DE4400624A1

DE4400624A1 - Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen für die Verkehrsüberwachung

Info

Publication number: DE4400624A1
Application number: DE4400624A
Authority: DE
Inventors: Joe Scott O'conner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-12
Filing date: 1994-01-12
Publication date: 1995-07-13
Also published as: US5557281A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen für die Verkehrsüberwachung mittels eines Doppler-Signalgebers

Zugrundeliegender Stand der Technik

Es ist bekannt, die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zum Zwecke der Verkehrsüberwachung mittels eines Radargerätes zu messen. Das Radargerät ist dabei feststehend am Straßenrand angeordnet. Das Radargerät enthält einen Doppler-Signalgeber. Aus der Frequenzverschiebung der reflektierten Radarstrahlung kann dabei ein Maß für die Geschwindigkeit des überwachten, erfaßten Fahrzeugs gewonnen werden. Bei Überschreitung einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit wird eine Kamera ausgelöst. Auf dem Bild der Kamera erscheint in beweiskräftiger Form ein Bild des Fahrzeugs mit dem Nummernschild und, in das Bild eingespiegelt, die Anzeige des Radargeräts (EP-B-0,286,910; CH-A-662 660).

Bei üblichen Radargeräten dieser Art tritt eine relativ hohe Ausgangsfrequenz auf, die je nach der Fahrtrichtung des Fahrzeuges um die Dopplerfrequenz erhöht oder vermindert wird.

Es werden mehrere Messungen vorgenommen. Die Messungen werden klassiert, so daß ein Histogramm erhalten wird. Aus der Form des Histogramms kann auf eventuelle Störungen geschlossen werden, welche die Folge von Messungen ungültig machen. Bei solchen Radargeräten ist eine bestimmte minimale relative Geschwindigkeit von beispielsweise 20 km/h zwischen Fahrzeug und Radargerät mit Doppler-Signalgeber erforderlich.

Durch die DE-A-37 28 401 (= EP-B-0 304 626 = US-A-4 988 994) ist eine mit einem Radargerät arbeitende Verkehrsüberwachungs- Einrichtung bekannt, bei welcher das Radargerät in einem bewegten Überwachungs-Fahrzeug angeordnet ist. Es wird dann die relative Geschwindigkeit zwischen dem überwachten Fahrzeug und dem Überwachungs-Fahrzeug durch das Radargerät gemessen. Ein Tachometer liefert die Geschwindigkeit des Überwachungs- Fahrzeuges. Durch Summenbildung wird die absolute Geschwindigkeit des überwachten Fahrzeugs bestimmt. Wenn diese Geschwindigkeit eine zulässige Höchstgeschwindigkeit überschreitet, wird eine photographische Aufnahme ausgelöst. Bei der bekannten Anordnung muß aber dafür gesorgt werden, daß die relative Geschwindigkeit der Fahrzeuge einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet.

Die US-A-4 335 383 zeigt eine Vorrichtung zum Bestimmen der absoluten Geschwindigkeit eines bewegten Fahrzeugs mittels eines Doppler-Signalgebers von einem ebenfalls bewegten Überwachungs-Fahrzeug aus. Dabei wird eine aufwendige Frequenzverschiebung angewandt, um die aus der Bewegung des Überwachungs-Fahrzeuges gegen Grund und Umgebung herrührenden Dopplersignale zu unterdrücken.

Es sind weiterhin Doppler-Signalgeber bekannt, die zwei Mischer-Dioden enthalten, die so angeordnet sind, daß sie zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Dopplersignale liefern. Dabei eilt jeweils das eine oder das andere dieser Signale dem anderen vor, je nachdem, ob das erfaßte Fahrzeug sich dem Doppler-Signalgeber nähert oder sich von diesem entfernt. Für die Messung von Geschwindigkeiten bei der Verkehrsüberwachung sind solche Doppler-Signalgeber jedoch bisher nicht eingesetzt worden.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen für die Verkehrsüberwachung mittels eines Doppler-Signalgebers mit einfachen Mitteln aufzubauen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(a) der Doppler-Signalgeber zwei Mischer-Dioden enthält, die so angeordnet sind, daß sie zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Dopplersignale liefern, wobei jeweils das eine oder das andere dieser Signale dem anderen voreilt, je nachdem, ob das erfaßte Fahrzeug sich dem Doppler-Signalgeber nähert oder sich von diesem entfernt,
(b) ein Signal des Doppler-Signalgebers auf eine Frequenz- Meßeinrichtung zur Messung der Signalfrequenz als quantitatives Maß für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zu dem Doppler-Signalgeber aufgeschaltet ist.

