AT515554B1 - Ultraschallsensor und Verfahren zur Ortung von Objekten - Google Patents

Abstract

Ultraschallsensor (26, 37, 41) und Verfahren zur Ortung von Objekten (7, 8, 17) im Raum mit Hilfe eines solchen Ultraschallsensors (26, 37, 41), der zumindest vier Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30) aufweist, wobei von einem externen oder von dem Ultraschallsensor (26) umfassten Ultraschallsender (43 bzw. 31) ein Ultraschallsignal (42 bzw. 9) abgestrahlt wird und von den Ultraschallempfängern (27, 28, 29, 30) des Ultraschallsensors (26) jeweils ein in zumindest einem zugeordneten Reflexionspunkt (33, 34, 35, 36) reflektiertes Ultraschallsignal (11) empfangen und zur Gewinnung zumindest einer Objektposition ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren parallel gewonnenen Objektpositionen diese nach einem Selektionskriterium selektiert werden, welches dadurch definiert ist, dass die der Objektposition jeweils zugeordneten zumindest vier Reflexionspunkte (33, 34, 35, 36) näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene im Raum liegen.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von Objekten im Raum mit Hilfe einesUltraschallsensors und einen entsprechenden Ultraschallsensor mit zumindest vier Ultraschall¬empfängern, wobei von einem externen oder von dem Ultraschallsensor umfassten Ultraschall¬sender ein Ultraschallsignal abgestrahlt wird und von den Ultraschallempfängern jeweils ein inzumindest einem zugeordneten Reflexionspunkt reflektiertes Ultraschallsignal empfangen undzur Gewinnung zumindest einer Objektposition in einer Auswerteeinheit ausgewertet wird,welche mit den Ultraschallempfängern verbunden ist.

[0002] Insbesondere betrifft die Erfindung einen Ultraschallsensor bzw. ein von dem Ultra¬schallsensor implementiertes Verfahren für eine zuverlässige Ortung von dreidimensionalenObjektpositionen (3D-Ortung) relativ zur Position des Ultraschallsensors anhand von dreidimen¬sionalen Reflexionspunkten im Raum mittels Ultraschall. Dabei zielt die Erfindung vor allem aufbeliebige nicht konkave Objekte ab. Als Reflexionspunkt wird hier ein Punkt auf einem zu orten¬den Objekt bezeichnet, an dem das vom Ultraschallsender abgestrahlte Ultraschallsignal reflek¬tiert wird, bevor es zu einem der Ultraschallempfänger gelangt. Ein Reflexionspunkt ist daherjener Punkt auf der Oberfläche des Objekts, in dem die Reflexionsbedingung für einen be¬stimmten Ultraschallsender und einen bestimmten, nämlich den zugeordneten Ultraschallemp¬fänger (d.h. ein bestimmtes Sender-Empfänger-Paar) erfüllt ist. Im Allgemeinen sind daher dieden Empfängern zugeordneten Reflexionspunkte nicht identisch bzw. gibt es pro Objekt so vieleReflexionspunkte wie Empfänger. Der Ultraschallsensor ist zur Messung der Laufzeiten einesvom Ultraschallsender abgestrahlten, in den Reflexionspunkten reflektierten und von den Ultra¬schallempfängern empfangenen Ultraschallsignals eingerichtet. Aus den gemessenen Laufzei¬ten lässt sich bei bekannter Schallgeschwindigkeit der Abstand zwischen dem Ultraschallsensorund den Reflexionspunkten, bzw. - genau genommen - die Summe der Abstände zwischenUltraschallsender und Reflexionspunkt und Reflexionspunkt und Ultraschallempfänger, ableiten.Der Ultraschallsensor kann grundsätzlich als aktive Sensoreinrichtung mit einem eigenen Ultra¬schallsender oder als passive Sensoreinrichtung ohne einen eigenen Ultraschallsender ausge¬führt sein. Die Ultraschallempfänger bzw. die Ultraschallsender sind nicht nur aus konstruktivenGründen, sondern auch um eine entsprechende Ortsauflösung zu erzielen, in Abständen vonei¬nander angeordnet. Im Allgemeinen liegen daher bei mehreren Ultraschallsendern und/odermehreren Ultraschallempfängern für dasselbe bzw. am selben Objekt verschiedene Reflexions¬punkte vor. Jeder Reflexionspunkt ist dabei einem bestimmten Sender-Empfänger-Paar zuge¬ordnet, wobei der Einfachheit halber bei einem einzigen Sender von einer Zuordnung zu denEmpfängern gesprochen werden kann bzw. umgekehrt.

[0003] Es ist hinlänglich bekannt, mittels Ultraschallsensoren die Laufzeit eines ersten reflek¬tierten Ultraschallsignals (nachfolgend auch kurz Echo genannt) zu messen und daraus unterder Annahme, dass der Ursprung des Echos auf einer akustischen Achse des Sensors liegt,diesen Ursprung, welcher dem Reflexionspunkt des Echos entspricht, zu orten. Derartige Sen¬soren sind für eine echte dreidimensionale Ortung jedoch ungeeignet, da keine Information überdie Richtung des Echos gewonnen wird. Zudem sind diese Sensoren typischer Weise auf einsehr enges Sehfeld eingeschränkt (d.h. es werden Echos nur aus einem engen Raumwinkelempfangen), um etwaige Fehler bei der Annahme, dass der Ursprung des Echos auf einerakustischen Achse des Sensors liegt, zu reduzieren.

[0004] Darüber hinaus wurden bereits Sensoreinrichtungen zur 3D-Ortung von Objekten mitmehreren Sendern und/oder Empfängern vorgeschlagen. Um die nötige Richtungsinformationzu erhalten, sind mindestens drei Laufzeitmessungen erforderlich. Daher weisen etwa Sen¬soreinrichtungen zur Gestenerkennung mittels Ultraschall, wie sie für mobile Endgeräte vorge¬schlagen wurden, in der Regel mehrere Sender auf. Beispielsweise zeigt die WO 2011/048433A1 ein System mit mehreren Sendern und Empfängern zur Ermittlung mehrerer Echos und zurBerechnung der 3D Positionsinformation einer Handbewegung. Weiters wurde von Kaniak et al.(Kaniak, G.; Schweinzer, H., ”A 3D Airborne Ultrasound Sensor for High-Precision LocationData Estimation and Conjunction,” Instrumentation and Measurement Technology Conference

Proceedings, 2008. IMTC 2008. IEEE, pp.842,847, 12-15 May 2008, doi: 10.1109/IMTC.2008.4547154) bereits eine Sensoreinrichtung mit vier Ultraschallempfängern (Mikropho¬nen) zur Ortung der Reflexionspunkte beschrieben.

