DE60125776T2

DE60125776T2 - Einrichtung zur überwachung eines bereichs

Info

Publication number: DE60125776T2
Application number: DE60125776T
Authority: DE
Inventors: Roine Andersson; Olof Eriksson
Original assignee: Saab AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: US7129839B2; DE60125776D1; US20050237191A1; SE517001C2; SE0002564D0; JP4766643B2; US6909369B2; ATE350673T1; AU2001266527A1; SE0002564L; EP1305652B1; EP1305652A1; US20040032362A1; WO2002004980A1; JP2004503752A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Überwachung eines Bereichs von einem beweglichen Fahrzeug aus in Bezug auf reflektierende Gegenstände.
Die Installation einer Überwachungseinrichtung in Form eines aktiven Sensors zum Überwachen eines Bereichs vor einem Fahrzeug ist bereits bekannt. Der Sensor hat eine schlechte Reichweite und die Strahlung von dem Sensor in dem zu überwachenden Bereich kann als von einer Punktquelle ausgehend betrachtet werden. Wenn der Sensor sich in der Mitte der Fahrzeugfront befindet, können akzeptable Werte für die relative Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und einem reflektierenden Gegenstand erhalten werden, der sich mittig vor dem Fahrzeug in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs befindet. Wenn der reflektierende Gegenstand jedoch zur Seite in Bezug zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs verschoben ist, kann leicht ein unakzeptabler Fehler bei der Geschwindigkeit auftreten. Es besteht ferner die Gefahr, dass der Gegenstand das Sichtfeld des Sensors verlässt, wenn ein kurzer Abstand zwischen dem reflektierenden Gegenstand und dem Fahrzeug vorliegt. Zum Erhöhen der Genauigkeit beim Bestimmten der Geschwindigkeit wäre es möglich, mehrere einzelne Sensoren entlang der Front des Fahrzeugs zu installieren. Die Verwendung mehrerer Sensoren mit zugeordneter Einrichtung für Signalverarbeitung und Installation bedeutet, dass die Überwachungseinrichtung Gefahr läuft, sowohl komplex als auch teuer zu sein.
Eine andere Fahrzeugüberwachungseinrichtung zum Überwachen eines Bereichs vor dem Fahrzeug ist aus US 38 98 653 bekannt.
Eine Überwachungseinrichtung in Form einer Alarmanlage ist bereits aus US 3 947 834 bekannt. Der Alarm ist mit einer kombinierten Sende- und Empfangsantenne in Form eines Kabels mit Gruppen von Schlitzen ausgestattet. Der Antenne wird an einem Ende eine Radarfrequenz zugeführt, die, wenn sie von sich bewegenden Gegenständen reflektiert wird, ein Dopplerfrequenzsignal hervorruft, das unter bestimmten Bedingungen die Aktivierung des Alarms bewirkt. Die Alarmanlage erfasst Bewegung, führt jedoch keine direkte Bestimmung von Geschwindigkeit oder Abstand aus. Aufgrund der nicht unbedeutenden Unterdrückung, die über die Länge der Antenne eingebracht wird, weist die Antenne unterschiedliche Empfindlichkeit über ihre Länge auf, mit größerer Empfindlichkeit nahe dem Zuleitungsende. Zusätzlich variiert die Länge der Signalwelle in der Antenne. Reflexionen nahe dem Zuleitungsende der Antenne haben eine kürzere Signalwelle in der Antenne als Reflexionen nahe dem Ende der Antenne, das am weitesten von dem Zuleitungsende entfernt ist. Unter anderem gestalten es die oben beschriebenen Umstände schwierig, wenn nicht unmöglich, die relative Geschwindigkeit und den Abstand eines Gegenstands einigermaßen genau zu bestimmten, wenn dies erforderlich ist.
