DE69702904T2

DE69702904T2 - Verfahren und vorrichtung zur abstandsmessung

Info

Publication number: DE69702904T2
Application number: DE69702904T
Authority: DE
Inventors: Christopher Simon Burrell
Original assignee: Guide Dogs for Blind Association
Current assignee: Guide Dogs for Blind Association
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2017-05-10
Also published as: JP2000510591A; NZ332824A; GB2313193A; ATE195812T1; GB9610094D0; ES2150251T3; DE69702904D1; AU723634B2; AU2967297A; GB2313193B; US6404703B1; WO1997043661A1; CA2255037A1; EP0900389A1; EP0900389B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abstandsmessung.
Bei Techniken zur Abstandsmessung werden akustische Signale im Ultraschallbereich in Form kurzer Pulse mittels eines schmalbandigen Senders übertragen und von einem Sensor detektiert. Bei solchen Vorrichtungen müssen die Intervalle zwischen den Pulsen länger sein als die Zeit, die das Ultraschallsignal benötigt, um vom Sender zum Detektor zu gelangen, um eine Mehrdeutigkeit von Pulsen am Sensor zu vermeiden. Dies wiederum beschränkt die Entfernung, die zu Überbrücken die Vorrichtung eingesetzt werden kann oder die Antwortgeschwindigkeit. DE 44 07 456 und EP 0 305 870 offenbaren jeweils eine Abstandsbestimmung durch in Beziehungsetzen von Ausbreitungszeiten elektromagnetischer und akustischer Signale zueinander.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung überwinden die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Abstandsmessung vorgeschlagen, welches die nachfolgenden Verfahrensschritte enthält:
- Das Übertragen eines jeweiligen ersten Signals mit einer ersten Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen mindestens einem Paar von ersten und zweiten Stellen, wobei das oder die ersten Signale ein jeweiliges erstes Modulationssignal umfassen mit einer Wiederholungsperiode, die länger ist als die Ausbreitungszeit des ersten Signales zwischen den ersten und zweiten Stellen und das oder die ersten Signale sequentiell auf zwei Trägerfrequenzen übertragen werden und die Trägerfrequenzen gemäß des entsprechenden ersten Modulationssignales ausgewählt werden;
- das Übertragen eines jeweiligen zweiten Signales mit einer zweiten Ausbreitungsgeschwindigkeit, die höher bemessen ist als die erste Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen dem oder den Paaren von ersten und zweiten Stellen;
- und dem Bestimmen des Abstandes zwischen den ersten und zweiten Stellen des oder der ersten Paare von ersten und zweiten Stellen aus der Differenz der Ausbreitungszeiten zwischen dem ersten und dem zweiten Signal.
Durch Benutzen eines ersten Modulationssignales mit einer Wiederholperiode, die lang ist, verglichen mit der Ausbreitungszeit des ersten Signales, stellt die detektierte Wellenform des ersten Modulationssignals eine eindeutige Anzeige der zeitlichen Verzögerung zwischen der Aussendung und der Detektion des ersten Signales dar, wodurch auf relativ einfache Weise die Mehrdeutigkeitsprobleme, die den Lösungen aus dem Stand der Technik anhaften, vermieden werden.
Das Verfahren kann ferner den Verfahrenschritt der Rotation des ersten Signales enthalten. Dies kann auf einfache Weise durch mechanische Mittel wie beispielsweise einen Motor oder durch elektronische Mittel wie ein phasengesteuertes Feld von Sendern geschehen.
Dies bietet den Vorteil, daß ein Positionsvektor zwischen dem Sender und dem Empfänger bestimmt werden kann.
Das erste oder die ersten oder die ersten oder die zweiten Signale werden von einer jeweiligen ersten Stelle ausgesandt und an einer jeweiligen zweiten Stelle empfangen. Alternativ dazu können die ersten und zweiten Signale von unterschiedlichen Stellen ausgesandt werden, wobei geeignete Einrichtungen vorgesehen sind, um Informationen zwischen diesen Stellen auszutauschen.
Vorzugsweise enthalten das oder die zweiten Signal(e) ein zweites Modulationssignal welches dem ersten Modulationssignal zugeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das oder die Radiofrequenzsignale ein entsprechendes zweites Modulationssignal welches dem ersten Modulationssignal zugeordnet ist.
Durch Benutzen eines oder mehrerer zweiter Modulationssignale, welche mit dem ersten Modulationssignal in Verbindung stehen, läßt sich der Vorteil erzielen, eine Synchronisation auf relativ einfachem Wege zwischen den Sendegeräten und den Detektoren herbeizuführen.
