DE10049906A1

DE10049906A1 - Sensoranordnung mit einem Puls-Echo-Radar

Info

Publication number: DE10049906A1
Application number: DE10049906A
Authority: DE
Inventors: Roland Klinnert; Klaus Voigtlaender; Hauke Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-11
Also published as: SE521603C2; FR2815128A1; FR2815128B1; JP4128765B2; US20020067304A1; SE0103356L; ITMI20012039A0; US6614388B2; SE0103356D0; ITMI20012039A1; JP2002156446A

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung mit einem Puls-Echo-Radarsystem vorgeschlagen, mit der ein Trägersignal eines Mikrowellen-Sendeoszillators (2) pulsförmig mit einer vorgegebenen Pulswiederholrate in einem Sendefenster ausgesendet wird. Dieses Radarsignal wird an einem Zielobjekt reflektiert, und in einem Mischer (7) wird aus der Zeit vom Aussenden des Pulses und dem Eintreffen der reflektierten Strahlung die Lage des Zielobjekts ermittelt. Es kann ein Array von mehreren Sender- und Empfängerbaugruppen (11, 20, 30, 40) mit Schaltern (R¶1¶, R¶2¶, R¶3¶, R¶4¶) aufgebaut werden, bei denen die stochastischen Pulsfolgen jedes Sendefensters in jedem Empfängerzweig (7, 9, 10) bekannt sind und die Sender- und Empfängerbaugruppen (11, 20, 30, 40) derart miteinander verknüpft sind, dass in jedem der Empfängerzweige (7, 9, 10) die stochastischen Pulsfolgen jedes Sendefensters separat erfasst werden und damit auch die Kreuzechos auswertbar sind.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit einem Puls-Echo-Radar nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist beispielsweise aus der DE 44 42 189 A1 bekannt, dass bei einem System zur Abstandsmessung im Umgebungsbe reich von Kraftfahrzeugen Sensoren mit Sende- und Emp fangseinheiten zugleich zum Senden und Empfangen von In formationen verwendet werden. Unter Zuhilfenahme der Ab standsmessung können hier passive Schutzmaßnahmen für das Fahrzeug, beispielsweise bei einem Front-, Seiten- oder Heckaufprall aktiviert werden. Mit einem Austausch der erfassten Informationen kann zum Beispiel eine Beurtei lung von Verkehrssituationen zur Aktivierung entsprechen der Auslösesysteme durchgeführt werden.

Es ist darüber hinaus für sich gesehen allgemein bekannt, dass eine Abstandsmessung mit einem sogenannten Pulsradar vorgenommen werden kann, bei dem ein Trägerpuls mit einer rechteckförmigen Umhüllung einer elektromagnetischen Schwingung im Gigahertzbereich ausgesendet wird. Dieser Trägerpuls wird am Zielobjekt reflektiert und aus der Zeit vom Aussenden des Impulses und dem Eintreffen der reflektierten Strahlung kann die Zielentfernung und mit Einschränkungen unter Ausnutzung des Dopplereffekts auch die Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts leicht be stimmt werden. Ein solches Messprinzip ist beispielsweise in dem Fachbuch A. Ludloff, "Handbuch Radar und Radarsi gnalverarbeitung", Seiten 2-21 bis 2-44, Vieweg Verlag, 1993 beschrieben.

Für die sichere Ansteuerung der eingangs erwähnten Insas senschutzsysteme in einem Kraftfahrzeug werden in der Re gel eine Vielzahl von Radarsensoren für die einzelnen Konfliktsituationen im Umgebungsbereich des Kraftfahrzeu ges benötigt. Beispielsweise ist eine Kollisionsfrüher kennung (Precrasherkennung) notwendig, um eine vorzeitige Erfassung eines Objekts zu ermöglichen, welches bei einer Kollision eine Gefahr für die Fahrzeuginsassen darstellt.

Die bekannten Radarsensoren für den Puls-Echo-Betrieb senden dabei in der Regel mit einer festen Wiederholrate periodisch die Pulse aus, so dass die Pulsfolgen ver schiedener Sender somit in der Regel nicht unterscheidbar sind. Wenn die Sender eines Mikrowellenradarsystems unab hängig voneinander arbeiten, z. B. mit einer Pulswieder holrate von 6 MHz, einer Trägerfrequenz von 24 GHz und einer Pulsbreite von ca. 350 ps, empfängt jeder Sensor nur Objektechos der Eigenpulse und die Echos von Pulsen der anderen Sender werden nicht bzw. nur in Form von Si gnalrauschen empfangen.