Eine andere Überwachungseinrichtung ist bereits aus US 4 612 536 bekannt. In diesem Fall handelt es sich wiederum um eine Alarmanlage. Der Eindringungsdetektor der Alarmanlage weist hier zwei parallele Antennenkabel auf, die sich vorzugsweise im Boden in Verbindung mit einem zu schützenden Gegenstand befinden. Die Antennenkabel sind an entgegengesetzten Enden an eine Sendereinheit bzw. eine Empfängereinheit angeschlossen, und die Asymmetrie, die in der Senderantennenkeule aufgrund von Dämpfung entlang des Kabels auftritt, wird durch eine entsprechende umgekehrte Asymmetrie in der Antennenkeule der Empfängerantenne ausbalanciert. Die Absicht ist es, Gegenstände zu erfassen, wenn solche die Antennenkabel überqueren, und bei Bedarf den Ort der Überquerung zu bestimmen. Es wird jedoch nicht die Geschwindigkeit eines sich dem zu schützenden Gegenstand annähernden Gegenstands bestimmt.
Andere Überwachungseinrichtungen ähnlich US 3 947 834 und US 4 612 536 , und die sich auf Eindringlinge erfassende Systeme beziehen, sind aus US 4 673 935 , US 4 091 367 und US 3 890 615 bekannt. Allen diesen fünf Patenten ist gemeinsam, dass sie mit ausgedehnten Antennen versehen sind, die ein von den Antennen teilweise oder vollständig umgebenes Objekt gegen Eindringliche schützen sollen. Die Systeme erfassen die Anwesenheit von Eindringlingen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Überwachungseinrichtung, die nicht die oben genannten Begrenzungen aufweist, einfach aufgebaut ist und zu niedrigen Kosten hergestellt und installiert werden kann. Die Aufgabe der Erfindung wird mittels einer Einrichtung gelöst, wie sie in Anspruch 1 ausgeführt ist. Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung hat zusätzlich den Vorteil, unabhängig von der Kabellänge der Antennen funktionieren zu können.
Einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung zufolge wird eine Verzögerung zwischen der Senderantenne und der Empfängereinheit eingeführt. Durch dieses Mittel kann der zu überwachende Bereich von den Antennen heraus bewegt werden und der Überwachungsbereich kann so eingestellt werden, wie er zu der betreffenden Anwendung passt. In einer einfachen Ausführungsform wird die Verzögerung durch ein Koaxialkabel ausgeführt. Eine Verzögerungseinrichtung, die zum Variieren der Verzögerung konfiguriert ist, kann vorteilhaft auch eingefügt werden. Eine Überwachungseinrichtung mit der Fähigkeit, die Verzögerung zu variieren, hat den Vorteil, dass der Überwachungsbereich bewegt werden kann. Es ist dadurch möglich, einen größeren Bereich zu überwachen.
Einer vorteilhaften weiteren Entwicklung der Überwachungseinrichtung zufolge ist ein Prozessor zum Identifizieren der höchsten Dopplerfrequenz und zum hierauf basierenden Bestimmen der relativen Geschwindigkeit vorgesehen. Geeignet ist der Prozessor so eingerichtet, dass er eine Fourier-Transformation auf das erzeugte Differenzsignal anwendet und aus dem erzeugten Fourier-transformierten Signal die höchste Dopplerfrequenz identifiziert.
Einer anderen vorteilhaften weiteren Entwicklung der Überwachungseinrichtung zufolge weisen die Sendereinheit und die Empfängereinheit jeweils einen interagierenden Schalter auf, wodurch Reflexionen von Gegenständen außerhalb des überwachten Be reiches mittels der Wechselwirkung der Schalter ausgeschlossen werden können. Von einem Gegenstand unmittelbar außerhalb des Überwachungsbereichs reflektierte Strahlung wird durch den Schalter der Empfängereinheit gestoppt, der eine offene, nichtübertragende Position annimmt, wenn die Strahlung die Empfangsantenne erreicht. Auf diese Weise werden Reflexionen von großen reflektierenden Gegenständen außerhalb des überwachten Bereichs in einer sehr wirksamen Weise gestoppt.
