WO2017114762A1 - Positionsermittlungseinrichtung - Google Patents

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WO2017114762A1
WO2017114762A1 PCT/EP2016/082475 EP2016082475W WO2017114762A1 WO 2017114762 A1 WO2017114762 A1 WO 2017114762A1 EP 2016082475 W EP2016082475 W EP 2016082475W WO 2017114762 A1 WO2017114762 A1 WO 2017114762A1
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signal
transmission
location
ellipse
intermediate signal
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PCT/EP2016/082475
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Andreas Diewald
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Iee International Electronics & Engineering S.A.
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Definitions

  • This invention relates to a position detecting device for detecting a position of an object with respect to the position measuring device, wherein the position detecting device comprises a transmitting device at a first location and a receiving device at a second location.
  • the receiving device is set up to receive a transmission signal from the first transmission device and to determine a transit time of the transmission signal from the transmission device to the object and from the object to the reception device.
  • the invention relates to a method for determining the position of an object.
  • a speed of an object can be measured from time series measurements and / or by the Doppler effect. It is possible to differentiate different objects by their different speeds, unless they are not equally fast with respect to the Radarabstandsmesserechtung.
  • Figure 1A shows schematically this prior art.
  • RuT radar pulses are emitted to the objects O1 and O2, which are shown as black filled circles, the object O2 is also shown with a black circle around the periphery.
  • a signal change in the waveform understood, for example, a peak, a rectangular or delta waveform o- a sine half-wave or an approximation thereto or a differently shaped rising and falling or decreasing and increasing amplitude change in waveform.
  • a pulse can have one, but also several related include signal drops. Compared to the duration of the total signal, the duration of the pulse is short.
  • the objects 01 and 02 have the distances R1 and R2 from the receiver and transmitter RuT.
  • the receiver and transmitter RuT is controlled by an electronic control unit ECU, which also receives the received signals.
  • Figure 1 B shows in a graph of amplitude values A over the term the signals that are received again after sending a pulse from the same antenna and the information about the distance R of the objects 01 and 02 of the receiver and transmitter RuT included , Different distances of objects can be assigned to different received pulses.
  • the angular position of an object with respect to the radar distance measuring device is desirable, for example, by rotation of the antenna.
  • the monopulse method is known (also called the Angle-of-Arrival or Direction-of-Arrival method, in which two antennas with a constant and superimposed emission and reception area are used to detect the angular position of an object to each other at a distance D.
  • this distance D is half a wavelength, that is, at 24 GHz about 6.25 mm.
  • Both antennas transmit at the same frequency.
  • the received signals both antennas are mixed down coherently with the transmission signal.
  • the phase delays of both received signals can be measured, from which the direction of incidence of the reflected wave can be determined. This is included in the phase difference ⁇ between the pulses of the same object, each received by an antenna.
  • the angle of incidence ⁇ can be calculated as follows:
  • FIG 2A the structure of such a system is shown. There are only slight differences in construction compared to the variant shown in Figure 1 A. The same features are designated by like reference numerals and will not be described again separately.
  • the receiver and transmitter RuT comprises two antennas TX1 and TX2.
  • Figure 2B shows two diagrams with signals received at the antenna TX1 and TX2, respectively. In each case, the amplitude A of the reflected signal over the distance R is shown.
  • Another way to determine distance and angle provides the trilateration method.
  • two antennas are used, which are each fed by a separate oscillator.
  • a separate oscillator operates at a very stable frequency.
  • the oscillators are not synchronized with each other. They can run on different frequencies so as not to disturb each other.
  • the antennas preferably have a greater distance D from each other. In this way, a smaller error in the angle calculation is possible.
  • FIG. 3A shows the structure of a measuring device which uses the trilateration method. Same features have the same numbers and will not be described separately again.
  • the angle a lies between a central emission direction of the receiver-and-transmitter unit RuT1 and the angle direction to the object O1
  • the angle ⁇ lies between a central emission direction of the receiver-and-transmitter unit RuT1 and the angle direction to the object O1 . Due to the different angles .alpha. And .beta., Different distances R1 and R2 result between the receiver-and-transmitter units RuT1 and RuT2 and the object O1, and thus also different distances. different durations of the reflected pulses in the received signals.
  • the receiver-and-transmitter units RuT1 and RuT2 are located at the locations X1 and X2 and have the distance D from one another.
  • the receive signals of the receiver-and-transmitter units RuT1 and RuT2 are shown in FIG. 3B ,
  • the angle ⁇ can be calculated from the triangle of R1, R2 and D as follows: d R1 R2 2
  • the angle ⁇ can be calculated as follows: d R2 Rl 2
  • FIG. 4A Such a constellation is shown in FIG. 4A.
  • the object O1 has the distance R1 'to the receiver-and-transmitter unit RuT1 and the object O2 the distance R2 "to the receiver-and-transmitter unit RuT2, wherein the distances R1' and R2" are equal.
  • the object O2 has the distance R1 "to the receiver-and-transmitter unit RuT1 and the object O2 the distance R2 'to the receiver and transmitter unit RuT2, wherein the distances R1" and R2' are also equal ,
  • the objects O1 and O2 can indeed be distinguished from one another; however, their position is by no means unique, as shown by a comparison with the constellation shown in FIG. 5A.
  • the same distances R1 'and R1 "lie between the object 01 and the receiver-and-transmitter unit RuT1 and the same distances R2' and R2" between the object 02 and the receiver-and-transmitter unit RuT2 as in Figure 4A.
  • N clearly identifiable objects N! (Faculty of N) Possibilities of assignment exist.
  • N Franty of N
  • the position determination is preferably carried out so frequently that it is not to be expected that more than one possible constellation will be passed through within a period of time between two position determinations.
  • the subject of the invention is a position determining device for determining a position of an object with respect to a position measuring device.
  • the position determination device is suitable for assigning a received signal to a specific object.
  • the correct ones can be determined from a plurality of, in particular two, possible position constellations for the objects, in particular for two objects.
  • the position detection device comprises a transmitting device at a first location and a receiving device at a second location.
  • the receiving device is configured to receive a transmission signal from the first transmission device and to determine a transit time of the transmission signal from the transmission device to the object and from the object to the reception device.
  • the first location and the second location have a distance from one another and the position determination device is set up to determine an ellipse from the transit time on which the object lies. If measured in three dimensions, an ellipsoid can also be determined.
  • the delay can be determined by known methods, for example, with phase comparison between the transmission signal and received signal, modulation of the transmission signal and mixing a received signal with a signal for down-mixing and extracting the delay information, interferometry, encoding the transmission time in the transmission signal and comparison with the reception time and other methods known in length measurement.
  • the method can be carried out, for example, optically, with ultrasound or preferably with electromagnetic radio waves, in particular radar waves.
  • the position detection device or a corresponding method provides a position of the object. This can be determined from the entire travel path of the transmission signal from the transmitter to an object and from there to the receiver, which is arranged at a location other than the transmitter. In this case, the distance or the positions of the transmitter and the receiver can be included.
  • the distance can be entered by embedding it in an algorithm or in hardware implemented signal processing steps that determines the ellipse from the runtime.
  • a position of an object lies on an ellipse, which has as focal points the transmitter and the receiver. If the distance from the transmitter via the object to the receiver, which is located at another location, is determined from the transit time, the ellipse on which the object must lie can be determined.
  • An ellipse can be uniquely defined by two independent parameters, which is general knowledge in mathematics. For example, the distance from the transmitter and the receiver to one another and the determined distance from the transmitter via the object to the receiver can serve as these two parameters. If the distance between transmitter and receiver is constant with respect to each other, there is only one variable parameter that uniquely defines the ellipse. Thus, when the transmitter and receiver are fixed to each other, it is sufficient to determine the distance from the transmitter via the object to the receiver in order to determine on which ellipse the object is located. For example, a transmitting device and a receiving device at different locations on a vehicle during operation can be secured immovably to each other.
  • the position of the object on the ellipse can not be determined unambiguously on the basis of the two parameters of an ellipse because the connecting distance of the focal points over a point on the elliptic curve is the same for all points on the elliptic curve.
  • This is a well-known property of an ellipse found in relevant textbooks of mathematics.
  • the position of the object can not be determined unambiguously, it can be clearly determined on which ellipse it lies.
  • objects found to be on a particular ellipse may be subject to objec- be distinguished on a different ellipse. In this way, for example, in a trilateration process, in a situation with an ambiguous constellation of several objects, one can distinguish which constellation is the real one.
  • a plane with an ellipse can be defined for each object by its position on the ellipsoid surface and the two focal points.
  • the first receiving device and the first transmitting device and / or the second receiving device and the second transmitting device are each combined to form a receiver-and-transmitter unit, in which the transmitting device and the receiving device are arranged at the same location.
  • the same location should also apply if the transmitting device and the receiving device use separate antennas which are arranged close to one another, for example at a distance of less than 25 cm from one another, for example for position detection of objects in the vicinity of a Vehicle is a suitable value.
  • a single antenna of a receiver-and-transmitter unit may be provided for transmission and reception.
  • the method can be configured as a radar technique; However, it is also possible to use it for analog other non-contact distance measurements such as optical or acoustic measurement methods.
  • the oscillators then correspond to light sources. Preferably, the transmission frequency is modulated.
  • the position detection device can also be operated with more than two transmitters and more than two receivers.
  • the number of transmitters corresponds to the number of receivers.
  • the position determination device further comprises a first transmission device at the first location and a first reception device at the first location. These may be combined in a receiver-and-transmitter unit and separate or common antennas use.
  • the first receiving device generates a first received signal from a transmission signal of a second transmitting device.
  • the second transmitting device is arranged at a second location, on which a second receiving device is arranged. These can be combined in a receiver-and-transmitter unit and use separate or common antennas.
  • the second receiving device generates a second received signal from a transmission signal of the first transmitting device.
  • An illumination region of the first transmission device overlaps with an illumination region of the second transmission device, wherein an object is located in the overlap region during a position determination.
  • the first transmitting device transmits at a first transmitting frequency and the second transmitting device transmits at a second transmitting frequency, wherein the first transmitting frequency differs from the second transmitting frequency by a difference frequency.
  • the first and second transmission frequencies are preferably frequency-modulated in the same way, so that the difference frequency remains constant.
  • the modulation frequency and / or the difference frequency are preferably in the range between 1 kHz and 1 GHz, in which they can be processed with conventional electronics, if they are separated to determine a position of the transmission frequency.
  • the transmission frequency is preferably higher than 1 GHz.
  • the first and the second transmission frequency is linearly frequency-modulated, in particular with repeating ramps. Alternatively or additionally, a phase modulation can also be carried out.
  • the modulation may be, for example, a harmonic modulation of the first and the second transmission frequency or a modulation with a digital signal.
  • the difference frequency is kept very constant, for example by using a well-known in the art PLL circuit (Phased Locked Loop).
  • Oscillators of the first and second transmitting means may be incoherent.
  • the position determination device further comprises a first receiving device at the location of the first transmitting device for receiving signals from the second transmitting device and for generating a first received signal and a second receiving device at the location of the second transmitting device for receiving signals from the first transmitting device and for generating a second received signal.
  • the frequency modulation of the first and the second transmission frequency preferably takes place in the same way. This has the advantage that the transit time information, which is preferably connected to the frequency modulation of the transmission frequency, is contained in the first and the second received signal alike, which can have advantages for the signal processing. For example, an average may be determined to increase accuracy.
  • the position detecting means further comprises a first received signal mixing means for mixing the first received signal with the first transmission signal to produce a first intermediate signal and a second reception signal mixing means for mixing the second reception signal with the second transmission signal to produce a second intermediate signal.
  • the first received signal mixing device is part of a receiver-and-transmitter unit, which also includes the first transmitting device and the first receiving device, in particular in the same housing.
  • the second received signal mixing device is preferably part of a receiver-and-transmitter unit, which also comprises the second transmitting device and the second receiving device, in particular in the same housing.
  • the result is a sum of two cosine functions.
  • the argument of the cosine function is a subtraction of the original arguments x and y.
  • This term is called a subtractive mixed term.
  • the other term is called an additive mixed term in which the argument of the cosine function is an addition of the original arguments x and y.
  • the first transmission signal can be described by the following formulation:
  • SS1 is the first transmit signal
  • f0 (t) is a time-modulated transmit frequency
  • ⁇ 1 is an associated first phase shift.
  • the second transmission signal can be described by the following formulation:
  • SS2 is the second transmit signal
  • Af is the difference frequency
  • ⁇ 1 is an associated second phase shift
  • the first received signal can be described by the following formulation:
  • ES1 denote the first received signal, k1 1 a damping factor by the transmission from the first transmitting device to the first receiving device, k12 a damping factor by the transmission from the second transmitting device to the first receiving device, T1 1 a duration for the transmission of the first transmission device via an object to the first receiving device and T12 a transit time for the transmission from the second transmission device via an object to the first receiving device.
  • the first term in the mixed term describes the part of the first received signal received by the first transmitting device located at the same location as the first receiving device, while the second term describes the part of the first receiving signal transmitted by the second transmitting device. which is arranged at a location other than the first receiving device is received.
  • the second received signal can be described by the following formulation:
  • ES2 denote the first received signal, k21 a damping factor by the transmission from the first transmitting device to the second receiving device, k22 a damping factor by the transmission from the second transmitting device to the second receiving device, T21 a transit time for the transmission from the first transmitting device to the second receiving device and T22 a transit time for the transmission from the second transmitting device to the second receiving device.
