DE102022004032A1 - Locating method, locating device and application of a locating method for locating a sound source directed at a vehicle - Google Patents

Locating method, locating device and application of a locating method for locating a sound source directed at a vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ortungsverfahren zur Ortung mindestens einer auf ein Fahrzeug (1) gerichteten Schallquelle (2) mittels einer an dem Fahrzeug (1) angeordneten Sensorvorrichtung (10) umfassend einen Referenzsensor (10r) sowie mindestens einen gegenüber dem Referenzsensor (10r) um jeweils einen Versatz (Δx, Δy, Δz) versetzten Schalldrucksensor (10x, 10y, 10z). Durch akustische Simulation wird ein akustisches Modell (120) bestimmt. Von der Schallquelle (2) emittierter Schall wird von den Schalldrucksensoren (10r, 10x, 10y, 10z) empfangen und in jeweils ein Schallsignal (sr(t), sx(t), sy(t), sz(t)) umgewandelt. Für jeden der gegenüber dem Referenzsensor (10r) versetzten Schalldrucksensoren (10x, 10y, 10z) wird durch Vergleich der Schallsignale (sr(t), sx(t), sy(t), sz(t)) und/oder ihrer Fouriertransformierten jeweils ein Laufzeitunterschied (Δtx,Δty, Δtz) als Unterschied zwischen der Laufzeit des Schalls von der Schallquelle (2) zu dem Referenzsensor (10r) und der Laufzeit des Schalls von der Schallquelle (2) zu dem jeweiligen Schalldrucksensor (10x, 10y, 10z) bestimmt. Anhand des akustischen Modells (120) wird dem mindestens einen Laufzeitunterschied (Δtx, Δty, Δtz) mindestens ein Schallkorridor (g, g', g'') und/oder eine Position (p) der Schallquelle (2) relativ zu dem Fahrzeug (1) zugeordnet.
Die Erfindung betrifft ferner die Anwendung eines solchen Ortungsverfahrens sowie eine Ortungsvorrichtung, die zur Durchführung eines solchen Ortungsverfahrens eingerichtet ist.

Figure DE102022004032A1_0000
The invention relates to a locating method for locating at least one sound source (2) directed at a vehicle (1) by means of a sensor device (10) arranged on the vehicle (1), comprising a reference sensor (10r) and at least one relative to the reference sensor (10r). a sound pressure sensor (10x, 10y, 10z) offset by an offset (Δx, Δy, Δz). An acoustic model (120) is determined by acoustic simulation. Sound emitted by the sound source (2) is received by the sound pressure sensors (10r, 10x, 10y, 10z) and converted into a sound signal (s r (t), s x (t), s y (t), s z (t )) converted. For each of the sound pressure sensors (10x, 10y, 10z) offset from the reference sensor (10r), the sound signals (s r (t), s x (t), s y (t), s z (t)) and/or or their Fourier transforms each have a transit time difference ( Δt (10x, 10y, 10z). Using the acoustic model (120), at least one sound corridor (g, g ' , g ' ') and/or a position (p) of the sound source (2) is assigned to the at least one transit time difference (Δt x , Δt y, Δt z) relative to assigned to the vehicle (1).
The invention further relates to the application of such a locating method and a locating device which is set up to carry out such a locating method.
Figure DE102022004032A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Ortungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die Anwendung eines solchen Ortungsverfahrens sowie eine Ortungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to a locating method according to the preamble of claim 1, the application of such a locating method and a locating device according to the preamble of claim 8.

Nicht-letale akustische Waffen prägen einem Angriffsziel Energie und Leistung über akustische Wellen auf, die üblicherweise im niederfrequenten Infraschall - Frequenzbereich emittiert werden. Derartige Schallangriffe können, neben der auditiven Wirkung, die Handlungsfähigkeit durch Orientierungslosigkeit und generelle Verwirrung einschränken. Fahrzeuge bieten solchen Angriffen gegenüber keinen wirksamen Schutz. Ausweich- und Gegenmaßnahmen werden dadurch erschwert, dass durch die akustische Wahrnehmung eine subjektive Ortung einer niederfrequenten Schallquelle nicht oder nur sehr ungenau möglich ist. Daher besteht zur Abwehr von Angriffsszenarien, bei denen akustische Waffen gegen ein Fahrzeug gerichtet werden, Bedarf an einem Verfahren und an einer Vorrichtung zur Ortung dieser Waffen.Non-lethal acoustic weapons impose energy and power on a target via acoustic waves, usually emitted in the low-frequency infrasound frequency range. In addition to the auditory effect, such sound attacks can limit the ability to act due to disorientation and general confusion. Vehicles do not offer effective protection against such attacks. Evasive and countermeasures are made more difficult because acoustic perception means that a subjective location of a low-frequency sound source is not possible or is only possible very imprecisely. Therefore, in order to defend against attack scenarios in which acoustic weapons are directed against a vehicle, there is a need for a method and a device for locating these weapons.

Die Patentschrift DE 11 2017 007 495 B4 beschreibt eine Objekterfassungsvorrichtung, die eine Empfangseinheit, eine Störungsbeurteilungseinheit und eine Objekterfassungseinheit umfasst. Die Empfangseinheit ist dafür eingerichtet, mit einer in einem mobilen Körper vorgesehenen Empfangsvorrichtung erfasste Signale zu empfangen. Die Signale enthalten eine reflektierte Welle, die durch Reflexion eines von dem mobilen Körper abgegebenen akustischen Signals an einem Objekt erzeugt wird.The patent specification DE 11 2017 007 495 B4 describes an object detection device that includes a receiving unit, a disturbance assessment unit and an object detection unit. The receiving unit is set up to receive signals detected with a receiving device provided in a mobile body. The signals include a reflected wave that is generated by reflecting an acoustic signal emitted by the mobile body on an object.

Die Störungsbeurteilungseinheit ist für die Erkennung eines Störangriffs eingerichtet. Ein Störangriff wird daran erkannt, ob ein Schwankungsgrad einer Hüllkurve der von der Empfangseinheit empfangenen Signale kleiner oder gleich als ein Referenzwert ist.The disruption assessment unit is set up to detect a disruption attack. A jamming attack is recognized by whether a degree of fluctuation of an envelope of the signals received by the receiving unit is less than or equal to a reference value.

Die Objekterfassungseinheit ist für die Erfassung eines Objektes in der Umgebung des mobilen Körpers für den Fall eingerichtet, dass durch die Störungsbeurteilungseinheit beurteilt wird, dass kein Störangriff vorliegt.The object detection unit is set up to detect an object in the surroundings of the mobile body in the event that the interference assessment unit judges that there is no interference attack.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Ortungsverfahren zur Ortung einer auf ein Fahrzeug gerichteten Schallquelle anzugeben. Diese Aufgabe wird mit einem Ortungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.The invention is based on the object of specifying an improved locating method for locating a sound source directed at a vehicle. This object is achieved according to the invention using a locating method with the features of claim 1.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, eine Anwendung für ein verbessertes Ortungsverfahren zur Ortung einer auf ein Fahrzeug gerichteten Schallquelle anzugeben. Diese Aufgabe wird mit einer Anwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst.The invention is also based on the object of specifying an application for an improved locating method for locating a sound source directed at a vehicle. This object is achieved according to the invention with an application having the features of claim 8.

Der Erfindung liegt zudem die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Ortungsvorrichtung zur Ortung einer gerichteten Schallquelle anzugeben. Diese Aufgabe wird mit einer Ortungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst.The invention is also based on the object of specifying an improved locating device for locating a directed sound source. This object is achieved according to the invention with a locating device with the features of claim 9.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

In einem ersten Aspekt der Erfindung wird bei einem Ortungsverfahren zur Ortung mindestens einer auf ein Fahrzeug gerichteten Schallquelle mittels einer am Fahrzeug angeordneten Sensorvorrichtung, die einen als Referenzsensor ausgebildeten Schalldrucksensor sowie mindestens einen weiteren, gegenüber dem Referenzsensor um jeweils einen Versatz versetzten Schalldrucksensor umfasst, erfindungsgemäß in einem ersten Schritt durch akustische Simulation ein akustisches Modell bestimmt.In a first aspect of the invention, in a locating method for locating at least one sound source directed at a vehicle by means of a sensor device arranged on the vehicle, which comprises a sound pressure sensor designed as a reference sensor and at least one further sound pressure sensor, each offset by an offset relative to the reference sensor, according to the invention in In a first step, an acoustic model is determined through acoustic simulation.

Das akustische Modell ordnet mindestens einem Laufzeitunterschied mindestens einen Schallkorridor und/oder eine Position zu, an dem sich eine diesen Laufzeitunterschied auslösende potenzielle Schallquelle befinden kann. Ein Laufzeitunterschied ist jeweils einem versetzten Schalldrucksensor zugeordnet und erfasst den Unterschied in der Laufzeit einer akustischen Welle von einer Position in der Umgebung des Fahrzeugs zu dem zugeordneten versetzten Schalldrucksensor, verglichen mit der Laufzeit einer akustischen Welle von derselben Position zu dem als Referenzsensor ausgebildeten Schalldrucksensor. Unter einem Schallkorridor wird hier und im Folgenden die Menge aller anhand der Laufzeitunterschiede nicht unterscheidbarer Positionen verstanden. Mit anderen Worten: bei einer Bewegung einer Schallquelle innerhalb eines solchen Schallkorridors bleiben die von den versetzten Schalldrucksensoren erfassten Laufzeitunterschiede unverändert.The acoustic model assigns at least one sound corridor and/or a position to at least one transit time difference at which a potential sound source that triggers this transit time difference can be located. A transit time difference is assigned to an offset sound pressure sensor and detects the difference in the transit time of an acoustic wave from a position in the environment of the vehicle to the assigned offset sound pressure sensor, compared with the transit time of an acoustic wave from the same position to the sound pressure sensor designed as a reference sensor. Here and in the following, a sound corridor is understood to mean the set of all positions that cannot be distinguished based on the transit time differences. In other words: when a sound source moves within such a sound corridor, the transit time differences recorded by the offset sound pressure sensors remain unchanged.

In einem weiteren Schritt wird Schall, der von einer Schallquelle in der Umgebung des Fahrzeugs emittiert wird, von jedem der Schalldrucksensoren, also sowohl von dem Referenzsensor als auch von den demgegenüber versetzt angeordneten Schalldrucksensoren, empfangen und in jeweils ein Schallsignal umgewandelt.In a further step, sound that is emitted by a sound source in the vicinity of the vehicle is received by each of the sound pressure sensors, i.e. both by the reference sensor and by the sound pressure sensors arranged offset from it, and converted into a sound signal.

Anhand dieser Schallsignale wird für mindestens einen der versetzten Schalldrucksensoren ein Laufzeitunterschied ermittelt, der den Unterschied zwischen der Laufzeit des Schalls von der Schallquelle zu dem jeweiligen versetzten Schalldrucksensor, verglichen mit der Laufzeit des Schalls von der Schallquelle zu dem Referenzsensor erfasst.Based on these sound signals, a transit time difference is determined for at least one of the offset sound pressure sensors, which represents the difference between the transit time of the sound and the sound source to the respective offset sound pressure sensor, compared with the transit time of the sound from the sound source to the reference sensor.

Der Laufzeitunterschied kann durch direkten Vergleich der jeweiligen Schallsignale im Zeitbereich ermittelt werden, beispielsweise indem ein Kreuzkorrelationssignal bestimmt wird, das die verzögerungsabhängige Kreuzkorrelation zwischen dem Schallsignal des versetzten Schalldrucksensors und dem Referenzsensor erfasst und diejenige Verzögerung ermittelt wird, bei der das Kreuzkorrelationssignal ein Maximum annimmt.The transit time difference can be determined by direct comparison of the respective sound signals in the time domain, for example by determining a cross-correlation signal that detects the delay-dependent cross-correlation between the sound signal of the offset sound pressure sensor and the reference sensor and determining the delay at which the cross-correlation signal reaches a maximum.

Ein Kreuzkorrelationssignal kann auch indirekt anhand der Fouriertransformierten der jeweiligen Schallsignale und anschließende Rücktransformation in den Zeitbereich bestimmt werden.A cross-correlation signal can also be determined indirectly using the Fourier transform of the respective sound signals and subsequent transformation back into the time domain.

Alternativ kann der Laufzeitunterschied auch durch Vergleich der Phasenlage von Komponenten der Fouriertransformierten der Schallsignale bestimmt werden, bei denen die Energiedichte maximal ist und/oder einen Schwellwert überschreitet.Alternatively, the transit time difference can also be determined by comparing the phase position of components of the Fourier transform of the sound signals in which the energy density is maximum and/or exceeds a threshold value.

Dem derart gebildeten mindestens einen Laufzeitunterschied wird anhand des akustischen Modells mindestens ein Schallkorridor und/oder eine Position der Schallquelle relativ zu dem Fahrzeug zugeordnet.At least one sound corridor and/or a position of the sound source relative to the vehicle is assigned to the at least one transit time difference formed in this way based on the acoustic model.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass Angriffe von Schallquellen, die auf Grund ihrer Intensität und/oder ihrer Frequenzcharakteristik, insbesondere Angriffe von niederfrequenten, im Infraschall - Frequenzbereich emittierenden Schallquellen subjektiv nicht oder nur unzuverlässig und ungenau lokalisiert werden können, geortet werden können. Unter einer Ortung ist hierbei auch eine wesentliche Beschränkung der Vielfalt möglicher Orte zu verstehen, von denen aus ein solcher Angriff erfolgt sein kann, ohne dass eine präzise Bestimmung eines einzigen Angriffsorts zwingend erforderlich ist.An advantage of the method according to the invention is that attacks from sound sources that cannot be localized subjectively or only unreliably and inaccurately due to their intensity and/or their frequency characteristics, in particular attacks from low-frequency sound sources emitting in the infrasound frequency range, can be located. Location is also understood to mean a significant restriction on the variety of possible locations from which such an attack could have occurred, without the precise determination of a single location of the attack being absolutely necessary.

