Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernungsmessung von Umgebungszielen durch LaufZeitmessung von daran reflektierten Impulsen. Die Impulse können beliebiger Art sein, z.B. Lichtimpulse, insbesondere Laserimpulse, Funkimpulse, insbesondere Radarimpulse, Schallimpulse od. dgl . Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Laserscannen durch Richten von Laserimpulsen fortlaufend auf verschiedene Umge- bungsziele.

Moderne Impulslaufzeit-Entfernungsmesser wie Laserentfernungsmesser bzw. -Scanner arbeiten mit hoher Impulsleistung über große Entfernungen und/oder hoher Impulswiederholungsrate zur raschen Erstellung einer Vielzahl von Entfernungsmesspunk- ten der Umgebung. In beiden Fällen kann sich die Situation ergeben, dass der nächste Impuls schon ausgesandt wird, noch bevor die Reflexion des letzten Impulses empfangen wurde, sodass die eintreffenden Empfangsimpulse nicht mehr eindeutig ihrem jeweiligen Sendeimpuls zugeordnet werden können. Dies ist als „multiple time around"- (MTA) bzw. „multiple pulses in the air"-Problem bekannt. Die maximale Größe d _max des eindeutig vermessbaren Entfernungsbereiches, der sog. MTA-Zone, ergibt sich dabei aus der Impulswiederholungsrate (pulse repetition rate) PRR und der Lichtgeschwindigkeit c zu

Laserscanner moderner Bauart bieten beispielsweise Impulswiederholungsraten von bis zu 1200 kHz, was einer MTA-Zonen- größe d _max von etwa 125 m entspricht. Wird diese Messdistanz ü- berschritten, ist das Messergebnis aufgrund der nicht eindeu- tigen Zuordenbarkeit der Sende- und Empfangsimpulse in der Regel nicht korrekt interpretierbar.

Die Fig. 1 und 2 zeigen diese Situation im Detail. Von einem z.B. flugzeuggestützten Laserscanner 1 wird ein gepulster Lasermessstrahl 2 abtastend über eine Umgebung U mit einzelnen Umgebungszielen (Abtastpunkten) Ui , U _{2 /} ... geführt, z.B. zeilenweise fächerförmig. Aus LaufZeitmessungen an den einzelnen ausgesandten Impulsen Si , S ₂ ,..., die nach der Umgebungsreflexion als Empfangsimpulse Ei , E _2/ ... zurückerhalten werden, können die Zielentfernungen d±, d _2/ ... zu den einzelnen Umgebungszielen Ui , U ₂₍ ... bestimmt werden.

Die Fig. la und 2a zeigen eine beispielhafte Situation bei der Vermessung von Umgebungszielen Ui , U ₂ , die in der ersten, dem Laserscanner 1 nächstgelegenen MTA-Zone Z _± liegen: Der zum Sendeimpuls S± gehörende Empfangsimpuls E _± wird zurückerhalten, bevor der nächste Sendeimpuls S ₂ im Zeitabstand τ = 1/PRR ausgesandt wird, usw. usf.

Die Fig. lb und 2b zeigen eine beispielhafte Situation, wenn Umgebungsziele U ₃ , U ₄ in der zweiten MTA-Zone Z ₂ liegen: Hier wird der zum Sendeimpuls S ₃ gehörende Empfangsimpuls E ₃ erst empfangen, nachdem bereits der nächste Sendeimpuls S ₂ ausgesandt wurde. Zur Bestimmung der korrekten Entfernung d ₃ des Umgebungsziels U ₃ in der Zone Z ₂ ist es notwendig, den Empfangsimpuls E ₃ korrekt dem Sendeimpuls S ₃ zuzuordnen; wird der Empfangsimpuls E ₃ fälschlich dem unmittelbar vorhergehenden Sendeimpuls S ₄ zugeordnet, ergibt sich eine falsche Zielentfernung d ₃ ' in der falschen MTA-Zone Z ₁₍ anstelle der richtigen Zielentfernung d ₃ in der richtigen MTA-Zone Z ₂ .

Zur MTA- zonenrichtigen gegenseitigen Zuordnung der Sende- und Empfangsimpulse und damit Überwindung der MTA- Zonengrenzen für eindeutige Entfernungsmessungsergebnisse sind verschiedenste Verfahren bekannt, siehe beispielsweise die Patente AT 510.296, AT 511.310 und AT 515.214 derselben Anmelderin. Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die bekannten Verfahren weiter zu verbessern, so dass sie auch in schwierigen Zielsituationen, wie Mehrfachreflexionen eines einzigen Sendeimpulses an Umgebungszielen in unterschiedlichen MTA-Zonen oder bei MTA- zonenüberschreitenden Entfernungssprüngen in der zu vermessenden Umgebung, korrekte Entfernungsmesswerte liefern. Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren zur Entfernungsmessung von Umgebungszielen durch Laufzeitmessung von daran reflektierten Impulsen, insbesondere Laserimpulsen, erreicht, welches umfasst:

Aussenden einer Folge von Sendeimpulsen mit variierenden

Impulsabständen und Empfangen zumindest eines Empfangsimpulses nach jeweils einem von zwei verschiedenen Sendeimpulsen;

für jeden Empfangsimpuls: Erzeugen einer Gruppe von M Kandidatenentfernungen jeweils bezogen auf einen anderen von M dem Empfangsimpuls vorangegangenen Sendeimpulsen, wobei jede Kandidatenentfernung dem jeweiligen Sendeimpuls, auf den sie bezogen ist, zugeordnet wird;

für jede Kandidatenentfernung: Ermitteln eines Gewichtungswerts basierend zumindest auf der entfernungsnächsten der einem solchen Sendeimpuls zugeordneten Kandidatenentfernungen, welcher dem Sendeimpuls benachbart ist, dem die für dieses Ermitteln betrachtete Kandidatenentfernung zugeordnet ist;

für jede Gruppe: Auswählen der Kandidatenentfernung mit dem höchsten Gewichtungswert als Entfernungsmesswert des Emp- fangsimpulses , für den die Gruppe erzeugt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer neuartigen Gewichtungsauswertung einer Vielzahl von Entfernungsmesswert- Kandidaten, hier kurz „Kandidatenentfernungen" genannt, welche jeweils bezüglich unterschiedlicher vorangegangener Sendeimpul - se einer pulspositionsmodulierten Sendeimpulsfolge berechnet wurden. Die Gewichtungsauswertung ist in der Lage, eine hochzuverlässige Schätzung des jeweils MTA- zonenrichtigen Entfernungsmesswerts für jeden Empfangsimpuls zu erstellen. Das Verfahren der Erfindung liefert auch in Mehrzielsituationen, bei denen ein Sendeimpuls mehrere Empfangsimpulse zur Folge hat, ausgezeichnete MTA-Zonenzuordnungsergebnisse, denn jeder Empfangsimpuls kann gesonder ausgewertet werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sendeimpulse mit im wesent- liehen gleicher Amplitude ausgesendet werden und für jeden Emp- fangsimpuls auch dessen Amplitude aufgezeichnet wird, und dass der Gewichtungswert zumindest aus :

einem Entfernungsgewicht basierend auf der Entfernungsdifferenz zwischen der betrachteten Kandidatenentfernung und der genannten ortsnächsten Kandidatenentfernung und

einem Amplitudengewicht basierend auf der Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude jenes einen Empfangsimpulses, für den die Gruppe mit der betrachteten Kandidatenentfernung erzeugt wurde, und der Amplitude jenes anderen Empfangsimpulses, für den die Gruppe mit der genannten ortsnächsten Kandidatenentfernung erzeugt wurde,

gebildet wird.

Damit werden erstmals Amplitudenwerte der Empfangsimpulse für die MTA-Zonenzuordnung bzw. -auflösung verwendet. Dies be- ruht auf der Annahme, dass für Umgebungsziele mit annähernd gleicher Reflektivität Empfangsimpulse von weiter entfernten Umgebungszielen eine geringere Amplitude haben als Empfangsimpulse von näher liegenden Umgebungszielen . Durch Berechnung eines Gewichtungswerts für die in Frage kommenden Paarungen von Kandidatenentfernungen für jede mögliche Kandidatenentfernung beruhend auf sowohl der Entfernungsdifferenz als auch der Amplitudendifferenz wird die in der Amplitude der Empfangsimpulse verborgene Entfernungsinformation als zusätzliche Information für die MTA-Zonenauflösung ausgenützt. Im Ergebnis liefert das Verfahren robuste, verlässliche MTA-Zonenzuordnungsergebnisse und damit korrekte Entfernungsmesswerte selbst in schwierigen Zielsituationen wie Mehrfachreflexionen, rasch wechselnden MTA- zonenüberschreitenden Entfernungssprüngen der Umgebung, od.dgl.

Die Entfernungs- und Amplitudendifferenzen können in den Gewichtungswerten ihrerseits auf verschiedenste Weise gewichtet werden, um unterschiedliche Ansprechverhalten des Verfahrens gegenüber Mehrfachreflexionen und Entfernungssprüngen zu realisieren. Bevorzugt wird vorgesehen, dass die Entfernungsdifferenz nicht-linear in das Entfernungsgewicht eingeht, wobei eine größere Entfernungsdifferenz ein unterproportional kleineres Entfernungsgewicht ergibt, und die Amplitudendifferenz nichtlinear in das Amplitudengewicht eingeht, wobei eine größere Amplitudendifferenz ein unterproportional kleineres Amplitudengewicht ergibt, was ein besonders robustes, störungsunanfälli- ges Ansprechverhalten ergibt.

Gemäß einer ersten bevorzugten Variante des Verfahrens ist bei dem genannten Ermitteln des Gewichtungswerts der benachbarte Sendeimpuls ein zeitlich benachbarter Sendeimpuls. Bevorzugt werden dabei für den Gewichtungswert einer Kandidatenentfernung gleich mehrere andere Kandidatenentfernungen beruhend auf mehreren benachbarten Sendeimpulsen berücksichtigt, u.zw. insbesondere solche anderen Kandidatenentfernungen, die den in der Sendeimpulsfolge unmittelbar vorausgehenden und nachfolgenden Sendeimpulsen zugeordnet sind. Damit wird die unmittelbare zeitliche Nachbarschaft des für einen Empfangsimpuls ursächlichen Sendeimpulses für die MTA-Zonenzurordnung untersucht, was die Annahme umsetzt, dass in der Regel mehrere aufeinanderfolgende Sendeimpulse auf Ziele in derselben MTA-Zone treffen. Bevorzugt werden genau ein zeitlich vorangehender und ein zeit- lieh nachfolgender Sendeimpuls und die diesen zugeordneten Kandidatenentfernungen auf Entfernungsnähe zur jeweils zu gewichtenden Kandidatenentfernung untersucht und für die Gewichtung herangezogen, d.h. pro Kandidatenentfernung zwei Kandidatenent- fernungs-Paarungen gewichtet.