Vorzugsweise enthält der Verfahrensschritt der Detektion des oder der zweiten Signale das Ableiten des jeweiligen zweiten Modulationssignales, das Erzeugen an der jeweiligen zweiten Stelle einer Vielzahl von Referenzsignalen, welche zu den jeweiligen durch konstante Zeitintervalle zueinander verzögerten ersten Modulationssignal korrespondieren und das Vergleichen eines Signales, welches aus dem oder den ermittelten ersten Signal(en) abgeleitet ist, mit jedem Referenzsignal aus der Vielzahl der Referenzsignale.
Dies geht mit dem Vorteil einher, daß durch eine ausreichende Zahl von Referenzsignalen an jeder zweiten Stelle die Detektion substantüerter. Korrelationen zwischen den Signalen, die aus den entsprechenden Ultraschallsignalen und den Referenzsignalen abgeleitet sind, die ungefähre zeitliche Verzögerung zwischen Empfang des ersten und zweiten Signales angezeigt werden kann. Dies wiederum bietet den Vorteil, daß auf aufwendige Speichereinrichtungen verzichtet werden kann, um die Differenz zwischen den Ausbreitungszeiten zwischen den entsprechenden ersten und zweiten Signalen zu ermitteln.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Schritt der Erzeugung der Referenzsignale das Erzeugen jeweiligen erster Modulationssignale an der oder den zweiten Stellen und das Zuführen der ersten Modulationssignale zu einem jeweiligen Schieberegister mit einer Vielzahl von Ausgängen.
Das Verfahren kann ferner den Schritt der Bestimmung des Korrelationsgrades zwischen dem oder den Signalen einschließen, welche aus dem detektierten ersten Signal und jedem Referenzsignal abgeleitet ist.
Dies bietet den Vorteil, daß, wenn die Differenz in den Übertragungszeiten zwischen dem ersten und dem zweiten Signal zwischen zweien der Intervalle der korrespondierenden Referenzsignale liegt, dies unmittelbar durch Korrelation zwischen den Signalen angezeigt wird, die aus dem detektierten ersten Signal und zweier der Referenzsignale abgeleitet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind das oder die ersten Modulationssignale Pseudo-Zufalls-Bit-Abfolgen.
Durch Bereitstellen des oder der ersten Modulationssignale in Form von pseudozufälligen Bitsequenzen läßt sich in vorteilhafter Weise ein Signal erzeugen, welches für Modulationszwecke sehr geeignet ist, auf einfache Weise erzeugt werden kann und welches in einfacher Weise digital verarbeitet werden kann.
Das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Bits der pseudo-zufälligen Bitsequenz kann ein Vielfaches der Periode der zugehörigen Trägerfrequenzen betragen, welches vorzugsweise 39,6 kHz und bzw. 40,4 kHz betragen.
Dies bietet den Vorteil, daß in einer Einrichtung mit einer Chipweite (d. h. die Zeit von der Erzeugung eines Bits einer Digitalsequenz bis zum nächsten Bit) von 2,5 ms exakt 101 Zyklen von 40,4 kHz und 99 Zyklen von 39,6 kHz auf einem Chip erfolgen. Daraus resultiert, daß die beiden Frequenzen dort den selben Beginn aufweisen, wohin die neue Sequenz übertragen wird, mit dem Vorteil, daß die Übertragung des ersten Signal kontinuierlich und ohne Harmonische erfolgt.
Das vorgeschlagene Verfahren enthält weiterhin den Schritt der Übertragung eines dritten Signales von zumindest einer der zweiten Stellen zu einer ersten Stelle, um die Ausstrahlung des ersten und zweiten Signals zu aktivieren.
Damit einher geht der Vorteil, das Sendegerät in einem energiesparenden Modus betreiben zu können.
Das oder die ersten Signale können akustische Signale und in bevorzugter Weise Ultraschallsignale sein. Das oder die zweiten Signale können elektromagnetische, optische oder Radiofrequenzsignale sein.
Gemäß eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Sendegerät für ein Abstandsmeßsystem vorgeschlagen, wobei das Sendegerät nachfolgende Merkmalsgruppen enthält:
einen ersten Sender zum Aussenden eines ersten Signales mit einer ersten Ausbreitungsgeschwindigkeit,
- einen zweiten Sender zum Aussenden eines zweiten Signales mit einer zweiten Ausbreitungsgeschwindigkeit, die höher als die erste Ausbreitungsgeschwindigkeit bemessen ist,
- erste Modulationseinrichtung zum Modulieren des ersten Signales mit einem ersten Modulationssignal, welches eine Wiederholperiode hat, die länger als die Ausbreitungszeit des ersten Signales vom ersten Sender zu einem Detektor ist und
- Steuereinrichtungen zur Steuerung der Verzögerung zwischen dem Aussenden des ersten und des zweiten Signales, wobei der erste Sender im Betrieb ein Ultraschallsignal sequentiell auf zwei Frequenzen aussendet, die gemäß des ersten Modulationssignales ausgewählt sind.
Das Sendegerät kann weiterhin Mittel zum Verdrehen des ersten Signales enthalten.
Das Sendegerät kann ferner eine signalerzeugende Einrichtung zur Erzeugung des ersten Modulationssignales aufweisen.
Vorzugsweise ist das erste Modulationssignal eine pseudo-zufällige Bit-Sequenz.
Das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Bits der pseudo-zufälligen Bitsequenz kann ein Vielfaches der Periode der beiden korrespondierenden Frequenzen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die signalerzeugende Entwicklung mindestens ein Schieberegister zur Aufnahme des Kerns einer pseudo-zufälligen Bitsequenz und ein Gate-Netzwerk, welches mit den Ausgängen des Schieberegisters verbunden ist. Vorzugsweise enthält das Gate-Netzwerk eine Vielzahl von XOR-Gates.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Sendegerät ferner eine zweite Modulationseinrichtung zur Modulation eines Radiofrequenzsignales durch die pseudo-zufälligen Bitabfolge.
Dies bietet den Vorteil, eine ähnliche pseudo-zufällige Bitsequenz am Detektor zu generieren und mit der des Sendegerätes zu synchronisieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Sendegerät einen inaktiven Betriebszustand einnehmen, in welchem die ersten und zweiten Signale nicht ausgestrahlt werden und ferner eine Detektionseinrichtung enthalten, zur Detektion eines dritten Signales und in Reaktion darauf die Ausstrahlung des ersten und zweiten Signales aktivieren.
Der erste Sender kann eine Einrichtung zur Ausstrahlung eines akustischen Signales, vorzugsweise eines Ultraschallsignales enthalten.
Der zweite Sender kann eine Einrichtung zum Ausstrahlen eines elektromagnetischen, eines optischen oder eines Radiofrequenzsignals aufweisen.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Detektionsgerät für ein Abstandsmeßsystem vorgeschlagen, wobei das Detektionsgerät nachfolgende Merkmalsgruppen enthält:
- einen ersten Detektor zur Detektion eines ersten Signales mit einer ersten Ausbreitungsgeschwindigkeit, wobei der erste Detektor im Betrieb ein erstes Modulationssignal detektiert, welches eine längere Wiederholperiode hat als die Sendegerät-Detektor- Ausbreitungszeit des ersten Signales,
- Frequenzmodulationsumwandler zur Detektion des ersten Signales, welches sequentiell auf zwei Frequenzen übertragen wird, die entsprechend des ersten Modulationssignales ausgewählt sind,
- einen zweiten Detektor zur Detektion eines zweiten Signales, welches eine zweite Ausbreitungsgeschwindigkeit hat, die höher als die erste Ausbreitungsgeschwindigkeit ist und
- Einrichtungen zur Bestimmung der Entfernung zwischen Sendegerät und Detektor aus dem Zeitintervall zwischen der Detektion des ersten und des zweiten Signals.
In einer bevorzugten Ausführungsform detektiert der zweite Detektor im Betrieb ein zweites Modulationssignals, welches dem ersten Modulationssignal zugeordnet ist.
Vorzugsweise ist das erste Modulationssignal eine pseudo-zufällige Bitsequenz, das zweite Modulationssignal enthält den Kern der pseudo-zufälligen Bitsequenz.
Das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Bits der pseudo-zufälligen Bitabfolge kann ein Vielfaches der Perioden der entsprechenden beiden Frequenzen betragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Frequenzmodulationsumwandler einen phasenstarren Schaltkreis.
Die Einrichtungen zur Ermittlung der Entfernung können einen Prozessor zur Erzeugung einer ersten Vielzahl von Referenzsignalen enthalten, die mit im wesentlichen bestimmten Zeitintervallen zueinander verzögert zu dem ersten Modulationssignal korrespondieren, wobei das detektierte erste Modulationssignal mit jedem Referenzsignal aus der Vielzahl der Referenzsignale verglichen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Prozessor ein Schieberegister zur Aufnahme den Kern der pseudo-zufälligen Bitsequenz und ein Gate-Netzwerk zur Erzeugung einer pseudo-zufälligen Bitsequenz daraus.
Vorzugsweise enthält das Gate-Netzwerk eine Vielzahl von XOR-Gates.
Der Prozessor kann den Korrelationsgrad zwischen dem ersten Modulationssignal und jedem Referenzsignal aus der Vielzahl von Referenzsignalen bewerten.
In bevorzugter Ausführungsweise ist der Prozessor als ein Mikrocomputer ausgestaltet.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Abstandsmeßsystem vorgeschlagen, welches mindestens ein wie oben definiertes Sendegerät und mindestens ein wie oben definiertes Detektionsgerät enthält.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun eingehender beschrieben anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Abstandsmeßsystem gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2a eine alternative Anordnung, bei der der Mikrocomputer gemäß Fig. 1 ersetzt ist und
Fig. 2b eine Korrelationsgraphen, der aus dem Gerät gemäß Fig. 2a abgeleitet ist.
Gemäß Fig. 1 ist ein Abstandsmeßsystem 1 für sehbehinderte Personen dargestellt. Das Abstandsmeßsystem 1 enthält ein oder mehrere Sendegeräte 2 (von denen in Fig. 1 lediglich eins dargestellt ist) und ein oder mehrere Empfänger 3 (von denen ebenfalls nur einer dargestellt ist), wobei die Sendegeräte 2 an feststehenden Stellen angeordnet sind und jeder Empfänger 3 von der sehbehinderten Person getragen wird.
Das Sendegerät enthält einen Ultraschallsender 4, welcher mit einem Paar Oszillatoren 5 verbunden ist, zur Erzeugung von Signalen der Frequenzen 39, 4 bzw. 40, 4 kHz über entsprechende Ausgänge eines digitalen Schalters 6. Die Frequenzen der Oszellatoren 5 liegen so nah beieinander, daß ein schmalbandiges Sendegerät eingesetzt werden kann.
Durch Benutzen der Ultraschallfrequenzen von 39,6 kHz und 40,4 kHz, vorausgesetzt die Chipweite beträgt 2,5 ms, können exakt 101 Zyklen bei 40,4 kHz und 99 Zyklen bei 39,6 kHz erfolgen. Dadurch können die zwei Frequenzen denselben Beginn aufweisen, so daß die Ultraschallübertragung kontinuierlich und ohne Harmonische erfolgt. Dies bietet Vorteile in solchen Fällen, wo die beiden Frequenzen ohne deren Speicherung geändert werden, wo es in diesen Fällen zum Zeitpunkt der Frequenzänderung dazu kommen kann, daß die Periode des Ultraschallsignales länger ist als die der niedrigsten Frequenz oder kürzer ist als die der höchsten Frequenz. Durch Benutzen der oben aufgezählten beiden Frequenzen mit einer Chipweite von 2,5 ms überträgt das Ultraschallsendegerät immer, was wiederum ein vorteilhaftes Signal/Geräuschverhältnis nach sich zieht. Zusätzlich hat dieser Modulationstyp klar definierte Übergabepunkte, wodurch sich die Abstände wesentlich genauer bestimmen lassen und sich die Geräuschauflösung wesentlich vereinfachen läßt.
Ein Eingang des digitalen Schalters 6 ist mit einem Ausgang des Netzwerkes 7 verbunden, welches ein Schieberegister enthält sowie XOR-Gates zur Erzeugung einer maximalen pseudo-zufälligen Abfolge in einer Weise, die der fachlich qualifizierten Person durchaus bekannt ist. Die Frequenz des Ultraschallsignales, welches vom Sender 4 ausgestrahlt wird, wird bestimmt durch die pseudozufällige Bitsequenz am Ausgang des Netzwerkes 7, ein logischer Wert entspricht einer der beiden Frequenzen während ein niedriger Wert der jeweils anderen Frequenz entspricht, z. B. werden in einem 24 Bit-Netzwerk im XOR-Gate (nicht dargestellt) die Bits 17 und 22 miteinander vergleichen, ein weiteres XOR-Gate kann die Bits 23 und 24 miteinander vergleichen. Ein drittes XOR-Gate vergleicht schließlich die Ausgänge der beiden genannten XOR-Gates.
Das Netzwerk 7 enthält eine Serie von 24 Ausgängen 8, wobei jeder mit einem entsprechenden Eingang eines Mikrocomputers 9 verbunden ist, welcher den Keim der pseudo-zufälligen Bitsequenz aufnimmt, d. h. die Abfolge von Datenbits, die vom Schieberegister sukzessive zu den XOR-Gates des Netzwerkes 7 ausgeschoben werden, um pseudo-zufällige Bitseqenz zu generieren, wie der fachlich qualifizierten Person ebenfalls bekannt ist. Der Keim der pseudozufälligen Bitsequenz wird ebenfalls einem Radiofrequenzsignal über den Radiosender 10 moduliert und über die Antenne 11 ausgestrahlt. Ein Eingang des Mikrocomputers 9 ist über den Radioempfänger 12 mit einer weiteren Antenne 13 verbunden, die dieselbe wie die Antenne 11 sein kann und deren Funktion nachstehend näher erläutert wird.
