DE3238139A1

DE3238139A1 - Optisches pulsradar fuer ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3238139A1
Application number: DE19823238139
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Endo
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1981-10-31
Filing date: 1982-10-14
Publication date: 1983-05-19
Also published as: JPS5876784A; GB2111788B; GB2111788A; US4552456A

Description

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Optisches Pulsradar für ein Kraftfahrzeug

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein ein optisches Pulsradar oder ein OPDAR (optisches Richtungs- und Entfernungsmeßgerät) für ein Kraftfahrzeug (Kfz) und insbesondere ein optisches Pulsradar mit Überlagerungsempfang oder -erfassung, das in einem in ein Kfz eingebautes System zur Verhinderung von Zusammenstößen zum Einsatz kommt und den Einfluß von optischem Hintergrund- oder Störgeräusch herabsetzt.

Es gibt ein bekanntes optisches Pulsradar oder OPDAR für ein Kfz, das normalerweise ein vor dem Fahrzeug befindliches Hindernis auf der Grundlage der Verzögerungszeit, die vom Aussenden eines Laserstrahls bis zum Empfang eines Laserstrahls verstreicht, entdecken kann. Derartige Systeme sind in der Lage, verschiedene Informationen, wie eine Entfernung zum Hindernis, eine Relativgeschwindigkeit in bezug zum Hindernis usw., zu erlangen. Bei dem bekannten optischen Pulsradar für ein Kfz ist jedoch, weil das im empfangenen Laserstrahl enthaltene optische Hintergrundgeräusch allein

durch Passieren des empfangenen Strahls durch ein optisches Filter vermindert wird, das Signalstörverhältnis an einem Strahlsensor manchmal nicht hoch genug. Um das Signalstörverhältnis zu verbessern, ist es notwendig, die Durchlaßbandbreite des Filters herabzusetzen; jedoch gibt es vom Standpunkt der Herstellungsgenauigkeit eine Grenze. Wenn das optische Hintergrundgeräusch direkt oder indirekt auf das Strahlempfangsgerät des optischen Radars einfallendes Sonnenlicht ist, so stellt sich unvermeidlich das Problem, daß das Störverhältnis kleiner als Eins ist, d.h., es ist unmöglich, den von einem Hindernis reflektierten Laserstrahl zu empfangen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zuerst ein typisches Pulsradar nach dem Stand der Technik in seiner Anwendung auf ein Kfz anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines typischen optischen Pulsradars für ein Kfz zur Erleichterung der Erklärung der Arbeitsweise des Pulsradars;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm für das in Fig. 1 gezeigte Pulsradar nach dem Stand der Technik, das für ein Kfz bestimmt ist, wobei im Diagramm optische und elektrische Signalwellenformen an wesentlichen Teilen oder Stellen dargestellt sind;

Fig. 3 ein Blockdiagramm des Strahlempfangsgeräts, das bei dem bekannten optischen Pulsradar von Fig. 1 zur Anwendung, kommt;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der optischen Dichte des Energiespektrums des Sonnenlichts, das mit Bezug auf das optische Pulsradar für ein Kfz als optisches Hintergrundgeräusch betrachtet wird.

Der Strahlübertragungsteil von Fig. 1 umfaßt einen Pulsmodulator 1, einen Strahlemitter 2 und ein Strahlsendegerät 3. Andererseits umfaßt der Strahlempfangsteil ein Strahlempfangsgerät 4, ein optisches Filter 5, einen Strahlsensor 6, einen Breitbandverstärker 7, ein Datenverarbeitungsgerät 8 und einen Fahrgeschwindigkeitsfühler 9.

Unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm von Fig. 2 wird die Arbeitsweise erläutert. Ein Modulationssignal e mit einer Impulsbreite T₁, und einer Periode T wird vom Pulsmodulator ausgegeben. Im Ansprechen auf dieses Signal e wird de_r vom Strahlemitter 2 abgegebene Strahl impulsmoduliert, um einen impulsförmigen Übertragungsstrahl Bj. mit der Impulsbreite T zu erzeugen. Dieser Übertragungsstrahl B wird

in das Strahlsendegerät 3 eingeführt, um einen impulsförmigen Sendestrahl B_T mit einem Dispersionswinkel O vorwärts auszusenden. Dieser Sendestrahl B_T wird von einem Objekt reflektiert und wird zum Empfangsstrahl B_R mit einem Empfangsfensterwinkel G₀- Der vom Strahlempfangsgerät 4 aufgenommene Empfangsstrahl B_D wird in das optische FiI-

• ter 5 mit einer -3 dB - Durchlaßbandbreite λ , um das optische Hintergrundgeräusch vom empfangenen Strahl B_R zu vermindern, eingeführt und dann in den Strahlsensor 6 geleitet, der den empfangenen Strahl B_D in ein entsprechendes elek-

trisches Signal e, umsetzt. Das aufgenommene oder erfaßte Signal e . wird dem Breitbandverstärker 7 eingegeben und als ein Reflexionssignal e_p mit einer Impulsbreite T₁₁ auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt. Bei Empfang

W
eines Triggersignals e vom Pulsmodulator 1 synchron mit dem Modulationssiqnal e und eines Reflexionssignals e

^a m r

vom Breitbandverstärker 7 mißt das Datenverarbeitungsgerät 8 mittels eines in ihm vorgesehenen Hochgeschwindigkeitszählers die Verzögerungszeit r zwischen dem ausgesendeten Strahl B₁- und dem empfangenen Strahl B , berechnet mittels eines ebenfalls in ihm enthaltenen Mikrocomputers verschiedene Hindernisinformationen, wie die Entfernung R

zum Objekt (C . f, C: Lichtgeschwindigkeit), die Relativ-

/HR

geschwindigkeit V ( — ), die Ausrichtung 0 zum Objekt, empfängt die gegenwärtige Fahrgeschwindigkeitsinformation V_ai, die vom Fährgeschwindigkeitsfühler 9 erfaßt wurde, bestimmt die Möglichkeit einer Kollision mit dem erfaßten Objekt und gibt, wenn es nötig ist, einen hörbaren Alarm.

Da bei dem Pulsradar nach dem Stand der Technik für ein Kfz das im empfangenen Strahl B_R enthaltene optische Hintergrundgeräusch dadurch vermindert wird, daß man das empfangene Licht B_R allein durch das optische Filter 5 treten läßt, kann die optische Hintergrund-Rauschleistung P_w (mW) im Strahlsensor 6, wie folgt, ausgedrückt werden:

^PN = ^SR ^x <h ^{x L}2> ^{X X}f ^{X D}n (

worin

S_p die Lichtempfangsfläche (cm²) einer Linse 4a,

L, den bei Durchtritt des Strahls durch die Linse 4a hervorgerufenen Leistungsverlust,

L_? den bei Durchtritt des Strahls durch das optische Filter 5 hervorgerufenen Leistungsverlust,

A_f (pm) die -3 dB - Durchlaßbandbreite des optischen Filters 5 und

D_n (mW/cm χ pm) die optische Hintergrund-Rauschleistungsdichte pro Wellenlänge λ des empfangenen Strahls B_R

bezeichnet.

Wenn andererseits die Intensität des von einem Objekt reflektierten Strahls B_R als p_r (mW/cm²) bezeichnet wird, so kann die aufgenommene Signalleistung P_R des im Strahlsensor 6 empfangenen Strahls B_R, wie folgt, ausgedrückt werden:

P_R = S_R χ (L₁ χ L₂) x p_r (2)

Al

Insofern kann das Signalstörverhältnis S/N der Lichtempfangsfläche des Strahlsensors 6 durch den folgenden, aus den Ausdrücken (1) und (2) abgeleiteten Ausdruck angegeben werden:

^S/N■■ ^pr ^/pn ■ TTTTJ ⁽³⁾

Obwohl es notwendig ist, die -3 dB - Durchlaßbandbreite Af des optischen Filters 5 zu vermindern, wird, um das Signalstörverhältnis S/N, das durch (3) gegeben ist, zu erhöhen, der Minimalwert von A_f annähernd 10 A = 10 um sein, was auf der der Herstellung des für diesen Zweck am häufigsten verwendeten Interferenzfilters innewohnenden Präzisionsgrenze oder der Grenze im Fertigungsgrad beruht.

Da die Wellenlänge λ des vom Strahlemitter 2, der z.B. eine herkömmliche Leuchtdiode oder ein Halbleiter-Laser sein kann, erzeugten Strahls annähernd 0,85 pm ist, ist in dem Fall, daß das optische Hintergrundgeräusch Sonnenlicht mit der maximalen, in Fig. 4 dargestellten Leistungsdichte ist und daß ferner das maximale Intensität aufweisende Sonnenlicht auf den optischen Radarempfänger direkt oder etwa nach Reflexion von einem Objekt auftrifft, die oben erwähnte optische Hintergrund-Rauschleistungsdichte, die am Punkt A in Fig. 4 erhalten wird, etwa 90 mW/cm χ um. Deshalb kann bei einer -3 dB - Durchläßbandbreite λ ^ des optischen Filters 5 von 10 A = 10 pm die optische Hintergrund-Rauschintensität p_n pro Fläche, die in dem vom optischen Filter 5 ausgehenden empfangenen Strahl B₀ enthalten ist, erhalten werden, wie folgt: P_n = λ χ D_n = 9 χ 10~² mW/cm²

Da andererseits die vorn Strahlemitter 2 übertragene Strahl leistung P_T im besten Fall 100 mW beträgt und da die Intensität ρ des von einem einige zehn Meter voraus und auf oder nahe einer Straße befindlichen Objekt, z.B. ein

anderes Kfz, fein Fußgänger, ein "leitungsmast, ein Hinweisschild, eine Reklarnetafel, eine Leitplanke, ein Brückengeländer usw., reflektierten Strahls B_D etwa 10~² bis 10-4 (mW/cm ) ist, kann das Signalstörverhältnis S/N aus dem Ausdruck (3), wie folgt, erhalten werden:

Pr
S/N = P /P

RN X_f χ D_n

10~² bis 10"⁴ (mW/cm²)
" 10"³(μΐτι) χ 90 (mW/cm²/Mm)

10"¹ bis 10"³

Da das Signalstörverhältnis S/N kleiner als Eins ist,

wird die empfangene Signalleistung Pr von der optsichen Hintergrund-Rauschleistung Pn gänzlich abgedeckt, woraus das Problem entsteht, daß es unmöglich ist, den von einem

