DE69823034T2

DE69823034T2 - Mehrfrequentes photoelektrisches detektionssystem

Info

Publication number: DE69823034T2
Application number: DE69823034T
Authority: DE
Inventors: Scott Juds; Paul Mathews; Robert Lewis
Original assignee: Auto-Sense Ltd Las Vegas; Auto Sense Ltd
Current assignee: Auto-Sense Ltd Las Vegas; Auto Sense Ltd
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2018-07-23
Also published as: US6377167B1; WO1999005661A1; KR20010022158A; KR100336866B1; EP0998735A1; CA2298477C; DE69823034D1; AU8503698A; EP0998735B1; JP3281628B2; CN1129883C; CA2298477A1; EP0998735A4; CN1269899A; JP2001511530A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft allgemein Detektionssysteme zum Nachweis des Vorhandenseins eines Objekts in einem überwachten Bereich und insbesondere ein Infrarotdetektionssystem, das Infrarotsignale auf mehreren Frequenzen einsetzt, um zwischen dem von einem Objekt im überwachten Bereich reflektierten Licht und anderem Licht zu unterscheiden, und das Mittel zur wahlweisen Veränderung der Grenzen des überwachten Bereichs aufweist.
In vielen bekannten fotoelektrischen Synchrondetektionssystemen wird ein gepulstes optisches Strahlsignal in ein Volumen oder einen Raumbereich, der überwacht wird, übertragen, wobei gewöhnlich eine LED verwendet wird, die durch einen Rechteckwellen- oder Niedrigtastungs-Impuisgenerator/Oszillator aktiviert wird. Ein optischer Fotodetektor wird auf den überwachten Bereich hin ausgerichtet, wobei sein Gesichtsfeld den gepulsten LED-Strahl einschließt, so dass er eine beliebige Reflexion dieses Signals empfängt, um die Anwesenheit eines Objekts im überwachten Bereich nachzuweisen. Ein solches System verwendet die Triangulation, um zwischen dem von Objekten im überwachten Bereich reflektierten Licht und dem Licht zu unterscheiden, das außerhalb der Grenzen des überwachten Bereichs ausgestrahlt wird, und es ist in der US-Patentschrift 5,463,384 von Juds dargestellt.
Um das Rauschen sowie Signale von anderen Quellen als den von einer Reflexion an einem Objekt ausgehenden (z. B. von anderen elektrischen oder optischen Quellen) abzuschirmen, werden Synchronempfänger verwendet, die den Empfänger nur dann betreiben, wenn ein Empfang des gepulsten Signals erwartet wird. Damit wird jedes Ansprechen, das auf einen Nachweis von Lichtenergie von anderen Quellen zurückgeht, in den Intervallen verhindert, wenn kein reflektiertes Impulssignal möglich ist.
Um einen möglichen Nachweis des statistischen Schaltkreis-Eigenrauschens und des Detektor-Schrotrauschens zu verhindern, wird eine feste Nachweisschwelle für das System bei einem Pegel vorgegeben, der über den zu erwartenden statistischen Eigenrauschpegeln liegt, die vom Detektionsschaltkreis wahrgenommen werden. Das ermöglicht es, dass der Detektionsschaltkreis auf dieses Rauschen nicht reagiert. Die Wahrscheinlichkeit eines Falschnachweises infolge des Rauschens ist eine Funktion des Schwellwertpegels in Bezug auf den tatsächlichen Rauschpegel, dessen Amplitude im Allgemeinen einer Gaußverteilung genügt.
Andere Beispiele für fotoelektrische Detektionssysteme mit festem Schwellwert sind in den US-Patentschriften 4,356,393 von Fayfield, 4,851,660 von Juds, 4,851,661 von Everett Jr., 4, 990, 895 von Juds und 5, 122, 796 von Beggs et al. zu finden. Obwohl sich diese Synchrondetektionssysteme mit festem Schwellwert für die meisten fotoelektrischen Sensoranwendungen als nützlich herausgestellt haben, sind sie in einer Situation nicht genau genug, in der eine hohe Empfindlichkeit des Empfängers in einer Betriebsumgebung erwünscht ist, in welcher der Rauschpegel stark uneinheitlich und eine Zufallsvariable ist.
In solch einer Umgebung wird das Leistungsvermögen eines Detektorsystems durch die Notwendigkeit beeinträchtigt, die Nachweisschwellpegel auf den Einsatz in einer Umgebung mit den ungünstigsten zu erwartenden Rauschverhältnissen abzustimmen, um ein ausreichendes Maß der Rauschunterdrückung zu sichern. Diese Situation liegt vor, wenn das Detektionssystem zur Fahrzeugerfassung in einer Freigelände-Betriebsumgebung eingesetzt wird. Ein solches System, das zum Erfassen von Fahrzeugen in einem toten Winkel eines Fahrzeugführers verwendet wird, wird mit einem vielfältigen Rauschen konfrontiert werden, das sich aus den Umgebungslichtbedingungen ergibt, die von stockfinsterer Nacht bis zu 8500 lm/ft² bei einem von einer weißen Fläche reflektierten Sonnenlicht und sogar bis zu Werten von 70000 lm/ft² reichen, wenn Sonnenlicht von einer feuchten Straßenfläche reflektiert wird. Solche Systeme können auch durch das Vorhandensein einer atmosphärischen Rückstreuung getäuscht werden, die z. B. durch dichten Nebel oder Schneefall hervorgerufen wird, wodurch das Vorhandensein eines Fahrzeugs im toten Winkel fälschlich angezeigt wird. Da Falschnachweise durch solche Systeme diese für einen Fahrzeugführer unzuverlässig machen, ist das Ausschalten von Falschnachweisen eine wichtige Zielstellung.
In einem Totwinkel-Detektionssystem werden das Reflexionsvermögen der nachgewiesenen Fahrzeugobjekte wie auch die Umgebungslichtverhältnisse in einem weiten Bereich veränderlich sein. Somit wird zum Nachweis der Fahrzeuge ein System erforderlich werden, um bei Lichtverhältnissen, die von stockdunkler Nacht bis zu hellem Sonnenschein reichen, Fahrzeuge nachzuweisen, deren Reflexionsvermögen von schwarz bis weiß reicht. Solche Nachweisanforderungen reichen von einem schwarzen Fahrzeug zur Nachtzeit bis zu einem weißen Fahrzeug im hellen Sonnenschein.
In dunkler Nacht wird in den Detektoren sehr wenig Fotogleichstrom erzeugt, woraus sich ein sehr geringes Schrotrauschen ergibt. Bei einem Betrieb im hellen Tageslicht wird sich jedoch ein ganz bedeutender Gleichstrom in den Empfängerfotodioden ergeben, was hohe Schrotrauschpegel zur Folge hat. Wenn der Empfänger ein weißes Fahrzeugobjekt im hellen Sonnenlicht wahrnimmt, dann erzeugt der Fotostrom ein Schrotrauschen, das um ein Vielfaches höher ist, als das elektronische Eigenrauschen vom Empfängerverstärker selbst. Um einen Falschnachweis, der durch einen hohen Schrotrauschpegel hervorgerufen wird, zu vermeiden, muss der erforderliche Schwellwert ziemlich hoch im Vergleich zum Schrotrauschen im ungünstigsten Falle sein. Dieser hohe Schwellwert führt bei allen Lichtverhältnissen zu einem geringen Leistungsvermögen des Systems beim Nachweis von sehr dunklen, schwach reflektierenden Objekten.