Gemäß einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen

Verfahrens zum Scannen einer Umgebung, indem die Sendeimpulse in ihrer zeitlichen Folge auf örtlich verschiedene Umgebungsziele in der Umgebung ausgesandt werden, ist bei dem genannten Ermitteln des Gewichtungswerts der benachbarte Sendeimpuls ein hinsichtlich der Umgebungsziele örtlich benachbarter Sendeimpuls. Diese Ausführungsform berücksichtigt den Umstand, dass beim Scannen einer Umgebung in der Sendeimpulsfolge zeitlich aufeinanderfolgende Sendeimpulse nicht notwendigerweise in der Umgebung örtlich nebeneinanderliegend auftreffen, beispielswei - se wenn Laserimpulse mit einem Polygon-Umlenkspiegel zeilenwei- se abtastend über die Umgebung geführt werden. Örtlich in der Umgebung nebeneinanderliegend auftreffende Laserimpulse können vielmehr auch von Sendeimpulsen stammen, die in der Sendeimpulsfolge nicht direkt, sondern beispielsweise in einem Abstand von einer Abtastzeile bzw. Scanperiode aufeinanderfolgen. Der Begriff „benachbarter" Sendeimpuls wird in der vorliegenden Beschreibung demgemäß als Oberbegriff für die beiden Varianten eines zeitlich benachbarten Sendeimpulses oder eines örtlich benachbarten Sendeimpulses verstanden.

Bei letzterer Variante werden bevorzugt gleich mehrere dem

Sendeimpuls der zu gewichtenden Kandidatenentfernung örtlich benachbarte Sendeimpulse für das Ermitteln des Gewichtungswerts herangezogen. Dazu wird der Gewichtungswert aus Teilgewichten gebildet, wobei jedes Teilgewicht auf der entfernungsnächsten der dem jeweiligen örtlich benachbarten Sendeimpuls zugeordneten Kandidatenentfernungen basiert. Die Teilgewichte werden dann zu dem Gewichtungswert z.B. aufsummiert, und die solcherart gewichtete Kandidatenentfernung berücksichtigt damit gleichsam die lokale AuftreffUmgebung ihres ursächlichen Sende- impulses für die MTA-Zonenauflösung .

Auch bei dieser Ausführungsform kann eine signifikante Steigerung der Treffsicherheit der MTA-Zonenzuordnung und damit Robustheit und Präzision des Entfernungsmessverfahrens erzielt werden, wenn - unter der Voraussetzung, dass die Sendeimpulse mit im Wesentlichen gleicher Amplitude ausgesendet werden und für jeden Empfangsimpuls auch dessen Amplitude aufgezeichnet wird - die genannten Teilgewichte wieder aus einem Entfernungsgewicht und einem Amplitudengewicht zusammengesetzt werden. Auf diese Weise wird erstmals die Amplitude der Empfangsimpulse für die MTA-Zonenzuordnung der Empfangsimpulse unter Berücksichtigung der lokalen AuftreffUmgebung jedes Sendeimpulses ausgenützt. Auch diese Ausführungsform beruht auf der Erkenntnis, dass benachbarte auf ein Ziel auftreffende Sendeimpulse meist dieselbe Reflektivität erfahren, so dass aus der Amplitude der Empfangsimpulse wertvolle Zusatzinformation für die MTA- Zonenauflösung gewonnen kann.

Die Entfernungs- und Amplitudendifferenzen in den Teilgewichten des Gewichtungswerts können wieder mit entsprechenden nicht-linearen Gewichtungsfunktionen versehen werden, um die Robustheit des Verfahrens zu steigern.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung können in jeder der genannten Ausführungsformen beim Ermitteln des Gewichtungswerts optional auch nur jene entfernungsnächsten Kandidatenentfernungen berücksichtigt werden, welche innerhalb eines vorgegebenen Entfernungsbereichs rund um die betrachtete Kandidatenentfernung liegen, was Rechenzeit beim Berechnen der Gewichtungswerte spart.

Die Anzahl M an Kandidatenentfernungen einer Gruppe, die für einen Empfangsimpuls erzeugt wird, definiert die Anzahl an möglichen MTA-Zonen, die mit dem Verfahren zugeordnet („aufgelöst") werden können. Bevorzugt werden beim Erzeugen einer Gruppe die M Kandidatenentfernungen auf M dem Empfangsimpuls unmittelbar vorangegangene Sendeimpulse bezogen, wodurch M un- mittelbar an den Aussendeort der Sendeimpulse anschließende MTA-Zone vermessen und aufgelöst werden können.