Dadurch können Insassen des Fahrzeugs vor einem solchen Angriff gewarnt werden und Gegenmaßnahmen ergreifen.This allows vehicle occupants to be warned of such an attack and take countermeasures.

Bei einer Ausführungsform des Ortungsverfahrens werden an Stelle absoluter (das heißt: in physikalischen Zeiteinheiten angegebener) Laufzeitunterschiede normierte Laufzeitunterschiede ermittelt und verwendet. Ein normierter Laufzeitunterschied wird ermittelt, indem ein absoluter Laufzeitunterschied für den jeweiligen versetzten Schalldrucksensor auf die Ausbreitungszeit bezogen wird, mit der sich eine akustische Welle entlang des jeweiligen Versatzes vom versetzten Schalldrucksensor zu dem Referenzsensor ausbreitet.In one embodiment of the locating method, standardized transit time differences are determined and used instead of absolute (that is, stated in physical time units) transit time differences. A standardized transit time difference is determined by relating an absolute transit time difference for the respective offset sound pressure sensor to the propagation time with which an acoustic wave propagates along the respective offset from the offset sound pressure sensor to the reference sensor.

Normierte Laufzeitunterschiede liegen im Bereich von -1 bis +1. Ein normierter Laufzeitunterschied von -1 wird ermittelt, wenn sich ein Schallsignal entlang der vom Referenzsensor zum versetzten Schalldrucksensor aufgespannten Linie in Richtung auf den Schalldrucksensor zulaufend bewegt. Ein normierter Laufzeitunterschied von +1 wird ermittelt, wenn sich ein Schallsignal entlang der vom Referenzsensor zum versetzten Schalldrucksensor aufgespannten Linie in Richtung auf den Referenzsensor zulaufend bewegt. Wenn sich das Schallsignal schräg zur Linie ausbreitet, die vom Referenzsensor zum versetzten Schalldrucksensor aufgespannt wird, so wird ein normierter Laufzeitunterschied von größer als -1 und kleiner als +1 ermittelt. Wenn sich das Schallsignal senkrecht zu dieser Linie ausbreitet, so wird ein normierter Laufzeitunterschied von Null ermittelt.Standardized transit time differences range from -1 to +1. A standardized transit time difference of -1 is determined when a sound signal moves towards the sound pressure sensor along the line drawn from the reference sensor to the offset sound pressure sensor. A standardized transit time difference of +1 is determined when a sound signal moves towards the reference sensor along the line drawn from the reference sensor to the offset sound pressure sensor. If the sound signal propagates obliquely to the line that is spanned by the reference sensor to the offset sound pressure sensor, a standardized transit time difference of greater than -1 and less than +1 is determined. If the sound signal propagates perpendicular to this line, a standardized transit time difference of zero is determined.

Durch Verwendung normierter Laufzeitunterschiede kann das akustische Modell vereinfacht und verallgemeinert werden, da es unabhängig von den physikalischen Dimensionen der Anordnung der Schalldrucksensoren ist.By using normalized transit time differences, the acoustic model can be simplified and generalized because it is independent of the physical dimensions of the sound pressure sensor arrangement.

Bei einer Ausführungsform des Ortungsverfahrens werden anhand eines Laufzeitunterschieds oder anhand eines normierten Laufzeitunterschieds ein erster und ein zweiter Schallkorridor für die Schallquelle ermittelt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass neben dem Referenzsensor nur ein weiterer versetzter Schalldrucksensor erforderlich ist. Dadurch kann das Verfahren vereinfacht und mit einer Sensorvorrichtung umgesetzt werden, die besonders einfach und kostengünstig ist.In one embodiment of the locating method, a first and a second sound corridor for the sound source are determined based on a transit time difference or on the basis of a standardized transit time difference. An advantage of this embodiment is that, in addition to the reference sensor, only one additional offset sound pressure sensor is required. As a result, the method can be simplified and implemented with a sensor device that is particularly simple and inexpensive.

Bei einer Ausführungsform des Ortungsverfahrens wird anhand von zwei Laufzeitunterschieden oder anhand von zwei normierten Laufzeitunterschieden, die je einem von mindestens zwei gegenüber dem Referenzsensor in verschiedenen Richtungen versetzten Schalldrucksensoren zugeordnet sind, ein Schallkorridor für die Schallquelle ermittelt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass neben dem Referenzsensor nur zwei weitere versetzte Schalldrucksensoren erforderlich sind. Dadurch kann das Verfahren vereinfacht und mit einer Sensorvorrichtung umgesetzt werden, die besonders einfach und kostengünstig ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit dem derart ermittelten Schallkorridor die Richtung, aus der ein Schallangriff erfolgt, eindeutig bestimmt ist. Dadurch können genauere Gegenmaßnahmen ergriffen werden.In one embodiment of the locating method, a sound corridor for the sound source is determined based on two transit time differences or on the basis of two standardized transit time differences, each of which is assigned to one of at least two sound pressure sensors offset in different directions relative to the reference sensor. An advantage of this embodiment is that in addition to the reference sensor, only two additional offset sound pressure sensors are required. As a result, the method can be simplified and implemented with a sensor device that is particularly simple and inexpensive. Another advantage is that with the sound corridor determined in this way, the direction from which a sound attack occurs is clearly determined. This allows more precise countermeasures to be taken.

Bei einer Ausführungsform des Ortungsverfahrens wird anhand von drei Laufzeitunterschieden oder anhand von drei normierten Laufzeitunterschieden, die je einem von mindestens drei gegenüber dem Referenzsensor in verschiedenen Richtungen versetzten Schalldrucksensoren zugeordnet sind, eine Position für die Schallquelle ermittelt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Position der Schallquelle im dreidimensionalen Raum der Fahrzeugumgebung eindeutig bestimmt wird. Dadurch können genaue Gegenmaßnahmen ergriffen werden.In one embodiment of the locating method, three transit time differences or three standardized transit time differences are used, each of which is one of at least three relative to the reference sensor in different directions offset sound pressure sensors are assigned, a position for the sound source is determined. An advantage of this embodiment is that the position of the sound source in the three-dimensional space of the vehicle environment is clearly determined. This allows precise countermeasures to be taken.

Bei einer Ausführungsform des Ortungsverfahrens wird das akustische Modell mindestens teilweise durch ein mehrschichtiges künstliches Neuronales Netz gebildet, das eine Eingangsschicht, eine Ausgangsschicht und mindestens eine dazwischen angeordnete verdeckte Schicht umfasst. Das künstliche Neuronale Netz wird mit einem überwachten Lernverfahren trainiert, wobei in der Eingangsschicht Schallsignale und/oder davon abgeleitete Parameter präsentiert werden und in der Ausgangsschicht Parameter der Position und/oder des mindestens einen Schallkorridors präsentiert werden, die der akustisch simulierten Schallquelle jeweils zugeordnet ist oder sind.In one embodiment of the location method, the acoustic model is at least partially formed by a multilayer artificial neural network that includes an input layer, an output layer and at least one hidden layer arranged therebetween. The artificial neural network is trained using a supervised learning method, with sound signals and/or parameters derived therefrom being presented in the input layer and parameters of the position and/or the at least one sound corridor, which is assigned to the acoustically simulated sound source, being presented in the output layer are.

Mit einem künstlichen Neuronalen Netz kann ein parameterfreies akustisches Modell gebildet werden. Das ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein mathematisches Modell für die Schallausbreitung in der Fahrzeugumgebung nicht bekannt oder sehr komplex ist.A parameter-free acoustic model can be created using an artificial neural network. This is particularly advantageous if a mathematical model for sound propagation in the vehicle environment is not known or is very complex.

In einer Ausführungsform können in der Eingangsschicht weitere akustisch wirksame Parameter einer Fahrzeugumgebung präsentiert werden, beispielsweise eine Lufttemperatur, ein Luftdruck und/oder eine Luftfeuchtigkeit. Dadurch werden die Genauigkeit des akustischen Modells und somit auch die Genauigkeit der Ortung einer Schallquelle verbessert.In one embodiment, further acoustically effective parameters of a vehicle environment can be presented in the input layer, for example air temperature, air pressure and/or air humidity. This improves the accuracy of the acoustic model and thus also the accuracy of locating a sound source.

In einer Ausführungsform ist das akustische Modell mindestens teilweise als Lookup - Tabelle ausgebildet, wobei durch jede Zeile der Lookup - Tabelle einem Tupel mit mindestens einem Laufzeitunterschied und/oder mindestens einem normierten Laufzeitunterschied jeweils eine Position und/oder mindestens ein Schallkorridor der Schallquelle zugeordnet wird.In one embodiment, the acoustic model is at least partially designed as a lookup table, with each row of the lookup table assigning a position and/or at least one sound corridor of the sound source to a tuple with at least one transit time difference and/or at least one standardized transit time difference.

Eine Lookup - Tabelle ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Zuordnung von Positionen beziehungsweise Schallkorridoren zu Laufzeitunterschieden, die anhand der Schallsignale bestimmt wurden. Ferner ermöglicht eine Lookup - Tabelle ein parameterfreies akustisches Modell und ist vorteilhaft, wenn ein mathematisches Modell für die Schallausbreitung in der Fahrzeugumgebung nicht bekannt oder sehr komplex ist.A lookup table enables a particularly simple and quick assignment of positions or sound corridors to transit time differences that were determined based on the sound signals. Furthermore, a lookup table enables a parameter-free acoustic model and is advantageous if a mathematical model for sound propagation in the vehicle environment is not known or is very complex.

In einer Ausführungsform können Laufzeitunterschieden, die in einer Lookup - Tabelle nicht erfasst sind, durch Interpolation ähnlicher, in der Lookup - Tabelle erfasster Laufzeitunterschiede, Positionen und/oder Schallkorridore zugeordnet werden. Dadurch kann der Aufwand und der Speicherplatz für die Erstellung einer Lookup - Tabelle begrenzt und eine ausreichend hohe Genauigkeit bei der Ortung erhalten werden.In one embodiment, transit time differences that are not recorded in a lookup table can be assigned to similar transit time differences, positions and/or sound corridors recorded in the lookup table by interpolation. This limits the effort and storage space required to create a lookup table and ensures a sufficiently high level of accuracy when locating.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung die Anwendung eines Ortungsverfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei der Anwendung wird die von den Schalldrucksensoren erfasste Schallleistung bestimmt. Wenn diese Schallleistung eine Warnschwelle überschreitet, wird mittels des Ortungsverfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung der mindestens eine Schallkorridor und/oder die Position eines potenziellen Angreifers ermittelt. Über visuelle Anzeigemittel des Fahrzeugs wird eine Warnung ausgegeben. Die Vorteile der Anwendung entsprechen den Vorteilen des Ortungsverfahrens dahingehend, dass eine genaue und verbesserte Reaktion auf einen Schallangriff ermöglicht wird.In a second aspect, the invention relates to the application of a location method according to the first aspect of the invention. During the application, the sound power recorded by the sound pressure sensors is determined. If this sound power exceeds a warning threshold, the at least one sound corridor and/or the position of a potential attacker is determined using the location method according to the first aspect of the invention. A warning is issued via the vehicle's visual display means. The advantages of the application correspond to the advantages of the location method in that an accurate and improved response to a sound attack is enabled.

Bei einer Ausführungsform wird eine Fluchtroute ermittelt, mit der der mindestens eine Schallkorridor und/oder die Position des potenziellen Angreifers umgangen wird. Dadurch kann einem Schallangriff und einem möglicherweise darauffolgend geplanten weiteren Angriff schnell und sicher ausgewichen werden.In one embodiment, an escape route is determined that bypasses the at least one sound corridor and/or the position of the potential attacker. This means that a sonic attack and any further attacks that may be planned afterwards can be avoided quickly and safely.

In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Ortungsvorrichtung zur Ortung einer gerichteten Schallquelle umfassend eine Sensorvorrichtung und eine Rechen- und Signalverarbeitungseinheit. Die Sensorvorrichtung umfasst einen als Referenzsensor ausgebildeten Schalldrucksensor und mindestens einen weiteren, in je einem Versatz gegenüber dem Referenzsensor versetzten Schalldrucksensor. Die Rechen- und Signalverarbeitungseinheit ist zur Durchführung eines Ortungsverfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eingerichtet. Beispielsweise kann die Rechen- und Signalverarbeitungseinheit als Mikrocontroller und/oder als Digitaler Signalprozessor ausgebildet sein. Die Vorteile der Ortungsvorrichtung entsprechen den Vorteilen des Ortungsverfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.In a third aspect, the invention relates to a locating device for locating a directed sound source, comprising a sensor device and a computing and signal processing unit. The sensor device comprises a sound pressure sensor designed as a reference sensor and at least one further sound pressure sensor, each offset from the reference sensor. The computing and signal processing unit is set up to carry out a location method according to the first aspect of the invention. For example, the computing and signal processing unit can be designed as a microcontroller and/or as a digital signal processor. The advantages of the locating device correspond to the advantages of the locating method according to the first aspect of the invention.

