專利名稱：用于確定目標物體的距離和方向的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明從一種根據(jù)權利要求I的前序部分所述的用于確定目標物體的距離和方向的裝置出發(fā)。此外，本發(fā)明還涉及一種用于確定目標物體的距離和方向的方法。
背景技術：
為了確定目標物體的距離通常使用發(fā)射信號以及接收由目標物體反射的信號回波的傳感器。根據(jù)從發(fā)射時刻至回波接收的信號傳播時間確定目標物體的距離。除目標物體的距離以外，通常也對目標物體所在的方向感興趣。尤其是對于汽車領域中的應用而言，關于目標物體的方向的信息如同距離信息那樣重要。在機器人技術中(例如用于近場導航中的障礙物識別)，目標物體的距離信息和方向信息也是非常重要的。
為了確定目標物體的方向，可以使用三角測量方法，其中由至少兩個傳感器距目標物體的所測量的距離來確定目標物體的方向。三角測量方法的缺點主要在于在所述場景中存在多個反射器的情況下的對應問題以及距離估計和位置的多值性。所述多值性通常僅僅可以通過多次測量由不同的位置和所謂的跟蹤方法來解決。替代地，通常也如此程度地限制單個傳感器的發(fā)射特性和/或接收特性，使得傳感器的探測范圍能夠?qū)崿F(xiàn)障礙物的橫向定位或垂直定位。在此不利的是，為了實現(xiàn)在實踐中重要的定位精度必須極大地限制發(fā)射特性和/或接收特性，從而需要大量的傳感器來監(jiān)視探測范圍。除用于方向確定的三角測量方法以外，尤其是也可以使用波束成形方法。在主動波束成形方法中，使多個并行主動發(fā)射器的相位精確地彼此協(xié)調(diào)，以便控制所發(fā)射的信號的疊加的主瓣的射出角。在被動波束成形方法中，使用多個并行記錄的接收器的相位信息來重構(gòu)所接收的信號的入射角。在很多用于波束成形的方法中，多個并行主動發(fā)射器(或者在被動方法中多個并行記錄的接收器)的陣列的大小、尤其是陣列的直徑是重要的，因為陣列的大小不僅確定所發(fā)射的信號的延展而且確定所接收的信號的角度分離能力。此外，陣列元件(即，被動波束成形中的接收器或主動波束成形中的發(fā)射器)之間的距離(元件距離)是重要的。在大多波束成形方法中，元件距離應小于或等于信號的波長的一半，因為否則會出現(xiàn)所謂的柵瓣，即發(fā)射特性和接收特性中主瓣量級上的旁瓣，其會導致探測中的多值性。通過元件距離應小于或等于信號的波長的一半限制了可用的陣列元件的大小。因此，聲波和超聲的主要實際應用目前在醫(yī)療技術中或水下，因為在那里介質(zhì)中更大的波長也允許更大的元件距離。此外，在水中和在組織中介質(zhì)與元件的耦合明顯比在空氣中更有利?？諝庵械膽?例如，用于汽車領域中或機器人技術中的障礙物識別)由于所需的較小元件距離根據(jù)所使用的頻率需要非常小的陣列元件，例如在IOOkHz時具有小于I. 7mm的直徑。由于發(fā)射器和接收器與介質(zhì)(空氣)的耦合較差，在發(fā)射器的情況下需要大的發(fā)射器面積或者在接收器的情況下需要小的質(zhì)量/大的面積。然而，由于陣列元件之間所需的較小的元件距離，對于各個陣列元件不可實現(xiàn)大的面積。
例如在US-A 2008/0165620中描述了一個發(fā)射器和多個接收器布置在一個陣列中的裝置。然而，這些接收器僅僅有條件地適于汽車領域中的應用，因為所描述的薄膜壓電發(fā)射器易受機械應力影響。此外，與三角測量方法相結(jié)合地使用在US-A 2008/0165620中描述的裝置。這與波束成形方法相比允許明顯更大的發(fā)射器和接收器。因此，由此得出，在US-A2008/0165620中描述的傳感器不適于波束成形方法。例如在FR-A 2817973和DE-A 102004050794中描述了用于求得目標物體的距離和方向的波束成形方法。在FR-A 2817973中描述的方法的缺點在于基于均勻的線性陣列，尤其是發(fā)射的功能與接收的功能不分離。在DE-A 102004050794中描述的方法中，暗示基于大的發(fā)射器，以便實現(xiàn)窄的發(fā)射器特性。盡管在所述專利中記載了主動波束成形，但不僅大的發(fā)射器面而且窄的發(fā)射器特征與作為主動的發(fā)射器陣列的應用相矛盾。此外，所使用的兩個發(fā)射頻率與在權利要求中描述的方案相矛盾