Es wurden verschiedene Versuche unternommen, die Einsatzprobleme zu überwinden, die durch diese große Schwankung bei den Systemrauschpegeln hervorgerufen werden. Dazu gehören das Ausrüsten des Detektionssystems mit einer gewissen adaptiven Abstimmung, die auf einer Messung der Rauschamplitudenkennwerte beruht, die dann verwendet werden, den Nachweisschwellwert des Empfängers festzulegen. Der sich daraus ergebende adaptive Schwellwertempfänger optimiert seine Empfindlichkeit mit Bezug auf das gemessene Verstärkerrauschen aus der Umgebung, um die Integrität des Signalempfangs zu wahren. Beispiele für solche Systeme sind in den US-Patentschriften 3,999,083 von Bumgardner, 4,142,116 von Hardy et al., 4,992,675 von Conner et al. und 5,337,251 von Pastor zu finden.
Solche Systeme sind ziemlich teuer, da sie das Hinzufügen von Schaltkreisen zur kontinuierlichen Rauschmessung, zum Stoppen einer solchen Messung sowie zum Fortschreiben der vorherigen Messung bei Nachweis eines konkreten Signals und zum Einspeisen der gemessenen Pegel zurück in die veränderliche Verstärkungsstufe erfordern.
Solche Fahrzeugtotwinkel-Detektorsysteme, wie sie in den oben erwähnten Patenten offengelegt werden, setzen Detektoren sowohl auf der Fahrer- als auch auf der Beifahrerseite ein. Ein System umfasst Sätze aus sechs Sendeelement-Detektor-Paaren in einem Modul, wobei die Detektoren Fotodiodenpaare entgegengesetzter Polarität sind. Die effektive Reichweite des Systems wird durch die Geometrie dieser Komponenten bestimmt. Diese Komponenten sind ziemlich klein und erfordern das Einhalten sehr genauer Toleranzen bei der Herstellung, um ihre Geometrie einzuhalten.
Es wurde auch vorgeschlagen, einen Totwinkeldetektor funktionell mit einem Synchronimpulsdetektionssystem auszurüsten, das einen adaptiven Schwellwert aufweist, der durch die statistische Natur des Empfängerrauschens eigengesteuert wird, um die Empfindlichkeit des Systemempfängers zu optimieren und eine annehmbar geringe Rate von Falschnachweisen zu gewährleisten. Ein Nullschwellwert-Vielfachprüfdetektor überprüft zu zwei oder mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten, die durch Aussenden von Impulsen zeitlich festgelegt sind, die kombinierte Rausch- und Impulsantwort eines in der Bandbreite beschränkten Empfängers hinsichtlich ihrer Übereinstimmung mit der erwarteten maximalen und minimalen Spannungsspitze und den Rücklaufantworten von Reflexionen der ausgesandten Impulse. Ein Vorwärts/Rückwärts-Zähler wird eingesetzt, um nur dann vorwärts zu zählen, wenn der Komparator die richtige Polarität der Antworten anzeigt, und für alle anderen Antworten rückwärts zu zählen. Der Vorwärts/Rückwärts-Zähler wird ist hoch voreingestellt, so dass er rückwärts zählt, bis das empfangenen Signal mit Bezug auf das Rauschen groß genug ist, um die negative Zähl-Voreinstellung zu überwinden und vorwärts zu zählen, um ein Nachweissignal zu erzeugen. In diesem System nimmt die Falschnachweisrate bei Fehlen eines gültigen Signals exponentiell mit der Zählerlänge ab. Ein solches System ist in PCT/US97/20637 offengelegt.
Dieses Detektorsystem funktioniert auch über eine geometrische Anordnung der Sendeelemente und Fotosensoren. Da eine Triangulation verwendet wird, um zwischen den erfassten Reflexionen von Objekten innerhalb des Bereichs und von außerhalb des überwachten Bereichs zu unterscheiden, ist die genaue Anordnung dieser Elemente kritisch. Da drei Linsen erforderlich sind, bleibt das Gerät auch sperrig und muss auf oder in der Fahrzeugkarosserie gewöhnlich bei den Heckleuchten angeordnet werden.
Systeme, die eine Triangulation einsetzen, erfordern für jedes Sendeelement einen zweiten Empfänger, um ausreichend unempfindlich gegenüber Reflexionen von ungleichförmigen Objekten im überwachten Bereich zu sein. Solche Doppeltriangulationssysteme bringen nicht nur einen zusätzlichen Kostenaufwand für die zusätzlichen Schaltkreise und Komponenten mit sich, sondern vergrößern auch die Abmessungen des Geräts, was sie für die raumbewussten Automobilhersteller unattraktiv macht.
Es besteht ein Bedarf an einem Detektorsystem, das klein und kompakt genug ist, um sich in oder an der Außenseite der Rückspiegel eines Fahrzeugs anbringen zu lassen. Es gibt auch einen Bedarf an einem Detektorsystem, das weder eine genaue Anordnung der Sendeelemente und der Fotodetektoren zueinander noch den Einsatz einer Doppeltriangulation erfordert, so dass es möglich wird, eine geringere Zahl und weniger teuere Komponenten mit einer geringeren Gerätegröße und minimierten Herstellungskosten zu verwenden. Es besteht auch ein Bedarf an einem Detektorsystem, das eingebaute Einstellvorrichtungen für eine wahlweise Veränderung der Grenzen des überwachten Bereichs enthält.
Diese Lichtenergie-Detektorsysteme vom Stand der Technik bilden lediglich ein Teilgebiet der fotooptischen Entfernungsmesstechnik. In einem anderen Teilgebiet wird ein kurzer Laserstrahlimpuls zu einem entfernten Objekt hin ausgesandt, und die Zeitverzögerung der Reflexion dieses Strahls wird bestimmt. Aus dieser Information kann die Entfernung des Objekts bestimmt werden, wie es z. B. in den US-Patentschriften mit den Nummern 2,234,329; 3,723,002; 4,634,272; 5,179,286; 5,699,151 und 5,724,141 dargestellt ist. Andere Systeme messen die Phasenverschiebung des reflektierten festfrequenzmodulierten Lichts gemäß den US-Patentschriften mit den Nummern 3,778,159; 3,888,588; 4,146,328; 5,194,906 und 5,239,353.