Bei einer Ausführungsform einer Ortungsvorrichtung ist

  • - ein erster versetzter Schalldrucksensor gegenüber dem Referenzsensor um einen Versatz entlang einer x-Richtung versetzt angeordnet,
  • - ein zweiter versetzter Schalldrucksensor gegenüber dem Referenzsensor um einen Versatz entlang einer y-Richtung versetzt angeordnet, wobei die y-Richtung senkrecht gegenüber der x-Richtung angeordnet ist und
  • - ein dritter versetzter Schalldrucksensor gegenüber dem Referenzsensor um einen Versatz entlang einer z-Richtung versetzt angeordnet, wobei die z-Richtung senkrecht gegenüber der x-Richtung und senkrecht gegenüber der y-Richtung angeordnet ist.
In one embodiment, a locating device is
  • - a first offset sound pressure sensor arranged offset from the reference sensor by an offset along an x-direction,
  • - A second offset sound pressure sensor is arranged offset from the reference sensor by an offset along a y-direction net, where the y-direction is arranged perpendicular to the x-direction and
  • - A third offset sound pressure sensor is arranged offset from the reference sensor by an offset along a z-direction, the z-direction being arranged perpendicular to the x-direction and perpendicular to the y-direction.

Die Rechen- und Signalverarbeitungseinheit ist zur Bestimmung mindestens eines Schallkorridors und/oder einer Position einer Schallquelle anhand der dem ersten, dem zweiten und dem dritten versetzten Schalldrucksensor zugeordneten Laufzeitunterschiede eingerichtet.The computing and signal processing unit is set up to determine at least one sound corridor and/or a position of a sound source based on the transit time differences assigned to the first, the second and the third offset sound pressure sensor.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht zum einen darin, dass mit den vorgeschlagenen drei versetzten Schalldrucksensoren und dem Referenzsensor eine eindeutige Positionsbestimmung der Schallquelle im dreidimensionalen Raum der Fahrzeugumgebung möglich ist. Zum anderen besteht ein Vorteil darin, dass durch die zueinander senkrechte Beabstandung der versetzten Schalldrucksensoren gegenüber dem Referenzsensor eine besonders genaue und zuverlässige Ortung der Schallquelle möglich ist.One advantage of this embodiment is, on the one hand, that with the proposed three offset sound pressure sensors and the reference sensor, it is possible to clearly determine the position of the sound source in the three-dimensional space of the vehicle environment. On the other hand, there is an advantage in that a particularly precise and reliable location of the sound source is possible due to the mutually perpendicular spacing of the offset sound pressure sensors relative to the reference sensor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 schematisch ein von einer Schallkanone angegriffenes Fahrzeug,
  • 2 schematisch von Schalldrucksensoren erfasste Schallsignale,
  • 3 schematisch die Bestimmung eines Laufzeitunterschieds mittels eines aus zwei Schallsignalen berechneten Kreuzkorrelationssignals,
  • 4 schematisch ein Verfahren zur Bestimmung eines akustischen Modells,
  • 5 schematisch ein künstliches Neuronales Netz zur Bestimmung der Position einer Schallquelle,
  • 6 schematisch ein Verfahren zur Bestimmung von Laufzeitunterschieden zwischen von verschiedenen Schalldrucksensoren erfassten Schallsignalen sowie
  • 7 bis 9 schematisch Verzögerungs-Diagramme zur Darstellung normierter Laufzeitverzögerungen in Abhängigkeit vom Abstand einer Schallquelle von einem Fahrzeug.
Show:
  • 1 schematically a vehicle attacked by a sound cannon,
  • 2 schematic sound signals recorded by sound pressure sensors,
  • 3 schematically the determination of a transit time difference using a cross-correlation signal calculated from two sound signals,
  • 4 schematically a method for determining an acoustic model,
  • 5 schematically an artificial neural network for determining the position of a sound source,
  • 6 schematically a method for determining transit time differences between sound signals detected by different sound pressure sensors and
  • 7 until 9 Schematic delay diagrams to show standardized transit time delays depending on the distance of a sound source from a vehicle.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numbers in all figures.

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 und in dessen Umgebung eine Schallquelle 2. In einem in 1 dargestellten Angriffsszenario stellt die Schallquelle 2 einen Angreifer 2 dar, der durch gerichtete Emission von Schallenergie, bevorzugt im niederfrequenten Infraschall - Frequenzbereich dem Fahrzeug 1 und seinen Insassen Energie über akustische Wellen aufzuprägen versucht. Diese Schallenergie wirkt sich hauptsächlich auf die auditive Wahrnehmung aus, aber auch auf den gekoppelten Gleichgewichtssinn und führt so zu Orientierungslosigkeit, genereller Verwirrung und dementsprechend zu einer eingeschränkten Handlungsfähigkeit. 1 shows schematically a vehicle 1 and a sound source 2 in its surroundings. In one in 1 In the attack scenario shown, the sound source 2 represents an attacker 2 who tries to impose energy on the vehicle 1 and its occupants via acoustic waves by directed emission of sound energy, preferably in the low-frequency infrasound frequency range. This sound energy primarily affects auditory perception, but also the associated sense of balance, leading to disorientation, general confusion and, accordingly, limited ability to act.

Aus dem Stand der Technik sind Long Range Acoustic Devices (LRAD) bekannt, die im Frequenzbereich von etwa 2000 Hertz bis 3100 Hertz einen Schalldruckpegel von etwa 150 Dezibel unter einem Abstrahl-Raumwinkel von etwa 15 Grad bis 30 Grad aussenden. Long Range Acoustic Devices (LRAD) are known from the prior art, which emit a sound pressure level of approximately 150 decibels at a radiation solid angle of approximately 15 degrees to 30 degrees in the frequency range from approximately 2000 Hertz to 3100 Hertz.

Der Einsatz derartiger Vorrichtungen als nicht-tödliche Waffe ist bekannt. Beispielhaft kann ein Angreifer 2 als LRAD, im Folgenden auch kurz als Schallkanone 2 bezeichnet, ausgebildet sein. Die Schallkanone 2 emittiert ein akustisches Schalldruckfeld, das sich in einem Schalltrichter 3 entlang einer Schallausbreitungsrichtung 20 auf das Fahrzeug 1 zulaufend ausbreitet. Die Reichweite einer Schallkanone 2 kann mehrere Kilometer betragen.The use of such devices as non-lethal weapons is known. By way of example, an attacker 2 can be designed as an LRAD, also referred to below as a sound cannon 2. The sound cannon 2 emits an acoustic sound pressure field which propagates in a sound funnel 3 along a sound propagation direction 20 towards the vehicle 1. The range of a sound cannon 2 can be several kilometers.

Insbesondere gegenüber niederfrequenter Anregung im Infraschall - Frequenzbereich bietet der Fahrzeuginnenraum keinen ausreichenden Schutz und stellt daher einen für Entführungsszenarien interessanten Angriffsvektor dar. Die Erfindung verfolgt das Ziel, die Handlungsfähigkeit von Fahrzeuginsassen im Falle eines solchen Angriffs zu erhalten und möglichst schnell wiederherzustellen, indem derartige Angriffe erkannt und möglichst genau geortet werden.In particular, the vehicle interior does not offer sufficient protection against low-frequency excitation in the infrasound frequency range and therefore represents an attack vector that is interesting for kidnapping scenarios. The aim of the invention is to preserve the ability of vehicle occupants to act in the event of such an attack and to restore it as quickly as possible by detecting such attacks and located as precisely as possible.

Am Fahrzeug 1 ist eine nur schematisch dargestellte Sensorvorrichtung 10 angeordnet, die vier Schalldrucksensoren 10r, 10x, 10y und 10z umfasst. Ausgehend von einem Referenzsensor 10r ist je ein versetzter Schalldrucksensor 10x, 10y, 10z entlang einer x-Richtung x, entlang einer y-Richtung y beziehungsweise entlang einer z-Richtung z in einem Versatz Δx, Δy, Δz angeordnet. Vorliegend sind die x-Richtung x, die y-Richtung y und die z-Richtung z senkrecht zueinander gewählt. Es ist jedoch ausreichend, wenn die Richtungen x, y, z linear unabhängig gewählt sind.A sensor device 10, shown only schematically, is arranged on the vehicle 1 and comprises four sound pressure sensors 10r, 10x, 10y and 10z. Starting from a reference sensor 10r, an offset sound pressure sensor 10x, 10y, 10z is arranged along an x-direction x, along a y-direction y or along a z-direction z at an offset Δx, Δy, Δz. In the present case, the x-direction x, the y-direction y and the z-direction z are selected perpendicular to one another. However, it is sufficient if the directions x, y, z are chosen to be linearly independent.

In der in 1 dargestellten Situation liegt der in y-Richtung y vom Referenzsensor 10r versetzte Schalldrucksensor 10y am nächsten zur Schallkanone 2 und weist von dieser einen Abstand dy auf, der vom Schall zu durchlaufen ist. Die in x-Richtung x und in z-Richtung z versetzte Schalldrucksensoren 10x, 10z weisen demgegenüber größere Abstände dx, dy auf. Der Referenzsensor 10r liegt am weitesten vom Emissionspunkt der Schallkanone 2 entfernt in einem Abstand dr. Von der Schallkanone 2 emittierter Schall trifft auf die Schalldrucksensoren 10r, 10x, 10y, 10z mit unterschiedlicher zeitlicher Verzögerung, entsprechend den unterschiedlichen Abständen dr, dx, dy, dz, auf.In the in 1 In the situation shown, the sound pressure sensor 10y, which is offset in the y direction y from the reference sensor 10r, is closest to the sound cannon 2 and has a distance dy from it that the sound has to pass through. The ones in x- In contrast, sound pressure sensors 10x, 10z offset in the x direction and z in the z direction have larger distances dx, dy. The reference sensor 10r is located furthest from the emission point of the sound cannon 2 at a distance dr. Sound emitted by the sound cannon 2 hits the sound pressure sensors 10r, 10x, 10y, 10z with different time delays, corresponding to the different distances dr, dx, dy, dz.

Selbstverständlich können sich die Abstandsverhältnisse bei einer anderen Angriffssituation oder durch eine Bewegung des Fahrzeugs 1 gegenüber der in 1 dargestellten Situation verändern. In jedem Fall kann jedoch eine Position p der Schallkanone 2 relativ zu dem von den linear unabhängigen Richtungen x, y, z aufgespannten Koordinatensystem bestimmt werden.Of course, the distance conditions can change in the event of a different attack situation or due to a movement of the vehicle 1 compared to the one in 1 change the situation presented. In any case, however, a position p of the sound cannon 2 can be determined relative to the coordinate system spanned by the linearly independent directions x, y, z.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich die Schallausbreitungsrichtung 20 und die Position p der Schallkanone 2 bei bekannter Anordnungsgeometrie der Schalldrucksensoren 10x, 10y, 10z aus der Verzögerung oder dem Vorauseilen des Schalldrucks gegenüber dem vom Referenzsensor 10r erfassten Schalldruck ermitteln lässt.The invention is based on the knowledge that the sound propagation direction 20 and the position p of the sound cannon 2 can be determined from the delay or advance of the sound pressure compared to the sound pressure detected by the reference sensor 10r with a known arrangement geometry of the sound pressure sensors 10x, 10y, 10z.

2 zeigt schematisch die von den Schalldrucksensoren 10r bis 10z erfassten Schallsignale sr(t), sx(t), sy(t), sz(t) unter der Annahme, dass die Schallkanone 2 einen Schallburst 4 emittiert. Der Schallburst 4 ist durch eine schmalbandige Energieverteilung bestimmt, das heißt: Um eine Haupt- oder Mittenfrequenz herum wird Energie in einem Frequenzband abgestrahlt, das im Vergleich zu Hauptfrequenz schmal ist, beispielsweise nur ein Zehntel der Hauptfrequenz breit ist. 2 shows schematically the sound signals s r (t), s x (t), s y (t), s z (t) detected by the sound pressure sensors 10r to 10z, assuming that the sound cannon 2 emits a sound burst 4. The sound burst 4 is determined by a narrow-band energy distribution, that is: around a main or center frequency, energy is emitted in a frequency band that is narrow compared to the main frequency, for example only one tenth of the main frequency wide.

Der Schallburst 4 trifft an dem Referenzsensor 10r zu einem Zeitpunkt tr ein. Da die weiteren Schalldrucksensoren 10x, 10y, 10z gemäß der in 1 skizzierten Situation näher an der Schallkanone 2 liegen als der Referenzsensor 10r, trifft der Schallburst 4 dort zu früheren Zeitpunkten tx, ty, tz ein. Mit anderen Worten: Das von der Schallkanone 2 an den Schalldrucksensoren 10x, 10y, 10z jeweils ausgelöste Schallsignale sx(t), sy(t), sz(t) eilt dem am Referenzsensor 10r ausgelösten Schallsignal sr(t) um jeweils einen Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz versetzt voraus.The sound burst 4 arrives at the reference sensor 10r at a time t r . Since the other sound pressure sensors 10x, 10y, 10z according to in 1 If the situation outlined is closer to the sound cannon 2 than the reference sensor 10r, the sound burst 4 arrives there at earlier times t x , t y , t z . In other words : The sound signals s each offset by a transit time difference Δt x , Δt y , Δt z .

Ein derartiger Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass eine Kreuzkorrelation zwischen dem Schallsignal sr(t) am Referenzsensor 10r und dem Schallsignal sx(t), sy(t), sz(t) an je einem weiteren Schalldrucksensor 10x, 10y, 10z ermittelt wird. 3 zeigt beispielhaft und schematisch ein Kreuzkorrelationssignal rr,y(τ) zwischen dem Schallsignal sr(t) am Referenzsensor 10r und dem Schallsignal sy(t) an dem in y-Richtung y um den Versatz Δy versetzten Schalldrucksensor 10y, wobei das von der Verzögerung τ abhängige Kreuzkorrelationssignal rr,y(τ) fürzeitkontinuierliche Schallsignale sr(t), sy(t) mit r r , y ( τ ) = s r ( t ) s y ( t τ )   d t

Figure DE102022004032A1_0001
oder alternativ für zeitdiskrete Schallsignale sr(n), sy(n) mit r x , y ( l ) = n = s r ( n ) s y ( n l )
Figure DE102022004032A1_0002
bestimmt werden kann. Such a transit time difference Δt _ ) is determined on another sound pressure sensor 10x, 10y, 10z. 3 shows, by way of example and schematically, a cross-correlation signal r r,y (τ) between the sound signal s r (t) at the reference sensor 10r and the sound signal s y (t) at the sound pressure sensor 10y offset in the y direction y by the offset Δy, whereby the of the delay τ dependent cross-correlation signal r r,y (τ) for time-continuous sound signals s r (t), sy (t). r r , y ( τ ) = s r ( t ) s y ( t τ ) d t
Figure DE102022004032A1_0001
or alternatively for discrete-time sound signals s r (n), s y (n) with r x , y ( l ) = n = s r ( n ) s y ( n l )
Figure DE102022004032A1_0002
can be determined.