  • the first term describes the part of the second received signal received from the first transmitting device connected to it
  • the second term describes the part of the first received signal which is received by the second transmitting device, which is arranged at a location other than the first receiving device.
  • ZSlSMT k ⁇ - cos (2 - ⁇ - / 0 (i) - ni) + ⁇ : - cos (2 - n - (f0 (t) + f) - T12 - 2 - n ⁇ Af - t + ⁇ - ⁇ )
  • ZS1 SMT means the subtractive mixing term of the first intermediate signal.
  • the first is a quasidynamic term whose dynamics depends exclusively on the modulation of the transmission frequency.
  • information about the distance of the object to the first transmitting device is included, which is arranged at the same location as the first receiving device.
  • This term is called first direct share.
  • the second term is a dynamic term whose dynamics depend both on the modulation of the transmission frequency and directly on time as an argument of the cosine function.
  • information about the transit time from the second transmitting device to the object and from there to the first receiving device is included. This term is called the first cross part.
  • ZS2SMT * y * cos (2 * ⁇ ⁇ fO (t) - T21 + 2 ⁇ ⁇ ⁇ Af ⁇ t - 1 + ⁇ 2) + fcy • cos (2 ⁇ ⁇ ⁇ (f0 (t) + Af) - T22)
  • this ZS2SMT means the subtractive mixing term of the second intermediate signal.
  • the second is a quasi-static term whose dynamic part depends exclusively on the modulation of the transmission frequency.
  • information about the distance of the object to the second transmitting device is included, which is arranged at the same location as the second receiving device.
  • This term is called second direct share.
  • the first term, which receives the reception from the transmitting device at the whose location means receiving means is a dynamic term whose dynamics depend on both the modulation of the transmission frequency and on the difference frequency, which are both time-dependent quantities in the argument of the cosine function.
  • information about the transit time from the first transmitting device to the object and from there to the second receiving device is included. This term is called the second cross part.
  • the subtractive mixing term of the first intermediate signal largely corresponds to the subtractive mixing term of the second intermediate signal.
  • the difference frequency is present in the subtractive mixing term of both intermediate signals in each case in the dynamic term. These are the first and the second cross term.
  • the difference frequency in the dynamic term is additionally present as a static offset in the argument of the cosine function.
  • the difference frequency is additionally present in the quasi-static term as a static offset in the argument of the cosine function.
  • the transit times T12 and T21 as well as the damping coefficients k12 and k21 correspond to one another, since in this respect it is generally not important in which direction the signal is traveling.
  • the position detecting means in this embodiment comprises an intermediate signal mixing means for mixing the first intermediate signal with the second intermediate signal to generate an ellipse detection signal.
  • the intermediate signal mixing device is a central unit that can mix at least two, preferably more intermediate signals with each other.
  • it can be arranged outside the receiver-and-transmitter units, with intermediate signal connections to the participating receiver-and-transmitter units. Compared to the large number of possibly required intermediate signal connections between receiver and transmitter units, this solution can have advantages in design.
  • an intermediate signal mixing device is arranged in a receiver-and-transmitter unit or a plurality of intermediate signal mixing devices in a plurality of receiver-and-transmitter units. In this way, an additional unit is avoided.
  • not the entire first intermediate signal and the entire second intermediate signal are mixed with each other, but only the respective cross parts of the subtractive intermediate signal mixing terms.
  • These can be previously extracted from the intermediate signals.
  • a certain frequency range from the intermediate signal can be used.
  • the ellipse detection signal may be represented as the following additive term:
  • EES - cos (2 ⁇ ⁇ ⁇ (fO (t) + Af) ⁇ Tl 2 + 2 ⁇ ⁇ ⁇ fO (t) ⁇ T21)
  • the ellipse detection signal is denoted EES. If the ellipse detection signal is generated exclusively from the cross terms, this is the only term of the ellipse detection signal.
  • the information about the transit time is contained by a transmitting device at one location to the object and from there to a receiving device at another location in both directions.
  • the ellipse detection signal comprises three terms in the argument of the cosine function. One of them, which includes the difference frequency, forms a phase term. The other two terms depend on the modulation of the transmission frequency.
  • EES kU 'k21 - cos (2 - 2 - n - f0 (t) - T + 2 - n - Af - T)
  • the transit time lies both in the phase term and in the dynamic term of the argument of the cosine function.
  • the frequency of the dynamic part is evaluated, since this advantageously allows good accuracy and is easy to evaluate.
  • the ellipse detection signal represents the sum of the distances from the transmitting device to the object and from the object to the receiving device, which is arranged at a location other than the transmitting device, and the distance between the transmitting devices of the receiving device is known and preferably fixed, a value of the ellipse detection signal can be unambiguously assigned to a specific ellipse.
  • the position detection device comprises a signal separator for separating or filtering a portion of a signal in the position detector to further process a desired portion of the signal.
  • a signal separator for separating or filtering a portion of a signal in the position detector to further process a desired portion of the signal.
  • the different parts of a signal differ in particular in their frequency or their information content. This can also be applied here.
  • the position determining means may comprise a first low pass filter means for low pass filtering the first intermediate signal to obtain the subtractive mixing term of the first intermediate signal.
  • the position detecting means may comprise a second low-pass filter means for low-pass filtering the second intermediate signal to obtain the subtractive mixing term of the second intermediate signal.
  • a passive component can be used, for example, a line or an RC element, which can not be passed by the high-frequency additive mixing term of the first and second intermediate signal. Then a lower bandwidth can be used in the further processing.
  • the further processed subtractive mixing term contains the information sought in a suitable form.
  • the position detecting means may comprise a signal separating means for the subtractive mixing term of the first and / or the second intermediate signal.
  • the signal separation device can divide the subtractive mixing term of the first and / or the second intermediate signal into a direct component, in which the information about the transit time of a transmission signal from a location to a reflection on an object and back to the same location is contained, and a cross component in which the information about the transit time of a transmission signal at one location leads to a reflection at one object and further to another Place is included.
  • the direct component and the cross component differ in their frequency and in that in the cross component in the cosine function the difference frequency has a product of the time and the limit frequency as an argument, while the direct component in the cosine function has the modulation of the transmission frequency as an argument as the only time-variable component Has.
  • the position determination device comprises a signal separation device for the ellipse detection signal.
  • the ellipse detection signal comprises an additive and a subtractive mixing component.
  • the additive mixing component is further processed to determine the transit time.
  • the additive mixing component can be extracted from the ellipse detection signal by means of a high-pass filter device functioning as a signal separation device by high-pass filtering the ellipse detection signal.
  • the entire intermediate signal can also be processed.
  • digitization and subsequent (inverse) Fourriertransformation to get both the direct component and the cross component in the frequency domain.
  • the transformed cross component results in pulses that are shifted by the difference frequency delta f in the frequency domain.
  • One must therefore generally ensure that the highest frequencies that result in the intrinsic proportion are much smaller than the difference frequency, so that in the frequency range both shares can be separated cleanly. Due to the larger frequency range of the direct and cross section, a higher sampling frequency must be maintained than if the direct component is used solely for position determination.
  • the position determination device has an ellipse determination device for determining an ellipse, wherein the ellipse can be determined by means of the ellipse determination device from the frequency of an additive mixing component of the ellipse determination signal.
  • the information about the ellipse is present in this proportion.
  • the position determination device may include a thinning device or perform a trilateration. The position determination device can then receive a first trilateration received signal from the first transmitting device at the first receiving device and a second trilateration received signal from the second transmitting device at the second receiving device in order to use the floating device to determine a position of an object with respect to the first location and / or to determine the second place.
  • This position can be determined from a total of four distance information of the two objects to the two mutually arranged transmitting and receiving stations.
  • the Thalaterations worn is particularly adapted to perform the trilateration by means of a first direct component and a second direct component.
  • the first direct component is taken from the first subtractive intermediate signal mixing term and / or the second direct component from the second subtractive intermediate signal mixing term. If the trilateration can not assign pulses in the received signals to certain objects, an ambiguous constellation can result.
  • a position of an object which is determined in particular by means of the trilateration method, can be checked for plausibility.
  • the position determining device can determine whether the position of the same object lies on an ellipse which is determined by the position-determining device for this object.
  • the ellipse detection signal contains in its time course for each object that is detected by the position detection device, a pulse.
  • the time from the emission of a pulse from the transmitter to the pulse in the ellipse detection signal represents the distance from the transmitter of the pulse at one of the locations across the object to the receiver of the pulse in the ellipse detection signal located at the other location. From this distance, taking into account the distance of the transmitter from the receiver, the ellipse can be determined.
  • the detected object lies on the ellipse. When two objects are detected, two pulses are produced in the ellipse detection signal when the two objects are on different ellipses. If the two objects are on an ellipse, a superimposed pulse is created.
  • the objects There may be constellations of the position information of the two objects based on the detection the objects are ambiguous by the receivers in the same place as the respective transmitter. Then, the measurements of the two receivers provide pulses of equal duration and it is not clear which pulse belongs to which object. Then the objects can be assigned unique positions by means of the information as to whether the objects lie on one or two ellipses.
  • the position determination means comprises a plausibility device, by means of which it is possible to determine whether a position of an object determined by the trilateration method lies on an ellipse which is derived from the ellipse detection signal. If this is the case, the position determination device determines that two objects are in an ambiguous constellation on the ellipse. If it is determined that an object is not on the ellipse, the position detection device may determine that two objects in an ambiguous constellation lie on a small half-axis of the ellipse or an extension thereof.
  • the proposed method if there are more than two objects, may be performed multiple times with combinations of two objects. Preferably, the method is performed only when an upstream trilateration method determines that there is an ambiguous configuration.
  • the method for determining an ellipse on which an object is located can also be performed in order to increase the accuracy of the position determination.
  • the position of the ellipse can be included in the calculation of the position of an object.
  • the position error can be reduced by calculating an optimized position from positions which have been determined by means of trilateration and elliptical determination. For example, an average can be formed and / or the least squares method applied.
  • a transmitter and a receiver are connected to a unit.
  • the position determination device according to the invention can be constructed.
  • Figure 1A shows schematically a radar distance measuring device in the measurement of two objects operating with a single antenna and frequency modulation
  • FIG. 1B shows a diagram in which the amplitude of two pulses received by the objects are shown over the distance of the objects from the radar distance measuring device
  • FIG. 2A schematically shows a radar distance measuring device with two antennas in the measurement of two objects which operates according to the monopulse method
  • FIG. 2B shows two diagrams each belonging to one of the receivers and in which the amplitudes of two pulses each received by the two objects are shown over the distance of the objects from the radar distance measuring device;
  • FIG. 3A schematically shows a radar distance measuring device with two separate antennas in the measurement of an object which operates according to the trilateration method
  • FIG. 3B shows two diagrams each belonging to one of the receivers and in which the amplitude of each one pulse received by the object is shown over the distance of the object from the radar distance measuring device;
  • FIG. 4A schematically shows the radar distance measuring device from FIG. 4A
  • Figure 4B shows two diagrams, each belonging to one of the receivers and in which the amplitudes of two pulses, that of the two Objects are shown above the distance of the objects from the radar distance measuring device,
  • FIG. 5A schematically shows the radar distance measuring device from FIG. 5A
  • FIG. 5B shows two diagrams each belonging to one of the receivers and in which the amplitudes of every two pulses received by the two objects are shown over the distance of the objects from the radar distance measuring device
  • FIG. 6 schematically shows an ellipse, which was determined by means of the invention and on which two objects lie, as well as two further positions of an ambiguous constellation of two objects,
  • Figure 7 shows an arrangement of six position detecting devices according to the invention and their illumination areas on a vehicle
  • Figure 8 shows a first part of a schematic diagram in which
  • Figure 9 shows a second part of the schematic diagram in which
  • FIG. 6 shows an ellipse E, which was calculated from the ellipse detection signal of the position determination device.
  • the objects 01 and 02 lie on the ellipse.
  • the positions of the objects 01 and 02 were determined beforehand by means of the temporal flattening method.
  • the positions 01 and 02 shown are ambiguous due to the peculiarities of the temporalization process and could also be the positions of the virtual objects 01 'and 02'.
  • the virtual objects 01 'and 02' do not lie on the ellipse E. Therefore, it can be excluded by means of the position detection device according to the invention that the positions of the virtual objects 01 'and 02' are real.
  • FIG. 1 shows an ellipse E, which was calculated from the ellipse detection signal of the position determination device.
  • the objects 01 and 02 lie on the ellipse.
  • the positions of the objects 01 and 02 were determined beforehand by means of the temporal flattening method.
  • the positions 01 and 02 shown are ambiguous due to the peculiar
  • Each receiver-and-transmitter unit RuT1 to RuT12 comprises a transmitting device SE1, SE2 and a receiving device EE1, EE2, which are arranged at the same location.
  • the transmitting devices SE1, SE2 and the receiving devices EE1, EE2 are shown in FIG.
  • Each receiver-and-transmitter unit RuT1 to RuT12 has a triangular illumination area. Adjacent illumination areas of the receiver and transmitter units RuT1 to RuT12 overlap. In these overlapping regions, the position-determining device according to the invention can act.
  • the position detection device can be used for example as a parking radar.
  • the opening angle of the illumination area is preferably 1 10 °.
  • the areas in which the illumination areas of individual transmitters do not overlap are narrow and preferably have a short length.
