-
Stand der Technik
-
Das Messen von Entfernung und Geschwindigkeit mittels elektromagnetischer Strahlung ist weit verbreitet, zu nennen sind hier insbesondere RADAR (Radio Detection and Ranging) und LIDAR (Light Detection and Ranging). Diese Verfahren finden zunehmend auch im Kfz-Bereich Anwendung, indem geeignete Sensoren im Kfz selbst verbaut werden, wie es z. B. in der
DE 102 29 334 A1 beschrieben ist, und weitreichende Sicherheits- sowie Komfortfunktionen ermöglichen (z. B Automatic Cruise Control, City Safety). Weiterhin werden die Messverfahren in der Schiff- und Luftfahrt vielfach verwendet.
-
Weiter finden diese Verfahren in Form kostengünstiger Laser z. B. in Bauwerkzeugen Anwendung (z. B. Bosch Laser-Entfernungsmesser PLR 50 oder DIE 40) oder aber bei der autonomen Navigation innerhalb von Gebäuden. Mittlerweile werden mittels Laser z. B. komplette Räume und Gebäude vermessen.
-
Die herkömmlichen Verfahren erlauben eine Bestimmung von Position und Geschwindigkeit der jeweiligen Umgebungsobjekte. Je nach Frequenzbereich des verwendeten Messsignals bestehen gewisse Vor- und Nachteile: Beim Lidar ist gewöhnlicherweise eine hohe Winkelauflösung und somit eine Trennfähigkeit verschiedener Objekte möglich, allerdings ist die Reichweite bei schlechtem Wetter wie z. B. Regen oder Nebel begrenzt. Radar kann auch unter solchen Wetterbedingungen in der Regel gute Messergebnisse liefern, jedoch ist für eine Trennfähigkeit gewisser Aufwand erforderlich (z. B. mehrere Sende- oder Empfangskanäle, aufwändige Signalverarbeitung).
-
Ein Nachteil dieser Verfahren besteht darin, dass die jeweiligen Objekte nicht identifiziert werden können. Für die beschriebenen Sensoren ist die einzig messbare Eigenschaft von Objekten deren Sichtbarkeit, bzw. technisch ausgedrückt deren Rückstreuquerschnitt. Eine zuverlässige Unterscheidung oder Identifizierung von Objekten anhand ihres Rückstreuquerschnitts ist in der Regel nicht möglich. Bei hoher Ortsauflösung könnte versucht werden, mittels geeigneter Signalverarbeitung das Objekt anhand seiner Form und Struktur zu identifizieren (z. B. Bildverarbeitung). Allerdings ist dies zumeist sehr aufwändig und nicht immer zweifelsfrei möglich.
-
Im Kfz-Bereich sind Fahrzeuge mit optischen Signalgebern ausgestattet (sogenannte Blinker” bzw. „Warnblinker”), welche anderen Verkehrsteilnehmern Richtungsänderungen oder unmittelbare Gefahren signalisieren. Um die Signalgeber zu aktivieren, ist in der Regel im Inneren des Kfz eine entsprechende Taste bzw. ein entsprechender Hebel zu betätigen. Nachteilig hierbei ist, dass die optischen Signale insbesondere bei schlechter Sicht von anderen Verkehrsteilnehmern häufig nicht erkannt werden. Außerdem kann es vorkommen, dass die Lichtsignale aus Unachtsamkeit nicht oder nur sehr spät wahrgenommen werden. Beide Umstände erhöhen die Unfallgefahr.
-
Demzufolge ist die Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Signalgeber, insbesondere im Kfz, vorzusehen, dessen Signal sich auf einfache Art auswerten lässt. Neben einem solchen Informationsmarker ist es Aufgabe der Erfindung, noch ein entsprechendes Verfahren zur Informationssignalisierung sowie ein entsprechendes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Informationsrückgewinnung anzugeben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Informationssignalisierung umfasst das Erzeugen einer eine Information darstellenden Schwingung auf einem Oberflächenbereich eines Objekts, wobei die Schwingung einen Verlauf, insbesondere wenigstens eine Frequenz und/oder wenigstens eine Amplitude, aufweist, wodurch ein Empfangssignal, welches durch Reflexion eines auf den Oberflächenbereich auftreffenden Sendesignals erzeugt wird, so moduliert wird, dass eine zum Empfang und zur Auswertung des nicht durch die Schwingung modulierten Empfangssignals ausgelegte Empfänger- und Auswerteeinheit nicht durch die Modulation gestört wird, und dass eine zur Auswertung des durch die Schwingung modulierten Empfangssignals ausgelegte Informationsrückgewinnungsvorrichtung die Information bestimmen kann.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Informationsrückgewinnung, umfasst die Schritte:
- – Senden eines Sendesignals auf einen Oberflächenbereich eines Objekts, der in eine eine Information darstellende Schwingung versetzbar ist,
- – Empfangen eines Empfangssignals, welches durch Reflexion des auf den Oberflächenbereich auftreffenden Sendesignals erzeugt wird, und
- – Bestimmen der Information durch Analyse eines Verlaufs, insbesondere wenigstens einer Frequenz und/oder wenigstens einer Amplitude, der Schwingung, welcher durch eine Auswertung, insbesondere eine Demodulation oder eine Analyse des Spektrums, des Empfangssignals erhalten wurde.
