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WO2009003909A1 - Radar device - Google Patents

Radar device Download PDF

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WO2009003909A1
WO2009003909A1 PCT/EP2008/058174 EP2008058174W WO2009003909A1 WO 2009003909 A1 WO2009003909 A1 WO 2009003909A1 EP 2008058174 W EP2008058174 W EP 2008058174W WO 2009003909 A1 WO2009003909 A1 WO 2009003909A1
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WO
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sensor surface
radar device
sensor
sensor surfaces
bottom wall
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PCT/EP2008/058174
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Wenger
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G01S7/4039—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system of sensor or antenna obstruction, e.g. dirt- or ice-coating

Definitions

  • the invention relates to a radar device for measuring the path progress or the speed of a moving object, in particular a rail vehicle, with a first facing the ground, inclined to the vertical sensor surface and a second facing the ground, inclined len to verti len len sensor surface, wherein the sensor surfaces of a Protective hood are enclosed with a Radarstrahl barn emergeen horizontal bottom wall.
  • These radar devices may, for example, be microwave Doppler radars for measuring the path progress or the speed of a rail vehicle, relative to the ground.
  • the measured values are usually formed with the so-called intersection method as mean values of the measured values of two radomes, the radomes having sensor surfaces with different angles of inclination to the vertical. Common inclination angles are 40 ° and 50 °.
  • a generic radar device with a protective hood, which has a radar beam-permeable horizontal bottom wall, is known from DE 20 2005 016 888 Ul.
  • the horizontal orientation of the radar-transmitting bottom wall reduces the adhesion of snow, ice, water and dirt on this bottom wall to the adhesion to the inclined sensor surfaces.
  • wedge-shaped ones are problematic
  • the invention has for its object to provide a radar device of the generic type, in which the influence of wedge-shaped icing of the horizontal bottom wall is reduced to the functioning of the radar device.
  • the object is achieved in that the first sensor surface in the direction of movement of the object and the second sensor surface are inclined counter to the direction of movement of the object. So far, it is customary to orient both sensor surfaces with different angles, for example 40 ° and 50 °, in the direction of travel. The angle between the two sensor surfaces is then> 180 °. According to the invention, the two sensor surfaces form an angle ⁇ 180 ° relative to one another.
  • the inclination angle of the first sensor surface is greater than the inclination angle of the second sensor surface.
  • the usual inclination angles 40 ° and 50 ° are used.
  • the average speed is slightly higher than the actual speed, which results in a safety gain only at a wedge angle of less than 1 ° If too low a speed can be measured, but the order of magnitude is limited so that it can be used per se eidende too low speed display is tolerable.
  • Figure 1 shows an arrangement of the sensor surfaces after
  • FIGs 2 and 3 an inventive arrangement of
  • FIG. 1 shows adjacent sensor surfaces 1a and 1b, which are assigned to two radomes of a radar device, not shown, wherein radiation lobes emanate from the sensor surfaces 1a and 1b with main beam directions illustrated by arrows 2a and 2b.
  • the sensor surfaces Ia and Ib are due to their skew with respect to a horizontal plane, that is exposed to the weather, strong weather conditions. To counteract the weather-related failure, in particular as a result of adhering snow and ice particles, the sensor surfaces Ia and Ib with a
  • This nose-shaped protective hood 3 is provided with a horizontal, Radarstrahl barn comeen bottom wall 4. Due to the lower probability of the adhesion of interfering particles on the bottom wall 4 in comparison to unprotected sensor surfaces Ia and Ib results in a higher availability of the radar device, especially in wintry conditions.
  • FIGS. 2 and 3 a particular orientation illustrated in FIGS. 2 and 3 is
  • Sensor surfaces Ia and Ib provided.
  • An ice wedge 5 at the bottom of the bottom wall 4 has in the inventive arrangement very different effects on the radiated from the two sensor surfaces Ia and Ib and after reflection radar beams received on the ground. Shown is the sensor surface Ia with an angle ⁇ l to the vertical 6 of 50 ° and a sensor surface Ib with an angle ⁇ 2 to the vertical 6 of 40 °.
  • the 50 ° wheel sees the ice wedge 5 behind, while the 40 ° wheel sees the ice wedge 5 in front.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

The invention relates to a radar device for the measurement of the progress or the speed of a moving object, in particular a rail vehicle, with a first sensor surface (1a) facing the ground and inclined toward the vertical axis (6) and a second sensor surface (1b) facing the ground and inclined toward the vertical axis (6). Said sensor surfaces (1a, 1b) are enclosed by a protective cover (3) with a radar-permeable, horizontal bottom wall (4). To reduce the discrepancies in measured value between the measurements of the two sensor surfaces (1a, 1b) and thereby to increase the service quality of the radar device, the first sensor surface (1a) is inclined toward the direction of movement of the object, and the second sensor surface (1b) is inclined toward the direction opposite to the movement of the object.