[0005] Den bekannten Einrichtungen und Verfahren ist gemein, dass sie mit mehrfachen Echosund/oder überlagerten Echos, sowie mit Situationen bei denen die Objektpositionen deutlichvon den bei der Ortung, d.h. bei der Berechnung der Objektpositionen, verwendeten Modellenabweichen, nicht in geeigneterWeise umgehen können. Insbesondere kommt es zu Schwierig¬keiten, wenn die Laufzeitunterschiede zwischen zwei Echos an verschiedenen Objekten geringsind. Bei mehr als einem Objekt kann daher oft nicht mehr eindeutig festgestellt werden, welcheEchos zusammengehören und für die Berechnung der Objektposition kombiniert werden müs¬sen. Jene Objekte, welche weiter als der maximale Abstand zwischen zwei Empfängern vonei¬nander entfernt sind, können noch relativ leicht auseinander gehalten werden, da die Laufzeit¬unterschiede zwischen den Echos bei einem einzelnen Objekt nicht größer sein dürfen, alsdurch den Abstand zwischen den Empfängern vorgegeben. Wenn die Objekte allerdings näherbeisammen liegen bzw. einen sehr ähnlichen Abstand von der Sensoreinrichtung haben, kannnur schwer festgestellt werden, welche Echos zusammengehören, d.h. ihren Ursprung bzw.Reflexionspunkt am selben Objekt haben. Zur Umgehung dieses Problems wurden bereitsaufwendige Verfahren vorgeschlagen, bei denen beispielsweise anhand der Phasen- undAmplitudeninformation des Echos eine Zuordnung rekonstruiert werden soll. Bei einfacherenMethoden werden lediglich solche Kombinationen verworfen, für die keine geometrische Lö¬sung für eine entsprechende Objektposition vorliegt. Dadurch werden jedoch bei weitem nichtalle Mehrdeutigkeiten aufgelöst, insbesondere wenn mehr als drei Laufzeitmessungen vorliegenbzw. kombiniert werden können.

[0006] Solange die Ultraschallempfänger relativ nahe beisammen angeordnet sind und alleReflexionspunkte auf demselben Objekt liegen, kann die Objektposition anhand der Reflexions¬punkte relativ genau ermittelt werden bzw. kann der durch die Verwendung verschiedenerReflexionspunkte gemachte Fehler - je nach gegebenen Genauigkeitsanforderungen und Geo¬metrie der Objekte (optimal sind Objekten mit ebenen oder konvexen Oberflächen, während beikonkaven Oberflächen mit vergleichsweise größeren Fehlern gerechnet werden muss) - ver¬nachlässigt werden. Wenn die Reflexionspunkte jedoch auf unterschiedlichen Objekten liegen,kann dies zu falschen Objektpositionen führen. Dies liegt daran, dass die einzelnen Laufzeit¬messungen lediglich Abstandmessungen sind und keine Richtungsinformation enthalten. DieRichtungsinformation kann erst aus den Abweichungen zwischen den einzelnen Laufzeitmes¬sungen abgeleitet werden.

[0007] Es ist Aufgabe der Erfindung, die im Stand der Technik beobachteten Nachteile zubeheben und einen Ultraschallsensor bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Ultra¬schallsensors zu schaffen, welcher genaue und zuverlässige dreidimensionale Ortungsdaten (inForm von Objektpositionen) bereitstellt und somit die Verarbeitung und letztlich die praktischeVerwendung der gewonnenen Ortungsdaten erleichtert. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfin¬dung, mit einem einzelnen Ultraschallsensor eine parallele Ortung von mehreren Objekten ineinem möglichst weiten Raumwinkel bei zugleich weitgehender Vermeidung von Objektpositi-ons-Artefakten (falsch erkannter Objektpositionen), welche insbesondere auf Unstetigkeitsstel¬len in den Objektoberflächen zurückzuführen sind, zu ermöglichen.

[0008] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angeführten Art erfindungsgemäßdadurch gelöst, dass bei mehreren parallel gewonnenen Objektpositionen diese nach einemSelektionskriterium selektiert werden, welches dadurch definiert ist, dass die der Objektpositionjeweils zugeordneten zumindest vier Reflexionspunkte näherungsweise in einer gemeinsamenEbene im Raum liegen. Die Näherung gilt insbesondere dann als eingehalten, wenn die Abwei¬chungen der Reflexionspunkte von einer gemeinsamen Ebene weniger als 5 mm, vorzugsweiseweniger als 1 mm, insbesondere weniger als 400 pm, weniger als 200 pm, oder weniger als100 pm betragen. Während die Abweichungen für ebene Oberflächen vom Abstand unabhängigsind, können bei vorbekannten Objektgeometrien auch abstandsabhängige Grenzwerte einge¬setzt werden (z.B. liegen im Falle einer Kugel, je weiter die Kugel vom Sensor entfernt ist, alle

Reflexionspunkte desto näher beisammen, da nur ein sehr kleiner Winkel notwendig ist um beigrößerer Entfernung den Abstand des Empfängers/Senders zu erreichen; dementsprechendsinkt die Abweichung der Reflexionspunkte von einer Ebene mit zunehmendem Abstand). Es istdem Fachmann daraus unmittelbar ersichtlich, dass je nach Anforderungen der jeweiligenAnwendung und Genauigkeit der verwendeten Komponenten und gegebenenfalls abhängigvom Abstand und von den Sensorabmessungen ein entsprechend angepasster Toleranzbe¬reich für das näherungsweise Kriterium gewählt wird. Die Reflexionspunkte sind dabei ihrerseitsverschiedenen Sender-Empfänger-Paaren bzw. - bei einem einzigen Sender - verschiedenenEmpfängern zugeordnet. Zur Selektion werden die Reflexionspunkte selbst nicht als dreidimen¬sionale Raumpunkte ermittelt, sondern es wird lediglich überprüft, ob für die den Reflexions¬punkten entsprechenden gemessenen Laufzeiten bzw. für die korrespondierenden Abständeund unter Berücksichtigung der Reflexionsbedingung eine Lösung existiert, bei der die durchdie Abstände charakterisierten Reflexionspunkte in einer Ebene liegen. Da das Selektionskrite¬rium bei bewegten Objekten (oder einem bewegten Sensor) im Allgemeinen nur zu einem Zeit¬punkt erfüllt ist, ist es zumindest in diesen Fällen wesentlich, dass die Messungen zu einemZeitpunkt, d.h. zugleich und simultan, durchgeführt werden, so dass die empfangenen und zurRekonstruktion einer Objektposition assoziierten reflektierten Ultraschallsignale auf ein unsdasselbe abgestrahlte Ultraschallsignal zurückgehen. Das Erfordernis der Mindestanzahl vonvier Messungen ergibt sich auf natürliche Weise, da es bei nur drei Messungen immer möglichist, eine Ebene zu finden, welche die Reflexionsbedingung für die drei entsprechenden Reflexi¬onspunkte erfüllt. Der Vorteil und Erfolg des vorgeschlagenen Selektionskriteriums liegt darinbegründet, dass dieses zum Einen für die erkennbaren Objekte keine wesentliche Einschrän¬kung darstellt, da die Reflexionspunkte aufgrund der Sensorgröße am Objekt geometrisch sonahe beieinander liegen, dass bereits eine abschnittsweise annähernd ebene Oberfläche zurErfüllung des Kriteriums ausreicht. Zum Anderen ist es zugleich höchst unwahrscheinlich, dassdie Reflexionspunkte verschiedener Objekte zufällig in einer gemeinsamen Ebene liegen. Ausdiesen Gründen lassen sich mittels des angegebenen Selektionskriteriums z.B. Artefakte, wel¬che aus einer Assoziation von Reflexionspunkten auf verschiedenen Objekten resultieren,erkennen und somit vermeiden. Das Ortungsverfahren wird dadurch insgesamt robuster ge¬genüber Verfälschungen in Form von falschen oder nur scheinbar plausiblen Objektpositionen.