發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的用于確定目標物體的距離和方向的裝置包括一個發(fā)射器和至少兩個接收器元件，所述至少兩個接收器元件用于接收由發(fā)射器發(fā)射并且由所述目標物體反射的信號，其中所述接收器元件設置成線性陣列、兩個彼此以一個角度設置的線性陣列、包圍發(fā)射器的形成圓的陣列或者二維陣列，其中所述陣列的直徑可以明顯大于所述信號的波長的一半，并且各個接收器元件分別具有各自的面，所述面的高度或者直徑最大相應于所述信號的波長的一半，并且分離的發(fā)射器具有大于所述信號的波長的一半的高度或者直徑。在一個替代的構(gòu)型中，根據(jù)本發(fā)明的用于確定目標物體的距離和方向的裝置包括至少兩個發(fā)射器元件和一個接收器，所述接收器用于接收由發(fā)射器元件發(fā)射并且由目標物體反射的信號，其中所述發(fā)射器元件設置成線性陣列、兩個彼此以一個角度設置的線性陣列、包圍接收器的形成圓的陣列或者二維陣列，其中所述陣列的直徑可以明顯大于所述信號的波長的一半，并且所述發(fā)射器元件分別具有一個面，所述面的高度或者直徑最大相應于所述信號的波長的一半，并且分離的接收器具有大于所述信號的波長的一半的高度或者直徑。在兩種裝置中重要的是，用于波束成形的發(fā)射功能與接收功能分開。這樣一方面擴寬了近場探測范圍，而另一方面允許發(fā)射器和接收器組件的特定于任務的尺寸設計。不同的實施例遵循相同的原理。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，“直徑”可以理解為圓的直徑或橢圓的長軸。高度可以理解為在基底與和與基底相對置的點之間具有與基底最大距離的路程。三角形中的高度例如是基底和與底座相對置的尖端之間的路程。在方形或矩形中，高度相應于側(cè)邊的長度。所使用的發(fā)射器和接收器可以具有任何任意的橫截面。然而，優(yōu)選的是，發(fā)射器和接收器具有圓形的橫截面或方形的橫截面。與在同時用作發(fā)射器和接收器的所謂收發(fā)器中不同，借助根據(jù)本發(fā)明的裝置也可以探測與所述裝置緊鄰的目標物體。這在收發(fā)器中是不可能的，因為在所述收發(fā)器中首先發(fā)射信號并且當進行發(fā)射的膜片已經(jīng)振動衰減時所述收發(fā)器才能接收到達的信號。例如在超聲傳感器中，所述時間段通常導致20cm的最小距離，從所述最小距離起可以測量目標物體的距離。
具有一個發(fā)射器和多個接收器元件或者一個接收器和多個發(fā)射器元件的構(gòu)型允許一方面探測與所述裝置緊鄰的目標物體而另一方面在沒有多值性的情況下借助波束成形方法——例如借助被動Bartlett波束成形或Capon波束成形來確定目標物體的方向。在具有一個接收器和多個發(fā)射器的實施方式中，通過發(fā)射器元件的小于信號的波長的一半的面可以實現(xiàn)各個發(fā)射元件的有效距離，其最大相應于信號的波長的一半。有效距離在此是發(fā)射器元件的中點的距離。各個發(fā)射器元件的最大相應于信號的波長的一半的有效距離能夠?qū)崿F(xiàn)使用較大數(shù)量的發(fā)射器元件。這導致改善的信噪比。在具有一個發(fā)射器和多個接收器的實施方式中，通過接收器元件的小于信號的波長的一半的面可以實現(xiàn)各個接收器元件的有效距離，其最大相應于信號的波長的一半。有效距離在此是接收器元件的中點的距離。各個接收器元件的最大相應于信號的波長的一半的有效距離能夠?qū)崿F(xiàn)使用較大數(shù)量的接收器元件。這同樣導致改善的信噪比。根據(jù)本發(fā)明的裝置例如可以用作機動車上的距離傳感器。其通常設置在機動車的 前保險杠和/或后保險杠的區(qū)域中?；诒ｋU杠中的定位需要的是，所述裝置相對于機械作用也是穩(wěn)定的。