DE2942933A1 - Radar and Doppler measurement of speed and distance travelled - using reflective material along stretch of rail to avoid gaps in signal pick up from rail vehicle - Google Patents

Radar and Doppler measurement of speed and distance travelled - using reflective material along stretch of rail to avoid gaps in signal pick up from rail vehicle

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Abstract

In order to measure the speed or distance the tracked vehicle has travelled, a marker is arranged at the beginning of the stretch which is registered by the vehicle. From this marker, up to the destination, and along the entire length of the track which is radiated by the antenna on the vehicle, and from which the preponderant share of the reflected Doppler signal comes, a material is laid which gives rise to a symmetrical reflection of the radar system signal transmitted from the vehicle. In this way, deviations caused by unevenness of the surface are avoided, guaranteeing an exact measurement of distance due to there being no gaps in the reflected signal. This method also enables very low vehicle speeds to be measure accurately.

Description

Vorrichtung zur Weg-/GeschwindigkeitsmessungDevice for distance / speed measurement

schienengebundener Fahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Weg-/Geschwindigkeitsmessung schienengebundener Fahrzeuge mittels fahrzeugseitiger Doppler-Radar Sende-/Empfangseinrichtung, deren Antenne einen schmalen Bereich zwischen den Geleisen ausleuchtet.Rail-bound vehicles The invention relates to a device for distance / speed measurement of rail-bound vehicles by means of the vehicle-side Doppler radar transmitting / receiving device, the antenna of which has a narrow area between illuminates the tracks.

Die fahrzeugseitige Radareinrichtung weist im einfachsten Fall eine in Fahrtrichtung schräg in Richtung zum Boden gerichtete Radarantenne auf, die nur einen schmalen Bereich zwischen den Geleisen ausleuchtet. Das aus dem Gleisbett reflektierte Signal, das aufgrund der Relativbewegung zwischen Fahrzeug und Boden gegenüber dem ausgesandten Signal eine Dopplerverschiebung aufweist, wird von der fahrzeugseitigen Radareinrichtung empfangen und bezüglich der die Information über die Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs enthaltenden Dopplerverschiebung ausgewertet. Durch Integration der einzelnen derart ermittelten Geschwindigkeits- werte über die Zeit erhält man die zurückgelegte Wegstrecke. Da die Beschaffenheit des Gleisbettes variiert und insbesondere auch die Oberfläche des Bodens unregelmäßig ist, ergeben sich immer wieder Signallücken und Abweichungen der aus der Dopplerverschiebung ermittelten Geschwindigkeit von der tatsächlichen Geschwindigkeit. Zum Uberbrücken auftretender Signallücken sind interpolierende Schaltungen zum Auffüllen dieser Lücken im Doppler-Signal bekannt. Die daraus resultierenden Fehler bei der Wegmessung sind statistischer Natur, so daß die relative Wegmessung mit zunehmender Wegstrecke immer genauer wird.In the simplest case, the vehicle-mounted radar device has a in the direction of travel obliquely in the direction of the ground radar antenna that only illuminates a narrow area between the tracks. That from the track bed reflected signal due to the relative movement between the vehicle and the ground has a Doppler shift with respect to the transmitted signal, the Received vehicle-side radar device and with respect to the information about the instantaneous speed of the vehicle containing Doppler shift evaluated. By integrating the individual speed limits determined in this way values The distance covered is obtained over time. Since the nature of the The track bed varies and, in particular, the surface of the ground is irregular there are always signal gaps and deviations from the Doppler shift determined speed from the actual speed. To bridge Occurring signal gaps are interpolating circuits to fill them Known gaps in the Doppler signal. The resulting errors in the distance measurement are of a statistical nature, so that the relative distance measurement with increasing distance is becoming more and more precise.

Die absolute Unsicherheit bei der Bestimmung der zurückgelegten Strecke nimmt hingegen mit zunehmender Wegstrecke immer mehr zu.The absolute uncertainty in determining the distance traveled however, increases with increasing distance.