  • FIG. 8 shows a first part of a schematic diagram in which method steps or signals and conversions of signals are shown.
  • a first transmission signal SS1 is transmitted from a first transmission device SE1, which is located at location X1
  • a second transmission signal SS2 from a second transmission device SE2, which is located at location X2.
  • the frequencies of the transmission signals SS1 and SS2 are each temporally modulated in time f0 (t) and differ from each other by a difference frequency Af. fO is referred to as the oscillator frequency, while the time dependence (t) describes the modulation of the oscillator frequency.
  • Both transmit signals SS1, SS2 in each case hit one or in particular two objects O1, O2 and are reflected from there.
  • FIG. 8 shows the propagation of the transmission signal SS1 in a solid line and the propagation of the transmission signal SS2 in a dashed line.
  • FIG. 8 shows only one object is shown in FIG. 8, which is designated 01, 02; however, the signal flow scheme shown in FIG. 8 applies individually for each object 01, 02.
  • Shares of both transmit signals SS1 and SS2 are each reflected by each of the existing objects 01, 02 to a first receiving device EE1 and to a second receiving device EE2.
  • the first transmitting device SE1 and the first receiving device EE1 are located at the same first location X1, while the second transmitting device SE2 and the second receiving device EE2 are located at the same second location X2, which is spatially different from the first location.
  • the locations X1 and X2 have a distance D from each other.
  • the transmission device SE1 and the reception device EE1 can use the same antenna and are then referred to as a receiver-and-transmitter unit RuT1.
  • the transmitting device SE2 and the receiving device EE2 can use the same antenna and are then referred to as receiver-and-transmitter unit RuT2.
  • a term L is shown as a dot-dashed arrow. This transit time L denotes all transit times of signals which run from one of the transmitting devices SE1, SE2 to one of the receiving devices EE1, EE2, independently of their path and independently of the symbolically represented curve in FIG. 8.
  • the first transmission signal and the second transmission signal are received by one or two different objects 01, 02.
  • the first receiving device EE1 generates a first received signal ES1 and the second receiving device generates a second received signal ES2.
  • the first received signal ES1 is mixed in a first received signal mixing device EM1 with the oscillator frequency f0 (t) of the first transmission signal SS1. This results in the first intermediate signal ZS1.
  • the second received signal ES2 is mixed in a second received signal mixing device EM2 with the oscillator frequency fO (t) + Af of the second transmission signal SS2. This results in the second intermediate signal ZS2.
  • FIG. 9 shows a second part of the schematic diagram in FIG. 8.
  • FIG. 9 shows process steps for processing the first and the second intermediate signal ZS1, ZS2.
  • the first intermediate signal ZS1 is low-pass filtered in a first intermediate signal low-pass filter device TPF1, resulting in a first subtractive intermediate signal mixing term SMT1.
  • the second intermediate signal ZS2 is low-pass filtered in a second intermediate signal low-pass filter device TPF2, resulting in a second subtractive intermediate signal mixing term SMT2.
  • the subtractive intermediate signal mixing terms SMT1, SMT2 each comprise a portion of the respective associated intermediate signal ZS1, ZS2 whose frequency results from a subtraction of the received frequencies and the oscillator frequency, so that the subtractive intermediate signal mixing terms SMT1, SMT2 the respective modulation frequencies of the transmission signals SS1, SS2 of Figure 8 included.
  • Each receiving device EE1 or EE2 receives two different transmission signals SS1 and SS2 from two transmitting devices SE1 and SE2, which are located at different locations. Therefore, in each of the subtractive intermediate signal mixing terms SMT1 and SMT2 there is a respective portion which originates from the transmitting device SE1 or SE2, which is located at the same location as the considered receiving device SE1 or SE2. This proportion is called first or second direct share DA1 or DA2.
  • the subtractive intermediate signal mixing terms SMT1 and SMT2 each comprise a further component, which originates from a transmitting device SE1 or SE2, which is not located at the location of the receiving device EE1 or EE2.
  • first or second cross component KA1 or KA2 This component is called first or second cross component KA1 or KA2, the numbering being based on the corresponding receiving device EE1 or EE2.
  • first intermediate signal separating device ZTE1 the first direct component DA1 can be separated from the first cross component KA1.
  • second intermediate signal separating device ZTE2 the second direct component DA2 can be separated from the second cross component KA2.
  • the objects O1 and O2 appear in each case as pulses in the received signals ES1 and ES2, the intermediate signals ZS1 and ZS2, the subtractive intermediate signal mixing terms SMT1 and SMT2 and the direct shares DA1 and DA2 and the cross shares KA1 and KA2.
  • the temporal position of the pulses contains the information about the distances of the objects 01 and 02 from the first and the second location. Therefore, it is possible to perform a trilateration T with the first and second direct components DA1 and DA2. Since this can lead to ambiguity when measuring two objects, the first and second cross parts KA1 and KA2 can be used to resolve such ambiguities.
  • the signal propagation times which represent the pulses in the cross parts KA1 and KA2, correspond to the distance of the transmitting transmitting device SE1 or SE2 to the object 01, 02, which generates the pulse, and from there to the receiving device EE2 or EE1, which adjoin another location than the transmitting device SE1 or SE2.
  • an ellipse can be defined on which the relevant object 01, 02, which generated the pulse, is located.
  • the first cross part KA1 and the second cross part KA2 are fed into a cross-share mixing device KME.
  • the original modulation of the oscillator signal in the transmission signals SS1 and SS2 is eliminated.
  • the information for determining the ellipse is present in a high-frequency portion of the ellipse detection signal EES, which results when mixing the first and second cross portion KA1 and KA2 as a proportion in which the frequencies of the first and second cross portion KA1 and KA2 are added.
  • the ellipse determination signal EES is fed to an ellipse detection signal high-pass filter device HPF.

Landscapes

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Abstract

Positionsermittlungseinrichtung (1) zur Ermittlung einer Position eines Objekts (O1, O2) in Bezug auf die Positionsmesseinrichtung (1), wobei die Positionsermittlungseinrichtung (1) umfasst: eine Sendeeinrichtung (SE1) an einem ersten Ort (X1), eine Empfangseinrichtung (EE2) an einem zweiten Ort (X2), wobei die Empfangseinrichtung (EE2) eingerichtet ist für den Empfang von einem Sendesignal (SS1) von der ersten Sendeeinrichtung (SE1) und für die Ermittlung einer Laufzeit (L) des Sendesignals (SS1) von der Sendeeinrichtung (SE1) zu dem Objekt (O1, O2) und von dem Objekt (O1, O2) zu der Empfangseinrichtung (EE2), wobei der erste Ort (X1) und der zweite Ort (X2) voneinander eine Distanz (D) haben und die Positionsermittlungseinrichtung (1) dazu eingerichtet ist, aus der Laufzeit (L) eine Ellipse (E) zu ermitteln, auf der das Objekt (O1, O2) liegt, und die den ersten Ort (X1) und den zweiten Ort (X2) als Brennpunkte hat.

Description

Positionsermittlungseinrichtung
[0001 ] Diese Erfindung betrifft eine Positionsermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Position eines Objekts in Bezug auf die Positionsmesseinrichtung, wobei die Positionsermittlungseinrichtung eine Sendeeinrichtung an einem ersten Ort und eine Empfangseinrichtung an einem zweiten Ort umfasst. Die Empfangseinrichtung ist für den Empfang von einem Sendesignal von der ersten Sendeeinrichtung und für die Ermittlung einer Laufzeit des Sendesignals von der Sendeeinrichtung zu dem Objekt und von dem Objekt zu der Empfangseinrichtung eingerichtet. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Positionsermittlung eines Objekts.
[0002] Im Stand der Technik ist es seit langem bekannt, ein Objekt mittels einer Radarabstandsmesseinnchtung zu erfassen und den Abstand zwischen dem Objekt und der Radarabstandsmesseinnchtung aus der Laufzeit eines Signals von der Radarabstandsmesseinnchtung zu dem Objekt und zurück zu der Radarabstandsmesseinnchtung zu bestimmen. Dies ist mit einer einzigen Antenne möglich, welche zum Senden und zum Empfangen verwendet wird. Ein Abstand kann außerdem ermittelt werden, indem ein Dauerstrichsignal mit einer Frequenzmodulation gesendet und empfangen wird.
[0003] Eine Geschwindigkeit eines Objekts kann aus Zeitreihenmessungen und/oder durch den Doppler-Effekt gemessen werden. Es ist möglich, verschiedene Objekte durch ihre unterschiedlichen Geschwindigkeiten voneinander zu unterscheiden, sofern sie in Bezug auf die Radarabstandsmesseinnchtung nicht gleich schnell sind. Figur 1 A zeigt schematisch diesen Stand der Technik.
[0004] Von einem Receiver und Transmitter RuT werden Radarpulse zu den Objekten O1 und O2 ausgesendet, welche als schwarz ausgefüllte Kreise dargestellt sind, wobei das Objekt O2 zusätzlich mit einem schwarzen Kreis um die Peripherie dargestellt ist.
[0005] Unter einem Impuls wird in dieser Patentanmeldung eine Signaländerung im Signalverlauf verstanden, z.B. ein Peak, ein Rechteck- oder Dreieckverlauf o- der eine Sinus-Halbwelle oder eine Annäherung daran oder eine anders geformte ansteigende und abfallende bzw. abfallende und ansteigende Amplitudenänderung im Signalverlauf. Ein Puls kann einen, aber auch mehrere zusammenhän- gende Signalausschläge umfassen. Im Vergleich zur Zeitdauer des Gesamtsignals ist die Zeitdauer des Pulses kurz.
[0006] Die Objekte 01 und 02 haben die Abstände R1 und R2 von dem Receiver und Transmitter RuT. Der Receiver und Transmitter RuT wird von einer elektronischen Steuereinheit ECU aus gesteuert, die auch die Empfangssignale aufnimmt.
[0007] Figur 1 B zeigt in einem Diagramm von Amplitudenwerte A über der Laufzeit die Signale, die nach dem Aussenden eines Pulses von derselben Antenne wieder empfangen werden und die Informationen über den Abstand R der Objekte 01 und 02 von dem Receiver und Transmitter RuT enthalten. Verschiedene Abstände von Objekten können verschiedenen empfangenen Pulsen zugeordnet werden.
[0008] In vielen Fällen ist es wünschenswert, auch die Winkellage eines Objekts in Bezug auf die Radarabstandsmesseinrichtung zu kennen. Mit der in Figur 1 A dargestellten Variante ist dies beispielsweise durch Drehung der Antenne möglich. Im Stand der Technik ist das Monopuls-Verfahren bekannt (auch Angle-of-Arrival- oder Direction-of-Arrival-Verfahren genannt, bei dem zur Erfassung der Winkellage eines Objekts zwei Antennen mit konstantem und überlagertem Abstrahl- und Empfangsbereich verwendet werden, die zueinander eine Distanz D haben. Üblicherweise beträgt diese Distanz D eine halbe Wellenlänge, d.h., bei 24 GHz etwa 6,25 mm.
[0009] Beide Antennen senden mit derselben Frequenz. Die Empfangssignale beide Antennen werden mit dem Sendesignal kohärent heruntergemischt. So lassen sich die Phasenlaufzeiten beider empfangener Signale messen, woraus die Einfallsrichtung der reflektierten Welle bestimmbar ist. Diese ist in der Phasendifferenz ΔΦ zwischen den Pulsen desselben Objekts, die jeweils von einer Antenne empfangen wurden, enthalten. Der Einfallwinkel α lässt sich wie folgt berechnen:
ΔΦ■ cQ
sin a = —
ω■ a
wobei c0 die Lichtgeschwindigkeit und ω die Winkelgeschwindigkeit der Sendefrequenz ist.
[0010] In Figur 2A ist der Aufbau eines solchen Systems dargestellt. Es bestehen im Aufbau nur geringe Unterschiede zu der in Figur 1 A gezeigten Variante. Glei- che Merkmale sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Wie schon erwähnt, umfasst der Receiver und Transmitter RuT zwei Antennen TX1 und TX2. Figur 2B zeigt zwei Diagramme mit Signalen, welche an der Antenne TX1 bzw. TX2 empfangen werden. Es ist jeweils die Amplitude A des zurückgeworfenen Signals über dem Abstand R dargestellt.
[001 1 ] Wenn mit einem solchen System mehrere Objekte verfolgt werden sollen, müssen die Objekte zur Anwendung dieses Verfahrens voneinander getrennt werden, damit die Phasenverschiebung zwischen reflektierten Signalen von demselben Objekt ermittelt werden kann. Es gibt jedoch Situationen, in denen die Objekte mit diesem Verfahren nicht eindeutig voneinander trennbar sind. Liegen zum Beispiel bei der Messung einer statischen Szene mehrere Objekte in derselben Entfernung, so ist eine Richtung nicht ermittelbar, weil die Pulse einander beim Empfang überlagern. Daher ist eine Ermittlung der Winkellage von mehreren Objekten mit dem Monopulsverfahren nicht in jeder Situation möglich. Um eine sichere Auflösung in Winkelrichtung zu erreichen, sind strahlschwenkende Verfahren oder auch digitale Strahlformverfahren mit einer Vielzahl von Antennen möglich.