Für das richtige Zuordnen (Auflösen) von M Stück MTA-Zonen genügt es, wenn beim Aussenden die Impulsabstände gemäß einem sich wiederholenden Code variiert werden, dessen Codelänge grö- ßer oder gleich M ist. So genügt beispielsweise zur Auflösung von 7 MTA-Zonen eine Variation der Impulsabstände, die sich nach jeweils 7 Impulsabständen wiederholt, d.h. ein Code mit Codelänge 7.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beige- schlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erörtert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematisch verschiedene Reflexionssituationen eines gepulsten Laserabtaststrahls an Umgebungszielen, die in verschiedenen MTA-Zonen liegen, nach dem Stand der Technik; Fig. 2 beispielhafte Zeitdiagramme von Sende- und Empfangsimpulsen für die Reflexionssituationen von Fig. 1 nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine Mehrzielsituation in einer schematischen Per- spektivansicht ;

Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Laserscanners zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 5 beispielhafte Zeitdiagramme von Sende- und Empfangsimpulsen im Rahmen des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 6 ein Flussdiagramm des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 7 ein kombiniertes Zeit- und Zuordnungsdiagramm für Sende- und Empfangsimpulse im Rahmen des Verfahrens der Erfindung ;

Fig. 8 auf einer Zielumgebung auftreffende , örtlich zuein- ander benachbarte Sendeimpulse beim Laserscannen gemäß dem Verfahren der Erfindung;

die Fig. 9a und 9b beispielhafte Gewichtungsfunktionen für Entfernungs- und Amplitudendifferenzen im Rahmen des Verfahrens der Erfindung; und

die Fig. 10a und 10b beispielhafte 3D- Punktewolken von

Entfernungsmesspunkten einer Zielumgebung, einmal erstellt mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik (Fig. 10a) und einmal mit einem Verfahren gemäß der Erfindung (Fig. 10b) .

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Impulszuordnungsproblematik von MTA- zonenüberschreitenden Entfernungsmess- bzw. Scanbereichen und wurden bereits eingangs erörtert. Verschärft ist diese Problematik noch in sogenannten Mehrzielsituationen gemäß Fig. 3, wo ein einziger Sendeimpuls von mehreren hintereinander liegenden, gegebenenfalls auch in unterschiedlichen MTA-Zonen Z _± , Z ₂ liegenden Umgebungszielen Ui , U ₃ reflektiert wird. Ein stellvertretend betrachteter Sendeimpuls S± des Lasermessstrahls 2 erfährt z.B. eine erste Reflexion an einem Nahziel Ui in der ersten MTA-Zone Z _± , beispielsweise einer Stromleitung, Blattwerk od.dgl., die bzw. das er nur streift, oder einem semi- transparenten Zwischenziel wie einer Wolke, einer Glasscheibe usw.; und eine zweite Reflexion an einem Fernziel U ₃ in derselben oder einer anderen MTA-Zone, hier der zweiten MTA-Zone Z ₂ . Der Laserscanner 1 empfängt in einer solchen Situation für den Sendeimpuls S _± zwei Empfangsimpulse Ei, E ₃ . Im Falle von Blatt- werk, Wald usw. können auch drei, vier oder mehr Empfangsimpulse Ei pro Sendeimpuls S _p (i, p e N) empfangen werden. Wenn der Laserentfernungsmesser bzw. -Scanner 1 befähigt ist, pro Sendeimpuls S _p , insbesondere auch zwischen zwei Sendeimpulsen S _p , mehr als einen Empfangsimpuls Ei aufzuzeichnen und zu verarbei- ten, wird er als „mehrzielfähig" bezeichnet. Es ist ersichtlich, dass die richtige MTA- Zonenzuordnung eines Empfangsimpulses Ei in einem mehrzielfähigen Entfernungsmesser bzw. Scanner noch wesentlich schwieriger ist als in den Fig. 1 und 2 dargestellt .

Zur Lösung des geschilderten MTA-Zonenzuordnungproblems dient das nun unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 10 beschriebene Verfahren. Das Verfahren wird anhand eines mehrzielfähigen Laserscanners beschrieben, auch wenn ein solcher dazu nicht zwingend erforderlich ist. So kann das Verfahren auch zur auto- matischen MTA- Zonenzuordnung („MTA-Auflösung" ) bei nicht- mehrzielfähigen Laserscannern eingesetzt werden, ebenso auch bei bloßen Laserentfernungsmessern, deren Sendeimpulse nicht über die Umgebung gescannt, sondern fortlaufend auf ein und dasselbe Umgebungsziel gerichtet werden. Schließlich eignet sich das geschilderte Verfahren nicht nur für Entfernungsmessungen durch LaufZeitmessungen an Laserimpulsen sondern an beliebigen Impulsen, seien es Funkimpulse, insbesondere Radarimpulse, Schall- oder Sonarimpulse , elektrische Impulse auf e- lektrischen Leitungen, z.B. zur Leitungslängenmessung, usw.