-
Der erfindungsgemäße Informationsmarker, umfasst wenigstens einen Oberflächenbereich, der jeweils in eine jeweilige eine Information darstellende Schwingung versetzbar ist, die einen Verlauf, insbesondere wenigstens eine Frequenz und/oder wenigstens eine Amplitude aufweist, wodurch ein Empfangssignal, welches durch Reflexion eines auf den jeweiligen Oberflächenbereich auftreffenden Sendesignals erzeugt wird, so moduliert wird, dass eine zum Empfang und zur Auswertung des nicht durch die Schwingung modulierten Empfangssignals ausgelegte Empfänger und Auswerteeinheit nicht durch die Modulation gestört wird, und dass eine zur Auswertung des durch die Schwingung modulierten Empfangssignals ausgelegte Informationsrückgewinnungsvorrichtung die Information bestimmen kann, und ein jeweiliges Anregungsmodul, das den jeweiligen Oberflächenbereich in die jeweilige Schwingung versetzen kann.
-
Die erfindungsgemäße Informationsrückgewinnungsvorrichtung umfasst eine Signalauswertungseinheit, die einen Verlauf, insbesondere wenigstens eine Frequenz und/oder wenigstens eine Amplitude, einer Schwingung, welcher durch eine Auswertung, insbesondere eine Demodulation oder eine Analyse des Spektrums, eines Empfangssignals erhalten wurde, gewinnt, und eine Vergleichereinheit, die anhand eines Vergleichs des Verlaufs der Schwingung mit in einem Speicher abgelegten Werten eine Information bestimmt.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die eine Information darstellende Schwingung, in die der Oberflächenbereich eines Objekts erfindungsgemäß versetzbar ist, weist erfindungsgemäß bevorzugt eine jeweilige feste Frequenz für jede darzustellende Information auf, die z. B. ein Objekt oder ein bestimmtes Signal identifiziert.
-
Die eine Information darstellende Schwingung, in die der Oberflächenbereich eines Objekts erfindungsgemäß versetzbar ist, besteht alternativ oder zusätzlich bevorzugt aus einer oder mehreren Frequenzen mit jeweils einer definierten Amplitude. Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass sich die Schwingung zeitlich ändert, insbesondere deren Zusammensetzung hinsichtlich der verwendeten Frequenzen und/oder Amplituden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Informationssignalisierung liegt der Oberflächenbereich bevorzugt in einer vorhandenen Oberfläche eines Objekts. Weiter erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Informationssignalisierung die Schwingung bevorzugt aktiv durch Rückgriff auf eine Energiequelle oder passiv durch Gewinnung der für die Schwingungserzeigung erforderlichen Energie aus dem Sendesignal. Die Amplitude der Schwingung ist erfindungsgemäß bevorzugt so gewählt ist, dass die Schwingung als Dopplerverschiebung im Spektrum des modulierten Empfangssignals sichtbar wird. Weiter ist die Schwingung erfindungsgemäß bevorzugt auf dem Oberflächenbereich örtlich begrenzt und/oder es werden bevorzugt mehrere gleiche und/oder verschiedene Schwingungen an unterschiedlichen Positionen des Objekts erzeugt.
-
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren zur Informationssignalisierung und/oder zur Informationsrückgewinnung ist das Sendesignal bevorzugt jeweils ein RADAR und/oder ein LIDAR Signal, das/die vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug zur Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsmessung eingesetzt wird/werden.
-
Der erfindungsgemäße Informationsmarker wird bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Informationssignalisierung und/oder zur Informationsrückgewinnung betrieben. Der erfindungsgemäße Informationsmarker kann an beliebigen Objekten angebracht oder in diese integriert sein, d. h., insbesondere eine vorhandene Oberfläche oder einen Teil einer vorhandenen Oberfläche des Objekts, in das er integriert ist, als Oberflächenbereich nutzen, der durch das Anregungsmodul in die jeweilige Schwingung versetzbar ist.
