WO2013076136A1 - Verfahren und vorrichtung zur positionsbestimmung von objekten mittels kommunikationssignalen sowie verwendung der vorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur positionsbestimmung von objekten mittels kommunikationssignalen sowie verwendung der vorrichtung Download PDF

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WO2013076136A1
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communication
signals
transceiver
antenna elements
phase
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Sighard SCHRÄBLER
Ulrich STÄHLIN
Marc Menzel
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining the position of objects by means of communication signals according to the preamble of claim 1, a device for determining the position of objects by means of communication signals according to the preamble of claim 27 and their use.
  • a central control unit for a plurality of provided in a motor vehicle assistance systems is known from DE 10 2007 058 192 AI known which, at least in part ⁇ are provided with environmental sensors, whereby according to DE 10 2007 058 192 Al a telematics system as
  • the central control unit is connected to the individual assistance systems at the data level and makes the information available to individual users plausible
  • the image information of a camera can confirm the distance measurement of a radar sensor. Individual sensor information can thus be confirmed and are redundant. Such a coupling of individual signals of different sensors is also known as sensor fusion.
  • DE 10 2011 077 998 A1 discloses a method for information validation of a vehicle-to-X message by means of environment sensors.
  • a vehicle-to-X communication device and the environmental sensor system of a motor vehicle cooperate in such a way that the information content of a vehicle-to-X information is reliably validated by the environmental sensor system even if the existing ones
  • Vehicle-to-X information can also be validated or discarded as being insufficiently trustworthy even in situations with limited scope detection capabilities.
  • DE 10 2011 079 052 AI a method and a system for validation of a vehicle-to-X message are known.
  • a wirelessly transmitted vehicle-to-X message from an at least two antenna elements is received comprising antenna arrangement, wherein the electromagnetic field strength of the vehicle-to-X message is received due to differing ⁇ cher, directional reception characteristics of the antenna elements of the antenna elements with different power densities , From the ratio of the different power densities in the antenna members, the receiver determines a relative position of the transmitter to the receiver.
  • the vehicle-to-X message also includes an absolute position of the transmitter based on GPS data, from which the receiver of the vehicle-to-X message calculates, via its own absolute position, a further relative position of the transmitter to the receiver.
  • a disadvantage of the methods and devices known from the prior art is that the reliable detection of objects and in particular for the validation of a detected object, the largest possible number ⁇ different sensors of different Sensorgattungen is necessary, which in turn with a relatively high Kos ⁇ tenaufwand Austattungsetzwand is connected for such vehicles.
  • the invention is therefore based on the object to propose a method which makes it possible to the necessary according to the prior art equipment costs
  • the inventive method for determining the position of objects by means of communication signals in which a communication signal for wireless communication more capable transceiver transmits wherein the Sendeempfän ⁇ ger is capable of simultaneously transmitting and receiving and wherein the communication signals in a signal propagation ⁇ zone on at least one object at least partially as Reflection signals are reflected, the transmitter ⁇ receiver receives the reflection signals.
  • the method is characterized in that phase information of the
  • Reflection signals and / or the communication signals be ⁇ votes.
  • phase information instead of intensity information
  • the method of the invention becomes more robust and less susceptible to interference since, unlike intensity information, the phase information is less easily disturbed. For example, only a small amount of shadowing of the transceiver suffices to detect the communication signals emanating from the background of the shading only in a significantly attenuated form. The phase however, such information is unaffected by such shadowing.
  • the method is advantageously carried out in a vehicle-to-X communication device.
  • the transceiver received communication signals and received
  • the communication signals are still sent, while already the associated
  • Reflection signals are received again.
  • Such a method is also known as a so-called "pulsed continuous wave" method Since the communication signals sent for communication purposes are usually very long compared to ordinary radar signals, the high propagation speed of electromagnetic waves will often cause a
  • Reflection signal already enters the transceiver while this still sends the communication signal.
  • the hardware for example by means of a circulator, a ring conductor, a directional coupler or by means of electrically independent antennas for transmitting and receiving, can also be processed in this case, a processing of Reflection signal or the communication signal continues to be sent.
  • an object can be determined from the Phaseninformatio ⁇ NEN a distance and / or a direction of at least.
  • the invention thus describes a method which enables comparatively simple means for determining the position of objects in a 360 ° angle around the transceiver.
  • This positioning angle or posi ⁇ tion intended range results from the angle of the communication signals, which carries 360 ° ⁇ be in most cases.
  • the inventive method thus provides a significantly larger positioning angle or position ⁇ intended area as radar sensors used for example for similar purposes.
  • Another advantage is that, especially in the initial introduction of vehicle-to-X communication devices into vehicles, when it is used for Vehicle-to-X communication enabled vehicles so there is only a very small number of communication participants, yet a significant added value for the vehicle customer is generated because this regardless of the number of existing in his environment vehicle-to-X communication enabled vehicles the inventive method can make a positi ⁇ onsange of objects in its environment. Therefore, the inventive method is to geeig ⁇ net, the market penetration, particularly in the on ⁇ fang time to speed up after the initial introduction of the vehicle-to-X communication devices in vehicles.
  • this position can be preferably superimposed in a subsequent step, a digital road map, where at only such a specific position is validated ⁇ which can be assigned to a recorded in the digital road map road.
  • a digital road map where at only such a specific position is validated ⁇ which can be assigned to a recorded in the digital road map road.
  • certain position lying on a road and are thus for a road users such as a motor vehicle tend important validated in each ⁇ the case.
  • certain positions that can not be assigned to a street are discarded.
  • the risk of rejecting a correctly determined position according to the method of the invention is comparatively small. And even if a correctly determined position would be discarded in this context, this is usually not important, since for a road user usually only those objects are important, which are also on the road.
  • the transceiver expediently communicates by means of at least one of the following types of communication:
  • WLAN communication in particular according to IEEE 802.11p,
  • ISM communication Industrial, Scientific, Medical Band
  • radio-compatible closing device
  • Mobile communication in particular GSM, GPRS, EDGE,
  • the mobile radio based communication means are be ⁇ Sonders expediently assigned to an automatic emergency call module.
  • the communication types listed offer different advantages and disadvantages with regard to their communication properties, depending on the type, wavelength and data protocol used.
  • WLAN connections allow, for example, a high data transmission rate and a fast connection setup.
  • ISM connections offer only a lower data transmission rate, but are ideally suited for data transmission around obstructions.
  • Infrared connections turn also offer low übertragungsra ⁇ te.
  • cellular connections are not impaired and offer a good ü ⁇ bertragungsrate. For this, the connection of mobile ⁇ radio connections is relatively slow, however.
  • the phase information is differential phases of the reflection signals.
  • the difference in each case provides the advantage that information which is equally present in the phase information of both signals used for subtraction is removed. This simplifies the nachfol ⁇ constricting evaluation essential since much of the already irrelevant information is no longer included in the differential phase.
  • An example of this is the inher- ent ⁇ speed of the process executing vehicle, which is eliminated by the formation of the differential phase. If the intrinsic speed of the vehicle are not elimi ⁇ defined, so the process would perceive the full surroundings of the vehicle as the vehicle relatively-moved müss- be where expected by, for each point and each object in the environment, a ent ⁇ speaking speed evaluation ⁇ te ,
  • Reflection signal and / or a transmitted Medunikationsssig ⁇ nal is split into a leading and a trailing portion, the phase of the leading portion remains unaffected and the phase of the trailing portion is delayed by 90 °.
  • a possible multi ⁇ ambiguity of the phase information as they now take as a complex number in the plane of complex numbers as a real number on a one-dimensional numbers Strand is treatable and thus has an additional dimension.
  • a transmitted Medunikationsssig ⁇ nal for difference formation with the reflection signal in a leading and a trailing fraction are split.
  • the Differenzpha ⁇ sen be determined by mixing a communication signal with an associated reflection signal or by mixing two different reflection signals, in particular ⁇ special means of conjugate complex multiplication and / or by means of cross-multiplication.
  • ⁇ special means of conjugate complex multiplication and / or by means of cross-multiplication By mixing two signals so-called sidebands arise at a distance of the difference frequency next to the two mixed signals, ie next to the communication signal and the reflection signal or next to the two reflection signals. Due to the conjugate complex multiplication or the cross-multiplication, this step can also be done mathematically in the plane of the complex numbers. In all cases, a reliable determination of the differential phases is made possible.
  • the transceiver communication signals on at least two different frequencies sends.
  • the possibility is provided for the transceiver to receive respective reflection signals containing due to their different frequencies and thus different properties different information about the reflecting object or they iden ⁇ schematic information about the reflecting object they describe un ⁇ differently.
  • additional information about the object is available.
  • a distance is determined for the object from the generated by the min ⁇ least two different frequencies, phase information.
  • the ratio of the phases which change due to the different wavelength or frequency of the communication signals transmitted with the distance traveled under ⁇ differently, closed to a distance. Since the ratios of the phases start to repeat from a certain distance from the transceiver, a determination of the distance from a certain distance limit is no longer unambiguous, since a certain phase ratio so ⁇ well a certain distance and any multiple of this distance can correspond.
  • the transmission power of the communication signals is preferably chosen such that a reflection signal from an object which is wider than the clear distance from the transceiver, can no longer be detected.
  • the at least two frequencies are two different communication channels of a common communication means.
  • the frequency spacing of the two frequencies is not too great and, moreover, uniform evaluation and processing by one and the same means of communication is ensured.
  • wel ⁇ chem is communicated via two channels each having 10 MHz bandwidth having, which are separated by a third, unused channel and also 10 MHz bandwidth having channel. Due to the wavelength used at 5, 9 GHz and the transmission power used, it is ensured with WLAN according to IEEE802.11p that a frequency-related, maximum clear distance of approx. 15 m can not be exceeded due to the performance.
  • the Karlunikationssigna ⁇ le and the reflection signals are captured by means of at least two elekt ⁇ driven independent antenna elements of the transceiver emp ⁇ , in particular, the phase information determined by the at least two antenna elements ⁇ the.
  • the so-called interferometer method can be used, which allows a determination of the direction to the object.
  • one and the same reflection signal is preferred the two antenna elements evaluated in terms of its phase information.
  • the cavities ⁇ Liche distance between the antenna elements must not be greater than the hal ⁇ be wavelength of the communication signals transmitted and the received reflection signals, otherwise Mehrdeu ⁇ ACTIVITIES occur in the directional information. Since the reflection signal from the object runs back to the transceiver, which receives the reflection signal with two spatially ge ⁇ separated antenna elements, the object is perceived by the two antenna elements usually at a slightly different angle. This different angle is also responsible for the fact that the reflection signal from the object runs back to the transceiver, which receives the reflection signal with two spatially ge ⁇ separated antenna elements,
  • Reflection signal traveled distance from the object to the two antenna elements is not exactly identical. This in turn leads to a respectively different phase information of the reflection signal at each of the two antenna elements.
  • an angle can be determined from the phase information, which is the direction of the
  • Reflecting signal reflecting object to the receiver indicates.
  • the direction to the object can be uniquely determined at 180 °. Preference is given in this case
  • Reflection signals or communication signals used at the same frequency so that the different phases are not generated by different frequencies.
  • the phases ⁇ information on a first pair of antenna elements as a sine wave component and the phase information at the second pair of antenna elements may be used as cosine proportion of a total signal be ⁇ seeks.
  • a direction is determined for the object from the generated by the at least two antenna elements Phaseninfor ⁇ mation.
  • the direction of the object is determined by means of the interferometer method already described.
  • the direction and Ent ⁇ fernung to the object by means of alternating in time evaluation of the difference phases of two frequencies and the difference phases are determined on two antenna elements.
  • the transceiver communicates with communication participants, in particular with road users, and with infrastructure facilities.
  • the Inf ⁇ ra Vietnamese Sten may be, for example, traffic signs, traffic lights or other transmission devices, which serve for the regulation of the road traffic.
  • the road users are at ⁇ play as automobiles, but also cyclists or ent speaking ⁇ equipped pedestrians.
  • the objects transport part ⁇ participants, in particular vehicles, cyclists and pedestrians, infrastructure and communication participants.
  • the Posi ⁇ tion data can be validated by the inventive method by means of communication signals.
  • the transceiver determines a Doppler frequency for the at least one object in the signal propagation zone.
  • the Doppler frequency includes additional information about the VELOCITY ⁇ ness of the object.
  • a speed of the Whether ⁇ jekts may in addition to the distance and the direction of the object thus be determined with which the object, and in particular, a behavior of the object will be described more precisely.
  • the Doppler frequency is determined from a Doppler phase, wherein the Doppler frequency is determined in particular by means of linear extrapolation from a time ⁇ first determination of the Doppler phase and a temporally second determination of the Doppler phase. Since the communication signals sent are usually time too short to go through at least two zero ⁇ transitions during transmission, and therefore, according to the
  • Reflection signals are too short in time to go through at least two zero crossings during the reception, so there is the advantage that from the Doppler phase still ⁇ the Doppler frequency can be determined.
  • the Doppler phase can initially be determined comparatively easily from the difference phase between the transmitted communication signal and the received reflection signal.
  • the Dopp ⁇ lerphase is thereby in a temporally first determination of the Doppler phase in each case at the beginning of a received
  • Reflection signal determined.
  • the Doppler frequency can now be determined in a simple manner from the Doppler phase.
  • the Doppler frequency is filtered by a low-pass filter, in particular by means of a digital low ⁇ passes.
  • a low-pass filter is designed such that Doppler frequencies generated by differential speeds of over 400 km / h are filtered.
  • the digital low-pass filtering is followed by a sub-sampling of the received signals which is known per se. As a result, the computational effort for the respective subsequent fast Fourier transformation is reduced considerably.
  • a movement path of the at least one object is created from a plurality of specific distances and directions.
  • This has the advantage of enabling object tracking, which in turn can be subjected to a number of well-known filtering techniques, e.g. a so-called Kalman filter.
  • filters e.g. a so-called Kalman filter.
  • a certain position of a communication station is matched to a contained in a message transmitted by the message Kom ⁇ munikationsteilauer position indication and the position indication vali ⁇ diert, when it does not contradict the determined position.
  • the invention makes it possible to simple To validate positions contained in communication signals of other road users. In each case, meaningful tolerances must be observed for the validation of the position.
  • the position must be given as absolute Po ⁇ sition in the communication signals which is often based on the GPS coordinate system are converted into a rela ⁇ tive position for transceiver or vice versa.
  • the transported data and / or the specific positions are continued on at least one driver assistance system.
  • both the transported data and the specific positions possibly also together - processed by an appropriate driver assistance system and used for driver support.
  • This allows a security-enhancing use of existing information and data.
  • a distance and speed controller can reali in a simple manner by means of the inventive method ⁇ Siert, since both the distance can be determined to a preceding vehicle and the speed of the leading vehicle can be determined. Thus omitted the comparatively high equipment costs for the radar sensor commonly used in this case.
  • the transceiver transmits communication signals without information content and / or communi ⁇ cation signals whose information content is valid unchanged, several times consecutively sends. This is always advantageous if not enough communication signals for position determination are sent for communication reasons. So that the method according to the invention can also be reliably executed in this case, either communication signals without information content are transmitted or communication signals whose information content is valid without change.
  • the communication signals without in ⁇ formation are preferred content labeled as such, so that a possibly recipient of this communication signals is Darue ⁇ over informed that the communication signals
  • the transceiver may include the distance to the object using the received power by means of said to ⁇ sammenhangs. This represents additional information that further describes the object.
  • a category of the at least one object is determined from the distance and the received power. Since the distance so ⁇ may well be determined by the so-called Vernier method as well as on the distance on the sloping with the fourth power of received power as described, can be determined a type of the object from the ratio of these two quantities.
  • the reception power at the transceiver is namely influenced by the reflectivity of the object relative to the Kommunikati ⁇ onssignals. For example, the
  • the reflectivity of the object can be determined from the ratio of the variables mentioned, and the genre of the object can be determined via the reflectivity.
  • the distance and / or the direction to the object is determined from a ratio formed from an electromagnetic field strength received by the at least two antenna elements.
  • This has the advantage that again represents a further information available, which describes the object and can be used for validation ⁇ tion of certain of the phase information or distance direction.
  • the distance or direction determined from the ratio of the received electromagnetic field strength can also be used to form an average value with the information determined from the phase information or to weight it. This process step is particularly advantageous if the antenna elements have a directional characteristic aufwei ⁇ sen.
  • the invention further relates to a device for communication signal-based position determination of objects, which comprises a transceiver with a transmission module for wireless transmission of communication signals and with a reception module for wireless reception of Karlunikationsssigna ⁇ len and reflection signals, wherein the
  • the transceiver is capable of simultaneous transmission and reception and wherein the transceiver further comprises an antenna array.
  • the device is characterized in that the device by means of phase evaluation means phase information of the reflection signals
  • the Invention ⁇ device according to thus comprises all the means necessary for execution of the method according ⁇ proper and in particular carries out the inventive method result from this the advantages already described.
  • the device is advantageously designed as an extended vehicle-to-X communication device.
  • the device determines a distance from the phase information by means of distance determination means and / or a direction to the at least one object by means of direction determination means.
  • the device fulfills a beyond the pure communication ⁇ function additional function, which is equipped for the driver of the device according to the invention Vehicle immediately produces a significant value, inde ⁇ gig whether in its surrounding area is a sufficient number of groups capable of vehicle-to-X-communication environment vehicles.