Die hier verwendeten Doppler-Signalgeber arbeiten im Grundband (Baseband) bis herunter zu null Hertz. Sie sind in der Lage, auch sehr kleine relative Geschwindigkeiten zu erfassen. Es hat sich gezeigt, daß solche Doppler-Signalgeber eine sehr genaue Messung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs gestatten. Der Doppler-Signalgeber kann durch die relative Phasenlage der Dopplersignale zwischen Fahrzeugen verschiedener Fahrtrichtung unterscheiden. Dadurch werden wesentliche Fehlerquellen ausgeschaltet. Die Messung erfolgt kontinuierlich. Es braucht nicht eine Vielzahl von diskreten Messungen in einem Histogramm verarbeitet zu werden. Die Signalverarbeitung wird dadurch ohne Einbuße an Genauigkeit und Beweiskraft erheblich vereinfacht.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen für die Verkehrsüberwachung mittels eines Doppler signalgebers.

Fig. 2 zeigt einen bei der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Phasenregelkreis (PLL).

Fig. 3 zeigt Signalverläufe zur Veranschaulichung der Wirkung des Phasenregelkreises.

Fig. 4 zeigt schematisch die Schaltung zur automatischen Berücksichtigung des Winkels zwischen Radarstrahl und Fahrtrichtung.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Doppler-Signalgeber bezeichnet. Der Doppler-Signalgeber 10 enthält zwei Mischer-Dioden, die so angeordnet sind, daß sie an zwei Ausgängen 12 und 14 zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Dopplersignale liefern. Jeweils das eine oder das andere dieser Signale eilt dem anderen vor, je nachdem, ob das erfaßte Fahrzeug sich dem Doppler-Signalgeber nähert oder sich von diesem entfernt. Die hierbei benutzten Doppler-Signale liegen dabei im Grundband. Man kann das Dopplersignal am Ausgang 12 als Sinussignal und das Dopplersignal am Ausgang 14 als Kosinussignal bezeichnen.

Die beiden Dopplersignale werden in Verstärkern 16 bzw. 18 verstärkt und auf programmierbare Filter 20 bzw. 22 geschaltet. Die Filter 20 und 22 sind so programmiert, daß sie einen Frequenzbereich unterdrücken, welcher den durch stillstehende Objekte wie Straße, Bäume, Häuser hervorgerufenen Dopplerfrequenzen entspricht. Wenn sich das Überwachungs-Fahrzeug bewegt, dann bewegen sich z. B. Bäume relativ zu dem Doppler-Signalgeber 10. Ein in Fahrtrichtung gerichteter Doppler-Signalgeber "sieht" die Bäume auf sich zukommen. Der Doppler-Signalgeber 10 liefert daher eine Dopplerfrequenz, die der Geschwindigkeit des Überwachungs- Fahrzeuges entspricht. Da die Dopplerfrequenz vom Kosinus des Winkels zwischen Radarstrahl und Fahrtrichtung abhängt, liefert die "Radarkeule" einen Frequenzbereich solcher Dopplerfrequenzen. Dieser Frequenzbereich wird ausgefiltert. Die Vorrichtung spricht dann nur noch auf gegenüber Grund bewegte Objekte an. Die programmierbaren Filter werden über eine Steuervorrichtung 24 von einem am Überwachungs-Fahrzeug vorgesehenen Tachometer gesteuert. Das Tachometer kann ein konventionelles Tachometer sein, es kann aber auch seinerseits von einem Doppler-Radar gebildet sein, das auf die Bewegung des Überwachungs-Fahrzeuges gegen Grund anspricht. Von einem bewegten Objekt herrührende Dopplersignale sind auf einen Phasendetektor 26 geschaltet. Der Phasendetektor 26 bestimmt, ob das eine oder das andere Dopplersignal an den Ausgängen 12 und 14 voreilt. Daraus kann geschlossen werden, ob sich das überwachte, erfaßte Fahrzeug nähert oder entfernt. Eine Richtungs-Logikschaltung 28 liefert dementsprechend logische Signale an zwei Ausgängen 30 und 32. Wenn sich das überwachte Fahrzeug nähert, ist der Ausgang 30 im Zustand "H"; wenn sich das Fahrzeug entfernt, ist der Ausgang 32 im Zustand "H".

Das Dopplersignal vom Ausgang 14 wird hinter dem Filter 22 abgegriffen und auf einen Phasenregelkreis 34 geschaltet. Der Phasenregelkreis 34 erzeugt aus den Dopplersignalen eine Signalfolge mit definierter Frequenz, die sich auch bei Frequenzschwankungen oder sonstigen Störungen des gefilterten Dopplersignals nur sehr langsam ändert.

