B E S C H R E I B U N G
Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objektes, Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes und System
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Objektes, das mindestens ein nichtlineares Bauelement, insbesondere ein Halbleiterbauelement, umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Position eines Objektes, das mindestens ein nichtlineares Bauelement, insbesondere ein Halbleiterbauelement, umfasst.
Ferner betrifft die Erfindung ein System, insbesondere ein Fahrzeug, einen Anhänger oder einen Container, das eine solche Vorrichtung umfasst und/oder ein solches Verfahren durchführt.
Aus der DE 10 2006 038 627 A1 ist es bekannt, elektronische Bauelemente, wie sie bei Zündeinrichtungen von Bomben verwendet werden, mit Hilfe eines Detektors zum Aufspüren nichtlinearer Übergänge von Grenzschichten, insbesondere der p-n-Übergänge von Halbleiterbauelementen (Dioden, Transistoren etc.), zu bestimmen. Die Arbeitsweise dieser beispielsweise auch in der WO 02/065419 A1 beschriebenen und als NLJ-Detektoren bezeichneten Detektoren (NLJ-Detektor: Non-Linear Junction-Detektor) besteht darin, dass ein primäres Hochfrequenzsignal einer Sendeantenne auf den zu untersuchenden Gegenstand gestrahlt wird. Sind in dem Gegenstand beispielsweise Halbleiterbauelemente vorhanden, so induziert die primäre Hochfrequenzstrahlung eine Spannung an den p-n- Übergängen des entsprechenden Halbleiterbauelements, der wie ein stromdurchflossener Leiter wirkt und somit ein eigenes elektromagnetisches Feld induziert, dessen zweite und/oder dritte Oberwellen (sekundäre Hochfrequenzstrahlung) wiederum über eine Empfangsantenne von einer Empfangs- und Auswerteeinheit empfangen und ausgewertet werden.
Mit diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist es bisher lediglich möglich, das Vorhandensein von Grenzschichtübergängen zu bestimmen.
Insbesondere, wenn Gebiete auf Sprengfallen untersucht werden sollen, die einen größeren Abstand von dem NLJ-Detektor besitzen (beispielsweise die Überprüfung der Umgebung einer Straße von einem gepanzerten Fahrzeug aus), ist es erforderlich, auch die Entfernung der Sprengfalle von dem Detektor zu kennen, um gegebenenfalls Maßnahmen zur Entschärfung oder Vernichtung der entsprechenden Sprengfalle einleiten zu können.
Aus der DE 10 2013 011 220 A1, ist ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts, das mindestens ein nichtlineares Bauteil umfasst, bekannt, deren Offenbarung vollumfänglich durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen wird. Hieraus ist ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung eines Objektes, das mindestens ein nichtlineares Bauelement enthält, welches bei Bestrahlung mit einem hochfrequenten impulsförmigen oder periodisch frequenzmodulierten Sendesignal ein Objektsignal mit der doppelten und/oder dreifachen Frequenz des Sendesignales erzeugt und wieder abstrahlt.
Ausgehend davon, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung und/oder ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, dass es erlaubt eine Position eines Objekts, das zumindest ein nichtlineares Bauteil aufweist, zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Objektes, das mindestens ein nichtlineares Bauelement, insbesondere ein Halbleiterbauelement, umfasst, welches dazu eingerichtet ist, bei Bestrahlung mit hochfrequenten Sendesignalen aus zumindest zwei unterschiedlichen Positionen Objektsignale mit der doppelten und/oder dreifachen Frequenz des jeweiligen Sendesignals erzeugt und wieder abstrahlt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung einer Position eines Objektes, das mindestens ein nichtlineares Bauelement, insbesondere ein Halbleiterbauelement, umfasst, welches bei Bestrahlung mit hochfrequenten Sendesignalen aus zumindest zwei Positionen Objektsignale mit der doppelten und/oder dreifachen Frequenz (2. Harmonische, 3. Harmonische)des jeweiligen Sendesignals zu erzeugen und wieder abzustrahlen.
Ferner stellt die Erfindung ein System, insbesondere Fahrzeug, Anhänger oder Container, bereit, das eine solche oder eine wie nachfolgend beschrieben weitergebildete Vorrichtung umfasst.