  • the antenna arrangement has a directional characteristic for determining an inlet direction of the communication signals and / or the reflection signals .
  • This has the advantage that a comparatively accurate, additional Be ⁇ humor of the direction is made possible for the object via the directional ⁇ characteristic.
  • This information obtained from the received power can supplement the information obtained from the phase information.
  • the antenna arrangement consists of at least two antenna elements. This allows on the one hand the execution of the interferences rometer method previously described for determining the direction of the object and transmits the other hand, in order to increase the effect of the directional ⁇ characteristic.
  • the Antennenele ⁇ elements via switching elements can be associated with the transmission module and / or the Emp ⁇ grabber module and / or a terminating resistor and that the directivity is characterized by the allocation.
  • the transformants ⁇ nenide are, for example, the transmitting module so assigned that they send into selected spatial directions. Or else the antenna elements are assigned to the receiving module in such a way that a directional characteristic results for a certain direction.
  • the allocation table is cyclically traversed at a fixed frequency
  • the allocation table is determined by means of a
  • the allocation table is traversed by a Pseudorauschver- proceedings random, systematic Feh ⁇ ler can be reduced.
  • the range may be weighted higher ahead of the vehicle than the area to the left and right of the driving ⁇ convincing and this in turn higher than the area behind the vehicle, at least if the focus of the respective On ⁇ applications on the space before Vehicle and next to the vehicle lies lies.
  • the assignment of a current situation made it light ⁇ eg when driving fast on a highway preferable to choose an assignment that communication signals from the front and rear receives well and can transmit well in these directions.
  • the rearward area is preferably selected.
  • the area to the left in front of the vehicle and to the right in front of the vehicle is preferred to select the area to the left in front of the vehicle and to the right in front of the vehicle.
  • assignment is detected, for example by an environmental sensor that approaches an object from the left, so that preferably the area left of the vehicle is selected.
  • the mapping is adapted to the received communication signals, for example, possible to proceed so that preferably that direction is selected, the most communication signals are received from wel ⁇ che - or aware of the opposite.
  • the assignment is selected such that the best reception is there where the highest danger was detected.
  • the highest received sensitivity is selected for the ⁇ that direction, which has the highest evaluation uncertainty of the received Ra ⁇ darsignale.
  • the communication signals can be broadcast korufi ⁇ ger or targeted. This corresponds to a so-called physical geocasting.
  • the antenna elements to egg ⁇ nem multi-beam star and / or a polygon, in particular a quadrangle are arranged and / or formed as Vivaldi horns and / or radially surround a metallic tube reflector and / or are formed as a narrow band patch elements and / or aligned in back-to-back arrangement.
  • Such formations and An ⁇ ordinances have proved advantageous in various respects and in different situations.
  • the antenna assembly further comprises an antenna element of a global Navigationssa ⁇ tellitensystems.
  • the antenna element of the global navigation satellite system is preferably in such a ⁇ ordered to have his best reception characteristics of incoming signals from above.
  • such, preferably upward-looking antenna element of the global navigation satellite system can be arranged to save space and effectively.
  • the present invention further relates to a use of the device according to the invention in a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows an exemplary first section of a device according to the invention for communication-signal-based position determination of objects, an exemplary second section of a device according to the invention for communication-signal-based position determination of objects, a schematic structure of a device according to the invention, which is suitable for determining the direction to the object, schematically the basic principle of the so-called Vernier method for distance determination, a two-dimensional phase diagram, which assigning a distance to the possible differential phases, two vehicles, one of the vehicles being equipped with the device according to the invention, a transceiver of a device according to the invention, which establishes a direction to an object by means of the interferometer method, schematically determining a direction according to FIG interferometric method,
  • FIG. 9 shows an antenna arrangement comprising four antenna elements
  • Fig. 10 shows a possible evaluation of the detected four Antennenele ⁇ elements reflection signals for determining a
  • FIG. 11 shows another possible structure of an antenna arrangement comprising four antenna elements
  • FIG. 14 shows an exemplary embodiment of an antenna module with star-shaped broadband Vivaldi elements
  • Fig. 15 is an exemplary evaluation of a received
  • Fig. 16 shows another possible embodiment of an antenna arrangement according to the invention.
  • 17 shows two assignment tables for embossing a directional characteristic.
  • the device comprises transmitter module 100, antenna element 101, receiver module 102, modulator 105 for generating a communication signal to be transmitted in digital form, digital-to-analog converter 106 for converting the digital signal into an analog Sig ⁇ nal, analog-to-digital converter 107 for converting a received communication signal or reflection signal in digita ⁇ le Form and demodulator 108 for demodulating the received communication signal or reflection signal in order to process this further.
  • modulator 105 for generating a communication signal to be transmitted in digital form
  • digital-to-analog converter 106 for converting the digital signal into an analog Sig ⁇ nal
  • analog-to-digital converter 107 for converting a received communication signal or reflection signal in digita ⁇ le Form
  • demodulator 108 for demodulating the received communication signal or reflection signal in order to process this further.
  • antenna 101 can be used for the simultaneous transmission and reception of communication signals or reflection signals.
  • the device comprises only a single antenna element, it can principally only perform the so-called Vernier method for determining the distance and additionally determining the Doppler frequency.
  • the device in each case transmits alternately in time on a first and a third WLAN channel of the WLAN method according to 802.11p, while a second channel separating the first channel from the third channel remains unused.
  • an information access different driver assistance systems 104 by modulator 105 and Demodula ⁇ gate 106 is ensured.
  • driver assistance systems 104 may trigger the transmission of communication signals and transmit communication signals.
  • Receiver module 102 includes at ⁇ game according to clock 112, which predetermines a clock frequency of 5.9 GHz, which corresponds to the fundamental frequency of the wireless 802.11p used by the device for communication.
  • An identical clock generator is also included in the transmission module 100, which is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • receiving module 102 comprises
  • Delayer 113 which via a matched line length, the clock signal output by clock 112 on the signal Path to mixer 114 also included in receiving module 102 compared to mixer 115 delayed by 90 °. This results in a splitting of the received communication signal or reflection signal into a leading component I and trailing component Q.
  • Mixers 114 and 115 mix the components I and Q, respectively, with the clock signal from clock generator 112.
  • Lowers 116 follow each other following mixers 114 and 115 and 117, which are the high frequency components of the received
  • both leading component I and trailing component Q are output after digitization to the second section of the device according to the invention for communication signal-based position determination of objects shown in FIG.
  • a received through data line 111 also request a change of frequency or sending a communication packet without Informati ⁇ onsinhalt can be triggered.
  • FIG. 2 shows an exemplary second detail of a device according to the invention for communication-signal-based position determination of objects.
  • Both fraction I and component Q are subjected to preprocessing in correlation modules 204 and 205.
  • component I represents the real part of a complex number
  • component Q represents the imaginary part of the complex number.
  • Adder 206 now combines both parts into the complex number.
  • the complex number is now supplied on the one hand vernier module 207 and displayed there as a real-time function over time and on the other hand continued to Doppler frequency module 208, wel ⁇ ches the complex number prepared for processing in the filter module 209.
  • filter module 209 By means of filter module 209, a low-pass filter tion, a down-sampling, a Fast Fourier Transform and a determination of the amount of complex number Runaway ⁇ leads.
  • Ge ⁇ schwindtechniksmodul 210 By means of filter module 209, a low-pass filter tion, a down-sampling, a Fast Fourier Transform and a determination of the amount of complex number Runaway ⁇ leads.
  • FIG. 3a shows a schematic structure of a device according to the invention for communication-signal-based position determination of objects, which is suitable for determining the direction to the object via the so-called interferometer method.
  • Portion I of a reflection signal at the output of analog-to-digital converter 107 is continued by means of bypass 109 (FIG. 1) and first passes through low pass 300.
  • Portion I is now stored by means of sample-and-hold element 301 and it becomes the zero point of the I component is determined.
  • subtractor 302 the zero point of component I is now aligned with the zero points averaged by sample-and-hold element 301.
  • the proportion Q is using
  • Low pass 303, sample and hold 304, and subtracter 305 are processed accordingly.
  • the components I and Q prepared in this way arrive as input variables x and y in arctangent calculator 306, whereupon radius r and phase ⁇ of the complex number formed by components I and Q are present.
  • Radius r is used by plausibility module 307, which checks in clock ck whether it is a reflection signal or a communication signal. If not here
  • Reflection signal but a communication signal is detected can be read directly by means of a reset command via return signal.
  • coupling 308 a predetermined zero point can be set. In the extreme case, on the other hand, an implausible
  • the phase ⁇ can correspond either to the frequency A of the phase ⁇ ⁇ or in the case of frequency B to the phase ⁇ ⁇ .
  • the desired Entfer ⁇ voltage information is use of the vernier principle in differential phase ⁇ (see Fig. 3b) by means of sample and hold members 309, 310, 311, and subtractor 312 (with the aid of control signals A, B and C Fig. 3a , 3c) are formed.
  • Control signals A and B also control the frequency change in the communication system.
  • Signal C is output in each case when the valid difference phase ⁇ can be adopted.
  • the components reach I and Q in Fig. 3d band ⁇ passes 313 and 314, respectively for an assumed Minimalgeschwindig ⁇ ness of the object to be recognized on the direction detection module 315, which, for example according to the so-called by two flip-flops is formed.
  • the direction detection module 315 At the output of direction detection module 315 counters 316 and 317 are arranged, which count depending on the direction of rotation of the phase incoming and outgoing half-waves of the components I and Q.
  • the counters 316 and 317 separated in incoming and outgoing half-waves of the components I and Q can be reset by means of the signal res and stored in memory module 318 or 319 by means of the signal sav.
  • the filtered portions I and Q arrive at squarers 320 and 321, summers 322 and Root function 323, in summary, a so-called Pythagoras member, as well as on low pass 327, at the output of the envelope H (see also Fig. 3e) is formed.
  • the signal z is formed, indicating the presence of a basic moving Whether ⁇ jekts in the signal propagation zone.
  • FIG. 4 a shows schematically a transceiver transmitting and receiving via an antenna arrangement with two antenna elements 403 and 404.
  • the transceiver is able to receive and transmit simultaneously via both antenna elements 403 and 404, respectively.
  • Clock 405 and 406 give it ago for each antenna element 403 and 404, each with slightly different ⁇ Liche transmission frequency fl and f2.
  • the communication signals transmitted meet object 407 in the Signalausbrei ⁇ Administrative Region and are reflected by this.
  • the back distance of transformants ⁇ nenettin 403 and 404 from the transceiver 407 and to object distance can be as identically ⁇ taken. Since antenna elements 403 and 404 are arranged spatially very close to each other. Due to the difference ⁇ union transmission frequency fl and f2 meet
  • Reflection signal when receiving at antenna elements 403 and 404 symbolizes. It will be intuitively clear that ei ⁇ ner certain combination of phases cpi and cp 2 and also a difference of phases cpi and ⁇ 2 corresponds to a certain distance of the object.
  • FIG. 5 shows a two-dimensional phase diagram which assigns a distance to the possible P difference phases from -180 ° to + 180 °.
  • the difference phase is tatsumble ⁇ Lich between -180 ° and + 180 ° or whether it is delt ⁇ han to an integral multiple of the detected differential phase, the method for distances from a frequency-dependent threshold value is no longer unique as a erkann ⁇ th phase difference may correspond to several distances (see also Fig. 4b).
  • Fig. 6a shows two vehicles 61 and 62, wherein the vehicle 61 is equipped with the device according to the invention and carries out the method according to the invention.
  • the invention shown SSE device in this case comprises a transceiver which communicates via wireless by 802.11p. Communication signals that are sent to 802.11p via WLAN can be found in the Typically received at a distance of 300 m from another transceiver.
  • the reason for the limited range has the following reason: The further away the communication signal from the transceiver, the lower the power of the communication signal per unit area. The power per unit area falls with the square of the distance traveled.
  • the portion of the communication signal impinging on vehicle 62 is reflected back to vehicle 62 as a reflection signal proportionately back toward vehicle 61.
  • the fraction reflected back from vehicle 62 depends on the geometry of vehicle 62 and the surface materials of vehicle 62. In this case, 80% of the power impinging on vehicle 62 is reflected back. Since the power per unit area of the reflection signal decreases with the square of réellege ⁇ - laid distance, vehicle 61 receives only ei ⁇ ne power that corresponds to the originally transmitted power divided by the fourth power of the distance to vehicle 62, additionally mitigated by 20% because vehicle 62 only reflects 80% of the incident power.
  • the transmission range of WiFi according to 802.11p is about 300 m and vehicle 61 still receive the reflection signal and must auswer ⁇ th may, obtained according to the above relationships, a performance-related maximum detectable distance of about 15 m for vehicle 62 from vehicle 61st
  • FIG. 7 shows a transceiver of a device according to the invention, which detects a direction to an object by means of the interferometer method.
  • the device has an antenna arrangement comprising two antenna elements 701 and 702.
  • the transceiver is capable of simultaneously receiving and transmitting over both antenna elements 701 and 702, respectively.
  • Clock 705 and 706 give it ago for each antenna element 701 and 702, a respective identical transmission ⁇ frequency fl.
  • Antenna elements 701 and 702 are separated from each other by spatial distance h, wherein h corresponds to just under half the wavelength of the transmitted communication ⁇ signals.
  • the transmitted communication signals strike and are reflected by object 707 in the signal propagation zone.
  • the 701 and 702 back distance from the transceiver to object 707 and distance of antenna elements is in this case due to syndromemli ⁇ chem distance h slightly different. Since the reflection signal generated by object 707 is thus detected with different phases of antenna elements 701 and 702, the angle ⁇ can be determined from the difference phases, which indicates the direction from the transceiver to the object.
  • the method illustrated with reference to FIG. 7, however, is unique only to 180 °, since object 707 could also be at the angle p on the left side of the transceiver (instead, as shown here, on the right side) and in this case the same phase difference would arise at antenna elements 701 and 702.
  • FIG. 8 schematically shows the phase-dependent determinations of a direction according to the interferometer method already described.
  • two antenna elements 81 and 82 can be seen, which are arranged spatially slightly offset. Due to the selected orientation or spacing of antenna elements 81 and 82, baseline 83 corresponds to a difference phase of 0 °, ie a reflection signal, which emanates from an object on any point of the baselines, would be detected with a difference phase of 0 °.
  • object 84 can be seen, which is located in the drawing of FIG. 8a below antenna elements 81 and 82 at a differential phase of 90 °. It can also be seen in this context that by means of antenna elements 81 and 82 it can not be clearly determined whether object 84 is located below or above antenna elements 81 and 82, since both positions lead to the detected differential phase of 90 °.
  • antenna elements are once again 81 and 82 are provided ⁇ , this time, however, rotated by 90 ° to the left. Entspre ⁇ accordingly the orientation and arrangement of antenna elements 81 and 82 also changes the orientation of 83. 0 ° marked baseline object 84 still appears again at a phase difference of 90 °.
  • FIG. 8c also shows antenna elements 81 and 82, wherein they are aligned here in such a way that base line 83 labeled 0 ° runs vertically from top to bottom. Accordingly , object 84 is detected at a difference phase of 0 ° on the baseline.
  • an antenna arrangement which includes four antenna elements 91, 92, 93 and 94 which nchför ⁇ mig are arranged while keeping a spatial distance zuei ⁇ Nander comprise that is less than half the wavelength of the communication signals transmitted.
  • the differential phase is interpreted on a first pair of antenna elements as a sine portion 1001 and the differential phase on the second pair of antenna elements An ⁇ as cosine proportion 1002nd
  • a 2 arctan function to the sine component 1001 and cosine portion 1002 is now obtained straight line 1003 which enabled an unambiguous determination of the 360 ° direction of the object ⁇ light.
  • FIG. 11 shows a possible structure of an antenna arrangement which comprises four antenna elements 1101, 1102, 1103 and 1104 and is suitable for the interferometer method.
  • the choice of four antenna elements initially produces a separate base line 1105 or 1106 for each pair of antenna elements.
  • the spacing of antenna elements 1101, 1102, 1103 and 1104 is less than half the wavelength of the transmitted communication signals .
  • Antenna elements 1101, 1102, 1103 and 1104 are, for example according to a simp ⁇ che so-called ⁇ / 4 dipoles with so-called balun 1109, 1110, 1111 and 1112 is formed.
  • Switches 1107 and 1108 are used to select the respective base line 1105 and 1106 if only a pair of antenna elements 1101, 1102, 1103 and 1104 is to be used to determine the direction. In this case, by selecting the other pair of Antenna elements 1101, 1102, 1103 and 1104 are changed the baseline and made a 360 ° unambiguous determination of the direction. Switches 1107 and 1108 are so-called single pull duoble throw (SPDT) switches.
  • SPDT single pull duoble throw
  • Fig. 12 shows the determination of two phases on an antenna arrangement comprising two antenna elements.
  • a reflection signal is detected with the frequency f2 of antenna element. 1
  • Antennenele ⁇ element 1 is sent via Antennenele ⁇ element 1 by means of a circulator. From the receive signal phase reflection ⁇ NEN 1201 is determined.