Objekt reflektierten Laserstrahl zu erfassen-

Das heißt, es wird bei dem Pulsradar nach dem Stand der Technik für ein Kfz, wobei das Pulsradar den empfangenen Strahl direkt erfaßt, weil eine Fertigungsgrenze in der Durchlaßbandbreite des optischen Filters vorhanden ist und weil es unmöglich ist, die Durchlaßbandbreite ohne Einschränkung vom Gesichtspunkt der Stabilität der Wellenlänge des Laserstrahls (die Wellenlänge schwankt gewöhnlich bei einem Halbleiter-Laser um 3 K/°C) zu vermindern, in dem Fall, da das Sonnenlicht direkt auf das Strahlemptangsgerät bzw. nach Reflexion durch ein Objekt indirekt auftrifft oder da ein starker Scheinwerferstrahl eines entgegenkommenden Fahrzeugs bei Nacht darauf einfällt, der von einem einige zehn Meter voraus befindlichen Hindernis reflektierte Strahl durch das optische Hintergrundgeräusch völlig abgedeckt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik und unter Berücksichtigung der aufgezeigten Probleme ist es das primäre Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Pulsradar für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das ein verbessertes Signalstörverhältnis , eine erhöhte Empfindlichkeit, eine gesteigerte Zuverlässigkeit usw. aufweist. Dieses Ziel wird allgemein dadurch erreicht, daß' der Einfluß des optischen Hintergrundgeräuschs auch unter höchst ungünstigen oder schlechten Erfassungsbedingungen, wobei Sonnenlicht oder ein starker Scheinwerferstrahl eines entgegenkommenden Fahrzeugs direkt in den optischen Empfänger einfallen, vermindert wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, für ein Kfz

ein optisches Pulsradar zu schaffen, das eine geringe Größe und geringes Gewicht hat sowie kostengünstig herzustellen ist.

Um die genannten Ziele zu erreichen, weist das optische

Pulsradar für ein Kfz erfindungsgemäß ein Lasersystem, einen Strahlenteiler, um einen Laserstrahl in einen Träger- sowie einen Überlagerungsstrahl zu trennen, einen

Strahlenablenker für eine Frequenzumwandlung des abgetrennten Trägerstrahls, einen Strahlenmadulator zur Impulsmodulation des in der Frequenz umgewandelten Strahls in einen gepulsten oder impulsförmigen Übertragungsstrahl, einen Strahlenmischer, um den abgetrennten Uberlagerungsstrahl sowie den von einem Objekt reflektierten empfangenen Strahl, um ein Strahlinterferenzsignal zu erhalten, zu mischen, einen Strahlsensor, ein überlagerungs- oder Schwebungssignal-Datenverarbeitungsgerät usw. auf.

Da hierbei eine optische integrierte Schaltung mit einem richtungskopplerartigen Strahlenteiler und -mischer, mit einem richtungskopplerartigen elektrooptischen Strahlmodulator und mit einem Strahlablenker der flächenakusti-

sehen Bauart (akustooptische Bauart) eingegliedert ist, ist es möglich, das System äußerst klein auszubilden, dabei jedoch dessen Empfindlichkeit, Zuverlässigkeit, Massenherstellung, Fertigungskosten usw. /u verbessern.

Die Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden, anhand der Zeichnungen gegebenen Beschreibung deutlich. Es zeigen:

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines optischen Pulsradars für ein Kfz in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Zeitdiagramm für die erste Ausführungsform eines Pulsradars gemäß Fig. 5, wobei optische und elektrische Signalwellenformen an wesentlichen

Teilen oder Stellen dargestellt sind; Fig. 7 eine graphische Darstellung der wechselseitigen Beziehungen zwischen den Frequenz- (oder Wellenlängen-)Kenndaten des erfaßten Schwebungs- oder uberlagerungssignals im Zwischenfrequenz- und

Strahlempfangsteil der ersten Ausführungsform (Fig. 5) des optischen Pulsradars gemäß der Erfindung;
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines optischen Pulsradars für ein Kfz in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 9 ein Zeitdiagramm für die zweite Ausführungsform eines Pulsradars gemäß Fig. 8, wobei optische und elektrische Signalwellenformen an wesentlichen Teilen oder Stellen dargestellt sind; Fig.10 ein Blockdiagramm eines optischen Pulsradars für ein Kfz in einer dritten Ausführungsform gemäß der

Erfindung;
Fig.11 ein Zeitdiagramm für die dritte Ausführungsform eines Pulsradars gemäß Fig. 10, wobei optische und elektrische Signalwellenformen an wesentlichen Teilen oder Stellen dargestellt sind;

Fig. 12 ein Blockdiagramm eines optischen Pulsradars für ein Kfz in einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 13 eine vergrößerte Darstellung einer optischen integrierten Schaltung zur Anwendung bei der in Fig.12 gezeigten vierten Ausführungsform eines Pulsradars; Fig. 14 eine vergrößerte perspektivische Darstellung für den Aufbau eines Strahlmodulators einer elektrooptischen Richtungskopplerbauart, der in der optischen integrierten Schaltung von Fig. 13 zur

Anwendung kommt;
Fig. 15 eine vergrößerte perspektivische Darstellung für

den Strahlablenker der akustooptis chen Wellenleiterbauart, der bei der optischen integrierten Schaltung von fig. 13 verwendet wird. ■ ■

Der Strahlübertragungsteil T von Fig. 5 gemäß der Erfindung umfaßt einen Laser 11, der einen kohärenten Laserstrahl mit einer einzigen Wellenlänge X₁ abgibt, einen Strahlungsteiler 12, der den vom Laser 11 abgegebenen Laserstrahl in einen Trägerstrahl B_c sowie einen Überlagerungsstrahl B_H teilt, einen Strahlablenker 13, der den vom Strahltoiler 12 abgegebenen Trägerstrahl B_c in Übereinstimmung mit einem von einem Hochfrequenzgenerator 14

erzeugten hochfrequenten Signal e.f mit einer Frequenz f₀₅ um die Frequenz f₁ des Trägerstrahls B_c um f₀ zu verschieben, ablenkt, einen Kollimator 15, eine Linse 16, einen

Strahlmodulator 17, der den in der Frequenz umgewandelten, vom Ablenker 13 abgegebenen Strahl B,. in einen qeDulsten F Laserstrahl Bj mit einer Impulsbreite Ty. sowie einer Periode Tp in Übereinstimmung mit einem von einem Pulsmodulator 18 ausgegebenen Impulsmodulationssignal e moduliert, und ein Strahlsendegerät 19, das einen Sendestrahl B_T mit einem Dispersionswinkel G ausschickt. ',

i * m ft β * ·

I · « * B ft- * i

Ι·· Ψ ϋ· * β «· t β · * » » ■ * β ι

Der Strahlempfangsteil R umfaßt ein Strahlempfangsgerät 20, das den gepulsten, von einem Objekt reflektierten Laserstrahl B_R mit einem Empfangsfensterwinkel 0_R aufnimmt, einen Strahlenmischer 21, der den abgetrennten überlagerungs· Laserstrahl Bu dem empfangenen, gepulsten Laserstrahl B_R für einen interferometrischen .Empfang überlagert, und einen Strahlsensor 22, der den mit dem empfangenen Strahl B_R und dem Überlagerungsstrahl B_u gemischten Interferenzüberlagerungs- oder Schwebungs-Laserstrahl in das entsprechende elektrische Signal e. mit der Frequenz f_b umsetzt.

Der Signalverarbeitungsteil P umfaßt einen Zwischenfrequenzverstärker 23, der das Interferenz-Schwebungssignal e. vom Strahlsensor 22 verstärkt, einen Detektor 24, der das Signal vom Zwischenfrequenzverstärker 23 erfaßt und ein Nachweissignal e. erzeugt, und ein Datenverarbeitungsgerät 25, das Daten, wie einen Abstand, eine Relativgeschwindigkeit, eine Ausrichtung mit Bezug zu einem Objekt, in Abhängigkeit von einem vom Pulsmodulator 18 synchron mit dem Impulsmodulationssignal e_rt abgegebenen Triggersignal e₊, vom Nachweissignal e^ des Detektors 24 und von einem von einem Fahrgeschwindigkeitsfühler 26 erfaßten absoluten Fahrgeschwindigkeitssignal V berechnet, um über die Möglichkeit einer Gefahr, z.B. einer Kollision mit dem Objekt, zu entscheiden und, wenn nötig, einen hörbaren Alarm auszulösen.

Es wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 eine Erläuterung der Arbeitsweise der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 5 gezeigt ist, gegeben.

Im Strahlübertragungsteil T wird durch den Laser 11, z.B. ein Halbleiter-Laser, Feststoff-Laser, Gas-Laser u.dgl., ein kohärenter Laserstrahl mit einer Wellenlänge A. und Frequenz f. erzeugt, und dieser Laserstrahl wird in den Strahlenteiler 12, z.B. ein halb versilberter Spiegel, eingeführt, um den Laserstrahl in einen Träger-Laserstrahl

Bp und einen übertraiings-Laserstrah 1 B^ zu teilen. Der abgeteilte rrägerstrahl B_c wird in den Strahlablenker 13, z.B. einen akustooptischen Strahlablenker der akustischen Oberflächenwellenbauart, worauf noch eingegangen werden wird, eingeleitet. Der Strahlablenker 13 überlagert das Hochfrequenzsignal e. mit der Frequenz f vom Hochfrequenzgenerator 14 dem Trägerstrahl B_c mit der Frequenz fj, und zwar weil die in einem Ultraschallwellenmedium erzeugte akustische Oberflächenwelle Druckwellen erzeugt, die den lokalen Brechungsindex innerhalb des Mediums beeinflussen, weshalb der auf das Ultraschallwellenmedium treffende Laserstrahl gebeugt wird.

Der Strahlablenker 13 wirkt, unter der Voraussetzung, daß !5 die folgende Bragg'sche Beugungsbedingung zwischen dem Einfallswinkel Θ und der Wellenlänge λ. des Laserstrahls mit einer Frequenz f., der auf die Wellenoberfläche einer Ultraschallwelle mit einer Frequenz f auftritt, erfüllt ist, _f
sin Θ = 1- χ 5. (4)

^{2 V}A
worin

V. die Schallgeschwindigkeit im Medium bezeichnet, so, daß die Frequenz f_f des gebeugten (in der Frequenz umgewandelten) Laserstrahls Bp, wie bekannt ist, ausgedrückt werden kann als

Da bei der in Rede stehenden Ausführungsform die Frequenz f des hochfrequenten Signals e_f 300 MHz und die Wellenlänge λ₁ des auf die Wellenoberfläche einer Ultraschallwelle auftreffenden Trägerstahls B-, unter der Voraussetzung, daß der Einfallswinkel © derart bestimmt ist, daß der obige Ausdruck (4) erfüllt wird, 0,85 pm beträgt, ist es möglich, einen in der Frequenz umgewandelten Laserstrahl Bp mit einer Frequenz f- = f. + f abzugeben.

