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!