Hierdurch wird erreicht, dass die Objektposition eines Objektes mit mindestens einem nichtlinearen Bauelement bestimmbar ist. Um dies zu erreichen, werden hochfrequente Sendesignale aus zumindest zwei unterschiedlichen Positionen abgestrahlt. Jedes Sendesignal, das auf das Objekt, genauer gesagt das nichtlinearer Bauelement, trifft, erzeugt ein Objektsignal mit der doppelten/oder dreifachen Frequenz des jeweiligen Sendesignals. Die erzeugten Objektsignale werden wieder abgestrahlt und auf Basis der abgestrahlten Objektsignale ist die Position des Objektes bestimmbar. Es hat sich herausgestellt, dass dieses Verfahren weniger störungsanfällig ist und die erreichbare Genauigkeit höher ist. Ferner wird mit diesem Verfahren nur die Position und nicht nur die Entfernung zu einem Objekt ermittelt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, sowie deren Weiterbildungen sind entsprechend ausgebildet, um das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Weiterbildung des Verfahrens in geeigneter Weise durchzuführen. Diesen vorrichtungsgemäßen Weiterbildungen kommen die selben Vorteile zu, welche mit Hinblick auf das Verfahren beschrieben wurden.
In vorteilhafter Weiterbildung kann das Verfahren die folgenden Merkmale umfassen: Bestimmen des Einstrahlwinkels mit einer maximalen Rückstreuleistung eines jeden Sendesignals, und Bestimmen einer Position des Objekts durch Triangulation auf Basis des Einstrahlwinkels mit der maximalen Rückstreuleistung eines jeden Sendesignals und auf Basis der Positionen aus welchen die Sendesignale ausgestrahlt wurden.
Hierdurch wird erreicht, dass für jedes Sendesignal ein Einstrahlwinkel mit einer maximalen Rückstreuleistung bestimmt wird. Dies geschieht für jedes Sendesignal, das aus einer unterschiedlichen Position ausgesendet wurde. Auf Basis der so ermittelten Einstrahlwinkel mit maximaler Rückstreuleistung eines jeden Sendesignals und auf Basis der Positionen, aus denen die Sendesignale ausgestrahlt wurden, wird die Position des Objekts durch Triangulation bestimmt. Hierdurch wird ein einfaches aber robustes Verfahren angegeben, dass es erlaubt die Position des Objektes auf einfache Weise und robust zu bestimmen. Ferner kann das Verfahren die folgenden Schritte umfassen: Bestrahlen des Objekts mit zumindest zwei aus unterschiedlichen Positionen ausgestrahlten Sendesignalen durch zumindest eine Sendeeinrichtung; Empfangen der durch die nichtliniearen Bauelemente abgestrahlten Objektsignale mit der doppelten und/oder dreifachen Frequenz der Sendesignale durch zumindest eine Empfangseinrichtung; Bestimmen einer Rückstreuleistung der Objektsignale unter Berücksichtigung eines Einstrahlwinkels der Sendsignale. Diese Schritte werden vorzugsweise vor dem Bestimmen des Einstrahlwinkels mit einer maximalen Rückstreuleistung eines jeden Sendesignals durchgeführt.
Hierdurch wird eine Möglichkeit angegeben, wie die Rückstreuleistung zu bestimmen ist. Zunächst wird das Objekt aus zwei unterschiedlichen Positionen durch zumindest eine Sendeeinrichtung bestrahlt. Anschließend werden die von den nichtlinearen Bauelementen des Objekts abgestrahlten Objektsignale durch zumindest eine Empfangseinrichtung empfangen und es wird unter Berücksichtigung des Einstrahlwinkels der Sendesignale die Rückstreuleistung bestimmt. Neben dieser Möglichkeit zur Bestimmung der Rückstreuleistung der Objektsignale sind auch andere Möglichkeiten denkbar.
Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte in der vorgenannten Reihenfolge vorgenommen, ferner vorzugsweise in unmittelbarer Abfolge.
In Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Rückstreuleistung der Objektsignale zur Ermittlung des Einstrahlwinkels mit der maximalen Rückstreuleistung winkelaufgelöst über den gesamten Frequenzbereich der Objektsignale integriert wird. Dazu wird für jeden Einstrahlwinkel über den gesamten Frequenzbereich das Integral der Rückstreuleistung der Objektsignale gezogen, und so die maximalen Rückstreuleistungen winkelaufgelöst bestimmt. Dadurch, dass die Sendesignale aus zwei unterschiedlichen Positionen abgestrahlt werden, ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, nicht nur die Entfernung sondern auch die Position des Objekts zu bestimmen.
Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass anhand der Form der Antennenkeulen, insbesondere eines Öffnungswinkels der Hauptkeulen, der Sende- und/oder Empfangseinrichtungen und anhand der Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung eine Position maximaler Entfernung und eine Position minimaler Entfernung bestimmt wird. Für jeden Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung ist somit eine gewisse Messtoleranz gegeben, welche durch die Form der Antennenkeulen, insbesondere den Öffnungswinkel der Hauptkeulen, definiert wird. Diese Messtoleranz wird in dieser Ausgestaltung des Verfahrens entsprechend berücksichtigt.
In Ausgestaltung kann dabei jedem Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung ein Winkelbereich zugeordnet werden. In vorteilhafter Weiterbildung sind dies die Öffnungswinkel der Hauptkeulen. Diese Winkelbereiche jedes Einstrahlwinkels mit der maximalen Rückstreuleistung schneiden sich und es ergeben sich Schnittpunkte, welche den Bereich definieren, in welchem sich das Objekt befindet. Diese Schnittpunkte definieren eine Position maximaler Entfernung und eine Position minimaler Entfernung.
In Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Position des Objekts aus der Position maximaler Entfernung und der Position minimaler Entfernung bestimmt wird.
Aus der zunächst ermittelten Position maximaler Entfernung und der Position minimaler Entfernung wird dann die Position des Objekts, bspw. durch Ermittlung eines Mittelwerts bestimmt, sodass die Position des Objekts als mittig zwischen der Position maximaler Entfernung und der Position minimaler Entfernung bestimmt wird. Es sind aber auch andere mathematische Methoden als die Ermittlung eines Mittelwerts denkbar, wie bspw. die Ermittlung eines Schwerpunkts, einer durch die Schnittpunkte der Winkelbereiche aufgespannten Fläche.
Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass der Einstrahlwinkel jedes Sendesignals durch mechanisches und/oder elektronisches Schwenken der Antennenkeulen der Sendeeinrichtungen eingestellt wird.
Ein mechanisches Schwenken wird realisiert, in dem die gesamte Vorrichtung oder die Sendeeinrichtung geschwenkt wird. Ein elektronisches Schwenken kann zum Beispiel realisiert werden, indem nur bestimmte Teile eines Arrays einer Sendeeinrichtung Sendesignale eines bestimmten Winkels ausstrahlen, und anschließend andere Teile des Arrays Sendesignale mit einem anderen Einstrahlwinkel ausstrahlen. Hierdurch wird erreicht, dass die Sendesignale zeitversetzt nur in einem bestimmten Winkelbereich ausgesendet werden und somit ein Abtasten eines gesamten Schwenkbereichs der Sendeeinrichtung realisiert wird.
Weiter kann das Verfahren vorsehen, dass jedes Sendesignal aus einer einzigen Sendeeinrichtung abgestrahlt wird, und durch eine einzige Empfangseinrichtung empfangen wird, wobei die Sendeeinrichtung in einer ersten Position Sendesignale abstrahlt und die Empfangseinrichtung Objektsignale empfängt und danach, vorzugsweise durch Bewegung aus eigener Kraft oder durch Transport, in weiteren Positionen erneut Sendesignale abstrahlt und Objektsignale empfängt. Für diese Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass nur eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung benötigt werden. Diese ist vorzugsweise an einem System, wie beispielsweise einem Fahrzeug, einem Anhänger oder einem Container befestigt, um in verschiedene Positionen transportiert zu werden, aus denen Sendesignale abgestrahlt werden und Objektsignale empfangen werden. Ferner wird hierdurch ein Verfahren angegeben, das es ermöglicht, mit einer einfach ausgebildeten Vorrichtung, die nur eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung aufweist, die Position des Objektes zu bestimmen. Das hierdurch geschaffene Verfahren sieht zwar ein zeitaufwendigeres Ändern der Position der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor, ermöglicht es jedoch mit einer vergleichsweise einfachen Vorrichtung eine verfahrensgemäße Umsetzung zu realisieren.