Description

Beschreibungdescription
Radareinrichtungradar device
Die Erfindung betrifft eine Radareinrichtung zur Messung des Wegfortschritts oder der Geschwindigkeit eines bewegten Objektes, insbesondere eines Schienenfahrzeuges, mit einer ersten dem Boden zugewandten, zur Vertikalen geneigten Sensorfläche und einer zweiten dem Boden zugewandten, zur Vertika- len geneigten Sensorfläche, wobei die Sensorflächen von einer Schutzhaube mit einer radarstrahldurchlässigen horizontalen Bodenwand umschlossen sind.The invention relates to a radar device for measuring the path progress or the speed of a moving object, in particular a rail vehicle, with a first facing the ground, inclined to the vertical sensor surface and a second facing the ground, inclined len to verti len len sensor surface, wherein the sensor surfaces of a Protective hood are enclosed with a Radarstrahldurchlässigen horizontal bottom wall.
Bei diesen Radareinrichtungen kann es sich beispielsweise um Mikrowellen-Dopplerradare zur Messung des Wegfortschritts bzw. der Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeuges, relativ zu dem Boden handeln. Dabei werden die Messwerte üblicherweise mit dem so genannten Schnittpunktverfahren als Mittelwerte der Messwerte zweier Radome gebildet, wobei die Radome Sen- sorflächen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln zur Vertikalen aufweisen. Gebräuchliche Neigungswinkel betragen 40° und 50°.These radar devices may, for example, be microwave Doppler radars for measuring the path progress or the speed of a rail vehicle, relative to the ground. The measured values are usually formed with the so-called intersection method as mean values of the measured values of two radomes, the radomes having sensor surfaces with different angles of inclination to the vertical. Common inclination angles are 40 ° and 50 °.
Eine gattungsgemäße Radareinrichtung mit einer Schutzhaube, die eine radarstrahldurchlässige horizontale Bodenwand aufweist, ist aus DE 20 2005 016 888 Ul bekannt. Durch die horizontale Ausrichtung der radarstrahldurchlässigen Bodenwand ist die Anhaftung von Schnee, Eis, Wasser und Schmutz an dieser Bodenwand gegenüber der Anhaftung an den schrägen Sensor- flächen verringert. Problematisch sind jedoch keilförmigeA generic radar device with a protective hood, which has a radar beam-permeable horizontal bottom wall, is known from DE 20 2005 016 888 Ul. The horizontal orientation of the radar-transmitting bottom wall reduces the adhesion of snow, ice, water and dirt on this bottom wall to the adhesion to the inclined sensor surfaces. However, wedge-shaped ones are problematic
Vereisungen der Bodenwand, da diese aufgrund der Lichtbeugung zu Fehlmessungen führen. Durch die zweikanalige Betriebsweise der bekannten Radareinrichtung mit zwei Radomen und durch di- versitäre Signalverarbeitung wird eine relativ hohe Verfüg- barkeit der Radareinrichtung erreicht, da ein zweikanaliges Versagen sehr unwahrscheinlich ist. Die Verfügbarkeit wird jedoch dadurch beschränkt, dass Fehlmessungen aufgrund vereisungsbedingt sehr unterschiedlicher Messwerte der beiden Radome offenbart werden und zur Abschaltung des Gesamtsystems führen .Icing of the bottom wall, as these lead to incorrect measurements due to the light diffraction. Due to the two-channel mode of operation of the known radar device with two radomes and by means of differential signal processing, a relatively high availability of Radar device achieved because a two-channel failure is very unlikely. However, availability is limited by the fact that erroneous measurements due to icing-related very different measured values of the two radomes are revealed and lead to the shutdown of the entire system.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radareinrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der der Einfluss von keilförmigen Vereisungen der horizontalen Bodenwand auf die Funktionsfähigkeit der Radareinrichtung reduziert ist.The invention has for its object to provide a radar device of the generic type, in which the influence of wedge-shaped icing of the horizontal bottom wall is reduced to the functioning of the radar device.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die erste Sensorfläche in Bewegungsrichtung des Objektes und die zweite Sensorfläche entgegen der Bewegungsrichtung des Objektes geneigt sind. Bisher ist es üblich, beide Sensorflächen mit unterschiedlichen Winkeln, beispielsweise 40° und 50°, in Fahrtrichtung zu orientieren. Der Winkel zwischen den beiden Sensorflächen ist dann >180°. Erfindungsgemäß schließen die beiden Sensorflächen zueinander einen Winkel <180° ein.According to the invention the object is achieved in that the first sensor surface in the direction of movement of the object and the second sensor surface are inclined counter to the direction of movement of the object. So far, it is customary to orient both sensor surfaces with different angles, for example 40 ° and 50 °, in the direction of travel. The angle between the two sensor surfaces is then> 180 °. According to the invention, the two sensor surfaces form an angle <180 ° relative to one another.