[0012] Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung von Abstand und Winkel bietet das Trilaterationsverfahren. Dabei werden zwei Antennen verwendet, welche von jeweils einem eigenen Oszillator gespeist werden. Vorzugsweise arbeitet ein solcher Oszillator mit einer sehr stabilen Frequenz. Die Oszillatoren sind zueinander nicht synchronisiert. Sie können auf verschiedenen Frequenzen laufen, um sich gegenseitig nicht zu stören. Im Vergleich zum Monopulsverfahren haben die Antennen vorzugsweise eine größere Distanz D voneinander. Auf diese Weise ist ein geringerer Fehler bei der Winkelberechnung möglich.
[0013] In der Figur 3A ist der Aufbau einer Messeinrichtung gezeigt, die das Trilaterationsverfahren verwendet. Gleiche Merkmale haben dieselben Ziffern und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Zwischen einer zentralen Abstrahlrichtung der Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT1 und der Winkelrichtung zu dem Objekt O1 liegt der Winkel a, während zwischen einer zentralen Abstrahlrichtung der Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT1 und der Winkelrichtung zu dem Objekt O1 der Winkel ß liegt. Aufgrund der unterschiedlichen Winkel α und ß ergeben sich zwischen den Receiver-und-Transmitter-Einheiten RuT1 und RuT2 und dem Objekt O1 unterschiedliche Abstände R1 und R2 und damit auch unter- schiedliche Laufzeiten der reflektierten Pulse in den Empfangssignalen. Die Re- ceiver-und-Transmitter-Einheiten RuT1 und RuT2 befinden sich an den Orten X1 bzw. X2 und haben voneinander die Distanz D. Die Empfangssignale der Recei- ver-und-Transmitter-Einheiten RuT1 und RuT2 sind in der Figur 3B dargestellt.
[0014] Der Winkel α lässt sich aus dem Dreieck aus R1 , R2 und D wie folgt berechnen: d Rl R22
sin a = 1
2 - R1 2 - D 2 - D - R1
[0015] Der Winkel ß lässt sich wie folgt berechnen: d R2 Rl2
Sm ^ ~ 2 - R2 + 2~D ~ 2 - O - R2
[0016] Auch hier muss vor der Winkelbestimmung eine eindeutige Identifikation des Objekts stattfinden, damit sicher ist, dass die Strecken R1 und R2 zu demselben Objekt gehören. Es gibt jedoch wie bei dem Monopulsverfahren auch bei einem solchen Trilaterationsverfahren Konstellationen, in denen eine eindeutige Zuordnung nicht möglich ist. Eine solche Konstellation ist in Figur 4A gezeigt. Hier hat das Objekt O1 den Abstand R1 ' zu der Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT1 und das Objekt O2 den Abstand R2" zu der Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT2, wobei die Abstände R1 ' und R2" gleich groß sind. Außerdem hat das Objekt O2 den Abstand R1 " zu der Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT1 und das Objekt O2 den Abstand R2' zu der Receiver-und -Transmitter-Einheit RuT2, wobei die Abstände R1 " und R2' ebenfalls gleich groß sind. Innerhalb dieser Situation lassen sich die Objekte O1 und O2 zwar voneinander unterscheiden; jedoch ist ihre Position keineswegs eindeutig, wie ein Vergleich mit der Konstellation zeigt, der in der Figur 5A dargestellt ist. Es liegen in Figur 5A dieselben Abstände R1 ' und R1 " zwischen dem Objekt 01 und der Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT1 sowie dieselben Abstände R2' und R2" zwischen dem Objekt 02 und dem Recei- ver-und-Transmitter-Einheit RuT2 vor wie in Figur 4A. Es lässt sich herleiten, dass bei N eindeutig erkennbaren Objekten N! (Fakultät von N) Möglichkeiten der Zuordnung existieren. Jedoch sind nicht alle denkbaren Positionen von zwei Objekten in Bezug auf eine Messeinrichtung, die mit dem Trilaterationsverfahren arbeitet, mehrdeutig. Beschreibung der Erfindung
[0017] Es wird unabhängig von der unten dargestellten Erfindung als eigenständige Erfindung vorgeschlagen, die Positionen der Objekte zu verfolgen und in einer mehrdeutigen Konstellation aus vorangehenden Positionen abzuleiten, welche von den möglichen Konstellationen die zutreffende ist. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass Objekte sich stets auf einer ununterbrochenen Trajektorie befinden. Die Positionsbestimmung wird dabei bevorzugt so häufig durchgeführt, dass nicht zu erwarten ist, dass innerhalb eines Zeitraums zwischen zwei Positionsbestimmungen mehr als eine mögliche Konstellation durchlaufen wird.
[0018] Alternativ dazu ist der Gegenstand der Erfindung eine Positionsermitt- lungseinrichtung zur Ermittlung einer Position eines Objekts in Bezug auf eine die Positionsmesseinrichtung.
[0019] Insbesondere ist die Positionsermittlungseinrichtung dazu geeignet, ein empfangenes Signal einem bestimmten Objekt zuzuordnen. Dadurch kann bei Vorhandensein mehrerer Objekte die aus mehreren, insbesondere zwei, möglichen Positionskonstellationen für die Objekte, insbesondere für zwei Objekte, die richtige ermittelt werden. Dazu umfasst die Positionsermittlungseinrichtung eine Sendeeinrichtung an einem ersten Ort und eine Empfangseinrichtung an einem zweiten Ort. Die Empfangseinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Sendesignal von der ersten Sendeeinrichtung zu empfangen und eine Laufzeit des Sendesignals von der Sendeeinrichtung zu dem Objekt und von dem Objekt zu der Empfangseinrichtung zu ermitteln. Erfindungsgemäß haben der erste Ort und der zweite Ort voneinander eine Distanz und die Positionsermittlungseinrichtung ist dazu eingerichtet, aus der Laufzeit eine Ellipse zu ermitteln, auf der das Objekt liegt. Wird in drei Dimensionen gemessen, so kann auch ein Ellipsoid ermittelt werden.
[0020] Die Laufzeit kann mit bekannten Verfahren ermittelt werden, zum Beispiel mit Phasenvergleich zwischen Sendesignal und Empfangssignal, Modulation des Sendesignals und Mischen eines Empfangssignals mit einem Signal zum Heruntermischen und Extrahieren der Laufzeitinformation, Interferometrie, Codierung des Sendezeitpunkts im Sendesignal und Vergleich mit dem Empfangszeitpunkt und weiteren, in der Längenmesstechnik bekannte Verfahren. Das Verfahren kann beispielsweise optisch, mit Ultraschall oder mit bevorzugt mit elektromagnetischen Funkwellen, insbesondere Radarwellen, durchgeführt werden. [0021 ] Das Positionsermittlungseinrichtung bzw. ein entsprechendes Verfahren liefert eine Position des Objekts. Diese lässt sich aus der gesamten Laufstrecke des Sendesignals von dem Sender zu einem Objekt und von dort zu dem Empfänger, der an einem anderen Ort als der Sender angeordnet ist, ermitteln. Dabei kann auch die Distanz bzw. den Positionen des Senders und des Empfängers einbezogen werden. Wenn diese Distanz fix ist, kann die Distanz eingehen, indem sie in einen Algorithmus oder in Hardware realisierte Signalverarbeitungsschritte eingebettet ist, der die Ellipse aus der Laufzeit ermittelt. Eine Position eines Objekts liegt auf einer Ellipse, welche als Brennpunkte den Sender und den Empfänger hat. Wenn die Strecke vom Sender über das Objekt zum Empfänger, der sich an einer anderen Stelle befindet, aus der Laufzeit ermittelt ist, kann die Ellipse ermittelt werden, auf der das Objekt liegen muss.
[0022] Einem Fachmann ist klar, dass nicht explizit in Strecken gerechnet werden muss, sondern auch andere Größen verwendet werden können, die dieselbe Information enthalten. Eine Ellipse kann durch zwei voneinander unabhängige Parameter eindeutig definiert werden, was in der Mathematik Allgemeinwissen ist. Als diese zwei Parameter können beispielsweise die Distanz von Sender und Empfänger zueinander sowie die ermittelte Strecke vom Sender über das Objekt zum Empfänger dienen. Wenn die Distanz von Sender und Empfänger zueinander konstant ist, gibt es nur einen variablen Parameter, welcher die Ellipse eindeutig definiert. Wenn Sender und Empfänger zueinander fixiert sind, reicht es somit aus, die Strecke vom Sender über das Objekt zum Empfänger zu ermitteln, um festzustellen, auf welcher Ellipse sich das Objekt befindet. Beispielsweise können eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung an verschiedenen Stellen an einem Fahrzeug im Betrieb unverschieblich zueinander befestigt sein.
[0023] Die Position des Objekts auf der Ellipse ist kann an Hand der beiden Parameter einer Ellipse nicht eindeutig festgestellt werden, weil die Verbindungsstrecke der Brennpunkte über einen Punkt auf der Ellipsenkurve für alle Punkte auf der Ellipsenkurve gleich lang ist. Dies ist eine allgemein bekannte Eigenschaft einer Ellipse, die in einschlägigen Lehrbüchern der Mathematik zu finden ist. Obwohl die Position des Objekts nicht eindeutig festgestellt werden kann, kann eindeutig festgestellt werden, auf welcher Ellipse es liegt. Es können somit Objekte, für die festgestellt wurde, dass sie auf einer bestimmten Ellipse liegen, von Objek- ten unterschieden werden, die auf einer anderen Ellipse liegen. Auf diese Weise kann zum Beispiel in einem Trilaterationsverfahren in einer Situation mit einer mehrdeutigen Konstellation mehrerer Objekte unterschieden werden, welche Konstellation die reale ist.
[0024] Diese Überlegungen können aus der Ebene einer Ellipse heraus ins Dreidimensionale erweitert werden, wenn nicht eine Ellipse, sondern ein Ellipsoid mit der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung in den Brennpunkten betrachtet wird. An den obigen Überlegungen ändert sich dadurch grundsätzlich nichts. Eine Ebene mit einer Ellipse kann für jedes Objekt durch seine Position auf der Ellipsoidfläche und die beiden Brennpunkte definiert werden.
[0025] Vorzugsweise sind die erste Empfangseinrichtung und die erste Sendeeinrichtung und/oder die zweite Empfangseinrichtung und die zweite Sendeeinrichtung jeweils zu einer Receiver-und-Transmitter-Einheit zusammengefasst, bei der die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung am selben Ort angeordnet sind. Als am selben Ort angeordnet soll auch gelten, wenn die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung separate Antennen verwenden, die in der Nähe voneinander angeordnet sind, zum Beispiel in einer Distanz zueinander von weniger als 25cm, was zum Beispiel für eine Positionsermittlung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs ein geeigneter Wert ist. In einer anderen Variante kann auch eine einzige Antenne einer Receiver-und-Transmitter-Einheit zum Senden und zum Empfangen vorgesehen sein.
[0026] Das Verfahren kann als Radartechnik-Verfahren ausgestaltet sein; es ist jedoch auch möglich, es für analog andere berührungslose Abstandsmessungen wie etwa optische oder akustische Messverfahren zu verwenden. Die Oszillatoren entsprechen dann Lichtquellen. Bevorzugt ist die Sendefrequenz moduliert.
[0027] Die Positionsermittlungseinrichtung kann auch mit mehr als zwei Sendern und mehr als zwei Empfängern betrieben werden. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Sender der Anzahl der Empfänger.
[0028] In einer Ausführungsform umfasst die Positionsermittlungseinrichtung weiter eine erste Sendeeinrichtung an dem ersten Ort und eine erste Empfangseinrichtung an dem ersten Ort. Diese können in einer Receiver-und-Transmitter- Einheit zusammengefasst sein und separate oder eine gemeinsame Antennen verwenden. Die erste Empfangseinrichtung erzeugt ein erstes Empfangssignal aus einem Sendesignal einer zweiten Sendeeinrichtung. Die zweite Sendeeinrichtung ist an einem zweiten Ort angeordnet, an dem auch eine zweite Empfangseinrichtung angeordnet ist. Diese können in einer Receiver-und-Transmitter-Einheit zusammengefasst sein und separate oder eine gemeinsame Antennen verwenden. Die zweite Empfangseinrichtung erzeugt ein zweites Empfangssignal aus einem Sendesignal der ersten Sendeeinrichtung. Ein Ausleuchtungsbereich der ersten Sendeeinrichtung überlappt mit einem Ausleuchtungsbereich der zweiten Sendeeinrichtung, wobei sich bei einer Positionsermittlung ein Objekt im Überlappungsbereich befindet.