Die Realisierung der Schaltungen zum Lückenfüllen oder zur Mittelwertbildung zum Reduzieren statistischer Fehler wird um so aufwendiger, je niedriger die untere noch zu verarbeitende Fahrgeschwindigkeit bei gegebener Meßgenauigkeit angesetzt wird. Für normale Betriebsbremsung eines Fahrzeugs, z. B. am Signal genügt es im allgemeinen, den Fahrweg genau bis herunter zu Geschwindigkeiten von etwa 1 km pro Stunde zu messen und den Restfehler abzuschätzen.The implementation of the circuits for filling gaps or for averaging the lower the lower, the more expensive it is to reduce statistical errors travel speed still to be processed is set with a given measuring accuracy will. For normal service braking of a vehicle, e.g. B. on the signal it is sufficient in the general, the travel path accurately down to speeds of about 1 km per Measure the hour and estimate the residual error.

Bei höheren Anforderungen an die absolute Meßgenauigkeit, insbesondere auch bei niedrigen Geschwindigkeiten, wird die Realisierung solcher Schaltungen beliebig schwierig.With higher demands on the absolute measurement accuracy, in particular even at low speeds, the realization of such circuits will be arbitrarily difficult.

Solche Anforderungen sind beispielsweise gegeben bei Zielbremsungen vor Haltepunkten, wo teilweise die Meßtoleranz auf weniger als 20 cm angesetzt ist, oder beim Anfahren, wo mittels des Doppler-Radar-Geräts ein wirkungsvoller Schleuderschutz erzielt werden kann.Such requirements are given, for example, when braking on target before stopping points where the measurement tolerance is sometimes set to less than 20 cm, or when starting up, where the Doppler radar device provides effective anti-skid protection can be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Weg-/Geschwindigkeitsmessung der vorstehend beschriebenen Art anzugeben, mit dem die Weg- und Geschwindigkeitsmessung in solchen speziellen Fällen hoher Anforderung an die Meßgenauigkeit mit vertretbarem Aufwand durchgeführt werden kann.The invention is based on the object of a device for distance / speed measurement the above type described, with which the route and Speed measurement in such special cases high demands on the measurement accuracy can be carried out with reasonable effort.

Eine solche Vorrichtung weist erfindungsgemäß die im Patentanspruch 1 gegebenen Merkmale auf. Da die Genauigkeit, mit der die Wegmessung bis zu einem Zielpunkt durchgeführt werden kann, nie genauer sein kann als die Ortsbestimmung des Punktes, von dem aus die Wegmessung erfolgt, muß ausgegangen werden von einem festen Punkt auf der Strecke, ab dem die Wegmessung nach dem erfindungsgemäßen System erfolgt. Die Wahl eines solchen Punktes kann z. B. nach dem Gesichtspunkt erfolgen, daß die Geschwindigkeit des Fahrzeugs an diesem Punkt voraussichtlich so gering ist, daß die Wegmessung in herkömmlicher Art einen zu großen Meßfehler liefern wird.According to the invention, such a device has that in claim 1 given characteristics. Since the accuracy with which the distance measurement is up to a Target point can be carried out, can never be more precise than the location of the point from which the distance is measured must be assumed to be one fixed point on the route from which the distance measurement according to the system according to the invention he follows. The choice of such a point can e.g. B. take place according to the point of view, that the speed of the vehicle is likely to be so slow at this point is that the distance measurement in the conventional way will deliver too large a measurement error.

Beispielsweise kann bei Zielbremsungen von Zügen im Bahnhof davon ausgegangen werden, daß das Geschwindigkeitsprofil des zu bremsenden Zuges näherungsweise bekannt ist.For example, when trains are braking on target in the station, they may run away it can be assumed that the speed profile of the train to be braked is approximate is known.