  • a Bestim ⁇ mung phase of 1202 is not possible in the time window t 2, since no antenna 2 can not receive signals temporarily through a switching conditionally.
  • phase 1202 can be determined.
  • phase 1201 is updated virtually in the time window t 2 .
  • the particular phase at the frequency fl can now be a differential phase it ⁇ averages from which on the vernier method, the distance can be determined to that object that the reflection signals at the frequencies fl and f2 generated.
  • antenna 2 receives reflection signals at the frequency fl and antenna 1 also receives
  • Reflection signals at the frequency f1 Out of the the spatial spacing resulting difference phase of the two antennas is now determined by means of the interferometer method, the direction of the object which generates the reflection signals at frequency fl.
  • FIG. 13 shows an exemplary and schematic structure of a device according to the invention for determining a distance and a direction to an object as a block diagram.
  • a packet- ⁇ -based, "pulsed continuous wave" the reflection signals working transceiver evaluated.
  • the analogized components I and Q first scanned and digitized. They still contain at a random offset, which can be removed by low-pass filtering . This works because the relevant portion of the phase at ⁇ play according to the Doppler phase changes only slowly compared to the phase of the signal.
  • the example according to chosen method to remove the DC component is to withdraw a moving average of subtractors 1313-1324 , as it occurs at the output of low passes 1325-1336
  • the evaluation of the complex components I and Q is carried out by means of
  • Multipliers 1337 and 1338 as a pairs conjugated com ⁇ plex multiplying.
  • the high-frequency components of the phases are removed here by, for example, processing the left-hand rotating component Q1 with the component Q2 rotating through the conjugate complexes to the right, so that only the Doppler phase difference remains.
  • the signal component which occurs due to the intrinsic movement of the vehicle is removed.
  • the signals can not be continued immediately Arcustangensberechner 1343 or 1344, since the phase jumps by definition when they is to + umgebro ⁇ surfaces to the range -180 ° to 180 °. Since the components I and Q initially present as a continu ⁇ ieraji sine component or cosine component, they may comparatively easily filtered in this form, are predicted and observed. Accordingly, the components I and Q in filter modules 1339-1342 are first filtered by a low-pass filter, veneztiert, ie extrapolated into the future to ⁇ , and finally filtered a second time by means of a Kalman filter.
  • the initial difference phase is in principle random and depends on the line lengths used, distances between the antenna elements and the relative orientation of the antenna elements. Therefore, it is necessary to match the phases once. This is done, for example, by means of balancing elements 1345 and 1346. Since each pair of antenna elements (inputs II, 12, Q1, Q2) can unambiguously determine the direction only at 180 °, the range of uniqueness by means of the second pair of antenna elements (inputs 13 , 14, Q3, Q4) extended to 360 °.
  • phase inverters 1347 and 1348 by 360 ° umgebro ⁇ Chen and means of compensation modules 1349 and 1350 with a compensating constants for the case that the pairs of antenna elements are not exactly equally spaced from each other.
  • Arcustangsberechner 1351 from the shares I and Q formed an arctangent and carried out another konju ⁇ giert complex multiplication.
  • the result of the complex conjugate Multiplikati ⁇ on is adjusted a second time by means of a further adjusting element 1352nd Subsequently, the phase is again broken down by means of a further phase judge 1353.
  • the present result represents the direction to a detected object and is graphically displayed to the driver in output module 1354. As you can see, the object is on the left behind the vehicle.
  • Arcustangensberechnern 1343, 1344 and 1351 is used in conjunction with root calculators 1355, 1356 and 1357 to calculate an amount of the respective components I and Q, which must have a Wenngrö ⁇ SSE to need a meaningful analysis to be granted slightest ⁇ th. Transferred to the input signals related to the Noise limit of the receiving module a minimum level of Störab ⁇ be met, where at least the amount of Doppler frequency due to the filtering in filter modules 1339-1342 can also be significantly smaller than the effective value of the system noise.
  • the so- ⁇ wonnene amount which is a limit for the distance at ⁇ also for a rough estimate range, since the amount of the reflection signal decreases with the fourth power of the Ent ⁇ fernung the object is suitable.
  • the values formed by the root computers 1355 and 1356 are multiplied together by means of multipliers 1358 and the root of this product is subsequently determined again by means of the root computer 1359.
  • Approximation module 1360 compares the specific limits for the distances with specified differently surrounded warning thresholds, while detection module compares 1361 tion swell be ⁇ agreed limits on the distances specified Detek-.
  • the specific limit values for the distances depend essentially on the so-called radar cross-section of the object. If both a detection threshold and a warning threshold are exceeded, this can be graphically output to the driver in output module 1354.
  • the exact distance is determined for Whether ⁇ ject in more means of the Vernier method.
  • These are the shares II and Q from moving ⁇ chen antenna element, however, used at two different frequencies Fri ⁇ . Since, for example in accordance with the two different frequencies or communication signals with these two different frequencies transmitted offset in time to each other and thus the reflection signals offset in time to each other are received, the device has latch 1362-1365, which only allow nachfol ⁇ constricting processing.
  • the following proces ⁇ tung comprises first multiplier 1366 subsequently filter modules 1367 and 1368 (corresponding to filter modules 1339- 1342), Arcustangensberechner 1369 and tuning element 1370.
  • phase inverter 1371 to the wrapping of the phase and compensation module 1372. From this, the specific Entfer ⁇ voltage continued directly to output module 1354 and presented to the Fah ⁇ rer graphically.
  • root calculator 1373 is the root of the off ⁇ transitional value formed by Arcustangensberechner 1369th This root and the root of computers 1355, 1356 and 1357 gebil ⁇ Deten roots are forwarded to diagnostic module 1374th Diagnostic module 1374 compares these roots with each other and with an absolute threshold and thus determines a current state of the device according to the invention. This state indicates whether and how reliable the particular distances and directions are.
  • Fig. 14 is an exemplary embodiment of a ⁇ An antenna module with radially arranged High-Vivaldi elements Al, A2 and A3 as well as a central pipe reflector shows RE.
  • Vivaldi elements AI, A2 and A3 are arranged such that two-dimensional Vivaldi horn VI (FIG. 1b) forms a ground plane and is conductively connected to reflector RE.
  • Balun BA is connected at its base with a controllable switch cascade consisting of switch SW1 and switch SW2, whereby receiver E experiences the lowest switch attenuation due to its proximity to Vivaldi horn VI, while controllable transmitter S and terminator Z are arranged at the end of the cascade and experience a correspondingly higher switch attenuation.
  • Fig. 15 is an exemplary directional evaluation with ⁇ means of a directional characteristic of a received
  • Demodulated reflection signal 1501 is evaluated in its Amplitu ⁇ de means of so-called.
  • Receiveive Signal Strength Indicators (RSSI) 1502nd It is performed vendemodulation a simple, so-called Hüllkur-. Likewise also Leis ⁇ power measurement could be carried out. For the comparatively more complex case of a phase evaluation would be the
  • Reflection signal of at least two antenna elements additionally ⁇ controlled by controllable Phasenverzögerer and then combined by directional coupler. Only then would the RSSI evaluation take place.
  • FIG. 16 a shows a further possible embodiment of an antenna arrangement according to the invention.
  • narrow band patch elements Bl, B2, B3 and B4 are used. In this example, they are disposed separately for transmission and reception stage ⁇ stage and arranged in four different angles to the lateral surfaces of a cube.
  • Single patch B3 (Fig. 3b) consists of a metallic backing (not shown) as well as a front layer with narrow band patch P for the transmission stage and the reception ⁇ level. At least the metallic backing is connected to electrical ⁇ shear mass G.
  • the leads at the base with a switch cascade (see Fig. 14b) verbun ⁇ the.
  • the supply lines at the base would be connected to controllable phase retarders, to a signal combining directional coupler and to an RSSI evaluation module.
  • controllable phase retarders to a signal combining directional coupler
  • RSSI evaluation module to an RSSI evaluation module.
  • Assignment table 1701 contains an assignment or evaluation scheme for the antenna arrangement illustrated in FIG. 14, while assignment table 1702 contains an assignment or evaluation scheme for the antenna arrangement illustrated in FIG. Contains order.
  • Assignment table 1702 comprises eight different assignments or directional characteristics DIR and assignment table 1701 comprises six different assignments or directional characteristics DIR.
  • assignment table 1701 or 1702 results from the combination of transmission characteristic Sc and receiving characteristic Ec a combined directional characteristic of the overall characteristic Gc.
  • Methods according to the invention are used as protection methods against being parked by other vehicles. Especially in large cities, there is often the problem that a vehicle is parked by other vehicles in a tight parking space. On the one hand, this can be reported to the driver of the vehicle currently being parked via a radio-compatible locking device, or else the eigepark- te vehicle triggers an audible warning to alert the einpar ⁇ kende vehicle that the parked ⁇ einte vehicle no longer ausparken can if the parking vehicle remains in its current position.
  • the windshield washer system of the parked vehicle can be activated - usually a parking driver for reasons of caution and security to such, suddenly activating the windscreen washer vehicle, keep a greater distance.
  • the method according to the invention is used as a method for detecting an approach to the vehicle provided with the device according to the invention.
  • it takes a while after getting into a vehicle until the vehicle electronics are ready for use.
  • Drivers should remember from this period of time to combat readiness as possible we ⁇ king, so the time of activation of the vehicle electronics is moved as far forward as possible, for example, at the time the door is opened.
  • ⁇ proper procedures the driver can now be already noticed when approaching the vehicle and the vehicle electronics may ⁇ already activated at this time who ⁇ .
  • the inventive method is used to from ⁇ finally set the alarm system in readiness to ver ⁇ , if someone is approaching the vehicle in a parked state.
  • the alarm can be disabled when no one is in the vicinity of the vehicle.
  • the method according to the invention is used to activate when approaching ei ⁇ ner person to the vehicle in the parked state a vehicle actuator, such as a window, short-term.
  • a vehicle actuator such as a window
  • the approaching person gets the impression that the owner of the vehicle is nearby and watched the scenery. This prevents vehicle theft.
  • the inventive method for the protection of cyclists is used: Often one is surprised as a driver in stop-and-go traffic from right overtaking cyclists. These approach from an unexpected direction usually in the blind spot, so that they can hardly be considered.
  • the method according to the invention can notice such an approach even before e.g. To address ultrasonic sensors, because the cyclist from the vehicle roof, where usually the antenna array is arranged, can be detected first.
  • the method according to the invention is used for the so-called blind spot warning: If a vehicle approaches in the blind spot, it is detected by means of the method according to the invention and a corresponding warning is displayed in the exterior mirror.
  • the inventive method as a distance-and speed controller is used: a preceding vehicle is detected with strong approximation by the Invention ⁇ the process according then the VELOCITY ⁇ ness can be independently reduced to prevent a collision ,

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Objekten (62, 707, 84, 96) mittels Kommunikationssignalen, bei welchem ein zur drahtlosen Kommunikation befähigter Sendeempfänger Kommunikationssignale sendet, wobei der Sendeempfänger (51) zum gleichzeitigen Senden und Empfangen befähigt ist, wobei die Kommunikationssignale in einer Signalausbreitungszone an mindestens einem Objekt (62, 707, 84, 96) zumindest teilweise als Reflektionssignale reflektiert werden und wobei der Sendeempfänger (51) die Reflektionssignale empfängt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Phaseninformationen der Reflektionssignale und/oder der Kommunikationssignale bestimmt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung sowie eine Verwendung der Vorrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Objek ten mittels KommunikationsSignalen sowie Verwendung der Vor richtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmun von Objekten mittels Kommunikationssignalen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Objekten mittels Kommunikationssignalen gemäß Ober begriff von Anspruch 27 sowie deren Verwendung.
Im Stand der Technik ist es bereits bekannt, Kraftfahrzeuge mit zur Umfelderfassung geeigneten Sensorvorrichtungen auszustatten. Insbesondere Mono- oder Stereokameravorrichtungen, Radarvorrichtungen und Ultraschallvorrichtungen sind bereits in einer Vielzahl von Neufahrzeugen als Seriengrund ausstattung vorhanden oder zumindest als Sonderausstattung verfügbar. Weiterhin sind im Stand der Technik drahtlos übertragende Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsvorrichtungen bekannt, welche einen Informationsaustausch mit Umgebungsfahr zeugen und umgebender Infrastruktur ermöglichen. Obwohl der artige Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsvorrichtungen in Kraftfahrzeugen gegenwärtig noch wenig verbreitet sind, ist im Laufe der nächsten Jahre mit einer raschen Marktdurchdringung zu rechnen, die insbesondere auch durch gesetzliche Re gelungen und Vorschriften begünstigt werden wird. In diesem Zusammenhang ist aus der DE 10 2007 058 192 AI ein zentrales Steuergerät für mehrere in einem Kraftfahrzeug vorgesehene Assistenzsysteme bekannt, welche zumindest teil¬ weise mit Umfeldsensoren ausgestattet sind, wobei gemäß der DE 10 2007 058 192 AI auch ein Telematiksystem als
Umfeldsensor verstanden wird. Das zentrale Steuergerät ist auf Datenebene mit den einzelnen Assistenzsystemen verbunden und plausibilisiert die Informationen einzelner
Umfeldsensoren mittels der Informationen anderer
Umfeldsensoren. Z.B. kann die Bildinformation einer Kamera die Abstandsmessung eines Radarsensors bestätigen. Einzelne Sensorinformationen können somit bestätigt werden und liegen redundant vor. Eine derartige Kopplung von Einzelsignalen verschiedener Sensoren ist auch als Sensorfusion bekannt.
Die DE 10 2011 077 998 AI offenbart ein Verfahren zur Informationsvalidierung einer Fahrzeug-zu-X-Botschaft mittels Umfeldsensorik . Eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsvorrichtung und die Umfeldsensorik eines Kraftfahrzeugs wirken dabei derart zusammen, dass der Informationsinhalt einer Fahrzeug- zu-X-Information dabei selbst dann zuverlässig mittels der Umfeldsensorik validiert werden, wenn die vorhandenen
Umfeldsensoren den von der Fahrzeug-zu-X-Information beschriebenen Informationsinhalt nur kurzfristig bzw. mit ständigen Unterbrechungen erfassen. Somit können Fahrzeug- zu-X-Informationen auch in Situationen mit nur eingeschränkten Umfelderfassungsmöglichkeiten validiert bzw. als nicht ausreichend vertrauenswürdig verworfen werden. Aus der DE 10 2011 079 052 AI sind ein Verfahren und ein System zu Validierung einer Fahrzeug-zu-X-Botschaft bekannt. Dabei wird eine drahtlos gesendete Fahrzeug-zu-X-Botschaft von einer mindestens zwei Antennenglieder aufweisenden Antennenanordnung empfangen, wobei die elektromagnetische Feldstärke der Fahrzeug-zu-X-Botschaft wegen unterschiedli¬ cher, richtungsabhängiger Empfangscharakteristiken der Antennenglieder von den Antennengliedern mit unterschiedlichen Leistungsdichten aufgenommen wird. Aus dem Verhältnis der unterschiedlichen Leistungsdichten in den Antennengliedern bestimmt der Empfänger eine relative Position des Senders zum Empfänger. Die Fahrzeug-zu-X-Botschaft enthält außerdem eine auf GPS-Daten basierende absolute Position des Senders, aus welcher der Empfänger der Fahrzeug-zu-X-Botschaft über seine eigene Absolutposition eine weitere relative Position des Senders zum Empfänger berechnet. Mittels eines Ver¬ gleichs der beiden relativen Positionen kann nun die empfangene Fahrzeug-zu-X-Botschaft validiert werden, sofern beide Positionen übereinstimmen, oder verworfen werden, wenn die Positionen voneinander abweichen.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist es jedoch, dass zur zuverlässigen Erfassung von Objekten und insbesondere zur Validierung eines erkannten Objekts eine möglichst große Zahl unter¬ schiedlicher Sensoren verschiedener Sensorgattungen notwendig ist, was wiederum mit einem vergleichsweise hohen Kos¬ tenaufwand Austattungsaufwand für derartige Kraftfahrzeuge verbunden ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, welches es ermöglicht, den gemäß dem Stand der Technik notwendigen Ausstattungsaufwand an
Umfeldsensoren zu reduzieren, ohne dabei Informationseinbu¬ ßen in Kauf zu nehmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Positionsbestimmung von Objekten mittels Kommunikationssignalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Positionsbestimmung von Objekten mittels Kommunikationssignalen, bei welchem ein zur drahtlosen Kommunikation befähigter Sendeempfänger Kommunikationssignale sendet, wobei der Sendeempfän¬ ger zum gleichzeitigen Senden und Empfangen befähigt ist und wobei die Kommunikationssignale in einer Signalausbreitungs¬ zone an mindestens einem Objekt zumindest teilweise als Reflektionssignale reflektiert werden, empfängt der Sende¬ empfänger die Reflektionssignale . Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Phaseninformationen der
Reflektionssignale und/oder der Kommunikationssignale be¬ stimmt werden.
Durch die Verwendung von Phaseninformationen anstelle von Intensitätsinformationen wird das erfindungsgemäße Verfahren robuster und weniger anfällig für Störungen, da die Phaseninformationen im Gegensatz zu Intensitätsinformationen weniger leicht zu stören sind. Beispielsweise reicht schone eine nur geringe Abschattung des Sendeempfängers, um die von hin¬ ter der Abschattung ausgehenden Kommunikationssignale nur noch in deutlich abgeschwächter Form zu erfassen. Die Pha- seninformationen jedoch bleiben von derartigen Abschattungen unbeeinflusst .