Das geschlitzte Kabel der Sendeantenne und der Empfangsantenne besteht vorteilhaft aus einem geschlitzten Koaxialkabel. Eine geeignete Anzahl von Schlitzen kann vier bis sechs pro Meter des Kabels betragen. Zum Beispiel weisen in einer geeigneten Ausführungsform zum Anbringen an einem Fahrzeug die geschlitzten Kabel jeweils 3–20 Schlitze verteilt über die Länge des Kabels auf.
Zum Bestimmen des Abstands zwischen der Überwachungseinrichtung und einem reflektierten Ziel ist vorteilhaft ein Mittel zum Messen des Verzögerungszeitintervalls eines reflektierten Impulses vorgesehen.
Im Folgenden soll die Erfindung detaillierter in beispielhafter Form unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beschrieben werden, in denen:
1 schematisch ein Beispiel einer Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
2a schematisch den Antennenstrahl einer in die Überwachungseinrichtung eingebauten Sendeantenne zeigt.
2b schematisch den Antennenstrahl einer in die Überwachungseinrichtung eingebauten Empfangsantenne zeigt.
2c den resultierenden Antennenstrahl zeigt, der den Antennenstrahl der Sendeantenne gemäß 2a und den Antennenstrahl der Empfangsantenne gemäß 2b aufweist.
3 eine Reihe von Beispielen von Reflexionen zwischen der Überwachungseinrichtung und einem reflektierenden Gegenstand zeigt.
4 schematisch ein Beispiel eines geschlitzten Koaxialkabels zeigt.
5 schematisch die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung angebracht an einem Fahrzeug zeigt.
6 schematisch die Überwachungseinrichtung zeigt, die in Verknüpfung mit einem Straßenabschnitt installiert ist.
Die schematisch in 1 gezeigte Überwachungseinrichtung 1 weist eine Sendereinheit 2 und eine Empfängereinheit 3 auf. Die Sendereinheit ist an einen Mischer 5 in der Empfängereinheit 3 über eine Sendeantenne 4 angeschlossen. Eine Verzögerungseinrichtung 16 in Form eines Koaxialkabels ist zwischen der Sendeantenne 4 und der Empfängereinheit 3 angeschlossen. Die Sendereinheit weist einen Oszillator 6 und einen Schalter 7 auf. Eine Empfangsantenne 9 ist an den Mischer 5 angeschlossen, dessen Ausgang an einen Schalter 8 angeschlossen ist. Der Schalter ist seinerseits an einen Schwellenwertdetektor 26 und einen Prozessor 25 angeschlossen. Der Mischer 5, der Schalter 8, der Prozessor 25 und der Schwellenwertdetektor 26 werden als Teil der Empfängereinheit 3 betrachtet. Die Sendeantenne und die Empfangsantenne bestehen aus geschlitzten Kabeln und vorzugsweise geschlitzten Koaxialkabeln.
Ein Beispiel eines geschlitzten Koaxialkabels ist in 4 gezeigt. Das Kabel 10 weist einen mittigen Leiter 11 auf, der von einer Isolierschicht 12 umgeben ist. An der Außerfläche der Isolierschicht 12 befindet sich eine leitende Abschirmung 13, der von einer äußeren Isolierschicht 14 bedeckt ist. Schlitze 15 sind entlang der Längsrichtung des Koaxialkabels, vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen angeordnet. Die Schlitze werden durch Erzeugen von Öffnungen in der leitenden Abschirmung durch Entfernen von Teilen der Abschirmung oder durch Beiseiteschieben des Abschirmmaterials erhalten. Die Form der Öffnungen kann variieren in Abhängigkeit, unter anderem, von dem betreffenden Frequenzbereich und der benötigten Strahlform.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Sendeantenne 4 und die Empfangsantenne 9 jeweils mit fünf Schlitzen 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 bzw. 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 versehen. Eine geeignete Anzahl kann zum Beispiel drei bis zu zwanzig Schlitzen und vorzugsweise vier bis sechs Schlitze pro Meter betragen, abhängig, unter anderem, von der betreffenden Frequenz. Die Schlitze verhalten sich im Wesentlichen wie Dipolantennen.