Für sich gesehen ist es beispielsweise aus der DE 198 02 724 A1 bekannt, dass bei einer Überwachungseinrichtung codierte Ultraschallimpulse ausgesendet werden, die mit entsprechenden Signal-Echo-Sensoren detektiert werden. Hierbei werden somit zur Unterscheidbarkeit der empfange nen Impulse diese vorher mittels eines Zufallsgenerators codiert und dann entsprechend selektiv ausgewertet.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht von einer eingangs erwähnten Sen soranordnung mit einem Puls-Echo-Radarsystem aus, bei der ein Trägersignal eines Mikrowellensenders pulsförmig mit einer vorgegebenen Pulswiederholrate ausgesendet wird. Dieses Mikrowellensignal wird an einem Zielobjekt reflek tiert und in einer Mischerschaltung wird aus der Zeit vom Aussenden des Pulses und dem Eintreffen der reflektierten Strahlung die Lage des Zielobjekts hergeleitet. In vor teilhafter Weise werden dabei mittels eines zufallsge steuerten Schalters die Pulse nur mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit ausgesendet, wobei dann zur Auswertung der empfangenen Signale die stochastischen Pulsfolgen des Senders beim Empfänger bekannt sind. Durch diese Codie rung ist auch hier eine Unterscheidbarkeit mehrerer ge sendeter Signale möglich.

Erfindungsgemäß ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Array aus mehreren, in einer beliebigen Anzahl n ≧ 1 vorhandenen, Sender- und Empfängerbaugruppen aufgebaut, bei denen die stochastischen Pulsfolgen jedes Senders bei jedem Empfänger bekannt sind und die Sender- und Empfän gerbaugruppen derart miteinander verknüpft sind, dass an jedem Empfänger die stochastischen Pulsfolgen jedes Sen ders separat auswertbar sind. Mit der zuvor erwähnten Schaltanordnung ist das Sendefenster in Abhängigkeit von der stochastischen Pulsfolge des jeweiligen Senders frei gebbar und an jedem Empfänger wird ein Empfangsfenster für alle ausgesendeten Pulse geöffnet. Eine Korrelation der jeweils einem Sender zugehörigen Signale mit den je weils zugehörigen empfangenen Signalen wird dann in vor teilhafter Weise nach einer Mischung der empfangenen Si gnale mit dem Trägersignal in jeder der jeweiligen Mi scherschaltungen der Sender- und Empfängerbaugruppen durchgeführt.

Mit der erfindungsgemäßen stochastischen Codierung der Sendepulsfolgen ist es prinzipiell möglich, bei einer An ordnung von mehreren Sende- und Empfangsbaugruppen aus einer empfangenen Pulsfolge den Sender und den Sendezeit punkt zu rekonstruieren, und somit die Störsicherheit ge genüber Fremdsendern zu erhöhen, da nun neben der Emp fangsstörleistung auch die Codierung die Detektion beein flusst. Somit ist auf einfache Weise eine Kreuzechoaus wertung des gesamten Arrays für die Lagebestimmung des Zielobjekts ermöglicht.

Weiterhin kann eine Diskriminierung von sogenannten spä ten Echos durchgeführt werden, d. h. von Echos von Objek ten, die außerhalb des Eindeutigkeitsbereiches (z. B. 15 m bei einer Anwendung in der Kraftfahrzeugtechnik) liegen. Dies gilt auch für durch Mehrfachreflexionen entstehende Scheinobjekte, die außerhalb des Erfassungsbereiches zu liegen scheinen. Auf einfache Weise kann auch ein größe rer Signal-Rausch-Abstand erreicht werden, wenn die Puls wiederholrate erhöht wird, wobei die Pulsperiode sogar die Lichtlaufzeit über den Erfassungsbereich unterschrei ten darf.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist in jeder der Sender- und Empfängerbaugruppen jeweils ein von dem Schalter im Sendezweig jeweils einer Sender- und Empfän gerbaugruppe gesteuertes FiFo-Register vorhanden, mit dem zur Korrelation der jeweils einem Sender zugehörigen Si gnale mit den jeweils zugehörigen verzögerten empfangenen Signalen das jeweilige Empfangssignal auf einen separaten Akkumulator geschaltet wird.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung wird anhand von vor teilhaften Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Sende- und Emp fangsbaugruppe eines stochastisch codierten Mikro wellenradarsystems nach dem Puls-Echo-Verfahren und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Arrays von Sende- und Empfangsbaugruppen eines Mikrowellenradarsystems nach der Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Sende- und Emp fangsbaugruppe 1 eines Mikrowellenradarsystems darge stellt, das einen Sendeoszillator 2 für das Trägersignal, z. B. mit einer Frequenz von 24 Ghz, aufweist, wobei der erste Ausgang des Sendeoszillators 2 über einen Schalter 3 so geschaltet wird, das am Ausgang 4 der Baugruppe 1 ein gepulstes Ausgangssignal vorliegt. Der Schalter 3 wird von einem Taktgenerator 5 angesteuert, der bei spielsweise eine Taktfrequenz von 50 Mhz aufweisen kann. Das Taktsignal des Taktgenerators 5 ist hier über einen zusätzlichen Schalter R_i geführt, über den die Sendepuls folge stochastisch codiert wird.