[0029] Die erste Sendeeinrichtung sendet mit einer ersten Sendefrequenz und die zweite Sendeeinrichtung sendet mit einer zweiten Sendefrequenz, wobei sich die erste Sendefrequenz von der zweiten Sendefrequenz um eine Differenzfrequenz unterscheidet. Die erste und die zweite Sendefrequenz sind bevorzugt in gleicher Weise frequenzmoduliert, so dass die Differenzfrequenz konstant bleibt. Die Modulationsfrequenz und/oder die Differenzfrequenz liegen bevorzugt im Bereich zwischen 1 kHz und 1 GHz, in dem sie mit herkömmlicher Elektronik verarbeitet werden können, wenn sie zur Ermittlung einer Position von der Sendefrequenz getrennt werden. Die Sendefrequenz ist vorzugsweise höher als 1 GHz. Bevorzugt wird die erste und die zweite Sendefrequenz linear frequenzmoduliert, insbesondere mit sich wiederholenden Rampen. Es kann alternativ oder zusätzlich auch eine Phasenmodulation durchgeführt werden. Die Modulation kann beispielsweise eine harmonische Modulation der ersten und der zweiten Sendefrequenz oder eine Modulation mit einem Digitalsignal sein. Vorzugsweise wird die Differenzfrequenz sehr konstant gehalten, zum Beispiel durch Verwendung einer im Stand der Technik bekannten PLL-Schaltung (Phased Locked Loop). Oszillatoren der ersten und der zweiten Sendeeinrichtung können inkohärent sein. Die Po- sitionsermittlungseinrichtung umfasst weiter eine erste Empfangseinrichtung am Ort der ersten Sendeeinrichtung für den Empfang von Signalen von der zweiten Sendeeinrichtung und zur Erzeugung eines ersten Empfangssignals und eine zweite Empfangseinrichtung am Ort der zweiten Sendeeinrichtung für den Empfang von Signalen von der ersten Sendeeinrichtung und zur Erzeugung eines zweiten Empfangssignals. [0030] Die Frequenzmodulation der ersten und der zweiten Sendefrequenz findet bevorzugt in gleicher weise statt. Dies hat den Vorteil, dass die Laufzeitinformation, die vorzugsweise mit der Frequenzmodulation der Sendefrequenz verbunden ist, in dem ersten und dem zweiten Empfangssignal gleichartig enthalten ist, was Vorteile für die Signalverarbeitung haben kann. Beispielsweise kann ein Mittelwert bestimmt werden, um die Genauigkeit zu erhöhen.
[0031 ] Die Positionsermittlungseinrichtung umfasst weiter eine erste Empfangssignal-Mischeinrichtung zum Mischen des ersten Empfangssignals mit dem ersten Sendesignal zur Erzeugung eines ersten Zwischensignals und eine zweite Empfangssignal-Mischeinrichtung zum Mischen des zweiten Empfangssignals mit dem zweiten Sendesignal zur Erzeugung eines zweiten Zwischensignals. Vorzugsweise ist die erste Empfangssignal-Mischeinrichtung Teil einer Receiver-und- Transmitter-Einheit, welche auch die erste Sendeeinrichtung und die erste Empfangseinrichtung umfasst, insbesondere in demselben Gehäuse. Analog ist bevorzugt die zweite Empfangssignal-Mischeinrichtung Teil einer Receiver-und- Transmitter-Einheit, welche auch die zweite Sendeeinrichtung und die zweite Empfangseinrichtung umfasst, insbesondere in demselben Gehäuse.
[0032] Die Mischung ist eine Mischung zweier Signale, die durch folgendes trigonometrische Theorem beschrieben werden kann: cos(x) · cos y ) = ^ (cos(x - y) + cos(x + y))
[0033] Hier zeigt sich, dass im Ergebnis eine Summe von zwei Cosinusfunktionen vorliegt. In dem zuerst genannten Term ist das Argument der Cosinusfunktion eine Subtraktion der ursprünglichen Argumente x und y. Dieser Term wird als subtrakti- ver Mischterm bezeichnet. Analog wird der andere Term als additiver Mischterm bezeichnet, in dem das Argument der Cosinusfunktion eine Addition der ursprünglichen Argumente x und y ist.
[0034] Das erste Sendesignal kann durch folgende Formulierung beschrieben werden:
SSl = co 2 - - fO{t) - t + l)
[0035] Darin bedeuten SS1 das erste Sendesignal, f0(t) eine zeitlich modulierte Sendefrequenz und Φ1 eine zugehörige erste Phasenverschiebung. [0036] Das zweite Sendesignal kann durch folgende Formulierung beschrieben werden:
SS2 = cos(2 · π■ (f0(t) + Jf) - t + Φ2)
[0037] Darin bedeuten SS2 das zweite Sendesignal, Af die Differenzfrequenz und Φ1 eine zugehörige zweite Phasenverschiebung.
[0038] Das erste Empfangssignal kann durch folgende Formulierung beschrieben werden:
ES\ = k\ \ - co^2 - - fü{t)- {t - T\ \) + Φ\) + k\2 - co^2 - π - {f ü{t) + Af)- {t - T\ \) + Φ2)
[0039] Darin bedeuten ES1 das erste Empfangssignal, k1 1 einen Dämpfungsfaktor durch die Übertragung von der ersten Sendeeinrichtung zu der ersten Empfangseinrichtung, k12 einen Dämpfungsfaktor durch die Übertragung von der zweiten Sendeeinrichtung zu der ersten Empfangseinrichtung, T1 1 eine Laufzeit für die Übertragung von der ersten Sendeeinrichtung über ein Objekt zu der ersten Empfangseinrichtung und T12 eine Laufzeit für die Übertragung von der zweiten Sendeeinrichtung über ein Objekt zu der ersten Empfangseinrichtung. Der erste Term in dem Mischterm beschreibt den Teil des ersten Empfangssignals, der von der ersten Sendeeinrichtung, die an demselben Ort wie die erste Empfangseinrichtung angeordnet ist, empfangen wird, während der zweite Term den Teil des ersten Empfangssignals beschreibt, der von der zweiten Sendeeinrichtung, die an einem anderen Ort als die erste Empfangseinrichtung angeordnet ist, empfangen wird.
[0040] Das zweite Empfangssignal kann durch folgende Formulierung beschrieben werden:
ES2 = £21 · cos(2 · π■ f0{t)■ {t - T21) + ΐ) + k22■ cos(2 · π■ {f0{t) + Af) - (t - T2 l) + Φ2)
[0041 ] Darin bedeuten ES2 das erste Empfangssignal, k21 einen Dämpfungsfaktor durch die Übertragung von der ersten Sendeeinrichtung zu der zweiten Empfangseinrichtung, k22 einen Dämpfungsfaktor durch die Übertragung von der zweiten Sendeeinrichtung zu der zweiten Empfangseinrichtung, T21 eine Laufzeit für die Übertragung von der ersten Sendeeinrichtung zu der zweiten Empfangseinrichtung und T22 eine Laufzeit für die Übertragung von der zweiten Sendeeinrichtung zu der zweiten Empfangseinrichtung. Der erste Term beschreibt den Teil des zweiten Empfangssignals, der von der ersten Sendeeinrichtung, die an demselben Ort wie die erste Empfangseinrichtung angeordnet ist, empfangen wird, während der zweite Term den Teil des ersten Empfangssignals beschreibt, der von der zweiten Sendeeinrichtung, die an einem anderen Ort als die erste Empfangseinrichtung angeordnet ist, empfangen wird.
[0042] Durch die Anwendung der multiplikativen Mischung des ersten Empfangssignals mit dem ersten Sendesignal ergibt sich für den subtraktiven Mischterm des ersten Zwischensignals folgende Formulierung:
ZSlSMT = k^ - cos(2 - ^ - /0(i) - n i) + Ä: - cos(2 - n - (f0(t) + f) - T12 - 2 - n■ Af - t + ΦΙ - Φΐ)
[0043] Darin bedeutet ZS1 SMT den subtraktiven Mischterm des ersten Zwischensignals. Dieser umfasst zwei Terme. Von diesen ist der erste ein quasidynamischer Term, dessen Dynamik ausschließlich von der Modulation der Sendefrequenz abhängt. In diesem Term ist Information über den Abstand des Objekts zu der ersten Sendeeinrichtung enthalten, die am selben Ort wie die erste Empfangseinrichtung angeordnet ist. Dieser Term wird erster Direktanteil genannt. Der zweite Term ist ein dynamischer Term, dessen Dynamik sowohl von der Modulation der Sendefrequenz als auch direkt von der Zeit als Argument der Cosinusfunktion abhängt. In diesem Term ist Information über die Laufzeit von der zweiten Sendeeinrichtung zu dem Objekt und von dort zu der ersten Empfangseinrichtung enthalten. Dieser Term wird erster Kreuzanteil genannt.
[0044] Durch die Anwendung der multiplikativen Mischung des zweiten Empfangssignals mit dem zweiten Sendesignal ergibt sich für den subtraktiven Mischterm des zweiten Zwischensignals folgende Formulierung:
ZS2SMT = *y · cos(2 · π■ fO(t) - T21 + 2■ π■ Af■ t - 1 + Φ2) + fcy · cos(2 · π■ (f0(t) + Af) - T22)
[0045] Darin bedeutet ZS2SMT den subtraktiven Mischterm des zweiten Zwischensignals. Dieser umfasst zwei Terme. Von diesen ist der zweite ein quasistatischer Term, dessen dynamischer Teil ausschließlich von der Modulation der Sendefrequenz abhängt. In diesem Term ist Information über den Abstand des Objekts zu der zweiten Sendeeinrichtung enthalten, die am selben Ort wie die zweite Empfangseinrichtung angeordnet ist. Dieser Term wird zweiter Direktanteil genannt. Der erste Term, der den Empfang von der Sendeeinrichtung an dem an- deren Ort wie Empfangseinrichtung bedeutet, ist ein dynamischer Term, dessen Dynamik sowohl von der Modulation der Sendefrequenz als auch von der Differenzfrequenz abhängt, welche beide zeitabhängige Größen im Argument der Cosinusfunktion sind. In diesem Term ist Information über die Laufzeit von der ersten Sendeeinrichtung zu dem Objekt und von dort zu der zweiten Empfangseinrichtung enthalten. Dieser Term wird zweiter Kreuzanteil genannt.
[0046] Der subtraktive Mischterm des ersten Zwischensignals entspricht weitgehend dem subtraktiven Mischterm des zweiten Zwischensignals. Die Differenzfrequenz ist in dem subtraktiven Mischterm beider Zwischensignale jeweils in dem dynamischen Term vorhanden. Dies sind der erste und der zweite Kreuzterm. In dem subtraktiven Mischterm des ersten Zwischensignals ist die Differenzfrequenz in dem dynamischen Term zusätzlich als statischer Offset im Argument der Cosinusfunktion vorhanden. In dem subtraktiven Mischterm des zweiten Zwischensignals ist die Differenzfrequenz stattdessen in dem quasistatischen Term zusätzlich als statischer Offset im Argument der Cosinusfunktion vorhanden. Diese beiden Terme sind der erste und der zweite im Direktanteil. Allgemeinen entsprechen einander die Laufzeiten T12 und T21 sowie die Dämpfungskoeffizienten k12 und k21 , da es diesbezüglich im Allgemeinen nicht darauf ankommt, in welche Richtung der Signal läuft.
[0047] Weiter umfasst die Positionsermittlungseinrichtung in dieser Ausführungsform eine Zwischensignal-Mischeinrichtung zum Mischen des ersten Zwischensignals mit dem zweiten Zwischensignal zur Erzeugung eines Ellipsenermittlungssignals. Vorzugsweise ist die Zwischensignal-Mischeinrichtung eine zentrale Einheit, die wenigstens zwei, vorzugsweise auch mehr Zwischensignale untereinander mischen kann. In einer Variante kann sie außerhalb der Receiver-und-Transmitter- Einheiten angeordnet sein, wobei Zwischensignal-Verbindungen zu den beteiligten Receiver-und-Transmitter-Einheiten bestehen. Im Vergleich zu der Vielzahl von möglicherweise erforderlichen Zwischensignal-Verbindungen zwischen Receiver- und-Transmitter-Einheiten kann diese Lösung Vorteile im Aufbau haben. In einer anderen Variante ist es auch denkbar, dass eine Zwischensignal-Mischeinrichtung in einer Receiver-und-Transmitter-Einheit oder mehrere Zwischensignal- Mischeinrichtungen in mehreren Receiver-und-Transmitter-Einheiten angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Einheit vermieden. Zwischensignal- Verbindungen von Receiver-und-Transmitter-Einheiten untereinander sind dann erforderlich.
[0048] Vorzugweise werden nicht das ganze erste Zwischensignal und das ganze zweite Zwischensignal miteinander gemischt, sondern nur die jeweiligen Kreuzanteile der subtraktiven Zwischensignal-Mischterme. Diese können zuvor aus den Zwischensignalen extrahiert werden. Dazu kann zum Beispiel ein bestimmter Frequenzbereich aus dem Zwischensignal verwendet werden.
[0049] Das Ellipsenermittlungssignal kann als folgender additiver Term dargestellt werden:
EES = -— cos(2 · π■ (fO(t) + Af)■ Tl 2 + 2■ π■ fO(t)■ T21)
8
[0050] Das Ellipsenermittlungssignal wird mit EES bezeichnet. Wenn das Ellipsenermittlungssignal ausschließlich aus den Kreuztermen erzeugt wird, ist dies der einzige Term des Ellipsenermittlungssignals. In dem Ellipsenermittlungssignal ist die Information über die Laufzeit von einer Sendeeinrichtung an einem Ort zu dem Objekt und von dort zu einer Empfangseinrichtung an einem anderen Ort in beide Richtungen enthalten. Das Ellipsenermittlungssignal umfasst drei Terme im Argument der Cosinusfunktion. Eines davon, welches die Differenzfrequenz umfasst, bildet einen Phasenterm. Die beiden anderen Terme sind von der Modulation der Sendefrequenz abhängig.
[0051 ] Unter der Annahme, dass die Laufzeiten T12 und T21 , also die Laufzeiten in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, gleich groß sind und als T bezeichnet werden, kann die Formulierung des Ellipsenermittlungssignals vereinfacht werden:
EES = kU ' k21 - cos(2 - 2 - n - fO(t) - T + 2 - n - Af - T)
8
[0052] Die Laufzeit steckt sowohl im Phasenterm als auch im dynamischen Term des Arguments der Cosinusfunktion. Bevorzugt wird die Frequenz des dynamischen Teils ausgewertet, da diese vorteilhaft eine gute Genauigkeit ermöglicht und gut auszuwerten ist.
