DE3028338A1

DE3028338A1 - Doppler-radareinrichtung

Info

Publication number: DE3028338A1
Application number: DE19803028338
Authority: DE
Inventors: Akira Endo; Yoichi Kaneko; Akira Matsumura; Kenji Sekine
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1981-01-29
Also published as: US4354191A; JPS5619467A; GB2056214B; GB2056214A; DE3028338C2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Doppler-Radareinrichtung, insbesondere eine Grundgeschwindigkeits-Dopplerradareinrichtung für Fahrzeuge, die von Fahrzeugen, wie z.B. Kraftfahrzeugen oder Autos, mitgeführt und zum Abtasten ihrer Grundgeschwindigkeit verwendet werden.

Bei Antirutsch-Bremssystemen für Kraftfahrzeuge und anderen Geschwindigkeitssteuerungen derartiger Fahrzeuge ist es erforderlich, die Geschwindigkeit, des Fahrzeugs gegenüber dem Grund oder Boden genau und rasch zu messen. Als Meßeinrichtung für die Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist eine Vorrichtung bekannt geworden, bei der eine Mikrowellen-Dopplerradareinrichtung vom Fahrzeug mitgeführt und die Frequenzverschiebung oder der Dopplereffekt zwischen den von der Antenne der Radareinrichtung gegenüber dem Boden abgestrahlten Wellen einerseits und den vom Boden zur Antenne reflektierten Wellen andererseits verwendet wird, um die Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu messen.

In einer derartigen Grundgeschwindigkeits-Dopplerradareinrichtung muß verhindert werden, daß eine Mikrowellensignalstörung oder -interferenz zwischen den oben erwähnten Wellen

und den Wellen auftritt, die von einem am Fahrzeug mitgeführten Sende-Empfanger, einer in der Nähe der Straße befindlichen Hochleistungs-Funkeinrichtung oder dergleichen erzeugt werden. Experimente haben gezeigt, daß eine Störung oder 5 Interferenz zwischen den Wellen von zwei Doppler-Radareinrichtungen zum Messen der Geschwindigkeiten von Fahrzeugen nur dann stattfindet, wenn die Differenz der Sendefrequenzen sich innerhalb von ungefährt 10 kHz nähert und außerdem die Wellen gleiche Ausstrahlungsrichtung (Streuung) haben und ausreichend hohe Leistung besitzen. Die Wahrscheinlichkeit

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von Störungen oder Interferenzen ist somit gering.

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

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Doppel-Radareinrichtung anzugeben, die bei hoher Zuverlässigkeit mit Mikrowellen arbeitet und nicht von Mikrowellensignalstörungen oder -Interferenzen beeinträchtigt wird, die Wellen von einer anderen Signalquelle zuzuschreiben sind.

Zur Erreichung dieses Zieles ist die erfindungsgemäße 5 Einrichtung so aufgebaut, daß eine Detektorschaltung zum Abtasten der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Mikrowellensignalstörung oder -interferenz vorgesehen ist und daß dann, wenn man auf der Basis des Ausgangssignales der Detektorschaltung befürchtet, daß eine Mikrowellensignalinterferenz auftritt, die Frequenz der Sendewellen auf eine Frequenz umgeschaltet wird, die keine Mikrowellensignalinterferenzen entstehen läßt, so daß der Einfluß der Störung oder Interferenz von Wellen beseitigt wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die Detektorschaltung die Anwesenheit von Mikrowellensignalstörungen oder -Interferenzen in Abhängigkeit davon abtastet, ob eine Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit pro Zeiteinheit einen festen Wert überschreitet oder nicht.

Genauer gesagt: Da die Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit pro Zeiteinheit die Beschleunigung eines Fahrzeugs angibt, kann der feste Wert auf einen Wert eingestellt werden, der nicht als Beschleunigung des Fahrzeugs auftreten kann, d.h. innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 1,5 g (= Erdbeschleunigung), also auf einen Wert zwischen 4,9 m/s bis 14,7 m/s . Mit der erfindungsgemäßen Doppler-Radareinrichtung können unerwünschte Interferenz- oder Störungswellen

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und erforderliche reflektierte Wellen ohne weiteres unterschieden werden, indem man eine Differenzierungsschaltung und eine Schwellwertschaltung bei einer Doppler-Radareinrichtung vorsieht, wobei der Einfluß von Störungswellen ohne weiteres vermieden werden kann, indem man in Abhängigkeit von dieser Unterscheidung die Frequenz eines Oszillators steuert, der die gegenüber dem Boden oder Grund abgestrahlten Wellen erzeugt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Figur 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Doppler-Radareinrichtung;

Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Störung;

Figur 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Gleichspannungssteuerschaltung für die Ausführungsform gemäß Figur 1;

Figur 4 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung; und in Figur 5 eine Kennlinie eines bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendeten Gunn-Oszillators.