Der Laufzeitunterschied Δty wird als diejenige Verzögerung τ ermittelt, bei der das Kreuzkorrelationssignal rr,y(τ) maximal ist. Dieser Laufzeitunterschied Δty wird durch den Unterschied zwischen dem längeren Abstand dr des Referenzsensors 10r und dem kürzeren Abstand dy des Schalldrucksensors 10y von der Schallkanone 2 bewirkt, der im rechten Teil von 3 nochmals schematisch dargestellt ist.The transit time difference Δt y is determined as the delay τ at which the cross-correlation signal r r,y (τ) is maximum. This transit time difference Δt y is caused by the difference between the longer distance dr of the reference sensor 10r and the shorter distance dy of the sound pressure sensor 10y from the sound cannon 2, which is in the right part of 3 is shown again schematically.

Der Laufzeitunterschied Δtx,y,z eines am Schalldrucksensor 10x, 10y, 10z erfassten Schallsignals sx(t), sy(t), sz(t) gegenüber dem Schallsignal sr(t), das vom Referenzsensor 10r erfasst wird, ist durch die Schallausbreitungszeit (in Luft) entlang des jeweiligen Versatzes Δx, Δy, Δz begrenzt. Daher ist die Angabe eines normierten Laufzeitunterschieds Δ t x , Δ t y , Δ t z

Figure DE102022004032A1_0003
vorteilhaft, wie er nachfolgend in den 7 bis 9 näher dargestellt ist: Δ t x = Δ t x Δ x c L u f t , Δ t y = Δ t y Δ y c L u f t , Δ t z = Δ t z Δ z c L u f t
Figure DE102022004032A1_0004
wobei cLuft die Schallgeschwindigkeit in Luft bezeichnet. Ein Vorteil der Verwendung normierter Laufzeitunterschiede Δ t x , Δ t y , Δ t z
Figure DE102022004032A1_0005
besteht darin, dass diese wegen |Δtx,y,z | ≤ Δy · cLuft unabhängig von der physikalischen Anordnung auf den Bereich 1 Δ t x , y , z
Figure DE102022004032A1_0006
+1 beschränkt sind und dadurch insbesondere für Verfahren der nichtparametrischen Modellierung leichter einsetzbar sind.The transit time difference Δt x,y,z of a sound signal s x (t), s y (t), s z (t) detected at the sound pressure sensor 10x, 10y, 10z compared to the sound signal s r (t), which is detected by the reference sensor 10r , is limited by the sound propagation time (in air) along the respective offset Δ x , Δ y , Δ z . Therefore, the specification of a standardized transit time difference is necessary Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0003
advantageous, as explained below in the 7 to 9 is shown in more detail: Δ t x = Δ t x Δ x c L u f t , Δ t y = Δ t y Δ y c L u f t , Δ t e.g = Δ t e.g Δ e.g c L u f t
Figure DE102022004032A1_0004
where c air denotes the speed of sound in air. An advantage of using standardized delay differences Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0005
is that this is due to |Δt x,y,z | ≤ Δy · c air regardless of the physical arrangement on the area 1 Δ t x , y , e.g
Figure DE102022004032A1_0006
+1 are limited and are therefore easier to use, especially for non-parametric modeling methods.

4 zeigt schematisch einen Ablaufplan für ein Verfahren zur Bestimmung eines akustischen Modells 120 zur Ortung eines Schallangriffs. In einem Schritt 100 werden Fahrzeugdaten und Positionen für Schalldrucksensoren 10r bis 10z bestimmt. Insbesondere werden die x-Richtung x, die y-Richtung y, die z-Richtung z und die richtungsbezogenen Versatze Δx, Δy, Δz für die Anordnung der Schalldrucksensoren 10x, 10y, 10z relativ zum Referenzsensor 10r bestimmt. Ferner wird es sich als vorteilhaft erweisen, die Richtungen x, y, z auf ein übergeordnetes, in 1 nicht näher dargestelltes Fahrzeugkoordinatensystem zu beziehen. 4 schematically shows a flowchart for a method for determining an acoustic model 120 for locating a sound attack. In a step 100, vehicle data and positions for sound pressure sensors 10r to 10z are determined. In particular, the x-direction x, the y-direction y, the z-direction z and the direction-related offsets Δ x , Δ y , Δ z are determined for the arrangement of the sound pressure sensors 10x, 10y, 10z relative to the reference sensor 10r. Furthermore, it will prove to be advantageous to set the directions x, y, z to one parent, in 1 Vehicle coordinate system not shown in detail.

In einem nachfolgenden Schritt 101 wird anhand dieser Parameter eine akustische Simulation durchgeführt. Dabei kann eine simulierte Schallquelle 2 an verschiedene Positionen p in der Umgebung des Fahrzeugs 1 bewegt und/oder mit verschiedenen Schallausbreitungsrichtungen 20 ausgerichtet werden. Für jede dieser Positionen p und Schallausbreitungsrichtungen 20 kann durch Berechnung der akustischen Wellenausbreitung jeweils ein Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz für jeden der Schalldrucksensoren 10x bis 10z bezogen auf den Referenzsensor 10r bestimmt werden. Beispielsweise kann die Umgebung des Fahrzeugs 1 in diskrete, bevorzugt gleich große und äquidistant angeordnete Voxel aufgeteilt und jedem Voxel ein Tripel von Laufzeitunterschieden Δtx, Δty, Δtz und/oder normierten Laufzeitunterschieden Δ t x , Δ t y , Δ t z

Figure DE102022004032A1_0007
zugeordnet werden.In a subsequent step 101, an acoustic simulation is carried out based on these parameters. A simulated sound source 2 can be moved to different positions p in the surroundings of the vehicle 1 and/or aligned with different sound propagation directions 20. For each of these positions p and sound propagation directions 20, a transit time difference Δt x , Δt y , Δt z can be determined for each of the sound pressure sensors 10x to 10z based on the reference sensor 10r by calculating the acoustic wave propagation. For example, the environment of the vehicle 1 can be divided into discrete, preferably equally sized and equidistantly arranged voxels and each voxel can have a triple of transit time differences Δt x , Δt y , Δt z and/or standardized transit time differences Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0007
be assigned.

In einem nachfolgenden Schritt 110 wird ein akustisches Modell 120 erzeugt. Ausgehend von einer durch die akustische Simulation ermittelte Zuordnungsvorschrift zur Abbildung von Ortskoordinaten entlang der Richtungen x, y, z, die beispielsweise als diskrete Voxel gegeben sind, auf Laufzeitunterschiede Δtx, Δty, Δtz kann eine Modellapproximation ermittelt werden. Beispielsweise kann in einem Schritt 111 eine Modellapproximation durch eine Regressionsanalyse ermittelt werden, die als eine Funktion F ( Δ t x , Δ t y , Δ t z )

Figure DE102022004032A1_0008
darstellbar ist, wobei die Werte Δ t x , Δ t y , Δ t z
Figure DE102022004032A1_0009
die anhand der erfassten Schallsignale sr(t), sx(t), sy(t), sz(t) ermittelten Laufzeitunterschiede bezeichnen und wobei der Funktionswert von F ( Δ t x , Δ t y , Δ t z )
Figure DE102022004032A1_0010
eine Position p der zugeordneten Schallquelle 2 angibt, beispielsweise als x, y und z Koordinaten entlang der x-, y- beziehungsweise z-Richtung x, y, z. Zusätzlich kann die Funktion F ( Δ t x , Δ t y , Δ t z )
Figure DE102022004032A1_0011
auch weitere Parameter erfassen, die die Ausbreitung von akustischen Wellen beeinflussen, beispielsweise die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit der Luft.In a subsequent step 110, an acoustic model 120 is generated. Based on an assignment rule determined by the acoustic simulation for mapping location coordinates along the directions x, y, z, which are given, for example, as discrete voxels, to transit time differences Δt x , Δt y , Δt z, a model approximation can be determined. For example, in a step 111 a model approximation can be determined by a regression analysis, which is used as a function F ( Δ t x , Δ t y , Δ t e.g )
Figure DE102022004032A1_0008
can be represented, where the values Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0009
denote the transit time differences determined based on the recorded sound signals s r (t), s x (t), s y (t), s z (t) and where the function value of F ( Δ t x , Δ t y , Δ t e.g )
Figure DE102022004032A1_0010
indicates a position p of the associated sound source 2, for example as x, y and z coordinates along the x, y and z directions x, y, z. In addition, the function can F ( Δ t x , Δ t y , Δ t e.g )
Figure DE102022004032A1_0011
also record other parameters that influence the propagation of acoustic waves, for example the temperature and/or humidity of the air.

Mittels einer solchen Funktion kann eine kompakte mathematische Darstellung entwickelt werden, die nur eine geringe Anzahl von Parametern aufweist und dadurch speichereffizient implementiert werden kann.Using such a function, a compact mathematical representation can be developed that only has a small number of parameters and can therefore be implemented in a memory-efficient manner.

Alternativ oder zusätzlich kann in einem Schritt 112 eine Lookup - Tabelle entwickelt werden, welche eine Umkehrfunktion zu der aus der akustischen Simulation ermittelten Zuordnungsvorschrift tabellarisch erfasst. Eine solche Lookup - Tabelle ordnet tabellarisch als Tupel von normierten Laufzeitunterschieden Δ t x , Δ t y , Δ t z

Figure DE102022004032A1_0012
gegebenen Stützstellen jeweils eine Position p einer Schallquelle 2 zu, die derartige Laufzeitunterschiede Δ t x , Δ t y , Δ t z
Figure DE102022004032A1_0013
bewirkt. Naturgemäß können nicht alle physikalisch möglichen Laufzeitunterschiede Δ t x , Δ t y , Δ t z
Figure DE102022004032A1_0014
erfasst werden, jedoch kann bei ausreichend enger Erfassung mit guter Genauigkeit zwischen den in der Lookup - Tabelle erfassten Stützstellen interpoliert werden.Alternatively or additionally, a lookup table can be developed in a step 112, which tabulates an inverse function to the assignment rule determined from the acoustic simulation. Such a lookup table organizes in a tabular form a tuple of standardized runtime differences Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0012
Given support points each assign a position p of a sound source 2, which has such transit time differences Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0013
effects. Naturally, not all physically possible transit time differences can occur Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0014
can be captured, however, if the capture is sufficiently narrow, it is possible to interpolate with good accuracy between the support points captured in the lookup table.

Der Vorteil der Verwendung einer Lookup - Tabelle besteht darin, dass auch sehr komplexe mathematische Zusammenhänge für die Umkehrfunktion einfach erfasst und durch Nachschlagen in der Lookup - Tabelle optionale Interpolation berechnet werden können.The advantage of using a lookup table is that even very complex mathematical relationships for the inverse function can be easily recorded and optional interpolation can be calculated by looking up the lookup table.

Die Bestimmung einer Lookup - Tabelle kann auch mit der Bestimmung einer Modellapproximation durch Regressionsanalyse kombiniert werden, beispielsweise indem für einen gewissen Bereich von Laufzeitunterschieden Δtx, Δty, Δtz ein mathematisch einfach formulierbares Modell erstellt wird und für einen anderen Bereich von Laufzeitunterschieden Δtx, Δty, Δtz ein mathematisch aufwändiges Modell durch Bildung einer Lookup - Tabelle umgangen wird.The determination of a lookup table can also be combined with the determination of a model approximation through regression analysis, for example by creating a mathematically easy to formulate model for a certain range of transit time differences Δt x , Δt y , Δt z and for another range of transit time differences Δt x , Δt y , Δt z a mathematically complex model is bypassed by forming a lookup table.

Alternativ oder zusätzlich zu den Schritten 111 und 112 kann in einem Schritt 113 ein künstliches Neuronales Netz 115 trainiert werden, das in 5 schematisch dargestellt ist.Alternatively or in addition to steps 111 and 112, an artificial neural network 115 can be trained in a step 113, which is in 5 is shown schematically.

Das künstliche Neuronale Netz 115 umfasst eine Eingangsschicht 116 mit mindestens vier Eingangsneuronen, die mit je einem Schallsignal sr(t), sx(t), sy(t), sz(t) gespeist werden. Die Eingangsschicht 116 kann weitere Eingangsneuronen umfassen, die mit Parametern gespeist werden, welche die akustische Ausbreitung beeinflussen, beispielsweise mit einer Umgebungstemperatur, einem Luftdruck und/oder einer Luftfeuchtigkeit.The artificial neural network 115 includes an input layer 116 with at least four input neurons, each of which is fed with a sound signal s r (t), s x (t), sy (t), s z (t). The input layer 116 may include additional input neurons that are fed with parameters that influence acoustic propagation, for example an ambient temperature, an air pressure and/or a humidity.