Das Verfahren wird vorteilhafterweise in einer Fahrzeug-zu- X-Kommunikationseinrichtung ausgeführt .
Bevorzugt ist es außerdem vorgesehen, dass der Sendeempfänger empfangene Kommunikationssignale und empfangene
Reflektionssignale zeitlich parallel auswertet. Dadurch kön¬ nen auch Phaseninformationen der Kommunikationssignale und der Reflektionssignale untereinander verglichen werden. Zudem ist so eine zeitlich unmittelbare Auswertung gewährleis¬ tet, welche insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendun¬ gen wie z.B. bestimmte Fahrerassistenzsysteme in einem Fahr¬ zeug, von Bedeutung ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kommunikationssignale noch gesendet werden, während bereits die zugehörigen
Reflektionssignale wieder empfangen werden. Ein derartiges Verfahren ist auch als sogenanntes „gepulstes continuous wa- ve"-Verfahren bekannt. Da die zu Kommunikationszwecken gesendeten Kommunikationssignale im Vergleich zu gewöhnlichen Radarsignalen üblicherweise sehr lang sind, wird aufgrund der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen oftmals der Fall auftreten, dass ein
Reflektionssignal bereits wieder am Sendeempfänger einläuft, während dieser noch das Kommunikationssignal sendet. Durch entsprechende Auslegung der Hardware, z.B. mittels eines Zirkulators, eines Ringleiters, eines Richtkopplers oder mittels elektrisch unabhängiger Antennen zum Senden und Empfangen, kann auch in diesem Fall eine Verarbeitung des Reflektionssignals erfolgen bzw. das Kommunikationssignal weiterhin gesendet werden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass aus den Phaseninformatio¬ nen eine Entfernung und/oder eine Richtung zum mindestens einen Objekt bestimmt werden.
Die Erfindung beschreibt somit ein Verfahren, welches mit vergleichsweise einfachen Mitteln eins Positionsbestimmung von Objekten in einem 360°-Winkel rund um den Sendeempfänger ermöglicht. Dieser Positionsbestimmungswinkel bzw. Posi¬ tionsbestimmungsbereich ergibt sich durch den Abstrahlwinkel der Kommunikationssignale, welcher in aller Regel 360° be¬ trägt. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit einen deutlich größeren Positionsbestimmungswinkel bzw. Positions¬ bestimmungsbereich als beispielsweise für ähnliche Zwecke eingesetzte Radarsensoren.
Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass die Anzahl der gemäß dem Stand der Technik benötigten Umfeldsensoren in einem Fahrzeug, welches das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, reduziert werden kann, da eine ohnehin vorhandene Kommunika¬ tionseinrichtung zusätzlich zur Positionsermittlung von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs verwendet werden kann. Somit kann der sensorseitige Ausstattungsaufwand eines derartigen Fahrzeugs reduziert werden, ohne dabei Informationseinbußen in Kauf zu nehmen.
Ein weiterer Vorteil stellt sich insofern dar, als dass gerade bei der anfänglichen Einführung von Fahrzeug-zu-X- Kommunikationseinrichtungen in Fahrzeuge, wenn es für zur Fahrzeug-zu-X-Kommunikation befähigte Fahrzeuge also nur eine sehr geringe Zahl von Kommunikationsteilnehmern gibt, dennoch ein spürbarer Mehrwert für den Fahrzeugkunden erzeugt wird, da dieser unabhängig von der Zahl der in seiner Umgebung vorhandenen Fahrzeug-zu-X-Kommunikation befähigten Fahrzeuge über das erfindungsgemäße Verfahren eine Positi¬ onsermittlung von Objekten in seiner Umgebung vornehmen kann. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren dazu geeig¬ net, die Durchdringung des Marktes, insbesondere in der An¬ fangszeit, nach der anfänglichen Einführung von Fahrzeug-zu- X-Kommunikationseinrichtungen in Fahrzeuge zu beschleunigen.
Zur Validierung einer nach dem Verfahren der Erfindung bestimmten Position kann diese in einem folgenden Schritt bevorzugt einer digitalen Straßenkarte überlagert werden, wo¬ bei nur eine solche bestimmte Position validiert wird, die sich einer in der digitalen Straßenkarte verzeichneten Straße zuordnen lässt. Somit werden bestimmte Position, die auf einer Straße liegen und damit für einen Verkehrsteilnehmer wie ein Kraftfahrzeug tendenziell von Bedeutung sind, in je¬ dem Fall validiert. Umgekehrt werden bestimmte Positionen, die sich nicht einer Straße zuordnen lassen, verworfen. Das Risiko, eine nach dem Verfahren der Erfindung korrekt bestimmten Position zu verwerfen ist vergleichsweise gering. Und selbst wenn in diesem Zusammenhang eine korrekt bestimmt Position verworfen werden würde, so ist diese in der Regel nicht von Bedeutung, da für einen Verkehrsteilnehmer üblicherweise nur diejenigen Objekte wichtig sind, die sich ebenfalls auf der Straße befinden. Zweckmäßigerweise kommuniziert der Sendeempfänger mittels mindestens einer der folgenden Kommunikationsarten:
- WLAN-Kommunikation, insbesondere nach IEEE 802.11p,
- WiFi-Direct-Kommunikation,
- ISM-Kommunikation (Industrial, Scientific, Medical Band) , insbesondere über eine funkverbindungsfähige Schließ orrichtung,
- Bluetooth-Kommunikation,
- ZigBee-Kommunikation,
- UWB-Kommunikation (Ultra Wide Band) ,
- WiMax-Kommunikation (Worldwide Interoperability for Microwave
Access) ,
- Remote-Keyless-Entry-Kommunikation,
- Mobilfunk-Kommunikation, insbesondere GSM-, GPRS-, EDGE-,
- UMTS-Kommunikation,
- LTE-Kommunikation und
- Infrarot-Kommunikation.
Die mobilfunkbasierten Kommunikationsmittel sind dabei be¬ sonders zweckmäßigerweise einem automatischen Notruf-Modul zugeordnet. Die aufgeführten Kommunikationsarten bieten hinsichtlich ihrer Kommunikationseigenschaften unterschiedliche Vor- und Nachteile, je nach Art, Wellenlänge und verwendetem Datenprotokoll. WLAN-Verbindungen ermöglichen z.B. eine hohe Datenübertragungsrate und einen schnellen Verbindungsaufbau. ISM-Verbindungen bieten hingegen nur eine geringere Datenübertragungsrate, sind aber hervorragend zur Datenübertragung um Sichthindernisse herum geeignet. Infrarotverbindungen wiederum bieten ebenfalls eine geringe Datenübertragungsra¬ te. Mobilfunkverbindungen schließlich werden durch Sichthin- dernisse nicht beeinträchtigt und bieten eine gute Datenü¬ bertragungsrate. Dafür ist der Verbindungsaufbau von Mobil¬ funkverbindungen jedoch vergleichsweise langsam.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Phaseninformationen Differenzphasen der Reflektionssignale sind. Durch die Differenzbildung ergibt sich in jedem Fall der Vorteil, dass Informationen, die in den Phaseninformationen beider zur Differenzbildung herangezogenen Signale gleichermaßen vorhanden sind, entfernt werden. Dies vereinfacht die nachfol¬ gende Auswertung wesentlich, da ein Großteil der ohnehin irrelevanten Informationen in der Differenzphase nicht mehr enthalten ist. Ein Beispiel hierfür ist etwa die Eigenge¬ schwindigkeit eines das Verfahren ausführenden Fahrzeugs, welche durch die Bildung der Differenzphase eliminiert wird. Würde die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs nicht elimi¬ niert werden, so würde das Verfahren das gesamte Umfeld des Fahrzeugs als zum Fahrzeug relativ-bewegt wahrnehmen, wo¬ durch für jeden Punkt bzw. jedes Objekt im Umfeld eine ent¬ sprechende Geschwindigkeitsauswertung gerechnet werden müss- te .
Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein empfangenes
Reflektionssignal und/oder ein gesendetes Kommunikationssig¬ nal in einen vorauseilenden und einen nachlaufenden Anteil aufgespalten wird, wobei die Phase des vorauseilenden Anteils unbeeinflusst bleibt und die Phase des nachlaufenden Anteils um 90° verzögert wird. Somit kann eine evtl. Mehr¬ deutigkeit der Phaseninformation aufgelöst werden, da diese nun als komplexe Zahl in der Ebene der komplexen Zahlen statt als reelle Zahl auf einem eindimensionalen Zahlen- Strang behandelbar ist und somit eine zusätzliche Dimension aufweist. Ebenso kann auch ein gesendetes Kommunikationssig¬ nal zur Differenzbildung mit dem Reflektionssignal in einen vorauseilenden und einen nachlaufenden Anteil aufgespalten werden. Ein ebenso einfacher wie effektiver Weg zur Aufspaltung eines Signals ist es dabei, das Signal über zwei unter¬ schiedlich lange elektrische Leitungen zu führen, wobei die eine Leitung ein Viertel der Signalwellenlänge länger ist als die andere Leitung. Dies bewirkt die beschriebene Auf¬ spaltung. Insbesondere beim Auftreten von Dopplerfrequenzen im Reflektionssignal bzw. im Kommunikationssignal kann somit eine zusätzliche Richtungsbestimmung zum Objekt erfolgen.
Zweckmäßigerweise ist es vorgesehen, dass die Differenzpha¬ sen mittels Mischen eines Kommunikationssignals mit einem zugehörigen Reflektionssignal oder mittels Mischen zweier unterschiedlicher Reflektionssignale bestimmt werden, insbe¬ sondere mittels konjugiert komplexer Multiplikation und/oder mittels Überkreuz-Multiplikation. Durch das Mischen zweier Signale entstehen sogenannte Seitenbänder im Abstand der Differenzfrequenz neben den beiden gemischten Signalen, also neben dem Kommunikationssignal und dem Reflektionssignal bzw. neben den beiden Reflektionssignalen . Durch die konjugiert komplexe Multiplikation bzw. die Überkreuz- Multiplikation kann dieser Schritt auch rechnerisch in der Ebene der komplexen Zahlen erfolgen. In allen Fällen wird eine zuverlässige Bestimmung der Differenzphasen ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Sendeempfänger Kommunikationssignale auf mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen sendet. Somit wird für den Sendeempfänger die Möglichkeit geschaffen, entsprechende Reflektionssignale zu empfangen, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Frequenzen und damit unterschiedlichen Eigenschaften unterschiedliche Informationen über das sie reflektierende Objekt enthalten bzw. iden¬ tische Informationen über das sie reflektierende Objekt un¬ terschiedlich beschreiben. Somit stehen zusätzliche Informationen über das Objekt zu Verfügung.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass aus den durch die min¬ destens zwei unterschiedlichen Frequenzen erzeugten Phaseninformationen eine Entfernung zum Objekt bestimmt wird. Das Heranziehen von zwei unterschiedlichen Frequenzen, insbesondere das Heranziehen von Reflektionssignalen von auf zwei unterschiedlichen Frequenzen gesendeten Kommunikationssignalen, ermöglichen dabei über das sogenannte Vernier-Verfahren eine Bestimmung der Entfernung zum Objekt. Dabei wird aus dem Verhältnis der Phasen, welche sich aufgrund der unterschiedlichen Wellenlänge bzw. Frequenz der gesendeten Kommunikationssignale mit der zurückgelegten Wegstrecke unter¬ schiedlich ändern, auf eine Entfernung geschlossen. Da sich die Verhältnisse der Phasen ab einer bestimmten Entfernung vom Sendeempfänger zu wiederholen beginnen, ist eine Bestimmung der Entfernung ab einem bestimmten Entfernungsgrenzwert nicht mehr eindeutig, da ein bestimmtes Phasenverhältnis so¬ wohl einer bestimmten Entfernung als auch einem beliebigen Vielfachen dieser Entfernung entsprechen kann. Um derartige Vieldeutigkeiten zu vermeiden, wird die Sendeleistung der Kommunikationssignale bevorzugt derart gewählt, dass ein Reflektionssignal von einem Objekt, welches weiter als die eindeutige Entfernung vom Sendeempfänger entfernt ist, nicht mehr erfasst werden kann.
Außerdem ist es insbesondere vorgesehen, dass die mindestens zwei Frequenzen zwei unterschiedliche Kommunikationskanäle eines gemeinsamen Kommunikationsmittels sind. Dadurch ist in der Regel sichergestellt, dass der Frequenzabstand der zwei Frequenzen nicht zu groß ist und zudem eine einheitliche Auswertung und Verarbeitung durch ein und dasselbe Kommunikationsmittel gewährleistet ist.
Ganz besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang als Kommunikationsmittel WLAN nach IEEE802.11p geeignet, bei wel¬ chem über zwei jeweils 10 MHz Bandbreite aufweisende Kanäle kommuniziert wird, welche durch einen dritten, ungenutzten und ebenfalls 10 MHz Bandbreite aufweisenden Kanal getrennt sind. Durch die verwendete Wellenlänge bei 5, 9 GHz und die verwendete Sendeleistung ist bei WLAN nach IEEE802.11p sichergestellt, dass eine frequenzbedingte, maximal eindeutige Entfernung von ca. 15 m leistungsbedingt nicht überschritten werden kann.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Kommunikationssigna¬ le und die Reflektionssignale mittels mindestens zwei elekt¬ risch unabhängiger Antennenelemente des Sendeempfängers emp¬ fangen werden, wobei insbesondere die Phaseninformationen mittels der mindestens zwei Antennenelemente bestimmt wer¬ den. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das sogenannte Interferometer-Verfahren genutzt werden kann, welches eine Bestimmung der Richtung zum Objekt ermöglicht. In diesem Fall wird bevorzugt ein und dasselbe Reflektionssignal an den beiden Antennenelementen hinsichtlich seiner Phaseninformation ausgewertet. Zu beachten ist dabei, dass der räum¬ liche Abstand der Antennenelemente nicht größer als die hal¬ be Wellenlänge der gesendeten Kommunikationssignale bzw. der empfangenen Reflektionssignale sein darf, da sonst Mehrdeu¬ tigkeiten in der Richtungsinformation auftreten. Da das Reflektionssignal vom Objekt zurück zum Sendeempfänger läuft, welcher das Reflektionssignal mit zwei räumlich ge¬ trennten Antennenelementen empfängt, wird das Objekt von den beiden Antennenelementen in der Regel unter einem leicht unterschiedlichen Winkel wahrgenommen. Dieser unterschiedliche Winkel ist auch dafür verantwortlich, dass die vom
Reflektionssignal zurückgelegte Entfernung vom Objekt zu den beiden Antennenelementen nicht exakt identisch ist. Dies wiederum führt zu einer jeweils unterschiedlichen Phaseninformation des Reflektionssignals an jedem der beiden Antennenelemente. Da zudem der räumliche Abstand der Antennenele¬ mente bekannt ist, kann aus der Phaseninformation ein Winkel bestimmt werden, welcher die Richtung des das
Reflektionssignal reflektierenden Objekts zum Empfänger angibt. Bei Verwendung von zwei elektrisch unabhängigen Antennenelementen kann die Richtung zum Objekts auf 180° eindeutig bestimmt werden. Bevorzugt werden in diesem Fall
Reflektionssignale bzw. Kommunikationssignale bei gleicher Frequenz verwendet, so dass die unterschiedlichen Phasen nicht durch unterschiedliche Frequenzen erzeugt werden.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Kommunikationssigna¬ le und die Reflektionssignale mittels vier elektrisch unab¬ hängiger Antennenelemente des Sendeempfängers empfangen wer¬ den, wobei insbesondere die Phaseninformationen mittels der vier Antennenelemente bestimmt werden. Dies erlaubt es, die Bestimmung der Richtung des Objekts zum Sendeempfänger auf 360° eindeutig vorzunehmen. Beispielsweise kann die Phasen¬ information an einem ersten Paar von Antennenelementen als Sinus-Anteil und die Phaseninformation am zweiten Paar von Antennenelementen als Cosinus-Anteil eines Gesamtsignals be¬ trachtet werden. Durch Anwendung einer arctan2 -Funktion auf den Sinus-Anteil und den Cosinus-Anteil erhält man nun ei¬ nen Winkel, welcher die Richtung zum Objekt auf 360° eindeu¬ tig beschreibt.
Außerdem ist es insbesondere bevorzugt, dass aus den durch die mindestens zwei Antennenelemente erzeugten Phaseninfor¬ mationen eine Richtung zum Objekt bestimmt wird. Somit wird also mittels des bereits beschriebenen Interferometer- Verfahrens die Richtung zum Objekt bestimmt.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Richtung und die Ent¬ fernung zum Objekt mittels zeitlich abwechselnder Auswertung der Differenzphasen von zwei Frequenzen und der Differenzphasen an zwei Antennenelementen bestimmt werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auch durch den vergleichsweise unaufwändigen Aufbau mit nur zwei Antennenelementen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens neben der Entfernung auch die Richtung zum Objekt auf 360° eindeutig bestimmt werden kann .