Wie in Fig. 4 und dem oberen Diagramm von Fig. 5 gezeigt, sendet ein mehrzielfähiger Laserscanner 3 mittels eines Lasersenders 4 Sendeimpulse Si, S ₂ , allgemein S _p , mit einer im Wesentlichen konstanten Amplitude a _s zu aufeinanderfolgenden Sendezeitpunkten t _s ,i, t _s , ₂ , allgemein t _s , _P aus. Die Impulsab- stände ii = t _s , ₂ - t _s ,i, τ ₂ = t _s , ₃ - t _s , ₂ , allgemein τ _ρ = t _s , _P+ i - t _s , _p , der Sendeimpulse S _p variieren von Impuls zu Impuls, und zwar entweder zufällig oder bevorzugt gemäß einem sich wiederholenden Muster oder „Code" C mit einer Muster- bzw. Codelänge L. Im gezeigten Beispiel ist die Codelänge L = 5, d.h. nach fünf un- terschiedlichen Impulsabstände i i , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ , τ ₅ ist der sechste Impulsabstand τ ₆ wieder gleich dem ersten Impulsabstand i i , usw. usf. Eine derartige Impulsabstandsvariation wird auch als Pulspositionsmodulation (PPM) bezeichnet, insoferne, als die einzelnen Impulspositionen (Sendezeitpunkte) t _s , _P in ihrer Zeit- läge gegenüber dem Takt einer konstanten Impulswiederholungsrate (Pulse Repetition Rate, PRR = l/ τ mit dem Code C „pulsposi- tionsmoduliert " sind.

Die Sendeimpulse S _p werden vom Lasersender 4 über einen halbdurchlässigen Spiegel 5 und eine Ablenkeinrichtung 6, z.B. ein rotierendes Polygonspiegelrad, als hin- und herschwingender Lasermessstrahl 2 über die Umgebung U geführt, dort jeweils von einem Umgebungsziel U _p reflektiert, über die Ablenkeinrichtung 6 wieder zurück zum halbdurchlässigen Spiegel 5 geführt, durchsetzen diesen und treffen auf einem Laserempfänger 7 auf. Der Laserempfänger 7 detektiert jeden eintreffenden Empfangsimpuls Ei und misst dessen Empfangszeitpunkt t _E , i und Amplitude a±. In dem unteren Diagramm von Fig. 5 ist beispielhaft eine Folge von solchen Empfangsimpulsen Ei mit ihren Empfangszeitpunkten t _{E ,} i und Amplituden a± gezeigt.

Sowohl die Sendezeitpunkte t _s , _p der Sendeimpulse S _p als auch die Dupel (t _E;i , ai ) von Empfangszeitpunkten t _E;i und Amplituden a± der Empfangsimpulse Ei werden einem Prozessor 8 zugeführt und von diesem z.B. in einem Speicher 8' abgelegt. Der Prozessor 8 berechnet - unter Anwendung des nachfolgend be- schriebenen Verfahrens durch MTA- zonenrichtige Zuordnung jedes Empfangsimpulses Ei bzw. Dupels (t _E , i , ai ) zu dem dafür ursächlichen Sendeimpuls S _p bzw. Sendezeitpunkt t _s , _p - die Laufzeit

^=t _Sip -t _EJ (2) und daraus in bekannter Weise die Entfernung

d _i =^T _i -cll. (3) Da die Laufzeiten ΔΤΊ und die Entfernungsmesswerte d _± der Umgebungsziele zueinander proportional sind, werden in der vorliegenden Beschreibung Laufzeiten und Entfernungen auch synonym und austauschbar verwendet .

Um für die Entfernungsmessung jeden Empfangsimpuls Ei dem

„richtigen", ursächlichen Sendeimpuls S _p zuzuordnen bzw. umgekehrt zu einem Sendeimpuls S _p den - bzw. bei Mehrzielsituationen die - „richtigen" Empfangsimpuls (e) Ei aus der Folge von Empfangsimpulsen {Ei} und daraus schließlich den richtigen Ent- fernungsmesswert di für jedes Umgebungsziel U _p zu ermitteln, führt der Prozessor 8 das anhand der Fig. 6 bis 9 beschriebene Verfahren aus .

Der erste Schritt 9 des Verfahrens von Fig. 6 bezieht sich auf das soeben beschriebene Aussenden der Folge {S _p } von Sende- impulsen S _p mit variierenden Impulsabständen τ _ρ (Fig. 5) und das begleitende Empfangen und Aufzeichnen der Folge {Ei} von Empfangsimpulsen Ei und Messen ihrer EmpfangsZeitpunkte t _E ,i und Amplituden ai . Wenn das Verfahren in einem Laserscanner 3 mit einer Strahlablenkeinrichtung 6 ausgeführt wird, welche den La- serstrahl 2 über die Umgebung U scannt, beispielsweise in nebeneinanderliegenden Abtastzeilen 10 wie später in Fig. 8 gezeigt, so dass die zeitlich aufeinanderfolgenden Sendeimpulse S _p auch ein örtlich verteiltes Muster von von den Sendeimpulsen S _p getroffenen Umgebungszielen U _p in der Umgebung U ergeben, erfolgt dieses Scannen ebenfalls in Schritt 9.

In einem nächsten Schritt 11 wird nun für jeden Empfangsimpuls Ei eine Gruppe Gi von M Stück Entfernungsmesswert- Kandidaten, kurz „Kandidatenentfernungen", di, _m erzeugt, mit m = 1 ... M. Die Anzahl M definiert die Anzahl an MTA-Zonen Z _r , die aufgelöst werden können, d.h. in welchen Umgebungsziele U _p MTA- zonenrichtig entfernungsvermessen werden können. Für diese Funktion ist es auch erforderlich, dass die Codelänge L der Im- pulsabstandsvariation (Pulspositionsmodulation) der Sendeimpulse S _p größer oder gleich M ist. Jede Kandidatenentfernung di, _m einer Gruppe G _± eines Empfangsimpulses Ei ist dabei auf jeweils einen anderen von M dem Empfangsimpuls Ei vorangegangenen Sendeimpulsen S _p bezogen, d.h. wurde aus der Laufzeit zwischen dem EmpfangsZeitpunkt t _E ,i dieses Empfangsimpulses Ei und dem Sendezeitpunkt t _s , _p _ _m des jeweiligen Sendeimpulses S _p _ _m berechnet, auf den für diese Kandidatenentfernung di, _m Bezug genommen wurde. Dies wird anhand des Diagramms von Fig. 7 im Detail erörtert.