Der Schalter R_i bewirkt hierbei, dass nicht jeder Puls des Taktgenerators 5 gesendet wird und ein Puls stattdes sen nur mit einer durch den Schalter R_i vorgegebenen Wahrscheinlichkeit P gesendet wird. An einen Empfänge reingang 6 der Baugruppe 1 gelangt das von einem Zielob jekt reflektierte Empfangssignal und wird auf einen Mi scher 7 geführt. An diesem Mischer 7 liegt außerdem das Trägersignal des Sendeoszillators 2 an, das hier eben falls mit dem codierten Taktsignal des Taktgenerators 5, allerdings in einem Baustein 8 verzögert um einen Zeit faktor τ (0 bis 2π), über einen Schalter 3' gepulst ist.

Mit der Verzögerung im Baustein 8 wird in einer an sich aus dem Stand der Technik bekannten Weise ein Entfer nungsfenster der Sensoranordnung definiert, da auch das gesendete, am Zielobjekt reflektierte und am Eingang 6 empfangene Signal eine durch die Entfernung des Zielob jekts bestimmte Laufzeit aufweist. Das durch die Mischung gewonnene entfernungsabhängige Signal wird nach einer Filterung und Betragsbildung in einem Tiefpass 9 auf ei nen Akkumulator 10 geführt. Für die am Zielobjekt reflek tierten Pulsechos wird hier, bei richtiger Wahl der Puls verzögerung, aufgrund der Codierung des Sendesignals nur ein Bruchteil derjenigen Energie im Akkumulator 10 detek tiert, die ohne Codierung empfangen worden wäre. Dieser Effekt kann durch eine einfache Erhöhung der Pulswieder holrate, von z. B. herkömmlichen 6 MHz auf 18 MHz oder hö her, kompensiert werden.

Aus Fig. 2 ist der Aufbau eines Arrays von Sender-/Empfänger baugruppen 11, 20, 30 und 40 zu entnehmen, die sich von dem Aufbau der Sender-/Empfängerbaugruppel nach der Fig. 1 im wesentlichen durch die Lage und Än zahl weiterer Schalter R₁ bis R₄ bzw. R'₁ bis R'₄ unter scheidet. Gleichwirkende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Fig. 1 versehen.

Bei der Verwendung mehrerer Sender-/Empfängerbaugruppen 11, 20, 30 und 40 nach der Fig. 2 ist mit Hilfe der sto chastischen Codierung mit den Schaltern R₁ bis R₄, ent sprechend dem Schalter R_i nach der Fig. 1, eine Kreu zechoauswertung möglich, wenn die stochastischen Pulsfol gen des Sendesignals am jeweiligen Ausgang 4 dem jeweili gen Empfangszweig am Eingang 6 bekannt sind. Die Pulsan steuerung für das jeweilige Sendefenster mit dem Schalter 3 wird beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 durch den Schalter R₁ für die Baugruppe 11, bis Schalter R₄ für die Baugruppe 40, abhängig von der stochastischen Puls folge des Sendesignals der jeweiligen Baugruppe 11 bis 40 direkt freigegeben oder nicht freigegeben.

Im Empfangszweig der jeweiligen Baugruppen 11 bis 40 sollen Pulse von allen Sendefenstern empfangen werden. Daher muss das Empfangsfenster in jeder Baugruppe 11 bis 40 vor dem Mischer 7 und dem Tiefpass 9 mit jedem der ge sendeten Pulse geöffnet werden. Die Korrelation der je weiligen stochastischen Sendefolge einer der Baugruppen 11 bis 40 erfolgt somit erst hinter dem Mischer 7. Hier wird das am jeweiligen Eingang 6 empfangene Signal, nach der Filterung und Betragsbildung im Tiefpass 9, abhängig von den zufälligen Werten 0 oder 1 der Schalter R_i (R₁ bis R₄) des jeweiligen Sendezweiges der Baugruppen i (11 bis 40) in der betreffenden Pulsperiode auf die jeweili gen Akkumulatoren A_i (hier 12 bis 15 in der Baugruppe 11) geschaltet oder nicht geschaltet.

