteren Schwellenwert erfasst werden. Sofern sich also der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrads nicht vom
zwischengespeicherten Fokussierungsgrad als Referenzwert unterscheidet oder innerhalb des durch den unteren
Schwellenwert definierten Toleranzbereichs liegt, wird der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrads im siebten Verfahrensschritt 207 des aktuellen Zyklus als hinreichend gut bewertet (Zweig „ja") und für einen nachfolgenden Zyklus des Verfahrens zwischengespeichert, sowie die für die
Generierung des Bildes berücksichtigte
Referenzgeschwindigkeit im achten Verfahrensschritt 208 des aktuellen Zyklus als bestimmte Geschwindigkeit ausgegeben.
Ein nachfolgender Zyklus des Verfahrens beginnt wiederum im zweiten Verfahrensschritt 202 mit dem Empfangen digitalisierter Bildrohdaten aus einer nachfolgenden
Abtastung der Fahrtstrecke des Fahrzeugs durch das SAR.
Ergibt der Vergleich der Werte hingegen, dass der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrads niedriger als der zwischengespeicherte Wert des Fokussierungsgrads des
vorherigen Zyklus ist sowie unterhalb des definierten unteren Schwellenwertes liegt, so wird der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrad als nicht hinreichend gut bewertet (Zweig „nein") . Im nachfolgenden vierten Verfahrensschritt 204 wird daraufhin die Referenzgeschwindigkeit um einen bestimmten, beispielsweise positiven Geschwindigkeitswert geändert. Der aktuell bestimmte Wert des Fokussierungsgrads wird dabei verworfen, also nicht als Referenzwert für einen
nachfolgenden Zyklus zwischengespeichert. Der nachfolgend im sechsten Verfahrensschritt 206 bestimmte Wert des
Fokussierungsgrads des im dritten Verfahrensschritt 203 auf Basis der geänderten Referenzgeschwindigkeit generierten Bildes wird im siebten Verfahrensschritt 207 wiederum mit dem zwischengespeicherten Wert des Fokussierungsgrads des
vorherigen Zyklus verglichen. Ergibt dieser Vergleich, dass sich die Differenz zwischen dem nachfolgend bestimmten Wert und dem zwischengespeicherten Wert verringert hat und nunmehr innerhalb des vom unteren Schwellenwert definierten
Toleranzbereichs liegt, so wird der bestimmte Wert als hinreichend gut bewertet (Zweig „ja"). Vorzugsweise sollte, solange der aktuelle bzw. nachfolgende Wert des
Fokussierungsgrads niedriger als der zwischengespeicherte Wert ist, der aktuelle bzw. nachfolgende Wert verworfen, also nicht zwischengespeichert werden. Hierdurch wird eine
mögliche, über mehrere Zyklen des Verfahrens auftretende schleichende Verringerung der Anforderung an die Qualität des Fokus der generierten Bilder aufgrund einer Verringerung des zwischengespeicherten Wertes des Fokussierungsgrads, der dem Vergleich im siebten Verfahrensschritt 207 zugrunde gelegt wird, verhindert. Ist der aktuelle bzw. nachfolgende Wert des Fokussierungsgrads hingegen größer als der
zwischengespeicherte Wert, so sollte der größere Wert zwischengespeichert und entsprechend als Referenzwert für einen nachfolgenden Zyklus dienen.
Ergibt in dem vorstehenden Beispiel der Vergleich des nachfolgende Wertes mit dem zwischengespeicherten Wert im siebten Verfahrensschritt 207 hingegen, dass sich die
Differenz der Werte zwar verringert hat, der nachfolgende Wert jedoch weiterhin unterhalb des definierten unteren
Schwellenwertes und damit außerhalb des Toleranzbereichs liegt, so wird der nachfolgende Wert wiederum als nicht hinreichend gut bewertet (Zweig „nein") und die
Referenzgeschwindigkeit in Verfahrensschritt 204 nochmals um einen vorgegebenen positiven Geschwindigkeitswert geändert. Diese Verfahrensschritte werden so oft durchlaufen, bis für ein generiertes Bild ein Wert des Fokussierungsgrads bestimmt wird, der zumindest innerhalb des definierten
Toleranzbereichs liegt und damit eine hinreichend gute
Qualität aufweist.