-
Die erfindungsgemäße Informationsrückgewinnungsvorrichtung umfasst bevorzugt einen aktiven Sensor zum Senden eines Sendesignals und zum Empfang eines Empfangssignals, welches durch Reflexion des Sendesignals von wenigstens einem Oberflächenbereich eines Objekts erzeugt wird, und wird alternativ oder zusätzlich bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Informationssignalisierung und/oder zur Informationsrückgewinnung betrieben.
-
Ein erfindungsgemäß ausgestattetes Kraftfahrzeug umfasst wenigstens einen erfindungsgemäßen Informationsmarker, der/die über eine Einrichtung im Kraftfahrzeug mit einer festen oder veränderlichen Schwingung aktivierbar ist/sind und vorzugsweise an der Front und/oder am Heck des Kraftfahrzeugs angebracht ist/sind, und/oder wenigstens eine erfindungsgemäße Informationsrückgewinnungsvorrichtung, die vorzugsweise an der Front des Kraftfahrzeugs angebracht ist/sind.
-
Durch die Erfindung wird ein System zur Verfügung gestellt, mittels dem eine sichere Identifizierung unterschiedlicher Objekte ermöglicht wird unabhängig von der Frequenz des Messsignals. Das System ist insbesondere anwendbar mit RADAR und LIDAR. Mögliche zu unterscheidende Objekte können beispielsweise sein: Menschen im Straßenverkehr, Gefahrguttransporter, Frachtcontainer in Schiff- und Luftfahrt, Kfz für Mautsysteme, Spielgeräte, z. B. Golfbälle, etc. Weiter kann das erfindungsgemäße System auch zur Übermittlung von anderen Informationen verwendet werden, wie z. B. den Signalzustand von Signalvorrichtungen an Fahrzeugen oder Ampeln.
-
Die erfindungsgemäße technische Realisation, mittels derer Objekte oder Positionen gekennzeichnet und so zweifelsfrei erkannt werden können, erfolgt durch das Bereitstellen definierter Informationsmarker, die auf einfache Art vom jeweiligen Sensor als solche identifiziert und deren Positionen hochgenau bestimmt werden kann.
-
Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, definierte Bereiche eines Fahrzeugs bei entsprechender Aktivierung des Informationsmarkers mit einer jeweiligen geeigneten Schwingung, im Folgenden beispielhaft auch als ”Mikrodopplersignatur” bezeichnet, zu beaufschlagen. Diese Signatur kann vorzugsweise mittels RADAR und LIDAR, auf einfache Art ausgewertet werden. Derart ist es möglich, Signale anderer Fahrzeuge automatisiert über große Entfernungen und bei schlechter Sicht zu empfangen. Dies erhöht die Verkehrssicherheit und entlastet die Verkehrsteilnehmer.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, implementiert in einem Kfz,
-
2 eine aktive Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Informationsmarkers,
-
3 eine passive Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Informationsmarkers,
-
4 ein Spektrum eines erfindungsgemäß modulierten Empfangssignals,
-
5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, implementiert in zwei Kfz,
-
6 eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Informationsmarkers,
-
7 eine Darstellung der Komponenten und des Signalfensters des in 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
8 eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Informationsmarkers,
-
9 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, implementiert in einem Laser-Messwerkzeug, und
-
10 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, implementiert für ein autonomes Fahrzeug.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Erfindungsgemäß werden die zu unterscheidenden Objekte und/oder die eine andere Information übermittelnden Objekte mit einer technischen Vorrichtung versehen, die eine oder mehrere definierte Schwingung(en) als Signatur erzeugt. Diese Schwingung kann derart angeregt werden, dass sie zumindest in gewissen Bereichen die Oberfläche des jeweiligen Objektes ebenfalls in Schwingung versetzt. Bei hinreichender Amplitude ist diese Schwingung als Dopplerverschiebung im Spektrum des Empfangssingals sichtbar (Mikro-Doppler). Sind der Signalverarbeitung des Empfängers die unterschiedlichen Signaturen der zu unterscheidenden Objekte und/oder Informationen bekannt, so ist eine eineindeutige Zuordnung von Signatur und Objekt bzw. Information möglich.
-
Erfindungsgemäß wird mittels Informationsmarkern, vorzugsweise kompakter Mikrodoppler-Marker, die zweifelsfreie Identifizierung von Objekten oder Positionen durch Hochfrequenzsensoren ermöglicht. Ein solcher Marker ist definiert an der Oberfläche des jeweiligen Objektes oder der zu kennzeichnenden Position angebracht oder in diesen integriert. Der Marker selbst erzeugt eine oder mehrere definierte Schwingungen z. B. als Signatur. Bei hinreichender Amplitude sind diese Schwingungen z. B. als Dopplerverschiebung im Spektrum des Empfangssignals sichtbar (Mikro-Doppler). Da der Signalverarbeitung des Empfängers die möglichen Signaturen der Marker bekannt sind, ist eine eineindeutige Zuordnung der Signatur zum gekennzeichneten Objekt oder der Position möglich.
