Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Konzept für kooperative Abstandsmessung zum Schutz verletzlicher Verkehrsteilnehmer entwickelt. Kooperative Sensorik kombiniert dabei die wichtigsten Anforderungen an ein Sicherheitssystem, nämlich eine eindeutige Identifikation mit einer möglichst genauen Lokalisierung. Vor allem der Punkt der Identifikation unterscheidet diese Methode von den klassischen Radar-Konzepten oder Lidar-Konzepten. Das vorgestellte System ermöglicht dabei eine hochpräzise Abstandsbestimmung mit der Roundtrip time-of-flight (RToF) Methode. Hierfür werden äußerst kurze Signalzeiten und Messzeiten in einem pseudo-noise codierten, zeitschlitzgestützten Pulskompressionsverfahren verwendet. Dieses Systemkonzept erlaubt eine hohe Mehrnutzerfähigkeit bei gleichzeitig hochgenauer Abstandsmessung. Mit einer Pulskompression der Übertragungscodes wird dabei eine variable SNR-Verbesserung in der Höhe des Kompressionsfaktors erreicht. In Kapitel 2 wurden hierfür die theoretischen Grundlagen mit einer Beschreibung des Systemmodells ausgeführt. Dafür wurde zunächst ein Konzept für die Mehrnutzerverarbeitung entwickelt. Nachfolgend wurde ein Systemmodell der Signalübertragung und Ankunftszeitbestimmung aufgestellt. Dabei wurden verschiedene Algorithmen für eine sichere, präzise und hochauflösende Abstandsmessung untersucht. Abschließend wurde die Leistungsfähigkeit der Umlaufzeitmessung in Abhängigkeit des verwendeten Kommunikationsschemas behandelt. Das Ziel dieser Arbeit war jedoch nicht nur die Entwicklung eines theoretischen Systemkonzeptes, sondern darüber hinaus auch dieses Konzept in einen funktionsfähigen Prototypen zu überführen. Hierfür mußten zunächst Untersuchungen zu den verfügbaren Frequenzbändern bezüglich ihrer Eignung für ein kooperatives Sicherheitssystem durchgeführt werden. Dabei zeigten sich vor allem für den Verdeckungsfall grundsätzliche Vorteile niedriger Frequenzen. Im nächsten Schritt wurden die analogen und digitalen Einzelkomponenten des Prototyp-Designs detailliert analysiert und beschrieben. Aufgrund der hohen Systemanforderungen an Reichweite, Linearität und Bandbreite konnten keine Standard Front-Ends verwendet werden. Aus diesem Grund wurde eine eigene Hardware entwickelt. Ein weiterer Schwerpunkt dieses Kapitels ist die Implementierung leistungsfähiger Signalverarbeitung. Diese sollte möglichst in Realzeit erfolgen, um eine maximale Mehrnutzerfähigkeit zu erhalten. Für eine interpolierte Pulskompression konnte dies in Verbindung mit einem parallel verarbeitenden FPGA erreicht werden. Im letzten Kapitel wurde die Leistungsfähigkeit des Abstandsmeßsystems durch Messungen und Simulationen überprüft. Hierfür wurden auf der einen Seite die Eigenschaften der Einzelkomponenten des Systems untersucht. Auf der anderen Seite wurden Freiraummessungen des Gesamtsystems zur Bestimmung der Genauigkeit im Fahrzeug durchgeführt. Hier konnte für den Nahbereich bis 40 m eine Ortsabweichung kleiner als 4,1 cm im LOS Fall nachgewiesen werden bei einer äußerst kurzen Messzeit im Bereich von 10 Mikrosekunden. Diese Genauigkeit, verbunden mit der äußerst hohen Messgeschwindigkeit, wird aktuell von keinem anderen vergleichbaren System erreicht. Abschließend wurden Systemverbesserungen für eine hohere Genauigkeit und Auflösung einer künftigen Hardwareversion anhand von Simulationen und Messungen analysiert. Hierbei konnten vielversprechende Ergebnisse für eine Ankunftszeitbestimmung mit Superresolution-Verfahren erzielt werden.
This work describes a cooperative distance measurement system for preventive pedestrian protection. The system concept allows high precision, parallel detection of a huge number of mobile transponder units with one base station. Therefore, very short transmit and measurement times in a pseudo-noise coded pulse compression in time slot order are used. In a prototype realization an accuracy below 4 cm at a measurement range above 200 m was achieved.
Kooperative Abstandsmessung zum Schutz verletzlicher Verkehrsteilnehmer
Cooperative distance measurement for the protection of vulnerable road user
2010
107 Seiten, Bilder, Tabellen, 63 Quellen
Theses
German
Fahrerassistenzsystem , kooperatives System , Abstandsmessung , Sensorik , Sicherheitssystem , Positionsbestimmung , Identifikation , Pulskompression , Mehrnutzerfähigkeit , Modell , Prototyp , Frequenzband , Signalverarbeitung , feldprogrammierbare Gate-Array-Schaltung , Simulation , SNR (Signal-Rausch-Verhältnis)
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