Sollte in dem vorstehenden Beispiel jedoch aufgrund der positiven Erhöhung der Referenzgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Geschwindigkeitswert die Differenz zwischen dem nachfolgenden Wert und dem zwischengespeicherten Wert
erhöhen, welches wiederum in einer nicht hinreichend guten Bewertung des nachfolgenden Wertes im siebten
Verfahrensschritt 207 resultiert, so sollte die ursprüngliche Referenzgeschwindigkeit des Zyklus um einen entsprechenden vorgegebenen negativen Geschwindigkeitswert geändert werden, da sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wie aus der größer werdenden Differenz abgeleitet werden kann, gegenüber dem vorhergehenden Zyklus nicht erhöht, sondern verringert hat.
Die beschriebene Annäherung der Referenzgeschwindigkeit an die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis einer Bewertung des Fokussierungsgrads von generierten
Bildern führt dazu, dass die beschriebenen Verfahrensschritte 203, 206, 207 und 204 in einem Zyklus des Verfahrens
gegebenenfalls mehrfach durchlaufen werden müssen, bevor eine bestimmte Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. ein diese
Geschwindigkeit repräsentierender Wert im achten
Verfahrensschritt 208 ausgegeben werden kann. Hierbei ist zu beachten, dass eine mittels des Verfahrens bestimmte
Geschwindigkeit bzw. ein Geschwindigkeitswert periodisch ausgegeben werden sollte. Steuergeräte des Fahrzeugs, insbesondere für die Antriebs- und Bremssteuerung eines Triebzugs, welche diesen Geschwindigkeitswert
berücksichtigen, operieren beispielsweise mit einer
Zykluszeit von 10ms. Innerhalb dieser Zeit werden
Berechnungen bezüglich eines nächsten Steuerungsschritts durchgeführt und entsprechende Steuerbefehle nach Ablauf der Zeit an weitere Einheiten gesendet. Entsprechend sollte das beschriebene Verfahren angepasst an diese Zykluszeit einen Wert für die bestimmte Geschwindigkeit den Steuergeräten bereitstellen . Die für die Bestimmung der Geschwindigkeit eingesetzten Prozessoren, Schaltkreise und
Speichereinrichtungen sind somit derart auszulegen, dass innerhalb der Zykluszeit mehrere Iterationen der genannten Verfahrensschritte durchlaufen werden können.
Sollte sich die tatsächliche Geschwindigkeit über den
Zeitraum zweier aufeinander folgender Zykluszeiten nicht geändert haben, sodass die im ersten Zyklus bestimmte und im zweiten Zyklus berücksichtigte Referenzgeschwindigkeit weiterhin der tatsächlichen Geschwindigkeit entspricht, weist bereits das erste mit dieser Referenzgeschwindigkeit
generierte Bild des zweiten Zyklus einen hinreichend guten Wert für den Fokussierungsgrad auf. Prinzipiell wäre für den zweiten Zyklus damit die Bewertung abgeschlossen. Da weitere Bewertungen innerhalb der zweiten Zykluszeit jedoch aufgrund der verfügbaren Verarbeitungskapazität möglich wären, können weitere Bewertungen mit einer beispielsweise um einen
bestimmten Betrag höheren Referenzgeschwindigkeit und einer um einen entsprechenden Betrag niedrigeren
Referenzgeschwindigkeit durchgeführt werden. Sofern eines der damit generierten Bilder einen höheren Wert für den
Fokussierungsgrad als das mit der Referenzgeschwindigkeit generierte Bild aufweist, kann die entsprechende erhöhte bzw. erniedrigte Referenzgeschwindigkeit als bestimmte
Geschwindigkeit ausgegeben und für einen nachfolgenden Zyklus zwischengespeichert werden.