-IS-

Der in der Frequenz umgewandelte, gebeugte, somit erhaltene Strahl Bp geht durch den Kollimator 15, um die Strahlbreite zu begrenzen, und wird über die Linse 16 in den Strahlmodulator 17, der von der Art mit elektrooptischen], akustooptischem, magnetooptischem od..dgl. Effekt sein kann, eingeführt, um den Laserstrahl Bp einer Impulsmodulation in einen Strahl mit der Impulsbreite T_w und Periode Tp in Übereinstimmung mit dem vom Pulsmodulator 18 kommenden Modulationssignal e._ mit einer Impulsbreite T,, und Peri· ode Tp auszusetzen. Der pulsmodulierte Sendestrahl B_T (gepulster Laserstrahl) wird dann vom Strahl Sendegerät 19 mit einem Dispersionswinkel ©_T in die Richtung ausgeschickt, in die das Kfz fährt. Bei dieser Ausführungsform ist es jedoch selbstverständlich möglich, einen zum Disper-

!5 sionswinkel <3y parallelen Laserstrahl abzulenken, um, wenn nötig, eine Richtungsinformation mit Bezug zu einem Objekt zu erhalten.

Der von einem Obejkt reflektierte Laserstrahl B_R wird vom Strahlungsempfangsgerät 20 mit einer Lichtempfangsfläche S

(cm ) aufgenommen. Der empfangene Strahl B_R mit der Frequenz f_R wird in den Strahlenmischer 21, z.B. ein halb versilberter Spiegel, eingeführt, um den Empfangsstrahl B_R mit der Frequenz f_R mit dem vom Strahlteiler 12 kommenden Überlagerungsstrahl B,, mit der Frequenz f. zu mischen oder diesem zu überlagern. Der gemischte Strahl B^ wird dann in den Strahlsensor 22, z.B. eine Lawinenphotodiode, eine Photodiode od.dgl., eingeführt, um den gemischten Strahl B₍, in ein elektrisches Interferenz-Schwebungssignal e. mit einer Frequenz f. umzusetzen.

Die Frequenz f_R des Empfangsstrahls B_R kann unter Berücksichtigung des Einflusses der durch die Relativgeschwindigkeit V zwischen dem Objekt und dem Radar bewirkten nc r

Doppler-Verschiebung abgeleitet werden:

worin die Doppler-Frequenz f . ist: 2V_r

^fd -~ * ^fT

b ^c

mit C als Lichtgeschwindigkeit.

Somit ist die Frequenz f_fa des Schwebungssignals

=^fo^+fd

Da bei der in Rede stehenden Ausführungsform f = 300 MHz ist und die Wellenlänge Xj des Sendestrahls Bj etwa 0,85 um beträgt, ist, unter der Annahme, daß fj annähernd C/ λ. ist sowie V = 100 km/h (28 m/s) beträgt, die Doppler-Frequenz

f, = —1- x4- = , = 6,6 χ 10⁷ = 66 MHz ⁰C ^ΛΤ 0,85 χ

Im äußersten Fall ist die Doppler-Frequenz 70 MHz. Deshalb liegt die Frequenz f. des Schwebungssignals e_b zwischen 300 - 70 = 230 MHz < f_b < 370 MHz = 300 +

Durch Voreinstellen der Zentralfrequenz f des Zwischenfrequenzverstärkers 23, um das Schwebungssignal e^ auf f = f = 300 MHz zu verstärken und die -3 dB - Durchlaßbandbreite B_w auf 200 MHz zu erweitern, kann das Beugungssignal e. durch den Zwischenfrequenzverstärker 23 auf einen

vorbestimmten Pegel verstärkt werden; das Ausgangssignal wird in den Detektor 24 für eine Modulationserfassung (envelope detection) eingegeben, um ein Nachweissignal e. mit einer Impulsbreite Tw zu erhalten.

Andererseits wird ein synchron mit dem Modulationssignal vom

Pulsmodulator 18 erzeugtes Triggersignal e_t dem Da-

* * * ft β

• Φ · t* ♦ e *

♦ * fee « *

»■■fc β # 4 a O « η ?

ν. ft««« -ϋ e ir * α *

tenverarbeitungsgerät 25 zusammen mit dem Nachweissignal e. zugeführt. Insofern wird im Datenverarbeitungsgerät 25 in Abhängigkeit vom Triggersignal e_t und Nachweissignal e^ die Ausbreitungsverzögerungszeit r zwischen dem Sendestrahl Bj und dem Empfangsstrahl B_R durch einen im Gerät 25 vorgesehenen Hochgeschwindigkeitszähler gemessen, und es werden durch einen im Gerät 25 befindlichen Mikrocom-

C χ τ

puter der Abstand R zum Objekt (—^-); C: Lichtgeschwindigkeit), die Relativgeschwindigkeit V„ mit Bezug zum Fahr-HD

zeug (5γ) sowie die durch Ab-lenkung des Sendestrahls erhal tene Ausrichtung ψ, falls das nötig ist, berechnet. Da dem Datenverarbeitungsgerät 25 die absolute Fahrgeschwin digkeit V, vom Fahrgeschwindigkeitsfühler 26 eingegeben

wird, ist es zusätzlich möglich, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit dem Objekt zu bestimmen und, wenn notwendig, einen hörbaren Alarm zu erzeugen.

Wie für die in Fig. 5 gezeigte erste Ausführungsform erläutert wurde, wird der Laserstrahl mit einer Frequenz

^2C f. in einen Trägerstrahl Bp sowie einen Überlagerungsstrahl Bu geteilt; die Frequenz f. des Trägerstrahls Βς wird in Übereinstimmung mit einem Hochfrequenzsignal e^ in eine Frequenz f₁ -t· f_Q umgewandelt; der in der Frequenz umgewandelte Strahl B_p wird impulsmoduliert und in Fahrtrichtung

des Kfz ausgesendet; der von einem Objekt reflektierte Strahl mit einer Frequenz f₁ + f_Q + f_d (f^ = Dopplerfrequenz) wird mit dem überlagerungjstrahl mit einer Frequenz f. für einen interferometrischen Nachweis gemischt.

Deshalb ist die Frequenz f_rt + f_H des Interferenz-Schwe-

bungssignals e_b nahezu unabhängig von der Frequenz f₁ des erzeugten Laserstrahls, d.h. von der Wellenlänge λ. des erzeugten Laserstrahls, weil A^₁ = C (C: Lichtgeschwindigkeit). Obwohl die Doppler-Frequenz als 2V
f. = — χ f₁ ausgedrückt werden kann und insofern eine

Funktion sowohl von λ. wie von V_p (Relativgeschwindigkeit) ist, ist es, weil f » f_d ist, möglich, die Veränderung

der Doppler -I-re quo π/. C, /u Vernachlilsslgun.

Deshalb bleibt bei der Erfindung, auch wenn die Wellenlänge λ. des Laserstrahls aufgrund einer Änderung in der Temperatur, Speisespannung usw. schwankt, die Frequenz f_b des vom Strahlsensor abgegebenen Schwebungssignals e_b nahezu konstant; das hat zum Ergebnis, daß die Möglichkeit der zuverlässigen Erfassung der Verzögerungszeit zwischen ausgesandtem und empfangenem Strahl gegeben ist. IO

Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen optischen Pulsradar möglich, die Empfangsbandbreite λ mit Bezug auf den von einem Objekt reflektierten Strahl auf einen derart niedrigen Wert herunterzubringen, der etwa 1/2000 des Werts des optischen Pulsradars nach dem Stand der Technik ausmacht, worauf noch näher eingegangen werden wird.

In Fig. 7 sind die Frequenzkennwerte des Schwebungssignals e_b mit ausgezogenen Linien dargestellt. Wie bereits erläutert wurde, ist, da die Frequenz fV des Schwebungssignals e_b gleich f + f^ ist, seine Zentralfrequenz f_Q.

Wenn das Schwebungssignal e_b den Zwischenfrequenzverstärker mit einer -3 dB - Durchlaßbandbreite B_w passiert, so ergeben sich die in Fig. 7(B) gezeigten Frequenzkennwerte.

Da der Strahlempfangsteil R den Empfangsstrahl B_R mit einer Frequenz f_R = f_{1 +} f_{Q +} f_d (Spektrum S_R) mit dem Überlagerungsstrahl B_u mit der Frequenz f₁ mischt, um ein Schwebungssignal e. mit einer Frequenz f_b = f + f^ (Spektrum. S_b) zu erzeugen, können andererseits, wenn· die Frequenzkennwerte des Zwischenfrequenzverstärkers 23 zur Verstärkung des Schwebungssignals e_b als die in Fig. 7(B) gezeigten angenommen werden, die Frequenkennwerte des Strahlempfangsteils R als die in Fig. 7(C) gezeigten angesehen werden, wobei deren Zentralfrequenz fj und deren

Durchlaßbandbreite Bu sind. Die Fig. 7(D) zeigt ferner dieselben Frequenzkennwerte des Strahlempfangsteils R wie die Fig. 7(B), wobei aber die Frequenz in die Wellenlänge umgewandelt ist. Weiterhin geben die Bezachnungen f. und f_ß die untere sowie obere Grenze der Frequenzbandbreite Bw in Fig. 7(C) an; die Bezeichnungen λ« und λ_β geben die obere sowie untere Grenze der Wellenlängen bandbreite \„ in Fig. 7(D) an. Da die Wellenlängen λ» und An der Frequenz f» bzw. f_ß entsprechen, können die folgenden Beziehungen erhalten werden:

Die Wellenlänge λ_β entspricht gleicherweise der Frequenz f_R.
^B

Unter Bezugnahme auf Fig. 7(C) und 7(D) ergibt sich:

Aus den Ausdrucken (9) und (11) folgt:

f )

^{Λτ +} 7 K

c

Durch Substitution des Ausdrucks (12) und von f_T =—r—

Λτ in den Ausdruck (10) sowie durch Ordnen folgt:

7 ^B« ⁼^T "3Γ7^\ ^tI3)

^T * ^w

und weil λ_τ >j> 1 χ , so folgt:

TF w

c= c _x j

λ + I A₁₁ λ_ 1 +

= -f- χ ( - Ji" ) (H)

Durch Substitution des Ausdrucks (14) für (13) folgt:

1 r r ^{C x} λ,,

1 η C C , W

ι ^Bw ■

Daraus ergibt sich

K --~ * ^BW ^(15>

Andererseits ist die Frequenz f_T des Sendestrahls gemäß Ausdruck (5) f_T = f₁ + f . Weil

f. = -\- = χ 10⁶ = 3,5 χ 10¹⁴ Hz 1 X₁ 0,85^

f₀ = 300 MHz = 3 χ 10⁸ Hz

^f1 » f_Q, und weil
fy = f. nach Ausdruck (5)

so folgt

λ_τ = X₁ (16)

Durch Substitution des Ausdrucks (16) in (15) kann schließ Hch erhalten werden:

Wie oben gesagt wurde, ist es bei dem erfindungsgemäßen optischen Pulsradar möglich, die Empfangsbandbreite Λ wie Ausdruck (17) zeigt, aus der Wellenlänge λ. des Laser

strahls und der -3 dB - Durchlaßbandbreite B^. des Zwischen frequenzverstärker abzuleiten.