Weitere Systeme messen die Frequenz eines Oszillators und beziehen den optischen Weg in den Rückkoppelkreis ein, wie es in den US-Patentschriften mit den Nummern 3,649,123; 3,739,628; 3,788,160; 5,125,736 und 5,309,212 dargestellt ist. Noch weitere Systeme messen die Differenzfrequenz, die durch Mischen der Übertragungsfrequenz mit der Rücklauffrequenz entsteht, was als FM-CW- oder Chirp-Modulation bekannt ist, wie es in den US-Patentschriften mit den Nummern 3,647,298 und 4,721,385 gezeigt wird.
Diese Entfernungsmesssysteme wurden überwiegend für Vermessungs- und Militäranwendungen entwickelt, die genaue Werte bei großen Entfernungen erfordern. Derartige Systeme könnten zwar für Totwinkel-Detektionssysteme eingesetzt werden, sie erfordern jedoch eine Ausrüstung, die sowohl zu sperrig als auch zu teuer ist, um kommerziell praktikabel zu sein.
Ähnliche Systeme wurden jedoch für den Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgeschlagen. Ein solches System wurde für den Einsatz in Fahrzeugen vorgeschlagen, um ein vorn befindliches Objekt nachzuweisen und zu verfolgen. Wie in der US-Patentschrift 5,461,357 dargestellt ist, verfolgt ein Rechner die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und einem registrierten Objekt, um zu beurteilen, ob das Objekt für das Fahrzeug eine Gefahr darstellt. Ein weiteres System, das in der US-Patentschrift 5,260,682 dargestellt ist, verwendet das Phasenverschiebungsprinzip, um den Abstand zwischen einem Fahrzeug und einem sich nähernden Objekt zu bestimmen. Die Änderungsgeschwindigkeit dieses Abstandes wird zusammen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet, um die Geschwindigkeit des Objekts zu bestimmen. Diese beiden Systeme sind außerordentlich komplex und unerschwinglich teuer. Folglich haben sie bis zum heutigen Tage keine kommerzielle Anwendung gefunden.
Ein zusätzliches Problem, das solche Abstandsmesssysteme bewältigen müssen, ist die atmosphärische Rückstreuung. Bei einem Einsatz im Kraftfahrzeug liegt diese Rückstreuung in der Form von Nebel, Schnee und Spritzern von der Straße her oder Sprühnebel vor. Dieses Problem wird vergrößert durch die einander widersprechenden Zielstellungen, nämlich (a) ein Fahrzeug mit einem sehr geringen Reflexionsvermögen an der fernen Grenze des überwachten Bereichs zu erkennen und (b) unempfindlich zu bleiben gegenüber Falschnachweisen bei Vorliegen von dichtem Nebel, Sprühnebel oder Schnee. Das Reflexionsvermögen der atmosphärischen Rückstreuung ist zwar meist klein verglichen mit dem eines schwarzen Fahrzeuges an der fernen Grenze des überwachten Bereichs, das Rücklaufsignal in einem fotoelektrischen System nimmt aber im Fernfeld (weiter weg als einige ft) mit dem Quadrat der Entfernung ab. Somit ist die fotoelektrische Rückmeldung von einem Objekt bei 3 ft 49 mal stärker, als die Rückmeldung von einem Objekt bei 21 ft. Diese Eigenheit vergrößert das Problem, da die Empfindlichkeit für eine atmosphärische Rückstreuung für den Nahbereich weitaus besser ist als für die ferne Grenze des überwachten Bereichs und damit ein Ausgleich dieser Zielstellungen ohne eine bestimmte Form der Kompensation eigentlich unmöglich ist.
Dieses Problem wird in den US-Patentschriften mit den Nummern 5,724,141; 5,311,012; 5,354,983 und 5,418,359 angesprochen. Die vorgeschlagenen Lösungen erfordern jedoch zusätzliche Komponenten und Schaltkreise, was sie so teuer macht, dass sie für den Einsatz im Kraftfahrzeug nicht praktikabel sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen fotoelektrischen Objektdetektor bereitzustellen, der keine genaue Anordnung der Sendeelemente und Fotodetektoren zueinander erfordert, so dass die Komponenten und die Herstellung weniger teuer werden.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist das Bereitstellen eines fotoelektrischen Objektdetektors, der Mittel zur wahlweisen Veränderung der Grenzen des überwachten Bereichs aufweist.
Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen fotoelektrischen Detektor bereitzustellen, der klein und kompakt genug ist, um in den Außenrückspiegeln eines Fahrzeugs angeordnet zu werden.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist der Einsatz des Phasenverschiebungsprinzips, um das Vorhandensein eines Objekts innerhalb der Grenzen des überwachten Bereichs zu bestimmen.
Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Detektionssystem bereitzustellen, in dem ein Detektionssignal, das durch atmosphärische Rückstreuung hervorgerufen wird, effektiv gleich Null gesetzt wird.
Diese Erfindung stellt ein System bereit, in dem die Notwendigkeit entfällt, die jeweilige Entfernung, in der sich ein Objekt befindet, zu messen, und das nur bestimmt, ob sich das Objekt im überwachten Bereich befindet. Das System verwendet eine Bauform für eine vereinfachte Messung der Phasenverzögerung, in der die verwendeten Frequenzen so gewählt werden, dass ein Rücklaufsignal, das an einem Objekt im überwachten Bereich reflektiert wurde, für jede der verwendeten Frequenzen ein positives Demodulationssignal erzeugt, wodurch der bei den Systemen vom Stand der Technik benötigte Aufwand vermieden wird.
Sie stellt auch ein System bereit, das den Effekt der atmosphärischen Rückstreuung durch ein strategisches Ein stellen der Gesichtsfeldüberlappung von Sende- und Empfangselement und eine Wahl von natürlichen Nachweis-Nullstellen neutralisiert, die auf die Kenngrößen des überwachten Bereichs zugeschnitten sind.
In einer Ausgestaltung bietet diese Erfindung ein elektrooptisches Detektionssystem zum Nachweis von Objekten innerhalb der Grenzen eines überwachten Bereichs an, das ein Sendeelement-Fotodetektor-Paar umfasst, wobei das Sendeelement einen Strahl aus Lichtenergieimpulsen auf mehreren Frequenzen in den überwachten Bereich aussendet und der Fotodetektor Lichtenergie einschließlich der Lichtenergie von dem Strahl, der von einem Objekt innerhalb des überwachten Bereichs reflektiert wurde, nachweist und Lichtnachweissignale erzeugt, und das einen Controller zum Betrieb des Sendeelement-Fotodetektor-Paars sowie zur Erzeugung eines phasenverzögerten Bezugssignals bei jeder Frequenz umfasst. Der Controller mischt die Lichtnachweissignale und die Bezugssignale, um für jede Frequenz ein Phasendifferenzsignal zu erzeugen, das sich in der Polarität sinusförmig mit dem Abstand zum Objekt verändert, und vergleicht die Polarität dieser Phasendifferenzsignale, um das Vorhandensein eines Objekts im überwachten Bereich zu bestimmen.