Ein zweiter Ansatz betrifft eine Bewertung mittels einer Korrelation zweier generierter Bilder. Entsprechend
insbesondere der Darstellungen in FIG 2 und 4a weist das SAR der erfindungsgemäßen Anordnung 9 eine Sendeantenne 12 sowie zwei Empfangsantennen 13.1, 13.2 auf, die beidseitig der Sendeantenne und in einem bestimmten Abstand zueinander in bzw. an dem Gehäuses 10 angeordnet sind. Alternativ kann das SAR entsprechend der Darstellung in FIG 4b auch zwei
Sendeantennen 12.1, 12.2 mit einer jeweils zugeordneten
Empfangsantenne 13.1 bzw. 13.2 aufweisen. Nachfolgend wird lediglich der Fall einer einzigen Sendeantenne 12
entsprechend der Anordnung der FIG 4a betrachtet. Die
Erläuterungen gelten jedoch in gleicher Weise für die
Anordnung der FIG 4b mit zwei Sendeantennen. Die
Abstrahlungen der beiden Sendeantennen 12.1, 12.2 sollten dabei vorzugsweise synchronisiert sein und den Bildrohdaten der beiden Empfangsantennen 13.1, 13.2 ein gleicher
Zeitstempel zugeordnet sein. Sofern die Abstrahlungen der Sendeantennen jedoch zeitlich versetzt erfolgen, muss dies entsprechend bei der nachfolgenden Bestimmung der
Geschwindigkeit berücksichtigt werden.
Als erste Empfangsantenne 13.1 wird für die nachfolgende Beschreibung die in Fahrtrichtung F des Fahrzeugs 1 vor bzw. links der Sendeantenne 12 angeordnete Empfangsantenne
definiert, während als zweite Empfangsantenne 13.2 die in Fahrtrichtung hinter bzw. rechts der Sendeantenne 12
angeordnete Empfangsantenne definiert wird. Die Sendeantenne 12 strahlt mit einer Pulswiederholfrequenz Signale in
Richtung der Fahrtstrecke, beispielsweise des Gleisbetts 15, über dem sich das Fahrzeug 1 bewegt, ab. Von Objekten im Oberbau, insbesondere von Schottersteinen der Bettung, hervorgerufene Echos der Sendesignale werden von den Empfangsantennen 13.1, 13.2 der Anordnung 9 empfangen. Die beiden Empfangsantennen 13.1, 13.2 generieren aus den
empfangenen Echos mittels einer geeigneten Verstärkung und Filterung jeweils analoge Bildsignale, die für die
nachfolgende Verarbeitung zur Generierung von Bildern in bekannter Weise in digitale Bildrohdaten gewandelt werden. Weiterhin werden die zu einer jeweiligen Abstrahlung der Sendeantenne 12 korrespondierenden digitalen Bildrohdaten der Empfangsantennen 13.1, 13.2 jeweils mit einem Zeitstempel versehen, welche nachfolgend der Bestimmung der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs dienen.
Der zweite Ansatz basiert auf einem Vergleich von Bildern des Fahrtwegs mittels einer Korrelation. Aufgrund des Abstands der beiden Empfangsantennen 13.1, 13.2 zueinander empfangen diese Echos eines gleichen Ausschnitts des Fahrtweges zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Der zeitliche Versatz zwischen diesen Zeitpunkten ist von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig, welche mittels des Verfahrens bestimmt werden soll. Soll beispielsweise ein Geschwindigkeitsbereich zwischen einer minimalen Geschwindigkeit von 0,2km/h und einer maximal Geschwindigkeit des Fahrzeugs von 500km/h erfasst werden können, und beträgt der Abstand zwischen den beiden
Empfangsantennen beispielsweise 1000mm, so benötigt das
Fahrzeug bei der minimal erfassbaren Geschwindigkeit ca. 18s, bei der maximal erfassbaren Geschwindigkeit jedoch lediglich 7,2ms, um eine Strecke entsprechend diesem Abstand
zurückzulegen. Somit ist bei diesem Ansatz zu beachten, dass das Fahrzeug erst eine bestimmte Strecke, die zumindest dem Abstand zwischen den beiden Empfangsantennen entspricht, zurückgelegt haben sollte, bevor Bilder des gleichen
Ausschnitts des Fahrtweges aus Bildrohdaten der beiden
Empfangsantennen sinnvoll korreliert werden können.