Daraus kann dann abgeschätzt werden, in welcher Entfernung vom Haltepunkt nach dem erfindungsgemäßen Wegmeß-System die Messung vorgenommen werden soll, d. h. in welcher Entfernung vom Haltepunkt der 0. g. Ausgangspunkt für die Wegmessung anzuordnen ist. Des weiteren ist für die genaue Zielbremsung in einem solchen Fall natürlich noch das Bekanntsein der Strecke zwischen Ausgangspunkt und Zielpunkt vorauszusetzen, d. h. die Länge der Wegstrecke muß bekannt sein. Die Länge der Strecke kann beispielsweise auch als Information von der Wegmarke an das Fahrzeug übermittelt werden.This can then be used to estimate the distance from the stopping point the measurement is to be carried out according to the position measuring system according to the invention, d. H. at what distance from the stopping point of the 0. g. Starting point for the distance measurement is to be arranged. Furthermore, for the exact target braking in such a case of course, knowing the route between starting point and destination to assume d. H. the length of the route must be known. The length of the route can also be transmitted to the vehicle as information from the waypoint, for example will.

Zum Erkennen des Ausgangspunktes dieser Strecke auf der Fahrzeugseite ist am Anfang dieser Wegstrecke eine Wegmarke angeordnet, die vom Fahrzeug registriert wird.To recognize the starting point of this route on the side of the vehicle a waypoint is placed at the beginning of this route, which is registered by the vehicle will.

Erfindungsgemäß wird ab dieser Wegmarke bis zum Zielpunkt, also auf der gesamten Wegstrecke vorbekannter Länge der Gleisbereich, der von der fahrzeugseitigen Antenne ausgeleuchtet wird, d. h. aus dem der überwiegende Anteil des reflektierten Doppler-Signals kommt, mit Material belegt, das eine gleichmäßige Reflexion des vom Fahrzeug ausgesandten Radar-Systems bewirkt. Die Reflexionseigenschaften können hierdurch gegenüber dem gewöhnlichen Gleisbett wesentlich verbessert und vor allem über die gesamte Strecke (auch in kleinen Bereichen) konstant gehalten werden, so daß Abweichungen der ermittelten von der tatsächlichen Geschwindigkeit aufgrund von Unebenheiten des Untergrunds nicht mehr auftauchen. Ebenso werden Lücken im Doppler-Signal zuverlässig vermieden.According to the invention, from this waypoint to the destination, that is, on the entire route of the previously known length of the track area from the vehicle side Antenna is illuminated, d. H. from which the vast majority of the reflected Doppler signal comes covered with material that is an even reflection of the caused by the radar system emitted by the vehicle. The reflective properties can as a result, compared to the usual track bed, significantly improved and above all be kept constant over the entire route (even in small areas), so that deviations of the determined from the actual speed due to from unevenness of the subsurface no longer appear. Gaps in the Doppler signal reliably avoided.

Hierdurch wird erreicht, daß das Doppler-Radargerät nur einwandfreie Signale zur Auswertung erhält, die auf einfache Weise eine exakte Wegmessung garantieren. Dabei läßt sich ein hoher Aufwand an Schaltungen zur Mittelwertbildung oder zum Lückenfüllen, wie sie ansonsten erforderlich wären, vermeiden und trotzdem eine höhere Meßgenauigkeit an den Punkten, wo' dies erforderlich ist, erzielen.This ensures that the Doppler radar device is only faultless Receives signals for evaluation, which guarantee an exact distance measurement in a simple way. A high expenditure of circuits for averaging or for Avoid filling in gaps, as would otherwise be necessary, and still one achieve higher measurement accuracy at the points where this is required.

Gemäß einer vorteilhaften Ausfükrungsform weist das erfindungsgemäß angeordnete reflektierende Material retroreflektierende Eigenschaften auf, d. h. es ist so geartet, daß es Radar-Signale stets in der Richtung reflektiert, aus der sie herkommen.According to an advantageous embodiment, according to the invention arranged reflective material has retroreflective properties, d. H. it is designed in such a way that it always reflects radar signals in the direction from which they come from.