Vorzugsweise enthält das Detektionssystem mehrere Sendeelement-Detektor-Paare, von denen jedes einen eigenen Teil des überwachten Bereichs überwacht, und der Controller ist in der Lage, für jedes die Phase der Bezugssignale einzustellen, um die effektiven Grenzen des überwachten Bereichs zu verändern.
In noch einer weiteren Ausgestaltung dieser Erfindung enthält der Controller einen Phasenschieber für das Verschieben der Phase des Bezugssignals, um die erwartete Phasenverschiebung eines ausgesandten Signals, das an einem Objekt an einer Grenze des überwachten Bereichs reflektiert wurde, auszugleichen, wodurch der Komparator in die Lage versetzt wird zu bestimmen, ob die empfangene Lichtenergie von einem Objekt innerhalb oder außerhalb dieser Grenze reflektiert wurde.
In noch einer weiteren Ausgestaltung dieser Erfindung enthält der Controller einen programmierbaren Phasenschieber, der bei jeder Frequenz sequenzielle Bezugssignale erzeugt, die phasenverschoben sind, um die erwartete Phasenverschiebung von zugehörigen Lichtenergieimpulsen, die von einem Objekt sowie an der fernen Grenze des Bereichs reflektiert wurden, auszugleichen, so dass der Komparator in die Lage versetzt wird zu bestimmen, ob die Phasenverschiebung der empfangenen Lichtenergie größer oder kleiner als das Bezugssignal ist.
Vorzugsweise wird das Detektionssystem an jedem der Außenrückspiegel des Fahrzeugs angebracht.
In einer weiteren Ausgestaltung dieser Erfindung wird eine Kollisionsvermeidungsvorrichtung auf einem Trägerfahrzeug angebracht, um das Vorhandensein eines benachbarten Fahrzeugs in einem überwachten Bereich zu erkennen, die über einen Sensormodul verfügt, der mindestens ein separates Sensorsystem zur Überwachung eines einzelnen Teilabschnitts des überwachten Bereichs umfasst. Ein Sendeelement sendet einen festfrequenzmodulierten Lichtenergiestrahl mit einer vorgegebenen Pulslänge in den einzelnen Teilabschnitt des überwachten Bereichs, und ein Empfänger, dessen Gesichtsfeld weitgehend auf den ausgesandten Strahl ausgerichtet ist, erfasst die Lichtenergie und erzeugt ein Empfangssignal. Ein Frequenzgenerator erzeugt mindestens eine Festfrequenz, ein Phasenschieber erzeugt ein phasenverschobenes Bezugssignal mit einer vorgegebenen Phasenverzögerungsbeziehung zu der Festfrequenz, und ein Mischer erzeugt Demodulationssignale von jedem empfangenen Signal und jedem phasenverschobenen Bezugssignal. Das Richt diagramm des ausgesandten Strahls und das Gesichtsfeld des Empfängers haben einen festen optischen Überlappungsbereich, und die Festfrequenz sowie die vorgegebene Phasenverzögerung werden so gewählt, dass sie im Wesentlichen ein Nullempfangssignal erzeugen, das von Reflexionen des ausgesandten Strahls durch eine gleichmäßig verteilte atmosphärische Rückstreuung im optischen Überlappungsbereich herrührt.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung werden offensichtlicher mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, in dem ein Detektionssystem gemäß dieser Erfindung eingesetzt wird, wobei die überwachten Bereiche in den Totwinkelzonen in Fahrzeugnähe dargestellt werden.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Außenrückspiegels auf der Beifahrerseite, der ein Detektionssystem gemäß dieser Erfindung enthält.
3 ist ein schematisches Schaltbild eines Mehrfrequenzdetektionssystems gemäß dieser Erfindung.
4 ist ein Prinzipskizze einer Laserdiodenansteuerschaltung des Systems von 2.
5 ist eine Prinzipskizze des Empfängerschaltkreises des Systems von 3.
6 ist eine Grafik, in der drei Frequenzdemodulationsfunktionen über der Entfernung aufgetragen sind, wobei veranschaulicht wird, dass nur ein einziger Bereich eine positive Demodulationsantwort für alle Frequenzen aufweist.
7 ist eine Grafik, in der die fotoelektrische Verstärkungsausbeute als Funktion des Abstands für ein rückstrahlendes Reflexionsobjekt mit einem festen Durchmesser und ein ausgedehntes diffus weißes Objekt aufgetragen ist, wobei der Effekt der Gesichtsfeldüberlappung veranschaulicht wird.
8 ist eine Grafik, in der eine Netto-Systemantwortfunktion einschließlich der Dreifrequenz-AND-Funktion und der fotoelektrischen Ansprechfunktion dargestellt ist, wobei die Nettoantwort als eine Funktion des Abstandes gezeigt wird.
9 ist eine Grafik, die eine Beispiel-Integrationsfunktion für ein mit 15 MHz moduliertes Signal mit einer Nahnullstelle bei 4 ft (1,22 m) und einem Linsenabstand von 0,2 Zoll (6 mm) zeigt.
10 ist eine Grafik, die ein aus einer atmosphärischen Rückstreuung resultierendes Nachweissignal bei einer 15 MHz Modulation für ein Rückstreureflexionsvermögen von 0,05 %/ft bezogen auf einen standardgemäßen diffus weißen Reflektor zeigt.
11 ist eine Grafik, die den Einfluss des Rauschens auf Systemimpulsantworten zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Das hier dargestellte und beschriebene Detektionssystem ist ein Fahrzeug-Totwinkeldetektor des in PCT/US97/20637 offengelegten Typs. Es liefert dem Fahrer des Trägerfahrzeugs 20 Informationen hinsichtlich der Anwesenheit von einem oder mehreren Fahrzeugen 22 in benachbarten Bereichen 24 und 26, die durch Detektionssysteme oder -einheiten 28 und 30 überwacht werden, die Grenzen 24a, b, c, d und 26a, b, c, d aufweisen, wie in 1 gezeigt ist. Diese überwachten Bereiche 24 und 26 umfassen die sogenannten „Totwinkelbereiche" oder Bereiche, welche der Fahrer des Fahrzeugs 20 weder direkt noch mittels der inneren und äußeren Rückspiegel einsehen kann. Die Sende- und Detektoreinheiten der Detektionssysteme 28, 30 sind vorzugsweise in oder an den äußeren Rückspiegeln des Fahrzeugs angeordnet, von denen einer (32) in 2 als Detektionssystem-Halterungseinheit 30 dargestellt ist.
Der Schaltkreis des Detektionssystems von dieser Erfindung ist schematisch in 3 dargestellt, er umfasst einen Mikrocontroller 40, der über eine Schnittstelle 42 mit den Fahrzeugsystemen verbunden ist. Der Mikrocontroller 40 stimmt die verschiedenen Systemsteuer- und Taktlogikschaltungen miteinander ab und stellt die Verbindung zum Fahrzeug 20 für den Empfang der Leistungs- und Sensoraktivierungsanforderungen sowie für die Übermittlung des Sensornachweis- und Zustandsberichts her. Obwohl das Detektionssystem sechs Infrarotsensorstrahlen umfasst, die durch herkömmliche Hilfsmittel gemultiplext werden, indem sie unmittelbar vor dem Ansteuerungsverstärker 44 der Laserdiode aufgefächert und unmittelbar vor dem Empfängerverstärker 46 zusammengefasst werden, stellt das vereinfachte Schaltbild von 3 alle einschlägigen Funktionen dieses Systems dar.
