WO2019002159A1 - Ermittlung der geschwindigkeit eines fahrzeugs auf basis der auftretenden zeitdilatation - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for determining the speed of a vehicle. Moreover, the dung ⁇ OF INVENTION relates to a velocity detecting system.
- Measurements for determining vehicle speeds are determined by means of technical devices, such as tachometers, Doppler radars and GPS sensors.
- technical devices such as tachometers, Doppler radars and GPS sensors.
- tachometers Doppler radars
- GPS sensors GPS sensors
- accurate information about the speed of a vehicle can not be made using such sensors. This can happen, for example, when the vehicle is slipping, ice and snow lead to weak signals in radar devices, or no GPS signal can be detected in tunnels.
- Most vehicles have at least one of the aforementioned sensors to measure the speed of the vehicle while driving.
- the disadvantage of the mentioned sensors is that they can be used to measure variables, such as the number of revolutions of a wheel or a Doppler shift, which can be influenced directly by the external environment. The external influences may therefore lead to deviations of the determined speed.
- US 5 696 514 A describes a velocity measurement using a moving and a stationary high-precision atomic clock. There is therefore the task of developing a method and a device for determining the speed of a vehicle, which are largely independent of environmental influences.
- This object is achieved by a method for determining the speed of a vehicle according to claim 1 and a speed determination system according to claim 7.
- a measurement of a Refe rence ⁇ time difference is carried out with a moving vehicle relative to the reference time measurement means.
- the reference time difference may be, for example, a predetermined time difference, for example a time difference of one second.
- the length of the reference time difference depends on the temporal resolution with which the speed of the vehicle is to be determined.
- a measurement of the dilated due to relativistic effects reference time difference is carried out with a moving along with the vehicle, mobile time measuring device.
- the value of the measured dilated reference time difference is greater due to the relative movement between the two reference systems in the reference system of the moving mobile time measuring device.
- the speed of the vehicle is determined on the basis of a comparison of the two measured time differences, whereby the determination of the speed based on is carried out by the transit time of a measured reference time signal cor rected ⁇ reference times.
- the velocity detecting system according to the invention for a vehicle has a vehicle moving relative to the Refe rence ⁇ -time measuring means for performing a measurement of a reference time difference.
- Part of the overall inventive schwindtechniksappssystems also a co-moved with the driving ⁇ imaging, mobile time measuring means for performing a measurement on the basis of the relativistic effects di- lat clergy reference time difference.
- the reference time measuring device is synchronized with the mobile time measuring device.
- a time segment for example ls
- the invention schwindtechniksussystem an evaluation device which is adapted differences, the speed of the traveling ⁇ zeugs based on a comparison of the two measured time and to determine on the basis of corrected by the propagation time of a precisely measured ⁇ NEN reference time signal reference times.
- Parts of the speed determination system according to the invention can for the most part be designed in the form of software components. This concerns in particular parts of the evaluation. In principle, however, these components may also in part, especially when it comes to particularly fast ⁇ le calculations, would be in the form of software supported hardware, such as FPGAs or the like may be realized. Likewise, the required interfaces, for example, when it comes only to a transfer of data from other software ⁇ components, designed as software interfaces his. But they can also be constructed as hardware
- a partial software implementation has the advantage is that already been retrofitted for used in a vehicle used computer systems to be supplemented by additional hardware elements, such as a mobile, moved along with the driving ⁇ compelling time measuring device simply by a software update can work in the manner according to the invention in the speed determination system.
- a corresponding computer program product with a Computerpro ⁇ program which egg directly into a memory device nes such a computer system is loaded, ⁇ lead with Programmabschnit ⁇ th order for For all steps of the inventive method when the computer program in a computer system is performed.
- Such a computer program product in addition to the computer ⁇ program optionally additional components, such as documentation and / or additional components, including hardware components, such as hardware keys (dongles, etc.) for using the software
- a computer-readable medium for example a memory stick, a hard disk or other transportable or permanently installed data carrier can be used, on which the program sections of the computer program which can be read and executed by a computer unit are stored are.
- the computer unit may be for example a purpose or more cooperating micro ⁇ processors or the like.
