DE3028338C2

DE3028338C2 - Doppler-Radareinrichtung

Info

Publication number: DE3028338C2
Application number: DE3028338A
Authority: DE
Inventors: Akira Katsuta Ibaraki Endo; Yoichi Tokorzawa Saitama Kaneko; Akira Yokosuka Kanagawa Matsumura; Kenji Tokyo Sekine
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1984-01-26
Also published as: US4354191A; GB2056214A; JPS5619467A; GB2056214B; DE3028338A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Doppler-Radareinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
. Bei Antirutsch-Bremssystemen für Kraftfahrzeuge und anderen Gesohwindigkeitssteuerungen derartiger Fahrzeuge ist es erforderlich, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gegenüber dem Grund oder Boden genau und rasch zu messen. Als Meßeinrichtung für die Grundgeschwindigkeit des Fahrzeuges ist eine Vorrichlurtg bekannt geworden, bei iier eine iviiicrowcnen-Dopplerradareinrichtung vom Fahrzeug mitgeführt und die Frequenzverschiebung oder der Dopplereffekt zwischen den von der Antenne der Radareinrichtung gegenüber dem Boden abgestrahlten Wellen einerseits » und den vom Boden zur Antenne reflektierten Wellen andererseiis verwendet wird, um die Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu messen.

In einer derartigen Grundgeschwindigkeiis-Dopplerradareinrichtung muß verhindert werden, daß eine Mikrowellensignalstörung oder -interferenz zwischen uen uuen er wannten wciicii unuucii wcncii <xuiiuii,uic von einem am Fahrzeug mitgeführten Sende-Empfänger, einer in der Nähe der Straße befindlichen Hochleistungs-Funkeinrichtiing oder dergleichen er- ^o zeugt werden.

Experimente haben gezeigt, daß eine Störung oder Interferenz zwischen den Wellen von zwei Doppler-Radareinrichtungen zum Messen der Geschwindigkeiten von Fahrzeugen nur dann stattfindet, wenn die Differenz der Sendefrequenzen sich innerhalb von ungefähr 1OkHz nähert und außerdem die Wellen gleiche Ausstrahlungsrichtung (Streuung) haben und ausreichend hohe Leistung besitzen. Die Wahrscheinlichkeit von Störungen oder Interferenzen ist somit gering.

In dem Falle jedoch, wo eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist ist der Einfluß von Mikrowellensignalstörungen oder -Interferenzen nicht vernachlässigbar. Wenn die Anwesenheit von leistungsstärkeren Störwellen betrachtet wird, wird außerdem eine wirksame Einrichtung zur Beseitigung der Mikrowellensignalsiörung oder -interferenz erforderlich.

Aus der US-PS 39 92 709 ist eine Doppler-Radai einrichtung bekannt mit der überprüft wird, ob in dem zur Verfügung stehenden Dopplerband neben der echten Dopplerfrequenz, die charakteristisch für die Geschwindigkeit des zu messenden Objekts ist ein weiteres Signal eithalten ist Es wird dann festgestellt ob die Amplitude dieses weiteren Signals einen bestimmten Schwellwert übersteigt Ist dies der Fall, so wird ein Triggerimpuls abgegeben, und die Frequenz des emittierten Radarsignals sukzessive geändert, bis das Störsignal außerhalb des Doppier-Frequenzbandes liegt

Nachteilig bei dieser Vorrichtung und ihrer Verfahrensweise ist daß dann, wenn das in der Nähe der emittierten Radarfrequenz liegende Störsignal eine große Amplitude hat dieses Signal für das Meßsignal gehalten werden kann. Es ist also möglich, daß das Störsignal mit dem richtigen Dopplersignal, dem Meßsignal, verwechselt wird, und das eigentliche, durch die DopplerverbreiterTLig an dem bewegten Objekt entstehende Dopplersignal als das Störsignal angesehen wird. Eine klare Unterscheidung zwischen dem echten Dopplersignal und dem von Störfrequenzen herrührenden Störsignal in dem Dopplersignalband ist bei der bekannten Vorrichtung nicht möglich. Die bekannte Doppler-Radareinrichtung kann weiterhin nicht den Fall erfassen, daß eine Störwelle auftritt deren Frequenz mit der Frequenz solcher Wellen übereinstimmt die von der Antenne des Meßgerätes ansgesandt wurden, und die vom Objekt reflektiert wurden.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Doppler-Radareinrichtung anzugeben, bei der pine Vi. rwechslung des echten Dopplersignals mit Störfrequenzen vermieden werden kann, und die damit nicht von Mikrowellensignalstörungen oder -Interferenzen beeinträchtigt wird, die einer anderen (Stör-)Signalquelle zuzuschreiben