Wie in 6 dargestellt ist, arbeitet das System auf drei unterschiedlichen Frequenzen, von denen jede einen Phasenversatz (15 MHz mit einem Versatz von –24 ns, 2,5 MHz mit einem Versatz von +26 ns und 1,875 MHz mit einem Versatz von –72 ns) aufweist. Bei diesem Totwinkeleinsatz ist ein Überwachungsbereich von ungefähr 4–20 ft erwünscht, um die Totwinkelbereiche auf der Fahrer- und Beifahrerseite, wie sie von den äußeren Rückspiegeln aus gemessen werden, genügend zu überdecken. Aus den folgenden Gründen wurde als Hauptfrequenz 15 MHz gewählt.
15 MHz weist eine Periode von 66,67 ns auf. Ein Rücklaufsignal wird mit einem phasengesteuerten Bezugssignal der gleichen Frequenz gemischt, dessen Phasenverschiebung gegenüber dem Rücklaufsignal aus einem Grenzbereich des überwachten Bereichs gleich 90° gesetzt wird. Dies liefert wegen der Phasenverschiebung von 90° der Signale einen Nulloutput des Mischers. Ein Rücklaufsignal aus einer kleineren Entfernung erzeugt ein + Signal, wohingegen für größere Entfernungen ein – Signal erzeugt wird, da das zurückgesandte Lichtsignal bei einer Abstandsänderung des nachgewiesenen Objekts eine Phasenverschiebungsänderung von 1,97 ns/ft erfährt, was eine Phasenverschiebung von 10,7° bei 15 MHz ergibt. Das Maximalsignal wird bei einem Vielfachen einer Phasenverschiebung von 180° erzeugt, und Nullwerte werden bei einer Phasenverschiebung von 90° erzeugt. Somit weist das System mit einer Null bei 22 ft auch eine Null bei
auf. Dieses System erzeugt somit einen positiven Nachweis im Abstandsbereich von 5,08 ft–22 ft, einen negativen Nachweis bei 22 ft–38,92 ft, einen positiven Nachweis bei 38,92 ft–55,84 ft usw., wobei die Polarität aller 16,92 ft wechselt, was eine Zuordnungsunsicherheit erzeugt. Wir verwenden zwei zusätzliche Frequenzen zur Lösung des Zuordnungsproblems. Hier werden die Frequenzen von 2,5 MHz und 1,875 MHz gewählt, so dass eine positive Antwort von den Rücklaufsignalen bei allen drei Frequenzen erforderlich ist, um das nachgewiesene Objekt in den überwachten Bereich einzuordnen.
Der Mikrocontroller 40 durchläuft diese drei Frequenzen für jedes der sechs Sendeelement-Detektor-Paare, um die Anwesenheit eines Fahrzeugs im überwachten Bereich zu be stimmen. Der Mikrocontroller 40 wählt eine der drei Frequenzen aus und sendet die dazugehörigen Steuerbits an einen Frequenzgenerator 48, der die geforderte Frequenz erzeugt. Zu einem gegebenen Zeitpunkt gibt der Mikrocontroller 40 ein PULS-Signal 50 mit einer typischen Zeitdauer von 40 μs aus, das zum Durchlass der Frequenz an den Verstärker 44 verwendet wird, der seinerseits eine Laserdiode 52 mit typischen Spitzenströmen von 1 A speist. Die Pulsabfolge kann aus einem nacheinander erfolgenden Betreiben jeder Diode bei einer Frequenz mit anschließendem Übergang zur nächsten Frequenz bestehen, oder die Abfolge kann aus einem nacheinander erfolgenden Betreiben jeder Diode bei allen drei Frequenzen mit anschließendem Übergang zur nächsten Diode bestehen.
Der modulierte Infrarotlichtpuls 54, der durch die Laserdiode 52 ausgesandt wird, wird durch die Sendeelementlinse 56 gesammelt und ausgeblendet, wodurch ein Strahl 58 erzeugt wird, der in einen einzigen Teilbereich des überwachten Bereichs 26 gerichtet wird (1). Eine Empfängerlinse 60 weist ein Gesichtsfeld 62 auf, das sich mit dem ausgesandten Strahl 58 in einem Gebiet A überdeckt, so dass eine beliebige Reflexion 66 dieses Strahls durch ein Objekt 62 gesammelt und auf eine Empfängerfotodiode 68 fokussiert wird, wo das Licht in einen elektrischen Strom umgewandelt wird, der dem Verstärker 46 zugeführt wird.
Wenn der Frequenzgenerator 48 die vorausgewählte Frequenz erzeugt, sendet er gleichzeitig die Frequenz an einen Mehrschritt-Phasenschieber 70, der dem LO-Anschluss eines Mischers 72 ein phasenverschobenes Bezugssignal zur Verfügung stellt, wo es mit dem empfangenen Signal, das dem HF-Anschluss zugeführt wird, gemischt und demoduliert wird. Der Wert der durch den Phasenschieber 70 erzeugten Phasenverschiebung wird durch den Controller 40 entsprechend der Beziehung von Grenzreichweite zu Antwortpolarität festgelegt, die für die jeweilige Frequenz gewünscht ist. Der Mischer 68 führt eine Multiplikationsfunktion zwischen dem am HF-Anschluss empfangenen Signal und der phasenverschobenen Version bei derselben Frequenz am LO-Anschluss durch.
Der Output am Demodulations-ZF-Anschluss ist durch die folgende Gleichung gegeben: ZF-Output = Km{sin(2πf(t – τ))[ARsin(2πf(t – 2d))]},und der tiefpassgefilterte ZF-Output ist durch die folgende Gleichung gegeben: TPF-Output = KmARcos(2πf(2d – τ)),mit: K_m = Umwandlungsverstärkung des Mischers 72,
A_R = Signalamplitude des Empfängerverstärkers 46,
f = Betriebsfrequenz in GHz,
t = Zeit in ns (Nanosekunden),
τ = Zeitverzögerung des Phasenschiebers 70 in ns,
d = Abstand zum Objekt in Fuß.
Die Verwendung des Abstandes d als 1,0 ft/ns in den obigen Gleichungen ist eine gute Näherung für die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht, die tatsächlich 0,984 ft/ns ist.