Die Schaltzustände der Schalter R₁ bis R₄ werden hierfür an jeder der Baugruppen 11 bis 40 über entsprechend Ein gänge an sog. FiFo-Pufferspeicher 16 bis 19 geführt, mit denen die Schaltzustände um eine jeweils festlegbare An zahl von Perioden des Taktgenerators 5 verzögert werden können, wodurch gezielt verschiedene Entfernungsbereiche auswertbar sind. Die Ausgangsspannung an jedem Akkumula tor A_i unterscheidet sich abhängig davon, ob die Schal terpulsfolge mit der Empfangspulsfolge korreliert war oder nicht. Für n Sender erhält man somit n² Akkumulato ren A_ij (i,j = 1 . . . n entsprechend dem Akkumulator für Sender j im Empfangszweig i). Die Akkumulatoren A_ii ent halten dabei die Eigenpulsechos und die Akkumulatoren A_i,j≠i die Kreuzechos.

Da die Ausbreitung der Radarwellen reziprok ist, gilt für die Erwartungswerte E (A_ij) E (A_ji), d. h. je zwei Kreuz echo-Akkumulatoren A_ij,A_ji enthalten denselben Signalan teil; lediglich deren Rauschanteil ist unterschiedlich. Dieser Umstand kann in einer nachfolgenden Verarbeitung für eine Mittelung der beiden Akkumulatoreninhalte ge nutzt werden, um das Rauschen weiter zu reduzieren, oder zur Reduktion des Rechen- und Hardwareaufwands, indem nur ein Akkumulator realisiert und ausgewertet wird.

Claims

1. Sensoranordnung mit einem Puls-Echo-Radarsystem, mit der
ein Trägersignal eines Mikrowellen-Sendeoszillators (2) pulsförmig mit einer vorgegebenen Pulswiederhol rate in einem Sendefenster ausgesendet wird, an ei nem Zielobjekt reflektiert und in einem Mischer (7) aus der Zeit vom Aussenden des Pulses und dem Ein treffen der reflektierten Strahlung die Lage des Zielobjekts auswertbar ist und mit der
mittels eines zufallsgesteuerten Schalters (R_i bzw R₁ bis R₄) die Pulse mit einer vorgegebenen Wahr scheinlichkeit aussendbar sind, wobei die stochasti schen Pulsfolgen des Sendefensters im Empfängerzweig (7, 9, 10) bekannt sind.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass
ein Array von mehreren Sender- und Empfängerbaugrup pen (11, 20, 30, 40) mit Schaltern (R₁, R₂, R₃, R₄) aufge baut ist, bei denen die stochastischen Pulsfolgen jedes Sendefensters in jedem Empfängerzweig (7, 9, 10) bekannt sind und die Sender- und Empfängerbaugruppen (11, 20, 30, 40) derart miteinander verknüpft sind, dass in jedem der Empfängerzweige (7, 9, 10) die sto chastischen Pulsfolgen jedes Sendefensters separat auswertbar sind.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass
mit den Schaltern (R₁, R₂, R₃, R₄) das jeweilige Sende fenster in Abhängigkeit von der stochastischen Puls folge des jeweiligen Sendesignals freigebbar ist und an jedem Empfängerzweig (7, 9, 10) ein Empfangsfenster für alle ausgesendeten Pulse mit weiteren Schaltern (R'₁, R'₂, R'₃, R'₄) geöffnet wird, wobei
eine Korrelation der jeweils einem Sendefenster zu geordneten Pulse mit den jeweils zugehörigen empfan genen Pulse nach einer Mischung der empfangenen Si gnale mit dem Trägersignal in jedem der jeweiligen Mischer (7) der Sender- und Empfängerbaugruppen (11, 20, 30, 40) durchführbar ist.

4. Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass
in jeder der Sender- und Empfängerbaugruppen (11, 20, 30, 40) jeweils ein von den Schaltern (R₁, R₂, R₃, R₄) im Sendezweig jeweils einer Sender- und Empfängerbaugruppe (11, 20, 30, 40) gesteuerter FiFo- Pufferspeicher (16, 17, 18, 19) vorhanden ist, mit dem das jeweilige Schaltsignal für jeden der Schalter (R₁, R₂, R₃, R₄) um eine jeweils festlegbare Anzahl von Perioden des Taktgenerators (5) verzögert werden kann.