Zudem kann das Verfahren vorsehen, dass jedes Sendesignal aus einer unterschiedlichen Sendeeinrichtung, die jeweils in unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, abgestrahlt wird, und durch jeweils eine der jeweiligen Sendeeinrichtung zugeordneten Empfangseinrichtung das jeweilige Objektsignal empfangen wird. Für die Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dieser Ausführung ist vorgesehen, dass Sendesignale aus unterschiedlichen Sendeeinrichtungen abgestrahlt werden, die jeweils in unterschiedlichen Positionen angeordnet sind. Die Vorrichtung umfasst somit mehrere Sendeeinrichtungen, die es erlauben in kurzer Zeit oder auch gleichzeitig Sendesignale aus unterschiedlichen Positionen auszusenden und die durch die Sendesignale erzeugten Objektsignale mit den jeweiligen Sendeeinrichtungen zugeordneten Empfangseinrichtungen zu empfangen. Hierdurch wird ein Verfahren angegeben, das es ermöglicht ohne ein verhältnismäßig zeitaufwendiges ändern der Position der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine verfahrensgemäße Umsetzung zu realisieren.
Vorzugweise sieht die Vorrichtung eine Schaltungseinrichtung vor, die dazu eingerichtet ist, die Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung eines jeden Sendesignals zu bestimmen, und die Position des Objekts durch Triangulation auf Basis des Einstrahlwinkels mit der maximalen Rückstreuleistung eines jeden Sendesignals und auf Basis der Positionen zu bestimmen.
In Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass diese zumindest eine Sendeeinrichtung zur Erzeugung von zumindest zwei aus unterschiedlichen Positionen ausgestrahlten Sendsignalen umfasst. Ferner kann in Ausgestaltung vorgesehen sein, dass zumindest eine Empfangseinrichtung zum Empfang von Objektsignalen, deren Frequenz dem zwei- und/oder dreifachen der Frequenz der jeweiligen Sendesignale entspricht. Vorzugsweise ist die zumindest eine Sendeeinrichtung und die zumindest eine Empfangseinrichtung mit der Schaltungseinrichtung betriebsmäßig verbunden. Die Schaltungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Rückstreuleistung der Objektsignale unter Berücksichtigung eines Einstrahlwinkels der Sendesignale zu bestimmen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass jeder Sendeeinrichtung eine Empfangseinrichtung zum Empfang des jeweiligen Objektsignals zugeordnet ist, also gleich oder im Wesentlichen gleich positioniert ist.
In Ausgestaltung der Vorrichtung und auch des Verfahrens kann auch vorgesehen sein, dass die Sendeeinrichtungen und die Empfangseinrichtungen jeweils zu einer Sende- und Empfangseinrichtung zusammengefasst sind.
In Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungseinrichtung eingerichtet ist, die Rückstreuleistung der Objektsignale winkelaufgelöst über den gesamten Frequenzbereich der Objektsignale zu integrieren.
Ferner kann in Ausgestaltung der Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Schaltungseinrichtung eingerichtet ist, anhand einer Form der Antennenkeulen, insbesondere eines Öffnungswinkels der Hauptkeulen, der Sende- und/oder Empfangseinrichtungen und anhand der Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung eine Position maximaler Entfernung und eine Position minimaler Entfernung zu bestimmen.
In Weiterbildung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungseinrichtung eingerichtet ist, um die Position des Objekts aus der Position maximaler Entfernung und der Position minimaler Entfernung zu bestimmen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Einstrahlwinkel jedes Sendesignals durch mechanisches und/oder elektronisches Schwenken der Antennenkeulen der Sendeeinrichtungen einstellbar ist.