Insbesondere bei einem erstmaligen oder erneuten Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stillstand ist daher erst ab der
erfassbaren minimalen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und nach dessen Erreichen erst weitere ca. 18s später eine Korrelation von Bildern generiert aus Bildrohdaten der beiden Empfangsantennen sinnvoll. Sofern dann auf Basis der
Korrelation eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden konnte, sind nachfolgende Bestimmungen der
Geschwindigkeit auf Basis des quasi-kontinuierlichen Stroms von digitalen Bildrohdaten der beiden Empfangsantennen jedoch ohne weitere Verzögerungen möglich.
Ferner ist die Pulswiederholfrequenz des SAR abhängig von der maximalen Geschwindigkeit zu dimensionieren. Die
Pulswiederholfrequenz bestimmt neben der Anzahl ausgesendeter Rampen pro Zeiteinheit auch die Anzahl Bildreihen in Azimut- Richtung, die bei einer bestimmten Geschwindigkeit von der abgetasteten Fahrtstrecke aufgenommen werden können. Bei einer Maximalgeschwindigkeit von 500km/h und einem Abstand der Empfangsantennen von 1000mm ist für eine beispielhafte Auflösung von 128 Pixeln in Azimutrichtung eine entsprechende Anzahl Aufnahmen innerhalb der 7,2ms erforderlich. Daraus ergibt sich eine Pulswiederholfrequenz von 18kHz. Zur
Erzielung einer derart hohen Pulswiederholfrequenz kann beispielsweise eine vergleichsweise kurze Pulsdauer gewählt werden, was insbesondere aufgrund des vergleichsweise
geringen Abstands des Radars zu der Fahrtstrecke und
entsprechend kurzen Signallaufzeiten möglich ist.
Aus den vorstehend genannten Werten für den von der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängigen Zeitversatz wird ebenfalls deutlich, dass, sofern das nachfolgend zu FIG 6 beschriebene Verfahren nicht bei einem erstmaligen bzw.
erneuten Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stillstand abläuft, eine gute Schätzung der Geschwindigkeit erforderlich ist. Diese dient dazu, den zeitlichen Versatz zwischen Bildern des gleichen Ausschnitts der Fahrtstrecke abzuschätzen, um ausgehend von diesem Versatz innerhalb der typischen
Zykluszeit von 10ms von Steuereinrichtungen des Fahrzeugs Korrelationen einer Mehrzahl von Bildern durchführen zu können, die zu einem für die Geschwindigkeitsbestimmung geeigneten Korrelationsergebnis führen. Mathematisch betrachtet lassen sich die vorstehenden
Ausführungen wie folgt darstellen. Bei Bewegung des Fahrzeugs mit einer Geschwindigkeit v und einem bekannten Abstand r der Empfangsantennen zueinander passieren diese einen gleichen Punkt des Fahrtweges mit einer zeitlichen Differenz r
At =—
v
Wenn die beiden Empfangsantennen den gleichen Punkt
passieren, empfangen sie die gleichen Reflektionen und generieren daraus dieselben Bildrohdaten. Die Bilder der beiden Empfangsantennen werden mit Ii(m, n) bzw. I2 (m, n) bezeichnet, wobei n den Index der Bildpunkte in Range- Richtung bezeichnet, während sich m auf die Fahrtrichtung bezieht. Benachbarte Bildpunkte bzw. Pixel werden dabei in Fahrtrichtung mit einer zeitlichen Differenz
1
TpRF — 7
TPRF abgetastet bzw. gespeichert, wobei fPRF die