-
Die Vorteile der Erfindung sind vielfältig – es werden insbesondere neue Funktionalitäten und Anwendungsbereiche für RADAR und LIDAR erschlossen. So kann beispielsweise bei der Anwendung im Kfz eine Priorisierung der Objekte erfolgen (unwichtige Ziele: Brücken über der Fahrbahn, Gullideckel/wichtige Ziele: Personen auf der Fahrbahn, Fahrbahnbegrenzung).
-
Zudem wird eine intelligente Vernetzung ermöglicht, im Fall von Radar über weite Entfernungen auch bei schlechten Wetterverhältnissen (hier liegt ein großer Vorteil gegenüber RFID). So können beispielsweise Verkehrschilder oder Leitpfosten mit einer definierten Signatur ausgestattet werden und so frühzeitig erkannt werden. Denkbar ist auch die Aufstellung spezieller Reflektoren, deren Signatur sich je nach aktueller Situation ändert (z. B. Winkelreflektoren an Brücken, denen z. B. bei Unfällen eine definierte Signatur aufmoduliert wird/Radarreflektoren auf Flughäfen, die beim Landeanflug über ihre Signatur zusätzliche Informationen wie z. B. die verbleibende Landebahnlänge liefern/Informationen im Frachtverkehr über den Inhalt und der Herkunft von Containern.). Die Vorteile entstehen insbesondere bei Navigation und Überwachung im Straßenverkehr, der Schiff- und Luftfahrt und der Industrie.
-
Die Vorteile der Erfindung bestehen weiterhin dann, dass davon unabhängige neue Funktionalitäten ermöglicht werden. So können im Heimwerkerbereich die Marker vom Nutzer an die gewünschten Stellen angebracht werden und so beispielsweise die automatische Berechnung definierter Volumina ermöglichen. Auch ist es denkbar, zwischen zwei Marken eine Lasersignatur als Hilfslinie erzeugen zu lassen, oder die Entfernung zwischen diesen Markern zu berechnen. Zudem wird eine intelligente Vernetzung ermöglicht, indem beispielsweise die Marker ihre Signatur abhängig von externen Ereignissen ändern, z. B. wenn ein Baustoff getrocknet ist.
-
Im Bereich der autonomen Navigation innerhalb von Gebäuden wird eine Objektidentifikation auch über größere Entfernungen ermöglicht. Die Marker können dazu verwendet werden, kritische Positionen zu kennzeichnen, die mit gewöhnlichen Mitteln nicht erkannt würden (z. B. Stufen, Geländer, Türen ...). Auch Personen ließen sich auf einfache Weise kennzeichnen. Dies könnte im medizinischen Bereich von Bedeutung sein, um z. B. wesentliche Körperteile wie Arme und Beine von hilfsbedürftigen Personen zu markieren, damit Roboter wichtige Pflegeleistungen sicher ausführen.
-
Eine weitere Anwendung der Erfindung ist z. B. das Orten von Spielgeräten, insbesondere von Golfbällen oder Tennisbällen, usw., bevorzugt womöglich auch mit einer Angabe der Geschwindigkeit, Beschleunigung, etc., durch eine Nachverfolgung der kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen georteten Spielgeräte.
-
Im Folgenden wird die Erfindung zunächst am Beispiel des Kfz-Bereichs näher erläutert.
-
1 zeigt ein Kfz 1 als zu identifzierendes oder eine Information übertragendes Objekt. Dieses weist an seiner Front und an seinem Heck je einen Informationsmarker 2 auf, welche den Frontbereich bzw. den Heckbereich des Kfzs 1 mit Oberflächenschwingungen 3 beaufschlagen können.
-
Von einer erfindungsgemäßen Informationsrückgewinnungsvorrichtung 4, insbesondere einem aktiven Sensor, wie z. B. einem RADAR- oder LIDAR-Sensor, wird ein Sendesignal 5 auf das Kfz 1, insbesondere auf dessen mit der Oberflächenschwingung 3 beaufschlagte Frontseite, abgestrahlt, dort reflektiert und mit der Oberflächenschwingung 3 moduliert und dadurch in ein Empfangssignal 6 gewandelt, das mit der Oberflächenschwingung 3, die z. B. einer Objektsignatur entspricht, moduliert ist. Die Oberflächenschwingung 3 wird durch einen erfindungsgemäßen Informationsmarker 2 erzeugt.
-
Der erfindungsgemäßen Informationsmarker, der die Oberfläche eines Objektes bei einer oder mehreren Frequenzen in definierte Schwingung versetzt, ist nach einer aktiven und einer passiven Wirkungsweise zu unterscheiden.