[0009] Dementsprechend wird die oben angeführte Aufgabe bei einem Ultraschallsensor dereingangs angeführten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Auswerteeinheit ein Se¬lektionsmodul umfasst, welches bei mehreren parallel gewonnenen Objektpositionen zur Ermitt¬lung jener Objektpositionen eingerichtet ist, bei denen die der Objektposition jeweils zugeordne¬ten zumindest vier Reflexionspunkte näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene im Raumliegen. Das Selektionsmodul implementiert das oben im Zusammenhang mit dem erfindungs¬gemäßen Verfahren im Detail erläuterte Selektionskriterium. Dass die Auswerteeinheit einge¬richtet ist, zumindest eine Objektposition aus den empfangenen Ultraschallsignalen zu gewin¬nen, bedeutet - für den Fachmann selbstverständlich - unter anderem, dass sie neben demSelektionsmodul sämtliche zur Auswertung der empfangenen Ultraschallsignale notwendigenElemente, wie z.B. typischer Weise eine Recheneinheit, einen Speicher und - im Fall einerLaufzeitmessung - einen Zeitgeber, umfasst. Das Selektionsmodul kann als eigene Hard¬wareeinheit oder vorzugsweise als Softwaremodul realisiert sein und beispielsweise auch nach¬träglich in eine geeignete Sensorvorrichtung bzw. deren Auswerteeinheit integriert werden. Eskönnen grundsätzlich beliebige Gerätetypen für den Ultraschallsender oder die Ultraschallemp¬fänger verwendet werden. Beispielsweise können ein breitbandiger elektrostatischer Wandlerals Ultraschallsender und vier oder mehr kleine ungerichtete MEMS Mikrophone als Ultraschall¬empfänger verwendet werden.

[0010] Generell zielt das vorliegende Verfahren nicht darauf ab, eine ebene Oberfläche zuerkennen, sondern darauf, die Position des Objekts bzw. die Position eines dem Objekt ent¬sprechenden äquivalenten Reflexionspunktes auf der Oberfläche des Objekts zu bestimmen.Aus diesem Grund muss die Bedingung, dass alle Reflexionspunkte in einer Ebene liegen, auchnur näherungsweise erfüllt sein, da sie in der Praxis nur für bestimmte Objektgeometrien zutrifft: [0011] · im Fall einer ebenen Oberfläche ist sie klarerweise streng erfüllt; [0012] · im Fall einer Kugeloberfläche ist sie im Allgemeinen nicht exakt, sondern nur nähe¬ rungsweise erfüllt, wobei die (virtuelle) Ebene die Kugel schneidet; konvergiert die

Kugel zu einem Punkt, ist die Bedingung ebenfalls erfüllt; [0013] · im Fall eines Zylinders können sich bei entsprechender Orientierung zwei Punkte wie bei einer Ebene verhalten. Die beiden weiteren Reflexionspunkte verhalten sich wie bei einer Kugel mit entsprechendem Radius; näherungsweise ist auch hier die Bedin¬gung wieder erfüllt.

[0014] Um die Robustheit des vorliegenden Verfahrens noch weiter zu steigern, hat es sich alsgünstig herausgestellt, wenn der Ultraschallsensor zumindest fünf Ultraschallempfänger auf¬weist, wobei das Selektionskriterium dementsprechend dadurch definiert ist, dass die der Ob¬jektposition jeweils zugeordneten zumindest fünf Reflexionspunkte im Wesentlichen in einergemeinsamen Ebene im Raum liegen. Erst mit einem fünften Sensor lassen sich auch Artefak¬te, welche bei bestimmten Symmetrien mit vier Sensoren nicht erkennbar sind (z.B. wenn je¬weils zwei Reflexionspunkte auf zwei verschiedenen Objekten mit parallelen Oberflächen lie¬gen), erkennen und vermeiden. Dementsprechend ist es auch bei dem vorliegenden Ultra¬schallsensor günstig, wenn er zumindest fünf Ultraschallempfänger aufweist, welche mit derAuswerteeinheit verbunden sind.

[0015] Um die weitere Verarbeitung der gewonnenen Ortungsdaten bzw. Objektpositionen zuerleichtern, ist es vorteilhaft, wenn Objektpositionen, für welche keine gemeinsame Ebenegefunden werden kann, als Artefakte erkannt und verworfen werden. Jene Objektpositionen, beidenen keine gemeinsame Ebene für die (hypothetischen) Reflexionspunkte gefunden werdenkann, erfüllen das Selektionskriterium nicht und es ist daher vorteilhaft, diese bereits frühzeitig,z.B. noch im Ultraschallsensor, zu filtern und nicht - wie die übrigen Ortungsdaten - z.B. übereine Datenschnittstelle auszugeben.

[0016] Eine einfache, rechnerisch effiziente und somit besonders rasche Selektion kann erzieltwerden, wenn eine gerade Anzahl von Ultraschallempfängern in einer Ebene und in zumindestzwei bezüglich eines gemeinsamen Mittelpunkts spiegelsymmetrischen Paaren angeordnetsind, wobei das Selektionskriterium dadurch definiert ist, dass die gemittelte Flugzeit der Emp¬fängerpaare im Wesentlichen übereinstimmt. Dieses Kriterium ist selbstverständlich äquivalentmit einem Vergleich der Summen der Laufzeiten. Das in diesem Fall auf ein so genanntesMittenkriterium vereinfachte Selektionskriterium kann demzufolge durch eine einfache Mittel¬wertberechnung der Laufzeit für jedes Empfängerpaar und anschließenden Vergleich der resul¬tierenden Mittelwerte überprüft werden. Dementsprechend ist es im Zusammenhang mit demvorliegenden Ultraschallsensor besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Ultraschall¬empfänger in einer Ebene und in zumindest zwei bezüglich eines gemeinsamen Mittelpunktsspiegelsymmetrischen Paaren angeordnet ist. Demgegenüber hat eine asymmetrische Anord¬nung der Empfänger den Vorteil, dass eine Erkennung von Artefakten in mehr Situationen alsbei einer symmetrischen Konstruktion möglich ist.