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Sendeempfänger mit Kommunikationsteilnehmern, insbesondere mit Verkehrsteilnehmern, und mit Infrastruktureinrichtungen, kommuniziert. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auch der Sendeempfänger mit seiner Umgebung Informationen in Form von Kommunikationssignalen austauscht. Dies begünstigt ein häufiges Senden von Kommunikationssignalen durch den Sendeempfänger und begünstigt somit auch das erfindungsgemäße Verfahren. Die Inf¬ rastruktureinrichtungen können z.B. Verkehrszeichen, Ampeln oder sonstige Sendeeinrichtungen sein, welche der Regelung des Straßenverkehrs dienen. Die Verkehrsteilnehmer sind bei¬ spielsweise Kraftfahrzeuge, aber auch Radfahrer oder ent¬ sprechend ausgestattete Fußgänger.
Außerdem ist es vorgesehen, dass die Objekte Verkehrsteil¬ nehmer, insbesondere Fahrzeuge, Radfahrer und Fußgänger, Infrastruktureinrichtungen und Kommunikationsteilnehmer sind .
Dies ermöglicht auch einen Austausch von Positionsdaten der Kommunikationsteilnehmer, die in diesem Fall Objekte darstellen, mittels der Kommunikationssignale, wobei die Posi¬ tionsdaten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens validiert werden können.
Zweckmäßigerweise ist es vorgesehen, dass der Sendeempfänger für das mindestens eine Objekt in der Signalausbreitungszone jeweils eine Dopplerfrequenz bestimmt. Die Dopplerfrequenz enthält eine zusätzliche Information über die Geschwindig¬ keit des Objekts. Somit kann neben der Entfernung und der Richtung zum Objekt also auch eine Geschwindigkeit des Ob¬ jekts bestimmt werden, womit das Objekt und insbesondere ein Verhalten des Objekts präziser beschrieben werden.
Insbesondere ist es zweckmäßig, dass die Dopplerfrequenz aus einer Dopplerphase bestimmt wird, wobei die Dopplerfrequenz insbesondere mittels linearer Extrapolation aus einer zeit¬ lich ersten Bestimmung der Dopplerphase und einer zeitlich zweiten Bestimmung der Dopplerphase bestimmt wird. Da die gesendeten Kommunikationssignale in der Regel zeitlich zu kurz sind, um während des Sendens mindestens zwei Nulldurch¬ gänge zu durchlaufen, und daher entsprechend auch die
Reflektionssignale zeitlich zu kurz sind, um während des Empfangens mindestens zwei Nulldurchgänge zu durchlaufen, ergibt sich so der Vorteil, dass aus der Dopplerphase den¬ noch die Dopplerfrequenz bestimmt werden kann. Die Dopplerphase lässt sich zunächst vergleichsweise einfach aus der Differenzphase zwischen dem gesendeten Kommunikationssignal und dem empfangenen Reflektionssignal bestimmen. Die Dopp¬ lerphase wird dabei in einer zeitlich ersten Bestimmung der Dopplerphase jeweils am Anfang eines empfangenen
Reflektionssignals und in einer zeitlich zweiten Bestimmung der Dopplerphase jeweils am Ende eines empfangenen
Reflektionssignals bestimmt. Mittels linearer Extrapolation kann nun aus der Dopplerphase auf einfache Art und Weise die Dopplerfrequenz bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dopplerfrequenz mittels eines Tiefpasses, insbesondere mittels eines digitalen Tief¬ passes, gefiltert wird. Dies bewirkt, dass - abhängig von der Auslegung des Tiefpasses - Dopplerfrequenzen, welche eine bestimmte Grenzfrequenz überschreiten, gefiltert und nicht zur weiteren Auswertung herangezogen werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Tiefpass derart ausgelegt, dass durch Differenzgeschwindigkeiten von über 400 km/h erzeugte Dopplerfrequenzen gefiltert werden. Insbesondere folgt auf die digitale Tiefpassfilterung eine an sich bekannte Unterabtastung der empfangenen Signale. Dadurch verringert sich der Rechenaufwand für die jeweils nachfolgende schnelle Fouriertransformation erheblich. Bevorzugt werden nur unaufwändige schnelle Fouriertrans¬ formationen gerechnet, da mit geringen Dopplerfrequenzen zu rechnen ist (aufgrund üblicherweise geringerer Differenzge¬ schwindigkeiten als 400 km/h) . Durch das Rechnen mit derart geringen Dopplerfrequenzen ergeben sich auch entsprechend verkürzte Latenzzeiten. Dies ist bei einer Verkehrsortung von Vorteil, da stets aktuelle Daten über Zielobjekte benö¬ tigt werden. Die in diesem Zusammenhang tolerierbaren Latenzzeiten sind bevorzugt kürzer als 250 ms.
Außerdem ist es vorgesehen, dass aus einer Vielzahl von bestimmten Entfernungen und Richtungen ein Bewegungspfad des mindestens einen Objekts erstellt wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine Objektverfolgung ermöglicht wird, welche wiederum eine Reihe an sich bekannter Filter- Verfahren unterzogen werden kann, z.B. einem sogenannten Kaiman-Filter. Somit können Objekte, die einen unplausiblen Bewegungspfad aufweisen, als nicht existierend verworfen werden .
Außerdem ist es vorteilhaft, dass eine bestimmte Position eines Kommunikationsteilnehmers mit einer in einer vom Kom¬ munikationsteilnehmer gesendeten Botschaft enthaltenen Positionsangabe abgeglichen wird und die Positionsangabe vali¬ diert wird, wenn sie der bestimmten Position nicht widerspricht. Somit ermöglicht die Erfindung es, auf einfache Weise Positionen, welche in Kommunikationssignalen anderer Verkehrsteilnehmer enthalten sind, zu validieren. Für die Validierung der Position sind jeweils sinnvolle Toleranzen einzuhalten. Außerdem muss in der Regel die als absolute Po¬ sition im Kommunikationssignale enthaltene Position, welche oftmals auf dem GPS-Koordinatensystem basiert, in eine rela¬ tive Position zum Sendeempfänger umgerechnet werden oder umgekehrt .
Weiterhin ist es zweckmäßig, dass in den empfangenen Kommu¬ nikationssignalen transportierte Daten zumindest anteilig ausgewertet werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein für gewöhnlich stattfindender Kommunikationsvorgang weiterhin unbeeinflusst und uneingeschränkt ausgeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren führt somit zu keiner¬ lei Einschränkung der Kommunikationsfähigkeit des Empfän¬ gers .
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die transportierten Da¬ ten und/oder die bestimmten Positionen an mindestens ein Fahrerassistenzsystem weitergeführt werden. Somit können sowohl die transportierten Daten als auch die bestimmten Positionen - ggf. auch gemeinsam - von einem entsprechenden Fahrerassistenzsystem verarbeitet und zur Fahrerunterstützung verwendet werden. Dies ermöglicht eine sicherheitssteigernde Nutzung der vorhandenen Informationen und Daten. Auch ein Abstands- und Geschwindigkeitsregler kann auf einfache Art und Weise mittels der erfindungsgemäßen Verfahrens reali¬ siert werden, da sowohl die Entfernung zu einem Vorausfahrzeug bestimmt werden kann als auch die Geschwindigkeit des Vorausfahrzeugs bestimmt werden kann. Somit entfallen die vergleichsweise hohen Ausstattungskosten für den in diesem Fall üblicherweise verwendeten Radarsensor.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Sendeempfänger Kommunikationssignale ohne Informationsinhalt sendet und/oder Kommuni¬ kationssignale, deren Informationsinhalt unverändert gültig ist, mehrfach aufeinander folgend sendet. Dies ist immer dann von Vorteil, wenn nicht aus Kommunikationsgründen ausreichend viele Kommunikationssignale zur Positionsbestimmung gesendet werden. Damit das erfindungsgemäße Verfahren auch in diesem Fall zuverlässig ausgeführt werden kann, werden entweder Kommunikationssignale ohne Informationsinhalt ge¬ sendet oder Kommunikationssignale, deren Informationsinhalt unverändert gültig ist. Die Kommunikationssignale ohne In¬ formationsinhalt werden bevorzugt als solche gekennzeichnet, damit ein evtl. Empfänger dieser Kommunikationssignale darü¬ ber informiert ist, dass die Kommunikationssignale
beabsichtigterweise keine Informationen enthalten.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass eine Empfangsleistung des Reflektionssignals ausgewertet wird. Da sich die Sendeleis¬ tung pro Flächeneinheit mit dem Quadrat der zurückgelegten Entfernung des Kommunikationssignals abschwächt und sich das Reflektionssignal ebenso verhält, kann der Sendeempfänger auch über die empfangene Leistung mittels des genannten Zu¬ sammenhangs auf die Entfernung zum Objekt schließen. Dies stellt eine zusätzliche Information dar, welche das Objekt weiter beschreibt. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass aus der Entfernung und der Empfangsleistung eine Gattung des mindestens einen Objekts bestimmt wird. Da die Entfernung wie beschrieben so¬ wohl nach dem sogenannten Vernier-Verfahren als auch über die mit der vierten Potenz über die Entfernung abfallenden Empfangsleistung bestimmt werden kann, kann aus dem Verhältnis dieser beiden Größen eine Gattung des Objekts bestimmt werden. Die Empfangsleistung am Sendeempfänger wird nämlich von der Reflektivität des Objekts bezüglich des Kommunikati¬ onssignals beeinflusst. Beispielsweise liegt die
Reflektivität für ein Kraftfahrzeug bei etwa 0,8, während sie für einen Fußgänger bei nur etwa 0,1 liegt. Somit kann aus dem Verhältnis der genannten Größen die Reflektivität des Objekts bestimmt werden und über die Reflektivität kann die Gattung des Objekts bestimmt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Entfernung und/oder die Richtung zum Objekt aus einem aus einer von den mindestens zwei Antennenelementen empfangenen elektromagnetischen Feldstärke gebildeten Verhältnis bestimmt wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass nochmals eine weitere Information zur Verfügung steht, die das Objekt beschreibt und zur Validie¬ rung der aus den Phaseninformationen bestimmten Entfernung bzw. Richtung herangezogen werden kann. Alternativ kann die aus dem Verhältnis der empfangenen elektromagnetischen Feldstärke bestimmte Entfernung bzw. Richtung auch genutzt werden, um mit den aus den Phaseninformationen bestimmten Informationen einen Mittelwert zu bilden oder diese zu gewichten. Dieser Verfahrensschritt ist besonders vorteilhaft, wenn die Antennenelemente eine Richtcharakteristik aufwei¬ sen . Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur kommu- nikationssignalbasierten Positionsermittlung von Objekten, welche einen Sendeempfänger mit einem Sendemodul zum drahtlosen Senden von Kommunikationssignalen und mit einem Empfangsmodul zum drahtlosen Empfangen von Kommunikationssigna¬ len und Reflektionssignalen umfasst, wobei die
Reflektionssignale an Objekten in einer Ausbreitungszone der Kommunikationssignale zumindest teilweise reflektiert wer¬ den, wobei der Sendeempfänger zum gleichzeitigen Senden und Empfangen befähigt ist und wobei der Sendeempfänger weiterhin eine Antennenanordnung umfasst. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung mittels Phasenauswer- temitteln Phaseninformationen der Reflektionssignale
und/oder der Kommunikationssignale bestimmt und insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Da die erfindungs¬ gemäße Vorrichtung somit alle zur Ausführung des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens notwendigen Mittel umfasst und insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, ergeben sich hieraus die bereits beschriebenen Vorteile.
Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise als eine erweiterte Fahrzeug-zu-X-Kommunikationseinrichtung ausgeführt .
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung aus den Phaseninformationen mittels Entfernungsbestimmungsmitteln eine Entfernung und/oder mittels Richtungsbestimmungsmitteln eine Richtung zum mindestens einen Objekt bestimmt. Somit erfüllt die Vorrichtung eine über die reine Kommunikations¬ funktion hinausgehende Zusatzfunktion, welche für den Fahrer eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs sofort einen spürbaren Mehrwert erzeugt, unabhän¬ gig davon, ob in seiner Umgebung eine ausreichende Anzahl von zur Fahrzeug-zu-X-Kommunikation befähigten Umgebungsfahrzeugen ist.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Antennenanordnung eine Richtcharakteristik zur Bestimmung einer Einlaufrichtung der Kommunikationsssignale und/oder der Reflektionssignale auf¬ weist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass über die Richt¬ charakteristik eine vergleichsweise genaue, zusätzliche Be¬ stimmung der Richtung zum Objekt ermöglicht wird. Diese aus der Empfangsleistung gewonnenen Informationen können die aus den Phaseninformationen gewonnen Informationen ergänzen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Antennenanordnung aus mindestens zwei Antennenelementen besteht. Dies ermöglicht einerseits die Ausführung des bereits beschriebenen Interfe- rometer-Verfahrens zur Bestimmung der Richtung des Objekts und trägt andererseits zur Erhöhung der Wirkung der Richt¬ charakteristik bei.
Zweckmäßigerweise ist es vorgesehen, dass die Antennenele¬ mente über Schaltelemente dem Sendemodul und/oder dem Emp¬ fangsmodul und/oder einem Abschlusswiderstand zuordenbar sind und dass die Richtcharakteristik von der Zuordnung geprägt ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Anten¬ nenelemente beispielsweise dem Sendemodul derart zuordenbar sind, dass sie in ausgewählte Raumrichtungen senden. Oder aber die Antennenelemente werden dem Empfangsmodul derart zugeordnet, dass sich eine Richtcharakteristik für eine be¬ stimmte Richtung ergibt. Dabei kann eine Vielzahl unter- schiedlicher Zuordnungen in Form eine Zuordnungstabelle in einem elektronischen Speicher abgelegt sein und nach einem oder mehreren der folgenden Schemata ausgewählt werden:
- die Zuordnungstabelle wird mit einer festen Frequenz zyklisch durchfahren,
- die Zuordnungstabelle wird mittels eines
Pseudorauschverfahrens zufällig durchfahren,
- die Zuordnungstabelle wird zufällig durchfahren,
- die Zuordnung wird je nach Art der auf
dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbauenden
Anwendungen angepasst,
- die Zuordnung wird an eine aktuelle Situation
angepasst,
- die Zuordnung wird an Signale anderer Umfeldsensoren angepasst,
- die Zuordnung wird an die empfangenen
Kommunikationssignale angepasst,
- die Zuordnung wird an eine erkannte
Gefahrensituationen angepasst und/oder
- die Zuordnung wird an eine Unsicherheit einer
Auswertung eines Umfeldsensors und insbesondere eines Radarsensors angepasst.
Sofern die Zuordnungstabelle mittels eines Pseudorauschver- fahrens zufällig durchfahren wird, können systematische Feh¬ ler reduziert werden. Beim zufälligen Durchfahren der Zuordnungstabelle kann z.B. der Bereich vor dem Fahrzeug höher gewichtet werden als der Bereich links und rechts vom Fahr¬ zeug und diese wiederum höher als der Bereich hinter dem Fahrzeug, zumindest falls der Schwerpunkt der jeweiligen An¬ wendungen auf dem Raum vor dem Fahrzeug und neben dem Fahr- zeug liegt. Die Zuordnung an eine aktuelle Situation ermög¬ licht es z.B. bei schneller Fahrt auf einer Autobahn bevorzugt eine Zuordnung auszuwählen, die Kommunikationssignale von vorne und von hinten gut empfängt bzw. gut in diese Richtungen senden kann. Bei einem Bremsmanöver wird bevorzugt der rückwärtige Bereich ausgewählt. An einer Kreuzung wird bevorzugt der Bereich links vor dem Fahrzeug und rechts vor dem Fahrzeug ausgewählt. Bei einer an Signale anderer Umfeldsensoren angepassten Zuordnung wird z.B. durch einen Umfeldsensor erkannt, dass sich von links ein Objekt nähert, so dass bevorzugt der Bereich links vom Fahrzeug ausgewählt wird. Sofern die Zuordnung an die empfangenen Kommunikationssignale angepasst wird, kann z.B. so vorgegangen werden, dass bevorzugt diejenige Richtung ausgewählt wird, aus wel¬ che die meisten Kommunikationssignale empfangen werden - oder aber bewusst das Gegenteil. Bei einer an eine Gefahren¬ situationen angepassten Zuordnung wird die Zuordnung derart ausgewählt, dass dort der beste Empfang ist, wo die höchste Gefahr detektiert wurde. Bei einer Zuordnung, die an die Unsicherheit der Radarauswertung angepasst ist, wird für die¬ jenige Richtung die höchste Empfangssensitivität ausgewählt, welche die höchste Auswerteunsicherheit der empfangenen Ra¬ darsignale aufweist.
Da durch dieses Vorgehen auch die Sendeleistung pro Raumsegment reduziert wird, können die Kommunikationssignale häufi¬ ger oder auch gezielter ausgestrahlt werden. Dies entspricht einem sogenannten physischen Geocasting.