Ferner umfasst das künstliche Neuronale Netz 115 eine Ausgangsschicht 117, deren Ausgangsneuronen die Position p einer Schallquelle 2 kodieren. Beispielsweise können drei Ausgangsneuronen vorgesehen sein, die je einen auf eine Richtung x, y, z bezogenen Koordinatenwert kodieren.Furthermore, the artificial neural network 115 includes an output layer 117, the output neurons of which encode the position p of a sound source 2. For example, three output neurons can be provided, each of which encodes a coordinate value related to a direction x, y, z.

Das künstliche Neuronale Netz 115 kann über ein Verfahren des überwachten Lernens derart an die akustische Simulation angepasst werden, dass für gewisse, in der Eingangsschicht 116 eingespeiste, zu einer vorbestimmten Position p einer akustischen Quelle korrespondierende Parameter und Signale, die sich aus der akustischen Simulation ergeben, an der Ausgangsschicht 117 genau diese vorbestimmte Position p wieder ausgegeben wird.The artificial neural network 115 can be adapted to the acoustic simulation via a method of supervised learning in such a way that for certain parameters and signals that result from the acoustic simulation are fed into the input layer 116 and correspond to a predetermined position p of an acoustic source , exactly this predetermined position p is output again at the output layer 117.

Ein derart trainiertes künstliches Neuronales Netz 115 kann somit direkt als akustisches Modell 120 zur Ortung einer Schallquelle 2 verwendet werden.An artificial neural network 115 trained in this way can therefore be used directly as an acoustic model 120 can be used to locate a sound source 2.

Es ist jedoch auch möglich, ein künstliches Neuronales Netz 115 als Element einer übergeordneten Verarbeitungskette einzusetzen. Beispielsweise können an Stelle der vier Schallsignale sr(t),sx(t),sy(t),sz(t) in die Eingangsschicht 116 die aus diesen Schallsignalen sr(t), sx(t), sy(t), sz(t) ermittelten Laufzeitunterschiede Δtx, Δty, Δtz (oder, bevorzugt, die korrespondierenden normierten Laufzeitunterschiede Δ t x , Δ t y , Δ t z

Figure DE102022004032A1_0015
eingespeist werden. Dabei ist das Training des künstlichen Neuronalen Netzes 115 an die übergeordnete Verarbeitungskette anzupassen, indem zum Training die gemäß dieser Verarbeitungskette einzuspeisenden Eingangswerte verwendet werden.However, it is also possible to use an artificial neural network 115 as an element of a higher-level processing chain. For example, instead of the four sound signals s r (t), s x (t), s y (t), s z (t) in the input layer 116, the sound signals s r (t), s x (t), s y (t), s z (t) determined transit time differences Δt x , Δt y , Δt z (or, preferably, the corresponding standardized transit time differences Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0015
be fed in. The training of the artificial neural network 115 must be adapted to the higher-level processing chain by using the input values to be fed in according to this processing chain for training.

Das derart ermittelte akustische Modell 120 erlaubt somit die Zuordnung einer Position p einer Schallquelle 2 zu Laufzeitunterschieden Δtx, Δty, Δtz, die aus Schallsignalen sr(t), sx(t), sy(t), sz(t) bestimmt wurden, die von den Schalldrucksensoren 10r bis 10z erfasst wurden.The acoustic model 120 determined in this way thus allows the assignment of a position p of a sound source 2 to transit time differences Δt x , Δt y , Δt z , which consist of sound signals s r (t), s x (t), sy ( t ), s z ( t ) were determined, which were detected by the sound pressure sensors 10r to 10z.

6 zeigt schematisch einen Ablaufplan für ein Verfahren zur Bestimmung der Position p einer Schallquelle 2 relativ zu der Sensorvorrichtung 10 mit dem Referenzsensor 10r und den weiteren Schalldrucksensoren 10x, 10y, 10z. Das Verfahren umfasst Schritte 200 bis 203, die für die Schalldrucksensoren 10x, 10y, 10z entlang je eines Signalverarbeitungspfades SPx, SPy, SPz parallel ausgeführt werden. 6 shows schematically a flowchart for a method for determining the position p of a sound source 2 relative to the sensor device 10 with the reference sensor 10r and the further sound pressure sensors 10x, 10y, 10z. The method includes steps 200 to 203, which are carried out in parallel for the sound pressure sensors 10x, 10y, 10z along a signal processing path SPx, SPy, SPz.

Im Schritt 200 wird der vom jeweiligen Schalldrucksensor 10x, 10y, 10z erfasste Schalldruck als Schallsignal sr(t), sx(t), sy(t), sz(t) erfasst. Bevorzugt wird das Schallsignal sr(t), sx(t), sy(t), sz(t) als digitales Signal abgetastet. Im nachfolgenden Schritt 201 wird der jeweilige Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz gegenüber dem am Referenzsensor 10r erfassten Schallsignal sr(t) bestimmt. Dazu können verschiedene Verfahrensvarianten, die im Schritt 210 zusammengefasst sind, alternativ oder ergänzend eingesetzt werden.In step 200, the sound pressure detected by the respective sound pressure sensor 10x, 10y, 10z is detected as a sound signal s r (t), s x (t), s y (t), s z (t). The sound signal s r (t), s x (t), sy (t), s z (t) is preferably sampled as a digital signal. In the subsequent step 201, the respective transit time difference Δt x , Δt y , Δt z is determined compared to the sound signal s r (t) detected at the reference sensor 10r. For this purpose, various process variants, which are summarized in step 210, can be used alternatively or additionally.

Beispielsweise kann, wie anhand von 3 bereits für das Schalldrucksignal sy(t) beispielhaft erläutert wurde, in einem Schritt 211 jeweils ein Kreuzkorrelationssignal rr,x(τ), rr,y(τ), rr,z(τ) berechnet und in einem nachfolgenden Schritt 212 dessen Maximalwert gesucht werden. Der Wert der Verzögerung τ, an dem das Kreuzkorrelationssignal rr,x(τ), rr,y(τ), rr,z(τ) ein Maximum erreicht, gibt den jeweiligen Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz an. Liegt die Schallquelle 2 (im Falle eines Angriffs beispielsweise eine Schallkanone 2) näher am Schalldrucksensor 10x, 10y, 10z als am Referenzsensor 10r, so ist der jeweils zugeordnete Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz positiv, das heißt: Eine hohe Kreuzkorrelation wird durch Verzögerung des Schallsignals sx(t), sy(t), sz(t) erreicht. Liegt die Schallquelle 2 (im Falle eines Angriffs beispielsweise eine Schallkanone 2) dagegen näher am Referenzsensor 10r als am Schalldrucksensor 10x, 10y, 10z, so ist der jeweils zugeordnete Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz negativ, das heißt: Eine hohe Kreuzkorrelation wird durch Verzögerung des Schallsignals sr(t) erreicht.For example, as shown by 3 has already been explained as an example for the sound pressure signal sy (t), in a step 211 a cross-correlation signal r r,x (τ), r r,y (τ), r r,z (τ) is calculated and in a subsequent step 212 whose maximum value is sought. The value of the delay τ at which the cross-correlation signal r r,x (τ), r r,y (τ), r r,z (τ) reaches a maximum indicates the respective transit time difference Δt x , Δt y , Δt z . If the sound source 2 (in the case of an attack, for example a sound cannon 2) is closer to the sound pressure sensor 10x, 10y, 10z than to the reference sensor 10r, the respectively assigned transit time difference Δt x , Δt y , Δt z is positive, that is: a high cross-correlation becomes achieved by delaying the sound signal s x (t), sy (t), s z (t). If, on the other hand, the sound source 2 (in the event of an attack, for example a sound cannon 2) is closer to the reference sensor 10r than to the sound pressure sensor 10x, 10y, 10z, the respectively assigned transit time difference Δt x , Δt y , Δt z is negative, that is: a high cross-correlation is achieved by delaying the sound signal s r (t).

Alternativ zu einer solchen Bestimmung im Zeitbereich kann ein Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz auch im Frequenzbereich ermittelt werden. Dazu kann in einem Schritt 213 die Fouriertransformierte des jeweiligen Schallsignals sx(t), sy(t), sz(t) bestimmt werden. Für schmalbandige Schallbursts 4 weist die Fouriertransformierte eine Haupt- oder Peakfrequenz mit einer maximalen Leistungsdichte auf. In einem nachfolgenden Schritt 214 wird die Phasenverschiebung dieser Hauptfrequenz, das heißt: der Unterschied der Phase bei der Hauptfrequenz in der Fouriertransformierten des jeweiligen Schallsignals sx(t), sy(t), sz(t) gegenüber der Phase bei der Hauptfrequenz in der Fouriertransformierten des Schallsignals sr(t) des Referenzsensors 10r, ermittelt. Aus dieser Phasenverschiebung wird unter Berücksichtigung der Hauptfrequenz der jeweilige Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz berechnet.As an alternative to such a determination in the time domain, a transit time difference Δt x , Δt y , Δt z can also be determined in the frequency domain. For this purpose, the Fourier transform of the respective sound signal s x (t), s y (t), s z (t) can be determined in a step 213. For narrow-band sound bursts 4, the Fourier transform has a main or peak frequency with a maximum power density. In a subsequent step 214, the phase shift of this main frequency, that is: the difference in the phase at the main frequency in the Fourier transform of the respective sound signal s x (t), s y (t), s z (t) compared to the phase at the main frequency in the Fourier transform of the sound signal s r (t) of the reference sensor 10r. From this phase shift, the respective transit time difference Δt x , Δt y , Δt z is calculated, taking the main frequency into account.

In einer Ausführungsform wird als eine Hauptfrequenz nur eine solche Frequenz bestimmt, bei der die Leistungsdichte der Fouriertransformierten einen Schwellwert erreicht oder überschreitet.In one embodiment, only a frequency at which the power density of the Fourier transform reaches or exceeds a threshold value is determined as a main frequency.

Dieses, durch die Schritte 213 und 214 umgesetzte Verfahren ist besonders recheneffizient implementierbar. Besonders vorteilhaft ist eine Implementierung der Fouriertransformation als schnelle Fouriertransformation (FFT, Fast Fourier Transform) für digitale, das heißt: zeit- und wertediskretisierte Schallsignale sr(t), sx(t), sy(t), sz(t).This method, implemented by steps 213 and 214, can be implemented in a particularly computationally efficient manner. It is particularly advantageous to implement the Fourier transformation as a fast Fourier transformation (FFT, Fast Fourier Transform) for digital, that is: time and value discretized sound signals s r (t), s x (t), s y (t), s z (t ).

Alternativ zu den Schritten 213 und 214 kann eine Bestimmung der Laufzeitunterschiede Δtx, Δty, Δtz auch dadurch erfolgen, dass die Kreuzkorrelation durch Multiplikation der Fouriertransformierten der Schallsignale sr(t), sx(t), sy(t), sz(t) und anschließende Rücktransformation in den Zeitbereich ermittelt wird. Diese Verfahrensvariante ist auch dann anwendbar, wenn ein Schallburst 4 nicht ausreichend schmalbandig ausgeprägt ist, so dass eine Hauptfrequenz in den Fouriertransformierten nicht ausreichend zuverlässig abgegrenzt werden kann. Gegenüber einer Bestimmung der Kreuzkorrelation im Zeitbereich durch Anwendung der Schritte 211 und 212 kann diese Verfahrensvariante insbesondere bei sehr langen Schallsignalen sr(t),sx(t), sy(t), sz(t) einen verringerten Rechenaufwand ermöglichen.As an alternative to steps 213 and 214 , the transit time differences Δt x , Δt y , Δt z can also be determined by determining the cross-correlation by multiplying the Fourier transform of the sound signals s r (t), s , s z (t) and subsequent inverse transformation into the time domain is determined. This method variant can also be used if a sound burst 4 does not have a sufficiently narrow band, so that a main frequency in the Fourier transform cannot be delimited sufficiently reliably. Compared to determining the cross-correlation in the time domain by using steps 211 and 212, this method variant can enable reduced computing effort, particularly for very long sound signals s r (t), s x (t), s y (t), s z (t).

Ein im Ergebnis des Schritts 212 oder des Schritts 214 oder durch Kreuzkorrelation im Frequenzbereich ermittelter Laufzeitunterschied Δtx, Δty, Δtz wird anschließend im Schritt 202 durch Bezugnahme auf die entlang des jeweiligen Versatzes Δx, Δy, Δz maximal mögliche Schalllatenz in einen normierten Laufzeitunterschied Δ t x , Δ t y , Δ t z

Figure DE102022004032A1_0016
überführt, wie dies bereits anhand von 3 erklärt wurde. Entlang eines jeden Signalverarbeitungspfades SPx, SPy, SPz wird abschließend im Schritt 203 jeweils ein normierter Laufzeitunterschied Δ t x , Δ t y , Δ t z [ 1,1 ]
Figure DE102022004032A1_0017
bereitgestellt.A transit time difference Δt x , Δt y , Δt z determined as a result of step 212 or step 214 or by cross-correlation in the frequency range is then determined in step 202 by reference to the maximum possible sound latency along the respective offset Δ x , Δ y , Δ z a standardized transit time difference Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0016
transferred, as already done using 3 was explained. Finally, in step 203, a standardized transit time difference is created along each signal processing path SPx, SPy, SPz Δ t x , Δ t y , Δ t e.g [ 1.1 ]
Figure DE102022004032A1_0017
provided.

Im nachfolgenden Schritt 204 wird auf ein derart gebildetes Tupel von normierten Laufzeitunterschieden Δ t x , Δ t y , Δ t z

Figure DE102022004032A1_0018
ein akustisches Modell 120 angewendet, das anhand der 4 und 5 bereits erklärt worden ist.In the subsequent step 204, a tuple of standardized transit time differences formed in this way is used Δ t x , Δ t y , Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0018
an acoustic model 120 is applied, which is based on the 4 and 5 has already been explained.