[0017] In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig herausgestellt, wenn nach der Über¬prüfung des Selektionskriteriums anhand der Empfängerpaare eine Ebene auf Basis der vonden Empfängerpaaren gemessenen Laufzeiten ermittelt wird und für einen zweiten Teil vonUltraschallempfängern, welche nicht in spiegelsymmetrischen Paaren angeordnet sein müssen,überprüft wird, ob die diesen Ultraschallempfängern zugeordneten Reflexionspunkte in derermittelten Ebene liegen, wobei andernfalls das Selektionskriterium insgesamt nicht erfüllt ist.Für den Fall, dass außer den symmetrisch angeordneten Empfängerpaaren weitere Empfängervorgesehen sind, kann das Selektionskriterium somit in einem zweistufigen Prozess ausgewer¬tet werden, wobei in einem ersten Schritt das oben geschilderte und effizient überprüfbareMittenkriterium angewendet wird und anschließend nur jene Kombinationen von Reflexions¬punkten berücksichtigt werden, welche das Mittenkriterium erfüllen. Die vergleichsweise re¬chenaufwendigere Überprüfung, ob auch die von den nicht symmetrisch angeordneten Ultra¬schallempfängern gemessenen Laufzeiten mit der ermittelten Ebene konsistent sind, erfolgt dabei nur für eine vergleichsweise kleine, weil bereits vorselektierte Anzahl von Kombinationen.Dieses Verfahren kann insbesondere bei Verwendung eines fünften Ultraschallempfängerszusammen mit vier symmetrisch angeordneten Ultraschallempfängern zum Einsatz kommen.

[0018] Ein besonders effizientes Verfahren zur Überprüfung des Selektionskriteriums kann zurAnwendung kommen, wenn die Empfängerpaare den gleichen Abstand zwischen Ultraschall¬sender und Ultraschallempfängern aufweisen, wobei insbesondere die Empfänger in einer derAnzahl n der Ultraschallempfänger entsprechenden n-zähligen Drehsymmetrie angeordnet sind,wobei ein äquivalenter Reflexionspunkt für alle Empfänger auf Basis der von den Empfänger¬paaren gemessenen Laufzeiten ermittelt wird und für einen zweiten Teil von Ultraschallempfän¬gern, welche nicht symmetrisch angeordnet sein müssen, überprüft wird, ob die diesen Ultra¬schallempfängern zugeordneten Reflexionspunkte mit dem äquivalenten Reflexionspunkt kon¬sistent sind, wobei andernfalls das Selektionskriterium insgesamt nicht erfüllt ist. Mit dem Ab¬stand d zwischen dem Ultraschallsender und den einzelnen Ultraschallempfängern kann diePosition des äquivalenten Reflexionspunktes wie folgt berechnet werden:

(1) [0019] wobei I, jeweils der einer vom Ultraschallempfänger i gemessenen Laufzeit entsprechen¬de Abstand ist. Da hiermit der äquivalente Reflexionspunkt bekannt ist, können die zu erwar¬tenden Laufzeiten für den oder die weiteren Ultraschallempfänger sofort berechnet werden. D.h.die Reflexionspunkte der weiteren Empfänger sind genau dann konsistent, wenn ihr Abstandnäherungsweise dem Abstand des äquivalenten Reflexionspunktes entspricht.

[0020] Das vorliegende Verfahren ist besonders für jene Fälle geeignet, bei denen die Objekt¬positionen mehrerer Objekte ausgehend von einem einzigen abgestrahlten Ultraschallsignal(z.B. von einem Ultraschallsensor mit nur einem einzigen Ultraschallsender) ermittelt werden.Derartige Szenenanalysen sind von dem Problem der Artefakte besonders stark betroffen, sodass das vorgeschlagene Selektionskriterium hier entscheidende Verbesserungen ermöglicht.

[0021] Aufgrund der hohen Aussagekraft des oben dargestellten Selektionskriteriums könnenbei dessen Verwendung beim Empfang von mehr als einem reflektiertem Ultraschallsignal ineinem Empfänger, die Objektpositionen durch Bildung aller möglicher Kombinationen von Re¬flexionspunkten, wobei jeder Reflexionspunkt einem anderen Ultraschallempfänger zugeordnetist, ermittelt werden. Die Reflexionspunkte sind dabei in der Regel nicht als dreidimensionalePunkte bekannt, sondern lediglich durch ihren (gemessenen) Abstand vom Ultraschallsensorcharakterisiert. Die naturgemäß große Anzahl von Kombinationen - welche mit der Anzahl dervorhandenen Objekte wesentlich steigt - kann alleine durch das Selektionskriterium auf diegültigen Kombinationen reduziert werden, d.h. es können weitere, wesentlich aufwendigereSelektionsmechanismen, wie z.B. unter Berücksichtigung der Richtcharakteristik bzw. derAmplitude und/oder Phase der empfangenen Echos, entfallen.

[0022] Ganz allgemein und insbesondere im Zusammenhang mit der Kombinatorik aller Refle¬xionspunkte ist es günstig, wenn Objektpositionen, bei denen der maximale Abstand zwischenzwei jeweils zugeordneten Reflexionspunkten den maximalen Abstand zwischen zwei Ultra¬schallempfängern übersteigt, vor der Selektion verworfen werden. Da dieses Kriterium rechne¬risch noch einfacher zu realisieren ist als selbst das oben dargestellte Mittenkriterium, sollte esgegebenenfalls vor allen anderen Selektionsschritten überprüft werden.

[0023] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbei¬spielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnun¬gen noch weiter erläutert. In den Zeichnungen zeigen dabei im Einzelnen: [0024] Fig. 1A ein Beispiel für einen aktiven Ultraschallsensor gemäß Stand der Technik mit nur drei Ultraschallempfängern und [0025] Fig. 1B ein Zeit-Diagramm der von den drei Empfängern erkannten Ultraschallsig¬ nale; [0026] Fig. 2 eine Anwendung eines Ultraschallsensors gemäß Fig. 1 bei leicht versetzt angeordneten Objekten; [0027] Fig. 3 einen aktiven Ultraschallsensor mit vier Ultraschallempfängern bei einer

Anwendung gemäß Fig. 2; [0028] Fig. 4A einen aktiven Ultraschallsensor mit vier Ultraschallempfängern bei einer

Anwendung gemäß Fig. 1A und [0029] Fig. 4B das zugeordnete Zeit-Diagramm, vergleichbar Fig. 1B; [0030] Fig. 5 einen aktiven Ultraschallsensor mit fünf Ultraschallempfängern bei einer

Anwendung gemäß Fig. 2; [0031] Fig. 6 schematisch einen Anwendungsfall eines aktiven Ultraschallsensors mit fünf Ultraschallempfängern in einer Umgebung mit Retroreflektoren; [0032] Fig. 7 schematisch einen Anwendungsfall eines passiven Ultraschallsensors mit fünf Ultraschallempfängern in einer mit externen Ultraschallsendern verse¬henen Umgebung; [0033] Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf einen aktiven Ultraschallsensor gemäß

Fig. 5; und [0034] Fig. 9 ein schematisches Blockschaltbild eines Ultraschallsensors.