Außerdem ist es vorgesehen, dass die Antennenelemente zu ei¬ nem mehrstrahligen Stern und/oder einem Vieleck, insbesonde- re einem Viereck, angeordnet sind und/oder als Vivaldi- Hörner ausgeformt sind und/oder einen metallischen Rohrreflektor strahlenförmig umgeben und/oder als Schmalband- Patch-Elemente ausgeformt sind und/oder in Rücken-an-Rücken- Anordnung ausgerichtet sind. Derartige Ausformungen und An¬ ordnungen haben sich in verschiedenen Hinsichten und in verschiedenen Situationen als vorteilhaft erwiesen.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Antennenanordnung zusätzlich ein Antennenelement eines globalen Navigationssa¬ tellitensystems umfasst. Das Antennenelement des globalen Navigationssatellitensystems ist dabei bevorzugt derart an¬ geordnet, dass es seine besten Empfangseigenschaften für von oben einlaufende Signale aufweist. Insbesondere in einem Zwischenraum zwischen den anderen Antennenelementen kann ein derartiges, bevorzugt nach oben schauendes Antennenelement des globalen Navigationssatellitensystems platzsparend und effektiv angeordnet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen
Fig. 1 einen beispielhaften ersten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kommunikationssig- nalbasierten Positionsermittlung von Objekten, einen beispielhaften zweiten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kommunikationssig- nalbasierten Positionsermittlung von Objekten, einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche sich zur Bestimmung der Richtung zum Objekt eignet, schematisch das Grundprinzip des sogenannten Ver- nier-Verfahrens zur Entfernungsbestimmung, ein zweidimensionales Phasendiagramm, welches den möglichen Differenzphasen jeweils eine Entfernung zuordnet, zwei Fahrzeuge, wobei eines der Fahrzeuge mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist, einen Sendeempfänger einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welcher mittels des Interferometer- Verfahrens eine Richtung zu einem Objekt fest¬ stellt, schematisch eine Bestimmung einer Richtung gemäß dem Interferometer-Verfahren,
Fig. 9 eine Antennenanordnung, die vier Antennenelemente umfasst , Fig. 10 eine mögliche Auswertung der von vier Antennenele¬ menten erfassten Reflektionssignale zur Bestimmung einer,
Fig. 11 ein weiterer möglicher Aufbau einer vier Antennenelemente umfassenden Antennenanordnung,
Fig. 12 die Bestimmung von zwei Phasen an einer Antennenanordnung, die zwei Antennenelemente umfasst,
Fig. 13 einen beispielhaften Aufbau einer erfindunsgemäßen
Vorrichtung zur Bestimmung einer Entfernung und einer Richtung,
Fig. 14 eine beispielhafte Ausführungsform eines Antennenmoduls mit sternförmig angeordneten Breitband- Vivaldi-Elementen,
Fig. 15 eine beispielhafte Auswertung eines empfangenen
Reflektionssignals oder Kommunikationssignals,
Fig. 16 eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung und
Fig. 17 zwei Zuordnungstabellen zur Prägung einer Richtcharakteristik.
Fig. 1 zeigt einen beispielhaften ersten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kommunikationssignalba- sierten Positionsermittlung von Objekten. Die Vorrichtung umfasst Sendemodul 100, Antennenelement 101, Empfangsmodul 102, Modulator 105 zur Erzeugung eines zu versendenden Kommunikationssignals in digitaler Form, Digital-Analog-Wandler 106 zur Wandlung des digitalen Signals in ein analoges Sig¬ nal, Analog-Digital-Wandler 107 zur Wandlung eines empfangenen Kommunikationssignals bzw. Reflektionssignals in digita¬ le Form und Demodulator 108 zur Demodulation des empfangenen Kommunikationssignals bzw. Reflektionssignals , um dieses weiter verarbeiten zu können. Mittels Zirkulator 112 kann Antenne 101 zum gleichzeitigen Senden und Empfangen von Kommunikationssignalen bzw. Reflektionssignalen genutzt werden. Da die Vorrichtung nur ein einzelnes Antennenelement um- fasst, kann sie prinzipbedingt ausschließlich das sogenannte Vernier-Verfahren zur Bestimmung der Entfernung und zusätzlich eine Bestimmung der Dopplerfrequenz durchführen. Die Vorrichtung sendet jeweils zeitlich abwechselnd auf einem ersten und einem dritten WLAN-Kanal des WLAN-Verfahrens nach 802.11p, während ein zweiter, den ersten vom dritten Kanal trennender Kanal, unbenutzt bleibt. Über Kommunikationsblock 103 wird eine Informationsanbindung unterschiedlicher Fahrerassistenzsysteme 104 mittels Modulator 105 bzw. Demodula¬ tor 106 gewährleistet. So kann Fahrerassistenzsysteme 104 das Senden von Kommunikationssignalen auslösen und Kommunikationssignale verabeiten. Empfangsmodul 102 umfasst bei¬ spielsgemäß Taktgeber 112, welcher eine Taktfrequenz von 5,9 GHz vorgibt, was der Basisfrequenz des von der Vorrichtung zur Kommunikation verwendeten WLAN 802.11p entspricht. Ein identischer Taktgeber ist auch von Sendemodul 100 umfasst, was aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 1 jedoch nicht dargestellt ist. Weiterhin umfasst Empfangsmodul 102
Verzögerer 113, welcher über eine angepasste Leitungslänge das von Taktgeber 112 ausgegebene Taktsignal auf dem Signal- pfad zu ebenfalls von Empfangsmodul 102 umfassten Mischer 114 im Vergleich zu Mischer 115 um 90° verzögert. Dies be¬ wirkt eine Aufspaltung des empfangenen Kommunikationssignals bzw. Reflektionssignals in einen vorauseilenden Anteil I und nachlaufenden Anteil Q. Mischer 114 und 115 mischen die Anteile I bzw. Q mit dem Taktsignal von Taktgeber 112. Jeweils folgend auf Mischer 114 und 115 sind Tiefpass 116 und 117, welche die hohen Frequenzanteile der empfangenen
Reflektionssignale filtern. Über Nebenschlüsse 109 und 110 werden sowohl vorauseilender Anteil I als auch nachlaufender Anteil Q nach der Digitalisierung an den in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kommunikationssignalbasierten Positionsermittlung von Objekten ausgegeben. Nach Maßgabe einer über Datenleitung 111 empfangenen Anforderung kann zudem ein Frequenzwechsel oder das Senden eines Kommunikationspakets ohne Informati¬ onsinhalt ausgelöst werden.
In Fig. 2 ist ein beispielhafter zweiter Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kommunikationssignalbasierten Positionsermittlung von Objekten dargestellt. Sowohl Anteil I als auch Anteil Q werden in Korrelationsmodulen 204 und 205 einer Vorverarbeitung unterzogen. Anteil I stellt dabei den Realteil einer komplexen Zahl dar, während Anteil Q den Imaginärteil der komplexen Zahl darstellt. Addierer 206 fügt nun beide Anteile zur komplexen Zahl zusammen. Die komplexe Zahl wird nun einerseits Vernier-Modul 207 zugeführt und dort als Echtzeitfunktion über die Zeit dargestellt sowie andererseits an Dopplerfrequenzmodul 208 weitergeführt, wel¬ ches die komplexe Zahl zur Verarbeitung in Filtermodul 209 vorbereitet. Mittels Filtermodul 209 wird eine Tiefpassfilte- rung, ein Downsampling, eine schnelle Fouriertransformation sowie eine Bestimmung des Betrags komplexen Zahl durchge¬ führt. Diese Daten werden nun wiederum weitergeführt an Ge¬ schwindigkeitsmodul 210, welches neben der Entfernung nun auch die Geschwindigkeit eines Objekts in einer zweidimensio¬ nalen Karte darstellt.
Fig. 3a zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kommunikationssignalbasierten Positionsermittlung von Objekten, welche sich zur Bestimmung der Richtung zum Objekt über das sogenannte Interferometer- Verfahren eignet. Anteil I eines Reflektionssignals am Aus¬ gang von Analog-Digital-Wandler 107 wird mittels Neben- schluss 109 (Fig. 1) weitergeführt und durchläuft zunächst Tiefpass 300. Anteil I wird nun mittels Abtast-Halte-Glied 301 gespeichert und es wird der Nullpunkt des I-Anteils be¬ stimmt. Mittels Subtrahierer 302 wird nun der Nullpunkt von Anteil I mit den von Abtast-Halte-Glied 301 gemittelten Nullpunkten abgeglichen. Somit können für die folgende Auswertung störende Abweichungen im Reflektionssignal bzw. im Anteil I beseitigt werden. Der Anteil Q wird mittels
Tiefpass 303, Abtast-Halte-Glied 304 und Subtrahierer 305 entsprechend verarbeitet. Die derart aufbereiteten Anteile I und Q gelangen als Eingangsgrößen x und y in Arcustangens- berechner 306, woraufhin Radius r und Phase Φ der durch Anteile I und Q gebildeten komplexen Zahl vorliegen. Radius r wird von Plausibilisierungsmodul 307 genutzt, welches im Takt ck überprüft, ob es sich um ein Reflektionssignal oder um ein Kommunikationssignal handelt. Falls hier kein
Reflektionssignal sondern ein Kommunikationssignal erkannt wird, kann direkt mittels eines Rücksetzbefehls über Rück- kopplung 308 ein vorgegebener Nullpunkt gesetzt werden. Im Extremfall kann andererseits ein unplausibles
Reflektionssignal erkannt werden. Auch dann wird ein vorge¬ gebener Nullpunkt gesetzt werden und das Reflektionssignal wird in diesem Fall als unplausibel eingestuft. Die Phase Φ kann entweder für Frequenz A der Phase ΦΑ oder im Falle von Frequenz B der Phase ΦΒ entsprechen. Die gewünschte Entfer¬ nungsinformation liegt bei Anwendung des Vernier-Prinzips in Differenzphase ΔΦ (siehe Fig. 3b), die mittels Abtast-Halte- Gliedern 309, 310, 311 und Subtrahierer 312 unter Zuhilfenahme von Steuersignalen A, B und C (Fig. 3a, 3c) gebildet werden. Steuersignale A und B steuern zugleich den Frequenzwechsel im Kommunikationssystem. Signal C wird jeweils dann ausgegeben, wenn die gültige Differenzphase ΔΦ übernommen werden kann.
Gleichzeitig zu dem bisher beschriebenen Verfahrensablauf in Fig. 3a gelangen die Anteile I und Q in Fig. 3d über Band¬ pässe 313 bzw. 314 für eine angenommene Minimalgeschwindig¬ keit des zu erkennenden Objekts auf Richtungserkennungsmodul 315, welches beispielsgemäß durch zwei sogenannte Flip-Flops gebildet wird. Am Ausgang von Richtungserkennungsmodul 315 sind Zähler 316 und 317 angeordnet, die je nach Drehrichtung der Phase zulaufende und ablaufende Halbwellen der Anteile I und Q zählen. Die in zu- und ablaufende Halbwellen der Anteile I und Q getrennten Zähler 316 und 317 können mittels des Signals res zurückgesetzt und in Speichermodul 318 bzw. 319 mittels des Signals sav gespeichert werden.
In einer weiteren Auswertung gelangen die gefilterten Anteile I und Q auf Quadrierer 320 bzw. 321, Summierer 322 und Wurzelfunktion 323, zusammenfassend also ein sogenanntes Py- thagoras-Glied, sowie auf Tiefpass 327, an dessen Ausgang die Hüllkurve H (siehe auch Fig. 3e) gebildet wird. Mittels Zwei-Flanken-Entscheiders 324 wird das Signal z gebildet, welches das prinzipielle Vorhandensein eines bewegten Ob¬ jekts in der Signalausbreitungszone anzeigt.
Zusammenfassend ausgewertet und bedient werden die Auswer¬ tungsmittel von Prozessor 325 (Fig. 3c), der bei Bedarf auch das Senden zusätzlicher Kommunikationssignale ohne Informa¬ tionsinhalt über die Kommunikationseinheit auslösen sowie einen Frequenzwechsel auslösen kann. Auch die Ausgabe einer Warnung an den Fahrer ist ggf. über Ausgang 326 möglich.
In Fig. 4a ist schematisch ein über eine Antennenanordnung mit zwei Antennenelementen 403 und 404 sendender und empfangender Sendeempfänger dargestellt. Mittels Zirkulatoren 401 und 402 ist der Sendeempfänger in der Lage über beide Antennenelemente 403 und 404 jeweils gleichzeitig zu empfangen und zu senden. Taktgeber 405 und 406 geben dabei für jedes Antennenelement 403 und 404 eine jeweils leicht unterschied¬ liche Sendefrequenz fl und f2 vor. Die gesendeten Kommunikationssignale treffen auf Objekt 407 in der Signalausbrei¬ tungszone und werden von diesem reflektiert. Die von Anten¬ nenelementen 403 und 404 vom Sendeempfänger zu Objekt 407 und zurück zurückgelegte Wegstrecke kann als identisch ange¬ nommen werden. Da Antennenelemente 403 und 404 räumlich sehr dicht beieinander angeordnet sind. Aufgrund der unterschied¬ lichen Sendefrequenz fl und f2 treffen die
Reflektionssignale mit unterschiedlichen Phasen auf Antennenelemente 403 und 404. Aus dieser Differenzphase kann nun die Entfernung zum Objekt bestimmt werden. Dies wird an¬ schaulich in Fig. 4b dargestellt. Figur 4b zeigt großes Zahnrad 408, welches die Entfernung zum Objekt symbolisiert, mittleres Zahnrad 409, welches Phase cpi des mit Sendefrequenz fl gesendeten Reflektionssignals beim Empfangen an Antennenelementen 403 und 404 symbolisiert und kleines Zahnrad 410, welches Phase cp2 des mit Sendefrequenz f2 gesendeten
Reflektionssignals beim Empfangen an Antennenelementen 403 und 404 symbolisiert. Es wird nun anschaulich klar, dass ei¬ ner bestimmten Kombination von Phasen cpi und cp2 bzw. auch einer Differenz von Phasen cpi und φ2 eine bestimmte Entfernung des Objekts entspricht.
Fig. 5 zeigt ein zweidimensionales Phasendiagramm, welches den möglichen P Differenzphasen von -180° bis +180° jeweils eine Entfernung zuordnet. Im Mittelpunkt ist der Standort von Sendeempfänger 51 eingezeichnet. Da für Sendeempfänger 51 nicht unterscheidbar ist, ob die Differenzphase tatsäch¬ lich zwischen -180° und +180° liegt oder ob es sich um ein ganzzahliges Vielfaches der erkannten Differenzphase han¬ delt, ist das Verfahren für Entfernungen ab einem frequenzabhängigen Grenzwert nicht mehr eindeutig, da einer erkann¬ ten Differenzphase mehrere Entfernungen entsprechen können (siehe auch Fig. 4b) .
Fig. 6a zeigt zwei Fahrzeuge 61 und 62, wobei Fahrzeug 61 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist und das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Die erfindungsgemä¬ ße Vorrichtung umfasst dabei einen Sendeempfänger, der mittels WLAN nach 802.11p kommuniziert. Kommunikationssignale, die mittels WLAN nach 802.11p gesendet werden, können in der Regel in bis zu einer Entfernung von 300 m von einem weiteren Sendeempfänger empfangen werden. Der Grund für die begrenzte Reichweite hat dabei folgende Ursache: Je weiter sich das Kommunikationssignal vom Sendeempfänger entfernt, desto geringer ist die Leistung des Kommunikationssignals je Flächeneinheit. Die Leistung je Flächeneinheit fällt mit dem Quadrat der zurückgelegten Entfernung. An Fahrzeug 62 wird derjenige Anteil des Kommunikationssignals, der auf Fahrzeug 62 trifft, als Reflektionssignal anteilig zurückreflektiert in Richtung von Fahrzeug 61. Der Anteil, der von Fahrzeug 62 zurückreflektiert wird, hängt von der Geometrie von Fahrzeug 62 und den Oberflächenmaterialien von Fahrzeug 62 ab. In diesem Fall werden 80 % der auf Fahrzeug 62 auftreffenden Leistung zurückreflektiert. Da auch die Leistung je Flächeneinheit des Reflektionssignals mit dem Quadrat der zurückge¬ legten Entfernung abnimmt, empfängt Fahrzeug 61 nur noch ei¬ ne Leistung, die der ursprünglich gesendeten Leistung geteilt durch die vierte Potenz der Entfernung zu Fahrzeug 62 entspricht, zusätzlich abgeschwächt um 20 %, da Fahrzeug 62 nur 80 % der auftreffenden Leistung reflektiert. Die die Sendereichweite von WLAN nach 802.11p etwa 300 m beträgt und Fahrzeug 61 das Reflektionssignal noch empfangen und auswer¬ ten können muss, ergibt sich gemäß obiger Zusammenhänge eine leistungsbedingt maximal feststellbare Entfernung von etwa 15 m für Fahrzeug 62 von Fahrzeug 61.