In Ausgestaltung der Vorrichtung kann ferner vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine einzige Sendeeinrichtung zur Abstrahlung jedes Sendesignals, und eine einzige Empfangseinrichtung zum Empfang jedes Empfangssignals umfasst, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, vorzugsweise durch Bewegung aus eigener Kraft oder durch Transport, mittels der Sendeeinrichtung in einer ersten Position Sendesignale abzustrahlen und der Empfangseinrichtung Objektsignale zu empfangen und danach mittels der Sendeeinrichtung in weiteren Positionen erneut Sendesignale abstrahlen und mittels der Empfangseinrichtung Objektsignale zu empfangen.
Hierdurch wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die es erlaubt, mit einer einzigen Sendeeinrichtung und einer einzigen Empfangseinrichtung die Position des Objekts zu bestimmen. Somit kann durch eine Vorrichtung mit einer einfachen Konfiguration sicher die Position des Objekts bestimmt werden.
Ferner kann die Vorrichtung vorsehen, dass die Vorrichtung zumindest zwei Sendeeinrichtungen zur Abstrahlung von Sendesignalen jeweils in unterschiedlichen Positionen umfasst. Vorzugsweise ist jeder Sendeeinrichtung eine Empfangseinrichtung zum Empfang des jeweiligen Objektsignals zugeordnet.
In Ausgestaltung der Vorrichtung kann dazu ein Array ausgebildet sein, das als Sendeeinrichtungen mehrere voneinander beabstandete Subarrays oder Antennen aufweist. Ebenfalls können einzelne unterschiedlich positionierte Antennen als Sendeeinrichtungen bereitgestellt werden. Auch eine Kombination aus Arrays, Subarrays und/oder Antennen ist möglich.
Die Abstände zwischen den Sendeeinheiten sowie den Empfangseinheiten können unterschiedlich groß oder äquidistant sein. Eine äquidistante Anordnung hat den Vorteil, dass ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreichbar ist. Unterschiedliche Abstände haben den Vorteil, dass die Zahl der Mehrdeutigkeiten reduzierbar ist.
Ferner kann die Genauigkeit der Vorrichtung als auch des Verfahrens durch Kombination mit einer Zeitdifferenzmessung zwischen dem Aussenden und dem Empfang der Signale des induzierten Objektsignals verbessert werden.
Ferner kann zu Steigerung der Genauigkeit der Vorrichtung als auch des Verfahrens durch Kombination mit FMCW-VERFAHREN oder FSK-Verfahren möglich sein.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert werden.
Es zeigt:
Fig.1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
Fig.2 eine schematische Darstellung einer Sende- und Empfangseinrichtung;
Fig.3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der in
Fig.1 gezeigten Ausführungsform;
Fig.4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig.5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der in
Fig.4 gezeigten Ausführungsform;
Fig.6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
Fig.7 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der in Fig.6 gezeigten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Position eines Objektes 2. Das Objekt 2 umfasst zumindest ein nichtlineares Bauelement 3. Das nichtlineare Bauelement 3 weist vorzugsweise ein Halbleiterbauelement auf. Bei einer Bestrahlung mit hochfrequenten Sendesignalen 41, 42, 4n durch die Vorrichtung werden Objektsignale 51, 52, 5n mit der doppelten und/oder dreifachen Frequenz des jeweiligen Sendesignals 41, 42, 4n erzeugt und wieder abgestrahlt.
Wie in Fig.1 dargestellt, umfasst die Vorrichtung 1 zumindest zwei Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n zur Erzeugung von zumindest zwei aus unterschiedlichen Positionen P1, P2, Pn ausgestrahlten Sendsignalen 41, 42, 4n. Gemäß Fig.1 sind hierzu mehrere Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n ausgebildet, die in unterschiedlichen Positionen P1, P2, Pn angeordnet sind.
Ferner umfasst die Vorrichtung 1 mehrere Empfangseinrichtungen 121, 122, 12n zum Empfang von Objektsignalen 51, 52, 5n, deren Frequenz dem zwei- und/oder dreifachen der Frequenz der jeweiligen Sendesignale 41, 42, 4n entspricht.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n und die Empfangseinrichtungen 121, 122, 12n jeweils zu einer Sende- und Empfangseinrichtung 61, 121; 62, 122,; 6n, 12n zusammengefasst sind.