[0035] In Fig. 1A und 1B ist die grundsätzliche Schwierigkeit einer Zuordnung der Echos vonzwei verschiedenen Objekten illustriert. Fig. 1A zeigt dabei schematisch einen aktiven Ultra¬schallsensor 1 mit drei Ultraschallempfängern 2, 3, 4 und mit einem Ultraschallsender 5, wobeidie Ultraschallempfänger 2, 3, 4 und der Ultraschallsender 5 in einer gemeinsamen Ebene 6angeordnet sind. Der Ultraschallsender 5 gibt zur Ortung der Objekte 7, 8 ein kurzes breitban¬diges Ultraschallsignal 9, beispielsweise ein linear frequenzmoduliertes Signal mit einer Längevon einigen hundert Mikrosekunden und einer auf den Sender abgestimmten Bandbreite, z.B.30 kHz, ab. Das abgegebene Ultraschallsignal 9 wird an Objekten 7, 8 in der Umgebung desUltraschallsensors 1 reflektiert. Jene Punkte einer Objektoberfläche, welche die Reflexionsbe¬dingung für ein Sender-Empfänger-Paar des Ultraschallsensors 1 erfüllen, werden als Reflexi¬onspunkte bezeichnet. D.h. das vom Ultraschallsender 5 abgestrahlte bzw. emittierte Ultra¬schallsignal 9 wird in den Reflexionspunkten auf jeweils einen der Ultraschallempfänger 2, 3, 4reflektiert. Die hier in der Umgebung des Ultraschallsensors 1 und in einem ähnlichen Abstandvom Ultraschallsensor 1 angeordneten Objekte 7, 8 sind kugelförmig bzw. annähernd punktför¬mig, so dass die drei Reflexionspunkte in diesem Fall im Wesentlichen in einem Punkt zusam¬menfallen und deshalb nicht separat dargestellt sind. Ein von dem Ultraschallsender 5 abge¬strahltes Ultraschallsignal 9 wird an den beiden Objekten 7, 8 jeweils im Wesentlichen in dengesamten dem Ultraschallsender 5 zugewandten Halbraum reflektiert. Somit erreichen jedenUltraschallempfänger 2, 3, 4 jeweils sowohl ein von dem ersten Objekt 7 reflektiertes Ultra¬schallsignal 10 als auch ein von dem zweiten Objekt 8 reflektiertes Ultraschallsignal 11. DasZeit-Diagramm 12 in Fig. 1B weist drei separate Zeitachsen 13, 14, 15 für jeweils einen Ultra¬schallempfänger 2, 3, 4 auf, welche den drei Empfänger-Kanälen entsprechen. Auf den Zeit¬achsen 13, 14, 15 sind jeweils die beiden Zeitpunkte t|, t2, t3 des Empfangs der beiden reflek¬tierten Ultraschallsignale 10, 11 eingezeichnet, wobei das vom ersten Objekt 7 reflektierte Ultra¬schallsignal 10 als durchgezogene vertikale Linie und das vom zweiten Objekt 8 reflektierte

Ultraschallsignal 11 als gestrichelte vertikale Linie eingezeichnet sind. Die für die Ortung rele¬vante Laufzeitinformation der einzelnen Ultraschallempfänger 2, 3, 4 bzw. die entsprechendeAbstandsinformation wird durch Korrelation der einzelnen Empfänger-Kanäle anhand von vor¬hergesagten oder erlernten Korrelationsmustern gewonnen. Dabei werden die gemessenenUltraschallsignale gruppiert, wobei jede Gruppe 16 aus jeweils einer Laufzeitmessung t, ausjedem Empfänger-Kanal besteht. Im Fall von n Ultraschallempfängern bzw. Mikrophonen be¬steht eine Gruppe 16 aus genau n Laufzeitmessungen t,, wobei t, eine Laufzeitmessung desKanals i repräsentiert. Dabei werden vorzugsweise nur gültige Gruppen 16 gebildet, wobei eineGruppe 16 dann und nur dann gültig ist, wenn die Bedingung (ti-tj)-c < dij V 1 < i, j < n (2) [0036] erfüllt ist, wobei c die Schallgeschwindigkeit in der Umgebung des Ultraschallsensors 1und dij der physikalische Abstand zwischen den Ultraschallempfängern i und j ist. Dabei kanneine bestimmte Laufzeitmessung tj grundsätzlich mehreren Gruppen angehören. Eine Auswahleiner für die Ortung eines Objekts verwendeten Gruppe 16 kann beispielsweise dadurch erfol¬gen, dass zeitlich nahe beisammen liegende Signale bevorzugt werden. Diese Zuordnungbasiert im Grunde auf der Annahme, dass verschiedene Objekte in unterschiedlichem Abstandvom Ultraschallsensor 1 angeordnet sind. Da dies im gezeigten Fall (s. Fig. 1A) jedoch nichtzutrifft, ist die Zuordnung zur Gruppe 16 falsch und die aus den einander zugeordneten Signa¬len rekonstruierten Objektpositionen sind daher ebenfalls fehlerhaft. Die tatsächlichen Positio¬nen der Objekte 7, 8 können bei einer solchen Zuordnung nicht erkannt werden.

[0037] In Fig. 2 ist ein weiterer potentieller Fehlerfall dargestellt, welcher sich mit nur drei Ultra¬schallempfängern 2, 3, 4 nicht anhand der gemessenen Laufzeiten erkennen oder lösen lässt.Dabei weist ein Objekt 17 eine Unstetigkeitsstelle 18 in Form einer Stufe auf. Der Übergang ander Unstetigkeitsstelle 18, d.h. in diesem Fall die Höhe der Stufe, ist dabei kleiner als der Ab¬stand zwischen den Ultraschallempfängern 2, 3, 4, so dass die Bedingung (2) erfüllt ist. Die deneinzelnen Ultraschallempfängern 2, 3, 4 zugeordneten Reflexionspunkte 19, 20, 21 liegen aufbeiden Seiten der Unstetigkeitsstelle 18 und daher in verschiedenen Abschnitten 22, 23 derOberfläche des Objekts 17. Im gezeigten Fall ist ein Reflexionspunkt 21 weiter vom Ultra¬schallsensor 1 entfernt als die anderen beiden Reflexionspunkte 19, 20. Es wird angenommen,dass zur Ortung des Objekts 17 nur die den drei Reflexionspunkten 19, 20, 21 entsprechendengemessenen Laufzeiten zur Verfügung stehen. Aus den drei Laufzeiten kann durch Trilaterationjener Punkt im Raum berechnet werden, für den der Abstand von den drei mit dem Ultraschall¬sender 5 und jeweils einem der Ultraschallempfänger 2, 3, 4 gebildeten Sender-Empfänger-Paaren den gemessenen Laufzeiten entspricht (siehe z.B. Manolakis, D.E., "Efficient solutionand performance analysis of 3-D position estimation by trilateration," Aerospace and ElectronicSystems, IEEE Transactions on, vol.32, no.4, pp.1239,1248, Oct 1996 doi: 10.1109/7.543845).