Der Empfänger 3 enthält einen Ultraschallempfänger 14, an dessen Ausgang ein Begrenzer 15 geschaltet ist. Der Ausgangsbegrenzer 15 ist Eingang eines phasenstarren Kreises eines Frequenzmodulationswandlers 16, dessen Steuerspannung die digitale pseudo-zufällige Bitsequenz, welche auf das übertragene Ultraschallsignal moduliert wurde, wiedergewinnt, durch Vergleich des Durchschnittswertes der Steuerspannung zum momentanen Niveau der Steuerspannung des phasenstarren Schaltkreises. Der Ausgang des Frequenzmodulationswandlers 16 wird auf den Eingang eines Mikrocomputers 17 gegeben, ferner auf ein integrierendes Bauteil 18, welches die Zeitspanne bestimmt, innerhalb der ein logisch hoher Zustand im Vergleich zu einem logisch niedrigen Zustand während der Zeit anstand, die erforderlich ist, ein Bit der pseudo-zufälligen Bitsequenz zu senden. Die Integrationseinheit 18 wird dann am Ende jeder Meßperiode zurückgesetzt und der Ausgang der Integrationseinheit 18 wird ebenso auf den Eingang des Mikrocomputers 17 gelegt. Ein weiterer Eingang des Mikrocomputers 17 ist über einen Radioempfänger 19 mit einer Antenne 20 verbunden, ferner ist ein Ausgang des Mikrocomputers 17 mit einem Radiosender 21 an eine Antenne 22 angeschlossen, welche baugleich zur Antenne 20 sein kann und deren Funktion nachfolgend detaillierter beschrieben wird.
Nunmehr wird die Funktionsweise des Abstandsmeßsystems 1 gemäß Fig. 1 näher beschrieben. Wenn eine sehbehinderte Person die Empfängereinheit 3 aktiviert, wird ein Radiofrequenzsignal, welches den Zugangscode für einen oder mehrere Sendegeräte 2 enthält, über den Radiosender 21 und die Antenne 22 ausgestrahlt.
Jedes Sendegerät 2 verfügt über einen Energiesparmodus, in welchem kein Signal durch den Sender 4 oder die Antenne 11 ausgestrahlt wird und die einzige benötigte Energie diejenige ist, einen einzelnen Oszillator im Sender 2 anzutreiben, um periodisch den Radioempfänger 12 abzufragen, beispielsweise einmal pro Sekunde, ob ein Radiosignal vorhanden ist oder nicht. Wird ein Radiosignal an der Antenne 13 empfangen, welches durch den Radioempfänger 12 detektiert ist, wird der Mikrocomputer 9 aktiviert, um zu bestimmen, ob das Radiosignal den Zugangscode für den Sender 2 enthält. Wird kein Zugangscode ermittelt, verbleibt der Sender 2 im Energiesparmodus. Enthält das vom Radioempfänger 12 und dem Mikrocomputer 9 detektierte Radiofrequenzsignal hingegen den Zugangscode, wird jeder Sender 2, der seinen jeweiligen Zugangscode detektiert, aktiviert, so daß der Mikrocomputer 9 eines jeden Senders 2 den Keim seiner jeweiligen pseudo-zufälligen Bitabfolge über den Radiofrequenzsender 10 und die Antenne 11 überträgt und ebenso eine pseudozufällige Bitabfolge im Netzwerk 7 generiert. Die pseudo-zufällige Bitabfolge wird dann dem digitalen Schalter 6 zugeführt, um zwischen den jeweiligen Oszillatoren 5 auszuwählen, so daß die Frequenz des emittierten Ultraschallsignales durch den Sender 4 gemäß der pseudo-zufälligen Bitabfolge moduliert wird. Die Ausstrahlung des Radiofrequenzsignales über die Antenne 11 und das Ultraschallsignal über den Sender 14 werden über den Mikrocomputer 9 derart gesteuert, daß sie simultan beginnen. Das Radiofrequenzsignal enthält ferner Modulationskomponenten, um die Synchronisierung zwischen dem Sender 2 und dem Empfänger 3 zu ermöglichen, was der fachlich qualifizierten Person durchaus bekannt ist.
Das Radiofrequenzsignal, welches über Antenne 11 übertragen wird, wird von der Antenne 20 empfangen und der Radiofrequenzempfänger 19 gewinnt den Keim der pseudo-zufälligen Bitabfolge zurück und führt diese dem Mikrocomputer 17 zu. In ähnlicher Weise wird die pseudo-zufällige Bitabfolge, welche auf das Ultraschallsignal moduliert wurde, das vom Sender 4 übertragen wird, aus dem Signal, welches vom Detektor 14 aufgefangen ist, zurückgewonnen und dem Mikrocomputer 17 wieder zugeführt. Durch geeignete Software im Mikrocomputer 17 wird die zeitliche Verzögerung zwischen Empfang des Radiosignales an der Antenne 20 und dem Ultraschallsignal am Detektor 14 bestimmt, was wiederum auf die Ausbreitungszeit des Ultraschallsignals zwischen Sender 4 und Empfänger 14 zurückschließen läßt. Daraus wird der Abstand zwischen der Sendeeinheit 2 und der Empfängereinheit 3 bestimmt.