Als Beispiel sei der Empfangsimpuls E ₆ in Fig. 7 herange- zogen, welcher unmittelbar nach dem siebten Sendeimpuls S ₇ empfangen wurde. Die horizontalen, durchgezogenen Linien 12 des Diagramms von Fig. 7 stellen jeweils zum Sendezeitpunkt t _s , _P eines Sendeimpulses S _p beginnende Zeitachsen - und damit synonym: Entfernungsachsen - dar, auf welchen - analog zu Fig. 5 - je- weils die nach einem Sendeimpuls S _p bis zum nächsten Sendeimpuls S _p+ i einlangenden Empfangsimpulse Ei aufgetragen wurden. So wurde nach dem Sendeimpuls S ₄ der erste Empfangsimpuls Ei empfangen, dann wurde der Sendeimpuls S ₅ ausgesandt, daraufhin der Empfangsimpuls E ₂ empfangen, daraufhin der Sendeimpuls S ₆ aus- gesandt, woraufhin drei Empfangsimpulse E ₃ , E ₄ , E ₅ empfangen wurden, bevor der nächste Sendeimpuls S ₇ ausgesandt wurde, woraufhin der hier beispielhafte Empfangsimpuls E ₆ empfangen wurde, usw. usf. Der vertikale Abstand zwischen zwei Zeit- bzw. Entfernungsachsen 12 entspricht in dem Diagramm von Fig. 7 dem jeweiligen Impulsabstand τ _ρ .

Die Gruppe G ₆ für den Empfangsimpuls E ₆ setzt sich in dem Beispiel von Fig. 7 aus M = 4 Kandidatenentfernungen d _6l ±, d ₆ , ₂ , d ₆ , ₃ und d ₆ , ₄ zusammen. In dem Diagramm von Fig. 7 sind die Gruppen Gi jeweils durch eine strichlierte Linie 13 versinnbild- licht.

Die Kandidatenentfernungen d _6l ± bis d ₆ , ₄ berechnen sich jeweils auf Basis der Zeitdifferenz zwischen dem Empfangszeitpunkt t _E ,6 des Empfangsimpulses E ₆ und dem jeweiligen Sendezeitpunkt t _s ,7, t _s ,6 _/ t _s ,5 und t _s ,4 der M = 4 vorangegangenen Sendeim- pulse S ₇ , S ₆ , S ₅ und S ₄ zu: ₇ ) - c/2

6) - c/2

(4) 5) - c/2

) - c/2

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, wird bei der Erzeugung der Gruppen G± in Schritt 11 gleichzeitig jede Kandidatenentfernung di, _m jenem Sendeimpuls S _p zugeordnet, auf den sie bezogen ist, d.h. im vorliegenden Beispiel:

Dies ist in Fig. 7 dadurch versinnbildlicht, dass die Kandidatenentfernungen di, _m der Gruppen Gi auf jeweils der Zeitbzw. Entfernungsachse 12 desjenigen Sendeimpulses S _p , dem sie zugeordnet wurden, aufgetragen sind, wodurch sich der schräge Verlauf der Gruppenlinien 13 ergibt.

Jede Kandidatenentfernung di, _m bzw. jedes Dupel (di, _m , a±) erhält dadurch gleichzeitig einen Sendeimpuls -Index, allgemein p, zugeordnet und wird dadurch zu dem Dupel (d _i;m , p) bzw. Tri- pel (di, _m , a±, p) . Die in Schritt 11 erzeugte Menge { (di, _m , p) } bzw. { (di, _m , a±, p) } von Dupeln bzw. Tripeln wird beispielsweise wieder im Speicher 8 ' gespeichert .

Im nächsten Schritt 14 (Fig. 6) wird nun für jede Kandidatenentfernung di, _m dieser Menge ein Gewichtungswert Wi, _m wie folgt ermittelt. Der Gewichtungswert Wi, _m wird auf Basis zumindest einer „Paarung" der jeweils betrachteten, zu gewichtenden Kandidatenentfernung di _,m und zumindest einer „Nachbar" - Kandidatenentfernung d _j , _n ermittelt. Die für die Paarungen in Frage kommenden Nachbar-Kandidatenentfernungen d _j , _n liegen in dem Diagramm von Fig. 7 in einem „Fangbereich" 15 rund um die betrachtete Kandidatenentfernung di, _m , welcher durch folgende Kriterien definiert ist:

(1) Die Nachbar-Kandidatenentfernung d _j , _n im Fangbereich 15 ist einem solchen Sendeimpuls S _p ±i zugeordnet (hier: den Sende- Impulsen S ₅ und S ₇ ) , welcher jenem Sendeimpuls S _p (hier: S ₆ ) benachbart ist, dem die betrachtete, zu gewichtende Kandidatenentfernung di, _m (hier: d ₆ , ₂ ) zugeordnet ist. Unter einem einem Sendeimpuls S _p „benachbarten" Sendeimpuls wird dabei sowohl ein zeitlich benachbarter Sendeimpuls S _p ±i,

S _p ±2, ... wie hier der zeitlich vorangehende Sendeimpuls S ₅ oder der zeitlich nachfolgende Sendeimpuls S ₇ betrachtet, oder ein örtlich benachbarter Sendimpuls S _p±x (x e N) , wie in Fig. 8 dargestellt.