Wenn bei der Ausführungsform von Fig. 5 _7

X₁ = 0,85 gm = 8,5 χ 10 m,

B., = 200 MHz = 2 χ 10⁸ Hz,

C = 3 x 10 m/s (Lichtgeschwindigkeit)

'-3A-

-4Θ-ist, dann ist die Empfangsbandbreite gemäß Ausdruck (17):

λ - (8,5 χ 1(Γ⁷)__{χ 2 χ 10}8 _{= 5 χ l0}-13_{ra =} ^w 3 χ 1O^Ö

= 5 χ 1Ö³ A

Verglichen mit der Empfangsbandbreite X = Xr = 10 A* des Radars nach dem Stand der Technik wird die Empfangsbandbreite um etwa 1/2000 herabgesetzt; die optsiche Hintergrund-Rauschleistung P.., die durch Substitution von λ für Xf im Ausdruck (1) erhalten wird, wird ebenfalls um etwa 1/2000 herabgesetzt; das Signalstörverhältnis S/N (das Störverhältnis S/N am Eingangsanschluß des Strahlsensors) im empfangenen Strahl, d.h. S/N = P_r/Pm (P_r ^ist die Leistung des von einem Objekt reflektierten Strahls) wird etwa 2000-fach erhöht. Nimmt man den schlechtesten Fall des optischen Hintergrundgeräuschs mit direkt auf den optischen Empfänger einfallendem Sonnenlicht an, wobei der Laserausgang 100 mW ist, nimmt man an, daß die Signalinten-

sität ρ des von einem Objekt reflektierten Strahls 10

4 2
bis 10 mW/cm , die Hintergrund-Rauschleistungsdichte D = 90 mW/cm χ pm und λ = 5 χ 10 \im ist und substituiert man λ für X_f im Ausdruck (3), so ist das Signal-

W T

Störverhältnis S/N des empfangenen Strahls B_R gemäß der Erfindung

^S/N = ^pr^/pn -\ττ-ΰ <¹⁸>

\ττΰ_η

WiI

S/N = — : ψ— = 2,2 χ ΙΟ^-ί- 2,2 > 1

5 χ 10"' χ 90

^ow Somit ist S/N üblicherweise größer als 1, was bedeutet, daß es möglich ist, den von einem Objekt reflektierten Strahl zuverlässig zu erfassen.

Da das Signalstörverhältnis mit Bezug auf das optische Hintergrundgeräusch im empfangenen optischen Strahl B_R 2000mal besser ist als bei dem oben beschriebenen bekannten Radar, ist es für die Leistung in der Objokterfassung

(relative Empfindlichkeit des optischen Radars, die durch die optische Hintergrurid-Rauschleistung P., bestimmt ist) in Umgebungen mit normalem optischen Hintergrundgeräusch, wenn beispielsweise das Kfz bei Tag oder Nacht in einer Stadt fährt, ein 2000mal besserer Wert als bei dem Radar nach dem Stand der Technik möglich.

Da das durch Empfangen des von einem Objekt reflektierten Strahls erhaltene Empfangsstrahlsignal dem Überlagerungsstrahl, der ein Teil der Laserstrahlquerlle ist, überlagert wird, bietet die Erfindung ferner die Möglichkeit, den Einfluß des Wärmerauschens in der mit dem Ausgang des Strahlsensors verbundenen Last zu löschen. Somit kann das Signalstörverhältnis des lichtelektrisch

übertragenen Ausgangssignals im Strahlsensor um wenigstens 10 dB, verglichen mit der direkten Erfassungsmethode bei dem bekannten optischen Radar, verbessert werden.

Im Vergleich mit dem optischen Radar nach dem Stand der Technik wird also die minimale Empfangsempfindlichkeit des Radars um 10 dB oder mehr gesteigert,und die Leistung im Objektnachweis (Erfassungsgrenze für ein Objekt mit schwachen lichtreflektierenden Flächen) in Umgebungen mit nahezu keinem Hintergrundgeräusch (völlige Dunkelheit) kann um das Zehnfache oder mehr verbessert werden.

Die Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform des Erf indungsgegenstand.es, wobei der Strahlablenker 13 sowie der Strahlmodulator 17 im Strahlübertragungsteil T gegenüber Fig. 5 untereinander vertauscht sind, während der Rest des Systems zu Fig. 5 gleichen Aufbau hat.

Unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm von Fig. 9, in dem optische und elektrische Signalwellenformen an wesentlichen Stellen gezeigt sind, wird nun die Arbeitsweise der Ausführungsform von Fig. 8 beschrieben.

Der Laser 11 gibt einen kohärenten Laserstrahl mit einer Frequenz f₁ oder Wellenlänge λ. ab, und das kohärente Licht wird in den Strahlenteiler 12, der ein halb versilberter Spiegel, ein optischer Richtungskoppler oder eine optische Verzweigung sein kann, um den Strahl in den Überlagerungsstrahl B_H sowie den Trägerstrahl B_c zu teilen, eingeführt. Der Trägerstrahl Bp wird in den Strahlmodulator 17 geleitet und durch das vom Pulsmodulator 18 eingegebene Modulationssignal e mit der Impuslbreite T

ΠΙ - W

und der Periode T pulsmoduliert, so daß der gepulste Strahl Bw mit der Impulsbreite T erzeugt wird, der in den akustooptischen Strahlablenker 13 eingeführt und in Übereinstimmung mit dem vom Hochfrequenzgenerator 14 abgegebenen hochfrequenten Signal (f = 300 MHz) in einen gebeugten Sendestrahl Bj mit einer Frequenz fj = f + f. abgelenkt wird. Dieser Sendestrahl Bj wird in das Strahlsendegerät 19 eingeleitet und in Fahrtrichtung des Fahrzeugs mit einem Dispersionswinkel Oj ausgesandt.

Der von einem Objekt reflektierte Strahl wird dann vom Strahlempfangsgerät 20 mit einem Empfangsfensterwinkel G> aufgenommen, so daß ein Empfangsstrahl B_R mit der Frequenz f_R erhalten wird. Der empfangene Strahl B_R und der überlage'rungsstrahl B^ werden in den Strahlenmischer 21 zur

Mischung der beiden Strahlen und hierauf dem Strahlsensor 22 eingegeben. Das heißt, der Empfangsstrahl B_R interferiert mit dem Überlagerungsstrahl B^, um ein Schwebungssignal e. der Frequenz f. zu erzeugen. Wie bei der Ausführungsform von Fig. 5 ist die Frequenz f_h = f + f _Λ ,

wobei f_d die Doppler-Frequenz bezeichnet.

Dieses Schwebungssignal e. wird zusammen mit dem vom Modulationssignal e vom Pulsmodulator 18 synchronisierten Triggersignal e. dem Signalverarbeitungstei1 P eingegeben; wie bei der Ausführungsform von Fig. 5 wird die Ausbreitungsverzögerungszeit r des empfangenen Strahls B_R

mit Bezug auf den Sendestrahl B_T bestimmt, es werden der Abstand R, die Relativgeschwindigkeit V_p sowie die Ausrichtung 0 mit Bezug auf das Objekt berechnet, und es wird die Möglichkeit einer Kollision mit dem Objekt auf der Grundlage der derzeitigen Fahrgeschwindigkeit festgestellt; falls notwendig, wird ein hörbarer Alarm erzeugt.

Auch bei der Ausführungsform von Fig. 8 ist die im Strahlempfangsteil zu empfangende Wellenlängenbandbreite χ durch den Ausdruck (17) gegeben: A_w = 5 χ 10" A; die optische Hintergrund-Rauschleistung wird gegenüber dem bekannten optischen Radar auf etwa 1/2000 vermindert, das Signalstörverhältnis S/N wird um das 2000fache verbessert. Es ist möglich, mit Sicherheit und zuverlässig den von einem Objekt reflektierten Strahl zu erfassen, selbst bei ungünstigster Umgebung für das optische Hinter- · grundgeräusch, wobei Sonnenlicht direkt auf den optischen Empfänger einfällt.

Die Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei der bei den Ausführungsformen von Fig. 5 und 8 im Strahlübertragungsteil T vorgesehene Strahlablenker nun im Strahlempfangsteil R

enthalten ist.
25

Gemäß Fig. 10 sind ein Halbleiter-Laser 11, ein Strahlenteiler 12, ein Strahlmodulator 17 und ein Strahlsendegerät 19 im Strahlübertragungsteil T vorhanden; das Strahlempfangsteil R umfaßt ein Strahlempfangsgerät 20, einen

akustooptischen Strahlablenker 13, einen Strahlenmischer 21 sowie einen Strahlsensor 22. Im Strahlsteuerteil C sind ein Hochfrequenzgenerator 14, um ein hochfrequentes Signal mit einer Frequenz f (300 MHz) an den akustooptischen Strahlablenker 13 im Strahlempfangsteil R zu legen, und ein Pulsmodulator 18, der ein Modulationssignal e an den im Strahlübertragungsteil T vorhandenen Strahlmodulator 17 legt, enthalten. Der Signalverarbeitungsteil

IS'

P weist einen Zwischenfrequenzverstärker, einen Detektor sowie eine Informationsverarbeitungseinheit, wie bei der Ausführungsform von Fig, 5, auf.

Unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm von Fig. 11, worin verschiedene optische und elektrische Signalwellenformen an wesentlichen Übergangsstellen gezeigt sind, wird nun die Arbeitsweise der Ausführungsform von Fig. 10 beschrieben.
10

Der Halbleiter-Laser 11 gibt einen Strahl mit einer Frequenz f. oder Wellenlänge λ. ab, der dem Strahlenteiler 12 zur Aufteilung in einen überlagerungs- sowie Trägerstrahl Bm bzw. B_c eingegeben wird. Der Trägerstrahl Bp

wird in den Strahlmodulator 17 geführt, in dem er mit dem vom Pulsmodulator 18 abgegebenen Modulationssignal e_m mit einer Impulsbreite T und Periode T pulsmoduliert wird, um den gepulsten Sendestrahl B,- mit einer Frequenz f_t = f., der durch das Strahlsendegerät 19 unter einem

Dispersionswinkel Θ, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgesandt wird, zu erzeugen. Der von einem Objekt reflektierte Strahl wird unter einem Emfpangsfensterwinkel Θ vom Strahlempfangsgerät 20 aufgenommen, um den Empfangsstrahl Bn mit einer Frequenz f_R zu bilden. Der empfangene

Strahl B_R wird dem akustooptischen Strahlablenker 13 eingegeben, um den Strahl B_R in Abhängigkeit von dem vom Hochfrequenzgenerator 14 abgegebenen hochfrequenten Signal der Frequenz f (300 MHz) abzulenken, so daß ein gebeugter Strahl B_c der Frequenz f. = f_D + f erhalten werden kann.

„Q TKO

Weil hier f_R = f^ + f_d ist (f_d ist die Doppler-Frequenz), ist die Frequenz

•3*·

Das vorn ί,Lr'nil I ab l(Mikcr 13 orlia I Leno cjuLuMKjto Licht Bp wird dom Strahl ο mn I scher 2\ zusammen mi L dorn überlagerungsstrahl B_n vom Strahlenteiler 12 zum Mischen der beiden Strahlen zugeführt; der resultierende Strahl wird dem Strahlsensor 22 eingegeben, um seine Interferenzkomponente zu filtern sowie umzuwandeln und damit ein Schwebungssignal e. der Frequenz f. zu erhalten.

Der Signalverarbeitungsteil P, dem das Schwebungssignal e_b und das mit dem vom Pulsmodulator 18 abgegebene Modulationssignal e synchronisierte Triggersignal e₊ eingegeben werden, stellt, wie bei der Ausführungsform von Fig.5, die Ausbreitungsverzögerungszeit tr des empfangenen Strahls B_R mit Bezug auf den ausgesandten Strahl By fest und berechnet die Entfernung R, die Relativgeschwindigkeit V_r und die Ausrichtung 0 mit Bezug zum Objekt. Ferner kann die Möglichkeit einer Kollision mit dem Objekt auf der Basis der gegenwärtigen Fahrgeschwindigkeit bestimmt und,

falls notwendig, ein hörbarer Alarm ausgelöst werden. 20

Wie beschrieben wurde, ist bei der Ausführungsform von Fig. 10 der Effekt genau gleich zu dem der Ausführungsform von Fig. 5, obwohl der Strahlablenker vom Strahlübertragungs- zum Strahlempfangsteil umgesetzt wurde.

Die Fig. 12 zeigt eine vierte Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei eine optische integrierte Schaltung (IC) zur Anwendung kommt.

Zuerst wird der Aufbau erläutert. Der Laser 11 ist ein Halbleiter-Laser mit Einmodenschwingung, z.B. der distributierten Bragg-Reflektorbauart, der distributierten Rückkopplungsbauart, der integrierten Doppelleiterbauart (twin guide-type), der Querstreifenschichtenbauart (transverse junction stripe-type), der Terrassen-Substratbauart (terraced substrate-type), der einen Laserstrahl

mit einer Frequenz f₁ (Wellenlänge X.) abgibt. Der abgegebene Laserstrahl wird einer optischen IC 100, die in einem schwarzen Gehäuse 51, auf das noch eingegangen wird, über eine einzelne optische Faser F_n zugeleitet. Die opti-

sehe IC 100 teilt den Laserstrahl der Frequenz f. in den Überlagerungsstrahl S^ und Trägerstrahl B_c. Letzterer wird durch ein vom Pulsmodulator 18 ausgegebenes Modulationssignal e_ mit einer Impulsbreite T sowie Periode T

ΠΙ W ρ

pulsmoduliert und durch ein hochfrequentes Signal e_f O der Frequenz f.. (300 MHz), das vom Hochfrequenzgenerator 14 kommt, in einen gepulsten, gebeugten Strahl Bp der Frequenz (f_T = f ■+ f-,) und einer Impulsbreite T₁₁ abgelenkt,

IUi 'Vi

Der gebeugte Strahl Br wird durch Passieren eines KoIIi- ^ mators S begrenzt und durch eine Linse L. zu einer kleinen, am einen Ende einer einzelnen optischen Faser F, ausgebildeten Linse fokussiert, um in die Faser F^ einzutreten. Aus der Faser F. wird der Strahl dann in das Strahlsendegerät 19 geführt und als Sendestrahl By von einer kleinen, am

anderen Ende der optischen Faser F. ausgebildeten

Linse und durch eine Sammellinse L₊ in die Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgesandt.

Der von einem Objekt reflektierte Strahl wird durch eine Fokussierlinse L_r von einem Strahlempfangsgerät 20 aufgenommen und einer kleinen, am einen Ende der optischen Einmodenfaser F_b ausgebildeten Linse zugeführt. Der empfangene Strahl mit der Frequenz f_R wird in die optische IC 100 über die optische Faser F. eingeleitet, dem Überlagerungsstrahl B„ überlagert, über eine einzelne optische Faser F dem Strahlsensor 22 zugeführt und in Verbindung mit dem Überlagerungsstrahl Bu superüberlagert. Das Schwebungssignal e_b mit einer Frequenz f_b» das vom Strahlsensor 22 abgegeben wird, wird, wie bei der Ausfüh-

rungsform von Fig. 5, dem Signalverarbeitungsteil P eingeführt. Die Frequenz f. des Schwebungssignals e^ ist durch

^J welle, der normalerweise zum Wellenleiter 131 durch die Lücke do übertragen wird, ist. Das gebrochene, außer oder in Phase befindliche Licht wird dann zum Wellenleiter 131 übertragen, wo es den normalen Trägerstrahl löscht, oder es wird dem normalen Trägerstrahl überlagert. Das hat zum Ergebnis, daß das Modulationssignal e als ein Schaltsignal dient, um einen Trägerstrahlausgang B_c zu unterbinden oder durchzulassen. Die Phase zwischen den beiden Strahlen kann entsprechend der Länge ß^ eingestellt worden.

Die wesentlichen Charakteristika dieses Strahlmodulators 130 sind eine Modulationsfrequenz von 1 GHz in der -3 dB - Bandbreite, ein Einfügungsverlsut von 4 dB und ein optischer Löschverlsut von etwa 20 dB.

Die Arbeitsweise dieses Strahlmodulators ist von einem elektrooptischen Effekt abhängig, durch den der Brechungsindex entsprechend der Intensität des angelegten elektrisehen Feldes geändert wird.

Wie Fig. 13 zeigt, wird der vom Strahlmodulator 130 abgegebene modulierte Strahl B_M über den Wellenleiter 104 einer Dünnschichtlinse 125 zugeführt, um die Strahlübertragungsbreite zu erhöhen, und ein paralleler Strahl mit einer Strahlbreite von etwa 50 pm wird in den Strahlablenker 150 unter einem Einfallswinkel O eingeführt.

Die Fig. 15 zeigt die Einzelheiten dieses Strahlablen-

kers 150, bei dem ein akustooptischer Strahlablenker der akustischen Oberflächenwellenbauart zur Anwendung kommt.

Bei diesem Strahlablenker 150-ist eine dünne As₀S₀ -

Schicht 151 mit einer Stärke h₂ von etwa 10 um 'und einer

Breite W₂ von 500 \im auf dem LiNbO₃ - Substrat 158 ausgebildet, um sowohl als optischer Wellenleiter wie als

Ultraschallmedium zu dienen. An der Grenze zwischen dem LiNbO₃ - Substrat 158 und der As₂S₃ - Dünnschicht 151 ist ein Doppelkammwandler (interdigitaler Wandler) 152 mit einer Länge ^₁ von 3 mm ausgebildet, der als ein akustischer Schall-(Oberflächen-)-wellenwandler dient. Am gegenüberliegenden Ende der As₂S₃ - Dünnschicht 151 ist ein akustische Ultraschallwellen absorbierendes Bauteil 153 ausgebildet.

Der mittige Teil der As₂S₃ - Dünnschicht 151, der eine Breite W₁ von 200 pm und eine Stärke h₁ von etwa 1,5 um hat, dient als der optische Wellenleiter 154 zur Übertragung der Trägerwelle Βς.

Die Linse 125 überträgt auf den Wellenleiter 154 einen gepulsten Strahl von etwa 50 pm Breite mit einer Frequenz f,j unter einem Einfallswinkel © zwischen der Mittellinie G des Wellenleiters 154 und einer optischen Achse g. des Strahls Βς. Andererseits wird das von einem Hoch-

frequenzgenerator 14 abgegebene hochfrequente Signal von etwa 300 MHz parallel an den Doppelkamm - wandler 152 gelegt, um akustische Schallwellen 155 zu erzeugen, die über den optischen Wellenleiter 154 mit einer Fortpflanzungsgeschwindigkeit V hinweglaufen und vom Ultraschallabsorptionsbauteil 153 absorbiert werden. Der Doppelkammwandler 152 ist über die Al-Elektroden 107 und 108, an die Signalleitungen angeschlossen sind, mit dem Hochfrequenzgenerator 14 verbunden.

Eine Kompression und Verdünnung des As₉So - Films aufgrund der Schallwellen führt zu entsprechenden Änderungen im Brechungsindex. Als Ergebnis dessen kann ein gebeugter Strahl Bp mit einer optischen Achse g₂ und mit einem Beugungswinkel θ in bezug auf die Mittellinie G erhalten werden, wenn eine Bragg'sehe Beugungsbedingung gemäß dem folgenden Ausdruck erfüllt wird:

wenn G« 1 ,

worin

λ, die Wellenlänge des mit der Frequenz f₁

eingeführten Strahls,
V₅ und f die Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. Frequenz der akustischen Oberflächenwellen bezeichnen.