[0038] Geometrisch kann man sich diese Berechnung damit veranschaulichen, dass für dreigedachte Sphären, deren Radien die jeweils den gemessenen Laufzeiten entsprechendenAbstände sind, eine gemeinsame Tangentialebene (nicht gezeigt) ermittelt wird, und dass alsdie gesuchte Objektposition jener Punkt in der Tangentialebene angenommen wird, welcherdem Ultraschallsender 5 am nächsten liegt. Grundsätzlich würde diese Rekonstruktionsmetho¬de für eine 3D Ortung ausreichen, allerdings ist sie nicht robust gegenüber Messfehlern undgegenüber Fehler aufgrund der impliziten Annahmen betreffend die Objektgeometrie. Insbe¬sondere impliziert diese Berechnung, dass alle Reflexionspunkte auf demselben Objekt liegenund dass die Form bzw. Art des Objekts vernachlässigt werden kann. In der in Fig. 2 gezeigtenSituation schlägt diese Annahme jedoch fehl: aufgrund der verschiedenen Abstände der dreiReflexionspunkte 19, 20, 21 in Fig. 2 weist die angenommene Tangentialebene eine Neigungauf, welche nicht den realen Gegebenheiten entspricht, und die ermittelte Objektposition 25 istfehlerhaft. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Erkennung und Beseitigungdieses Problems durch die Verwendung zumindest eines vierten Ultraschallempfängers inKombination mit einem speziell auf Ultraschallsensoren mit vier oder mehr Empfängern zuge¬schnittenen Ortungsverfahren.

[0039] In Fig. 3 ist ein Ultraschallsensor 26 mit vier Ultraschallempfängern 27, 28, 29, 30 ineiner ähnlichen Situation wie in Fig. 2 dargestellt, d.h. es wird versucht, das Objekt 17 mit derUnstetigkeitsstelle 18 zu orten. Auch hier wird das Resultat fehlerhaft sein, wenn man versucht,aus den gemessenen Laufzeiten mit den bekannten Verfahren eine Objektposition zu ermitteln.Um solche Fehler zu vermeiden, schlägt daher die vorliegende Erfindung vor, zunächst dieAnnahme, dass die Reflexionspunkte auf demselben Objekt liegen, zu überprüfen. Diese Über¬prüfung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass festgestellt wird, ob die (hypothetischen)Reflexionspunkte, die den gemessenen Laufzeiten entsprechen, in einer Ebene liegen. Anhanddieses Kriteriums können jene Gruppen von Laufzeitmessungen L, welche der Überprüfungstandhalten, selektiert werden und die übrigen Gruppen können verworfen werden. In dem inFig. 3 gezeigten Fall sind die Ultraschallempfänger 27, 28, 29, 30 in Paaren 27, 28 bzw. 29, 30und spiegelsymmetrisch bezüglich eines Schnittpunktes der Verbindungslinien der einzelnenPaare 27, 28 bzw. 29, 30 angeordnet. Die Verbindungslinien schneiden sich daher genau inihrem jeweiligen Mittelpunkt. Der Ultraschallsender 31 ist zudem im Zentrum der Empfänger,d.h. exakt im gemeinsamen Schnittpunkt der Verbindungslinien angeordnet. Bei diesem Aufbaudes Ultraschallsensors 26 lässt sich zeigen, dass die Laufzeitmessungen t, für die Paare vonUltraschallempfängern 27, 28, 29, 30 folgende Bedingung erfüllen müssen: ^27 &29 ZO\

2 ~ 2 K

[0040] Die Ungenauigkeit eines Ultraschallsensors mit einem Empfängerabstand von 80 mmauf eine Distanz von 1 m beträgt weniger als 1 mm, so dass sämtliche Gruppen, welche dieBedingung (3) nicht erfüllen, als ungültig erkannt und verworfen werden können. Nach diesemVerfahren kann die in Fig. 3 dargestellte Messung als ungültig erkannt werden, so dass zumin¬dest keine fehlerhafte Objektposition erkannt wird.

[0041] Darüber hinaus kann das oben beschriebene Prinzip auch bei der Zuordnung der Lauf¬zeitmessungen eingesetzt werden, wie anhand von Fig. 4A und 4B erläutert werden soll. Wie inFig. 1A und 1B sind hier zwei Objekte 7, 8 dargestellt, welche für jeweils zwei reflektierte Ultra¬schallsignale 10, 11 bzw. die entsprechenden Laufzeitmessungen t, bzw. V der - hier vier -Empfänger-Kanäle verantwortlich sind. Durch Überprüfung der Bedingung (3) für alle kombina¬torisch möglichen Gruppen können die beiden korrekten Zuordnungen, welche den durch¬schnittlichen Laufzeiten t == (t-i+t2)/2 »= (t3+t4)/2 bzw. t' == (t1'+t2')/2 »= ^3+^)/2 entsprechen,ermittelt und anhand der so gruppierten Messungen die beiden entsprechenden Objektpositio¬nen berechnet werden.

[0042] Allerdings existieren Spezialfälle, in denen auch ein Ultraschallsensor mit vier symmet¬risch angeordneten Ultraschallempfängern eine Unstetigkeit 18 nicht erkennen kann, wie in Fig.5 gezeigt. Hierbei ist der Ultraschallsensor 37 bezüglich der Unstetigkeit 18 des Objekts 17zufälligerweise symmetrisch angeordnet, so dass für jedes Empfängerpaar 27, 28 bzw. 29, 30jeweils ein Reflexionspunkt auf jeder Seite der Unstetigkeit 18 liegt und somit die Bedingung (3)erfüllt ist, obwohl jede aus den vier Laufzeitmessungen der beiden Empfängerpaare 27, 28 bzw.29, 30 ermittelte Objektposition aus dem gleichen Grund fehlerhaft wäre, wie bereits anhandvon Fig. 2 und 3 im Detail erläutert. Um auch diesen Spezialfall abzudecken, weist der Ultra¬schallsensor 37 einen fünften Ultraschallempfänger 38 auf, so dass der Abstand zwischen demUltraschallsensor 37 und einem fünften Reflexionspunkt 39 am Objekt 17 mittels Ultraschallmessbar ist. Damit kann der Fehler folgendermaßen erkannt werden: zunächst wird anhand derLaufzeitmessungen der vier Ultraschallempfänger 27, 28, 29 und 30 eine vorläufige Objektposi¬tion ermittelt und in einem zweiten Schritt wird überprüft, ob die Laufzeitmessung des fünftenUltraschallempfängers 38, d.h. über eine Strecke vom Ultraschallsender 31 zum Reflexions¬punkt 39 und zurück zum Ultraschallempfänger 38, mit dieser vorläufigen Objektposition konsis¬tent ist, wobei z.B. der der vorläufigen Objektposition entsprechende Abstand mit dem separatgemessenen Abstand vom fünften Ultraschallempfänger 38 verglichen wird.