Die Empfangseinheit 3 enthält geeignete Anzeigemittel (die hier nicht dargestellt sind) wie beispielsweise eine hörbare Anzeige, um den gemessenen Abstand dem Benutzer zur Kenntnis zu bringen. Alternativ oder zusätzlich sind geeignete vorher aufgenommene Informationen durch die Empfangseinheit 3 abspielbar, um Hindernisse o. ä. anzuzeigen. Ferner kann eine Absolutposition durch Signale angezeigt werden, die von der Empfangseinheit 3 von mehr als einer Sendeeinheit 2 aufgefangen wurden. Solch eine Anordnung kann beispielsweise dazu benutzt werden, um teilweise sehende Benutzer die Position von Gütern auf Regalen beispielsweise in einem Supermarkt nahezubringen. Ferner kann über geeignete ebenfalls vorzusehende Speichereinrichtungen in der Empfangseinheit 3 eine Routeninformation aufgebaut werden, die für die weitere Benutzung geeignet ist.
In Bezug auf Fig. 2a ist eine Prozessoreinheit 23 dargestellt, welche in einem alternativen Ausführungsbeispiel den Mikrocomputer 17 der Empfangseinheit 3 ersetzt. Der Prozessor 23 enthält Bitschieberegister 24 zur Aufnahme an seinem Eingang der Keime der pseudo-zufälligen Bitabfolgen, welche aus dem Radioempfänger 19 zurückgewonnen werden. Das Schieberegister 24 hat eine Reihe von 24 Ausgängen, welche mit einem Netzwerk 25, welches identisch zum Netzwerk 7 der Sendeeinheit 2 gemäß Fig. 1 ausgebildet ist, so daß der Keim der pseudo-zufälligen Bitsequenz im Schieberegister 24 aufgenommen werden kann und an das Netzwerk 25 übertragen wird, welches daraus die Originale pseudozufällige Bitabfolge wieder herstellt. Eine Zeitschaltuhr 26 ist dem Netzwerk 25 zugeordnet; ferner ein Schieberegister 27, so daß eine pseudo-zufällige Bitsequenz im Netzwerk 25 erzeugt werden kann, die identisch zu derjenigen im Mikrocomputer 9 der Sendeeinheit 2 ist und die an das Schieberegister 27 übertragen werden kann. Auf diese Weise stellt das Signal, welches am Ausgang 28 des Schieberegisters 27 ansteht, die pseudo-zufällige Bitsequenz im Netzwerk 25 dar, verzögert durch aufeinander folgende zeitliche Intervalle, von denen jeder dem vorgegebenen Takt der Zeitschaltuhr 26 entspricht.
Die demodulierten Abfolgen, abgeleitet in Empfänger 3, sind mit dem nicht invertierenden Eingang 29 und dem invertierenden Eingang 30 eines Trennverstärkers verbunden, dessen Ausgänge mit einem Vergleichernetzwerk 31 verbunden sind, dessen anderer Eingang sequentiell mit den Ausgängen 28 des Schieberegisters 27 verbunden wird, so daß das Vergleichernetzwerk die Eingangssequenzen und die verzögerten Sequenzen zu jedem Schieberegisterausgang vergleicht. Der Ausgang des Vergleichernetzwerkes 31 erfolgt über eine Widerstands-/Kapazitäts-Integrationseinheit 32 über einen Multiplexer 33, um ein gemäß Fig. 2b dargestelltes Ausgangssignal zu erzeugen, in welchem die beiden Ausgänge 28 des Schieberegisters 27 den höchsten Korrelationsgrad mit den Signalen aufweisen, die durch die Empfänger 3 zurückgewonnen werden und die durch ein Paar von Spitzen 34 kenntlich gemacht sind.
Das Paar von Spitzen 34 zeigt zwei diskrete Zeitintervalle an, zwischen denen die Verzögerung zwischen Empfang des Radiofrequenzsignales an Antenne 20 und dem Ultraschallsignal, bei Empfänger 14 vergangen ist. Dies ermöglicht eine Anzeige der zeitlichen Verzögerung zwischen Empfang des Radiosignales und Ultraschallsignal aus denen der Abstand zwischen der Sendeeinheit 2 und der Empfangseinheit 3 wiederum ermittelt werden kann.
Der fachlich qualifizierten Person ist durchaus bekannt, daß der Korrelationsgrad zwischen dem zurückgewonnenen Signalen und den Ausgängen des Schieberegisters 27 auch über eine geeignete Software sichergestellt werden kann.
Fachlich qualifizierten Personen ist darüber hinaus ersichtlich, daß die oben angegebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft erläutert wurden und daß die verschiedensten Abwandlungen und Modifikationen am Gegenstand der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne den eigentlichen Kern der Erfindung gemäß der anhängenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere kann das Ultraschallsignal, welches von dem Sender 4 des Sendegerätes 2 ausgeht, rotiert werden, entweder auf mechanischem Wege durch Verdrehen des Ultraschallsenders durch einen motorischen Antrieb oder auf elektronischem Wege durch ein Phasenarray eines Ultraschallsenders. Ist die Drehgeschwindigkeit und die absolute Position des Rotationskopfes zu einem festen Zeitpunkt bekannt, zusammen mit dem Keim der binären Sequenz, kann ein Positionsvektor zum Sender, z. B. in Gestalt eines Abstandes und eines Winkels errechnet werden. Ferner können mehr als ein Abstand zur selben Zeit ermittelt werden, was eine Ermittlung einer Position anstelle nur eines Abstandes gestattet.