Zusätzlich ändert sich die Frequenz Fy des gebeugten Strahls Br₁ zu fp = f + f.. Um den gebeugten Strahl Bp,. wirksam vom übertragenen Strahl Bp mit eienr Frequenz f₁ auf der optischen Achse g, zu trennen, wird ein Gitterentkoppler 157 in Form eines Beugungsgitters mit einer Gitterkonstante A an der Oberfläche des abgelegenen Endes des vertieften Wellenleiters 154 der As₂S₃ - Dünnschicht ausgebildet. Der gebeugte Strahl Bp₁ wird wieder gebeugt, diesmal jedoch in unterschiedlicher Ebene, um einen gebeugten Strahl Bp₂ mit einer optischen Achse g₃ auf einem Beugungswinkel γ mit Bezug zur Oberfläche der As₂S₃ Dünnschicht zu erhalten. Der Winkel γ· zwischen den optischen Achsen g₂ und g₃ auf der Fläche S schließt die Punkte P., P und P₅ senkrecht zur Fläche S_x, die die Punkte P , P, und P₅ einschließt sowie zur As₂S₃ - Dünnschichtfläche parallel ist, ein.

Der Beugungseffekt des Gitterentkopplers 157 kann hier, wie folgt, ausgedrückt werden:

λ_τ λ_τ

^cos Ψ = -inr m (21)

^A*_T Λ

worin

λ-j. die räumliche Wellenlänge des Strahls der: Frequenz f-j-,

λ die Wellenlänge des Strahls in der Gitterebene,

m einen positiven Wert

A den Beugungsgitterabstand
bezeichnet.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform ist A= 2 λγ und γ = 60°.

Die Arbeitsweise dieses Strahlablenker ist vom akustooptischen Effekt, durch den der Brechungsindex des Mediums, das von den Ultraschallwellen passiert wird, geändert und wodurch der auf das akustische Medium einfallende Strahl gebeugt wird, abhängig, vorausgesetzt, daß die Bragg'sche Bedingung erfüllt ist.

Zurückkehrend zu Fig. 12 ist zu erkennen, daß der gebrochene Strahl B^ der Frequenz f_f vom optischen Strahlablenker 150 nach Passieren des Kollimators S und Einführen in die Linse L. zum Sendestrahl By wird.

Andererseits wird der vom Strahlempfangsgerät 20 (Fig. 12) aufgenommene Empfangsstrahl B_R über die einzelne optische Faser F. in die optische IC 100 eingeführt und dann dem optischen Wellenleiter 105 der optischen IC eingegeben,

wie Fig. 13 zeigt.
25

Der Empfangsstrahl B_R und der Überlagerungsstrahl B^ werden in den Richtungskoppler 120, der als Strahlenmischer dient, über die Wellenleiter 105 bzw. 103 geführt. Per Richtungskoppler 150 hat die folgenden Abmessungen: die Kopplungslänge £' der beiden Wellenleiter ist etwa 8 mm, die Wellenleiterbreite d_Q' ist 8 pm, und der Wellenleiterabstand W₀ ¹ beträgt etwa 5 pm. Dur cn den Richtungskoppler 120 wird der Überlagerungsstrahl B„ der Frequenz f„ dem empfangenen Strahl B_D überlagert, der Austritt erfolgt über den Wellenleiter 106, und der überlagerte Strahl wird über die einzelne optische Faser F_c in den Strahlsensor 22' geführt.

Bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei eine optische IC so ausgebildet ist, wie in den Fig. 12 bis 15 gezeigt ist, ist es durch die Anwendung einer in hohem Maß integrierten optischen Schaltung möglich, das gesamte optische System, mit Ausnahme des Strahlsende- und des Strahlempfangsgeräts bedeutend kleiner auszuführen, so daß das optische Radarsystem eine geringe Größe und ein geringes Gewicht erhalten kann. Da Strahlsende- und -empfangsgerät über optische Fasern mit den Hauptteilen - optische IC, Halbleiter-Laser, Signalverarbeitungstei1, Strahlsteuerteil - verbunden sind, ist es darüber hinaus möglich, die Hauptteile irgendwo einzubauen, z.B. im Fahrgastraum, wo die Umgebungsbedingungen einem möglichen, auf Temperaturänderungen, Vibration usw. zurückzuführenden Schaden entgegenwirken, was die Installation des optischen Radarsystems am Fahrzeug erleichtert und die Zuverlässigkeit des gesamten Systems erhöht. Da bei dem optischen Pulsradar gemäß der Erfindung die wesentlichen Teile zur Verarbeitung optischer Signale in eine optische IC eingegliedert sind, ist es ferner möglich, die Massenfertigung des Systems zu verbessern und die Herstellungskosten zu senken.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß der Erfindung der Laserstrahl in einen überlagerungs- sowie Trägerstrahl getrennt; nach Pulsmodulation und Frequenzumwandlung wird der Trägerstrahl ausgesandt, der durch Aufnehmen des von einem Objekt reflektierten Strahls erhaltene Empfangsstrahl wird in Verbindung mit dem Überlagerungsstrahl superüberlagert, das so erzeugte Interferenzsignal wird verarbeitet, um die Entfernung zum Objekt, die Relativgeschwindigkeit mit Bezug zu diesem und die Ausrichtung zum Objekt zu bestimmen. Die Erfindung ermöglicht es, die Empfangsbandbreite λ des optischen Radars gegenüber einem

herkömmlichen System auf etwa 1/2000 herabzusetzen. Damit ist es auch unter ungünstigsten Bedingungen in bezug auf optisches Hintergrundgeräusch, wobei Sonnenlicht direkt auf den optischen Empfänger einfällt, möglich, zuverlässig

und beständig den reflektierten Strahl zu erfassen. Unter normalen Fahrbedingungen, wobei ein optisches Hintergrundgeräusch bis zu einem gewissen Ausmaß vorhanden ist, ist es darüber hinaus möglich, eine Erfassungs- oder Nach-Weisempfindlichkeit zu erreichen, die 2000mal besser als die eines herkömmlichen Systems ist. Da weiter bei dem Pulsradar gemäß der Erfindung die Frequenz des durch SuperÜberlagerung des Empfangssignals erhaltenen Schwebungssignals von der Wellenlänge des von einer Laserquelle

¹^ abgegebenen Strahls unabhängig ist, ist die Frequenz des als ein erfaßtes Ausgangssignal erhaltenen Schwebungssignals im wesentlichen, ausgenommen ist ein auf dem Doppier-Effekt beruhender geringfügiger Einfluß, konstant, selbst wenn die Wellenlänge des Laserstrahls aufgrund von Temperaturänderungen schwankt. Damit ist es möglich, Informationen, z.B. Entfernung, Relativgeschwindigkeit, Ausrichtung in bezug zum Objekt, jederzeit zuverlässig zu erfassen. Da, wie oben gesagt wurde, Schwankungen in der Wellenlänge des Lasers keinerlei Einfluß auf die Frequenz des zu

empfangenden und zu erfassenden Schwebungssignals ausüben, ist ein thermostatisches, bei herkömmlichen Systemen zur thermischen Isolierung des Lasers verwendetes Gehäuse nicht erforderlich, was den Aufbau des Systems vereinfacht. Obwohl bei dem herkömmlichen System der Empfangsstrahl von einem Strahlsensor direkt erfaßt wird, ist es, da bei dem Erfindungsgegenstand der von einem Objekt reflektierte Strahl interferometrisch erfaßt wird, möglich, die minimale Empfangsempfindlichkeit im Vergleich zu derjenigen des herkömmlichen Systems um 10 dB oder mehr und die Objekterfassungsempfindlichkeit unter Fahrbedingungen bei völliger Dunkelheit, wobei nahezu kein optisches Hintergrundgeräusch vorhanden ist, im Vergleich zum herkömmlichen System um 10 dB oder mehr zu steigern.

Claims

GRUNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER PATENTANWALTS

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NISSAU MOTOR COMPAJSTT, LIMITED
2» Takara-cho, Kanagawa~ku

Yokohama-shl, Kanagawa-ken, SSSilSS!^«

Japan
P 17 4-81-dg

Optisches Pulsradar für ein Kraftfahrzeug

Patentansprüche

ptisches Pulsradar für ein Kraftfahrzeug zum Erfassen eines außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Objekts, gekennzeichnet

a) durch ein Strahlübertragungsteil (T), das einen kohärenten Strahl erzeugt, den erzeugten Strahl in einen Trägerstrahl (B_r) sowie einen Überlagerungsstrahl (B_u) teilt, den Trägerstrahl auf eine durch die Im-

pulsbreite eines Pulsmodulationssignals (e ) angegebene Impulslänge kürzt, die Frequenz des Trägerstrahls (Bp) zur Anpassung an die Frequenz eines hochfrequenten Signals (e_f) einstellt und den Trägerstrahl in einer vorbestimmten Richtung im Ansprechen auf ein mit dem Pulsmodulationssignal (e_m) synchronisiertes Triggersignal (e_t) aussendet,

b) durch ein Strahlempfangsteil (R), das den vom Strahl-

übertragungsteil (T) ausgesandten sowie vom Objekt reflektierten Strahl empfängt, den empfangenen Strahl

(B_n) mit dem Überlagerungsstrahl .(B ) mischt und den R H

-2-gemischten Strahl zu einem entsprechenden elektrischen Interferenz-Schwebungssignal (e. ) superüberlagert, c) durch ein mit dem Strahlübertragungsteil (T) sowie dem Strahlempfangsteil (R) verbundenes Schwebungs-Signalverarbeitungsteil (P), das den Teil des Schwebungssignals (e.)> der in eine vorbestimmte Frequenzbandbreite fällt, zur Erzeugung eines Erfassungssignals (e.) verstärkt und auf der Grundlage des Triggersignals (e ) sowie des Erfassungssignals (e.) eine auf das ^v t d