Diese Aufgabe wird mit einer Doppler-Radareinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, die gemäß der Erfindung nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist eine Detektorschaltung zum Abtasten der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Mikrowellensignalstörung oder

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Ausgangssignals der Detektorschaltung zu befürchten ist, daß eine Mikrowellensignalinterferenz auftritt, so wird die Frequenz der Sendewellen auf eine Frequenz umgeschaltet, die keine Mikrowellensignalinterferenzen entstehen läßt, so daß der Einfluß der Störung oder Interferenz von Wellen beseitigt wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Detektorschaltung die Anwesenheit von Mikrowellensignalstörungen oder -Interferenzen in Abhängigkeit davon abtastet, ob die zeitliche Änderung der ermittelten Geschwindigkeit des Meßobjektes einen

vorgegebenen Wert überschreitet oder nicht

Genauer gesagt: Da die Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit pro Zeiteinheit die Beschleunigung eines Fahrzeugs angibt kann der feste Wert auf einen Wert eingestellt werden, der nicht als Beschleunigung des Fahrzeug·:, auftreten kann, d. h. innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 1,5 g (= Erdbeschleunigung), also auf einen Wert zwischen 4.9 m/s² bis 14,7 m/s-. Mit der erfindungsgemäOen Doppler-Radareinrichtung können unerwünschte !-«erferenz- oder Störungswellen und erforderliche reflektierte Wellen ohne weiteres unterschieden ά erden, indem man eine Differenzierschaltung und eine Schwellwertschaltung bei einer Doppler-Radareinrichtung vorsieht wobei der EinHuß von Störungswellen ohne weiteres vermieden wero · --nnn, f> indem man in Abhängigkeit von dieser L'iter^ .'. -idung die Frequenz eines Oszillators steuert Jer die gegenüber dem Boden oder Grun^ abgestrahlten Wellen erzeugt.

Weitere Merkmale und '"oneil*? der Erfindung werden nachstehend anhand Jp Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Doppler-Radareinrichtung,

Fig.2 ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Störung,

Fig.3 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Gleichspannungssteuerschaltung für die Ausführungs- J0 form gemäß F i g. I₁

F i g. 4 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung und in

F i g. 5 eine Kennlinie eines bei der erfindungsgemä-Ben Ausführungsform verwendeten Gunn-Oszillators.

Im folgenden soll zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen werden, die ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der neuartigen Doppler-Radareinrichtung zeigt.

In F i g. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Hochfreouenzeinheit, die einen Oszillator und eine Misch-Schaltung aufweist Die ausgesendeten Mikrowellen vom Oszillator werden unter einem festen Winkel Θ gegenüber einer Straßenoberfläche 3 durch ·ο einen Trichterstrahier oder eine Trichteranten.ie 2 abgestrahlt Die ausgestrahlten Mikrowellen, kontinuierliche Wellen mit einer Frequenz /0, werden von der Straßenoberfläche 3 gestreut und reflektiert und erleiden eine Dopplerverschiebung, wobei die Frequenzver- "> <> Schiebung mit Af bezeichnet wird, in Abhängigkeit von der relativen Geschwindigkeii zwischen dem Fahrzeug und der Straßenoberfläche S als RefleKtorkörper, woraufhin sie von der Trichterantenne 2 wieder als reflektierte Wellen empfangen werden. Die reflektierten WeI- >^r> Ien werden an die Misch-Schaltung der Hochfrequenzeisen i angeiegi und in das naunMeiienu ais Doppier-Signal bezeichnete Signal Af der der Doppler-Verschiebung unterworfenen Frequenzkomponente umgewandelt. Bezeichnet man die Fahrzeuggeschwindigkeit mit &o V in m/s und die Wellenlänge mit λ in m, so ist die Beziehung mit der Doppler-Frequenzverschiebung Af in Hz durch folgende Relation gegeben:

2 V Af = — cos©.

A,

Das Doppler-Signal hat nur einen Frequenzbereich, der der von einem Vorverstärker 4 verstärkten Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, und das verstärkte Signal wird an einen Komparator 5 angelegt. Der Komparator 5 unterwirft das Eingangssignal einer Umformung und wandelt es in ein Impulssignal fester Amplitude um. Das impulsintervall enthält die Frequenz des Eingangssignals entsprechend der Information der Fahrzeuggeschwindigkeit V in m/s. Somit kann ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Impulssigna! an einem Anschluß 6 abgeleitet werden. Das Impulssignal wird außerdem an einen Frequenz-Spannungs-Wandler 7 angelegt und in ein Signal mit einem Spannungswert umgewandelt, der proportional zur Geschwindigkeit ist. und zwar mittels einer Schaltung, die den Ausgangspegel in Abhängigkeit vom Impulsintervall variiert Das umgewandelte Signal liegt an einem Anschluß 10 an. Der Frequenz-Spannungs-Wandler 7 hat außerdem die Funktion einer Glättungsschaltung und unterdrückt abrupte Änderungen aufgrund mangelnder Impulse

Der vorstehend beschriebene Teil entspricht dem grundsätzlichen Aufbau von Doppler-Radareinrichningen, die bislang bekannt waren.

In dem Falle, wo bei dem obigen Aufbau ein Signal mit Störwellen bei einer Frequenz fL in der Nähe der Frequenz (fO+Äf) der reflektierten Wellen angelegt wurde, wie es oben bereits angedeutet worder. ist. erleidet die Ausgangsspannung am Ausgang oder Anschluß 10 eine plötzliche Änderung im Teil 15 (vgl. F ig. 2) autgrund der Komponente der äußeren Störfrequenz /L₁ und zwar trotz der Tatsache, daß sich die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht abrupt ändert.

Um den Einfluß der Komponente des externen Frequenzsignals fL auszuräumen, ist die neuartige Doppler-Radareinrichtung in der nachstehend beschriebenen Weise aufgebaut Um zu unterscheiden, daß der Teil 15 nicht eine Information der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, sondern ein Störsignal, wird, ob oder ob nicht das Ausgangssignal des Frequenz-Spannungs-Wandlers 7 ein Signal auf der Basis einer Fahrzeuggeschwindigkeit ist. die tatsächlich unmöglich ist in Abhängigkeit davon festgestellt bzw. unterschieden, ob die Beschleunigung einen Wert von 1 g, also 9,8 m/s² überschreitet oder .licht. Wenn somit die Beschleunigung höher als 1 g ist, wird die Vorspannung des Oszillators der Hochfrequenzeinheit 1 so gesteuert, daß eine Änderung der Frequenz der ausgesendeten Mikrowellen erfoi£t.

Zuerst wird das Ausgangssignai a oes Frequenz-Spannungs-Wandlers 7 an eine Differenzierschaltung 11 angelegt und in ein Signal b umgewandelt, das für die Änderung der Spannung pro Zeiteinheit repräsentativ ist, d. h. ein Signal, das für die Beschleunigung des Fahrzeugs repräsentativ ist

Dieses Ausgangssigna! b wird an eine Koniparator- oder Schwellwertschaltung 12 angelegt, die ein Treiber-Ausgangssignal c hohen Potentials erzeugt, wenn ihr Eingang ein höheres Potential als ihr Schwellwert aufweist. Dieser Schwellwert wird auf einen solchen Wert iestgeiegi. der ais Bestnieunigungjwert bei den Fahrzeuggeschwindigkeiten des Fahrzeugs niemals auftreten kann. Wenn er jedoch auf einen zu hohen Wert eingestellt χ ird. so nimmt die Fähigkeit ab. Störungen abzutasten während dann, wenn er auf einen zu kleinen Wert eingestellt wird, die Abtastempfindlichkeit hoch wird und zu Fehlfunktionen führen kann. Der Schwellwert wird daher in Relation zum Ge£ rhwindigkeitsbereich des zu messenden Objektes und den Signalpegeln der anoeren Schaltungen eingestellt. Bei der vorliegenden Ausfürrungsiorm wird er auf eine Spannung eingeslell'.. die dann erzeugt wird, wenn die

Beschleunigung den Wert 9,8 m/s² besitzt.