Der Phasenregelkreis 34 ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Auf den Phasenregelkreis 34 wird über einen Eingang 36 eine Signalfolge aufgeschaltet, deren Frequenz gewissen Schwankungen unterliegen kann oder die mit sonstigen Störungen behaftet ist. Diese Signalfolge liegt an einem Phasen- Komparator 38. An einem zweiten Eingang 40 des Phasen- Komparators 38 liegt ein Rückführsignal, wie noch beschrieben wird. Bei einer Phasenabweichung zwischen den Eingängen 36 und 40 liefert der Phasen-Komparator 38 ein Signal von einer oder der anderen Polarität abhängig von der Richtung der Phasenabweichung. Das Signal vom Ausgang 42 des Phasen- Komparators 38 liegt an einem Integrations-Netzwerk 44 mit einem Widerstand 46 und einem Kondensator 48. Das Integrations-Netzwerk 44 hat eine große Zeitkonstante. Die an dem Kondensator 48 anliegende Spannung steuert einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 50. Der Oszillator 50 liefert eine regelmäßige Signalfolge mit einer der anliegenden Spannung proportionalen Frequenz. Diese Frequenz liegt an einem Ausgang 52 und ist gleichzeitig über eine Rückführschleife 54 auf den Eingang 40 des Phasen-Komparators 38 geschaltet. Schwankungen der Eingangsfrequenz oder Störungen des Signals am Eingang 36 führen wegen der großen Zeitkonstante des Integrations-Netzwerkes 44 praktisch zu keiner Veränderung der Ausgangsfrequenz.

Die Ausgangsfrequenz des Phasenregelkreises 34 ist auf einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer 56 geschaltet. Der Frequenz- Spannungs-Umsetzer 56 erhält über Leitungen 58 und 60 die logischen Signale von den Ausgängen 30 bzw. 32 der Richtungs- Logikschaltung 28. Der Frequenz-Spannungs-Umsetzer 56 liefert eine der Ausgangsfrequenz des Phasenregelkreises 34 und damit der relativen Geschwindigkeit des überwachten Fahrzeuges proportionale Spannung entweder an einem Ausgang 62, wenn sich das überwachte Fahrzeug nähert, oder an einem Ausgang 64, wenn sich das überwachte Fahrzeug entfernt.

Die beiden Ausgänge 62 und 64 sind auf eine Summierschaltung 66 aufgeschaltet. Auf die Summierschaltung 66 ist weiterhin an einem Eingang 68 eine der Geschwindigkeit des Überwachungs- Fahrzeuges proportionale Spannung aufgeschaltet. Diese Spannung wird von dem Tacho über einen Wandler 70 abgeleitet Die Spannung am Ausgang 62 wird von dieser Spannung am Eingang 68 subtrahiert. Die Spannung am Ausgang 64 wird zu der Spannung am Eingang 68 addiert. Die Summierschaltung 66 liefert an einem Ausgang 72 eine Spannung, welche die absolute Geschwindigkeit des überwachten Fahrzeugs über Grund wiedergibt.

Das ist unabhängig davon, ob sich das Überwachungs-Fahrzeug an das überwachte Fahrzeug annähert oder sich das überwachte Fahrzeug von dem Überwachungs-Fahrzeug entfernt. Die Anzeige ist auch richtig, wenn das überwachte Fahrzeug dem Überwachungs-Fahrzeug entgegenkommt. Die relative Geschwindigkeit der beiden Fahrzeuge kann praktisch beliebig klein sein. Insofern unterscheidet sich die beschriebene Vorrichtung vorteilhaft von üblichen Radargeräten, bei denen die relative Geschwindigkeit nicht unter einen bestimmten Wert absinken darf. Das gibt dem Überwachungs-Fahrzeug die Möglichkeit, seine Geschwindigkeit frei zu wählen und beispielsweise mit einer Geschwindigkeit dicht unterhalb der zulässigen Höchstgeschwindigkeit zu fahren. Die Vorrichtung kann auch stationär benutzt werden. Das Überwachungs-Fahrzeug steht dann still, und am Eingang 68 liegt die Spannung null.

Die Summierschaltung 66 ist so ausgebildet, daß automatisch ein Winkel zwischen der Richtung des Radarstrahls und der Fahrtrichtung berücksichtigt werden kann. Dieser Teil der Summierschaltung 66 ist in Fig. 4 dargestellt.