Objekt bezogene Information berechnet.
2. Pulsradar nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der Strahlübertragungsteil (T) umfaßt:

a) ein einen kohärenten Strahl der Frequenz (f-j) erzeugendes Lasersystem (11),

b) einen mit dem Lasersystem optisch verbundenen Strahlteiler (12), der den kohärenten Laserstrahl in einen Trägerstrahl (Bp) sowie Überlagerungsstrahl (B ) teilt und diese Strahlen ausgibt,

c) einen ein hochfrequentes Signal (e^) der Frequenz (f ) abgebenden Hochfrequenzgenerator (14) ₄

d) einen mit dem Strahlteiler (12) optisch und mit dem Hochfrequenzsignalerzeuger (14) elektrisch verbundenen Strahlablenker (13), der den Trägerstrahl (B_c) in Abhängigkeit von dem hochfrequenten Signal (eJ ablenkt und einen Übertragungsstrahl (By) mit einer Frequenz (f_T = f., + f ) abgibt,

e) einen ein Pulsmodulationssignal (e ) ausgebenden Pulsmodulator (18),

f) einen mit dem Strahlablenker (13) optisch und mit dem Pulsmodulator (18) elektrisch verbundenen Strahlmodulator (17), der den Trägerstrahl im Ansprechen auf das Pulsmodulationssignal (e_m) kürzt und einen, gepulsten

Sendestrahl (B₁-) abgibt, und

g) ein Strahlsendegerät (19), das mit dem Strahlmodulator (17) optisch verbunden ist und den Übertragungsträgerstrahl (By) aussendet.
3. Pulsradar nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der Strahlübertragungsteil-(T) umfaßt:

a) ein einen kohärenten Strahl der Frequenz (f^) erzeugendes Lasersystem (11),

b) einen mit dem Lasersystem optisch verbundenen Strahlteiler (12), der den kohärenten Laserstrahl in einen Trägerstrahl (Β~) und Überlagerungsstrahl (B ) teilt sowie diese Strahlen ausgibt,

c) einen ein Pulsmodulationssignal (e ) ausgebenden Pulsmodulator (18),

d) einen mit dem Strahlteiler (12) optisch und mit dem Pulsmodulator (18) elektrisch verbundenen Strahlmodulator (17), der den Trägerstrahl (Β_ς) im Ansprechen auf das Pulsmodulationssignal (e_m) kürzt und einen gepulsten Laserstrahl (B_M) ausgibt,

e) einen ein hochfrequentes Signal (e_f) der Frequenz (f ) abgebenden Hochfrequenzgenerator (14),

f) einen mit dem Strahlmodulator (17) optisch und.mit dem Hochfrequenzsignalerzeuger (14) elektrisch verbundenen Strahlablenker (13), der den modulierten Trägerstrahl (B_M) in Abhängigkeit von dem hochfrequenten Signal (e_fj ablenkt und einen Übertragungsträgerstrahl (B_T> mit einer Frequenz (f_T = ^f ₁ + ^f _Q) abgibt, und

g) ein Strahlsendegerät (19), das mit dem Strahlablenker (13) optisch verbunden ist und den Übertragungsträgerstrahl (B_T) aussendet.
4. Pulsradar nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der Strahlempfangsteil (R) umfaßt:

a) ein den vom Objekt reflektierten Strahl aufnehmendes Strahlempfangsgerät (20),

b) einen mit dem Strahlübertragungsteil (T) sowie dem Strahlempfangsgerät (20) optisch verbundenen Strahlenmischer (21), der den Überlagerungsstrahl (B_H) und den empfangenen Strahl (B_R) für eine interferometrische Verarbeitung mischt, und

c) einen Strahlsensor (22), der mit dem Strahlenmischer (21) optisch verbunden ist und den gemischten Strahl

!O zu einem entsprechenden elektrischen Schwebungs-

signal (e. ) der Frequenz (f. = f + f ) superüberlagert, ^a b bod
5. Optisches Pulsradar für ein Kraftfahrzeug zum Erfassen eines außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Objekts, gekennzeichnet

a) durch ein Strahlübertragungsteil (T), das einen kohärenten Strahl erzeugt, den erzeugten Strahl in einen Trägerstrahl (B_c) sowie einen Überlagerungsstrahl

(B_u) teilt, den Trägerstrahl auf eine durch die Im-H

pulsbreite eines Pulsmodulationssignals (e ) angegebene Impulslänge kürzt und den Trägerstrahl in einer vorbestimmten Richtung im Ansprechen auf ein mit dem Pulsmodulationssignal (e ) synchronisiertes Triggersignal (e_t) aussendet,

b) durch ein Strahlempfangsteil (R), das den vom Strahlübertragungsteil (T) ausgesandten sowie vom Objekt reflektierten Strahl empfängt, die Frequenz des empfangenen Strahls (B_R) in Übereinstimmung mit einem hochfrequenten Signal (e_f) einstellt, den resultierenden Strahl (B_r) mit dem Überlagerungsstrahl (B ) mischt

F .H

und den gemischten Strahl in ein entsprechendes elektrisches Schwebungssignal (e_b) superüberlagert, und

c) durch ein mit dem Strahlübertragungsteil (T) sowie dem Strahlempfangsteil (R) verbundenes Schwebungssignalverarbeitungsteil (P), das den Teil des Schwebungssignals (e.)> der in eine vorbestimmte Frequenzbandbreite

3238Ί39

-δι fällt, zur Erzeugung eines Erfassu-ngssiyna 1 s (e.) verstärkt und auf der Grundlage des Triggersignals (e_f) sowie des Erfassungssignals (e^) eine auf das Objekt bezogene Information berechnet.
6. Pulsradar nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß der Strahlübertragungsteil (T) umfaßt:

a) ein einen kohärenten Strahl der Frequenz (f.) erzeugendes Lasersystem (11),

b) einen mit dem Lasersystem optisch verbundenen Strahlteiler (12), der den kohärenten Laserstrahl in einen Trägerstrahl (B') und einen Überlagerungsstrahl (B_u) teilt sowie diese Strahlen ausgibt,

c) einen ein Pulsmodulationssignal (e ) ausgebenden Pulsmodulator (18),

d) einen mit dem Strahlteiler (12) optisch und mit dem Pulsmodulator (18) elektrisch verbundenen Strahlmodulator (17), der den Trägerstrahl (B_c) im Ansprechen auf das Pulsmodulationssignal (e_m) kürzt und einen gepulsten Übertragungsstrahl (B₇.) ausgibt, und

e) ein Strahlsendegerät (19), das mit dem Strahlmodulator (17) optisch verbunden ist und den Übertragungsträgerstrahl (B-J.) aussendet.
7. Pulsradar nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß der Strahlempfangsteil

(R) umfaßt:

a) ein den vom Objekt reflektierten Strahl aufteilendes Strahlempfangsgerät (20),

b) einen Hochfrequenzsignalerzeuger (14), der ein hochfrequentes Signal (e_f) der Frequenz (f_Q) abgibt,

c) einen mit dem Strahlempfangsgerät (20) optisch und

mit dem Hochfrequenzsignalerzeuger (14) elektrisch verbundenen Strahlablenker (13), der den empfangenen Strahl (B_D) in Abhängigkeit von dem hochfrequenten Signal (e_f) ablenkt und einen in der Frequenz umgewandelten Strahl (B_p) mit einer Frequenz

(f = f + f) abgibt,

d) einen mit dem Strahlübertragungsteil (T) und mit dem Strahlablenker (13) optisch verbundenen Strahlmischer (21),der den Überlagerungsstrahl (B„) und den empfange-

nen, in der Frequenz umgewandelten Strahl (Bp) für eine interferometrische Verarbeitung mischt, und

e) einen Strahlsensor (22), der mit dem Strahlenmischer (21) optisch verbunden ist und den gemischten Strahl in ein entsprechendes elektrisches Schwebungssignal (e_h) mit einer Frequenz (f = f + f.) superüberlagert.
8. Pulsradar nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebungssignalverarbeitungskreis (P) umfaßt:

a) einen mit dem Strahlsensor (22) verbundenen Zwischenfrequenzverstärker (23), dessen Zentralfrequenz (f ) gleich derjenigen des hochfrequenten Signals (e_f) ist und der das Schwebungssignal (e ) verstärkt sowie dazu entsprechende Signale abgibt,

b) einen mit dem Zwischenfrequenzverstärker verbundenen Detektor (24), der das verstärkte Schwebungssignal verarbeitet und dazu entsprechende Signale [eA ausgibt,

c) einen Fahrgeschwindigkeitsfühler (26), der die absolute Fahrgeschwindigkeit erfaßt und ein dazu entsprechendes Signal (VA abgibt, und

d) ein Datenverarbeitungsgerät (25), das mit dem Detektor (24), mit dem Strahlübertragungsteil (T) sowie mit dem Fahrgeschwindigkeitsfühler (26) verbunden ist und die Strecke von der gegenwärtigen Fahrzeugposition zum Objekt, die relative Fahrzeuggeschwindigkeit mit Bezug zum Objekt sowie die Ausrichtung zum Objekt auf der Grundlage des vom Strahlübertragungsteil (T) synchron mit dem Pulsmodulati.onssignal (e ) ausgegebenen Triggersignals (e ), des 'Erfassungssignals (e.) vom Detektor (24) sowie des absoluten

Fahrgeschwindigkeitssignals (V ) berechnet und bei

Feststellung der Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen Fahrzeug und Objekt einen hörbaren Alarm erzeugt.
5
9. Optisches Pulsradar für ein Kraftfahrzeug zum Erfassen eines außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Objekts, gekennzeichnet

a) durch ein einen kohärenten Strahl der Frequenz (f.) erzeugendes Lasersystem (11),

b) durch einen ein Pulsmodulationssignal (e_m) ausgebenden Pulsmodulator (18),

c) durch einen ein hochfrequentes Signal (e_f) der Frequenz (f ) abgebenden Hochfrequenzgenerator (14),

d) durch ein einen Sendestrahl (B₁-) in einer vorbestimmten

Richtung aussendendes Strahlsendegerät (19), e) durch ein den vom Strahlsendegerät ausgesandten, vom zum Fahrzeug voraus liegenden Objekt reflektierten Strahl (B_D) aufnehmendes Strahlempfangsgerät (20),