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

In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Hochfrequenzeinheit, die einen Oszillator und eine Misch-Schaltung aufweist. Die ausgesendeten Mikrowellen vom Oszillator werden unter einem festen Winkel Θ gegenüber einer Straßenoberfläche 3 durch einen Trichterstrahler oder eine Trichterantenne abgestrahlt. Die ausgestrahlten Mikrowellen, kontinuierliche Wellen mit einer Frequenz fO, werden von der Straßenoberfläche 3 gestreut und reflektiert und erleiden eine Dopplerverschiebung, wobei die Frequenzverschiebung mit Af bezeichnet

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wird, in Abhängigkeit von der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und der Straßenoberfläche 3 als Reflektorkörper, woraufhin sie von der Trichterantenne 2 wieder als reflektierte Wellen empfangen werden. Die reflektierten Wellen werden an die Misch-Schaltung der Hochfrequenzeinheit 1 angelegt und in das nachstehend als Doppler-Signal bezeichnete Signal Af der der Doppler-VerSchiebung unterworfenen Frequenzkomponente umgewandelt. Bezeichnet man die Fahrzeuggeschwindigkeit mit V in m/s und die Wellenlänge mit λ in m, so ist die Beziehung mit der Doppler-Frequenzverschiebung Af in Hz durch folgende Relation gegeben:

2 V

Af = —5— cos Θ.

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

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

In dem Falle, wo bei dem obigen Aufbau ein Signal mit Störwellen bei einer Frequenz fL in der Nähe der Frequenz (fO + Af) der reflektierten Wellen angelegt wurde, wie es oben bereits angedeutet worden ist, erleidet die Ausgangs-.

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spannung am Ausgang oder Anschluß 10 eine plötzliche Änderung im Teil 15 (vgl. Figur 2) aufgrund der Komponente der äußeren Störfrequenz fL, und zwar trotz der Tatsache, daß sich die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht abrupt ändert.

Um den Einfluß der Komponente des externen Frequenzsignals fL auszuräumen, ist die neuartige Doppler-Radareinrichtung in der nachstehend beschriebenen Weise aufgebaut. Um zu unterscheiden, daß der Teil 15 nicht eine Information der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, sondern ein Störsignal, wird, ob oder ob nicht das Ausgangssignal des Frequenz-Spannungs-Wandlers 7 ein Signal auf der Basis einer Fahrzeuggeschwindigkeit ist, die tatsächlich unmöglich ist, in Abhängigkeit davon festgestellt bzw. unterschieden, ob die Beschleunigung

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einen Wert von 1 g, also 9,8 m/s überschreitet oder nicht.

Wenn somit die Beschleunigung höher als 1 g ist, wird die Vorspannung des Oszillators der Hochfrequenzeinheit 1 so gesteuert, daß eine Änderung der Frequenz der ausgesendeten Mikrowellen erfolgt.

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

Dieses Ausgangssignal b wird an eine Komparator- oder Schwellwertschaltung 12 angelegt, die ein Treiber-Ausgangssignal c hohen Potentials erzeugt, wenn ihr Eingang ein höheres Potential als ihr Schwellwert aufweist. Dieser Schwellwert wird auf einen solchen Wert festgelegt, der als Beschleunigungswert bei den Fahrzeuggeschwindigkeiten des Fahrzeugs niemals auftreten kann. Wenn er jedoch auf einen zu hohen Wert eingestellt wird, so nimmt die Fähigkeit ab, Störungen abzutasten, während dann, wenn er auf einen zu kleinen Wert eingestellt wird, die Abtastempfindlichkeit hoch wird und zu Fehlfunktionen führen kann. Der Schwellwert wird daher in Relation zum Geschwindigkeitsbereich des zu messenden Objektes und den Signalpegeln der anderen Schaltungen einge-

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stellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird er auf eine Spannung eingestellt, die dann erzeugt wird, wenn die

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Beschleunigung den Wert 9,8 m/s besitzt.

Ein Schalter 13 wird vom Ausgangssignal der Schwellwertspannung 12 angetrieben. Das bedeutet, wenn das Ausgangssignal der Differenzierungsschaltung 11 größer ist als der feste Wert, wird der Schalter 13 umgeschaltet. Durch das Umschalten des Schalters 13 wird eine Gleichspannungsquelle 14 in der Weise gesteuert, daß sie den Spannungswert der Vorspannung, welche die Frequenz des Oszillators der Hochfrequenzeinheit 1 bestimmt, und die Frequenz fO der Sendewellen auf eine Frequenz umändert, die sich in ausreichendem Maße von der Frequenz fL der Störung unterscheidet.

Figur 3 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Teiles der Einrichtung, welche den Schalter 13 und die Gleichspannungsquelle 14 enthält. Die Wirkungsweise der Schaltung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein Wellenform-Diagramm in Figur 4 näher erläutert.

