Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist ein elementares und flexibles Multisensorkonzept zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit von berührungslos messenden Geschwindigkeits- und Abstandssensoren. Dabei wird die diversitäre Redundanz von Ultraschall- und Mikrowellen-Phasensignalen genutzt: Während wesentliche Störeinflüsse auf dem Ausbreitungsweg unterschiedlich auf elektromagnetische und Ultraschallwellen einwirken, sind die Nutzsignale trotz des verschiedenen Wirkprinzips redundant. Die Empfangssignale können somit ohne aufwendige und in der Regel verlustbehaftete Merkmalstransformationen auf Signalebene verknüpft und insbesondere die Schwächen der Einzelsensoren überwunden werden. Dieser in herkömmlichen diversitären Multisensorsystemen nicht nutzbare Systemvorteil ermöglicht den Aufbau robuster und kostengünstiger Sensoren zur Bestimmung von Bewegungen, Abständen und Positionen von Objekten, insbesondere für Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeits- und Genauigkeitsanforderungen, wie beispielsweise zur Anwesenheitsdetektion von Personen in Innenräumen (zum Intrusionsschutz sowie als Vorausssetzung einer bedarfsgerechten Heizungs- und Lüftungsregelung) oder für vielfältige industrielle Überwachungs- und Inspektionsaufgaben in der Meß- und Automatisierungstechnik (u.a. Abstandsbestimmung in unübersichtlichen Objektszenarien, Charakterisierung und Klassifizierung von Objekten zur Steuerung autonomer Fahrzeuge). Ausgehend von parametrisierten Sensormodellen und vom physikalischen Verhalten von Ultraschall- und Mikrowellen in Abhängigkeit von Einflußgrößen der Einsatzumgebung wird ein Konzept zur Kombination von phasenkohärenten Ultraschall- und Mikrowellensignalen erstellt und das gewählte allgemeingültige Fusionsverfahren systemtheoretisch begründet. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt in der Analyse der Verläßlichkeit der Multisensoraussage unter Nutzung statistischer Methoden zur Beschreibung der Ungenauigkeit der Einzelsensordaten und zur Konsistenzprüfung des Fusionsergebnisses sowie in der Beschreibung neuer Lösungsansätze zur Erweiterung der Sensoranwendungen unter wechselseitiger Nutzung von Redundanz und Diversität. Darüberhinaus werden einfache auf dem Referenzprinzip beruhende Methoden zur Funktionsüberwachung und Kalibrierung der Einzelsensoren entwickelt. Der praktische Nachweis für die erwarteten vorteilhaften Systemeigenschaften wird anhand von Labormustern geführt. Für die kostengünstige Umsetzung des Dualsensors werden leistungsfähige Systemkonzepte entwickelt und eine flexible Implementierung auf einem Digitalen Signalprozessor (DSP) vorgestellt. Die realisierte kontinuierliche Signalaussendung mit konstanter Trägerfrequenz zur Bewegungsdetektion und Geschwindigkeitsmessung nach dem Dopplerprinzip sowie mit linearer Frequenzmodulation zur kombinierten Abstands- und Geschwindigkeitsmessung nach dem FMCW-Prinzip ist vor allem im Hinblick auf eine einheitliche Signalauswertung im Spektralbereich, hohe erzielbare Reichweiten des Ultraschallsensors und eine einfache Senderauslegung des Radarsensors vorteilhaft. Durch die nach der Analog-Digital-Wandlung bereits vorliegende einheitliche Repräsentation der Meßsignale ist der algorithmische Aufwand zur Realisierung der Datenfusion und zur Auswertung der Fusionsergebnisse vergleichsweise gering. Die Trägerfrequenzen sind durch praktische Erwägungen nach oben begrenzt, vor allem durch die mit der Frequenz stark ansteigende Ausbreitungsdämpfung für Ultraschallwellen sowie Kosten- und Stabilitätsargumente für Radarsensoren. Die gewählten 40 kHz für Ultraschall und 24 GHz für Mikrowellen ermöglichen den Aufbau mit handelsüblichen, robusten und vergleichsweise preisgünstigen Komponenten. Durch die referenzgestützte Auswertung kann über die bedarfsgerechte Zuschaltung eines im Normalfall inaktiven Einzelsensors der Leistungsverbrauch des Multisensors gesenkt werden.    «

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist ein elementares und flexibles Multisensorkonzept zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit von berührungslos messenden Geschwindigkeits- und Abstandssensoren. Dabei wird die diversitäre Redundanz von Ultraschall- und Mikrowellen-Phasensignalen genutzt: Während wesentliche Störeinflüsse auf dem Ausbreitungsweg unterschiedlich auf elektromagnetische und Ultraschallwellen einwirken, sind die Nutzsignale trotz des verschiedenen Wirkprinzips redundant...    »