- the relative to the vehicle moving time ⁇ measuring device is stationary. Stationary in this context should mean that this time measuring device relative to
- a relative speed determined at the stationary time measuring means as a speed of the vehicle can be inter-preted ⁇ .
- the comparison comprises determining a Lorentz factor on the basis of the two measured time differences and the speed of the vehicle is determined on the basis of the Lorentz factor, it averages ⁇ .
- the Lorentz factor can be determined, for example, based on the quotient of the two measured time differences.
- a signal received by a co-moving with the vehicle receiver of a global satellite-based navigation system reference time signal is used for transmission over ⁇ the reference time.
- a navigation satellite has a particularly precise time measurement, for example with the aid of an optical atomic clock.
- the reference time signal emitted by a satellite can now be received by different vehicles and used for speed measurement.
- Ge sacrificeen- if position information of the satellite can be used to specify the determination of the speed of the vehicle who ⁇ if the movement of the satellite between two time measurements has a relevant effect on the determined speed.
- the movement of the satellite can be taken into account by using a correction factor in determining the speed of the vehicle.
- the length of the transmission path and the type of Me ⁇ diums through which the reference time signal is transmitted so ⁇ as the speed of the transmission signal at the relevant He ⁇ averaging a reference time difference.
- t ref is the reference time
- n is the refractive index of the medium through which the reference time signal is transmitted
- d is the distance between transmitter and receiver
- c is the speed of light or the transmission speed of the reference time signal. Varies, for example, the distance between the transmitter and the receiver, so resulting in the determination of a corrected reference time difference on the basis of formula (1) which differs from the directly measured reference time difference ⁇ , correct reference time difference.
- a high precision clock is preferably a Atomic clock, particularly preferably an optical atomic clock, is used. That is to say, the time measurement in the vehicle should also be carried out with the aid of a high-precision clock arranged in it in order to achieve a sufficient precision of the measurement of the time differences.
- Optical atomic clocks based on spin-polarized 87 strontium atoms, which are trapped in a grid of laser light, and have a particularly high precision in the timing.
- a high-precision atomic clock can be used for precise time measurement.
- FIG. 1 shows a flowchart illustrating a method of determining the speed of a vehicle according to an exporting ⁇ approximately example of the invention
- FIG. 3 shows a block diagram, which comprises a speed determination system according to an exemplary embodiment of the invention.
- FIG. 1 illustrates a method for determining the speed of a vehicle in a flowchart 100.
- a measurement of a réelle ⁇ is initially agreed time difference At with a moving relative to the vehicle or, if carried out stationary time measuring device.
- a time measurement of the predetermined time difference synchronized with the time measurement in step 1.1 is carried out with a time measuring device moved along with the vehicle.
- an increased time difference At ⁇ is determined on the basis of relativistic effects or the time dilation caused thereby in the reference system moved relative to the time measuring device.
- the speed becomes v of the vehicle based on the two measured time differences At, At ⁇ calculated.
- the velocity v is given by the equation:
- FIG 2 the basic principle of the illustrated in Figure 1 method for determining the speed of a vehicle is illustrated.
- a distance S is shown which comprises a starting point Xo and an end point Xi.
- a resting clock Uo is positioned at the starting point Xo.
- a rest ⁇ de pm Ui is arranged at the end point Xi.
- the two stationary clocks Uo, Ui are synchronized with each other.
- a third clock U 2 moves with a vehicle (not shown) at a speed v along the distance S. If the vehicle with the mitbeweg ⁇ th clock U 2 past the starting point Xo, the co-moving clock U 2 with the dormant clock Uo synchronized.
- FIG. 3 illustrates a speed determination system 30 according to an embodiment of the invention.
- Portion of the speed detection system 30 is a Navigati ⁇ onssatellit 1, wherein an atomic clock (not shown) as a refer- renz time measuring device comprises.
- the navigation satellite 1 transmits time signals S t , which are used as reference times.
- the speed determination system 30 also includes a vehicle 2 whose speed is to be measured.
- the vehicle 2 comprises a receiving unit 3 with which the light emitted from the Navigationssatel ⁇ lit 1 time signals S t are received.