Ein Schalter 13 wird vom Ausgangssignal der größer ist als der feste Wert, wird der Schalter 13 umgeschaltet Durch das Umschalten des Schalters 13 wird eins Gleichspannungsquelle 14 in der Weise gesteuert, daß sie den Spannungswert der Vorspannung, welche die Frequenz des Oszillators der Hochfrequenzeinheil 1 bestimmt, und die Frequenz /0 der Sendewellen auf eine Frequenz umändert, die sich in ausreichendem Maße von der Frequenz fL der Störung unterscheidet.

F 1 g. 3 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Teiles der Einrichtung, welche den Schalter 13 und die Gleichspannungsquelle 14 enthält. Die Wirkungsweise der Schaltung wird nachstehend unter Bezugnah· me auf ein Wellenform-Diagramm in Fig. 4 näher erläutert

Wenn sich nun eine Ausgangs-Wellenform am Ausgang oder Anschluß 10 der Anordnung gemäß F1 g. 1 in der in F 1 g. 4{a) gezeigten Weise geändert hat. so ',ind die Teile 16 und 17 keine Ausgangssignale, die auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruhen, sondern At'sgangssignale. die auf einer Störung beruhen. Die differenzierte Wellenform der obigen Ausgangs-Wellenform hat dann das Aussehen gemäß Fig.4(b), und _>-, wenn der Schwellwert der Schwellwertschaltung 12 mit der strichliert gezeichneten Linie 18 bezeichnet wird, so erhält dai Ausgangssignal die in F i g. 4(c) dargestellte Form. Wie sich aus der nachstehenden Beschreibung der hier erörterten Ausführungsform ergibt, tritt der jo Teil im Bereich 19 wegen der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht tatsächlich als Ausgangssignal auf.

Das Ausgangssignal c der Schwellwertschaltung 12 wird an den Schalter 13 angelegt Dieser Schalter 13 ist js als sogenannter Kippschalter ausgebildet, dessen Polarität jedesmal dann umgekehrt wird, wenn ein Impuls angelegt wird. Wenn dementsprechend Impulse Pi und P2 des in Fig.4(c) dargestellten Signals aufgeprägt we den. so ändert sich eine in Fig.4(d) dargestellte Spannung, die über einen aus den Widerständen Ri. R 2 und R 3 bestehenden Spannungsteiler an einem Differenzverstärker 20 anliegt Ein Anschluß 21 ist an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, während ein Anschluß 22 an eine Gunn-Di- 4-j ode angeschlossen Kl Der andere Eingang des Diffeienzverstärkers 20 erhält eine Bezugs- oder Referenzspannung von einem Spannungsteiler, der aus einem Widerstand R 4 und einer Zenerdiode 23 besteht Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 20 treibt das Basispotential eines Transistors 24 über Widerstände R 5 und R 6. um eine Vorspannung zu steuern, die am Oszillator über den Anschluß 22 anliegL Beispielsweise wird der Kippschalter im Faile einer Störung durch den Impuls Pi beim Signal gemäß Fig.4(c) aus dem ■>> Zustand »AUS« in den Zustand »EIN« umgeschaltet. Somit ändert sich die Vorspannung vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel und ändert damit die Oszillatorfrequenz /0. Diese Frequenz ändert sich in eine Frequenz /0', die sich von der Störfrequenz fL um einen festen Wert unterscheidet, und es wird verhindert, daß ein Ausgangssignal des Teiles 16 beim Signal gemäß Fig,4(a) auftritt. Wenn eine Störfrequenz in der Nähe von einem Wert fL+(fO~fO^r)'aufgetreten ist, wird eine Ausgangsspannung, die in Wirklichkeit nicht vorliegen kann, wie im Teil 17 des Signals gemäß F ? g. 4(a) wieder auftreten. In diesem Falle wird der Impuls P2 gemäß Fig.4(c) aufgrund desselben Prinzips erzeugt. Zu Schwellwertspannung 12 angetrieben. Das bedeutet, wenn das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 11 diesem Zeitpunkt ändert der Kippschalter 13 seinen Zustand von »EIN« in »AUS«, so daß sich die Spannung des Anschlusses 22 vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel ändert und die Radareinrichtung wieder in ihren Zustand gebracht wird, bev..r der Impuls Pi aufgetreten ist.