Pulswiederholfrequenz bezeichnet. Dieser Zusammenhang kann wie folgt formuliert werden: unter Annahme von:
At = LTprf, L e N
Der Abstand der Pixel wird nachfolgend als
At
Am = -
TPRF bezeichnet, wobei Am die Anzahl der Abstrahlungen der
Sendeantenne bzw. Sendeantennen während des Zeitraums, den die beiden Empfangsantennen für das Passieren des gleichen Punktes benötigen, bezeichnet. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann entsprechend berechnet werden durch r
n(Dhί) =
AmTpRF
Da Am e TL gilt, ist die Auflösung der Geschwindigkeit nicht unendlich fein. Die normalisierte Auflösung der
Geschwindigkeit definiert sich daher wie folgt:
Zur Bestimmung von Am muss das Maximum der Kreuzkorrelation der Bilder Ij und I2 gefunden werden. Die
Kreuzkorrelationsfunktion berechnet sich dabei wie folgt:
mit Dm = argmax C(ßrri)
Das Dίh, für das der Korrelationswert maximal ist, bezeichnet einen Schätzwert der Bildverschiebung bzw. des Bildversatzes Am, aus der sich nach obiger Gleichung die Geschwindigkeit v(Am) des Fahrzeugs berechnet. Die Variablen M und N
definieren dabei die Größe des betrachteten Bildes bzw. die für die Berechnung der Korrelation berücksichtigten
Bildpunkte, wobei die Variable M die Anzahl Abstrahlungen in Fahrtrichtung und die Variable N die Anzahl Bildpunkte in Range-Richtung definieren.
FIG 6 zeigt ein Ablaufdiagramm 300 eines weiteren
beispielhaften Verfahrens zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf Basis einer Korrelation von aus Bildrohdaten von zwei Empfangsantennen generierten Bildern. Das beispielhaft dargestellte Verfahren kann entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren der FIG 5 in einem oder verteilt in mehreren Prozessoren oder integrierten
Schaltkreisen der Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung ablaufen. Das Verfahren beginnt im ersten Verfahrensschritt 301, wobei dieser Verfahrensschritt entsprechend dem
vorstehend beschriebenen Verfahren der FIG 5 lediglich bei einer Initialisierung des Verfahrens ausgeführt wird, während bei nachfolgenden Zyklen des Verfahrens die dem ersten
Verfahrensschritt 301 nachfolgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden.
In parallel ablaufenden zweiten Verfahrensschritten 302.1, 302.2 werden jeweils digitale Bildrohdaten der beiden
Empfangsantennen empfangen, welche in dritten
Verfahrensschritten 303.1, 303.2 wiederum mittels
beispielsweise eines Range-Doppler-Algorithmus zur
Generierung von Bildern verarbeitet werden. Die Generierung von Bildern mittels parallel ablaufender Algorithmen ist dabei nicht zwingend erforderlich. Alternativ hierzu können die von den beiden Empfangsantennen empfangenen digitalen Bildrohdaten einer Abtastung auch sequenziell verarbeitet werden, wobei beispielsweise zunächst ein Bild aus
Bildrohdaten der ersten Empfangsantenne 13.1 generiert und in einer Speichereinrichtung zwischengespeichert wird, und anschließend ein oder mehrere Bilder aus Bildrohdaten der zweiten Empfangsantenne 13.2 mittels des Algorithmus
generiert werden. Vorzugsweise erfolgt jedoch aufgrund des kontinuierlichen Flusses zu verarbeitender Bildrohdaten eine parallele Verarbeitung der Bildrohdaten.