In Fig. 7 ist ein Sendeempfänger einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen, welche mittels des Interferometer- Verfahrens eine Richtung zu einem Objekt feststellt. Die Vorrichtung verfügt über eine zwei Antennenelemente 701 und 702 umfassende Antennenanordnung. Mittels Zirkulatoren 703 und 704 ist der Sendeempfänger in der Lage, über beide Antennenelemente 701 und 702 jeweils gleichzeitig zu empfangen und zu senden. Taktgeber 705 und 706 geben dabei für jedes Antennenelement 701 und 702 eine jeweils identische Sende¬ frequenz fl vor. Antennenelemente 701 und 702 sind dabei durch räumlichen Abstand h voneinander getrennt, wobei h knapp der halben Wellenlänge der gesendeten Kommunikations¬ signale entspricht. Die gesendeten Kommunikationssignale treffen auf Objekt 707 in der Signalausbreitungszone und werden von diesem reflektiert. Die von Antennenelementen 701 und 702 vom Sendeempfänger zu Objekt 707 und zurück zurückgelegte Wegstrecke ist in diesem Fall aufgrund von räumli¬ chem Abstand h leicht unterschiedlich. Da das von Objekt 707 erzeugte Reflektionssignal somit mit unterschiedlichen Pha¬ sen von Antennenelementen 701 und 702 erfasst wird, kann aus den Differenzphasen der Winkel p bestimmt werden, welcher die Richtung vom Sendeempfänger zum Objekt angibt. Das anhand von Fig. 7 dargestellte Verfahren ist jedoch nur auf 180° eindeutig, da sich Objekt 707 auch unter dem Winkel p auf der linken Seiten vom Sendeempfänger befinden könnte (anstatt, wie hier dargestellt, auf der rechten Seite) und hierbei die selbe Differenzphase an Antennenelementen 701 und 702 entstehen würde.
Fig. 8 zeigt schematisch die phasenabhängigen Bestimmungen einer Richtung gemäß dem bereits beschriebenen Interferome- ter-Verfahren . In Fig. 8a sind zwei Antennenelemente 81 und 82 zu sehen, die räumlich leicht versetzt angeordnet sind. Basislinie 83 entspricht aufgrund der gewählten Ausrichtung bzw. Beabstandung von Antennenelementen 81 und 82 einer Differenzphase von 0°, d.h., dass ein Reflektionssignal , welches von einem Objekt auf einem beliebigen Punkt der Basislinien ausgeht, mit einer Differenzphase von 0° erfasst würde. Weiterhin ist Objekt 84 zu sehen, welches sich in der Zeichnung von Fig. 8a unterhalb von Antennenelementen 81 und 82 bei einer Differenzphase von 90° befindet. Ebenfalls zu erkennen ist in diesem Zusammenhang, dass mittels Antennenelementen 81 und 82 nicht eindeutig feststellbar ist, ob sich Objekt 84 unterhalb oder oberhalb von Antennenelementen 81 und 82 befindet, da beide Positionen zu der erfassten Differenzphase von 90° führen.
In Fig. 8b sind noch einmal Antennenelemente 81 und 82 dar¬ gestellt, diesmal jedoch um 90° nach links gedreht. Entspre¬ chend der Ausrichtung und Anordnung von Antennenelementen 81 und 82 ändert sich auch die Ausrichtung von mit 0° gekennzeichneten Basislinie 83. Objekt 84 erscheint dennoch wieder bei einer Differenzphase von 90°.
Auch Fig. 8c zeigt Antennenelemente 81 und 82, wobei diese hier derart ausgerichtet sind, dass mit 0° gekennzeichnete Basislinie 83 senkrecht von oben nach unten verläuft. Ent¬ sprechend wird Objekt 84 bei einer Differenzphase von 0° auf der Basislinie erfasst.
In Fig. 9 ist eine Antennenanordnung dargestellt, die vier Antennenelemente 91, 92, 93 und 94 umfasst, welche kreuzför¬ mig angeordnet sind und dabei einen räumlichen Abstand zuei¬ nander aufweisen, der geringer ist als die halbe Wellenlänge der gesendeten Kommunikationssignale. Durch die Verwendung von vier Antennenelementen 91, 92, 93 und 94 wird die in Fig. 8 dargestellte Zweideutigkeit der Richtung beim Inter- ferometer-Verfahren aufgehoben, so dass Objekt 96 eindeutig als unterhalb der Antennenanordnung und auf Basislinie 95 liegend erkannt wird.
Fig. 10 zeigt eine mögliche Interpretation und Auswertung der von vier Antennenelementen 91, 92, 93 und 94 (Fig. 9) erfassten Reflektionssignale zur Bestimmung der Richtung gemäß dem Interferometer-Verfahren . Dabei wird die Differenzphase an einem ersten Paar von Antennenelementen als Sinus- Anteil 1001 und die Differenzphase am zweiten Paar von An¬ tennenelementen als Cosinus-Anteil 1002 interpretiert. Durch Anwendung einer arctan2 -Funktion auf Sinus-Anteil 1001 und Cosinus-Anteil 1002 erhält man nun Gerade 1003, die eine auf 360° eindeutige Bestimmung der Richtung zum Objekt ermög¬ licht .
In Fig. 11 ist ein möglicher Aufbau einer Antennenanordnung dargestellt, die vier Antennenelemente 1101, 1102, 1103 und 1104 umfasst und für das Interferometer-Verfahren geeignet ist. Durch die Wahl von vier Antennenelementen entsteht zunächst für jedes Paar von Antennenelementen eine eigene Basislinie 1105 bzw. 1106. Der Abstand von Antennenelemente 1101, 1102, 1103 und 1104 ist kleiner als die halbe Wellen¬ länge der gesendeten Kommunikationssignale. Antennenelementen 1101, 1102, 1103 und 1104 sind beispielsgemäß als einfa¬ che sogenannte λ/4-Dipole mit sogenanntem Balun 1109, 1110, 1111 und 1112 ausgebildet. Umschalter 1107 und 1108 dienen der Auswahl der jeweiligen Basislinie 1105 bzw. 1106, sofern nur ein Paar von Antennenelementen 1101, 1102, 1103 und 1104 zur Bestimmung der Richtung herangezogen werden soll. In diesem Fall kann durch Auswahl des jeweils anderen Paar von Antennenelementen 1101, 1102, 1103 und 1104 die Basislinie gewechselt werden und eine auf 360° eindeutige Bestimmung der Richtung vorgenommen werden. Bei Schaltern 1107 und 1108 handelt es sich um sogenannte SPDT-Schalter (single pull duoble throw) .
Fig. 12 zeigt die Bestimmung von zwei Phasen an einer Antennenanordnung, die zwei Antennenelemente umfasst. Die mögli¬ chen Werte der Phasen reichen dabei jeweils von -180° bis +180°. Im Zeitfenster ti, welches eine Dauer von 3 ms auf¬ weist, wird an Antennenelement 1 ein Reflektionssignal mit der Frequenz f2 erfasst. Gleichzeitig wird über Antennenele¬ ment 1 mittels eines Zirkulators gesendet. Aus dem empfange¬ nen Reflektionssignal wird Phase 1201 bestimmt. Eine Bestim¬ mung von Phase 1202 ist im Zeitfenster t2 nicht möglich, da durch einen Umschaltvorgang bedingt Antenne 2 keine vorübergehend keine Signale empfangen kann. Im Zeitfenster t2, wel¬ ches 7 ms andauert, findet an Antennenelement 1 ein Fre¬ quenzwechsel hin zur Frequenz fl statt. Mittels der nun an Antennenelement 1 empfangenen Frequenz fl kann Phase 1202 bestimmt werden. Da jedoch keine Reflektionssignale bei der Frequenz fl empfangen werden, wird Phase 1201 im Zeitfenster t2 virtuell fortgeschrieben. Mittels der virtuell fortge¬ schriebenen Phase bei der Frequenz f2 und der bestimmten Phase bei der Frequenz fl kann nun eine Differenzphase er¬ mittelt werden, aus welcher über das Vernier-Verfahren die Entfernung zu demjenigen Objekt bestimmt werden kann, das die Reflektionssignale bei den Frequenzen fl und f2 erzeugt. Im Zeitfenster t3 empfängt nun Antenne 2 Reflektionssignale bei der Frequenz fl und Antenne 1 empfängt ebenfalls
Reflektionssignale bei der Frequenz f1. Aus der sich aus der räumlichen Beabstandung ergebenden Differenzphase der beiden Antennen wird nun mittels des Interferometer- Verfahrens die Richtung zu dem Objekt bestimmt, das die Reflektionssignale bei Frequenz fl erzeugt.
Fig. 13 zeigt einen beispielhaften und schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Entfernung und einer Richtung zu einem Objekt als Blockschaltbild. Dazu werden die Reflektionssignale eines paket¬ basierten, „gepulst continuous wave" arbeitenden Sendeempfängers ausgewertet. In den Eingangsstufen 1301-1312 werden die analogisierten Anteile I und Q zunächst abgetastet und digitalisiert. Sie enthalten dabei noch einen zufälligen Offset, der sich durch Tiefpassfilterung entfernen lässt. Dies funktioniert, weil der relevante Anteil der Phase, bei¬ spielsgemäß die Dopplerphase, sich im Vergleich zur Phase des Signals nur langsam ändert. Die beispielsgemäß gewählte Methode, um den Gleichanteil zu entfernen, ist das Abziehen eines gleitenden Mittelwerts an Subtrahierern 1313-1324, wie er am Ausgang von Tiefpässen 1325-1336 auftritt. Die Auswertung der komplexen Anteile I und Q erfolgt mittels
Multiplizierern 1337 und 1338 als paarweise konjugiert kom¬ plexes Multiplizieren. Somit werden hier die hochfrequenten Anteile der Phasen entfernt, indem dar z.B. linksherum drehende Anteil Ql mit dem durch das konjugiert Komplexe rechtsherum drehende Anteil Q2 verarbeitet wird, so dass nur die Dopplerphasendifferenz übrig bleibt. An dieser Stelle wird außerdem derjenige Signalanteil entfernt, der durch die Eigenbewegung des Fahrzeugs auftritt. Dies stellt einen we¬ sentlichen Vorteil des Phasendifferenzverfahrens dar: Es kommen keine Umgebungs-Signale zur Auswertung, die nur etwas mit der Eigenbewegung des Fahrzeugs zu tun haben, weil diese in den erfassten Reflektionssignalen nahezu gleichartig auftreten und durch die Bestimmung der Differenzphase eliminiert werden. Nach diesen Auswerteschritten können die Signale noch nicht sofort an Arcustangensberechner 1343 bzw. 1344 weitergeführt werden, da die Phase definitionsgemäß springt, wenn sie auf den Bereich -180° bis +180° umgebro¬ chen wird. Da die Anteile I und Q zunächst noch als kontinu¬ ierlicher Sinus-Anteil bzw. Cosinus-Anteil vorliegen, können sie in dieser Form noch vergleichsweise einfach gefiltert, prädiktiert und beobachtet werden. Entsprechend werden die Anteile I und Q in Filtermodulen 1339-1342 zunächst mittels eines Tiefpasses gefiltert, prädiktiert, d.h., in die Zu¬ kunft extrapoliert, und schließlich mittels eines Kaiman- Filters ein weiteres Mal gefiltert. Die AnfangsDifferenzpha- se ist prinzipiell zufällig und abhängig von den verwendeten Leitungslängen, Abständen der Antennenelemente und der relativer Ausrichtung der Antennenelemente. Daher ist es notwendig, die Phasen einmalig aufeinander abzugleichen. Dies geschieht beispielsgemäß mittels Abgleichelementen 1345 und 1346. Da jedes Paar von Antennenelementen (Eingänge II, 12, Ql, Q2) eine Bestimmung der Richtung nur auf 180° eindeutig vornehmen kann , wird im folgenden der Eindeutigkeitsbereich mittels des zweiten Paares von Antennenelementen (Eingänge 13, 14, Q3, Q4) auf 360° erweitert. Dazu werden die Phasen nun mittels Phasenrichtern 1347 und 1348 auf 360° umgebro¬ chen und anschließend mittels Ausgleichsmodulen 1349 und 1350 mit einer Ausgleichkonstanten versehen, für den Fall, dass die Paare von Antennenelementen nicht exakt gleich weit voneinander beabstandet sind. Darauf folgend wird erneut mittels weiterem Arcustangensberechner 1351 aus den Anteilen I und Q ein Arcustangens gebildet und eine weitere konju¬ giert komplexe Multiplikation durchgeführt. In diesem Fall werden die Werte I2+jQ2 und I4+jQ4 konjugiert komplex multi¬ pliziert. Das Ergebnis der konjugiert komplexe Multiplikati¬ on wird mittels weiterem Abgleichselement 1352 ein weiteres mal abgeglichen. Anschließend erfolgt nochmals ein Umbrechen der Phase mittels weiterem Phasenrichter 1353. Das nunmehrige Ergebnis stellt die Richtung zu einem erfassten Objekt dar und wird dem Fahrer in Ausgabemodul 1354 graphisch dargestellt. Wie zu sehen ist, befindet sich das Objekt links hinter dem Fahrzeug.
Die konjugiert komplexe Multiplikation in
Arcustangensberechnern 1343, 1344 und 1351 dient zusammen mit Wurzelrechnern 1355, 1356 und 1357 zur Berechnung eines Betrags der jeweiligen Anteile I und Q, der eine Mindestgrö¬ ße haben muss, um eine sinnvolle Auswertung zu gewährleis¬ ten. Übertragen auf die Eingangssignale muss bezüglich der Rauschgrenze des Empfangsmoduls ein Mindestmaß an Störab¬ stand eingehalten werden, wobei zumindest der Betrag der Dopplerfrequenz aufgrund der Filterung in Filtermodulen 1339-1342 auch deutlich kleiner als der Effektivwert des Systemrauschens sein kann. Zugleich eignet sich der so ge¬ wonnene Betrag, der einen Grenzwert für die Entfernung an¬ gibt, auch für eine grobe Entfernungsabschätzung, da der Betrag des Reflektionssignals mit der vierten Potenz der Ent¬ fernung zum Objekt abnimmt. Zur Bildung eines Mittelwerts werden die von Wurzelrechnern 1355 und 1356 gebildeten Werte mittels Multiplizierer 1358 miteinander multipliziert und anschließned erneut mittels Wurzelrechner 1359 die Wurzel dieses Produkts bestimmt. Annäherungsmodul 1360 vergleicht die bestimmten Grenzwerte für die Entfernungen mit vorgege¬ benen Warnschwellen, während Detektionsmodul 1361 die be¬ stimmten Grenzwerte für die Entfernungen vorgegebenen Detek- tionsschwellen vergleicht. Die bestimmten Grenzwerte für die Entfernungen hängen dabei wesentlich vom sogenannten Radarquerschnitt des Objekts ab. Sofern sowohl eine Detektions- schwelle als auch eine Warnschwelle überschritten werden, kann dies dem Fahrer in Ausgabemodul 1354 graphisch ausgegeben werden.
Neben der groben Abschätzung der Entfernung über die empfangene Leistung der Reflektionssignale wird im Folgenden noch mittels des Vernier-Verfahrens die genaue Entfernung zum Ob¬ jekt bestimmt. Dazu werden die Anteile II und Ql vom glei¬ chen Antennenelement, jedoch bei zwei unterschiedlichen Fre¬ quenzen, herangezogen. Da beispielsgemäß die zwei unterschiedlichen Frequenzen bzw. die Kommunikationssignale mit diesen zwei unterschiedlichen Frequenzen zeitlich zueinander versetzt gesendet und somit die Reflektionssignale zeitlich zueinander versetzt empfangen werden, verfügt die Vorrichtung über Zwischenspeicher 1362-1365, die erst eine nachfol¬ gende Verarbeitung ermöglichen. Die nachfolgende Verarbei¬ tung umfasst zunächst Multiplizierer 1366, darauf folgend Filtermodule 1367 und 1368 (entsprechend Filtermodulen 1339- 1342), Arcustangensberechner 1369 und Abgleichelement 1370. Darauf folgt Phasenrichter 1371 zum Umbrechen der Phase und Ausgleichsmodul 1372. Von diesem wird die bestimmte Entfer¬ nung direkt an Ausgabemodul 1354 weitergeführt und dem Fah¬ rer graphisch dargestellt. Außerdem wird von Wurzelrechner 1373 die Wurzel des Aus¬ gangswerts von Arcustangensberechner 1369 gebildet. Diese Wurzel und die von Wurzelrechnern 1355, 1356 und 1357 gebil¬ deten Wurzeln werden an Diagnosemodul 1374 weitergeleitet. Diagnosemodul 1374 vergleicht diese Wurzeln untereinander und mit einem absoluten Schwellenwert und bestimmt somit ei¬ nen aktuellen Zustand der erfindungsemäßen Vorrichtung. Dieser Zustand sagt aus, ob und wie zuverlässig die bestimmten Entfernungen und Richtungen sind.
Fig. 14 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines An¬ tennenmoduls mit sternförmig angeordneten Breitband-Vivaldi- Elementen AI, A2 und A3 sowie zentralem Rohrreflektor RE . Vivaldi-Elemente AI, A2 und A3 sind derart angeordnet, dass zweidimensionales Vivaldi-Horn VI (Fig. lb) eine Massefläche bildet und mit Reflektor RE leitend verbunden ist. Balun BA ist an seinem Fußpunkt mit steuerbarer Schalterkaskade be¬ stehend aus Schalter SW1 und Schalter SW2 verbunden, wobei Empfänger E aufgrund seiner Nähe zu Vivaldi-Horn VI die geringste Schalterdämpfung erfährt, während regelbarer Sender S und Abschlusswiderstand Z am Ende der Kaskade angeordnet sind und eine entsprechend höhere Schalterdämpfung erfahren.