Einige besonders günstige Ausgestaltungen solcher retroreflektierender Anordnungen sind in den Unteransprüchen 6 bis 10 beschrieben.Some particularly favorable designs of such retroreflective Arrangements are described in the subclaims 6-10.

Die Wegmarke, welche sich vor der Strecke mit erhöhter Anforderung an die Meßgenauigkeit befindet, ist vorteilhafterweise ein mit der fahrzeugseitigen Radareinrichtung korrespondierendes Antwortgerät, das ebenfalls in dem von der fahrzeugseitigen Radar-Antenne ausgeleuchteten Bereich angeordnet ist. Ein solches Antwortgerät gibt beim Empfang von fahrzeugseitig ausgesandten Radar-Signalen seinerseits beispielsweise durch Modulation des reflektierten Signals eine Information an die fahrzeugseitige Empfangseinrichtung ab. Außer dem Beginn des Streckenabschnitts der beschriebenen Art kann diese Information neben anderen auch noch Aussagen über die Länge des Streckenabschnitts beinhalten.The waypoint, which is in front of the route with increased demands the measurement accuracy is located advantageously one with the vehicle-side radar device corresponding response device, which also arranged in the area illuminated by the vehicle's radar antenna is. Such a response device gives when it receives messages sent by the vehicle Radar signals in turn, for example by modulating the reflected signal a piece of information to the vehicle-side receiving device. Except the beginning of the route section of the type described can have this information in addition to others also contain statements about the length of the route section.

Claims (10)

Patentansprüche W Vorrichtung zur WegflGeschwindigkeitsmessung schienengebundener Fahrzeuge mittels fahrzeugseitiger Doppler-Radar Sende-/Empfangseinrichtung, deren Antenne einen schmalen Bereich zwischen den Geleisen ausleuchtet, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgeleuchtete Bereich auf einer vorgegebenen Wegstrecke zur Erhöhung der Meßgenauigkeit mit einem gleichmäßig reflektierenden Material belegt ist.Claims W Device for measuring the path speed on rails Vehicles by means of on-board Doppler radar transmitting / receiving device, whose Antenna illuminates a narrow area between the tracks, characterized by that the illuminated area on a predetermined distance to increase the Measurement accuracy is covered with a uniformly reflective material. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der vorgegebenen Wegstrecke eine durch die fahrzeugseitigen Einrichtungen erkennbare Wegmarke angeordnet ist. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that before the predetermined route a recognizable by the vehicle-side devices Waypoint is arranged. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmarke ein mit der fahrzeugseitigen Radareinrichtung korrespondierendes Antwortgerät ist. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the waypoint is a transponder corresponding to the vehicle-mounted radar device. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antwortgerät eine Information über die Entfernung zum Zielpunkt gespeichert enthält und an das Fahrzeug übermittelt.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the transponder contains information about the distance to the target point and is sent to the Vehicle transmitted. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gleichmäßig reflektierende Material retroreflektierende Eigenschaften hat.5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the uniform reflective material has retroreflective properties. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des reflektierenden Materials ein Waffeleisenprofil aufweist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the surface of the reflective material has a waffle iron profile. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des reflektierenden Materials ein Waschbrettprofil aufweist.7. Apparatus according to claim 5, characterized in that the surface of the reflective material has a washboard profile. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des reflektierenden Materials aus einem total reflektierenden Dielektrikum besteht.8. Apparatus according to claim 5, characterized in that the surface of the reflective material consists of a totally reflective dielectric. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des reflektierenden Materials metallbeschichtet ist.9. Apparatus according to claim 5, characterized in that the surface of the reflective material is coated with metal. 10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende Material als gestanztes Blech mit schräg gebogenen Schlitzen ausgebildet ist.10. Apparatus according to claim 5, characterized in that the reflective Material is formed as a stamped sheet metal with obliquely curved slots.
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