DE102022004032A1 - Locating method, locating device and application of a locating method for locating a sound source directed at a vehicle - Google Patents
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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.
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.
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
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.
- - 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 bis9 schematisch Verzögerungs-Diagramme zur Darstellung normierter Laufzeitverzögerungen in Abhängigkeit vom Abstand einer Schallquelle von einem Fahrzeug.
-
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 until9 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.
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
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
In der in
Selbstverständlich können sich die Abstandsverhältnisse bei einer anderen Angriffssituation oder durch eine Bewegung des Fahrzeugs 1 gegenüber der in
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
Der Schallburst 4 trifft an dem Referenzsensor 10r zu einem Zeitpunkt tr ein. Da die weiteren Schalldrucksensoren 10x, 10y, 10z gemäß der in
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Ein derart trainiertes künstliches Neuronales Netz 115 kann somit direkt als akustisches Modell 120 zur Ortung einer Schallquelle 2 verwendet werden.An artificial
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
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
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
Beispielsweise kann, wie anhand von
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
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
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
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
Im nachfolgenden Schritt 204 wird auf ein derart gebildetes Tupel von normierten Laufzeitunterschieden
Durch Anwendung des akustischen Modells 120 wird den normierten Laufzeitunterschieden
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
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
Nachfolgend werden anhand der
Somit entspricht jeder Punkt des in
Positiven Abständen dx in x-Richtung x sind positive Werte der normierten Laufzeitverzögerung
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
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
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
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
Jedoch weisen die Orte entlang der zweiten Geraden g' mit gleichem normierten Laufzeitunterschied
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
Unten links zeigt
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
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
In den Verzögerungs-Diagrammen 300, 301, 302 von
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]
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|---|---|
| DE (1) | DE102022004032A1 (en) |
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-
2022
- 2022-10-28 DE DE102022004032.8A patent/DE102022004032A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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