Für die Generierung eines Bildes berücksichtigt der jeweilige Range-Doppler-Algorithmus in den dritten Verfahrensschritten 303.1, 303.2 eine Referenzgeschwindigkeit, welche in einem vierten Verfahrensschritts 304 den Algorithmen zugeführt wird. Die Algorithmen berücksichtigen dabei die gleiche
Referenzgeschwindigkeit. Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren der FIG 5 kann diese
Referenzgeschwindigkeit zuvor in einem fünften
Verfahrensschritt 305 bestimmt worden sein. Die Zuführung der im fünften Verfahrensschritt 305 bestimmten
Referenzgeschwindigkeit erfolgt wiederum beispielsweise nur einmalig bei einem erstmaligen Ablauf des Algorithmus.
Alternativ kann bei einem ersten Ablauf des Algorithmus jedoch zunächst auch eine Geschwindigkeit von Null oder eine Mindestgeschwindigkeit von beispielsweise 0,2 km/h angenommen werden. Für nachfolgende Abläufe des jeweiligen Range- Doppler-Algorithmus wird als Referenzgeschwindigkeit eine in einem jeweils vorherigen Zyklus des Verfahrens bestimmte und in einer Speichereinrichtung zwischengespeicherte
Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt.
Wie vorstehend bereits erwähnt, kann der für die Generierung von Bildern verwendete Algorithmus gegebenenfalls vereinfacht werden. Insbesondere im Falle des beispielhaft genannten Range-Doppler-Algorithmus kann in dem Schritt der Kompression in Querrichtung (Range Compression) alternativ zu der darin durchgeführten Signal-angepassten Filterung auch eine direkte Auswertung eines Frequenzunterschieds zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Echo erfolgen. Weiterhin kann von der Durchführung des ersten und/oder des vierten, der
jeweiligen Kompression in der Querrichtung (Range
Compression) und in der Bewegungsrichtung (Azimuth
Compression) , der vorstehend genannten vier Schritte des Range-Doppler-Algorithmus abgesehen werden, sofern mittels des zweiten (Azimuth FFT) und dritten Schritts (RCMC) bereits Bilder mit hinreichendem Detailierungsgrad gewonnen werden können, die eine für die Geschwindigkeitsbestimmung geeignete Korrelation ermöglichen. Vorteilhaft kann hierdurch die
Verarbeitung der Bildrohdaten insbesondere der zweiten
Empfangsantenne beschleunigt werden, sodass innerhalb des zur Verfügung stehenden Zeitraums einer Zykluszeit eine größere Anzahl generierter Bilder aus Bildrohdaten der zweiten
Empfangsantenne mit einem generierten Bild aus Bildrohdaten der ersten Empfangsantenne korreliert werden kann. In den dritten Verfahrensschritten 303.1, 303.2 aus
Bildrohdaten der ersten und zweiten Empfangsantenne und unter Berücksichtigung einer zugeführten Referenzgeschwindigkeit generierte Bilder werden in einem nachfolgenden achten
Verfahrensschritt 308 korreliert. Wie vorstehend erläutert, ist dabei jedoch zu beachten, dass der Zeitversatz zwischen Bildern eines gleichen Ausschnitts der Fahrtstrecke bei einem erfassbaren Geschwindigkeitsbereich zwischen 0,2km/h und 500km/h und einem Abstand der Empfangsantennen von 1000mm in einem Bereich zwischen ca. 7ms und ca. 18s liegen kann.