-
Bei der schematisch in 2 gezeigten aktiven Variante werden die Schwingungen durch Rückgriff auf eine eigene Energiequelle erzeugt. Als Energiequellen kämen z. B. eine Batterie, eine Solarzelle, oder die Bewegungsenergie des Objektes selber (Energy-Harvesting) in Betracht. Die aktive Variante kann noch dahingehend unterschieden werden, ob die Schwingungserzeugung permanent erfolgt oder nur bei Empfang des Messsignals (Einbindung einer „Schlaffunktion”). Die aktive Variante bietet den Vorteil, dass auch komplexere Signaturen mit hinreichender Amplitude erzeugt werden können, die sich zudem zeitlich verändern lassen (z. B. bei Reflektoren, die über eine externe Kommunikationsschnittstelle Informationen über den Verkehrszustand erhält).
-
2 zeigt das auf die hier mit zwei Signaturfrequenzen als Oberflächenschwingung 3 schwingende Objektoberfläche 7 treffende Sendesignal 5, das als mit den beiden Signaturfrequenzen moduliertes Empfangssignal 6 von dieser reflektiert wird. Die Oberflächenschwingung 3 der Objektoberflächen 7 wird von dem Informationsmarker 2 über ein an der Objektoberfläche 7 angebrachtes Anregungsmodul aufgebracht, die eine erste Schwingungserzeugungseinheit 2a, eine Steuereinheit 2b, eine Energiequelle 2c und eine Antenne 2d zur Aufnahme externer Steuerungssignale umfasst. So kann z. B. das Sendesignal 5 als externes Steuersignal zur Aktivierung des Anregungsmoduls dienen. Die erste Schwingungserzeugungseinheit 2a kann über die Steuereinheit 2b zur Erzeugung von Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen angesteuert werden.
-
Bei der passiven Variante wird die für die Schwingungserzeugung erforderliche Energie aus dem Sendesignal 5 selbst gewonnen. Hierbei ist ein Teil des Sendesignals (in der Regel hochfrequent, GHz-Bereich) durch eine geeignete Vorrichtung zumindest teilweise zu empfangen und anschließend in ein Schwingungssignal umzusetzen (in der Regel niederfrequent, kHz-Bereich). Die passive Variante hat den Vorteil, dass Sie kostengünstig ist und eine breite Anwendung finden kann (z. B. in Fahrbahn-Leitpfosten), da keine Energiequelle 2c benötigt wird.
-
Zur Realisierung eines passiven Informationsmarkers 2 kann bei der in 2 gezeigten aktiven Variante die Energiequelle 2c entfallen, wobei die Antenne 2d dann so ausgelegt ist, dass sie dem Sendesignal 5 die zur Erzeugung der Oberflächenschwingung 3 erforderliche Energie entnimmt.
-
Die 3 zeigt eine alternative passive Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Informationsmarkers 2. Hier teilt sich das Sendesignal 5 aufgrund einer zumindest für das Sendesignal 5 teildurchlässigen Oberfläche 7 in einen transmittierten Anteil 5a und einen reflektierten Anteil, der durch die Objektsignatur moduliert das Empfangssignal 6 bildet. Die Oberfläche 7 wird hier von einer zweiten Schwingungserzeugungseinheit 2e über Koppelstege 2f mit einer festen oder von dem Sendesignal 5 abhängigen Oberflächenschwingung 3 beaufschlagt, die im dargestellten Beispiel eine Frequenz f1 aufweist.
-
Die 4 zeigt das Spektrum des Empfangssignals 6, das neben der Empfangsfrequenz 8, die der Frequenz des Sendesignals 5 entspricht, noch um die Frequenz f1 (Mikro-Doppler f1) verschobene Anteile 9 aufweist.
-
Sollen Menschen z. B. im Straßenverkehr signiert werden, ist eine tragbare Ausführungsform der Erfindung als Armbanduhr oder eine Integration in den Kleidern/Schuhen denkbar. Um Missbrauch zu verhindern (z. B. Kleider mit Signatur auf Straße), könnte die Erfindung mit zusätzlichen Sensoren zur Überwachung der Vitalfunktion ergänzt werden (z. B. durch Messen der Körpertemperatur oder des Hautwiderstandes) – die Signatur erfolgt nur, wenn die Erfindung tatsächlich von einem Menschen getragen wird.
-
Neben dem Bereich Kfz-Radar und Lidar-Systeme ist die Erfindung bei Messwerkzeugen und zur Unterstützung der autonomen Ortung innerhalb von Gebäuden von Vorteil, da sie die Objektidentifizierung über größere Entfernungen ermöglicht. Weiterhin sind Anwendungen bei der Schifffahrt, Luftfahrt, Industrietechnik, Kfz-Radar denkbar.