[0053] Da das Ellipsenermittlungssignal die Summe der Abstände von der Sendeeinrichtung zu dem Objekt und von dem Objekt zu der Empfangseinrichtung, die an einem anderen Ort als die Sendeeinrichtung angeordnet ist, repräsentiert, und die Distanz zwischen der Sendeeinrichtungen der Empfangseinrichtung bekannt und vorzugsweise fest ist, kann ein Wert des Ellipsenermittlungssignals eindeutig einer bestimmten Ellipse zugeordnet werden.
[0054] In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Positionsermittlungsein- richtung eine Signaltrenneinrichtung zum Trennen oder Filtern eines Anteils eines Signals in der Positionsermittlungseinrichtung, um einen erwünschten Anteil des Signals weiterzuverarbeiten. Grundsätzlich ist es möglich, Teile des Spektrums von Signalen auszufiltern, um erwünschte Signalteile zurückzubehalten und weiterzuverarbeiten, oder ein Signal aufzuteilen, um die dabei erhaltenen verschiedenen Teile verschieden weiterzuarbeiten. Die verschiedenen Anteile eines Signals unterscheiden sich dabei insbesondere in ihrer Frequenz oder ihrem Informationsinhalt. Dies kann auch hier angewendet werden.
[0055] Insbesondere kann die Positionsermittlungseinrichtung eine erste Tiefpassfiltereinrichtung zur Tiefpassfilterung des ersten Zwischensignals umfassen, um den subtraktiven Mischterm des ersten Zwischensignals zu erhalten. Analog kann die Positionsermittlungseinrichtung eine zweite Tiefpassfiltereinrichtung zur Tiefpassfilterung des zweiten Zwischensignals umfassen, um den subtraktiven Mischterm des zweiten Zwischensignals zu erhalten. Auf diese Weise werden die hochfrequenten Anteile des Sendesignals, die darin enthalten sind, ausgeblendet. Als Filter kann auch ein passives Bauteil verwendet werden, beispielsweise eine Leitung oder einen RC-Glied, welches von dem hochfrequenten additiven Mischterm des ersten bzw. zweiten Zwischensignals nicht passiert werden kann. Dann kann eine geringere Bandbreite bei der Weiterverarbeitung verwendet werden. Außerdem enthält der weiterverarbeitete subtraktive Mischterm die gesuchten Informationen in geeigneter Form.
[0056] Weiter kann die Positionsermittlungseinrichtung eine Signaltrenneinrichtung für den subtraktiven Mischterm des ersten und/oder des zweiten Zwischensignals umfassen. Die Signaltrenneinrichtung kann den subtraktiven Mischterm des ersten und/oder des zweiten Zwischensignals in einen Direktanteil, in dem die Information über die Laufzeit eines Sendesignals von einem Ort zu einer Reflekti- on an einem Objekt und zurück zu demselben Ort enthalten ist, und einen Kreuzanteil aufteilen, in dem die Information über die Laufzeit eines Sendesignals an einem Ort zu einer Reflektion an einem Objekt und weiter zu einem anderen Ort enthalten ist. Der Direktanteil und der Kreuzanteil unterscheiden sich in ihrer Frequenz und dadurch, dass in dem Kreuzanteil in der Cosinusfunktion die Differenzfrequenz ein Produkt aus der Zeit und der Grenzfrequenz als Argument hat, während der Direktanteil in der Cosinusfunktion als einzigen zeitveränderlichen Anteil die Modulation der Sendefrequenz als Argument hat. Somit kann durch Festlegung der unterschiedlichen Frequenzen der Differenzfrequenz und der Modulation der Sendefrequenz eine Trennung mittels der Signaltrenneinrichtung anhand der Frequenz ermöglicht werden.
[0057] Weiter ist es insbesondere möglich, dass die Positionsermittlungseinrich- tung eine Signaltrenneinrichtung für das Ellipsenermittlungssignal umfasst. Wie oben abgeleitet umfasst das Ellipsenermittlungssignal einen additiven und einen subtraktiven Mischanteil. Vorzugsweise wird der additive Mischanteil weiterverarbeitet, um die Laufzeit zu ermitteln. Dazu kann der additive Mischanteil mittels einer als Signaltrenneinrichtung fungierenden Hochpassfiltereinrichtung aus dem Ellipsenermittlungssignal extrahiert werden, indem das Ellipsenermittlungssignal hochpassgefiltert wird.
[0058] Alternativ kann statt einer Auftrennung der Signale in einen Direkt- und Kreuzanteil auch das gesamte Zwischensignal verarbeitet werden. Durch Digitalisierung und anschließender (inverser) Fourriertransformation erhält man sowohl den Direktanteil und den Kreuzanteil im Frequenzbereich. Der transformierte Kreuzanteil resultiert in Pulsen, die um die Differenzfrequenz Delta f im Frequenzbereich verschoben sind. Man muss daher generell Sorge tragen, dass die höchsten Frequenzen, die im Eigenanteil resultieren viel kleiner sind als die Differenzfrequenz, so dass im Frequenzbereich beide Anteile sauber getrennt werden können. Aufgrund des größeren Frequenzbereiches des Direkt- und Kreuzanteils muss eine höhere Abtastungsfrequenz eingehalten werden, als wenn der Direktanteil alleinig zur Positionsbestimmung verwendet wird.
[0059] Vorzugsweise weist die Positionsermittlungseinrichtung eine Ellipsenermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Ellipse auf, wobei die Ellipse mittels der Ellipsenermittlungseinrichtung aus der Frequenz eines additiven Mischanteils des Ellipsenermittlungssignals ermittelbar ist. Die Information über die Ellipse ist in diesem Anteil vorhanden. [0060] Die Positionsermittlungseinrichtung kann eine Thlaterationseinrichtung aufweisen bzw. eine Trilateration durchführen. Die Positionsermittlungseinrichtung kann dann an der ersten Empfangseinrichtung ein erstes Trilaterations- Empfangssignal von der ersten Sendeeinrichtung und an der zweiten Empfangseinrichtung ein zweites Trilaterations-Empfangssignal von der zweiten Sendeeinrichtung empfangen, um mittels der Thlaterationseinrichtung eine Position eines Objekts in Bezug auf den ersten Ort und/oder den zweiten Ort zu ermitteln. Diese Position kann aus insgesamt vier Abstandsinformationen der beiden Objekte zu den beiden beieinander angeordneten Sende- und Empfangsstationen ermittelt werden. Die Thlaterationseinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet ist, die Trilateration mittels eines ersten Direktanteils und eines zweiten Direktanteils durchzuführen. Der erste Direktanteil wird aus dem ersten subtraktiven Zwischen- signal-Mischterm und/oder der zweite Direktanteil aus dem zweiten subtraktiven Zwischensignal-Mischterm entnommen. Wenn die Trilateration Pulse in den empfangenen Signalen bestimmten Objekten nicht zuordnen kann, kann sich eine uneindeutige Konstellation ergeben.
[0061 ] In einer weiteren Ausführungsform kann eine Position eines Objekts, die insbesondere mittels des Trilaterationsverfahrens ermittelt ist, auf Plausibilität überprüft werden. Dazu kann die Positionsermittlungseinrichtung feststellen, ob die Position desselben Objekts auf einer Ellipse liegt, die durch die Positionser- mittlungseinrichtung für dieses Objekt ermittelt ist.
[0062] Das Ellipsenermittlungssignal enthält in seinem zeitlichen Verlauf für jedes Objekt, das von der Positionsermittlungseinrichtung erfasst wird, einen Puls. Die Zeitdauer vom Aussenden eines Pulses von dem Sender bis zu dem Puls in dem Ellipsenermittlungssignal repräsentiert die Strecke von dem Sender des Pulses an einem der Orte über das Objekt zu dem Empfänger des Pulses in dem Ellipsenermittlungssignal, der sich an dem anderen Ort befindet. Aus dieser Strecke kann unter Berücksichtigung des Abstandes des Senders von dem Empfänger die Ellipse ermittelt werden. Das erfasste Objekt liegt auf der Ellipse. Wenn zwei Objekte erfasst werden, entstehen in dem Ellipsenermittlungssignal zwei Pulse, wenn die zwei Objekte auf verschiedenen Ellipsen liegen. Wenn die zwei Objekte auf einer Ellipse liegen, entsteht ein überlagerter Puls. Es können Konstellationen der Positionsinformationen der zwei Objekte vorkommen, die auf Basis der Erfassung der Objekte durch die Empfänger am selben Ort wie der jeweilige Sender zweideutig sind. Dann liefern die Messungen der beiden Empfänger zeitlich gleich liegende Pulse und es ist nicht klar, welcher Puls zu welchem Objekt gehört. Dann können den Objekten mittels der Information, ob die Objekte auf einer oder zwei Ellipsen liegen, eindeutige Positionen zugeordnet werden.
[0063] Entsprechend umfasst die Positionsermittlungseinnchtung in einer weiteren Ausführungsform eine Plausibilitätseinrichtung, mittels welcher feststellbar ist, ob eine mit dem Trilaterationsverfahren bestimmte Position eines Objekts auf einer Ellipse liegt, welche aus dem Ellipsenermittlungssignal abgeleitet ist. Wenn dies der Fall ist, legt die Positionsermittlungseinnchtung fest, dass zwei Objekte in einer mehrdeutigen Konstellation auf der Ellipse liegen. Wird festgestellt, dass ein Objekt nicht auf der Ellipse liegt, so kann die Positionsermittlungseinnchtung festlegen, dass zwei Objekte in einer mehrdeutigen Konstellation auf einer kleinen Halbachse der Ellipse oder einer Verlängerung davon liegen.
[0064] Das vorgeschlagene Verfahren kann, wenn mehr als zwei Objekte vorhanden sind, mehrfach mit Kombinationen von zwei Objekten durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Verfahren nur dann durchgeführt, wenn ein vorgeschaltetes Trilaterationsverfahren feststellt, dass eine mehrdeutige Konfiguration vorliegt.
[0065] Das Verfahren zur Ermittlung einer Ellipse, auf der ein Objekt liegt, kann auch durchgeführt werden, um die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu erhöhen. Dazu kann die Lage der Ellipse in die Berechnung der Position eines Objektes einbezogen werden. Insbesondere kann der Positionsfehler verringert werden, indem aus Positionen, die mittels Trilateration und Ellipsenermittlung ermittelt worden sind, eine optimierte Position errechnet wird. Beispielsweise kann ein Mittelwert gebildet werden und/oder die Methode des kleinsten Fehlerquadrats angewendet werden.
[0066] Vorzugsweise sind ein Sender und ein Empfänger zu einer Einheit verbunden. Mit wenigstens zwei solchen Einheiten kann die erfindungsgemäße Positionsermittlungseinnchtung aufgebaut werden.
[0067] Es wird in einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, welches mittels der Positionsermittlungseinnchtung ausgeführt werden kann. Es umfasst die oben genannten Merkmale der Positionsermittlungseinrichtung als Verfahrensschritte.
Beschreibung der Figuren
[0068] In den Figuren im Anhang sind, nur als Beispiel, Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, in denen:
Figur 1A schematisch eine Radarabstandsmesseinrichtung bei der Messung von zwei Objekten zeigt, die mit einer einzigen Antenne und Frequenzmodulation arbeitet,
Figur 1 B ein Diagramm zeigt, in dem die Amplitude von zwei Pulsen, die von den Objekten empfangen wurden, über dem Abstand der Objekte von der Radarabstandsmesseinrichtung dargestellt sind,
Figur 2A schematisch eine Radarabstandsmesseinrichtung mit zwei Antennen bei der Messung von zwei Objekten zeigt, die nach dem Monopuls- verfahren arbeitet,
Figur 2B zwei Diagramme zeigt, die jeweils zu einem der Empfänger gehören und in denen die Amplituden von je zwei Pulsen, die von den beiden Objekten empfangen wurden, über dem Abstand der Objekte von der Radarabstandsmesseinrichtung dargestellt sind,
Figur 3A schematisch eine Radarabstandsmesseinrichtung mit zwei voneinander getrennten Antennen bei der Messung von einem Objekt zeigt, die nach dem Trilaterationsverfahren arbeitet,
Figur 3B zwei Diagramme zeigt, die jeweils zu einem der Empfänger gehören und in denen die Amplitude von je einem Puls, der von dem Objekt empfangen wurde, über dem Abstand des Objekts von der Radarabstandsmesseinrichtung dargestellt ist,
Figur 4A schematisch die Radarabstandsmesseinrichtung aus Figur 3 bei der
Messung von zwei Objekten zeigt, die sich in einer mehrdeutigen Konstellation befinden,
Figur 4B zwei Diagramme zeigt, die jeweils zu einem der Empfänger gehören und in denen die Amplituden von je zwei Pulsen, die von den beiden Objekten empfangen wurden, über dem Abstand der Objekte von der Radarabstandsmesseinrichtung dargestellt sind,
Figur 5A schematisch die Radarabstandsmesseinrichtung aus Figur 3 bei der
Messung von zwei Objekten zeigt, die sich in einer anderen mehrdeutigen Konstellation befinden,
Figur 5B zwei Diagramme zeigt, die jeweils zu einem der Empfänger gehören und in denen die Amplituden von je zwei Pulsen, die von den beiden Objekten empfangen wurden, über dem Abstand der Objekte von der Radarabstandsmesseinrichtung dargestellt sind,
Figur 6 schematisch eine Ellipse, die mittels der Erfindung ermittelt wurde und auf der zwei Objekte liegen, sowie zwei weitere Positionen einer mehrdeutigen Konstellation von zwei Objekten zeigt,
Figur 7 eine Anordnung von sechs Positionsermittlungseinrichtungen nach der Erfindung und deren Ausleuchtungsbereiche an einem Fahrzeug zeigt, und
Figur 8 einen ersten Teil eines schematisches Diagramms zeigt, in welchem
Verfahrensschritte bzw. Signale und Umwandlungen von Signalen dargestellt sind und
Figur 9 einen zweiten Teil des schematischen Diagramms zeigt, in welchem
Verfahrensschritte bzw. Signale und Umwandlungen von Signalen dargestellt sind.