In Fig. 15 ist eine beispielhafte Richtungsauswertung mit¬ tels einer Richtcharakteristik eines empfangenen
Reflektionssignals oder Kommunikationssignals dargestellt. Demoduliertes Reflektionssignal 1501 wird in seiner Amplitu¬ de mittels sog. „Receive Signal Strength Indicators" (RSSI) 1502 ausgewertet. Es wird eine einfache, sogenannte Hüllkur- vendemodulation durchgeführt. Ebenso könnte auch eine Leis¬ tungsmessung durchgeführt werden. Für den vergleichsweise aufwändigeren Fall einer Phasenauswertung würden die
Reflektionssignal mindestens zweier Antennenelemente zusätz¬ lich durch steuerbare Phasenverzögerer geleitet und anschließend durch Richtkoppler kombiniert. Erst danach würde die RSSI-Auswertung erfolgen.
In Fig. 16a ist eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung dargestellt. In dieser Ausführungsform kommen Schmalband Patch-Elemente Bl, B2, B3 und B4 zum Einsatz. In diesem Beispiel sind sie für Sende¬ stufe und Empfangsstufe getrennt angeordnet und in vier Raumrichtungen zu den Mantelflächen eines Kubus arrangiert. Einzelnes Patch B3 (Fig. 3b) besteht aus einer metallischen Hinterlage (nicht dargestellt) sowie aus einer Vorderlage mit Schmalband-Patch P für die Sendestufe und die Empfangs¬ stufe. Zumindest die metallische Hinterlage ist mit elektri¬ scher Masse G verbunden. Auch hier sind die Zuleitungen am Fußpunkt mit einer Schalterkaskade (siehe Fig. 14b) verbun¬ den. Im aufwändigeren Fall eines Phasenvergleichs wären die Zuleitungen am Fußpunkt mit steuerbaren Phasenverzögerern, mit einem signalkombinierenden Richtkoppler sowie einem RSSI-Auswertungsmodul verbunden. Entsprechend ihrer Geomet¬ rie und Ausformung ergeben sich für die in Fig. 16 dargestellte Antennenanordnung acht unterschiedliche Zuordnungen bzw. Richtcharakteristiken DIR.
In Fig. 17 sind zwei Zuordnungstabellen 1701 und 1702 dargestellt. Zuordnungstabelle 1701 enthält ein Zuordnungs- bzw. Auswerteschema für die in Fig. 14 dargestellte Antennenan¬ ordnung, während Zuordnungstabelle 1702 ein Zuordnungs- bzw. Auswerteschema für die in Fig. 16 dargestellte Antennenan- Ordnung enthält. Zuordnungstabelle 1702 umfasst dabei acht unterschiedliche Zuordnungen bzw. Richtcharakteristiken DIR und Zuordnungstabelle 1701 umfasst sechs unterschiedliche Zuordnungen bzw. Richtcharakteristiken DIR. Je nach Zuordnung von Antennenelementen AI, A2, A3 bzw. Bl, B2, B3, B4 zu Sendermodul S, Empfängermodul E und Abschlusswiderstand Z gemäß Zuordnungstabelle 1701 bzw. 1702 ergibt sich aus der Kombination aus Sendecharakteristik Sc und Empfangscharakteristik Ec eine kombinierte Richtcharakteristik der Gesamtcharakteristik Gc . Aus einem Maximum (RSSI=max) von RSSI- Verlauf 1503 in Fig. 15 über dem zugeordneten Richtungswinkel DIR folgt dann direkt die Richtung zum Objekt.
Gemäß einem nicht dargestellten Beispiel wird das
erfndungsgemäße Verfahren als Schutzverfahren vor einem Eingeparktwerden durch andere Fahrzeuge verwendet. Insbesondere in Großstädten besteht häufig das Problem, dass ein Fahrzeug durch andere Fahrzeuge in einer engen Parklücke eingeparkt wird. Dies kann zum einen über eine funkverbindungsfähige Schließvorrichtungan den Fahrer des gerade eingeparkten Fahrzeugs gemeldet werden, oder aber das eigepark- te Fahrzeug löst eine akustische Warnung aus, um das einpar¬ kende Fahrzeug darauf aufmerksam zu machen, dass das einge¬ parkte Fahrzeug nicht mehr ausparken kann, wenn das einparkende Fahrzeug in seiner jetzigen Position verbleibt. Alternativ zu einer akustischen Warnung kann auch die Scheibenwaschanlage des eingeparkten Fahrzeugs aktiviert werden - in der Regel wird ein einparkender Fahrer aus Gründen der Vorsicht und Sicherheit zu einem derartigen, plötzlich die Scheibenwaschanlage aktivierenden Fahrzeug, einen größeren Abstand halten. Gemäß einem weiteren ebenfalls nicht dargestellten Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren als Verfahren zur Erkennung einer Annäherung an das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehene Fahrzeug genutzt. In der Regel dauert es nach dem Einsteigen in ein Fahrzeug eine Weile, bis die Fahrzeugelektronik einsatzbereit ist. Der Fahrer soll von dieser Zeitspanne bis zur Einsatzbereitschaft möglichst we¬ nig merken, weshalb der Zeitpunkt der Aktivierung der Fahrzeugelektronik so weit wie möglich nach vorne verlagert wird, z.B. zum Zeitpunkt des Türöffnens. Mit dem erfindungs¬ gemäßen Verfahren kann der Fahrer nun bereits schon bemerkt werden, wenn er sich dem Fahrzeug nähert und die Fahrzeug¬ elektronik kann bereits zu diesem Zeitpunkt aktiviert wer¬ den .
Gemäß einem weiteren ebenfalls nicht dargestellten Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, um aus¬ schließlich die Alarmanlage in Einsatzbereitschaft zu ver¬ setzen, sofern sich jemand dem Fahrzeug im abgestellten Zustand nähert. Somit kann sogar die Alarmanlage deaktiviert werden, wenn sich niemand in der Nähe des Fahrzeugs befindet .
Gemäß einem weiteren nicht dargestellten Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, um bei Annäherung ei¬ ner Person an das Fahrzeug im abgestellten Zustand einen Fahrzeugaktuator, wie z.B. einen Fensterheber, kurzzeitig zu aktivieren. Somit entsteht bei der sich nähernden Person der Eindruck, dass der Besitzer des Fahrzeugs in der Nähe ist und die Szenerie beobachtet. Dies beugt Fahrzeugdiebstählen vor .
Gemäß einem weiteren nicht dargestellten Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Schutz von Zweiradfahrern verwendet: Häufig wird man als Autofahrer im Stop&Go-Verkehr von rechts überholenden Zweiradfahrern überrascht. Diese nähern sich aus einer unerwarteten Richtung meist im toten Winkel, so dass auf sie kaum Rücksicht genommen werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann eine solche Annäherung bemerken, noch bevor z.B. Ultraschallsensoren ansprechen, weil der Zweiradfahrer vom Fahrzeugdach aus, wo in der Regel die Antennenanordnung angeordnet ist, zuerst erfasst werden kann .
Gemäß einem weiteren nicht dargestellten Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren zur sogenannten Totwinkel-Warnung verwendet: Nähert sich ein Fahrzeug im toten Winkel, so wird es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst und eine entsprechende Warnung in den Außenspiegel eingeblendet.
Gemäß einem weiteren nicht dargestellten Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren als Abstands-und- Geschwindigkeits-Regler verwendet: Ein vorausfahrendes Fahrzeug wird bei starker Annäherung mittels des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens erfasst, daraufhin kann die Geschwindig¬ keit autonom reduziert werden, um ein Auffahren zu verhindern .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Positionsbestimmung von Objekten (62, 707, 84, 96) mittels Kommunikationssignalen, bei welchem ein zur drahtlosen Kommunikation befähigter Sendeempfänger Kommunikationssignale sendet, wobei der Sendeempfänger (51) zum gleichzeitigen Senden und Empfangen befähigt ist, wobei die Kommunikationssignale in einer Signalausbreitungszone an mindestens einem Objekt (62, 707, 84, 96) zumindest teilwei¬ se als Reflektionssignale reflektiert werden und wobei der Sendeempfänger (51) die Reflektionssignale empfängt,
dadurch gekennzeichnet, dass Phaseninformationen der
Reflektionssignale und/oder der Kommunikationssignale be¬ stimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass aus den Phaseninformationen eine Entfernung und/oder eine Richtung zum mindestens einen Objekt (62, 707, 84, 96) bestimmt werden.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phaseninformationen Diffe¬ renzphasen der Reflektionssignale sind.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein empfangenes
Reflektionssignal und/oder ein gesendetes Kommunikationssig¬ nal in einen vorauseilenden (I) und einen nachlaufenden Anteil (Q) aufgespalten wird, wobei die Phase des vorauseilen¬ den Anteils (I) unbeeinflusst bliebt und die Phase des nach¬ laufenden Anteils (Q) um 90° verzögert wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzphasen mittels Mi¬ schen eines Kommunikationssignals mit einem zugehörigen
Reflektionssignal oder mittels Mischen zweier unterschiedli¬ cher Reflektionssignale bestimmt werden, insbesondere mit¬ tels konjugiert komplexer Multiplikation und/oder mittels Überkreuz-Multiplikation .
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeempfänger (51) Kommunikationssignale auf mindestens zwei unterschiedlichen Fre¬ quenzen (fl, f2) sendet.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass aus den durch die mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen (fl, f2) erzeugten Phaseninformationen eine Entfernung zum Objekt bestimmt wird (62, 707, 84, 96) .
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Frequenzen (fl, f2) zwei unterschiedliche Kommunikationskanäle eines gemeinsamen Kommunikationsmittels sind.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationssignale und die Reflektionssignale mittels mindestens zwei elektrisch unabhängiger Antennenelemente (101, 403, 404, 701, 702, 81, 82, 91, 92, 93, 94, 1101, 1102, 1103, 1104, AI, A2 , A3, Bl, B2, B3, B4) des Sendeempfängers (51) empfangen werden, wobei insbesondere die Phaseninformationen mittels der mindestens zwei Antennenelemente (101, 403, 404, 701, 702, 81, 82, 91,
92, 93, 94, 1101, 1102, 1103, 1104, AI, A2 , A3, Bl, B2, B3, B4) bestimmt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationssignale und die Reflektionssignale mittels vier elektrisch unabhängiger Antennenelemente (101, 403, 404, 701, 702, 81, 82, 91, 92,
93, 94, 1101, 1102, 1103, 1104, AI, A2 , A3, Bl, B2, B3, B4) des Sendeempfängers (51) empfangen werden, wobei insbesonde¬ re die Phaseninformationen mittels der vier Antennenelemente (101, 403, 404, 701, 702, 81, 82, 91, 92, 93, 94, 1101, 1102, 1103, 1104, AI, A2 , A3, Bl, B2, B3, B4) bestimmt werden .
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus den durch die mindestens zwei Antennenelemente erzeugten Phaseninformationen eine Richtung zum Objekt bestimmt wird (62, 707, 84, 96) .
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung und die Entfernung zum Objekt (62, 707, 84, 96) mittels zeitlich abwechselnder Auswertung der Differenzphasen von zwei Frequenzen (fl, f2) und der Differenzphasen an zwei Antennenelementen (101, 403, 404, 701, 702, 81, 82, 91, 92, 93, 94, 1101, 1102, 1103, 1104, AI, A2, A3, Bl, B2, B3, B4) bestimmt werden.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeempfänger (51) mit Kommunikationsteilnehmern (62), insbesondere mit Verkehrsteil¬ nehmern (62), und mit Infrastruktureinrichtungen, kommuniziert .
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekte (62, 707, 84, 96) Verkehrsteilnehmer (62), insbesondere Fahrzeuge (62), Radfahrer und Fußgänger, Infrastruktureinrichtungen und Kommunikationsteilnehmer sind.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeempfänger (51) für das mindestens eine Objekt (62, 707, 84, 96) in der Signalaus¬ breitungszone jeweils eine Dopplerfrequenz bestimmt.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dopplerfrequenz aus einer Dopplerphase bestimmt wird.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dopplerfrequenz mittels ei¬ nes Tiefpasses (116, 117, 300, 303, 327, 1325, 1326, 1327,
1328, 1329, 1330, 1331, 1332, 1333, 1334, 13335, 1336, 1339,
1340, 1341, 1342), insbesondere mittels eines digitalen Tiefpasses (116, 117, 300, 303, 327, 1325, 1326, 1327, 1328,
1329, 1330, 1331, 1332, 1333, 1334, 13335, 1336, 1339, 1340,
1341, 1342), gefiltert wird.
18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Vielzahl von bestimmten Entfernungen und Richtungen ein Bewegungspfad des mindestens einen Objekts (62, 707, 84, 96) erstellt wird.
19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in den empfangenen Kommunikati¬ onssignalen transportierte Daten (51) zumindest anteilig ausgewertet werden.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Position eines Kommunikationsteilnehmers mit einer in einer vom Kommunika¬ tionsteilnehmer gesendeten Botschaft enthaltenen Positionsangabe abgeglichen wird und die Positionsangabe validiert wird, wenn sie der bestimmten Position nicht widerspricht.
21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die transportierten Daten und/oder die bestimmten Positionen an mindestens ein Fahrerassistenzsystem (104) weitergeführt werden.
22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (104) zur Ausführung eines autonomen Bremseneingriffs und/oder eines autonomen Lenkeingriffs und/oder einer Bewarnung eines Fahrers ausgebildet ist und insbesondere ein Abstands- und Geschwindigkeitsregler ist.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeempfänger (51) Kommunikationssignale ohne Informationsinhalt sendet und/oder Korn- munikationssignale, deren Informationsinhalt unverändert gültig ist, mehrfach aufeinander folgend sendet.
24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfangsleistung des
Reflektionssignals ausgewertet wird.
25. Verfahren Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, dass aus der Entfernung und der Empfangsleistung eine Gattung des mindestens einen Objekts (62, 707, 84, 96) bestimmt wird.
26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung und/oder die Richtung zum Objekt (62, 707, 84, 96) aus einem aus einer von den mindestens zwei Antennenelementen (101, 403, 404, 701, 702, 81, 82, 91, 92, 93, 94, 1101, 1102, 1103, 1104, AI, A2, A3, Bl, B2, B3, B4) empfangenen elektromagnetischen Feldstärke gebildeten Verhältnis bestimmt wird.
27. Vorrichtung zur kommunikationssignalbasierten Positionsermittlung von Objekten (62, 707, 84, 96),
umfassend einen Sendeempfänger (51) mit einem Sendemodul (100) zum drahtlosen Senden von Kommunikationssignalen und mit einem Empfangsmodul (102) zum drahtlosen Empfangen von Kommunikationssignalen und Reflektionssignalen, wobei die Reflektionssignale an Objekten (62, 707, 84, 96) in einer Ausbreitungszone der Kommunikationssignale zumindest teil¬ weise reflektiert werden, wobei der Sendeempfänger (51) zum gleichzeitigen Senden und Empfangen befähigt ist und wobei der Sendeempfänger (51) eine Antennenanordnung umfasst dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mittels Phasen- auswertemitteln (1337, 1338, 1366) Phaseninformationen der Reflektionssignale und/oder der Kommunikationssignale be¬ stimmt und insbesondere ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26 ausführt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus den Phaseninformationen mittels Entfernungsbestimmungsmitteln (1368, 1369, 1371) eine Entfernung und/oder mittels Richtungsbestim- mungsmitteln (1340, 1343, 1347, 1341, 1344, 1348) eine Richtung zum mindestens einen Objekt (62, 707, 84, 96) bestimmt.
29. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 27 und 28,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung eine
Richtcharakteristik zur Bestimmung einer Einlaufrichtung der Kommunikationssignale und/oder der Reflektionssignale auf¬ weist.
30. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 27 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung aus mindestens zwei Antennenelementen (101, 403, 404, 701, 702, 81, 82, 91, 92, 93, 94, 1101, 1102, 1103, 1104, AI, A2 , A3, Bl, B2, B3, B4) besteht.
31. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 27 bis 30,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente (101, 403, 404, 701, 702, 81, 82, 91, 92, 93, 94, 1101, 1102, 1103, 1104, AI, A2, A3, Bl, B2, B3, B4) über Schaltelemente (SW1, SW2) dem Sendemodul (100, S) und/oder dem Empfangsmodul (102, E) und/oder einem Abschlusswiderstand (Z) zuordenbar sind und dass die Richtcharakteristik von der Zuordnung geprägt ist.
32. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 27 bis 31,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente (101, 403, 404, 701, 702, 81, 82, 91, 92, 93, 94, 1101, 1102, 1103, 1104, AI, A2, A3, Bl, B2, B3, B4) zu einem mehrstrahligen Stern und/oder einem Vieleck, insbesondere einem Viereck, angeordnet sind und/oder als Vivaldi-Hörner ausgeformt sind und/oder einen metallischen Rohrreflektor strahlenförmig umgeben und/oder als Schmalband-Patch-Elemente ausgeformt sind und/oder in Rücken-an-Rücken-Anordnung ausgerichtet sind.
33. Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 27 bis 32 in einer Infrastruktureinrichtung und/oder einem Verkehrsteilnehmer, insbesondere einem Kraftfahrzeug (61, 62) und/oder einem Motorrad und/oder einem Fahrrad und/oder einem Pedelec und/oder einem Fußgänger.
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