Durch Anwendung des akustischen Modells 120 wird den normierten Laufzeitunterschieden Δ t x , Δ t y , Δ t z ,

Figure DE102022004032A1_0019
optional unter Berücksichtigung weiterer Parameter wie Lufttemperatur, Luftdruck und/oder Luftfeuchtigkeit, im nachfolgenden Schritt 205 eine Position p der Schallquelle 2 relativ zur Sensorvorrichtung 10 zugeordnet. Mit einer nachfolgend noch genauer erklärten Ausführungsform können dabei mögliche Mehrdeutigkeiten durch eine Plausibilisierung aufgelöst werden.By using the acoustic model 120, the standardized transit time differences are achieved Δ t x , Δ t y , Δ t e.g ,
Figure DE102022004032A1_0019
optionally taking into account further parameters such as air temperature, air pressure and / or humidity, in the subsequent step 205 a position p of the sound source 2 is assigned relative to the sensor device 10. With an embodiment explained in more detail below, possible ambiguities can be resolved through a plausibility check.

In einem nachfolgenden Schritt 206 werden Reaktionen des Fahrzeugs 1 ausgelöst. In einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird die Auslösung und/oder Art einer solchen Reaktion von der detektierten Schallamplitude abhängig sein. Beispielsweise kann, wenn die Laufzeitunterschiede Δtx, Δty, Δtz durch ein Verfahren im Frequenzbereich nach den oben erläuterten Schritten 213 und 214 ermittelt wurden, die Leistungsdichte der Fouriertransformierten der Schallsignale sr(t), sx(t), sy(t), sz(t) in einem vorbestimmten Bandbreitenbereich um die ermittelte Hauptfrequenz integriert werden und eine Reaktion nur dann ausgelöst werden, wenn die integrierte Leistungsdichte einen Schwellwert überschreitet.In a subsequent step 206, reactions of the vehicle 1 are triggered. In an advantageous method variant, the triggering and/or type of such a reaction will depend on the detected sound amplitude. For example, if the transit time differences Δt (t), s z (t) are integrated in a predetermined bandwidth range around the determined main frequency and a reaction is only triggered when the integrated power density exceeds a threshold value.

Eine Reaktion kann beispielsweise dadurch ausgelöst werden, dass Fahrzeuginsassen durch Aktivierung visueller Anzeigen im Fahrzeug 1, beispielsweise durch ein Head-Up Display, ein Navigationssystem, eine Innenraumbeleuchtung und/oder eine Ambientbeleuchtung gewarnt werden. Wenn das Fahrzeug 1 als mindestens teilweise autonomes Fahrzeug 1 ausgebildet ist, kann zusätzlich mindestens eine mögliche Trajektorie für einen Fluchtkorridor erstellt und eine Navigation entlang einer solchen Trajektorie eingeleitet werden.A reaction can be triggered, for example, by warning vehicle occupants by activating visual displays in the vehicle 1, for example through a head-up display, a navigation system, interior lighting and/or ambient lighting. If the vehicle 1 is designed as an at least partially autonomous vehicle 1, at least one possible trajectory for an escape corridor can additionally be created and navigation along such a trajectory can be initiated.

Zudem können weitere Fahrzeuge, beispielsweise solche, die mit dem angegriffenen Fahrzeug 1 in einem Konvoi fahren, mittels Vehicle-to-Vehicle (V2V) Datenaustausch oder mittels Vehicle-to-Everything (V2X) Datenaustausch über eine Gefährdung informiert werden. Insbesondere kann auch ein automatisierter Notruf abgesetzt werden.In addition, other vehicles, for example those that drive in a convoy with the attacked vehicle 1, can be informed of a threat using vehicle-to-vehicle (V2V) data exchange or vehicle-to-everything (V2X) data exchange. In particular, an automated emergency call can also be made.

Zusätzlich oder alternativ kann bei einem erkannten aktiven Schallangriff eine Gegenbeschallung im Fahrzeuginnenraum aktiviert werden, die auf eine Kompensation der von der erkannten Schallquelle 2 emittierten akustischen Wellen gerichtet ist. Dabei ist es auch möglich, störende Schallereignisse, die keine Angriffsabsicht verfolgen, zu lokalisieren und zu kompensieren, indem Schwellwerte für die Schallleistung auf solche Ereignisse angepasst werden.Additionally or alternatively, if an active sound attack is detected, a counter sound system can be activated in the vehicle interior, which is aimed at compensating for the acoustic waves emitted by the detected sound source 2. It is also possible to localize and compensate for disturbing sound events that do not have any intention to attack by adapting threshold values for the sound power to such events.

Nachfolgend werden anhand der 7 bis 9 Verfahren genauer erläutert, mit denen Mehrdeutigkeiten bei der Lokalisierung einer Schallquelle 2 aufgelöst werden können.The following is based on the 7 to 9 Methods are explained in more detail with which ambiguities in the localization of a sound source 2 can be resolved.

7 zeigt schematisch ein x-Verzögerungs-Diagramm 300, das die normierter Laufzeitverzögerung Δ t x

Figure DE102022004032A1_0020
darstellt, die ein um den Versatz Δx in x-Richtung x gegenüber dem Referenzsensor 10r versetzter Schalldrucksensor 10x erfährt, der von einer Schallquelle 2 beschallt wird. Hierbei ist entlang der horizontalen Achse des x-Verzögerungs-Diagramms 300 der Abstand dx der Schallquelle 2 in x-Richtung x und entlang der vertikalen Achse des x-Verzögerungs-Diagramms 300 der Abstand dy der Schallquelle 2 aufgetragen. Im Mittelpunkt des x-Verzögerungs-Diagramms 300 sind beide Abstände dx, dy Null. Vom Mittelpunkt ausgehend sind nach links beziehungsweise nach oben positive Werte der Abstände dx, dy aufgetragen, in der entgegengesetzten Richtung sind negative Werte der Abstände dx, dy aufgetragen. 7 schematically shows an x-delay diagram 300, which shows the standardized propagation delay Δ t x
Figure DE102022004032A1_0020
represents, which is experienced by a sound pressure sensor 10x offset by the offset Δx in the x direction x relative to the reference sensor 10r, which is irradiated by a sound source 2. Here, the distance dx of the sound source 2 in the x direction x is plotted along the horizontal axis of the x-delay diagram 300 and the distance dy of the sound source 2 is plotted along the vertical axis of the x-delay diagram 300. At the center of the x-delay diagram 300, both distances dx, dy are zero. Starting from the center point, positive values of the distances dx, dy are plotted to the left or upwards, and negative values of the distances dx, dy are plotted in the opposite direction.

Somit entspricht jeder Punkt des in 7 dargestellten x-Verzögerungs-Diagramms 300 einem Punkt in der von der x-Richtung x und der y-Richtung y aufgespannten Ebene, wobei der Mittelpunkt des x-Verzögerungs-Diagramms 300 dem Ort des Referenzsensors 10r entspricht. Das x-Verzögerungs-Diagramms 300 ordnet jedem dieser Punkte gemäß der rechts neben dem x-Verzögerungs-Diagramms 300 aufgetragenen Werteskala eine normierte Laufzeitverzögerung Δ t x

Figure DE102022004032A1_0021
durch einen Grauwert kodiert zu, wobei ein weißer Grauwert einer normierten Laufzeitverzögerung Δ t x
Figure DE102022004032A1_0022
von 1, ein mittelgrauer Grauwert einer normierten Laufzeitverzögerung Δ t x
Figure DE102022004032A1_0023
von 0 und ein schwarzer Grauwert einer normierten Laufzeitverzögerung Δ t x
Figure DE102022004032A1_0024
von -1 entspricht.Thus, each point corresponds to the in 7 shown x-delay diagram 300 a point in the plane spanned by the x-direction x and the y-direction y, the center of the x-delay diagram 300 corresponding to the location of the reference sensor 10r. The x-delay diagram 300 assigns a standardized propagation delay to each of these points according to the value scale plotted to the right of the x-delay diagram 300 Δ t x
Figure DE102022004032A1_0021
coded by a gray value, where a white gray value corresponds to a standardized propagation delay Δ t x
Figure DE102022004032A1_0022
of 1, a medium gray gray value of a standardized propagation delay Δ t x
Figure DE102022004032A1_0023
of 0 and a black gray value of a standardized propagation delay Δ t x
Figure DE102022004032A1_0024
of -1 corresponds.

Positiven Abständen dx in x-Richtung x sind positive Werte der normierten Laufzeitverzögerung Δ t x

Figure DE102022004032A1_0025
zugeordnet, negativen Abständen dx entsprechend negative Werte. Je weiter die Schallquelle 2 von der durch die x-Richtung x gebildeten Achse entfernt ist, desto stärker nähert sich die normierte Laufzeitverzögerung Δ t x
Figure DE102022004032A1_0026
dem Wert Null an, unabhängig von der Richtung der Entfernung von dieser Achse (das heißt: unabhängig vom Vorzeichen des Abstandes dy).Positive distances dx in the x direction x are positive values of the standardized propagation delay Δ t x
Figure DE102022004032A1_0025
assigned, negative distances dx corresponding to negative values. The further away the sound source 2 is from the axis formed by the x-direction x, the closer the standardized transit time delay approaches Δ t x
Figure DE102022004032A1_0026
the value zero, regardless of the direction of the distance from this axis (that is: regardless of the sign of the distance dy).

Dementsprechend ist das x-Verzögerungs-Diagramm 300 spiegelsymmetrisch bezüglich der horizontalen Linie entlang des Wertes dy=0 und antisymmetrisch bezüglich der vertikalen Linie entlang des Wertes dx=0. Ferner ist das x-Verzögerungs-Diagramm 300 mehrdeutig, das heißt: Es weist einer Mehrzahl von Tupeln von Abständen (dx, dy) gleiche Werte der normierten Laufzeitverzögerung Δ t x

Figure DE102022004032A1_0027
zu. Zur beispielhaften Illustration sind vorliegend eine erste und eine zweite Gerade g, g' eingezeichnet. Jede Gerade g, g' im x-Verzögerungs-Diagramm 300 oder in einem der nachfolgend noch erklärten weiteren Verzögerungs-Diagramme 301, 302 entspricht in der physikalischen Welt einer Menge von Orten mit bestimmten, durch die Punkte der jeweiligen Geraden g, g' teilweise (das heißt: in zwei Dimensionen) festgelegten Koordinaten. Eine solche Menge von physikalischen Orten wird hier und im Folgenden auch als Schallkorridor g, g' bezeichnet.Accordingly, the x-delay diagram 300 is mirror-symmetrical with respect to the horizontal line along the value dy=0 and anti-symmetrical with respect to the vertical line along the value dx=0. Furthermore, the x-delay diagram 300 is ambiguous, that is: it has the same values of the normalized propagation delay for a plurality of tuples of distances (dx, dy). Δ t x
Figure DE102022004032A1_0027
to. For exemplary illustration, a first and a second straight line g, g' are shown here. Each straight line g, g' in the x-delay diagram 300 or in one of the further delay diagrams 301, 302 explained below corresponds in the physical world to a set of locations with certain points partially defined by the points of the respective straight line g, g' (that is: in two dimensions). Such a set of physical locations is also referred to here and below as a sound corridor g, g'.

Eine Schallquelle 2 erzeugt an jeder beliebigen Position p, deren zugeordnete Abstände dx, dy vom Referenzsensor 10r auf einer dieser Geraden g, g' liegt, dieselbe normierte Laufzeitverzögerung Δ t x

Figure DE102022004032A1_0028
A sound source 2 generates the same standardized transit time delay at any position p whose assigned distances dx, dy from the reference sensor 10r lie on one of these straight lines g, g ' Δ t x
Figure DE102022004032A1_0028

7 verdeutlicht, dass sich anhand von Messungen des Referenzsensors 10r und nur eines einzigen weiteren Schalldrucksensors (vorliegend des Schalldrucksensors 10x) die Position p der Schallquelle 2 nicht eindeutig bestimmen, sondern nur auf zwei mögliche Schallkorridore g, g' entsprechend den Geraden g, g' beschränken lässt. 7 clarifies that based on measurements of the reference sensor 10r and only a single further sound pressure sensor (in the present case the sound pressure sensor 10x), the position p of the sound source 2 cannot be clearly determined, but is limited to only two possible sound corridors g, g 'corresponding to the straight lines g, g' leaves.

8 zeigt das x-Verzögerungs-Diagramm 300 nach 7 sowie darunter zusätzlich ein y-Verzögerungs-Diagramm 301. Der Grauwert des y-Verzögerungs-Diagramms 301 kodiert den normierten Laufzeitunterschied Δ t y

Figure DE102022004032A1_0029
gemäß der rechts angeordneten Werteskala in gleicher Weise wie das x-Verzögerungs-Diagramm 300. Die Bedeutung der vertikalen und der horizontalen Achse des y-Verzögerungs-Diagramm 301 ist unverändert gegenüber dem x-Verzögerungs-Diagramm 300. Die vertikale Linie entlang des Wertes dx=0 bildet im y-Verzögerungs-Diagramm 301 die Symmetrieachse für die Spiegelsymmetrie. Entsprechend bildet die horizontale Linie entlang des Wertes dy=0 hier die Symmetrieachse für die Antisymmetrie. 8th shows the x-delay diagram 300 7 and underneath there is also a y-delay diagram 301. The gray value of the y-delay diagram 301 encodes the standardized transit time difference Δ t y
Figure DE102022004032A1_0029
according to the value scale on the right in the same way as the x-delay diagram 300. The meaning of the vertical and horizontal axes of the y-delay diagram 301 is unchanged compared to the x-delay diagram 300. The vertical line along the value dx =0 forms the symmetry axis for the mirror symmetry in the y-delay diagram 301. Accordingly, the horizontal line along the value dy=0 forms the symmetry axis for the antisymmetry.