²Q f) durch einen ein Laserstrahlsignal in ein entsprechendes elektrisches Signal umsetzenden Strahlsensor (22), g) durch eine optische integrierte Schaltung (100), die mit dem Lasersystem (11), mit dem Strahlübertragungsgerät (19), mit dem Strahlempfangsgerät (20) sowie mit dem Strahlsensor (22) optisch und mit dem Pulsmodulator (18) sowie mit dem Hochfrequenzsignalgenerator (14) elektrisch verbunden ist, die den kohärenten, vom Lasersystem abgegebenen Strahl in einen Trägerstrahl (Bp) sowie Überlagerungsstrahl (B ) teilt,

die den Trägerstrahl (B_c) in Abhängigkeit von einem vom Pulsmodulator abgegebenen Pulsmodulationssignal (e ) zu einem gepulsten Trägerstrahl (B.,) kürzt,

m M

die die Frequenz (f.) des gepulsten Trägerstrahls (B_M) im Ansprechen auf das hochfrequente Signal (e ) zu einem gepulsten Übertragungsstrahl mit einer Frequenz (f. + f ) einstellt, die den gepulsten über-

-δι tragungsstrahl mit der Frequenz (f. + f_Q) über das Strahlsendegerät (19) in vorbestimmter Richtung aussendet, die vom Strahlempfangsgerät (20) den Empfangsstrahl (B_D) mit einer Frequenz (f. + f + f ) auf-

K I O Q

nimmt, die den empfangenen Laserstrahl (B_R) mit dem Überlagerungsstrahl (B_H) für eine interferometrische Verarbeitung mischt und die den gemischten Strahl an den Strahlsensor (22) zur SuperÜberlagerung des gemischten Strahls in ein entsprechendes elektrisches Signal (e.) mit einer Frequenz (f + f ) ausgibt, und h) durch ein mit dem Strahlsensor (22) sowie dem Pulsmodulator (18) verbundenes Schwebungssignalverarbeitungsteil (P), das den in eine vorbestimmte Frequenzbandbreite fallenden Teil des Schwebungssignals (e. ) verstärkt, das verstärkte Schwebungssignal zur Erzeugung eines Erfassungssignals (e_d) verarbeitet und die Strecke von der gegenwärtigen Fahrzeugposition zum Objekt, die relative Fahrzeuggeschwindigkeit mit Bezug zum Objekt sowie die Ausrichtung zum Objekt auf der Grundlage eines vom Pulsmodulator synchron mit dem Pulsmodulationssignal (e )» mit dem Erfassungssignal

(e.) und mit dem Signal (V ) für die gegenwärtige ο a

Fahrgeschwindigkeit ausgegebenen Triggersignals (e^) berechnet.
25
10. Pulsradar nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, daß die optische integrierte Schaltung (100) umfaßt:

a) einen kombinierten Strahlteiler (110) und Strahlenmischer (120) der Richtungskopplerbauart mit

1) einem ersten optischen Wellenleiter (101), dessen eines Ende zur optischen Leitung des Laserstrahls als Trägerstrahl (B_c) optisch mit dem Lasersystem (11) verbunden ist, ^:

2) einen U-formigen, zweiten optischen Wellenleiter (103), von dem ein gerader Teil benachbart sowie

parallel zu dem ersten optischen Wellenleiter mit einem vorbestimmten Abstand (W ) zu diesem angeordnet ist, um einen Teil des in den ersten optischen Wellenleiter eingeführten Laserstrahls zu empfangen sowie den Überlagerungsstrahl (ß„)

zu erzeugen, und mit

3) einem dritten optischen Wellenleiter (106), dessen eines Ende mit dem Strahlsensor (22), dessen anderes Ende mit dem Strahlempfangsgerät (20) optisch verbunden ist, wobei der andere gerade Teil des U-förmigen, zweiten Wellenleiters (103) benachbart sowie parallel zu dem dritten optischen Wellenleiter mit einem vorbestimmten Abstand (W¹) angeordnet ist, um den in den U-förmigen, zweiten Wellenleiter eingeführten Überlagerungsstrahl (B_u) mit dem in den dritten optischen H

Wellenleiter vom Strahlempfangsgerät eingeführten Laserstrahl (B_D) zu mischen und einen Schwebungsstrahl zu erzeugen,

b) einen Strahlmodulator (130) mit

1) einem vierten Wellenleiter (132), dessen eines Ende zum Empfang des Trägerstrahls (B_c) unmittelbar an den ersten optischen Wellenleiter (101) angeschlossen ist,

2) einem fünften, nahe und parallel zu dem vierten Wellenleiter angeordneten Wellenleiter (131), der den gepulsten Übertragungsstrahl (Βγ) leitet, 3) einer am vierten Wellenleiter (132) ausgebildeten Planarelektrode (134),

4) einer am fünften Wellenleiter (131) ausgebildeten

geerdeten Elektrode (133),

5) einem Paar von Leitern (138, 139), die mit geeignetem Abstand (-E₃) zueinander an der Planarelektrode (134) angeschlossen und mit dem Pu lsmodulator (18) verbunden sind, um das Pulsmodulationssignal (e ) an die Planarelektrode zu legen, wodurch eine

übertragung des Übertragungsstrahls (Βγ) iⁿ Abhängigkeit von Impulsen des Pulsmodulationssignals

(e ) zu unterbinden oder durchzulassen ist, und ^v m

c) einen Strahlablenker (150) mit

1) einer als ein optischer Wellenleiter sowie als ein hochfrequentes akustisches Signalmedium dienenden Dünnschicht (151),

2) einem mit der Dünnschicht in Berührung befindlichen sowie mit dem Hochfrequenzgenerator (14) ver- bundenen Wandler (152), der das hochfrequente Signal (e_f) der Frequenz (f ) in entsprechende akustische Wellen umsetzt und die Wellen durch die Dünnschicht überträgt,

3) einem vertieften, in der Mitte der. Dünnschicht

ausgebildeten Wellenleiter (154), der einen Laserstrahl mit einer Frequenz (f.,) in einer zur Ausbreitung der akustischen Wellen senkrechten Richtung weiterleitet, so daß der einfallende Strahl in einen in der Frequenz umgewandelten Laserstrahl (Bpi^ ^m*^ einer Frequenz (f + f ) übergeht, und mit

4) einem an dem vertieften Wellenleiter (154) ausgebildeten, den in der Frequenz umgewandelten Laserstrahl (B_F1) beugenden Gitterentkoppler (157).
11. Verfahren zum Erfassen eines vor einem Kraftfahrzeug befindlichen Objekts, gekennzeichnet

a) durch Erzeugen eines kohärenten Strahls der Frequenz

(fj. '

b) durch Teilen des kohärenten Laserstrahls in einen Trägerstrahl (B_r) und einen Überlagerungsstrahl (B )

c) durch Einstellen der Frequenz des Trägerstrahls (Bp) in Abhängigkeit von einem hochfrequenten Signal (e_f) der Frequenz (f ) in einen in der Frequenz.umgewandelten Strahl (B_p) mit einer Frequenz (f ^ + f_Q),

d) durch Kürzen des in der Frequenz umgewandelten Strahls

(B₁-) in Abhängigkeit vorn Pulsmodulationssignal (e ) F m

zu einem Sendestrahl (Bj).
e) durch Aussenden des Sendestrahls (Bj)» f) durch Empfangen des Strahls nach Aussenden und Reflexion vom Objekt mit einer Frequenz (f. + f + fj). g) durch Mischen des empfangenen Strahls (B_R) ^mit dem Überlagerungsstrahl (B_H) zur Bildung eines Schwebungsstrahls,

h) durch.Umsetzung des gemischten Schwebungsstrahls in das entsprechende elektrische Schwebungssignal (e. ) mit der Frequenz (f_Q + f^) und

i) durch Berechnen der Entfernung zum Objekt, der relativen Fahrzeuggeschwindigkeit mit Bezug zum Objekt sowie der Ausrichtung gegenüber dem Objekt auf der Grundlage eines synchron mit dem Pulsmodulationssignal (e )> dem umgesetzten Schwebungssignal (e.) und der gegenwärtigen Fahrgeschwindigekit (V ) ausgege-

benen Triggersignals (e.)·
20
12. Verfahren zum Erfassen eines vor einem Kraftfahrzeug befindlichen Objekts, gekennzeichnet a) durch Erzeugen ein=s kohärenten Strahls der Frequenz Xf₁).

b) durch Teilen des kohärenten Laserstrahls in einen Trägerstrahl (B_c) sowie einen Überlagerungsstrahl CB_H>.

c) durch Kürzen des Trägerstrahls (B_c) in Abhängigkeit von einem Pulsmodulationssignal (e_m) in einen pulsmodulierten Sendestrahl (Bj).

d) durch Aussenden des Sendestrahls (Bj) >

e) durch Empfangen des Strahls (B_R) nach Aussenden und Reflexion vom Objekt mit einer Frequenz (f. + f.).

f) durch Einstellen der Frequenz des empfangenen Strahls (Bp) in Abhängigkeit von einem hochfrequenten Signal (e ) der Frequenz (f ) in einen in der Frequenz um-

-12-gewandelten Strahl (B_p) mit einer Frequenz

g) durch Mischen des in der Frequenz umgewandelten Strahls (B.J mit dem Überlagerungsstrahl (B ) zur Bildung eines Schwebungsstrahls,

h) durch Umsetzen des gemischten Schwebungsstrahls in das entsprechende elektrische Schwebungssignal

(e, ) mit einer Frequenz (f + f.) und b od

i) durch Berechnen der Entfernung zum Objekt, der relativen Fahrgeschwindigkeit mit Bezug zum Objekt sowie der Ausrichtung gegenüber dem Objekt auf der Grundlage eines synchron mit dem Pulsmodulationssignal (e ), dem umgesetzten Schwebungssignal (e ) und der

gegenwärtigen Fahrgeschwindigkeit (V₃) ausgegebenen Triggersignals (e+)·
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilen des kohärenten Laserstrahls in den Trigger- sowie überlagerungsstrahl und das Mischen des empfangenen Strahls mit dem Überlagerungsstrahl mittels optischer Richtungskoppler ausgeführt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch

gekennzeichnet, daß das Kürzen des Trägerstrahls zu einem gepulsten Übertragungsstrahl mittels eines elektrooptischen Effekts erfolgt, wobei der Brechnungsindex eines vom Strahl durchquerten Mediums entsprechend der Intensität eines an das Medium gelegten

elektrischen Felds veränderbar ist.
15. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen der Frequenz des Trägerstrahls mittels eines akustooptischen Effekts erfolgt, wobei der Brechnungsindex eines vom Strahl durchquerten Mediums durch akustische Oberflä-

' -13-

chendruckwellen veränderbar ist und der auf das Medium unter einem die Bragg'sehe- Bedingung erfülenden Winkel einfallende Strahl gebeugt und durch eine zur Frequenz der akustischen Wellen gleiche Frequenz verstärkt wird.