-
Neben der erfindungsgemäßen Erzeugung einer Mikrodopplersignatur zur Identifikation von Objekten kann die Erfindung auch zur Übermittlung von sich ändernden Informationen über Mikrodopplersignaturen verwendet werden. Insbesondere ist im Kfz-Bereich vorgesehen, dass eine oder mehrere definierte und allgemein anerkannte Schwingungssequenzen an geeigneten Orten des Kfz erzeugt werden, z. B. an dessen Front und Heck. Relevant kann hier unter anderem der zeitliche Verlauf der jeweiligen Schwingungssequenz sein sowie die Art und Anzahl der verwendeten Schwingungsfrequenzen. Für jede darzustellende Information ist zumindest eine eigene definierte Sequenz erforderlich, z. B. Fahrzeug biegt links oder rechts ab, Fahrzeug bremst, Gefahrenstelle voraus.
-
Weiterhin wird die Signatur erfindungsgemäß an Orten erzeugt, die das einfallende Sensorsignal gut reflektieren, insbesondere LIDAR- und RADAR-Signale. Um dies zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass geeignete Reflektoren am Kfz angebracht werden, z. B. Retroreflektoren mit einem annähernd konstanten Rückstreuquerschnitt über einen definierten Winkelbereich. Weiterhin denkbar ist die Verwendung geeigneter Lackierungen, insbesondere sofern neue Materialien im Kfz-Bau verwendet werden, wie z. B. Kunst- oder Kohlenstoff.
-
Ferner ist ein geeignetes Verfahren zur Aktivierung der Mikrodopplersignatur vorgesehen. Im einfachsten Fall erfolgt dies über eine im Inneren des Kfz zu betätigende Taste oder einen zu betätigenden Hebel, vorzugsweise ist dieser identisch mit den bereits heutzutage vorhandenen Vorrichtungen. Weiterhin denkbar ist eine automatische Aktivierung mittels entsprechender Sensoren im Kfz, z. B. bei Auslösen eines Bremsvorgangs, abrupten Richtungsänderungen oder in Verbindung mit Navigationssystemen und dann hinterlegten Fahrrouten. Schließlich ist die Aktivierung über externe Einflüsse möglich, z. B. Gefahrenmeldungen über Radio oder Internet oder auch in Form eines Mikrodoppler-Signals eines vorausfahrenden Fahrzeugs (Stichwort „car-to-car communication”).
-
Als weiteres Element umfasst diese erfindungsgemäße Ausgestaltung mindestens einen im Kfz zu implementierenden aktiven Sensor, welcher zudem geeignet ist, die Mikrodopplersignatur auszuwerten. In der Regel können dies die bereits vorhandenen LIDAR- und RADAR-Systeme sein erweitert um eine geeignete Signalverarbeitung. Grundsätzlich kann die Mikrodopplersignatur jedoch mit jedem aktiven elektromagnetischen Sensor ausgewertet werden, solange dessen Sendefrequenz oberhalb der verwendeten Mikrodopplerfrequenzen liegt.
-
Zudem ist an diese Sensoren eine geeignete Signalverarbeitung angebunden, welche die Empfangssignale auswertet und insbesondere definierte, in einem geeigneten Speichermedium hinterlegte Mikrodopplersignaturen erkennt. Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei erkannten Signalen anderer Fahrzeuge eine entsprechende Meldung an den Fahrzeugführer erfolgt, z. B. in Form eines Tones und/oder einer Leuchte.
-
Weiter vorzugsweise erfolgt auch eine spezifische Signalisierung in Text- oder Bildform auf geeigneten Darstellungsmedien, z. B. im Head-Up-Display. Auch ist vorzugsweise vorgesehen, die erkannte Wammeldung zusammen mit zusätzlichen Informationen an weitere Sensoren weiterzugeben, z. B. an andere Kfz. Insbesondere kann die Weitergabe der erkannten Information auch über die Erzeugung einer Mikrodopplersignatur am eigenen Kfz erfolgen. Möglich ist zudem die Informationsübertragung mittels anderer Verfahren, z. B. Mobilfunk (Stichwort „car-to-x communication”).
-
Auch wenn die obige Beschreibung sich ausschließlich auf den Kfz-Bereich bezieht, so ist der vorgestellte Signalgeber erfindungsgemäß auch in anderen Verkehrsbereichen erfolgreich einsetzbar. Hier sind insbesondere Schiff-, Luft- und Schienenverkehr vorgesehen, bei denen sich z. B. eine jeweils vorgeschriebene Beleuchtung erfindungsgemäß vorgesehen ergänzen lässt.