Somit ist dann, wenn die Empfängerverzögerung – einschließlich der Ausbreitungsverzögerung zum Objekt und zurück – gleich der Phasenverzögerung ist, die Antwort maximal, weil das Argument der cos-Funktion (2πf(2d – τ)) gleich Null ist. In 6 ist der 15 MHz-Wellenverlauf um 24 ns verzögert, was einer Spitzenantwort bei 12 ft entspricht, wo die Ausbreitungsverzögerung für das Licht (hin und zurück) 24 ns beträgt. Es ist offensichtlich, dass eine Nullstelle immer dann auftritt, wenn das Argument der cos-Funktion ein ganzzahliges Vielfaches von 90° (π/2 rad) ist. Da 15 MHz eine Periode von 66,67 ns aufweist, ist eine 90°-Phasenverschiebung gleich 16,67 ns zu setzen, und sie erzeugt eine Nullstelle bei ±8,33 ft von der oben erwähnten Spitzenantwort bei einer Entfernung von 12 ft aus. Dies entspricht den Nullstellen, die in 6 annähernd bei den Entfernungsmarken von 4 ft und 20 ft dargestellt sind. Ebenso nimmt der Antwortoutput einen negativen Spitzenwert an, wenn das Argument der cos-Funktion ein geradzahliges Vielfaches von 180° ist.
Bei den oben erwähnten Entfernungsdetektionsgeräten vom Stande der Technik ist es erforderlich, den genauen Phasenwinkel des zurückgesandten Signals zu erhalten, um die genaue Entfernung des nachgewiesenen Objekts zu bestimmen. Dies wird gewöhnlich unter Verwendung zweier Mischer ausgeführt, die beide die gleiche Ankopplung an den HF-Anschluss aufweisen, wobei einer jedoch eine zusätzliche 90°-Phasenverschiebung für sein LO-Anschlusssignal aufweist. Der Output von den zwei ZF-Anschlüssen wird dann tiefpassgefiltert und digitalisiert. Davon kann eine Berechnung des arctan ausgeführt werden, um den Phasenwinkel zu erzeugen. Diese Erfindung vermeidet diesen Aufwand und die damit verbundenen Kosten, indem nur ein Mischer verwendet, der Analog-Digital-Wandler entfernt und einfach die An- oder Abwesenheit eines positiven Outputs nachgewiesen wird. Das Mischsignal wird dann durch ein Tiefpassfilter 74 und einen hochverstärkenden Begrenzerverstärker 76 zur Nachweisbestimmung durch den Mikrocontroller 40 geleitet. Dieser zeigt an, ob sich das nachgewiesene Objekt inner- oder außerhalb des überwachten Bereichs befindet und funktioniert einfach wie ein „Fahr-Stop"-Detektor.
Ein äußerst empfindlicher Nachweis eines positiven Empfangssignals wird durch Senden eines Lichtpulses (40 μs) und anschließender Bestimmung der Hüllkurve dieses Pulses am Empfängerverstärker 76 erreicht, wie es in 11 dargestellt ist. Das Nachweisprinzip beruht auf dem statistischen Abtasten der Antwort nahe dem Ende des ausgesandten Pulses und wieder nach etwa 30 μs nach Ende des Pulses für die Rücklaufantwort. Dieses Verfahren wird ausführlicher in PCT/US97/20637 dargestellt. Von den vier möglichen Zuständen, die aus dem Abtasten hervorgehen können, zählt der Nachweisalgorithmus rückwärts für Lo-Lo-, Lo-Hi- und Hi-Hi-Antworten und vorwärts nur für eine Hi-Lo-Antwort. Dieses Verfahren bevorzugt beim Vorliegen eines statistischen Rauschens mit 3 : 1 das Rückwärtszählen und zählt nur bei Vorliegen eines substantiellen Rücklaufsignals kontinuierlich nach oben. Der Anzeigewert des Zählers wird begrenzt durch einen unteren Grenzwert Null und einen Schwellwert +15, mit dem durch den Mikrocontroller 40 ein Objekt so lange nachgewiesen wird, bis die Zähleranzeige zu Null zurückkehrt. Wie in PCT/US97/20637 gezeigt wird, ergibt dieser Algorithmus einen effektiven Schwellwert von etwa 60% vom Effektivwert des Rauschpegels und weist eine vernachlässigbare Falschalarmrate von etwa 5 10^–8 auf.
Bei Einsatz dieses einfachen Verfahrens mit einem einzigen Mischer besteht die bereitgestellte Information nur darin, ob sich das Objekt in einer Entfernung befindet, die zu einer der positiven Halbperioden gehört, aber nicht zu welcher. Das führt zu der bekannten Mehrdeutigkeit oder dem Zuordnungsproblem, das bei allen Entfernungsmessgeräten dieser Grundausführung anzutreffen ist.
Hier werden mehrere Frequenzen (2,50 MHz und 1,875 MHz) verwendet, um zu bestimmen, ob sich das Objekt in der positiven Halbperiode von 15 MHz befindet, die zum überwachten Bereich gehört. Wie in 6 dargestellt ist, liefert ein Einsatz von diesen Frequenzen nur einen Bereich (ungefähr 4–20 ft), wo alle drei Frequenzen eine positive Antwort beim Nachweis eines Objekts erzeugen. Eine positive Antwort bei allen drei Frequenzen würde auch bei einer Entfernung von über 350 ft auftreten, aber ein beliebiges Rücklaufsignal selbst von einem sehr starken Reflektor wäre zu schwach für einen Nachweis, so dass die Notwendigkeit entfällt, solche Signale zu berücksichtigen. Die Frequenzen und Phasenverschiebungen oder Versatzwerte wurden sorgfältig ausgewählt, um dieses Ausschließungsergebnis über einen ganzen Entfernungsbereich hinweg zu erreichen, in dem ein ausreichend starkes Signal zurückgesandt werden kann.
7 zeigt die fotoelektrische Ansprechfunktion sowohl für einen rückstrahlenden Reflektor fester Größe, wie er an Straßenrändern und Autokotflügeln üblich ist, als auch für ein ausgedehntes diffus weiß reflektierendes Objekt, wie z. B. die Seite eines angestrichenen Gebäudes. Die Vertikalskala stellt den über der Nachweisgrenze liegenden Signalpegel dar. Es ist anzumerken, dass das Rücklaufsignal vom diffusen Weiß mit dem Quadrat des Abstandes abnimmt. Das Rücklaufsignal von einem rückstrahlenden Reflektor ist zwar bei kleinen Abständen viel stärker, es nimmt aber mit der vierten Potenz des Abstandes ab. Da 7 den möglichen Nachweis bis über 300 ft hinaus zeigt, müssen die Frequenzen und Phasenversatzwerte sorgfältig gewählt werden, um zu gewährleisten, dass beliebige Zuordnungsprobleme in diesem Entfernungsbereich ausgeschlossen werden. Der Einsatz der beispielhaften drei Frequenzen, die Strahlüberlappungsfunktion und die fotoelektrische Empfindlichkeit erzeugen die in 8 dargestellte Netto-Systemantwortfunktion mit positiven Antworten nur im Bereich von 4–20 ft und ohne Zuordnungsproblembereiche für größere Abstände, bei denen die Rücklaufsignale nachweisbar sind.