傳感器尤其是不會例如由于落石或在所謂的停車損壞(其中出現(xiàn)保險杠區(qū)域中的碰撞)受到損傷。為了實現(xiàn)這些，特別優(yōu)選地使用超聲發(fā)射器作為發(fā)射器。在此，基于壓電的發(fā)射器尤其適合。也優(yōu)選使用壓電元件作為接收器元件，其將到達的信號轉(zhuǎn)換成電流。為了在使用一個發(fā)射器和至少兩個接收器元件時在使用波束成形方法的情況下避免多值性的探測，需要的是，接收器元件分別具有最大所發(fā)射的信號的波長的一半的高度或者直徑。為了檢測目標物體的方向，使用至少兩個接收器元件。然而，對于用于僅僅橫向分辨率的線性陣列，更大數(shù)量的接收器元件、例如至少五個接收器元件是優(yōu)選的，對于用于垂直和橫向分辨率的二維陣列，尤其是至少十五個接收器元件是優(yōu)選的。在本發(fā)明的一個實施方式中，接收器元件設置為線性陣列。通常，接收器元件在此與發(fā)射器相鄰。然而也可能的是，線性陣列例如在中部中斷并且發(fā)射器位于所述位置上。此外可能的是，通過線性陣列的主線外部的附加接收器元件來補充線性陣列。當接收器元件設置為兩個彼此以一個角度設置的線性陣列時，它們例如可以沿著直角三角形的直角邊設置。所述發(fā)射器在此情況下優(yōu)選定位在三角形的尖端內(nèi)。替代地，也可能的是，例如兩個線性陣列交叉并且所述發(fā)射器定位在交叉的線性陣列的交點中。除直角交叉或布置為直角三角形的直角邊以外，彼此以一個角度設置的線性陣列也可以彼此以任何任意其他角度設置。然而，優(yōu)選以直角設置。替代接收器元件的線性布置，也可能的是，接收器元件例如設置為二維陣列并且包圍發(fā)射器。在此情況下，例如可能的是，發(fā)射器居中地定位在接收器元件之間，并且接收器元件例如圓形地包圍發(fā)射器。接收器元件在此可以單行地或多行地設置。在發(fā)射器不是圓形的情況下，陣列的構(gòu)型取決于發(fā)射器的橫截面。接收器元件例如在發(fā)射器具有方形的橫截面的情況下同樣形成方形的陣列。在可以具有任何任意形狀(例如，圓形、方形或任意其他形狀)的二維陣列的裝置中，可能的是，發(fā)射器設置在接收器元件旁邊。在所述情況下，接收器元件形成與發(fā)射器分開的陣列。然而，在此情況下在后續(xù)的信號處理中需要考慮陣列外部的發(fā)射器的位置來確定目標物體的距離和方向。
當發(fā)射器的位置在陣列以外時，也可能的是，所述裝置包括至少兩個發(fā)射器。例如可能的是，發(fā)射器定位在由接收器元件形成的陣列的相對置的側(cè)上。這具有如下優(yōu)點可以從不同方向來檢測周圍環(huán)境并且由此可以更精確地檢測周圍環(huán)境，而不必移動傳感器單元。替代地，也可以將發(fā)射器與至少兩個陣列相組合。當替代至少一個發(fā)射器和由接收器元件構(gòu)成的陣列使用至少一個接收器和一個由接收器元件構(gòu)成的陣列時，可能的是，以與以上對于一個發(fā)射器和一個由接收器元件構(gòu)成的陣列所描述的類似方式布置接收器和發(fā)射器元件。在此情況下，發(fā)射器元件分別占據(jù)接收器元件的位置并且接收器占據(jù)發(fā)射器的位置。為了借助根據(jù)本發(fā)明的裝置來確定目標物體的距離和方向，由至少一個發(fā)射器發(fā)射信號，所述信號由目標物體反射，并且所反射的回波由接收器元件接收作為輸入信號。根據(jù)任意波束成形方法由輸入信號計算目標物體的距離和方向。 接收器波束成形方法實施由接收器元件接收的信號的空間濾波。入射的回波在物理上疊加成可以由在空間上分離的接收器元件接收的各個信號。所接收的信號隨后經(jīng)受在電子方面不同的放大因數(shù)或衰減因數(shù)，取決于想要在哪個方向上控制矩陣。在被動接收器波束成形方法的情況下，在此通常以軟件技術來遍歷不同的接收方向，而基于所接收的回波的數(shù)量的估計的其他方法也可以直接估計不同的方向。在兩種情況下，考慮接收器元件的相對位置和所發(fā)射的脈沖的波長。在其最簡單的典型形式中，復雜的重點用于接收器元件的信號，使得源自所期望的“視向”的信號相長地干涉，而來自其他方向的信號相消地干涉。