Claims

1. Abstandsmeßverfahren mit nachfolgenden Verfahrensschritten:

- der Übertragung eines jeweiligen ersten Signales mit einer ersten Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen zumindest einem Paar erster und zweiter Stellen, wobei das oder die ersten Signal(e) ein jeweiliges erstes Modulationssignal mit einer Wiederholungsperiode enthält, die länger ist als die Ausbreitungszeit des ersten Signales zwischen entsprechenden ersten und zweiten Stellen und wobei das oder die ersten Signale auf zwei Trägerfrequenzen sequentiell übertragen wird und die Trägerfrequenzen entsprechend dem entsprechenden ersten Modulationssignal ausgewählt sind,

- der Übertragung eines jeweiligen zweiten Signales zwischen dem oder jedem Paar erster und zweiter Stellen, welches eine Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweist, welche höher als die erste Ausbreitungsgeschwindigkeit ist und

- der Ermittlung des Abstandes zwischen ersten und zweiten Stellen des oder jedes Paares erster und zweiter Stellen aus der Differenz der Ausbreitungszeiten zwischen ersten und zweiten Signalen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin der Schritt der Rotation des oder der ersten Signals/Signale umfaßt ist.

3. Verfahren gemäß der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder die ersten oder das zweite oder die zweiten Signal(e) von einer jeweiligen ersten Stelle ausgesandt und an einer jeweiligen zweiten Stelle empfangen werden.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die zweiten Signal(e) ein entsprechendes zweites Modulationssignal enthalten, welches dem ersten Modulationssignal zugeordnet ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Ermittlung des oder der zweiten Signal(e) weiterhin:

- das Ableiten des jeweiligen zweiten Modulationssignals;

- das Erzeugen an der jeweiligen zweiten Stelle einer Vielzahl von Referenzsignalen, die zu den jeweiligen durch konstante Zeitintervalle zueinander verzögerten ersten Modulationssingalen korrespondieren, und

- das Vergleichen eines Signales, welches aus dem oder den ermittelten ersten Signales abgeleitet ist, mit jedem der Vielzahl der Referenzsignale enthält.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung der Referenzsignale das Erzeugen jeweiliger erster Modulationssignale an der oder den zweiten Stellen einschließt und die ersten Modulationssignale einem jeweiligen Schieberegister mit einer Vielzahl von Ausgängen zugeführt werden.

7. Verfahren gemäß der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung des Korrelationsgrades zwischen dem oder den Signalen, die aus dem ersten Modulationssignal abgeleitet sind und jedem Referenzsignal umfaßt ist.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die ersten Modulationssignal(e) eine pseudozufällige Bitfolge ist/sind.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Bits der pseudo-zufälligen Bitfolge ein Vielfaches der Periode der Trägerfrequenzen ist.

10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin der Schritt der Übertragung eines dritten Signales von mindestens einer der einen zweiten Stelle zu einer ersten Stelle enthalten ist, um das Aussenden des ersten und zweiten Signals zu aktivieren.

11. Verfahren gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder jedes erste Signal ein akustisches, vorzugsweise ein Ultraschallsignal ist.

12. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die zweiten Signale ein elektromagnetisches, optisches oder Radiofrequenzsignal ist/sind.