Die Vorrichtung weist somit zumindest zwei Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n zur Abstrahlung von Sendesignalen 41, 42, 4n auf, die jeweils in unterschiedlichen Positionen P1, P2, Pn angeordnet sind. Jeder Sendeeinrichtung P1, P2, Pn ist eine Empfangseinrichtung 121, 122, 123 zum Empfang des jeweiligen Objektsignals 51, 52, 5n zugeordnet, diese also gleich oder im Wesentlichen gleich positioniert sind.
Zudem umfasst die Vorrichtung 1 eine Schaltungseinrichtung 10, mit der die Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n und die Empfangseinrichtungen 121, 122, 12n betriebsmäßig verbunden sind. Die Schaltungseinrichtung 10 ist eingerichtet, die Rückstreuleistung der durch die Empfangseinrichtungen empfangenen Objektsignale 51, 52, 5n unter Berücksichtigung des Einstrahlwinkels a1, a2, an der Sendesignale 41, 42, 4n zu bestimmen.
Der Einstrahlwinkel a1, a2, an jedes Sendesignals 41, 42, 4n ist durch mechanisches und/oder elektronisches Schwenken der Antennenkeulen 71, 72, 7n der Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n einstellbar. Die Schaltungseinrichtung 10 ist ferner dazu eingerichtet, die Einstrahlwinkel mit
der maximalen Rückstreuleistung a1max, a2max, anmax eines jeden Sendesignals 41, 42, 4n zu bestimmen. Dazu ist die Schaltungseinrichtung 10 eingerichtet, die Rückstreuleistung der Objektsignale 51, 52, 5n winkelaufgelöst über den gesamten Frequenzbereich der Objektsignale 51, 52, 5n zu integrieren. Diese Rückstreuleistungen werden für jeden Einstrahlwinkel einer Sendeeinrichtung 61, 62, 6n ermittelt und verglichen. Der Einstrahlwinkel a1, a2, an für den die größte Rückstreuleistung ermittelt wird, ist der Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung a1max, a2max, anmax eines jeden Sendesignals 41, 42, 4n.
Ferner ist die Schaltungseinrichtung 10 dazu eingerichtet, die Position Pobj des Objekts 2 durch Triangulation auf Basis des Einstrahlwinkels mit der maximalen Rückstreuleistung a1max, a2max, anmax eines jeden Sendesignals und auf Basis der Positionen P1, P2, P3 zu bestimmen. Eine genauere Beschreibung der Positionsbestimmung durch die Schaltungseinrichtung 10 durch Triangulation erfolgt nachfolgend zu Fig.3.
Fig.2 zeigt eine Sendeeinrichtung 61, 62, 6n oder Empfangseinrichtung 121, 122, 12n gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 ist die Sendecharakteristik der Sendeeinrichtung 61, 62, 6n bzw. der Empfangseinrichtung 121, 122, 12n dargestellt. In der Fig. 2 ist die Form der Hauptkeule der jeweiligen Antennenkeulen 71, 72, 7n dargestellt und der Öffnungswinkel b1, b2, b3 der Hauptkeule entsprechend markiert.
Fig.3 zeigt schematisch die Vorrichtung gemäß Fig.1. Hier sind beispielhaft zu Zwecken der Veranschaulichung zwei Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n und zwei Empfangseinrichtungen 121, 122, 123 dargestellt. Jedes Sendesignal 41, 42, 4n wird aus einer unterschiedlichen Sendeeinrichtung 61, 62, 6n, die jeweils in unterschiedlichen Positionen P1, P2, Pn angeordnet sind, abgestrahlt und durch jeweils eine der jeweiligen Sendeeinrichtung 61, 62, 6n zugeordneten Empfangseinrichtung 121, 122, 12n wird das jeweilige Objektsignal 51, 52, 5n empfangen.