Somit müssen in dieser Erfindung nicht die Mischerprodukte sowohl vom sin als auch vom cos erzeugt werden, und es entfällt die Notwendigkeit, Analog-Digital-Umwandlungen mit jeder der beiden ausführen zu müssen. Es wird ein einfaches An-/Abwesenheit-Detektionssystem („Fahr – Stop") bereitgestellt, das zuverlässig das Vorhandensein eines Objekts im 180°-Phasenbereich anzeigt, der ein positives Mischer-Demodulationsprodukt liefert. Durch sorgfältiges Anpassen der Frequenzen und Phasenversatzwerte können ähn liche Ergebnisse für andere überwachte Entfernungsbereiche erzielt werden.
Das mit den Falschnachweisen infolge von atmosphärischer Rückstreuung (Nebel, Dunst, Regen, Schnee, Srühnebel) verbundene Problem wird minimiert, indem die Überlappungsfunktion von Sendeelement-Strahlcharakteristik und Detektor-Gesichtsfeld sowie die Lage der Nahbereichsnullstelle in der Demodulationsfunktion sorgfältig gewählt werden. Die atmosphärische Rückstreuung wird ausreichend nachgebildet, indem ein fester Prozentsatz des Reflexionsvermögens pro Fuß Eindringtiefe bestimmt wird. Zum Beispiel würde für einen leichten Nebel, der pro Fuß 0,001% reflektiert, das gesamte von diesem Nebel zum Empfänger zurückkehrende Signal für jeden Fuß der Reichweite die Summe aus der Demodulationsfunktion von 6 multipliziert mit der fotoelektrischen Empfindlichkeit von 7 und multipliziert mit 0,001% sein.
7 zeigt die grundlegende fotoelektrische Empfindlichkeit einschließlich der Überlappungsfunktion des Empfängergesichtsfelds mit der Sendeelement-Strahlcharakteristik und einschließlich der Abhängigkeit vom Kehrwert des Abstandsquadrates für ein diffus weißes Objekt. Es gibt einen scharfen Anstieg bei etwa 3 ft, wo die Überlappung einsetzt. Wenn die Überlappung dichter heran einsetzte, dann würde die Kurve für das diffus weiße Objekt bis auf einen Spitzenwert von 200.000 (2 10⁵) bei 0,5 ft ansteigen. Diese unglaublich hohe Empfindlichkeit würde tatsächlich selbst für die geringste atmosphärische Rückstreuung problematisch sein. Der Abstand, bei dem die Strahlüberlappung einsetzt, ist durch den Abstand der Sendeelementlinse 56 von der Empfängerlinse 60, die Winkeldivergenz von Strahl und Gesichtsfeld sowie deren anvisierter Richtung gegeben. Diese Parameter sind seitens des Systementwicklers steuerbar.
Wieder mit Bezug auf 6 liegt die Nahnullstelle bei einem Abstand von 4 ft auf der 15 MHz-Kurve. Ein Platzieren dieser Nullstelle auf einen größeren Abstand als den Überlappungspunkt erzeugt einen gewissen kompensierenden negativen Signalbeitrag zur Verschiebung des positiven Signalbeitrags bei größeren Entfernungen. 9 zeigt den relativen Rückstreubeitrag und die Integration dieses Signals über den Bereich von 0–75 ft. Es ist wünschenswert, alle Beiträge bis hin zu sehr großen Abständen zu einer Summe nahe Null aufzusummieren, um so in einer ersten Näherung eine innere Selbstauslöschung der Rückstreusignalbeiträge zu erhalten. Es ist offensichtlich, dass der Wert des negativen Signalbeitrags im Nahbereich wesentlich für das Erreichen dieses Zieles ist. Es ist wesentlich, dass eine Ausgewogenheit vorliegt, weil ein zu großer positiver Beitrag einen Falschnachweis erzeugen könnte, während ein zu großer negativer Beitrag die Empfindlichkeit für sehr schwarze Fahrzeuge beeinträchtigen könnte.
6 beschreibt die Auswirkungen einer Veränderung des Linsenabstandes bei einer vorgegebenen Lage der Nahnullstelle für 15 MHz. Wenn die Demodulatornullstelle im Nullbereich angeordnet wird, dann gibt es keinen negativen Beitrag des Nahbereichs. Ein zunehmender Linsenabstand verbessert die Situation, was darauf hinzuweisen scheint, dass ein großer Abstand besser ist. Ein Abstand von 1 Zoll erzeugt jedoch einen „toten" (nachweisfreien) Bereich bis zu 4 ft, während ein Abstand von 2 Zoll einen „toten" Bereich bis zu 8 ft erzeugt, was für eine Anwendung im Totwinkelbereich von Kraftfahrzeugen zu viel ist. Die Vertikalskala in 10 ist mit Bezug auf die Nachweisschwelle des Sensors kalibriert. Somit würde ein ideales System eine integrierte Rückstreuung nahe Null, in jedem Falle kleiner als 1 für den Solltoleranzpegel der atmosphärischen Rückstreuung aufweisen. Eine ausgewogene Wahl, die durch 10 angezeigt wird, würde bei einer 0,2 für den Linsenabstand mit einer bei 4 ft festgelegten Demodulator-Nahbereichsnullstelle liegen.
Die detaillierte Schaltung ist schematisch in den 4 und 5 dargestellt. In 4 weist eine bevorzugte Ausführungsform des Sendeelementschaltkreises ein gewöhnliches Bustreibergate 80 der Serie 74F, das ein ausreichendes Stromaussteuerungsvermögen aufweist und schnell ist, auf. Es steuert einen Zetex-FMMT491A-Hochstrom-npn-Transistor 82 mit einem hohen Beta-Wert, der den Strom durch einen Siemens-SFH495-Laserdiodenstrahler 52 steuert.
In 5 wird das Licht durch die Linse 60 von einem schnellen Siemens-SFH302-pin-Fotodiodenempfänger 68 empfangen, der das Licht in einen elektrischen Strom umwandelt. Ein Transimpedanzverstärker 46 weist einen Verstärkungsgrad von 10 K Ohm, eine Bandbreite Yon 27 Mhz und ein äquivalentes Eingangsrauschen von 4 pA/Hz auf, wobei rauscharme Metallschichtwiderstände verwendet werden. Eine rauscharme Ausführung ist erforderlich, um eine maximale Empfindlichkeit für den Nachweis von äußerst dunklen Fahrzeugen an der fernen Grenze des überwachten Bereichs zu erreichen. Die Rauschleistung muss nicht besser sein als der Rauschstrom, der in der Form von Schrotrauschen durch das vorhandene Umgebungslicht erzeugt wird.