13. Sendegerät für ein Abstandsmeßsystem mit nachfolgenden Merkmalen:

- einem ersten Sender zum Aussenden eines ersten Signales mit einer ersten Ausbreitungsgeschwindigkeit,

- einem zweiten Sender zum Aussenden eines zweiten Signales mit einer zweiten Ausbreitungsgeschwindigkeit, die höher als die erste Ausbreitungsgeschwindigkeit ist,

- eine erste Modulationsvorrichtung zur Modulation des ersten Signales mit einem ersten Modulationssignal, dessen Wiederholungsperiode länger ist als die Ausbreitungszeit des ersten Signales vom ersten Sender zum Detektor und

- einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Verzögerung zwischen der Aussendung des ersten und des zweiten Signales, wobei der erste Sender im Betrieb das erste Signal sequentiell auf zwei Frequenzen aussendet, die entsprechend des ersten Modulationssignales ausgewählt sind.

14. Sendegerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Rotation des ersten Signales vorgesehen ist.

15. Sendegerät nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung des ersten Modulationssignales vorgesehen ist.

16. Sendegerät gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Modulationssignal eine pseudo-zufällige Bitfolge ist.

17. Sendegerät gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Bits der pseudo-zufälligen Bitfolge ein Vielfaches der Periode der beiden Frequenzen ausmacht.

18. Sendegerät gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung mindestens ein Schieberegister umfasst zur Aufnahme der pseudo-zufälligen Bitfolge sowie ein Gates-Netzwerk, welches mit den Ausgängen des Schieberegisters verbunden ist.

19. Sendegerät gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gates- Netzwerk eine Vielzahl von XOR-Gates enthält.

20. Sendegerät gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Modulationseinrichtung enthalten ist zur Modulation des zweiten Signales durch die pseudo-zufällige Bitfolge.

21. Sendegerät gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendegerät in einem inaktiven Betriebszustand das erste und zweite Signal nicht aussendet und ferner eine Detektoreinrichtung enthält, zur Detektion eines dritten Signales und ansprechend darauf das erste und das zweite Signal ausgesandt werden.

22. Sendegerät gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sender eine Einrichtung zur Aussendung eines akustischen, vorzugsweise eines Ultraschallsignales enthält.

23. Sendegerät gemäß einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sender eine Einrichtung zur Aussendung eines elektromagnetischen, optischen oder Radiofrequenzsignales enthält.

24. Detektorgerät für ein Abstandsmeßsystem mit nachfolgenden Merkmalen:

- ein erster Detektor zur Detektion eines ersten Signales mit einer ersten Ausbreitungsgeschwindigkeit, wobei der erste Detektor im Betrieb ein erstes Modulationssignal mit einer längeren Wiederholperiode als die Ausbreitungszeit vom Sendeapparat zum Detektor des ersten Signales detektiert,

- Frequenz-Modulationsumwandler zur Detektion des ersten Signales, welches sequentiell auf zwei Frequenzen übertragen wird, welche entsprechend des ersten Modulationssignales ausgewählt werden,

- eine zweite Detektionseinrichtung zur Detektion eines zweiten Signales mit einer zweiten Ausbreitungsgeschwindigkeit, welche höher ist als die erste Ausbreitungsgeschwindigkeit und

- Einrichtungen zur Bestimmung des Sender-Detektorabstandes aus dem Zeitintervall zwischen der Detektion des ersten und des zweiten Signals.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Detektor im Betrieb ein zweites Modulationssignal detektiert, welches dem ersten Modulationssignal zugeordnet ist.

26. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Modulationssignal eine pseudo-zufällige Bitfolge darstellt und das zweite Modulationssignal den Kern der pseudo-zufälligen Bitfolge enthält.

27. Vorrichtung gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Bits der pseudo-zufälligen Bitfolge ein Vielfaches der Periode der beiden Trägerfrequenzen darstellt.

28. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenz-Modulationsumwandler einen phasenstarren Schaltkreis enthält.

29. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtungen ferner einen Prozessor enthalten zur Erzeugung einer Vielzahl von Referenzsignalen, welche zum mit im wesentlichen bestimmten Zeitintervallen zueinander verzögerten ersten Modulationssignal korrespondieren und das detektierte erste Modulationssignal mit jedem der Vielzahl der Referenzsignale verglichen wird.

30. Vorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor ein Schieberegister enthält, welches den Kern der pseudo-zufälligen Bitfolge aufnimmt sowie ein Gates-Netzwerk zur Erzeugung einer daraus hervorgehenden pseudo-zufälligen Bitfolge.

31. Vorrichtung gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Gates- Netzwerk eine Vielzahl von XOR-Gates enthält.

32. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor den Korrelationsgrad zwischen dem ersten Modulationssignal und jedem der Vielzahl der Referenzsignale bestimmt.

33. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor einen Mikrocomputer enthält.

34. Abstandsmeßsystem mit mindestens einem Sendeapparat gemäß einem der Ansprüche 13 bis 23 und mindestens einem Detektorgerät gemäß der Ansprüche 24 bis 33.