- the vehicle 2 comprises a mobile time measuring device 4, which measures a time difference At ⁇ between the two received time signals S t .
- a mobile time measuring device 4 which measures a time difference At ⁇ between the two received time signals S t .
- the two data At, At ⁇ was ⁇ then the transmitted to an evaluation unit 5, which calculates the speed of the vehicle 2 based on the received data At, At ⁇ according to formula (3).
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit (v) eines Fahrzeugs (2) beschrieben. Bei dem Verfahren wird eine Messung einer vorbestimmten Referenz-Zeitdifferenz (∆t) mit einer relativ zu dem Fahrzeug (2) bewegten Zeitmesseinrichtung (U0, U1, 1) durchgeführt. Weiterhin wird eine Messung der aufgrund von relativistischen Effekten dilatierten, vorbestimmten Zeitdifferenz (∆t') mit einer mit dem Fahrzeug (2) mitbewegten, mobilen Zeitmesseinrichtung (U2, 4) durchgeführt. Schließlich wird die Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (2) auf Basis eines Vergleichs der beiden gemessenen Zeitdifferenzen (∆t, (∆t') und auf Basis von um die Laufzeit eines gemessenen Referenzzeitsignals korrigierten Referenzzeiten ermittelt. Es wird auch ein Geschwindigkeitsermittlungssystem (30) beschrieben.
Description
Beschreibung
Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf Basis der auftretenden Zeitdilatation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs. Überdies betrifft die Erfin¬ dung ein Geschwindigkeitsermittlungssystem.
Messungen zur Ermittlung von Geschwindigkeiten von Fahrzeugen werden mit Hilfe technischer Einrichtungen, wie zum Beispiel Tachometer, Doppler-Radargeräte und GPS-Sensoren, ermittelt. Es gibt jedoch Situationen, bei denen mit Hilfe derartiger Sensoren keine genauen Angaben zur Geschwindigkeit eines Fahrzeugs gemacht werden können. Dies kann zum Beispiel dann passieren, wenn das Fahrzeug ins Rutschen kommt, Eis und Schnee zu schwachen Signalen bei Radargeräten führt, oder kein GPS-Signal in Tunneln erfasst werden kann.
Die meisten Fahrzeuge haben mindestens einen der vorgenannten Sensoren, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs während der Fahrt zu messen. Der Nachteil der genannten Sensoren besteht darin, dass mit ihnen Größen, wie zum Beispiel die Anzahl der Umdrehungen eines Rades oder eine Dopplerverschiebung, gemessen werden können, die direkt durch die externe Umwelt beein- flusst werden können. Durch die externen Einflüsse kann es daher zu Abweichungen der ermittelten Geschwindigkeit kommen.
In Gerthsen, C., Vogel. H.: Gerthsen Physik, 19. Auflage, Springer, 1997, Seite 878 wird das Phänomen der relativisti¬ schen Zeitdilatation anhand eines konkreten Beispiels beschrieben .
In DE 31 41 674 AI werden Bordinstrumente für Raumschiffe mit Erdzeitangaben und Flugzeiten beschrieben.
In Serway, R. A. ; Moses, C.J; Moyer, CA.: Modern Physics, Third Edition, Brooks/ Cole-Thomson Learning, 2005, Seiten 3 -18 und Seite 37 werden auf der speziellen Relativitätstheo¬ rie beruhende physikalische Phänomene beschrieben.