發(fā)射器波束成形方法相應起作用，但相反。在所述情形中，在所期望的“視向”上由發(fā)射器元件發(fā)射的信號相加，而來自其他方向的信號彼此抵消。由此，視向上的目標物體與其他方向上的目標物體相比提供更強的信號。在用于確定目標物體的距離和方向的主動方法中，使用一個由多個發(fā)射器元件構(gòu)成的陣列和至少一個分離的接收器。所述系統(tǒng)允許感測從Ocm的距離起的目標物體。然而，為了障礙物探測，掃描整個周圍環(huán)境，由此根據(jù)掃描分辨率提高探測時間，即使不進行用于位置確定的跟蹤。與此不同地，在被動的超聲陣列中信號由至少一個發(fā)射器發(fā)送并且由一個接收器陣列接收。由此，可以借助僅僅一個所發(fā)射的超聲脈沖在反射信號的障礙物方面檢測整個周圍環(huán)境。分離的發(fā)射器和接收器元件的根據(jù)本發(fā)明的設計又具有改善的近場探測的優(yōu)點，然而附加地允許發(fā)射器和接收器元件的特定于任務的尺寸設計。根據(jù)本發(fā)明的裝置例如可以用作機動車中的距離傳感器或者也可以用于機器人技術的近場識別中的障礙物識別。這例如尤其在無駕駛員的運輸系統(tǒng)中是令人感興趣的。


在附圖中示出并且在以下說明中更詳細地闡述本發(fā)明的實施例。附圖示出圖I至3 :具有一個發(fā)射器和設置為線性陣列的多個接收器的裝置；圖4至6 :具有一個發(fā)射器和多個接收器的裝置，這些接收器設置為彼此以一個角度設置的線性陣列，代表具有主軸線以外的任意附加元件的線性陣列，圖7至9 :具有一個發(fā)射器和設置為包圍發(fā)射器的陣列的多個接收器元件的裝置，圖10至13 :具有一個發(fā)射器和多個接收器的裝置，這些接收器在所述發(fā)射器旁邊設置為二維陣列， 圖14 :用于被動陣列的方法流程圖，圖15 :用于主動陣列的方法流程圖。
具體實施例方式在圖I至3中示出了具有一個發(fā)射器和多個接收器元件的裝置，它們設置為線性 陣列。所述裝置包括一個發(fā)射器I和至少兩個一在這里示出的實施方式中一在圖I中八個接收器元件3、在圖2中十個接收器元件3以及在圖3中六個接收器元件3。接收器元件3設置為線性陣列，即在一行中并排地設置。在圖I中示出的實施方式中，發(fā)射器I中斷由接收器元件3形成的陣列并且因此形成線性陣列的一部分。根據(jù)本發(fā)明，所述發(fā)射器I具有大于信號的波長的一半的高度或者直徑。與此相對地，所述接收器3具有最大相應于信號的波長的一半的高度或者直徑。在根據(jù)圖I的實施方式中，發(fā)射器I和接收器元件3構(gòu)造有圓形的橫截面，使得在這里直徑是主要參量。與在圖I中示出的實施方式不同，在圖2中示出的實施方式中，發(fā)射器I不是線性陣列的一部分，而是設置在由接收器元件3形成的線性陣列旁邊。發(fā)射器I與接收器元件3之間的距離的大小可以是任意的，然而不應超過所發(fā)射的信號或者其回波的有效范圍。優(yōu)選的是，發(fā)射器I盡可能靠近地定位在接收器元件3處。在圖2中示出的實施方式中，發(fā)射器I和接收器元件3也具有圓形的橫截面。在圖3中示出的實施方式與此不同。在所述情況下，所述裝置相應于在圖2中示出的裝置，然而發(fā)射器I和接收器3分別具有方形的橫截面。在此情況下，對于發(fā)射器I和接收器元件3的大小而言，高度是主要參量。高度在此相應于發(fā)射器I或者接收器元件3的方形橫截面的邊長。在圖4至6中示出了具有一個發(fā)射器I和多個接收器3的裝置，其中接收器元件3形成兩個彼此以一個角度設置的線性陣列。在圖4中示出的實施方式中，接收器元件3形成兩個線性陣列，這兩個線性陣列分別在其中心相交。通過接收器元件3形成的兩個線性陣列的交點由發(fā)射器I占據(jù)。除在這里示出的每三個接收器元件3在一側(cè)與接收器I相鄰的實施方式以外，接收器元件的數(shù)量也可以變化。例如也可能的是，每兩個、四個或更多個接收器元件3與接收器I相鄰。在圖5和6中示出的實施方式中，兩個彼此以一個角度設置的由接收器元件3形成的線性陣列形成一個直角三角形的直角邊。在圖5中的構(gòu)型中，所述三角形在此以尖端豎立，相反在圖6中示出的實施方式中一個線性陣列水平地延伸而另一個線性陣列與其呈直角垂直地延伸。發(fā)射器I分別定位在通過線性陣列形成的三角形的尖端中。除在圖4至6中示出的線性陣列彼此以一個直角設置的實施方式以外，線性陣列也可以彼此以任何任意其他角度設置。然而，以直角設置是優(yōu)選的。在圖7至13中示出了具有二維陣列的構(gòu)型。在圖7至9中的實施方式中，發(fā)射器I在此分別由接收器元件3包圍，相反在根據(jù)圖10至13的實施方式中發(fā)射器I與接收器元件3相鄰。