Beschreibung bevorzugter Ausgestaltungen
[0069] Figur 6 zeigt eine Ellipse E, die aus dem Ellipsenermittlungssignal der Po- sitionsermittlungs-einrichtung berechnet wurde. Auf der Ellipse liegen die Objekte 01 und 02. Die Positionen der Objekte 01 und 02 wurden zuvor mittels des Tnlaterationsverfahrens ermittelt. Die gezeigten Positionen 01 und 02 sind aufgrund der Besonderheiten des Tnlaterationsverfahrens mehrdeutig und könnten auch die Positionen der virtuellen Objekte 01 ' und 02' sein. Die virtuellen Objekte 01 ' und 02' liegen jedoch nicht auf der Ellipse E. Daher kann mittels der erfindungsgemäßen Positionsermittlungseinrichtung ausgeschlossen werden, dass die Positionen der virtuellen Objekte 01 ' und 02' real sind. [0070] Figur 7 zeigt ein Personenkraftfahrzeug in Draufsicht, an dessen Umfang zwölf Receiver-und-Transmitter-Einheiten RuT1 bis RuT12 angeordnet sind. Jede Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT1 bis RuT12 umfasst eine Sendeeinrichtung SE1 , SE2 und eine Empfangseinrichtung EE1 , EE2, die am selben Ort angeordnet sind. Die Sendeeinrichtungen SE1 , SE2 und die Empfangseinrichtungen EE1 , EE2 sind in der Figur 8 dargestellt. Zu jeder Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT1 bis RuT12 gehört ein dreieckig dargestellter Ausleuchtungsbereich. Benachbarte Ausleuchtungsbereiche der Receiver-und-Transmitter-Einheiten RuT1 bis RuT12 überlappen sich. In diesen überlappenden Bereichen kann die Positi- onsermittlungseinrichtung nach der Erfindung wirken.
[0071 ] Die Positionsermittlungseinrichtung kann zum Beispiel als Park-Radar eingesetzt werden. Der Öffnungswinkel des Ausleuchtungsbereichs beträgt vorzugsweise 1 10°. Vorzugsweise sind die Bereiche, in denen sich die Ausleuchtungsbereiche von einzelnen Sendern nicht überlappen, schmal ausgestaltet und haben vorzugsweise eine geringe Länge. Dann lässt sich auch hier mittels des Trilaterationsverfahrens und ohne die Positionsermittlungseinrichtung die Position mit guter Sicherheit bestimmen. Bei einer Bewegung des Fahrzeugs kann die Position eines Objekts verfolgt werden, was gesetzlich zu der Bestimmung der Position mittels der Positionsermittlungseinrichtung durchgeführt werden kann. Denkbar ist auch, aus einem fahrenden Fahrzeug heraus in Bereichen, in denen die Positionsermittlungseinrichtung nicht wirken kann, das im Stand der Technik bekannte Synthetic Aperture Radar (SAR)-Verfahren anzuwenden.
[0072] Figur 8 zeigt einen ersten Teil eines schematischen Diagramms, in welchem Verfahrensschritte bzw. Signale und Umwandlungen von Signalen dargestellt sind. Im Einzelnen wird ein erstes Sendesignal SS1 von einer ersten Sendeeinrichtung SE1 , die sich am Ort X1 befindet, und ein zweites Sendesignal SS2 von einer zweiten Sendeeinrichtung SE2, die sich am Ort X2 befindet, gesendet. Die Frequenzen der Sendesignale SS1 und SS2 sind jeweils gleichartig zeitlich moduliert f0(t) und unterscheiden sich voneinander durch eine Differenzfrequenz Af. fO wird dabei als Oszillatorfrequenz bezeichnet, während die Zeitabhängigkeit (t) die Modulation der Oszillatorfrequenz beschreibt. Beide Sendesignale SS1 , SS2 treffen jeweils auf ein oder insbesondere zwei Objekte O1 , O2 und werden von dort reflektiert. [0073] In der Figur 8 sind die Ausbreitung des Sendesignals SS1 mit einer durchgezogenen Linie und die Ausbreitung des Sendesignals SS2 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Der Einfachheit halber ist in der Figur 8 nur ein Objekt dargestellt, das mit 01 , 02 bezeichnet ist; jedoch gilt das in der Figur 8 dargestellte Signallaufschema für jedes Objekt 01 , 02 einzeln. Anteile von beiden Sendesignalen SS1 und SS2 werden jeweils von jedem vorhandenen der Objekte 01 , 02 zu einer ersten Empfangseinrichtung EE1 sowie zu einer zweiten Empfangseinrichtung EE2 reflektiert. Die erste Sendeeinrichtung SE1 Und die erste Empfangseinrichtung EE1 befinden sich an demselben ersten Ort X1 , während sich die zweite Sendeeinrichtung SE2 und die zweite Empfangseinrichtung EE2 an demselben zweiten Ort X2 befinden, der räumlich von dem ersten Ort verschieden ist. Die Orte X1 und X2 haben voneinander eine Distanz D. Die Sendeeinrichtung SE1 und die Empfangseinrichtung EE1 können dieselbe Antenne verwenden und werden dann als Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT1 bezeichnet. Ebenso können die Sendeeinrichtung SE2 und die Empfangseinrichtung EE2 dieselbe Antenne verwenden und werden dann als Receiver-und-Transmitter-Einheit RuT2 bezeichnet. Symbolisch ist eine Laufzeit L als strichpunktierter Pfeil eingezeichnet. Diese Laufzeit L bezeichnet alle Laufzeiten von Signalen, die von einer der Sendeeinrichtungen SE1 , SE2 zu einer der Empfangseinrichtungen EE1 , EE2 laufen, unabhängig von ihrem Weg und unabhängig vom symbolisch dargestellten Verlauf in der Figur 8.
[0074] An den Empfangseinrichtungen EE1 , EE2 werden somit überlagert das erste Sendesignal und das zweite Sendesignal von einem oder von zwei verschiedenen Objekten 01 , 02 empfangen. Die erste Empfangseinrichtung EE1 erzeugt ein erstes Empfangssignal ES1 und die zweite Empfangseinrichtung erzeugt ein zweites Empfangssignal ES2. Das erste Empfangssignal ES1 wird in einer ersten Empfangssignal-Mischeinrichtung EM1 mit der Oszillatorfrequenz fO(t) des ersten Sendesignals SS1 gemischt. Es ergibt sich das erste Zwischensignal ZS1 . Das zweite Empfangssignal ES2 wird in einer zweiten Empfangssignal- Mischeinrichtung EM2 mit der Oszillatorfrequenz fO(t) + Af des zweiten Sendesignals SS2 gemischt. Es ergibt sich das zweite Zwischensignal ZS2. [0075] Figur 9 zeigt einen zweiten Teil des schematischen Diagramms in Figur 8. In Figur 9 sind Verfahrensschritte zur Verarbeitung des ersten und des zweiten Zwischensignals ZS1 , ZS2 dargestellt.
[0076] Das erste Zwischensignal ZS1 wird in einer ersten Zwischensignal- Tiefpassfiltereinrichtung TPF1 tiefpassgefiltert, wodurch sich ein erster subtraktiver Zwischensignal-Mischterm SMT1 ergibt. Parallel dazu wird das zweite Zwischensignal ZS2 in einer zweiten Zwischensignal-Tiefpassfiltereinrichtung TPF2 tiefpassgefiltert, wodurch sich ein zweiter subtraktiver Zwischensignal-Mischterm SMT2 ergibt. Die subtraktiven Zwischensignal-Mischterme SMT1 , SMT2 umfassen jeweils einen Anteil aus dem jeweils zugehörigen Zwischensignal ZS1 , ZS2, dessen Frequenz sich aus einer Subtraktion der empfangenen Frequenzen und der Oszillatorfrequenz ergibt, so dass die subtraktiven Zwischensignal-Mischterme SMT1 , SMT2 die jeweiligen Modulationsfrequenzen der Sendesignale SS1 , SS2 aus Figur 8 enthalten.
[0077] Jede Empfangseinrichtung EE1 bzw. EE2 empfängt zwei verschiedene Sendesignale SS1 und SS2 von zwei Sendeeinrichtungen SE1 und SE2, die sich an verschiedenen Orten befinden. Daher liegt in jedem der subtraktiven Zwischensignal-Mischterme SMT1 und SMT2 jeweils ein Anteil vor, der von der Sendeeinrichtung SE1 bzw. SE2 stammt, die sich am selben Ort wie die betrachtete Empfangseinrichtung SE1 bzw. SE2 befindet. Dieser Anteil wird erster bzw. zweiter Direktanteil DA1 bzw. DA2 genannt. Außerdem umfassen die subtraktiven Zwischensignal-Mischterme SMT1 und SMT2 jeweils einen weiteren Anteil, der von einer Sendeeinrichtung SE1 bzw. SE2 stammt, der sich nicht an dem Ort der Empfangseinrichtung EE1 bzw. EE2 befindet. Dieser Anteil wird erster bzw. zweiter Kreuzanteil KA1 bzw. KA2 genannt, wobei sich die Nummerierung nach der entsprechenden Empfangseinrichtung EE1 bzw. EE2 richtet. In einer ersten Zwischensignal-Trenneinrichtung ZTE1 kann der erste Direktanteil DA1 von dem ersten Kreuzanteil KA1 getrennt werden. Entsprechend kann in einer zweiten Zwischensignal-Trenneinrichtung ZTE2 der zweite Direktanteil DA2 von dem zweiten Kreuzanteil KA2 getrennt werden.
[0078] Die Objekte O1 bzw. O2 erscheinen jeweils als Pulse in den Empfangssignalen ES1 und ES2, den Zwischensignalen ZS1 und ZS2, den subtraktiven Zwischensignal-Mischtermen SMT1 und SMT2 sowie den Direktanteilen DA1 und DA2 und den Kreuzanteilen KA1 und KA2. Die zeitliche Position der Pulse enthält die Information über die Abstände der Objekte 01 und 02 von dem ersten und dem zweiten Ort. Es ergibt sich daher die Möglichkeit, eine Trilateration T mit dem ersten und dem zweiten Direktanteil DA1 und DA2 durchzuführen. Da sich daraus beim Anmessen von zwei Objekten Mehrdeutigkeiten ergeben können, können der erste und der zweite Kreuzanteil KA1 und KA2 herangezogen werden, solche Mehrdeutigkeiten aufzulösen.
Die Signallaufzeiten, die die Pulse in den Kreuzanteilen KA1 und KA2 repräsentieren, entsprechen dem Abstand der sendenden Sendeeinrichtung SE1 bzw. SE2 zu dem Objekt 01 , 02, das den Puls erzeugt, und von dort zu der Empfangseinrichtung EE2 bzw. EE1 , die sich an einem anderen Ort befindet, als die Sendeeinrichtung SE1 bzw. SE2. Mit dieser Information und dem Abstand zwischen den beiden Orten kann eine Ellipse definiert werden, auf der sich das betreffende Objekt 01 , 02, das den Puls erzeugt hat, befindet. Um aus den beiden Kreuzanteilen KA1 und KA2 ein einzelnes Signal als Vorstufe zur Ermittlung der Ellipse, nämlich das Ellipsenermittlungssignal EES, zu erzeugen, werden der erste Kreuzanteil KA1 und der zweite Kreuzanteil KA2 in eine Kreuzanteil-Mischeinrichtung KME gespeist. Dabei wird die ursprüngliche Modulation des Oszillatorsignals in den Sendesignalen SS1 und SS2 eliminiert. Die Information zur Ermittlung der Ellipse ist in einem hochfrequenten Anteil des Ellipsenermittlungssignals EES vorhanden, der sich beim Mischen des ersten und des zweiten Kreuzanteils KA1 und KA2 als Anteil ergibt, in dem die Frequenzen des ersten und des zweiten Kreuzanteils KA1 und KA2 addiert sind. Um diesen Additiven Mischanteil AME des Ellipsenermittlungssignals EES aus dem vollständigen Ellipsenermittlungssignal EES zu extrahieren, wird das Ellipsenermittlungssignal EES in eine Ellipsenermittlungssignal- Hochpassfiltereinrichtung HPF gespeist.