In US 5 696 514 A wird eine Geschwindigkeitsmessung mit Hilfe einer bewegten und einer stationären hochpräzisen Atomuhr beschrieben . Es besteht also die Aufgabe, ein Verfahren und eine Einrich¬ tung zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu entwickeln, welche weitestgehend unabhängig von Umwelteinflüssen sind. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 und ein Geschwindigkeitsermittlungssystem gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs wird eine Messung einer Refe¬ renz-Zeitdifferenz mit einer relativ zu dem Fahrzeug bewegten Referenz-Zeitmesseinrichtung durchgeführt . Die Referenz-Zeitdifferenz kann zum Beispiel eine vorbestimmte Zeitdifferenz, beispielsweise eine Zeitdifferenz von einer Sekunde sein. Die Länge der Referenz-Zeitdifferenz hängt von der zeitlichen Auflösung ab, mit der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden soll. Weiterhin wird eine Messung der aufgrund von relativistischen Effekten dilatierten Referenz-Zeitdifferenz mit einer mit dem Fahrzeug mitbewegten, mobilen Zeitmesseinrichtung durchgeführt. Der Wert der gemessenen dilatierten Referenz-Zeitdifferenz ist aufgrund der Relativbewegung zwischen den beiden Bezugssystemen in dem Be- zugssystem der mitbewegten, mobilen Zeitmesseinrichtung größer. Schließlich wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis eines Vergleichs der beiden gemessenen Zeitdifferenzen ermittelt, wobei die Ermittlung der Geschwindigkeit auf Basis
von um die Laufzeit eines gemessenen Referenzzeitsignals kor¬ rigierten Referenzzeiten erfolgt. Vorteilhaft ist die Ge¬ schwindigkeitsmessung des Fahrzeugs weniger von äußeren Umweltfaktoren abhängig als bei herkömmlichen Arten der Ge- schwindigkeitsmessung .
Das erfindungsgemäße Geschwindigkeitsermittlungssystem für ein Fahrzeug weist eine relativ zu dem Fahrzeug bewegte Refe¬ renz-Zeitmesseinrichtung zum Durchführen einer Messung einer Referenz-Zeitdifferenz auf. Teil des erfindungsgemäßen Ge- schwindigkeitsermittlungssystems ist zudem eine mit dem Fahr¬ zeug mitbewegte, mobile Zeitmesseinrichtung zum Durchführen einer Messung der aufgrund von relativistischen Effekten di- latierten Referenz-Zeitdifferenz .
Dabei ist die Referenz-Zeitmesseinrichtung mit der mobilen Zeitmesseinrichtung synchronisiert. Anders ausgedrückt wird ein Zeitabschnitt, beispielsweise ls, in relativ zueinander bewegten Bezugssystemen gemessen, und dann werden die unter- schiedlichen Messwerte in dem Bezugssystem des Fahrzeugs miteinander verglichen. Hierzu weist das erfindungsgemäße Ge- schwindigkeitsermittlungssystem eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit des Fahr¬ zeugs auf Basis eines Vergleichs der beiden gemessenen Zeit- differenzen und auf Basis von um die Laufzeit eines gemesse¬ nen Referenzzeitsignals korrigierten Referenzzeiten zu ermitteln .
Teile des erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsermittlungssys- tems können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere Teile der Auswerteeinrichtung. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnel¬ le Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hard- wäre, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Software¬ komponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet
sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute
Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden. Eine teilweise softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher für in einem Fahrzeug genutzte verwendete Rechnersysteme nach einer Ergänzung durch zusätzliche Hardwareelemente, wie zum Beispiel eine mobile, mit dem Fahr¬ zeug mitbewegte Zeitmesseinrichtung, auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise in dem Geschwindigkeitsermittlungssys- tem zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerpro¬ gramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung ei- nes solchen Rechnersystems ladbar ist, mit Programmabschnit¬ ten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszu¬ führen, wenn das Computerprogramm in einem Rechnersystem ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computer¬ programm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile, wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen
Zum Transport zur Speichereinrichtung des Rechnersystems und/oder zur Speicherung an dem Rechnersystem kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest einge- bauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikro¬ prozessoren oder dergleichen aufweisen.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die
Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhän¬ gigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unter- schiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
Vorzugsweise ist die relativ zu dem Fahrzeug bewegte Zeit¬ messeinrichtung stationär. Stationär soll in diesem Zusammen- hang bedeuten, dass diese Zeitmesseinrichtung relativ zur
Erdoberfläche ruht oder näherungsweise ruht. Vorteilhaft kann eine ermittelte Relativgeschwindigkeit zu der stationären Zeitmesseinrichtung als Geschwindigkeit des Fahrzeugs inter¬ pretiert werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs umfasst der Vergleich die Ermittlung eines Lorentzfaktors auf Basis der beiden gemessenen Zeitdifferenzen und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird auf Basis des ermittelten Lorentzfaktors er¬ mittelt. Vorteilhaft wird dabei genutzt, dass die Relativge¬ schwindigkeit zwischen zwei Bezugssystemen mit dem Lorentz- faktor zusammenhängt, welcher wiederum aus den gemessenen Zeitdifferenzen der relativ zueinander bewegten Bezugssysteme ermittelt werden kann. Der Lorentzfaktor kann zum Beispiel auf Basis des Quotienten aus den beiden gemessenen Zeitdifferenzen ermittelt werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs wird zur Über¬ tragung der Referenzzeit ein durch einen mit dem Fahrzeug mitbewegten Empfänger eines globalen satellitenbasierten Navigationssystems empfangenes Referenz-Zeitsignal verwendet. Vorteilhaft weist ein Navigationssatellit eine besonders prä- zise Zeitmessung, beispielsweise mit Hilfe einer optischen Atomuhr auf. Das von einem Satelliten ausgesandte Referenz- Zeitsignal kann nun von verschiedenen Fahrzeugen empfangen und zur Geschwindigkeitsmessung eingesetzt werden. Gegebenen-
falls können Positionsangaben des Satelliten zur Präzisierung der Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs genutzt wer¬ den, wenn die Bewegung des Satelliten zwischen zwei Zeitmessungen einen relevanten Effekt auf die ermittelte Geschwindigkeit hat. Die Bewegung des Satelliten kann mit Hilfe eines Korrekturfaktors bei der Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Bei der Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Ba¬ sis von Referenz-Zeitsignalen kann auch die Laufzeit der gemessenen Referenz-Zeitsignale mitberücksichtigt werden. In diesem Fall werden um diese Laufzeit korrigierte Referenzzei¬ ten t korr ermittelt.
Dabei sind die Länge des Übertragungswegs und die Art des Me¬ diums, durch das das Referenz-Zeitsignal übertragen wird, so¬ wie die Geschwindigkeit des Übertragungssignals bei der Er¬ mittlung einer Referenz-Zeitdifferenz relevant.
Die korrigierte Referenzzeit t korr / welche für die Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden sollte, ergibt sich dann wie folgt:
Wobei t ref die Referenzzeit, n der Brechungsindex des Mediums, durch das das Referenz-Zeitsignal übertragen wird, d der Ab¬ stand zwischen Sender und Empfänger und c die Lichtgeschwindigkeit bzw. die Übertragungsgeschwindigkeit des Referenz- Zeitsignals ist. Variiert zum Beispiel der Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger, so ergibt sich bei der Ermittlung einer korrigierten Referenz-Zeitdifferenz auf Basis der Formel (1) eine von der direkt gemessenen Referenz-Zeit¬ differenz abweichende, korrekte Referenz-Zeitdifferenz.
Besonders bevorzugt ist es, wenn zur Messung der Zeitdiffe¬ renzen jeweils eine Hochpräzisionsuhr, vorzugsweise eine
Atomuhr, besonders bevorzugt eine optische Atomuhr, verwendet wird. D.h., auch die Zeitmessung in dem Fahrzeug soll mit Hilfe einer darin angeordneten Hochpräzisionsuhr ausgeführt werden, um eine ausreichende Präzision der Messung der Zeit- differenzen zu erzielen. Optische Atomuhren, basieren auf spinpolarisierten 87Strontium-Atomen, welche in einem Gitter aus Laserlicht gefangen sind, und weisen eine besonders hohe Präzision bei der Zeitmessung auf. Alternativ ist für eine präzise Zeitmessung auch eine hochpräzise Atomkern-Uhr ein- setzbar.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige¬ fügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs gemäß einem Ausfüh¬ rungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
FIG 2 ein Schaubild, mit dem das Grundprinzip des Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs ver¬ anschaulicht wird,
FIG 3 ein Blockdiagramm, welches ein Geschwindigkeitsermitt- lungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst.