Durch Berücksichtigung des y-Verzögerungs-Diagramms 301 zusätzlich zu dem x-Verzögerungs-Diagramm 300 kann die Mehrdeutigkeit bei der Bestimmung einer Position p beschränkt, jedoch nicht aufgelöst werden. Zur Illustration sind in den Verzögerungs-Diagrammen 300, 301 Geraden g, g', g'' eingezeichnet, die jeweils im Koordinatenursprung des Diagramms (das heißt: an dem Ort dx=0, dy=0) beginnen.By considering the y-delay diagram 301 in addition to the x-delay diagram 300, the ambiguity in determining a position p can be limited, but not resolved. For illustration, straight lines g, g', g'' are drawn in the delay diagrams 300, 301, each of which begins at the coordinate origin of the diagram (that is: at the location dx=0, dy=0).

Die erste Gerade g verläuft durch eine Position p, an der sich eine Schallquelle 2 befindet. Sämtliche Orte entlang der Geraden g bewirken für die Schallausbreitung in x-Richtung x einen gleichen normierten Laufzeitunterschied Δ t x .

Figure DE102022004032A1_0030
Ferner bewirken sämtliche Orte entlang der Geraden g für die Schallausbreitung in y-Richtung y einen gleichen normierten Laufzeitunterschied Δ t y ,
Figure DE102022004032A1_0031
der sich jedoch von dem normierten Laufzeitunterschied Δ t x
Figure DE102022004032A1_0032
in x-Richtung x unterscheiden kann.The first straight line g runs through a position p at which a sound source 2 is located. All locations along the straight line g cause the same standardized transit time difference for the sound propagation in the x direction x Δ t x .
Figure DE102022004032A1_0030
Furthermore, all locations along the straight line g cause the same standardized transit time difference for the sound propagation in the y-direction y Δ t y ,
Figure DE102022004032A1_0031
which, however, differs from the standardized transit time difference Δ t x
Figure DE102022004032A1_0032
can distinguish x in the x direction.

An der horizontalen Linie entlang des Wertes dy=0 gespiegelt verläuft im x-Verzögerungs-Diagramm 300 die zweite Gerade g' symmetrisch zur ersten Geraden g. An der vertikalen Linie entlang des Wertes dx=0 gespiegelt verläuft im y-Verzögerungs-Diagramm 301 die dritte Gerade g'' symmetrisch zur ersten Geraden g.Mirrored on the horizontal line along the value dy=0, the second straight line g' runs symmetrically to the first straight line g in the x-delay diagram 300. Mirrored on the vertical line along the value dx=0, the third straight line g'' runs symmetrically to the first straight line g in the y-delay diagram 301.

Bedingt durch die anhand von 7 bereits erläuterten Symmetriebeziehungen der Verzögerungs-Diagramme 300, 301 sind auch sämtliche Orte (das heißt: sämtliche Tupel von Abständen dx, dy) entlang der zweiten sowie der dritten Geraden g', g'' anhand nur eines einzigen normierten Laufzeitunterschieds Δ t x , Δ t y

Figure DE102022004032A1_0033
für die Schallausbreitung entweder in x-Richtung x oder in y-Richtung y nicht von der Position p (oder einem beliebigen anderen Ort entlang der ersten Gerade g) unterscheidbar.Conditioned by the based on 7 Already explained symmetry relationships of the delay diagrams 300, 301 are also all locations (that is: all tuples of distances dx, dy) along the second and third straight lines g ', g'' based on only a single standardized transit time difference Δ t x , Δ t y
Figure DE102022004032A1_0033
for sound propagation either in the x-direction x or in the y-direction y cannot be distinguished from the position p (or any other location along the first straight line g).

Jedoch weisen die Orte entlang der zweiten Geraden g' mit gleichem normierten Laufzeitunterschied Δ t x

Figure DE102022004032A1_0034
in x-Richtung x wie die Position p einen dieser Position p gegenüber anderen normierten Laufzeitunterschied Δ t y
Figure DE102022004032A1_0035
in y-Richtung y auf. Analog weisen die Orte entlang der dritten Geraden g'' mit gleichem normierten Laufzeitunterschied Δ t y
Figure DE102022004032A1_0036
in y-Richtung y wie die Position p einen anderen normierten Laufzeitunterschied Δ t x
Figure DE102022004032A1_0037
in x-Richtung x auf. Somit können sowohl die zweite Gerade g' als auch die dritte Gerade g'' als mögliche Orte einer Schallquelle 2 ausgeschlossen werden.However, the locations along the second straight line g' have the same normalized transit time difference Δ t x
Figure DE102022004032A1_0034
in the x direction x like the position p one of this position p compared to other normalized transit time difference Δ t y
Figure DE102022004032A1_0035
in the y direction y. Analogously, the locations along the third line g'' point with the same normalized transit time difference Δ t y
Figure DE102022004032A1_0036
in the y-direction y like the position p a different standardized transit time difference Δ t x
Figure DE102022004032A1_0037
in the x direction x. Thus, both the second straight line g 'and the third straight line g'' can be excluded as possible locations of a sound source 2.

Auch in ihrer Gesamtheit ermöglichen die Verzögerungs-Diagramme 300, 301 jedoch keine eindeutige Positionierung, sondern beschränken den möglichen Ort einer Schallquelle 2 nur auf einen einzigen, der ersten Gerade g entsprechenden Schallkorridor g. Mit anderen Worten: Mit den beiden in x-Richtung x beziehungsweise in y-Richtung y gegenüber dem Referenzsensor 10r versetzten Schalldrucksensoren 10x, 10y kann die Richtung, jedoch nicht die Entfernung eindeutig ermittelt werden, aus der ein Schallangriff erfolgt. Es besteht jedoch die Möglichkeit, durch geschickte Anordnung der Schalldrucksensoren 10r, 10x, 10y, 10z mathematisch aufgrund dieser Mehrdeutigkeit zwar mögliche, physikalisch jedoch nicht oder wenig plausible Orte eines Schallangriffs auszuschließen, beispielsweise unter dem Fahrzeug 1 oder unter der Erdoberfläche liegende Orte.However, even in their entirety, the delay diagrams 300, 301 do not enable clear positioning, but rather limit the possible location of a sound source 2 only to a single location corresponding to the first straight line g Sound corridor g. In other words: With the two sound pressure sensors 10x, 10y offset in the x direction x and in the y direction y relative to the reference sensor 10r, the direction, but not the distance, from which a sound attack occurs can be clearly determined. However, by cleverly arranging the sound pressure sensors 10r, 10x, 10y, 10z, it is possible to mathematically exclude, based on this ambiguity, locations of a sound attack that are possible but physically implausible or not very plausible, for example under the vehicle 1 or locations located under the earth's surface.

9 zeigt links oben das x-Verzögerungs-Diagramm 300, das anhand der 7 und 8 bereits erläutert wurde. Rechts oben zeigt 9 das y-Verzögerungs-Diagramm 301, das anhand der 8 bereits erläutert wurde. 9 shows the x-delay diagram 300 at the top left, which is based on the 7 and 8th has already been explained. Top right shows 9 the y-delay diagram 301, which is based on the 8th has already been explained.

Unten links zeigt 9 ein z-Verzögerungs-Diagramm 302, in dem der Grauwert den normierten Laufzeitunterschied Δ t z

Figure DE102022004032A1_0038
kodiert, den der in z-Richtung z versetzte Schalldrucksensor 10z gegenüber dem Referenzsensor 10r erfährt. Die Kodierung der Grauwerte sowie die Bedeutung der vertikalen und der horizontalen Achse ist gegenüber dem bereits erläuterten x-Verzögerungs-Diagramm 300 und gegenüber dem bereits erläuterten y-Verzögerungs-Diagramm 301 unverändert.Bottom left shows 9 a z-delay diagram 302, in which the gray value represents the standardized transit time difference Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0038
coded, which the sound pressure sensor 10z, which is offset in the z-direction z, experiences compared to the reference sensor 10r. The coding of the gray values and the meaning of the vertical and horizontal axes are unchanged compared to the x-delay diagram 300 already explained and compared to the y-delay diagram 301 already explained.

Die Grauwertverteilung des z-Verzögerungs-Diagramms 302 ist punktsymmetrisch zum Koordinatenursprung (das heißt: zum Ort dx=0, dy=0). Zur besseren Verdeutlichung ist der Verlauf des normierten Laufzeitunterschieds Δ t z

Figure DE102022004032A1_0039
entlang der Linie dy=0 in einem z-Verzögerungs-Profil 303 dargestellt, das unten rechts in 9 gezeigt ist.The gray value distribution of the z-delay diagram 302 is point-symmetrical to the coordinate origin (that is: to the location dx=0, dy=0). For better clarity, the curve of the standardized transit time difference is shown Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0039
along the line dy=0 in a z-delay profile 303, which is shown at the bottom right in 9 is shown.

Eine Schallquelle 2, die auf der z-Richtung z, das heißt: gerade über dem Referenzsensor 10r abstrahlt, bewirkt einen betragsmäßig maximalen, im vorliegenden Beispiel negativen normierten Laufzeitunterschied Δ t z ,

Figure DE102022004032A1_0040
weil die Wegdifferenz zwischen der Schallausbreitung zum Referenzsensor 10r und der Schallausbreitung zum Schalldrucksensor 10z in dieser Lage maximal ist. Mit zunehmender Entfernung der Schallquelle 2 von der Achse der z-Richtung z nähert sich der normierte Laufzeitunterschied Δ t z
Figure DE102022004032A1_0041
dem Wert 0, weil die Wegdifferenz zwischen der Schallausbreitung zum Referenzsensor 10r und der Schallausbreitung zum Schalldrucksensor 10z dabei abnimmt.A sound source 2, which radiates in the z-direction z, that is: directly above the reference sensor 10r, causes a maximum magnitude, negative normalized transit time difference in the present example Δ t e.g ,
Figure DE102022004032A1_0040
because the path difference between the sound propagation to the reference sensor 10r and the sound propagation to the sound pressure sensor 10z is maximum in this position. As the distance of the sound source 2 from the axis of the z direction z increases, the standardized transit time difference approaches Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0041
the value 0 because the path difference between the sound propagation to the reference sensor 10r and the sound propagation to the sound pressure sensor 10z decreases.

In den Verzögerungs-Diagrammen 300, 301, 302 von 9 wurde erneut die Position p einer angenommenen Schallquelle 2 sowie die erste Gerade g eingezeichnet, die alle Orte umfasst, an denen diese Schallquelle 2 dieselben normierten Laufzeitunterschiede Δ t x

Figure DE102022004032A1_0042
und Δ t y
Figure DE102022004032A1_0043
bewirkt wie an der Position p. Wie jedoch aus dem z-Verzögerungs-Diagramm 302 und noch deutlicher aus dem z-Verzögerungs-Profil 303 ersichtlich wird, unterscheiden sich alle auf der ersten Geraden g liegenden Orte hinsichtlich des normierten Laufzeitunterschieds Δ t z
Figure DE102022004032A1_0044
für die Schallausbreitung in z-Richtung z. Daher kann unter Berücksichtigung dieses normierten Laufzeitunterschieds Δ t z
Figure DE102022004032A1_0045
für die Schallausbreitung in z-Richtung z nicht nur die Richtung (das heißt: ein der ersten Geraden g entsprechender Schallkorridor g), sondern auch die Entfernung und somit die Position p einer Schallquelle 2 eindeutig bestimmt werden.In the delay diagrams 300, 301, 302 of 9 the position p of an assumed sound source 2 and the first straight line g were drawn again, which includes all locations where this sound source 2 has the same standardized transit time differences Δ t x
Figure DE102022004032A1_0042
and Δ t y
Figure DE102022004032A1_0043
effects as at position p. However, as can be seen from the z-delay diagram 302 and even more clearly from the z-delay profile 303, all locations lying on the first straight line g differ in terms of the normalized transit time difference Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0044
for sound propagation in the z direction. Therefore, taking this normalized transit time difference into account Δ t e.g
Figure DE102022004032A1_0045
For the sound propagation in the z direction z, not only the direction (that is: a sound corridor g corresponding to the first straight line g), but also the distance and thus the position p of a sound source 2 can be clearly determined.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Fahrzeugvehicle
22
Schallkanone, Schallquelle, AngreiferSonic cannon, sound source, attacker
33
Schalltrichterbell
44
SchallburstSonic Burst
1010
SensorvorrichtungSensor device
10r10r
Referenzsensor, SchalldrucksensorReference sensor, sound pressure sensor
10x, 10y, 10z10x, 10y, 10z
SchalldrucksensorSound pressure sensor
2020
SchallausbreitungsrichtungDirection of sound propagation
100, 101100, 101
SchrittStep
110 bis 113110 to 113
SchrittStep
115115
künstliches Neuronales Netzartificial neural network
116116
EingangsschichtInput layer
117117
AusgangsschichtOutput layer
120120
akustisches Modellacoustic model
200 bis 206200 to 206
SchrittStep
210 bis 214210 to 214
SchrittStep
300300
x-Verzögerungs-Diagrammx-delay diagram
301301
y-Verzögerungs-Diagrammy-delay diagram
302302
z-Verzögerungs-Diagrammz-delay diagram
303303
y-Verzögerungs-Profily-delay profile
dr, dx, dy, dzdr, dx, dy, dz
AbstandDistance
g, g', g''g, g', g''
erste bis dritte Gerade, Schallkorridorfirst to third straight, sound corridor
pp
Positionposition
rr,y (τ)rr,y (τ)
KreuzkorrelationssignalCross-correlation signal
SPx, SPy, SPzSPx, SPy, AFZ
SignalverarbeitungspfadSignal processing path
sr(t),sx(t), sy(t), sz(t)sr(t),sx(t), sy(t), sz(t)
Schallsignalsound signal
tr, tx, ty, tztr, tx, ty, tz
Zeitpunkttime
x, y, zx, y, z
x-Richtung, y-Richtung, z-Richtung; Richtungx direction, y direction, z direction; Direction
Δtx, Δty, ΔtzΔtx, Δty, Δtz
LaufzeitunterschiedDifference in transit time
Δtx, Δty, ΔtzΔtx, Δty, Δtz
normierter Laufzeitunterschiedstandardized transit time difference
Δx, Δy, ΔzΔx, Δy, Δz
Versatzoffset
ττ
Verzögerungdelay