-
Die 5 zeigt ein erstes Fahrzeug 10, welches bremst und dabei eine erste definierte Mikrodopplersignatur 11 an seinem Heck erzeugt, wie zuvor beschrieben. Ein dem ersten Fahrzeug 10 folgendes zweites Fahrzeug 12 weist einen aktiven Sensor 13 auf, der z. B. durch das im zweiten Fahrzeug 12 vorhandene Radar- und/oder Lidar-System gebildet wird. Dieser aktive Sensor 13 sendet das Sendesignal 5 aus, welches von der mit der der ersten definierten Mikrodopplersignatur 11 entsprechenden Schwingung beaufschlagte Oberfläche am Heck des ersten Fahrzeugs 10 reflektiert und so in das Empfangssignal 6 gewandelt wird, welches vom aktiven Sensor 13 des zweiten Fahrzeugs 12 ausgewertet wird. Als Ergebnis dieser Auswertung erfolgt eine Signalisierung 14, für den Fahrer des zweiten Fahrzeugs, eine Funkübertragung 15, die z. B. von anderen Fahrzeugen erfasst werden kann, und die Erzeugung eines zweiten definierten Mikrodopplers 16 am Heck des zweiten Fahrzeugs, der z. B. anzeigt, dass das Fahrzeug in dem zweiten Fahrzeug 12 bremst.
-
6 zeigt eine mögliche Realisierung eines erfindungsgemäßen Informationsmarkers in Form eines Retroreflektors 17, in dessen Zentrum ein heute bereits vorhandener optischer Signalgeber 17a, z. B. eine Lampe oder LED, integriert ist.
-
Zur Erzeugung der Mikrodopplersignatur 11 auf der Oberfläche des Retroreflektors 17 ist ein Anregungsmodul 18 vorgesehen, z. B. wie es zuvor in Bezug auf die 2 und 3 beschrieben wurde.
-
Die 7 zeigt beispielhaft den Signalfluss des in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiels. In einem ersten Schritt S1 erfolgt im ersten Fahrzeug 10 eine Aktivierung des erfindungsgemäßen Informationsmarkers, z. B. des in 6 gezeigten Retroreflektors 17, wodurch am Heck des ersten Fahrzeugs im zweiten Schritt S2 die Mikrodopplersignatur 11 erzeugt wird. Der im zweiten Fahrzeug 12 vorhandene aktive Sensor 13 sendet das Sendesignal 5 und erfasst das Empfangssignal 6 in einem dritten Schritt S2. Daraufhin erfolgt in einem vierten Schritt S4 eine Signalauswertung der Messdaten, eine Übertragung der Information an weitere Objekte über die Funkübertragung 15 und eine Übermittlung der erkannten Information zur im fünften Schritt S5 erfolgenden Signalisierung 14 an den Fahrer des zweiten Fahrzeugs.
-
Erfindungsgemäß ist der Informationsmarker bevorzugt eine kompakte technische Vorrichtung, die an einer oder mehreren Teilen ihrer Oberfläche örtlich begrenzte Schwingungen bei einer oder mehreren Frequenzen erzeugt. Vorzugsweise erfolgt die Schwingungserzeugung aktiv durch Rückgriff auf eine eigene Energiequelle oder eine Energiequelle des Objekts, in das der erfindungsgemäße Informationsmarker eingebaut oder integriert ist. Das Schwingungssignal sollte in der Regel vergleichsweise niederfrequent sein, um im Auswertesignal des Hochfrequenzsensors detektierbar zu sein (kHz-Bereich).
-
Die örtlich begrenzten Schwingungen dienen dabei als Signatur, um bestimmte Objekte, Informationen oder Positionen auf definierte Art und Weise zu kennzeichnen. Der Informationsmarker ist daher hinsichtlich seiner Abmessungen hinreichend kompakt ausgeführt, um eine hochgenaue und sichere Anbringung zu erlauben. Besteht die Oberfläche des erfindungsgemäßen Informationsmarkers aus mehreren Teilen, die örtlich begrenzt schwingen, lässt sich die Genauigkeit einer Positionsbestimmung erhöhen. Vorzugsweise ist ein dreieckförmiger Aufbau vorgesehen, bei dem jede Ecke eine andere Schwingungsfrequenz aufweist. Durch Identifizierung aller drei Schwingungen kann der Mittelpunkt der Fläche exakt berechnet werden, was für hochgenaue Anwendungen wichtig sein kann (z. B. Messwerkzeuge für den Profibereich, Roboter in der Industrietechnik).