Vereist die Bodenwand, bildet sich für die eine Sensorfläche ein Keil nach vorn und für die andere Sensorfläche ein Keil nach hinten aus. Folglich misst ein Radom eine zu hohe und das andere Radom eine zu geringe Geschwindigkeit. Für das entgegen der Fahrtrichtung messende Radom müssen die gemessenen Dopplerfrequenzen natürlich auf die Fahrtrichtung umgerechnet werden. Wegen der entgegengesetzten Wirkung der Messfehler heben sich die Geschwindigkeitsabweichungen bei der mit dem Schnittpunktverfahren durchgeführten Mittelwertbil- düng nahezu auf. Ein fehlerbedingter Ausfall der Radareinrichtung wird auf diese Weise weitgehend ausgeschlossen. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Radareinrichtung durch die spezielle Ausrichtung der Sensorflächen nahezu kalibrierfrei ist. Letztlich ergibt sich eine erhebliche Steigerung der Ro- bustheit der Radareinrichtung auch bei starker Vereisung der Bodenwand.If the bottom wall freezes, a wedge forwards for one sensor surface and a wedge towards the rear for the other sensor surface. Consequently, one radome measures one too high and the other radome too low a speed. Of course, for the radome measuring against the direction of travel, the measured Doppler frequencies must be converted to the direction of travel. Because of the opposite effect of the measurement errors, the speed deviations in the averaging process performed with the intersection method almost cancel each other out. An error-related failure of the radar device is largely excluded in this way. A further advantage is that the radar device is virtually free of calibration due to the special orientation of the sensor surfaces. Ultimately, there is a significant increase in the Bustiness of the radar device even with strong icing of the bottom wall.
Gemäß Anspruch 2 ist der Neigungswinkel der ersten Sensorflä- che größer als der Neigungswinkel der zweiten Sensorfläche. Vorzugsweise werden die üblichen Neigungswinkel 40° und 50° verwendet. Dadurch muss bei dem bekannten Radar vom Typ DRS05 DEUTA nur die 40 "-Sensorflache um 90° nach unten umgeklappt werden. Die Signalauswertung kann folglich bis auf die Um- rechnung der umgeklappten Sensorfläche in die Fahrtrichtung beibehalten werden. Durch Vereisung der Bodenwand entsteht für das eine Radom ein Keil nach vorn, dessen prismatischer Effekt für die Lichtbeugung ab einem bestimmten Keilwinkel immer größer ist als der prismatische Effekt auf die Licht- beugung des anderen Radoms, für das sich ein Keil nach hinten ausbildet. Das bedeutet, dass die „Eiskeil-vorn-Messung" größere Verfälschungen aufweist als die „Eiskeil-hinten-Mes- sung" . Infolgedessen ist die als Mittelwert gebildete Geschwindigkeit etwas höher als die tatsächliche Geschwindig- keit. Dadurch wird ein Sicherheitsgewinn erzielt. Nur bei einem Keilwinkel unterhalb ca. 1° kann eine zu niedrige Geschwindigkeit gemessen werden, deren Größenordnung aber begrenzt ist, so dass diese an sich zu vermeidende zu niedrige Geschwindigkeitsanzeige tolerierbar ist. Aus geometrisch-op- tischen Betrachtungen ergibt sich für Sensorflächen mit 40° und 50° Neigungswinkeln zur Vertikalen bei einem Keilwinkel bis ca. 5° eine Messwertabweichung zwischen den beiden den Sensorflächen zugeordneten Radomen, die unter 0,6 % liegt. Bei den bekannten gleichgerichteten Radomen liegt der Wert bei ca. 5 %. Eine Abschaltung der Radareinrichtung aufgrund weit auseinander liegender Messwerte der beiden Radome wird demzufolge weitgehend vermieden. Die Verfügbarkeit der Radareinrichtung wird somit ganz erheblich erhöht. Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlich dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.According to claim 2, the inclination angle of the first sensor surface is greater than the inclination angle of the second sensor surface. Preferably, the usual inclination angles 40 ° and 50 ° are used. As a result, with the known type DRS05 DEUTA radar only the 40 "sensor surface has to be folded down by 90 °, so that signal evaluation can be maintained until the folded sensor surface is converted into the direction of travel a radome a wedge forward whose prismatic effect for light diffraction at a certain wedge angle is always greater than the prismatic effect on the light diffraction of the other radome, for which a wedge forms to the rear, which means that the "ice wedge" As a result, the average speed is slightly higher than the actual speed, which results in a safety gain only at a wedge angle of less than 1 ° If too low a speed can be measured, but the order of magnitude is limited so that it can be used per se eidende too low speed display is tolerable. From geometrical-optical considerations results for sensor surfaces with 40 ° and 50 ° tilt angles to the vertical at a wedge angle to about 5 °, a measurement deviation between the two radomes associated with the sensor surfaces, which is less than 0.6%. In the case of the known rectified radomes the value is about 5%. A shutdown of the radar device due to far apart measured values of the two radomes is therefore largely avoided. The availability of the radar device is thus considerably increased. The invention will be explained in more detail with reference to figured embodiments shown.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine Anordnung der Sensorflächen nach demFigure 1 shows an arrangement of the sensor surfaces after