In FIG 1 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs in einem Flussdiagramm 100 veranschaulicht. Bei dem Schritt 1.1 wird zunächst eine Messung einer vorbe¬ stimmten Zeitdifferenz At mit einer relativ zu dem Fahrzeug bewegten bzw. gegebenenfalls auch stationären Zeitmesseinrichtung durchgeführt. Weiterhin wird bei dem Schritt l.II eine mit der Zeitmessung bei dem Schritt 1.1 synchronisierte Zeitmessung der vorbestimmten Zeitdifferenz mit einer mit dem Fahrzeug mitbewegten Zeitmesseinrichtung durchgeführt. Dabei wird eine aufgrund von relativistischen Effekten bzw. der dadurch verursachten Zeitdilatation in dem relativ zur Zeitmesseinrichtung bewegten Bezugssystem erhöhte Zeitdifferenz At λ ermittelt. Bei dem Schritt l.III wird die Geschwindigkeit
v des Fahrzeugs auf Basis der beiden gemessenen Zeitdifferenzen At, At λ berechnet. Die Geschwindigkeit v ergibt sich aus der Gleichung:
wobei γ der Lorentzfaktor ist und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Die Geschwindigkeit v ergibt sich mithin wie folgt:
In FIG 2 ist das Grundprinzip des in FIG 1 veranschaulichten Verfahrens zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs veranschaulicht. Im oberen Teil von FIG 2 ist eine Wegstrecke S gezeigt, welche einen Startpunkt Xo und einen Endpunkt Xi umfasst. Bei dem Startpunktpunkt Xo ist eine ruhende Uhr Uo positioniert. Ebenso ist auch bei dem Endpunkt Xi eine ruhen¬ de Uhr Ui angeordnet. Die beiden stationären Uhren Uo, Ui sind miteinander synchronisiert. Eine dritte Uhr U2 bewegt sich mit einem Fahrzeug (nicht gezeigt) mit einer Geschwindigkeit v entlang der Strecke S. Kommt das Fahrzeug mit der mitbeweg¬ ten Uhr U2 an dem Startpunkt Xo vorbei, wird die mitbewegte Uhr U2 mit der ruhenden Uhr Uo synchronisiert. Erreicht das Fahrzeug bei dem Zeitpunkt ti (im ruhenden Bezugssystem ge¬ messen) den Endpunkt Xi, so wird die seit dem Passieren des Startpunkts Xo verstrichene Zeit At λ = ti λ - to, welche von der mitbewegten Uhr U2 gemessen wurde, mit der von der ruhenden Uhr Ui ermittelten Zeit At = ti - to verglichen bzw. es wird nach Formel (3) die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs be¬ rechnet .
In FIG 3 ist ein Geschwindigkeitsermittlungssystem 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Teil des Geschwindigkeitsermittlungssystems 30 ist ein Navigati¬ onssatellit 1, welcher eine Atomuhr (nicht gezeigt) als Refe-
renz-Zeitmesseinrichtung umfasst. Der Navigationssatellit 1 sendet Zeitsignale St aus, welche als Referenz-Zeitangaben genutzt werden. Beispielsweise werden die Zeitsignale St in Zeitabständen von At = ls, aus dem Bezugssystem des Navigati- onssatelliten betrachtet, ausgesendet. Das Geschwindigkeits- ermittlungssystem 30 umfasst auch ein Fahrzeug 2, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll. Das Fahrzeug 2 weist eine Empfangseinheit 3 auf, mit der die von dem Navigationssatel¬ lit 1 emittierten Zeitsignale St empfangen werden. Außerdem umfasst das Fahrzeug 2 eine mobile Zeitmesseinrichtung 4, welche eine Zeitdifferenz At λ zwischen den beiden empfangenen Zeitsignalen St misst. Dafür kann die Zeitmessung zum Beispiel bei Eintreffen eines ersten Zeitsignals St in der Emp¬ fangseinheit 3 gestartet werden. Weiterhin wird von der Emp- fangseinheit 3 ein der verstrichenen Zeit von ls entsprechendes Zeitsignal St von dem Satelliten 1 nach der Zeit At λ = 1,000000000000139 s empfangen. Die beiden Daten At, At λ wer¬ den dann an eine Auswerteeinheit 5 übermittelt, welche auf Basis der empfangenen Daten At, At λ nach Formel (3) die Ge- schwindigkeit des Fahrzeugs 2 berechnet. Verändern sich die Übertragungszeiten der Zeitsignale St des Satelliten 1 auf¬ grund einer Positionsänderung des Satelliten 1, so können zusätzliche Korrekturen der Zeitmessungen auf Basis von Informationen, welche die aktuelle Position des Navigationssatel- liten 1 betreffen, vorgenommen werden. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 2 mit erhöhter Genauigkeit ermittelt werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung han¬ delt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständig- keit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit" nicht aus, dass
diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Claims
1. Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit (v) eines Fahrzeugs (2), aufweisend die Schritte:
- Durchführen einer Messung einer Referenz-Zeitdifferenz (At) mit einer relativ zu dem Fahrzeug (2) bewegten Referenz- Zeitmesseinrichtung ( Uo , Ui , 1),
- Durchführen einer Messung der aufgrund von relativistischen Effekten dilatierten Referenz-Zeitdifferenz (Atx) mit einer mit dem Fahrzeug (2) mitbewegten, mobilen Zeitmesseinrichtung (U2, 4),
- Ermitteln der Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (2) auf Ba¬ sis eines Vergleichs der beiden gemessenen Zeitdifferenzen (At, At λ ) , wobei die Geschwindigkeit (v) auf Basis von um die Laufzeit eines gemessenen Referenzzeitsignals korri¬ gierten Referenzzeiten (tkorr) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relativ zu dem Fahrzeug bewegte Zeitmesseinrichtung ( Uo , Ui , 1) stationär ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Vergleich die Ermittlung eines Lorentzfaktors (γ) auf Basis der beiden ge¬ messenen Zeitdifferenzen (At, At λ ) umfasst und die Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (2) auf Basis des ermittelten Lor- entzfaktors (γ) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Lorentzfaktor (γ) auf Basis des Quotienten aus den beiden gemessenen Zeitdifferenzen (At, At λ ) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Messung der vorbestimmten Referenz-Zeitdifferenz (At) ein durch einen mit dem Fahrzeug (2) mitbewegten Empfänger (3) empfangenes Referenz-Zeitsignal ( S t ) eines globalen satelli- tenbasierten Navigationssystems verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Messung der Zeitdifferenzen (At, At λ ) jeweils eine Hochpräzisionsuhr, vorzugsweise eine optische Atomuhr, verwendet wird.
7. Geschwindigkeitsermittlungssystem (30) für ein Fahrzeug (2) , aufweisend:
- eine relativ zu dem Fahrzeug (2) bewegte Referenz- Zeitmesseinrichtung (Uo, Ui, 1) zum Durchführen einer Mes¬ sung einer Referenz-Zeitdifferenz (At) ,
- eine mit dem Fahrzeug (2) mitbewegte, mobile Zeitmessein¬ richtung (U2, 4) zum Durchführen einer Messung der aufgrund von relativistischen Effekten dilatierten Referenz- Zeitdifferenz (Atx) ,
- eine Auswerteeinrichtung (5) zum Ermitteln der Geschwindig- keit (v) des Fahrzeugs (2) auf Basis eines Vergleichs der beiden gemessenen Zeitdifferenzen (At, At λ ) und auf Basis von um die Laufzeit eines gemessenen Referenzzeitsignals korrigierten Referenzzeiten (tkorr) ·
8. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, wel¬ ches direkt in eine Speichereinheit eines Geschwindigkeitser- mittlungssystems (30) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Rechnerein- heit ausgeführt wird.
9. Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aus- zuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.
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| WO (1) | WO2019002159A1 (de) |
Citations (3)
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| DE3141674A1 (de) | 1981-10-21 | 1983-05-05 | Otto Karl Dipl.-Ing. 6057 Dietzenbach Poisel | Erdbewohner- und flugobjekt - lebensuhren |
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- 2018-06-25 WO PCT/EP2018/066855 patent/WO2019002159A1/de not_active Ceased
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|---|---|
| DE102017211143A1 (de) | 2019-01-03 |
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