[0043] Aus Fig. 6 bis 8 sind weitere Vorteile im Zusammenhang mit der Verwendung des Ultra¬schallsensors 37 zur Ortung ersichtlich. Anhand der zusätzlichen Ortungsinformation, welche aus den Messungen des vierten und - gegebenenfalls - fünften Ultraschallempfängers gewon¬nen werden kann, ist es mithilfe entsprechender Referenzpunkte 40 im Raum möglich, nicht nurdie Position des Ultraschallsensors 37, sondern auch dessen Ausrichtung zu ermitteln. Dieskann beispielsweise mithilfe von passiven Orientierungspunkten, vorzugsweise in Form vonRetroreflektoren 40, (vgl. Fig. 6) geschehen. Es kann nachgewiesen werden, dass die obenbeschriebenen Selektionskriterien auch bei an Retroreflektoren 40 (mehrfach) reflektiertenUltraschallsignalen gültig sind. Wenn drei derartige Orientierungspunkte vorhanden sind, derenPositionen im Raum bekannt sind, kann anhand entsprechender Laufzeitmessungen die Positi¬on und Ausrichtung des Ultraschallsensors 37 in einem globalen Koordinatensystem berechnetwerden. Der Vorteil eines Retroreflektors 40 als Orientierungspunkt liegt darin, dass die für denUltraschallsensor 37 „sichtbare" Position des Retroreflektors 40 unabhängig vom Einfallswinkeldes Ultraschallsignals 9 und vom Abstand vom Ultraschallsensor 37 ist.

[0044] Die vorliegende Erfindung kann zudem nicht nur bei aktiven Ultraschallsensoren 26 bzw.37 mit eigenem Ultraschallsender 31, sondern auch bei passiven Ultraschallsensoren 41 (vgl.Fig. 7) angewendet werden. Bei solchen passiven Ultraschallsensoren 41 werden die Ultra¬schallsignale 42 von externen Signalgebern 43 abgestrahlt, welche an bekannten Positionen imRaum angeordnet sind und daher - wie oben beschrieben - zugleich als Orientierungspunkteverwendet werden können. Die Objektpositionen etwaiger Objekte 44 im Raum können dabeianhand der gemessenen Laufzeiten der Ultraschallsignale 42 und der bekannten Positionen derSignalgeber 43 rekonstruiert werden. In diesem Fall kann das beschriebene Selektionskriteriumzusätzlich für die Zuordnung mehrerer Laufzeitmessungen zu einem Ultraschallsender, d.h. indiesem Beispiel einem Signalgeber 43, verwendet werden.

[0045] Gegenüber passiven Sensoren 41 hat ein aktiver Ultraschallsensor 37 den Vorteil, dassder feste Abstand d zwischen dem Ultraschallsender 31 und den Ultraschallempfängern 27, 28,29, 30, 38 z.B. zur Temperaturkompensation verwendet werden kann (vgl. Fig. 8). Dabei wirdvorzugsweise anhand von mehreren Laufzeitmessungen t und des bekannten Abstandes d dieSchallgeschwindigkeit c bei den aktuellen Umgebungsbedingungen gemessen und der Ultra¬schallsensor 37 auf diese Weise kalibriert. Die Genauigkeit der Messung ist lediglich durch dieZeitauflösung der Laufzeitmessung und den Abstand zwischen Sender 31 und Empfängern 27,28, 29, 30, 38 limitiert. Bei einem Abstand von 4 cm zwischen dem Sender 31 und den Emp¬fängern 27, 28, 29, 30, 38 konnte die Schallgeschwindigkeit beispielsweise mit einer Genauig¬keit von etwa ± 2 m/s ermittelt werden.

[0046] In Fig. 9 ist schematisch ein Ultraschallsensor 45 mit einem Ultraschallsender 46 undzwei (oder mehr) Ultraschallempfängern 47 dargestellt. Der Ultraschallsender 46 erhält ein zusendendes Ultraschallsignal von einer Ansteuereinheit 48, wobei das Signal in einem Verstär¬ker 49 an die Anforderungen des Ultraschallsenders 46 angepasst wird. Die Ultraschallempfän¬ger 47 sind zum Empfang der reflektierten Ultraschallsignale eingerichtet und mit Korrelatorein¬heiten 50 verbunden, welche ein empfangenes reflektiertes Ultraschallsignal mit dem gesende¬ten Ultraschallsignal korrelieren können. Um die korrekte zeitliche Korrelation zu ermitteln, sinddie Korrelatoreinheiten 50 über Synchronisationsverbindungen 51 (gestrichelt) mit der Ansteu¬ereinheit 48 verbunden und synchronisiert. Ausgehend von den aufgrund der Korrelationenermittelten Laufzeiten werden diese in einem Vorselektionsmodul 52 auf die Bedingung (2), d.h.auf Basis der Sensorabmessungen, vorselektiert und jene Kombinationen verworfen, welcheaufgrund der Sensorgeometrie physikalisch ausgeschlossen werden können. Anschließendwird in einem weiteren Selektionsmodul 53 das Mittelkriterium (3) auf die gemessenen undvorselektierten Laufzeiten angewendet und somit der Großteil an Artefakten entfernt. Schlie߬lich wird in einem Ortungsmodul 54, welches mit dem Selektionsmodul 53 verbunden ist, dieObjektortung anhand der bereinigten Laufzeiten vorgenommen, mit einem etwaigen zusätzli¬chen Empfänger auf Plausibilität geprüft und im positiven Fall ausgegeben. D.h. nach der Ob¬jektortung wird das Kriterium - sofern vorhanden - mit dem zusätzlichen (z.B. fünften) Empfän¬ger angewandt und nach positiver Prüfung ausgegeben; die Objektortung erfolgt dabei anhandder von den übrigen Empfängern gemessenen Laufzeiten. Zusammen bilden die Ultraschall¬empfänger 47 mit den Korrelatoreinheiten 50, den Vorselektionsmodul 52, dem Selektionsmo- dul 53 und dem Ortungsmodul 54 eine Auswerteeinheit 55. Dabei können insbesondere dasVorselektionsmodul 52, das Selektionsmodul 53 und das Ortungsmodul 54 in der Praxis alsSoftwaremodule auf einer gemeinsamen, im Ultraschallsensor 45 integrierten Mikroprozessor-Plattform (nicht gezeigt) implementiert sein.