Aufgrund dieses großen möglichen zeitlichen Spektrums des Zeitversatzes ist es erforderlich, ein jeweiliges aus
Bildrohdaten der ersten Empfangsantenne generiertes Bild in einem dem achten Verfahrensschritt 308 vorgelagerten sechsten Verfahrensschritt 306.1 zusammen mit dem zugeordneten
Zeitstempel für einen Zeitraum in einer Speichereinrichtung zwischen zu speichern. Vorzugsweise wird ein Bild dabei solange gespeichert, bis der Zyklus des Verfahrens bezüglich dieses Bildes mit dem elften Verfahrensschritt 311, der
Ausgabe der bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs, abgeschlossen wurde. In gleicher Weise wird auch ein aus Bildrohdaten der zweiten Empfangsantenne generiertes
jeweiliges Bild zusammen mit dem zugeordneten Zeitstempel solange in einer Speichereinrichtung zwischengespeichert, bis es sich außerhalb des Zeitbereiches befindet, in dem es potenziell einer Korrelation im achten Verfahrensschritt 308 unterzogen werden könnte.
Im siebten Verfahrensschritt 307 erfolgt eine Auswahl von generierten Bildern der ersten und zweiten Empfangsantenne für eine im nachfolgenden achten Verfahrensschritt 308 durchzuführende Korrelation. Aufgrund des beschriebenen
Zeitversatzes und der begrenzten Anzahl möglicher
Korrelationen von Bildern innerhalb des Zeitraums einer typischen Zykluszeit, wird für die Auswahl von Bildern der ersten und zweiten Empfangsantenne für eine erste Korrelation die Referenzgeschwindigkeit berücksichtigt. Dies ist in dem Ablaufdiagramm der FIG 6 durch die gestrichelte Linie
zwischen dem vierten Verfahrensschritt 304 und dem siebten Verfahrensschritt 307 verdeutlicht. Ausgehend von einem ersten Bild der ersten Empfangsantenne wird in dem siebten Verfahrensschritt 307 unter Berücksichtigung der
Referenzgeschwindigkeit ein erstes Bild der zweiten
Empfangsantenne ausgewählt, dessen Ausschnitt der
Fahrtstrecke zumindest annähernd dem Ausschnitt des ersten Bildes der ersten Empfangsantenne entsprechen sollte. Als Referenzgeschwindigkeit, auf dessen Basis der Zeitversatz für die Auswahl des ersten Bildes der zweiten Empfangsantenne für eine erste Korrelation bestimmt wird, wird vorzugsweise die zum Zeitpunkt der Auswahl aktuelle Referenzgeschwindigkeit berücksichtigt. Die Wahl dieser Referenzgeschwindigkeit ist sinnvoll, da sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs,
insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten bzw. bei starker positiver oder negativer Beschleunigung des Fahrzeugs, während des Zeitversatzes, d.h. in dem Zeitraum zwischen der Abtastung eines Ausschnitts der Fahrtstrecke durch die erste Empfangsantenne und der Abtastung des gleichen Ausschnitts durch die zweite Empfangsantenne, deutlich verändert haben kann. Daher sollte eine möglichst aktuell bestimmte
Geschwindigkeit als Referenzgeschwindigkeit für die Auswahl des Bildes der zweiten Empfangsantenne berücksichtigt werden.