Wie in der Fig.3 dargestellt, ist der gesamte Schwenkbereich der Antennenkeulen 71, 72, 7n dargestellt, welchen der jeweilige Einstrahlwinkel a1, a2, an beim Schwenken durchlaufen kann. Nachfolgend wird das Verfahren zur Bestimmung einer Position des Objektes anhand seiner Verfahrensschritte gemäß Fig.3 beschrieben. Wie in der Fig.3 erkennbar findet ein Bestrahlen des Objekts 2 mit zumindest zwei aus unterschiedlichen Positionen P1, P2, Pn ausgestrahlten Sendesignalen 41, 42, 4n durch die Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n statt. Anschließend werden die durch die nichtlinearen Bauelemente 3 abgestrahlten Objektsignale 51, 52, 5n mit der doppelten und/oder dreifachen Frequenz der Sendesignale 41, 42, 4n durch zumindest eine Empfangseinrichtung 121, 122, 12n empfangen. Danach wird die Rückstreuleistung der Objektsignale 51, 52, 5n unter Berücksichtigung des Einstrahlwinkels a1, a2, an der Sendsignale
41, 42, 4n bestimmt. Hierzu wird die Rückstreuleistung der Objektsignale 51, 52, 5n zur Ermittlung der maximalen Rückstreuleistung winkelaufgelöst über den gesamten Frequenzbereich der Objektsignale 51, 52, 5n integriert. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis ein vordefinierter Schwenkbereich oder der gesamte Schwenkbereich durchlaufen ist. Dazu wird der Einstrahlwinkel a1, a2, an jedes Sendesignals 41, 42, 4n durch mechanisches und/oder elektronisches Schwenken der Antennenkeulen 71, 72, 7n der Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n eingestellt und durchläuft den Schwenkbereich. Die entsprechenden Rückstreuleistungen werden winkelaufgelöst gespeichert. Anschließend wird der Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung a1max, a2max, anmax eines jeden Sendesignals 41, 42, 4n bestimmt. Schließlich wird die Position Pobj des Objekts 2 durch Triangulation auf Basis des Einstrahlwinkels mit der maximalen Rückstreuleistung a1max, a2max, anmax eines jeden Sendesignals 41, 42, 4n und auf Basis der Positionen P1, P2, Pn aus welchen die Sendesignale 41, 42, 4n ausgestrahlt wurden, bestimmt. Die Positionen P1, P2, Pn aus welchen die Sendesignale 41, 42, 4n ausgestrahlt wurden, werden dazu in der Schaltungseinrichtung 10 gespeichert.
Wie erkennbar in Fig.3 ist, ist für jeden Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung a1max, a2max, anmax eine gewissen Messtoleranz, welche durch die Form der Antennenkeulen 71, 72, 7n, insbesondere den Öffnungswinkel b1, b2, bn der Hauptkeulen definiert. Diese Messtoleranz wird bei dem in Fig. 3 gezeigten Verfahren entsprechend berücksichtigt. Für zwei Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n ergeben sich somit zwei Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung a1max, a2max, anmax. Diesen Einstrahlwinkeln mit der maximalen Rückstreuleistung a1max, a2max, anmax sind als Toleranz jeweils zwei Winkelbereiche zugeordnet. Diese sind im Fall der in Fig. 3 die Öffnungswinkel b1, b2, bn der Hauptkeulen. In der Fig. 3 sind diese durch gepunktete Linien hervorgehoben. Wie aus der Fig. 3 erkennbar ist, schneiden sich diese und es ergeben sich Schnittpunkte, welche den Bereich definieren, in welchem sich das Objekt 2 befindet. Diese Schnittpunkte definieren eine Position maximaler Entfernung Pobj,max und eine Position minimaler Entfernung Pobj,min. Aus diesen Positionen wird dann Position Pobj des Objekts 2 ermittelt bspw. durch Mitteln.