-
Die 8 zeigt einen solchen Informationsmarker, der als 3-fach Mikrodoppler-Marker 19 ausgebildet ist. Dieser umfasst eine Markergrundfläche 20 in Form eines gleichschenkligen Dreiecks, die z. B. transparent ist, einen Bezugspunkt 21 der Markierung im Schwerpunkt der Markergrundfläche 20 und drei Anregungsmodule 22 bis 24, die jeweils an einer Ecke der Markergrundfläche 20 angeordnet sind. Jedes der drei Anregungsmodule 22 bis 24 bewirkt eine örtlich begrenzte Schwingung, wobei jede der Schwingungen eine andere Frequenz aufweist.
-
Die 9 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel des in 8 gezeigten Mikrodoppler-Markers 19. Zur Projektion einer Laserlinie 26 zwischen zwei Punkten auf einer Arbeitsfläche 25, die im Bereich eines Laser-Messsensors 27 liegt, wird je ein Mikrodoppler-Marker 19 mit seinem Bezugspunkt 21 auf einen der beiden Punkte gesetzt, zwischen denen die Laserlinie 26 projiziert werden soll.
-
Der Laser-Messsensor 27 erfasst die sechs unterschiedlichen Signaturen der beiden Mikrodoppler-Marker 19 und bestimmt daraus die beiden Positionen von deren Bezugspunkten 21. Nach dieser Positionsbestimmung kann der Laser-Messsensor 27 die Laserlinie 26 zwischen den beiden Bezugspunkten 21 projizieren.
-
Die 10 zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel des in 8 gezeigten Mikrodoppler-Markers 19. Hier ist ein Mikrodoppler-Marker 19 an einer Türklinke 28 einer Tür 29 angebracht, um ein autonomes Fahrzeug 30, das mit einem Radarsensor 31 ausgestattet ist, der die zuvor beschriebene Auswertung durchführen kann, zu leiten.
-
Bei der Ortung bzw. Nachverfolgung von Spielgeräten mittels erfindungsgemäßer Informationsmarker ergeben sich insbesondere die folgenden Gesichtspunkte, erläutert am Beispiel von erfindungsgemäß ausgestatteten Golfbällen:
- 1. Erfindung in Golfball integriert. Die Mikrodopplersignatur erhöht die Sichtbarkeit des Golfballs für Radar/Lidar beträchtlich und erlaubt bei eineindeutigen Signaturen die Unterscheidung zwischen verschiedenen Golfbällen. Golfbälle sind nun prinzipiell, z. B. im Gebüsch oder auf eine Wiese, detektierbar.
- 2. Hier kann ein Radar- oder Lidar-System mit einem Beam ausgestattet sein, der schlicht nach dem erfindungsgemäßen Mikrodoppler sucht und einen Ton oder ein anderes Signal bei Erkennen der Signatur ausgibt und optional noch die Entfernung zum Ziel angibt. Hierdurch ist eine primitive Suche nach Spezial-Golfbällen im Gelände möglich. Vorher muss dem Radar/Lidar die gesuchte Mikrodopplersignatur bekannt sein, z. B. durch einen Einlesevorgang.
- 3. Ein Auswertemodul kann als Add-On zum Smart-Phone (oder sogar integriert ins Smart-Phone) vorgesehen sein. Da ”jedes” Smartphone eine Photokamera hat, wird durch eine App ein ”Fadenkreuz” im Bildbereich der Kamera angezeigt, so dass dem Nutzer optisch gezeigt wird, welchen Bereich das Radar/Lidar gerade beleuchtet. Wird ein Ziel (Golfball) detektiert wird optisch im Fadenkreuz angezeigt (z. B. farbiges Blinken des Fadenkreuze), wo der Golfball liegt. Das finden des Golfballs wir so durch ein einfaches User-Interface bei der Golfballsuche unterstützt.
- 4. Ein erfindungsgemäß als Informationsmarker ausgestatteter Golfball kann mit einer Batterie für Erzeugung der Mikrodopplersignatur versehen sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Batterie nur dann aktiviert wird, wenn der Golfball eine extrem starke Beschleunigung/Erschütterung erfährt (Abschlag des Golfballs). Ab dann bleibt er für beispielsweise 1 Stunde aktiv, bevor er wieder in den passiven (Sleep-Mode) geht. Der Golfball kann so prinzipiell für mehrer Jahre verwendet werden. Da High-End-Golfbälle ohnehin nur für eine Begrenzte Anzahl von Golfspielen benutzt werden, sind die Anforderungen an die Batterie in punkto Energiebedarf gering. Denkbar ist auch eine Vorrichtung ”Energie-Harvesting”, die die Batterie durch die Abschlagsenergie/Rotationsenergie auflädt.
-
Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird ausdrücklich auf die Offenbarung in den Figuren Bezug genommen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