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 112017007495 B4 [0003]DE 112017007495 B4 [0003]

Claims (10)

Ortungsverfahren zur Ortung mindestens einer auf ein Fahrzeug (1) gerichteten Schallquelle (2) mittels einer an dem Fahrzeug (1) angeordneten Sensorvorrichtung (10) umfassend einen Referenzsensor (10r) sowie mindestens einen gegenüber dem Referenzsensor (10r) um jeweils einen Versatz (Δx, Δy, Δz) versetzten Schalldrucksensor (10x, 10y, 10z), dadurch gekennzeichnet, dass - durch akustische Simulation ein akustisches Modell (120) bestimmt wird, das dem mindestens einen Laufzeitunterschied (Δtx, Δty, Δtz), welchen die simulierte Schallausbreitung von einer Position (p) in der Umgebung des Fahrzeugs (1) zu dem mindestens einen versetzten Schalldrucksensor (10x, 10y, 10z), verglichen mit der simulierten Schallausbreitung von der Position (p) zu dem Referenzsensor (10r), jeweils erfährt, mindestens einen Schallkorridor (g, g', g'') und/oder eine Position (p) relativ zu dem Fahrzeug (1) zuordnet, - von der Schallquelle (2) emittierter Schall von den Schalldrucksensoren (10r, 10x, 10y, 10z) empfangen und in jeweils ein Schallsignal (sr(t), sx(t), sy(t), sz(t)) umgewandelt wird, - für mindestens einen der gegenüber dem Referenzsensor (10r) versetzten Schalldrucksensoren (10x, 10y, 10z) durch Vergleich der Schallsignale (sr(t), sx(t), sy(t), sz(t)) und/oder ihrer Fouriertransformierten jeweils ein Laufzeitunterschied (Δtx, Δty, Δtz) als Unterschied zwischen der Laufzeit des Schalls von der Schallquelle (2) zu dem Referenzsensor (10r) und der Laufzeit des Schalls von der Schallquelle (2) zu dem jeweiligen Schalldrucksensor (10x, 10y, 10z) bestimmt wird und - anhand des akustischen Modells (120) dem mindestens einen Laufzeitunterschied (Δtx, Δty, Δtz) mindestens ein Schallkorridor (g, g', g'') und/oder eine Position (p) der Schallquelle (2) relativ zu dem Fahrzeug (1) zugeordnet wird.Locating method for locating at least one sound source (2) directed at a vehicle (1) by means of a sensor device (10) arranged on the vehicle (1), comprising a reference sensor (10r) and at least one relative to the reference sensor (10r) by an offset (Δx , Δy, Δz) offset sound pressure sensor (10x, 10y, 10z), characterized in that - an acoustic model (120) is determined by acoustic simulation, which corresponds to the at least one transit time difference (Δt x , Δt y , Δt z ), which the simulated sound propagation from a position (p) in the surroundings of the vehicle (1) to the at least one offset sound pressure sensor (10x, 10y, 10z), compared with the simulated sound propagation from the position (p) to the reference sensor (10r). , assigns at least one sound corridor (g, g', g'') and/or a position (p) relative to the vehicle (1), - sound emitted by the sound source (2) from the sound pressure sensors (10r, 10x, 10y, 10z) is received and converted into a sound signal (s r (t), s x (t), s y (t), s z (t)), - for at least one of the sound pressure sensors (10r) offset relative to the reference sensor (10r). 10x, 10y, 10z) by comparing the sound signals (s r (t), s x (t), s y (t), s z (t)) and/or their Fourier transforms, a transit time difference (Δt x , Δt y , Δt z ) is determined as the difference between the transit time of the sound from the sound source (2) to the reference sensor (10r) and the transit time of the sound from the sound source (2) to the respective sound pressure sensor (10x, 10y, 10z) and - based on the acoustic model (120) which has at least one transit time difference (Δt x , Δt y , Δt z ) at least one sound corridor (g, g', g'') and/or a position (p) of the sound source (2) relative to the vehicle ( 1) is assigned. Ortungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine, jeweils einem versetzten Schalldrucksensors (10x, 10y, 10z) zugeordnete Laufzeitunterschied (Δtx, Δty, Δtz) auf die Ausbreitungszeit des Schalls entlang des jeweiligen Versatzes (Δx, Δy, Δz) gegenüber dem Referenzsensor (10r) bezogen wird und daraus ein normierter Laufzeitunterschied ( Δ t x , Δ t y , Δ t z )
Figure DE102022004032A1_0046
ermittelt wird.
location procedure Claim 1 , characterized in that the at least one transit time difference (Δt x , Δt y , Δt z ) assigned to an offset sound pressure sensor (10x, 10y, 10z) is based on the propagation time of the sound along the respective offset (Δx, Δy, Δz) compared to the Reference sensor (10r) is obtained and from this a standardized transit time difference is obtained ( Δ t x , Δ t y , Δ t e.g )
Figure DE102022004032A1_0046
is determined.
Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Laufzeitunterschieds (Δtx, Δty, Δtz) ein erster und ein zweiter Schallkorridor (g, g') der Schallquelle (2) ermittelt werden.Locating method according to one of the preceding claims, characterized in that a first and a second sound corridor (g, g') of the sound source (2) are determined based on a transit time difference (Δt x , Δt y, Δt z ). Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von zwei Laufzeitunterschieden (Δtx, Δty, Δtz), die je einem von mindestens zwei in verschiedene Richtungen (x, y) versetzten Schalldrucksensoren (10x, 10y) zugeordnet sind, ein Schallkorridor (g) der Schallquelle (2) ermittelt wird.Locating method according to one of the preceding claims, characterized in that based on two transit time differences (Δt x , Δt y , Δt z ), each of which is assigned to one of at least two sound pressure sensors (10x, 10y) offset in different directions (x, y), a sound corridor (g) of the sound source (2) is determined. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von drei Laufzeitunterschieden (Δtx, Δty, Δtz), die je einem von mindestens drei in verschiedene Richtungen (x, y, z) versetzten Schalldrucksensoren (10x, 10y, 10z) zugeordnet sind, die Position (p) der Schallquelle (2) ermittelt wird.Locating method according to one of the preceding claims, characterized in that based on three transit time differences (Δt x , Δt y , Δt z ), each of at least three sound pressure sensors (10x, 10y, 10z) offset in different directions (x, y, z). ) are assigned, the position (p) of the sound source (2) is determined. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Modell (120) mindestens teilweise als mehrschichtiges künstliches Neuronales Netz (115) mit einer Eingangsschicht (116), einer Ausgangsschicht (117) und mindestens einer dazwischen angeordneten verdeckten Schicht ausgebildet ist und mit einem überwachten Lernverfahren trainiert wird, wobei - in der Eingangsschicht (116) Schallsignale (sr(t), sx(t), sy(t), sz(t)) und/oder davon abgeleitete Parameter und optional akustisch wirksame Parameter einer Fahrzeugumgebung präsentiert werden und - in der Ausgangsschicht (117) Parameter der den Werten der Eingangsschicht (116) jeweils zugeordneten Position (p) und/oder des mindestens einen jeweils zugeordneten Schallkorridors (g, g', g'') der Schallquelle (2) präsentiert werden.Locating method according to one of the preceding claims, characterized in that the acoustic model (120) is at least partially designed as a multi-layer artificial neural network (115) with an input layer (116), an output layer (117) and at least one hidden layer arranged between them and with a supervised learning method is trained, wherein - in the input layer (116) sound signals (s r (t), s x (t), s y (t), s z (t)) and / or parameters derived therefrom and optionally acoustically effective Parameters of a vehicle environment are presented and - in the output layer (117) parameters of the position (p) assigned to the values of the input layer (116) and / or of the at least one assigned sound corridor (g, g ', g'') of the sound source ( 2) be presented. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Modell (120) mindestens teilweise als Lookup - Tabelle ausgebildet ist, wobei durch jede Zeile der Lookup - Tabelle einem Tupel mit mindestens einem Laufzeitunterschied (Δtx, Δty, Δtz) und/oder mindestens einem normierten Laufzeitunterschied ( Δ t x , Δ t y , Δ t z )
Figure DE102022004032A1_0047
jeweils eine Position (p) und/oder mindestens ein Schallkorridor (g, g', g'') der Schallquelle (2) zugeordnet wird.
Locating method according to one of the preceding claims, characterized in that the acoustic model (120) is at least partially designed as a lookup table, with each row of the lookup table being a tuple with at least one transit time difference (Δt x , Δt y , Δt z ). and/or at least one standardized transit time difference ( Δ t x , Δ t y , Δ t e.g )
Figure DE102022004032A1_0047
one position (p) and/or at least one sound corridor (g, g', g'') is assigned to the sound source (2).
Anwendung eines Ortungsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die von den Schalldrucksensoren (10r, 10x, 10y, 10z) erfasste Schallleistung bestimmt und, wenn sie eine Warnschwelle überschreitet, - mittels des Ortungsverfahrens der mindestens eine Schallkorridor (g, g', g'') und/oder die Position (p) eines potenziellen Angreifers (2) ermittelt wird und - über visuelle Anzeigemittel des Fahrzeugs (1) eine Warnung ausgegeben wird und/oder mittels eines Navigationsmittels des Fahrzeugs (1) mindestens eine Fluchtroute unter Umgehung des mindestens einen Schallkorridors (g, g', g'') und/oder der Position (p) des potenziellen Angreifers (2) ermittelt wird.Application of a locating method according to one of the preceding claims, characterized in that - the sound power detected by the sound pressure sensors (10r, 10x, 10y, 10z) is determined and, if it exceeds a warning threshold, - the at least one sound corridor (g, g ', g'') and/or the position (p) of a potential attacker (2) is determined and - a warning is issued via visual display means of the vehicle (1) and/or at least one escape route is issued using a navigation means of the vehicle (1). is determined by bypassing the at least one sound corridor (g, g', g'') and/or the position (p) of the potential attacker (2). Ortungsvorrichtung zur Ortung mindestens einer gerichteten Schallquelle (2) umfassend eine Sensorvorrichtung (10) und eine Rechen- und Signalverarbeitungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sensorvorrichtung (10) einen als Referenzsensor (10r) ausgebildeten Schalldrucksensor (10r) und mindestens einen weiteren, in je einem Versatz (Δx, Δy, Δz) entlang verschiedener Richtungen (x, y, z) gegenüber dem Referenzsensor (10r) versetzten Schalldrucksensor (10x, 10y, 10z) umfasst und - die Rechen- und Signalverarbeitungseinheit zur Durchführung eines Ortungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.Locating device for locating at least one directed sound source (2), comprising a sensor device (10) and a computing and signal processing unit, characterized in that - the sensor device (10) has a sound pressure sensor (10r) designed as a reference sensor (10r) and at least one further, in each comprises an offset (Δx, Δy, Δz) along different directions (x, y, z) relative to the reference sensor (10r) offset sound pressure sensor (10x, 10y, 10z) and - the computing and signal processing unit for carrying out a locating method according to one of Claims 1 until 7 is set up. Ortungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - ein erster versetzter Schalldrucksensor (10x) gegenüber dem Referenzsensor (10r) um einen Versatz (Δx) entlang einer x-Richtung (x) versetzt angeordnet ist, - ein zweiter versetzter Schalldrucksensor (10y) gegenüber dem Referenzsensor (10r) um einen Versatz (Δy) entlang einer y-Richtung (y) versetzt angeordnet wird, wobei die y-Richtung (y) senkrecht gegenüber der x-Richtung (x) angeordnet ist und - ein dritter versetzter Schalldrucksensor (10z) gegenüber dem Referenzsensor (10r) um einen Versatz (Δz) entlang einer z-Richtung (z) versetzt angeordnet wird, wobei die z-Richtung (z) senkrecht gegenüber der x-Richtung (x) und senkrecht gegenüber der y-Richtung (y) angeordnet ist und wobei - die Rechen- und Signalverarbeitungseinheit zur Bestimmung mindestens eines Schallkorridors (g, g', g'') und/oder einer Position (p) einer Schallquelle (2) anhand der dem ersten, dem zweiten und dem dritten versetzten Schalldrucksensor (10x, 10y, 10z) zugeordneten Laufzeitunterschiede (Δtx, Δty, Δtz) eingerichtet ist.locating device Claim 9 , characterized in that - a first offset sound pressure sensor (10x) is arranged offset from the reference sensor (10r) by an offset (Δx) along an x-direction (x), - a second offset sound pressure sensor (10y) from the reference sensor (10r ) is arranged offset by an offset (Δy) along a y-direction (y), the y-direction (y) being arranged perpendicular to the x-direction (x) and - a third offset sound pressure sensor (10z) relative to the reference sensor (10r) is arranged offset by an offset (Δz) along a z-direction (z), the z-direction (z) being arranged perpendicular to the x-direction (x) and perpendicular to the y-direction (y). and wherein - the computing and signal processing unit for determining at least one sound corridor (g, g', g'') and/or a position (p) of a sound source (2) based on the sound pressure sensor (10x.) offset from the first, the second and the third , 10y, 10z) assigned transit time differences (Δt x , Δt y , Δt z ).
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