Damit werden von dieser Erfindung die aus dem Stand der Technik folgenden Einschränkungen bei der Bereitstellung eines Objektdetektionssystems überwunden, das einfach einen Vergleich der Polarität von Phasendifferenzsignalen nutzt, die aus einem Mischen von Nachweissignalen bei mehreren Frequenzen mit einem phasenverzögerten Bezugssignal bei jeder Frequenz hervorgehen, um zu bestimmen, ob sich ein nachgewiesenes Objekt in einem überwachten Bereich befindet. Damit wird vermieden, den genauen Abstand des Objekts messen zu müssen, und es wird keine Präzisionsgeometrie und -baueinheit benötigt, welche für Systeme erforderlich sind, die auf Triangulation beruhen. Der Einfluss der atmosphärischen Rückstreuung auf einen zuverlässigen Nachweis wird durch die Wahl der optischen Überlappung, der Frequenzen und der gewählten Phasenverzögerungen minimiert. Obwohl nur eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurde, sind naheliegende Modifikationen davon im Geltungsbereich dieser Erfindung eingeschlossen, der durch die folgenden Patentansprüche festgelegt ist.

Claims

Elektrooptisches Detektionssystem zum Machweis von Objekten in den Grenzen eines überwachten Bereichs, das ein Sendeelement-Fotodetektor-Paar umfasst, wobei das Sendeelement einen Strahl aus Lichtenergieimpulsen in den überwachten Bereich aussendet und der Fotodetektor die Lichtenergie einschließlich der Lichtenergie des Strahls, der von einem Objekt im überwachten Bereich reflektiert wurde, nachweist und Lichtnachweissignale erzeugt, und das einen Controller zum Betrieb des Sendeelement-Fotodetektor-Paars und zur Erzeugung eines Objektnachweissignals umfasst, wenn er feststellt, dass ein Objekt im überwachten Bereich vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendeelement einen Strahl von Lichtenergieimpulsen auf mehreren Frequenzen in den überwachten Bereich aussendet, und der Controller ein phasenverzögertes Bezugssignal bei jeder Frequenz erzeugt, die Lichtdetektionssignale und die Bezugssignale mischt, um für jede Frequenz ein Phasendifferenzsignal zu erzeugen, das sich in seiner Polarität sinusförmig mit dem Abstand zum Objekt verändert, und die Polarität dieser Phasendifferenzsignale vergleicht, um die Anwesenheit eines Objekts im überwachten Bereich nachzuweisen.
Detektionssystem nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sendeelement-Fotodetektor-Paare enthalten sind, von denen jedes einen eigenen Anteil des überwachten Bereichs überwacht.
Detektionssystem nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Controller für das Einstellen der Phasenverschiebung der Bezugssignale für jede Fre quenz einsetzbar ist, um die effektiven Grenzen des überwachten Bereichs zu verändern.
Detektionssystem nach Anspruch 3, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Controller ein Gerät zur Verschiebung der Phase des Bezugssignals enthält, um die erwartete Phasenverschiebung eines ausgesandten Signals, das von einem Objekt an einer Grenze des überwachten Bereichs reflektiert wurde, auszugleichen, wodurch der Komparator in die Lage versetzt wird zu entscheiden, ob die empfangene Lichtenergie von einem Objekt innerhalb oder außerhalb der Grenze reflektiert wurde.
Detektionssystem nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeelemente und Fotodetektoren an einem äußeren Rückspiegel des Fahrzeugs angebracht werden.
Kollisionsvermeidungsvorrichtung, die an einem Trägerfahrzeug angebracht wird, um die Anwesenheit eines benachbarten Fahrzeugs in einem überwachten Bereich nachzuweisen, die einen Sensormodul umfasst, der mindestens ein separates Sensorsystem zur Überwachung eines eigenen Anteils des überwachten Bereichs enthält, das ein Sendeelement zum Aussenden eines mit einer festen Frequenz modulierten Lichtenergiestrahls mit einer vorgegebenen Pulslänge in den eigenen Anteil des überwachten Bereichs und einen Empfänger umfasst, dessen Gesichtsfeld weitgehend auf den ausgesandten Strahl ausgerichtet ist, der Lichtenergie wahrnimmt und der ein Empfangssignal erzeugt, gekennzeichnet durch einen Frequenzgenerator zur Erzeugung von zwei oder mehr vorgegebenen unterschiedlichen festen Frequenzen zur Verwendung durch das Sendeelement, um Strahlen bei jeder der Frequenzen auszusenden, einen Phasenschieber zur Erzeugung eines phasenverschobenen Bezugssignals mit einer für jede Frequenz unterschiedlich vorgegebenen Phasenverzögerungsbeziehung, einen Mischer zur Erzeugung von Demodulationssignalen aus jedem empfangenen Signal und jedem phasenverschobenen Bezugssignal für jede Frequenz, einen Begrenzerverstärker zur Erzeugung hoch verstärkter wechselspannungsgekoppelter digitaler Logikpegelnachweissignale aus den Demodulationssignalen, einen Prozessor zum Empfang und zur Verarbeitung der Logikpegelnachweissignale, die durch jedes separate Sensorsystem bei jeder der festen Frequenzen erzeugt werden, um über die Anwesenheit eines Fahrzeugs im überwachten Bereich zu entscheiden.
Kollisionsvermeidungsvorrichtung nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung sechs separate Sensorsysteme enthält.
Kollisionsvermeidungsvorrichtung nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzerzeugungsmittel drei feste Frequenzen zur Verwendung durch jedes Sendeelement erzeugen.
Kollisionsvermeidungsvorrichtung nach Anspruch 8, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen ungefähr 15 MHz, 2,5 MHz und 1,875 MHz betragen.
Kollisionsvermeidungsvorrichtung, die an einem Trägerfahrzeug angebracht wird, um die Anwesenheit eines benachbarten Fahrzeugs in einem überwachten Bereich nachzuweisen, die einen Sensormodul umfasst, der mindestens ein separates Sensorsystem zur Überwachung eines eigenen Anteils des überwachten Bereichs enthält, das ein Sendeelement zum Aussenden eines mit einer festen Frequenz modulierten Lichtenergiestrahls mit einer vorgegebenen Pulslänge in den eigenen Anteil des überwachten Bereichs und einen Empfänger umfasst, dessen Gesichtsfeld weitgehend auf den ausgesandten Strahl ausgerichtet ist, der Lichtenergie wahrnimmt und der ein Empfangssignal erzeugt, gekennzeichnet durch einen Frequenzgenerator zur Erzeugung von mindestens einer festen Frequenz, einen Phasenschieber zur Erzeugung eines phasenverschobenen Bezugssignals mit einer für die feste Frequenz vorgegebenen Phasenverögerungsbeziehung, einen Mischer zur Erzeugung von Demodulationssignalen aus jedem empfangenen Signal und jedem phasenverschobenen Bezugssignal, wobei die Strahlcharakteristik das ausgesandten Strahls und das Gesichtsfeld des Empfängers einen festen optischen Überlappungsbereich aufweisen und die feste Frequenz sowie die vorgegebene Phasenverzögerung gewählt werden, dass sie im Wesentlichen ein Nullempfangssignal erzeugen, das aus Reflexionen des ausgesandten Strahls an gleichmäßig verteilten atmosphärischen Rückstreuern im optischen Überlappungsbereich hervorgeht.