在圖7中示出的實施方式中，發(fā)射器I形成中心，其由接收器元件3環(huán)形地包圍。在圖8中示出的實施方式中情況也是如此，但與在圖7中示出的實施方式不同地在圖8中示出的實施方式中接收器元件3形成兩個同心環(huán)。具有多于兩個由接收器元件3形成的同心環(huán)的裝置也是可能的。根據(jù)陣列元件的形狀和構(gòu)型，不同的陣列設計可以導致密封的包裝。例如當接收器元件3具有圓形的橫截面(如在圖7和8中的情況)時，圓形的包裝可以是更有利的，而在方形的橫截面或矩形的橫截面的情況下規(guī)則的包裝是更有利的，例如在圖9中示出的那樣。在此情況下，發(fā)射器I也由接收器3包圍，其中接收器根據(jù)圖9中的示圖單行地設置。然而，在這里也可考慮在發(fā)射器I的每一側(cè)上設置多于僅僅一行的接收器元件3。在圖10至13中示出的發(fā)射器I設置在由接收器元件3形成的陣列旁邊的實施方式中，圖10示出如下實施方式在較高的水平分辨率的情況下提供減小的垂直分辨率。這歸因于在水平方向上設有完整的線性陣列，而僅僅設有三個定位在線性陣列旁邊的傳感器。三個定位在線性陣列旁邊的接收器元件3在此形成三角形。在圖11中示出 的實施方式提供了在盡可能最少數(shù)量的接收器元件3的情況下旋轉(zhuǎn)對稱的接收特性。在所述情況下由接收器元件3形成的陣列是圓形的。在圖12中示出的裝置也提供軸線對稱的接收特性，然而與如在圖11中示出的圓形裝置的情況下相比需要更多數(shù)量的接收器元件3。根據(jù)所使用的波束成形方法，根據(jù)圖13的裝置也可以實現(xiàn)圖12中的裝置實現(xiàn)的角度分離能力。然而在這里接收器3的數(shù)量與完全占用的陣列(如其在圖12中示出的那樣)相比明顯減少。在圖13中示出的裝置也稱作所謂的最小冗余陣列，其根據(jù)所使用的波束成形方法具有與在圖12示出的實施方式類似的角度分離能力，然而信號/噪聲比更差。在圖2、3、5、6和10至13中示出的實施方式中可以任意選擇發(fā)射器I的位置，但在所述情況中在后續(xù)的信號處理中必須考慮發(fā)射器I的位置。也可能的是，在圖2、3、5、6和10至13中不出的實施方式中使用多于僅僅一個發(fā)射器。使用多于一個發(fā)射器允許從不同的方向檢測周圍環(huán)境。在圖4至13中示出的裝置的優(yōu)點是除目標物體的水平的/橫向的角度定位以外也可以求得垂直的角度位置。為了改善信噪比，有利的是提高接收器元件3的數(shù)量。在發(fā)射器I集成到由接收器元件3形成的陣列中時，限制了使用可以根據(jù)相應的應用優(yōu)化角度分離能力和信噪比的有效矩陣設計的可能性。借助例如在圖10至13中示出的具有側(cè)向定位在由接收器3形成的陣列旁邊的發(fā)射器I的裝置來實現(xiàn)沒有這樣的附加條件的優(yōu)化。替代分別設有一個發(fā)射器I和一個由多個接收器元件3構(gòu)成的陣列的所示實施方式，也可能的是，分別設有一個接收器和一個由多個發(fā)射器元件構(gòu)成的陣列。在此情況下，接收器分別占據(jù)在圖I至13中示出的發(fā)射器I的位置而由發(fā)射器元件形成的陣列占據(jù)在圖I至13中示出的接收器元件的位置。在圖14中示出了具有分離的發(fā)射器的被動超聲陣列的結(jié)構(gòu)。在圖14中示出的結(jié)構(gòu)將較大的有效范圍與近場中降低的“失明”的優(yōu)點組合。尤其是，對于被動超聲陣列而言有利的是，可以借助僅僅一個所發(fā)射的超聲脈沖在反射超聲的障礙物方面檢查整個周圍環(huán)境。
為了檢測周圍環(huán)境，首先由數(shù)字信號處理器11向發(fā)射器I發(fā)送一個信號。根據(jù)所述信號，由發(fā)射器發(fā)出超聲脈沖I。同時，控制數(shù)字接收系統(tǒng)13。由此激活數(shù)字接收系統(tǒng)13的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換。由周圍環(huán)境中的目標物體反射的由發(fā)射器I發(fā)射的超聲脈沖的回波由接收器元件3接收。接收到的信號被轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)字接收系統(tǒng)13并且被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。所述數(shù)字信號被轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)字信號處理器11。在數(shù)字信號處理器11中，借助于波束成形方法由并行接收的信號的高頻采樣的相位信息確定目標物體的距離和方向。所獲得的結(jié)果例如通過輸出裝置15輸出。除輸出裝置15以外或者作為輸出裝置15的補充，也可能的是，將在數(shù)字信號處理器11中求得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給例如可以處理這些數(shù)據(jù)的其他應用。尤其是在機器人技術的應用中例如常用的是，將在數(shù)字信號處理器11中確定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給機器人的控制單元，其中控制單元使用這些數(shù)據(jù)來控制機器人。
在圖15中示出了具有分離的傳感器的主動超聲陣列的結(jié)構(gòu)。與在圖14中示出的被動超聲陣列不同，在主動超聲陣列中設有一個接收器19和一個由多個發(fā)射器兀件17構(gòu)成的陣列。為了檢測所述裝置的周圍環(huán)境，發(fā)射器元件17由數(shù)字信號處理器11控制，以便發(fā)射超聲脈沖。在此可能的是，發(fā)射器元件17發(fā)出分別具有不同相位的信號，使得在信號的疊加中可以調(diào)整所發(fā)射的能量(即波束成形)?？梢杂嗅槍π缘爻粋€方向發(fā)送信號或順序地掃描周圍環(huán)境尋找障礙物，其方式是，相繼地朝不同的方向發(fā)送多個發(fā)射脈沖。同時，也通過數(shù)字信號處理器11激活接收器19。由接收器19接收的信號由數(shù)字接收系統(tǒng)13轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這些數(shù)字信號隨后被提供給數(shù)字信號處理器11?，F(xiàn)在由信號的傳播時間得出距離，并且由所選擇的發(fā)射器陣列的輻射特性得出方向。所述數(shù)據(jù)隨后又可以通過輸出裝置15顯示和/或用于其他方法。由于由發(fā)射器元件17順序地發(fā)射信號，在圖15中示出的實施方式具有如下缺點需要較高的探測時間，以便探測整個周圍環(huán)境。因此優(yōu)選的是，使用如在圖14中示出的具有一個發(fā)射器I和多個接收器元件3的裝置。
權利要求
1.用于確定目標物體的距離和方向的裝置，其包括一個發(fā)射器(I)和至少兩個接收器元件(3)，所述至少兩個接收器元件用于接收由所述發(fā)射器(I)發(fā)射并且由所述目標物體反射的信號，其特種在于，所述接收器元件(3)設置成線性陣列、兩個彼此以一個角度設置的線性陣列、包圍所述發(fā)射器(I)的形成圓的陣列或者二維陣列，其中，所述陣列的直徑可以大于所述信號的波長的一半，并且各個接收器元件(3)分別具有各自的面，所述面的高度或者直徑最大相應于所述信號的波長的一半，并且分離的發(fā)射器(I)具有大于所述信號的波長的一半的高度或者直徑。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述接收器元件(3)設置為二維陣列并且包圍所述發(fā)射器(I)。
3.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器(I)設置在所述接收器元件(3)芳邊。
4.根據(jù)權利要求I至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括至少兩個發(fā)射器(I)，從而能夠從多個方向向一個場景發(fā)射超聲。
5.根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括至少兩個被動陣列，從而能夠從多個位置探測所反射的回波。
6.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器(I)定位在由所述接收器(3)形成的陣列的不同側(cè)上。
7.用于確定目標物體的距離和方向的裝置，其包括至少兩個發(fā)射器元件(17)和一個接收器(19)，所述接收器用于接收由所述發(fā)射器元件(17)發(fā)射并且由所述目標物體反射的信號，其特征在于，所述發(fā)射器元件(17)設置成線性陣列、兩個彼此以一個角度設置的線性陣列、包圍所述接收器的形成圓的陣列或者二維陣列，其中，所述陣列的直徑可以大于所述信號的波長的一半，并且所述發(fā)射器元件(17)分別具有一個面，所述面的高度或者直徑最大相應于所述信號的波長的一半，并且分離的接收器(19)具有大于所述信號的波長的一半的高度或者直徑。
8.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器元件(17)設置為二維陣列并且包圍所述接收器(19)。
9.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述接收器(19)設置在所述發(fā)射器元件(17)芳邊。
10.根據(jù)權利要求7至9中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括至少兩個接收器(19)，從而能夠在多個位置處探測所反射的回波。
11.根據(jù)權利要求7至10中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括至少兩個主動陣列，從而能夠從多個方向向一個場景發(fā)射超聲或者附加地以多個頻率并行地發(fā)射超聲。
12.用于確定目標物體的距離和方向的方法，其中，至少一個發(fā)射器(I;17)發(fā)射一個信號，所述信號由所述目標物體反射，所反射的回波作為輸入信號由接收器元件(3 ;19)接收，以及由所述輸入信號通過波束成形方法計算所述目標物體的距離和方向。
13.根據(jù)權利要求I至6中任一項所述的裝置或根據(jù)權利要求7至11中任一項所述的裝置的應用，用作機動車中的距離傳感器或者用于機器人技術中的近場識別中的障礙物識別或者用于介質(zhì)空氣中的障礙物識別。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定目標物體的距離和方向的裝置，其包括一個發(fā)射器(1)和至少兩個接收器元件(3)，所述至少兩個接收器元件用于接收由所述發(fā)射器(1)發(fā)射并且由所述目標物體反射的信號，其中，所述接收器元件(3)設置成線性陣列、兩個彼此以一個角度設置的線性陣列、包圍所述發(fā)射器(1)的形成圓的陣列或者二維陣列，其中，所述陣列的直徑可以大于所述信號的波長的一半，并且各個接收器元件(3)分別具有各自的面，所述面的高度或者直徑最大相應于所述信號的波長的一半，并且分離的發(fā)射器(1)具有大于所述信號的波長的一半的高度或者直徑。
文檔編號G01S15/93GK102844675SQ201180019814
公開日2012年12月26日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權日2010年4月20日
發(fā)明者F·施特賴歇特, C·祖特, A·格拉赫, C·布朗 申請人:羅伯特·博世有限公司