An der Summierschaltung liegen die Ausgänge 62 und 64 des Frequenz-Spannungs-Umsetzers 56 über Leitungen 74 bzw. 76 an. Die an diesen Ausgängen 62 und 64 erscheinenden Spannungen sind an je ein Potentiometer 78 bzw. 80 angelegt. Die Schleifer der Potentiometer 78 und 80 sind miteinander gekoppelt. Beide Schleifer sind mit dem verdrehbaren Doppler signalgeber 10 gekuppelt. Bei einer Verschwenkung des Doppler signalgebers 10 relativ zur Fahrtrichtung werden die Schleifer der Potentiometer 78 und 80 verstellt. Dabei stehen die Schleifer in der Ausgangsstellung, wenn der Doppler- Signalgeber 10 parallel zur Fahrtrichtung ausgerichtet ist, im Abstand vom Ende der Potentiometer, so daß nur eine definierte Teilspannung der am Frequenz-Spannungs-Umsetzer 56 erscheinenden Spannung abgegriffen wird. Bei der Verschwenkung werden die Schleifer zu den Enden der Potentiometer 78 und 80 hin verstellt, die abgegriffene Spannung also um einen Faktor erhöht. Die Einstellung und Dimensionierung der Potentiometer sind so gewählt, daß dieser Faktor näherungsweise 1/cos α ist. Die Abgriffe der Potentiometer 78 und 80 sind über Widerstände 82 bzw. 84 an den invertierenden bzw. den nicht-invertierenden Eingang 86 bzw. 88 eines Differenzverstärkers 90 geschaltet. Zu dessen Ausgangsspannung wird noch die Spannung vom Eingang 68 addiert.

Claims

1. Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen für die Verkehrsüberwachung mittels eines Doppler- Signalgebers, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Doppler-Signalgeber (10) zwei Mischer-Dioden enthält, die so angeordnet sind, daß sie zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Dopplersignale liefern, wobei jeweils das eine oder das andere dieser Signale dem anderen voreilt, je nachdem, ob das erfaßte Fahrzeug sich dem Doppler-Signalgeber (10) nähert oder sich von diesem entfernt,
(b) ein Signal des Doppler-Signalgebers (10) auf eine Frequenz-Meßeinrichtung (34, 56) zur Messung der Signalfrequenz als quantitatives Maß für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zu dem Doppler signalgeber (10) aufgeschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal des Doppler-Signalgebers (10) auf einen Phasen- Regelkreis ("phase locked loop") (34) aufgeschaltet ist, dessen Ausgangssignal durch einen Frequenz-Spannungs- Umsetzer (56) in eine der relativen Geschwindigkeit zwischen Doppler-Signalgeber (10) und überwachtem Fahrzeug proportionale Spannung umsetzbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die beiden Signale des Doppler-Signalgebers (10) auf einen Phasendetektor (26) aufgeschaltet sind und
(b) Ausgangssignale des Phasendetektors (26) auf eine Richtungs-Logikschaltung (28) mit zwei Logikausgängen (30, 32) aufgeschaltet sind, an denen Logiksignale erscheinen, welche signalisieren, ob sich das erfaßte Fahrzeug nähert oder entfernt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Logiksignale der Richtungs-Logikschaltung (28) auf den Frequenz-Spannungs-Umsetzer (56) aufgeschaltet sind,
(b) der Frequenz-Spannungs-Umsetzer (56) zwei Ausgänge (62, 64) aufweist, wobei eine der Geschwindigkeit des erfaßten Fahrzeugs relativ zu dem Doppler-Signalgeber (10) proportionale Spannung an dem einen Ausgang (62) erscheint, wenn sich das erfaßte Fahrzeug nähert und an dem anderen Ausgang (64), wenn sich das erfaßte Fahrzeug entfernt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Doppler-Signalgeber (10) seinerseits an einem Überwachungs-Fahrzeug angeordnet ist,
(b) an dem Überwachungs-Fahrzeug ein Geschwindigkeitsmesser zur Bestimmung der Eigengeschwindigkeit des Überwachungs- Fahrzeugs vorgesehen ist,
(c) dem Phasendetektor (26) programmierbare Filtermittel (20, 22) vorgeschaltet sind, deren Grenzfrequenz von dem Geschwindigkeitsmesser derart steuerbar ist, daß die auf die Eigengeschwindigkeit des Überwachungs-Fahrzeugs gegenüber der Umgebung zurückzuführenden Anteile der Dopplersignale herausgefiltert werden, und
(d) der Geschwindigkeitsmesser weiterhin mit einer Summier- Schaltung (66) verbunden ist, die zusätzlich mit den Ausgängen (62, 64) des Frequenz-Spannungs-Umsetzers (56) verbunden ist, zu Erzeugung eines der Absolutgeschwindigkeit des überwachten Fahrzeugs entsprechenden, anzuzeigenden Ausgangssignals.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierschaltung (66) Mittel (78, 80) enthält zur Multiplikation der Signale von den Ausgängen (62, 64) des Frequenz-Spannungs-Umsetzers (56) mit dem Kehrwert des Kosinus des Winkels α zwischen Radarstrahl und Fahrtrichtung des erfaßten Fahrzeuges.