Stand der Technik undState of the art and
Figuren 2 und 3 eine erfindungsgemäße Anordnung derFigures 2 and 3 an inventive arrangement of
Sensorflächen .Sensor surfaces.
Figur 1 zeigt benachbarte Sensorflächen Ia und Ib, die zwei Radomen einer nicht weiter dargestellten Radareinrichtung zugeordnet sind, wobei von den Sensorflächen Ia und Ib Strahlungskeulen mit durch Pfeile 2a und 2b veranschaulichten Hauptstrahlrichtungen ausgehen. Die Sensorflächen Ia und Ib sind aufgrund ihrer Schräglage gegenüber einer horizontalen Ebene, dass heißt gegenüber dem Boden, starken Witterungseinflüssen ausgesetzt. Um dem witterungsbedingten Ausfall, insbesondere infolge anhaftender Schnee- und Eispartikel, entge- genzuwirken, sind die Sensorflächen Ia und Ib mit einerFIG. 1 shows adjacent sensor surfaces 1a and 1b, which are assigned to two radomes of a radar device, not shown, wherein radiation lobes emanate from the sensor surfaces 1a and 1b with main beam directions illustrated by arrows 2a and 2b. The sensor surfaces Ia and Ib are due to their skew with respect to a horizontal plane, that is exposed to the weather, strong weather conditions. To counteract the weather-related failure, in particular as a result of adhering snow and ice particles, the sensor surfaces Ia and Ib with a
Schutzhaube 3 umschlossen. Diese nasenförmige Schutzhaube 3 ist mit einer horizontalen, radarstrahldurchlässigen Bodenwand 4 versehen. Durch die geringere Wahrscheinlichkeit der Anhaftung störender Partikel an der Bodenwand 4 im Vergleich zu ungeschützten Sensorflächen Ia und Ib ergibt sich eine höhere Verfügbarkeit der Radareinrichtung, insbesondere bei winterlichen Verhältnissen.Protective hood 3 enclosed. This nose-shaped protective hood 3 is provided with a horizontal, Radarstrahldurchlässigen bottom wall 4. Due to the lower probability of the adhesion of interfering particles on the bottom wall 4 in comparison to unprotected sensor surfaces Ia and Ib results in a higher availability of the radar device, especially in wintry conditions.
Um die Verfügbarkeit noch weiter zu erhöhen, ist eine in den Figuren 2 und 3 veranschaulichte spezielle Ausrichtung derTo further increase availability, a particular orientation illustrated in FIGS. 2 and 3 is
Sensorflächen Ia und Ib vorgesehen. Ein Eiskeil 5 an der Unterseite der Bodenwand 4 hat bei der erfindungsgemäßen Anordnung sehr unterschiedliche Auswirkungen auf die von den beiden Sensorflächen Ia und Ib abgestrahlten und nach Reflexion auf den Boden empfangenen Radarstrahlen. Dargestellt ist die Sensorfläche Ia mit einem Winkel αl zur Vertikalen 6 von 50° und einer Sensorfläche Ib mit einem Winkel α2 zur Vertikalen 6 von 40°. In Figur 2 sieht das 50°-Radom den Eiskeil 5 hin- ten, während das 40°-Radom den Eiskeil 5 vorn sieht. GemäßSensor surfaces Ia and Ib provided. An ice wedge 5 at the bottom of the bottom wall 4 has in the inventive arrangement very different effects on the radiated from the two sensor surfaces Ia and Ib and after reflection radar beams received on the ground. Shown is the sensor surface Ia with an angle αl to the vertical 6 of 50 ° and a sensor surface Ib with an angle α2 to the vertical 6 of 40 °. In Figure 2, the 50 ° wheel sees the ice wedge 5 behind, while the 40 ° wheel sees the ice wedge 5 in front. According to
Figur 3 sind die Verhältnisse genau umgekehrt. Je nach Blickrichtung der Radome wird entweder eine zu hohe oder eine zu niedrige Geschwindigkeit gemessen. Da aber die Eiskeil-vorn- Messung stets größere Verfälschungen aufweist als die Eis- keil-hinten-Messung ist der Mittelwert der beiden Messwerte ab einem Eiskeil-Winkel ß ca. 1° immer positiv. Die ermittelte Geschwindigkeit ist somit geringfügig größer als die tatsächliche Geschwindigkeit, was aus sicherheitstechnischen Gründen anstrebenswert ist. Die Messwerte der beiden Radome driften jedoch bei steigendem Eiskeilwinkel ß wesentlich langsamer auseinander als bei der in Figur 1 dargestellten, dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung der Sensorflächen Ia und Ib. Dadurch lässt sich die Verfügbarkeit der Radareinrichtung erheblich steigern. Figure 3, the conditions are exactly the opposite. Depending on the viewing direction of the radome, either too high or too low a speed is measured. However, since the ice-wedge-front measurement always has greater distortions than the ice-wedge-back measurement, the average value of the two measured values from an ice wedge angle β is always about 1 °. The determined speed is thus slightly greater than the actual speed, which is worth striving for safety reasons. However, the measured values of the two radomes drift much more slowly apart as the ice wedge angle β increases than in the case of the arrangement of the sensor surfaces 1a and 1b corresponding to the state of the art shown in FIG. This considerably increases the availability of the radar device.

Claims

Patentansprüche claims
1. Radareinrichtung zur Messung des Wegfortschritts oder der Geschwindigkeit eines bewegten Objektes, insbesondere eines Schienenfahrzeuges, mit einer ersten dem Boden zugewandten, zur Vertikalen (6) geneigten Sensorfläche (Ia) und einer zweiten dem Boden zugewandten, zur Vertikalen (6) geneigten Sensorfläche (Ib), wobei die Sensorflächen (Ia, Ib) von einer Schutzhaube (3) mit einer radarstrahldurchlässigen horizonta- len Bodenwand (4) umschlossen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Sensorfläche (Ia) in Bewegungsrichtung des Objektes und die zweite Sensorfläche (Ib) entgegen der Bewegungsrichtung des Objektes geneigt sind.1. Radar device for measuring the path progress or the speed of a moving object, in particular a rail vehicle, with a first floor facing, to the vertical (6) inclined sensor surface (Ia) and a second floor facing, to the vertical (6) inclined sensor surface ( Ib), wherein the sensor surfaces (Ia, Ib) of a protective hood (3) with a Radarstrahldurchlässigen horizontal bottom wall (4) are enclosed, characterized in that the first sensor surface (Ia) in the direction of movement of the object and the second sensor surface (Ib) are inclined against the direction of movement of the object.
2. Radareinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Neigungswinkel (αl) der ersten Sensorfläche (Ia) größer als der Neigungswinkel (α2) der zweiten Sensorfläche (Ib) ist. 2. A radar device according to claim 1, characterized in that the inclination angle (αl) of the first sensor surface (Ia) is greater than the inclination angle (α2) of the second sensor surface (Ib).
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