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

Das Ausgangssignal c der Schwellwertschaltung 12 wird an den Schalter 13 angelegt. Dieser Schalter 13 ist als sogenannter Kippschalter ausgebildet, dessen Polarität jedesmal dann umgekehrt wird, wenn ein Impuls angelegt wird.

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Wenn dementsprechend Impulse P1 und P2 des in Figur 4(c) dargestellten Signals aufgeprägt werden, so ändert sich eine in Figur 4(d) dargestellte Spannung, die über einen aus den Widerständen R1, R2 und R3 bestehenden Spannungsteiler an einem Differenzverstärker 20 anliegt. Ein Anschluß 21 ist an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, während ein Anschluß 22 an eine Gunn-Diode angeschlossen ist. Der andere Eingang des Differenzverstärkers 20 erhält eine Bezugs- oder Referenzspannung von einem Spannungsteiler, der aus einem Widerstand R4 und einer Zenerdiode 23 besteht. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 20 treibt das Basispotential eines Transistors 24 über Widerstände R5 und R6, um eine Vorspannung zu steuern, die am Oszillator über den Anschluß 22 anliegt. Beispielsweise wird der Kippschalter im Falle einer Störung durch den Impuls P1 beim Signal gemäß Figur 4(c) aus dem Zustand "AUS" in den Zustand "EIN" umgeschaltet. Somit ändert sich die Vorspannung vom niedrigen ■ Pegel zum hohen Pegel und ändert damit die Oszillatorfrequenz fO. Diese Frequenz ändert sich in eine Frequenz fO¹, die sich von der Störfrequenz fL um einen festen Wert unterscheidet, und es wird verhindert, daß ein Ausgangssignal des Teiles 16 beim Signal gemäß Figur 4(a) auftritt. Wenn eine Störfrequenz in der Nähe von einem Wert fL + (fO ^ fO¹) aufgetreten ist, wird eine Ausgangsspannung, die in Wirklichkeit nicht vorliegen kann, wie im Teil 17 des Signales gemäß Figur 4(a) wieder auftreten. In diesem Falle wird der Impuls P2 gemäß Figur 4(c) aufgrund desselben Prinzips erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt ändert der Kippschalter 13 seinen Zustand von "EIN" in "AUS", so daß sich die Spannung des Anschlusses 22 vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel ändert und die Radareinrichtung wieder in ihren Zustand gebracht wird, bevor der Impuls P1 aufgetreten ist.

Figur 5 verdeutlicht die tatsächlichen Messungen der Änderungen der Ausgangsleistung und der Oszillationsfrequenz zu der Zeit, wo die Vorspannung der bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendeten Gunn-Diode geändert wurde.

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Wie sich aus der Zeichnung entnehmen läßt, beträgt die Frequenzänderung gegenüber der Vorspannung 70 MHz pro Volt. Um die Frequenz der ausgesendeten Mikrowellen um 1 MHz zuändern, um Störungen zu vermeiden, kann die Vorspannung nur geringfügig um etwa 15 mV geändert werden.

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

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

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Leerseite

Claims

F1ATVNTiN" VA L T L SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK MARIAHILFPLATZ 2 A 3, MUNCHFN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 GO. D-HOOO MÜNCHEN 95 , ) (J / Q J v) Q HITACHI, LTD. und 25. Juli 19 80 NISSAN MOTOR CO., LTD. DEA-25 240 Doppler-Radareinrichtung PATENTANSPRÜCHE

1. Doppler-Radareinrichtung, bei der Mikrowellen aus- · gestrahlt und die Geschwindigkeit eines zu messenden Objektes aus einer Frequenzverschiebung der Reflexion der ausgestrahlten Mikrowellen bestimmt wird, gekennzeichnet durch eine Abtastschaltung (11), welche die Änderung eines der Frequenzverschiebung entsprechenden Signals pro Zeiteinheit abtastet, durch eine Schwellwertschaltung, die das Ausgangssignal der Abtastschaltung (11) darauf untersucht, ob es innerhalb eines vorgegebenen Wertebereiches liegt, und durch eine Steuerschaltung (13, 14), welche die Frequenz der Mikrowellen auf der Basis des Ausgangssignals der Schwellwertschaltung (12) ändert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltung (11) als Differenzierungsschaltung ausgebildet ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertpegel der Schwellwertschaltung (12) auf einen Ausgangspegel der Doppier-Radareinrichtung eingestellt ist, der einer Beschleunigung entspricht, die bei der Beschleunigung des zu messenden Objektes in Wirklichkeit nicht auftreten kann.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertpegel der Schwellwertschaltung (12) auf einen Wert eingestellt ist, de^ in Beschleunigungen ausgedrückt, zwischen 0,5 und 1,5 g liegt, wobei g die Erdbeschleunigung ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß als Generator für die Mikrowellen ein Gunn-Dioden-Oszillator vorgesehen ist, dessen Vorspannung von der Steuerschaltung (13, 14) variierbar ist.

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