Nach Auswahl des ersten Bildes der zweiten Empfangsantenne im siebten Verfahrensschritt 307 wird dieses mit dem ersten Bild der ersten Empfangsantenne im nachfolgenden achten
Verfahrensschritt 308 korreliert. Bei der Korrelation werden zwei Bilder hinsichtlich gemeinsamer Bildanteile verglichen. Im darauf folgenden neunten Verfahrensschritt 309 erfolgt eine Bewertung des Ergebnisses der Korrelation. Sofern die Korrelation als hinreichend gut bewertet wird (Zweig „ja"), die Bilder also eine große Ähnlichkeit aufweisen bzw. mit einer hohen Wahrscheinlichkeit einen gleichen Ausschnitt der Fahrtstrecke abbilden, wird das Verfahren im nachfolgenden zehnten Verfahrensschritt 310 fortgesetzt. Die Bewertung der Korrelation kann beispielsweise wiederum mittels eines Vergleichs des Ergebnisses mit einem vorgegebenen Schwellenwert, welcher beispielsweise mit 0,9 definiert wurde, erfolgen. In diesem zehnten Verfahrensschritt 310 wird mittels des jeweiligen Zeitstempels der korrelierten Bilder der Zeitversatz bestimmt, und aus diesem bestimmten
Zeitversatz sowie dem bekannten Abstand der beiden
Empfangsantennen zueinander die Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet. Diese bestimmte Geschwindigkeit wird anschließend im nachfolgenden elften Verfahrensschritt 311 ausgegeben, also entsprechend dem vorstehend beschriebenen achten
Verfahrensschritt 208 des Ablaufdiagramms der FIG 5 weiteren Einheiten bzw. Komponenten der Fahrzeugsteuerung,
insbesondere einer Antriebs- und/oder Bremssteuerung des Fahrzeugs, zur Verfügung gestellt. Weiterhin wird die
bestimmte Geschwindigkeit als neue Referenzgeschwindigkeit mittels Zuführung über den vierten Verfahrensschritt 304 bei der Generierung in den dritten Verfahrensschritten 303.1, 303.2 und der Auswahl von Bildern im siebten
Verfahrensschritt 307 berücksichtigt.
Anschließend wird in dem siebten Verfahrensschritt 307 ein nachfolgendes zweites Bild der ersten Empfangsantenne
ausgewählt. Dieses zweite Bild kann beispielsweise einen Zeitversatz entsprechend der typischen Zykluszeit zum bereits korrelierten ersten Bild der ersten Empfangsantenne
aufweisen. Mithin kann es in diesem Fall sinnvoll sein, für die erste Empfangsantenne lediglich ein Bild je Zykluszeit zu generieren und in einer Speichereinrichtung zwischen zu speichern, um dieses nachfolgend mit einem oder mehreren generierten Bildern der zweiten Empfangsantenne innerhalb einer Zykluszeit zu korrelieren. Vorteilhaft kann hierdurch die für die Generierung und Speicherung der Bilder der ersten Empfangsantenne erforderliche Rechen- bzw. Speicherkapazität verringert werden.
Wird die Korrelation im neunten Verfahrensschritt 309 hingegen als nicht hinreichend gut bewertet (Zweig „nein") , so wird im nachfolgenden siebten Verfahrensschritt 307 ein anderes, zweites generiertes und zwischengespeichertes Bild der zweiten Empfangsantenne ausgewählt, dem ein zum zuvor ausgewählten ersten Bild früherer oder späterer Zeitstempel zugeordnet ist und entsprechend eine höhere bzw. niedrigere Geschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentiert. Die Auswahl des zweiten Bildes der zweiten Empfangsantenne für die
Korrelation mit dem ersten Bild der ersten Empfangsantenne kann dabei wiederum abhängig von der Referenzgeschwindigkeit sowie gegebenenfalls vom Typ des Fahrzeugs bzw. dessen positives und negatives Beschleunigungsvermögen erfolgen.
Die vorstehend bezüglich der FIG 5 und 6 beschriebenen
Ansätze ermöglichen jeweils eine vergleichsweise genaue und verlässliche Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines bezüglich FIG 1 beispielhaft beschriebenen Schienenfahrzeugs. Da beide Ansätze gleiche bzw. ähnliche Einrichtungen, insbesondere ein Radar mit synthetischer Apertur sowie Prozessoren, integrierte Schaltkreise sowie Speichereinrichtungen, zur Durchführung des jeweiligen
Verfahrens nutzen, können sie auch gemeinsam in einer erfindungsgemäßen Anordnung verwirklicht werden. Dabei können die mittels der beiden Ansätze jeweils bestimmten
Geschwindigkeiten beispielsweise miteinander kombiniert werden, um eine erhöhte Genauigkeit der
Geschwindigkeitsbestimmung zu erzielen. Ferner können sie auch als redundante Werte unabhängig voneinander ausgegeben werden .

Claims

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