Fig. 5 verdeutlicht die tatsächlichen Messungen der Änderung!.,. „er Ausgangsleistung und der Oszillationsfrequenz zu der Zeit, wo die Vorspannung der bei der oben beschriebenen Ausführungsforrr¹ verwendeten Gunn-Diode geändert wurde. Wie sich aus der Zeichnung entnehmen läßt, beträgt die Frequenzänderung gegenüber der Vorspannung 70 M H ζ pro Volt. Um die Frequc ι der ausgesendeten Mikrowellen um 1 MHz zu ändern, um Stcr_~~:r zu vermeiden, kann die Vorspannung nur geringfügig um etwa 15 mV geändert werden.

Der Gunn-Dioden-Oszillator eignet sich zur Miniaturisierung und wirtschaftlichen Herstellung der Anord nung. Insbesondere ist er in de-n Falle wirksam, wo eine Miniaturisierung und Schwingungsfestigkeit der Anordnung erforderlich sind, wie es bei Doppler-Radareinrichtungen der Fall ist, die auf Fahrzeugen mitgeführt werden. Selbstverständlich kann die Oszillatorschaltung auch mit einer variablen Kapazität, z. B. einer Varactor-Diode ausgerüstet sein, um seine Vorspannung zu variieren.

Wie oben dargelegt lassen sich bei der erfindungsgemäßen Doppler-Radareinrichtung Ausgangsänderungen, die auf Störungen beruhen, mit einer einfachen Einrichtung abtasten, woraufhin die Frequenz der ausgesendeten Mikrowellen geändert wird, so daß sich der Einfluß von Störungen ausräumen läßt, so daß sich Einflüsse zwischen den von Fahrzeugen mitgeführten Doppfer-Radareinrichtungen ebenso vermeiden lassen, wie die von den verschiedensten anderen exte· ien Wellen. Insbesondere handelt es sich um eine wirksame Einrichtung für ein Geschwindigkeitssteuerungssystem und ein Antirutsch Steuersystem, von dem aus Gründen der Sicherheit eine gute Genauigkeit erwartet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche

1. Doppler-Radareinrichtung, mit der die Geschwindigkeit eines Objektes aus der Frequenzver-Schiebung der reflektierten Wellen zu den von einer Antenne emittierten Mikrowellen bestimmt wird, und die eine Einrichtung (13, 14) zur Veränderung der Frequenz der emittierten Wellen nach Maßgabe des Ausgangssignals einer Schwellwertschaltung ι ο (12)aufweist,dadurch gekennzeichnet,daß eine Detektorschaltung (11) vorhanden ist, die den Differentialquotienten der Frequenzverschiebung nach der Zeit ermittelt, und daß die Schwellwertschaltung (12) vergleicht ob das Ausgangssignal der Detektorschaltung (11) innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.

Z Doppler-Radareinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Schwellwertschaltung (i2) Beschleunigungen des Objektes entspricht, die unter normalen Betriebsbedingungen nicfc ι iuftreten.

3. Doppler-Radareinrichtung nach Anspruch 3 zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich, in Beschleunigungen ausgedrückt, zwischen 0,5 und 1,5 g liegt, wobei g die Erdbeschleunigung ist

4. Doppler- Radareinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Generator für die Mikrowellen ein Gunn-Dioden-Oszillator vorgesehen ist, dessen Vorspannung von der Einrichtrng (13, 14) zur Veränderung der Sendefrequenz variierbar ist.