Die Vorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, das vorstehend beschriebene Verfahren entsprechend umzusetzen. Die Schaltungseinrichtung 10 ist dazu eingerichtet, anhand dieser Form der Antennenkeulen 71, 72, 7N, der Sende- und/oder Empfangseinrichtungen 61, 62, 6n; 121, 122, 12n und anhand der Einstrahlwinkel mit der maximalen Rückstreuleistung a1max, a2max, anmax die Position maximaler Entfernung Pobj,max und die Position minimaler Entfernung Pobj,min zu bestimmen. Dabei wird insbesondere auf den Öffnungswinkel b1, b2, b3 der Hauptkeulen zurückgegriffen. Ferner ist die Schaltungseinrichtung 10 dazu eingerichtet, die Position Pobj des Objekts 2 aus der Position maximaler Entfernung Pobj,max und der Position minimaler
Entfernung Pobj,min zu bestimmen. In Ausgestaltung kann dazu die Sende- und/oder Empfangseinrichtung auf einem System, insbesondere einem Fahrzeug, einem Anhänger oder einem Container angeordnet sein und in unterschiedliche Positionen transportiert werden.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform die im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entspricht, wobei nachfolgend die Unterschiede zur Ausführungsform gemäß Fig.1 dargelegt werden. In der in Fig.4 gezeigten Ausführungsform sind die Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n und die Empfangseinrichtungen 121, 122, 12n in einem Array 8 zusammengefasst. Hierbei bilden die einzelnen Antennen des Arrays 8 oder Subarrays aus Mehrzahl an Antennen die Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n und die Empfangseinrichtungen 121, 122, 123 aus. Aufgrund der vorgegebenen Positionen der einzelnen Antennen oder der Subarrays im Array 8 sind die unterschiedlichen Positionen P1, P2, Pn der Sendeeinrichtungen 61, 62, 6n, die zur Abstrahlung der Sendesignale 41, 42, 4n ausgebildet sind und der Empfangseinrichtungen 121, 122, 12n, die zum Empfang des jeweiligen Objektsignals ausgebildet sind, entsprechend vorgegeben und bekannt.
Fig. 5 zeigt die Vorrichtung 1 gemäß der in Fig. 4 beschriebene Ausführungsform. Die Umsetzung des Verfahrens entspricht im Wesentlichen der in Fig.3 beschriebenen Umsetzung.
Fig.6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1, wobei nachfolgend die Unterschiede der Ausführungsform nach Fig. 6 Ausführungsform dargelegt werden.
Die in Fig.6 gezeigte Vorrichtung 1 weist nur eine einzige Sendeeinrichtung 61 auf. Diese eine Sendeeinrichtung 61 dient zur Abstrahlung jedes Sendesignal 41, 42, 4n. Weiterhin weist die Vorrichtung nur eine einzige Empfangseinrichtung 121 zum Empfang jedes Empfangssignals auf. Die Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, dass die Sendeeinrichtung 61 und die Empfangseinrichtung 121 in einer ersten Position P1 Sendesignale 41, 42, 4n abstrahlt und Objektsignale 51, 52, 5n empfängt. Danach ist vorgesehen, dass die Vorrichtung 1 in einer weiteren Position P2, Pn erneut Sendesignale 41, 42, 4n abstrahlt und Objektsignale 51, 52, 5n empfängt.
Fig. 7 zeigt die Vorrichtung 1 gemäß der in Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform. Die Umsetzung des Verfahrens entspricht im Wesentlichen der in Fig.3 beschriebenen Umsetzung mit dem Unterschied, dass nur eine einzige Sendeeinrichtung 61 vorgesehen ist, die vor einem wiederholten abstrahlen von Sendesignalen erneut positioniert wird. Jedes Sendesignal 41, 42,
4n wird aus einer einzigen Sendeeinrichtung 61 abgestrahlt und wird durch eine einzige Empfangseinrichtung 121 empfangen. Die Sendeeinrichtung 61 und die Empfangseinrichtung 121 strahlen in der ersten Position P1 Sendesignal 41, 42, 4n ab und Empfangen die Objektsignale 51, 52, 5n. Danach werden in weiteren Positionen P2, Pn erneut Signale abgestrahlt und empfangen.
Wenn vorstehend auf Sendeeinrichtungen und Empfangseinrichtungen Bezug genommen wurde, so können diese auch entsprechend als Sende- und Empfangseinrichtung ausgebildet sein.
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E
1 Vorrichtung
2 Objekt
3 nichtlineares Bauelement
51, 52, 5n Sendesignale
51, 52, 5n Objektsignale
61, 62, 6n Sendeinrichtungen
71, 72, 7n Antennenkeule
8 Array
10 Schaltungseinrichtung
121, 122, 123 Empfangseinrichtungen
P1, P2, Pn Positionen
Pobj Position des Objekts
a1, a2, an Einstrahlwinkel
a1max, a2max, anmax Einstrahlwinkel maximaler Rückstreuleistung b1, b 2, b n Öffnungswinkel