Claims (13)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Ortung von Objekten (7, 8, 17) im Raum mit Hilfe eines Ultraschallsensors (26), der zumindest vier Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30) aufweist, wobei von einemexternen oder von dem Ultraschallsensor (26) umfassten Ultraschallsender (43 bzw. 31)ein Ultraschallsignal (42 bzw. 9) abgestrahlt wird und von den Ultraschallempfängern (27, 28, 29, 30) des Ultraschallsensors (26) jeweils ein in zumindest einem zugeordneten Re¬flexionspunkt (33, 34, 35, 36) reflektiertes Ultraschallsignal (11) empfangen und zur Ge¬winnung zumindest einer Objektposition ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet,dass bei mehreren parallel gewonnenen Objektpositionen diese nach einem Selektionskri¬terium selektiert werden, welches dadurch definiert ist, dass die der Objektposition jeweilszugeordneten zumindest vier Reflexionspunkte (33, 34, 35, 36) näherungsweise in einergemeinsamen Ebene im Raum liegen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor (37)zumindest fünf Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30, 38) aufweist, wobei das Selektionskri¬terium dementsprechend dadurch definiert ist, dass die der Objektposition jeweils zugeord¬neten zumindest fünf Reflexionspunkte (33, 34, 35, 36, 39) näherungsweise in einer ge¬meinsamen Ebene im Raum liegen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Objektpositionen, fürwelche keine gemeinsame Ebene gefunden werden kann, als Artefakte erkannt und ver¬worfen werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine geradeAnzahl von Ultraschallempfängern (27, 28, 29, 30) in einer Ebene und in zumindest zweibezüglich eines gemeinsamen Mittelpunkts spiegelsymmetrischen Paaren (27, 28 bzw. 29,30) angeordnet sind, wobei das Selektionskriterium dadurch definiert ist, dass die gemittel¬ten Laufzeiten der Empfängerpaare (27, 28 bzw. 29, 30) im Wesentlichen übereinstimmen.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Überprüfung desSelektionskriteriums anhand der Empfängerpaare (27, 28 bzw. 29, 30) eine Ebene auf Ba¬sis der von den Empfängerpaaren (27, 28 bzw. 29, 30) gemessenen Laufzeiten ermitteltwird und für einen zweiten Teil von Ultraschallempfängern (38), welche nicht in spiegel¬symmetrischen Paaren angeordnet sein müssen, überprüft wird, ob die diesen Ultraschall¬empfängern (38) zugeordneten Reflexionspunkte (39) in der ermittelten Ebene liegen, wo¬bei andernfalls das Selektionskriterium insgesamt nicht erfüllt ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerpaare (27, 28bzw. 29, 30) den gleichen Abstand zwischen Ultraschallsender (31) und Ultraschallemp¬fängern (27, 28, 29, 30) aufweisen, wobei insbesondere die Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30) in einer der Anzahl n der Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30) entsprechenden n-zähligen Drehsymmetrie angeordnet sind, wobei ein äquivalenter Reflexionspunkt für alleUltraschallempfänger (27, 28, 29, 30) auf Basis der von den Empfängerpaaren (27, 28bzw. 29, 30) gemessenen Laufzeiten ermittelt wird und für einen zweiten Teil von Ultra¬schallempfängern (38), welche nicht symmetrisch angeordnet sein müssen, überprüft wird,ob die diesen Ultraschallempfängern (38) zugeordneten Reflexionspunkte (39) mit demäquivalenten Reflexionspunkt konsistent sind, wobei andernfalls das Selektionskriteriuminsgesamt nicht erfüllt ist.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekt¬positionen mehrerer Objekte (7, 8) ausgehend von einem einzigen abgestrahlten Ultra¬schallsignal (9) ermittelt werden.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Emp¬fang von mehr als einem reflektiertem Ultraschallsignal (10, 11) in einem Empfänger (27,28, 29, 30), die Objektpositionen durch Bildung aller möglicher Kombinationen von Reflexi¬onspunkten (33, 34, 35, 36), wobei jeder Reflexionspunkt (33, 34, 35, 36) einem anderenUltraschallempfänger (27, 28, 29, 30) zugeordnet ist, ermittelt werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Objektposi¬tionen, bei denen der maximale Abstand zwischen zwei jeweils zugeordneten Reflexions¬punkten (33, 34, 35, 36) den maximalen Abstand zwischen zwei Ultraschallempfängern(27, 28, 29, 30) übersteigt, vor der Selektion verworfen werden.
10. 10. Ultraschallsensor (26, 37, 41, 45) zur Ortung von Objekten (7, 8, 17, 44) im Raum mitzumindest vier Ultraschallempfängern (27, 28, 29, 30; 47), welche eingerichtet sind, einvon einem externen oder dem Ultraschallsensor (26, 37, 45) zugeordneten Ultraschallsen¬der (31, 43, 46) abgestrahltes und in zumindest einem Reflexionspunkt (33, 34, 35, 36) re¬flektiertes Ultraschallsignal (9, 42 bzw. 10; 11) zu empfangen, und mit einer Auswerteein¬heit (55), welche mit den Ultraschallempfängern (27, 28, 29, 30; 47) verbunden und einge¬richtet ist, zumindest eine Objektposition aus den empfangenen Ultraschallsignalen (10,11) zu gewinnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (55) ein Selekti¬onsmodul (53) umfasst, welches bei mehreren parallel gewonnenen Objektpositionen zurErmittlung jener Objektpositionen eingerichtet ist, bei denen die der Objektposition jeweilszugeordneten zumindest vier Reflexionspunkte (33, 34, 35, 36) näherungsweise in einergemeinsamen Ebene im Raum liegen.
11. 11. Ultraschallsensor (37, 41) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindestfünf Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30, 38; 47) mit der Auswerteeinheit (55) verbundensind.
12. 12. Ultraschallsensor (26, 37, 41) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest ein Teil der Ultraschallempfänger (27, 28, 29, 30) in einer Ebene und in zumin¬dest zwei bezüglich eines gemeinsamen Mittelpunkts spiegelsymmetrischen Paaren (27,28 bzw. 29, 30) angeordnet ist.
13. 13. Ultraschallsensor (26, 37, 41) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieEmpfängerpaare (27, 28 bzw. 29, 30) den gleichen Abstand zwischen Ultraschallsender (31) und Ultraschallempfängern (27, 28, 29, 30) aufweisen, wobei insbesondere die Ultra¬schallempfänger (27, 28, 29, 30) in einer der Anzahl n der Ultraschallempfänger (27, 28,29, 30) entsprechenden n-zähligen Drehsymmetrie angeordnet sind. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen