Ko-TAG

Kooperative Sensorik zur

hochgenauen Abstandsmessung

Prof. Dr. Erwin Biebl

Technische Universität München, FG Höchstfrequenztechnik

Gliederung

• Motivation

• Funktionsprinzip der Abstandsmessung

• Beugung und Verdeckung

• Vergleich mit Radar, Lidar, Kamera

• Demonstrator SafeTag 1.0

• Entwicklung SafeTag 2.0

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Motivation

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Exakte Erfassung der Verkehrsumgebung stellt

hohe Anforderungen an Abstandsmessung:

Lösung: Aktive Transponder

Hohe Genauigkeit

Echtzeit Hohe

Updaterate Hohe Zu-

verlässigkeit

Viele Teilnehmer gleichzeitig

Eindeutige Klassifikation

Funktion bei Sicht-

verdeckung

Daten- übertragung

Funktionsprinzip

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Fahrzeugeinheit sendet Ortungssignal an Umgebung

Andere Verkehrsteilnehmer empfangen Ortungscode

Nach definierter Wartezeit wird Code zurückgesendet

Fahrzeugeinheit berechnet Abstand aus der gemessenen Wartezeit

Bei Gefahr: Warnung an Fahrer / autonomes Bremsmanöver

• Erklärung:

• Abstandsmessung durch Signal-Laufzeitmessung,

vom Fahrzeug zum Transponder und zurück:

• Abstand = ½ Lichtgeschwindigkeit * Laufzeit

• Transponder antworten nicht sofort, sondern erst

nach kurzer Wartezeit Tw

• => Abstand = ½ Lichtgeschwindigkeit * (Laufzeit-

Tw)

• Signallänge: ca 5 us, Wartezeiten: Bruchteile einer

ms (100us?)

• Signal: Pseudo-Noise Code zur Pulskompression

• Korrelationsverfahren zur Laufzeitbestimmung

Funktionsprinzip

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Laufzeitbestimmung durch Korrelation:

Gesendetes Ortungssignal: +1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1

+1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1

Zeit

Korrelationsergebnis:

Empfangene Tag-Antwort:

Laufzeit t

Abstand zum TAG: windigkeitLichtgeschWartezeit)(Laufzeit2

1Abstand

Beugung und Verdeckung

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Beugung:

Empfang auch im „Schatten“ möglich

Beispiel: Beugung an Ecke:

Metall-Block

I

II

III

α

EinfallendeEbene Welle

Winkel α (Grad)

10

0

-10

-20

-30

-40

400 80 160 200 240 280120

E-Fe

ld (

dB

)

I II III

Quelle: McNamara, D. A.; Pistorius, C. W. I.; Malherbe, J. A. G.: Introduction to the Uniform Geometrical theory of diffraction , Artech House 1990

Vergleich mit Radar, Lidar, Kamera

Safetag Kamera Radar Lidar

Zielantwort aktiv passiv

Zieltrennung sehr gut rechenintensiv ~ Bandbreite gut

Genauigkeit hoch niedrig hoch

Erfassungs-

bereich

auch

verdeckte

Bereiche

ähnlich wie Fahrer

Geisterziele keine einige viele

Wettereinfluss schwach stark stark stark

Reichweite > 200m < 50 m < 200 m < 200 m

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Safetag 1.0: Hardware

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SafeTag 1.0

• 2,4 GHz

• Ortung von bis zu 16 Teilnehmern

• Noch keine Datenübertragung

• Messunsicherheit: < 5cm

SafeTag 1.0: Performance

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Messabweichung bei statischem

Abstand

Cyclenumber

Dis

tance [m

]

1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

x 104

0

20

40

60

80

100

Korrelationsspektrum bei

quasistatischen Messungen in

20,40,60,80,100 Metern

SafeTag 2.0: Hardware

In Entwicklung: SafeTag 2.0

• 5,9 GHz, 3 Kanäle

• Datenübertragung mit 6 Mbit/s

• Beliebig viele Teilnehmer

• Zusatzinformationen aus Inertialsensorik

Digitalteil:

• Spartan FPGA (Abstandsmessung)

• Altera FPGA (Kommunikation)

• AD-Wandler

• DA-Wandler

• Referenztakt

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Safetag 2.0: Hardware

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In Entwicklung: SafeTag 2.0

• 5,9 GHz, 3 Kanäle

• Datenübertragung mit 6 Mbit/s

• Beliebig viele Teilnehmer

• Zusatzinformationen aus Inertialsensorik

Analogteil:

• 3 Kanäle, 5,775-5,925 GHz

• 2 Datenkanäle (je 10 MHz)

• 1 Abstands-Kanal (10-60 MHz)

Vielen Dank für Ihre Geduld!