Fig. 8 zeigt einen solchen örtlichen Fangbereich 15 für den hier beispielhaft betrachteten Sendeimpuls S ₆ , dem die hier beispielhafte Kandidatenentfernung d ₆ , ₂ zugeordnet ist. In dem Fangbereich 15 sind dem Sendeimpuls S ₆ die Sendeimpulse S-995 , S-994 , S-993 , S5, S7, Si005 _/ S10O6 Und Si007 Ort- lieh benachbart, wenn der Fangbereich 15 eine Größe von 3 x 3 Sendeimpulsen S _p hat. Auch Fangbereiche 15 anderer Größen, z.B. 4 x 3, 4 x 4, 5 x 3, 5 x 4, 5 x 5 usw. sind möglich. Es ist ersichtlich, dass Sendeimpulse S _p aus verschiedenen Abtastzeilen 10 zueinander großen zeitlichen Abstand haben können, hier z.B. einen Abstand von 1000 zwischenliegenden Sendeimpulsen, und dennoch örtlich im Fangbereich 15 einander benachbart sein können.

Das zweite Kriterium für Nachbar-Kandidatenentfernungen dj,n welches damit gleichzeitig den Fangbereich 15 definiert, liegt darin, dass es sich bei diesen Kandidatenentfernungen dj, _n um die jeweils entfernungsnächsten der einem solchen (zeitlich oder örtlich) benachbarten Sendeimpuls jeweils zugeordneten Kandidatenentfernungen handeln muss. In dem Beispiel von Fig. 7 sind dem beispielhaften Nachbar-Sendeimpuls S ₅ (zeitlicher Nachbar des Sendeimpulses S ₆ , welchem die Kandidatenentfernungen d _6;2 des Empfangsimpulses E ₆ zugeordnet ist) die Kandidatenentfernungen d ₂ ,i, d ₃ ,2, d ₄ , ₂ , d ₅ ,2, d ₆ , ₃ , d ₇ ,3 und d ₈ , ₄ zugeordnet, und von diesen ist jene mit dem der betrachteten Kandidatenentfernung d ₆ , ₂ nächstliegenden Entfernungswert die Kandidatenentfernung d ₃ , ₂ ·

Optional kann im Kriterium (2) auch vorgesehen werden, dass Kandidatenentfernungen d _j , _n , die zwar dem Krite- rium (2) genügen, jedoch außerhalb eines vorgegebenen Entfernungsbereichs (synonym: Zeitbereichs) rund um die betrachtete Kandidatenentfernung di, _n (hier: d ₆ , ₂ ) liegen, nicht berücksichtigt werden. Ein solcher Entfernungsbereich ist in dem Diagramm von Fig. 7 als horizontale Brei- te b des Fangbereichs 15 auf den Zeit- bzw. Entfernungsachsen 12 ablesbar; alle Kandidatenentfernungen d _j , _n außerhalb der Breite b des Fangbereichs 15 bleiben im weiteren Verfahren unberücksichtigt.

All jene Kandidatenentfernungen d _j , _n , welche den beiden obigen Kriterien (1) und (2) genügen, sich also für den Fangbereich 15 qualifizieren bzw. diesen dadurch definieren, werden im Schritt 14 für die Ermittlung des Gewichtungswerts Wi, _m der betrachteten Kandidatenentfernung di, _m berücksichtigt. Wenn nur eine sich qualifizierende Kandidatenentfernung d _j , _n im Fangbereich 15 liegt, z.B. wenn der Fangbereich 15 so klein festgelegt wird, dass nur ein Nachbar-Sendeimpuls berücksichtigt wird und die Breite b klein ist, dann setzt sich der Gewichtungswert Wi, _m ausschließlich aus einem einzigen Teilgewicht für die Paarung di, _m <->· d _j , _n zusammen. Wenn mehrere sich qualifizierende Kandida- tenentfernungen d _j , _n im Fangbereich 15 liegen, wird jeweils ein

Teilgewicht PWi _;m;k (k = 1 ... K) für jede von K möglichen Paarungen 16 zwischen der betrachteten Kandidatenentfernung di, _m und der jeweiligen damit gepaarten Kandidatenentfernung d, _n , _k berechnet und der Gewichtungswert Wi, _m der Kandidatenentfernung di, _m ergibt sich als k

mit bzw .

Bei k = 1, d.h. nur einer Paarung 16, entspricht das Teil- gewicht PWi _;m;k direkt dem Gewichtungswert Wi, _m . Bei k > 1 können die K Teilgewichte PW _i;mik auch ihrerseits in unterschiedlich gewichteter Form in den Gewichtungswert Wi, _m eingehen, beispielsweise um diagonale Paarungen 16 in einem quadratischen örtlichen Fangbereich 15 wie jenem von Fig. 8 geringer zu gewichten als vertikale oder horizontale Paarungen 16.

In der Funktion fi von Gleichung (7) berücksichtigt jedes Teilgewicht PWi _;m;k die Entfernungsdifferenz zwischen der betrachteten Kandidatenentfernung di, _m und der jeweils gepaarten Kandidatenentfernung d _jin;k , d.h.

PWi.,m,k, = EGi.,m,k _t

Fig. 9a zeigt ein Beispiel einer solchen Entfernungsge- wichtsfunktion f _EG , welche die Entfernungsdifferenz d _j , _n , _k - di, _m der Kandidatenpaarung 16, aufgetragen auf der x-Achse des Diagramms von Fig. 9a und normiert auf die Fangbereichsbreite b, in ein Entfernungsgewicht EGi _;m;k , aufgetragen auf der y-Achse des Diagramms von Fig. 9a, umrechnet. Fig. 9a zeigt vier ver- schiedene Varianten vi, v ₂ , v ₃ und v ₄ der Entfernungsgewichts- funktion fEG mit linearem (vi) bzw. zunehmend stärkerem, nichtlinearem Abfall bei größeren Differenzwerten (v ₁₍ v ₂ , v ₃ ) .

Optional und bevorzugt wird das Teilgewicht PWi, _m , _k - und damit letztlich der Gewichtungswert Wi, _m - zusätzlich auf Basis der Amplitudenwerte ai und a _j der an der jeweiligen Paarung 16 beteiligten Kandidatenentfernungen di _,m und d _j,n gebildet, wie durch die Funktion f ₂ in Gleichung (8) veranschaulicht. Dazu wird zunächst die Amplitudendifferenz a - ai, _m der an der Paarung 16 beteiligten Kandidatenentfernungen di, _m und d _j , _n mit einer Amplitudengewichtsfunktion f _AG zu einem Amplitudengewicht AGi, _n , _k berechnet zu:

Fig. 9b zeigt vier beispielhafte Varianten v _i( v ₂ , v ₃ und v ₄ einer solchen Amplitudengewichtsfunktion f _AG , wobei wieder auf der x-Achse die Amplitudendifferenz a-j, _n , _k - i, _m (in dB) und auf der x-Achse das Amplitudengewicht AG _i;mik aufgetragen ist, u.zw. in vier verschiedenen Varianten v _i( v ₂ , v ₃ , v ₄ mit (in logarithmischem Maßstab) linearem (vi) bzw. zunehmend stärkerem, nicht-linearem Abfall bei größeren Differenzwerten (v ₂ , v ₃ , v ₄ ) .

Das Teilgewicht PW _i;mik der k-ten Paarung 16 berechnet sich dann aus einer Summe, einer beliebigen Funktion oder bevorzugt einem Produkt des Entfernungsgewichts EGi, _m , _k und des Amplitudengewichts AGi, _m , _k zu:

PW. _mtk =EG. _m AG. _mtk (11)

Die Teilgewichte PWi _im , _k werden dann zu dem Gewichtungswert Wi, _m aufsummiert wie oben erläute

Nachdem in Schritt 14 (Fig. 6) auf diese Weise Gewich- tungswerte W _i;m für alle Kandidatenentfernungen di, _m berechnet worden sind, werden in einem anschließenden Schritt 17 in jeder Gruppe G± jene Kandidatenentfernungen di, _m ausgewählt, welche den maximalen Gewichtungswert Wi, _m in der jeweiligen Gruppe G± haben. Die in einer Gruppe Gi ausgewählten Kandidatenentfernung di, _m stellt nun den Entfernungsmesswert d± jenes Empfangsimpulses E _i( für den die Gruppe G± erzeugt wurde, dar:

Damit ist nun für jeden Empfangsimpuls Ei ein Entfernungsmesswert di bestimmt, welcher optimal MTA- zonenrichtig ist.

Fig. 10 zeigt die Leistungsfähigkeit des vorgestellten

Verfahrens anhand zweier Beispiele einer 3D- Punktewolke von Entfernungsmesspunkten einer Umgebung, und zwar einmal mit einem herkömmlichen Laserscanner 1 (Fig. 10a) und einmal mit einem nach dem vorgestellten Verfahren arbeitenden Laserscanner 3 (Fig. 10b) .

Aus Fig. 10a ist ersichtlich, dass eine in der MTA-Zone Z _± aufgestellte Leiter 17 zu massiven Zuordnungsfehlern einer dahinter in der MTA-Zone Z ₂ liegenden Gebäudefassade 18 führt, siehe die Artefakte eines fälschlich der MTA-Zone Z _± zugeordne- ten und damit in der Nähe der Leiter 17 erscheinenden Fassadenelements 19.

Bei dem Beispiel von Fig. 10b wurde das beschriebene Verfahren mit Gewichtungswerten aus acht jeweils aus Entfernungsund Amplitudengewichten gebildeten Teilgewichten für einen örtlichen 3x3 -Fangbereich 15 durchgeführt. Das Verfahren führte zu einer korrekten Zuordnung der gesamten Gebäudefassade 18 zu der weit hinter der Leiter 17 liegenden zweiten MTA-Zone Z ₂ . Der Schatten der Leiter 17 auf der Gebäudefassade 18 ist damit klar erkennbar, ohne dass Teile der Gebäudefassade 18 fälschlich der MTA-Zone Zi zugeordnet wurden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Modifikationen und Kombinationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.