Claims

Positionsermittlungseinrichtung (1 ) zur Ermittlung einer Position eines Objekts (01 , 02) in Bezug auf die Positionsmesseinrichtung (1 ), wobei die Positionsermittlungseinrichtung (1 ) umfasst:
- eine Sendeeinrichtung (SE1 ) an einem ersten Ort (X1 ),
- eine Empfangseinrichtung (EE2) an einem zweiten Ort (X2),
wobei die Empfangseinrichtung (EE2) eingerichtet ist
- für den Empfang von einem Sendesignal (SS1 ) von der ersten Sendeeinrichtung (SE1 ) und
- für die Ermittlung einer Laufzeit (L) des Sendesignals (SS1 ) von der Sendeeinrichtung (SE1 ) zu dem Objekt (01 , 02) und von dem Objekt (01 , 02) zu der Empfangseinrichtung (EE2),
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ort (X1 ) und der zweite Ort (X2) voneinander eine Distanz (D) haben und die Positionsermittlungseinrichtung (1 ) dazu eingerichtet ist, aus der Laufzeit (L) eine Ellipse (E) zu ermitteln, auf der das Objekt (01 , 02) liegt, und die den ersten Ort (X1 ) und den zweiten Ort (X2) als Brennpunkte hat.
Positionsermittlungseinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsermittlungseinrichtung (1 ) Folgendes umfasst:
- eine erste Sendeeinrichtung (SE1 ) an dem ersten Ort (X1 ),
- eine erste Empfangseinrichtung (EE1 ) an dem ersten Ort (X1 ) zur Erzeugung eines ersten Empfangssignals (ES1 ) aus einem Sendesignal (SS2) einer zweiten Sendeeinrichtung (SE2),
- eine zweite Sendeeinrichtung (SE2) an dem zweiten Ort (X2),
- eine zweite Empfangseinrichtung (EE2) an dem zweiten Ort (X2), zur Erzeugung eines zweiten Empfangssignals (ES2) aus einem Sendesignal (ES1 ) der ersten Sendeeinrichtung (SS1 ),
wobei ein Ausleuchtungsbereich (A) der ersten Sendeeinrichtung (SE1 ) mit einem Ausleuchtungsbereich (A) der zweiten Sendeeinrichtung (SE2) überlappt,
wobei die erste Sendeeinrichtung (SE1 ) zum Senden mit einer ersten Sendefrequenz (fO) und die zweite Sendeeinrichtung (SE2) zum Senden mit einer zweiten Sendefrequenz (fO+Af) eingerichtet ist, wobei sich die erste Sendefrequenz (fO) von der zweiten Sendefrequenz (fO+Af) um eine Differenzfrequenz (Af) unterscheidet,
wobei die erste Sendefrequenz (fO) und die zweite Sendefrequenz (fO+Af) in gleicher Weise moduliert sind, wobei sie insbesondere frequenzmoduliert, phasenmoduliert und/oder amplitudenmoduliert sind, und
die Positionsermittlungseinrichtung (1 ) weiter Folgendes umfasst:
- eine erste Empfangssignal-Mischeinrichtung (EM1 ) zum Mischen des ersten Empfangssignals (ES1 ) mit der ersten Sendefrequenz (fO) zur Erzeugung eines ersten Zwischensignals (ZS1 ),
- eine zweite Empfangssignal-Mischeinrichtung (EM2) zum Mischen des zweiten Empfangssignals (ES2) mit der zweiten Sendefrequenz (fO+Af) zur Erzeugung eines zweiten Zwischensignals (ZS2),
- eine Zwischensignal-Mischeinrichtung (KME) zum Mischen des ersten Zwischensignals (ZS1 ) oder eines Anteils davon mit dem zweiten Zwischensignal (ZS2) oder eines Anteils davon zur Erzeugung eines Ellipsenermittlungssignals (EES).
Positionsermittlungseinrichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensignal einen Direktanteil und einen Kreuzanteil umfasst, und dass das gesamte Zwischensignal zur Positionsermittlung verwendet wird wobei der Direkt- und Kreuzanteil durch eine Fourriertransformation voneinander getrennt werden.
Positionsermittlungseinrichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsermittlungseinrichtung (1 ) weiter Folgendes umfasst: eine Signaltrenneinrichtung zum Trennen eines Anteils eines Signals in der Positionsermittlungseinrichtung (1 ) von einem andern Anteil des Signals, um einen erwünschten Anteil des Signals weiterzuverarbeiten, nämlich insbesondere
- eine erste Zwischensignal-Tiefpassfiltereinrichtung (TPF1 ) zur Tiefpassfilterung des ersten Zwischensignals (ZS1 ), um einen ersten subtraktiven Mischterm (SMT1 ) des ersten Zwischensignals (ZS1 ) zu erhalten, und/oder
- eine zweite Zwischensignal-Tiefpassfiltereinrichtung (TPF2) zur Tiefpassfilterung des zweiten Zwischensignals (ZS1 ), um einen zweiten subtraktiven Mischterm (SMT2) des zweiten Zwischensignals (ZS2) zu erhalten, und/oder
- eine erste Zwischensignal-Trenneinrichtung (ZTE1 ) zum Entnehmen eines ersten Kreuzanteils (KA1 ) aus dem ersten subtraktiven Mischterm (SMT1 ) des ersten Zwischensignals (ZS1 ) und/oder
- eine zweite Zwischensignal-Trenneinrichtung (ZTE2) zum Entnehmen eines zweiten Kreuzanteils (KA2) aus dem subtraktiven Mischanteil (SMT2) des zweiten Zwischensignals (ZS2) und/oder
- eine Hochpassfiltereinrichtung (HPF) zur Hochpassfilterung des Ellipsenermittlungssignals (EES), um den additiven Mischanteil (AME) zur Weiterverarbeitung aus dem Ellipsenermittlungssignal (EES) zu extrahieren.
Positionsermittlungseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsermittlungseinrichtung (1 ) eine Ellipsenermittlungseinrichtung (EEE) zur Ermittlung einer Ellipse (E) aufweist, wobei die Ellipse (E) mittels der Ellipsenermittlungseinrichtung (EEE) aus der Frequenz eines additiven Mischanteils des Ellipsenermittlungssignals (EES) ermittelbar ist.
Positionsermittlungseinrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsermittlungseinrichtung (1 ) eine Einrichtung zur Tnlateration (T) aufweist, wobei die Positionsermittlungsein- richtung (1 ) dazu eingerichtet ist, an der ersten Empfangseinrichtung (EE1 ) ein erstes Trilaterations- Empfangssignal von der ersten Sendeeinrichtung (SE1 ) und
an der zweiten Empfangseinrichtung (EE2) ein zweites Trilaterations- Empfangssignal von der zweiten Sendeeinrichtung (SE2) zu empfangen, um mittels der Einrichtung zur Trilateration (T) eine Position eines Objekts (01 , 02) in Bezug auf den ersten Ort und/oder den zweiten Ort zu ermitteln, wobei die Einrichtung zur Trilateration (T) insbesondere dazu eingerichtet ist, die Trilateration (T) mittels eines ersten Direktanteils (DA1 ) und eines zweiten Direktanteils (DA2) durchzuführen, wobei der erste Direktanteil (DA1 ) aus dem ersten subtraktiven Zwischensignal-Mischterm (SMT1 ) und/oder der zweite Direktanteil (DA2) aus dem zweiten subtraktiven Zwischensignal-Mischterm (SMT2) entnommen wird. Positionsermittlungseinrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Positionsermittlungseinrichtung (1 ) eine Position eines Objekts (01 , 02), die insbesondere mittels Trilateration (T) ermittelt ist, auf Plausibilität überprüfbar ist, indem die Positionsermitt- lungseinrichtung (1 ) dazu eingerichtet ist, festzustellen, ob die Position desselben Objekts (01 , 02) auf einer Ellipse (E) liegt, die durch die Positionser- mittlungseinrichtung (1 ) für dieses Objekt (01 , 02) ermittelt ist.
Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Objekts (01 , 02) in Bezug auf eine Positionsermittlungseinrichtung (1 ), wobei die Positionsermittlungseinrichtung (1 ) umfasst:
- eine Sendeeinrichtung (SE1 ) an einem ersten Ort (X1 ),
- eine Empfangseinrichtung (EE2) an einem zweiten Ort (X2), wobei die Empfangseinrichtung (EE2) ein Sendesignal empfängt, das von der ersten Sendeeinrichtung (SE1 ) über das Objekt (01 , 02) zu der Empfangseinrichtung (EE2) läuft, und
eine Laufzeit (L) des Sendesignals von der Sendeeinrichtung (SE1 ) zu dem Objekt (01 , 02) und von dem Objekt (01 , 02) zu der Empfangseinrichtung (EE2) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ort (X1 ) und der zweite Ort (X2) voneinander eine Distanz (D) haben und
die Positionsermittlungseinrichtung (1 ) aus der Laufzeit (L) eine Ellipse (E) ermittelt, auf der das Objekt (01 , 02) liegt, wobei der erste Ort (X1 ) und der zweiten Ort (X2) jeweils einen Brennpunkt der Ellipse (E) bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionser- mittlungseinrichtung (1 ) Folgendes umfasst:
- eine erste Sendeeinrichtung (SE1 ) an dem ersten Ort (X1 ),
- eine zweiten Sendeeinrichtung (SE2) an dem zweiten Ort (X2),
- eine erste Empfangseinrichtung (EE1 ) an dem ersten Ort (X1 ) zur Erzeugung eines ersten Empfangssignals (ES1 ) aus einem Sendesignal (SS2) der zweiten Sendeeinrichtung (SE2), - eine zweite Empfangseinrichtung (EE2) an dem zweiten Ort (X2) zur Erzeugung eines zweiten Empfangssignals (ES2) aus einem Sendesignal (SS1 ) der ersten Sendeeinrichtung (SE1 ),
wobei ein Ausleuchtungsbereich (A) der ersten Sendeeinrichtung (SE1 ) mit einem Ausleuchtungsbereich (A) der zweiten Sendeeinrichtung (SE2) überlappt,
wobei die erste Sendeeinrichtung (SE1 ) mit einer ersten Sendefrequenz (fO) sendet und die zweite Sendeeinrichtung (SE2) mit einer zweiten Sendefrequenz (fO+Af) sendet, wobei sich die erste Sendefrequenz (fO) von der zweiten Sendefrequenz (fO+Af) um eine Differenzfrequenz (Af) unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sendefrequenz (fO) und die zweite Sendefrequenz (fO+Af) in gleicher Weise moduliert werden, wobei sie insbesondere frequenzmoduliert, phasenmoduliert und/oder amplitudenmoduliert werden, und
das erste Empfangssignal (ES1 ) mit der ersten Sendefrequenz (fO) gemischt wird, wobei ein erstes Zwischensignal (ZS1 ) erzeugt wird,
das zweite Empfangssignal (ES2) mit der zweiten Sendefrequenz (fO+Af) gemischt wird, wobei ein zweites Zwischensignal (ZS2) erzeugt wird, und das erste Zwischensignal (ZS1 ) mit dem zweiten Zwischensignal (ZS2) ge- mischt wird, wobei ein Ellipsenermittlungssignal (EES) erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil eines Signals in der Positionsermittlungseinrichtung (1 ) abgetrennt wird, um einen erwünschten Anteil des Signals weiterzuverarbeiten, wobei insbesondere das erste Zwischensignal (ZS1 ) tiefpassgefiltert wird, um einen ersten subtrak- tiven Mischanteil (SMT1 ) des ersten Zwischensignals (ZS1 ) zu erhalten, und/oder
das zweite Zwischensignal (ZS2) tiefpassgefiltert wird, um einen zweiten sub- traktiven Mischanteil (SM2) des zweiten Zwischensignals (ZS2) zu erhalten, und/oder
aus dem ersten subtraktiven Mischanteil (SMT1 ) ein erster Kreuzanteil (KA1 ) zur Weiterverarbeitung entnommen wird, und/oder
aus dem zweiten subtraktiven Mischanteil (SMT2) ein zweiter Kreuzanteil (KA2) zur Weiterverarbeitung entnommen wird, und/oder das Ellipsenermittlungssignal (EES) hochpassgefiltert wird, um einen additiven Mischanteil (AME) aus dem Ellipsenermittlungssignal (EES) zu extrahieren.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ellipse (E) aus der Frequenz des additiven Mischanteils (AME) des Ellipsenermittlungssignals (EES) ermittelt wird, wobei die Trilateration (T) insbesondere mittels eines ersten Direktanteils (DA1 ) und eines zweiten Direktanteils (DA2) durchgeführt wird, wobei der erste Direktanteil (DA1 ) aus dem ersten subtraktiven Zwischensignal-Mischterm (SMT1 ) und/oder der zweite Direktanteil (DA2) aus dem zweiten subtraktiven Zwischensignal-Mischterm (SMT) entnommen wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Empfangseinrichtung (EE1 ) ein Anteil des ersten Empfangssignals (ES1 ) von der ersten Sendeeinrichtung (SE1 ) empfangen wird, und an der zweiten Empfangseinrichtung (EE2) ein Anteil des zweiten Empfangssignals (ES2) von der zweiten Sendeeinrichtung (SE2) empfangen wird, und eine Position eines Objekts (01 , 02) in Bezug auf den ersten Ort (X1 ) und/oder den zweiten Ort (X2) durch Trilateration (T) aus den genannten Anteilen der Empfangssignale (ES1 , ES2) ermittelt wird. 13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ermittelte Position eines Objekts (O1 , 02), die insbesondere mittels Trilateration (T) ermittelt wird, auf Plausibilität überprüft wird, indem festgestellt wird, ob die Position desselben Objekts (01 , 02) auf einer Ellipse (E) liegt, die mit einem der Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 für dieses Objekt (01 , 02) ermittelt wird.
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