Im Betrieb emittiert der Oszillator 6 ein Hochfrequenzsignal, das der Schalter 7 in ein gepulstes Hochfrequenzsignal umwandelt, welches in die Sendeantenne 4 eingegeben wird. Zum Reduzieren der Bandbreite wird den Impulsen eine relativ lange Impulsdauer gegeben. 2a zeigt schematisch einen durchgehenden Bereich 17 für die Sendeantenne 4, wo die Signalstärke einen bestimmten Wert übersteigt. Aufgrund von Unterdrückung entlang der Sendeantenne wird der Bereich 17 asymmetrisch sein, mit einem größeren Bereich an der Eingangsseite der Sendeantenne. Der Bereich bildet die kombinierten asymmetrischen Antennenstrahle der Sendeantenne. In einer entsprechenden Weise wird auch ein asymmetrischer Bereich 18 für die Empfangsantenne 9 erhalten, siehe 2b. In dieser Asymmetrie weist der Bereich einen größeren Bereich auf der Empfängerseite auf. Bei Idealbedingungen mit identischen geschlitzten Kabeln als Antennen ist der asymmetrische Bereich 18 der Umkehrte des asymmetrischen Bereichs 17. 2c zeigt, wie die asymmetrischen Bereiche der Sendeantenne 4 und der Empfangsantenne 9 interagieren und einen im Wesentlichen symmetrischen Bereich 19 erzeugen.
In dem Mischer 5 wird eine Version des Signals, das durch die Sendeantenne 4, verzögert durch die Verzögerungseinrichtung 16, gesendet wird, mit einem durch die Emp fangsantenne empfangenen reflektierten Signal kombiniert. Am Ausgang des Mischers werden Differenzfrequenzen erhalten aufgrund des Dopplereffekts, der bei Reflexionen von einem Gegenstand entsteht, wenn der Gegenstand sich in Bezug zu der Überwachungseinrichtung bewegt. Die weitere Verarbeitung des Differenzsignals wird im Folgenden ausführlicher in Verbindung mit der Beschreibung von 3 erörtert. Der Schalter 8 wird basierend auf dem Zustand des Schalters 7 so gesteuert, dass der Überwachungsbereich abstandsmäßig begrenzt wird. Stark reflektierende Gegenstände in einem großen Abstand können daher ausgeschlossen werden und die nachfolgende Signalverarbeitung kann einfacher gestaltet werden.
3 stellt eine Anzahl von Ausbreitungswegen zwischen der Sendeantenne 4 und der Empfangsantenne 5 über einen reflektierenden Gegenstand 20 dar. Die Sendeantenne und die Empfangsantenne sind jeweils mit fünf Schlitzen 4.1–4.5 bzw. 9.1–9.5 dargestellt. Ein Beispiel des längsten auftretenden Ausbreitungswegs ist durch den Ausbreitungsweg entlang den Linien 21 und 22 angezeigt. Der Schlitz 4.5 der Sendeantenne 4 überträgt ein Signal, das von dem Reflektor 20 reflektiert wird, bevor es den Schlitz 9.1 der Empfangsantenne erreicht. Die Linien 23, 24 zeigen den kürzesten Ausbreitungsweg an. In diesem Fall wird das Signal von dem Schlitz 4.3 übertragen und in dem Schlitz 9.3 empfangen, nachdem es durch den Reflektor 20 reflektiert wurde. Dieser letztere, durch die Linien 23 und 24 angezeigte Ausbreitungsweg entspricht im Prinzip dem Doppelten des tatsächlichen Abstands von der Überwachungseinrichtung 1 zu dem reflektierenden Gegenstand 20. Durch Untersuchen der Geometrie in 3 kann eine Anzahl zusätzlicher Ausbreitungswege identifiziert werden. Diese zusätzlichen Ausbreitungswege weisen ein Verzögerungszeitintervall zwischen den beiden oben erörterten Ausbreitungswegen auf.
Zum Identifizieren des tatsächlichen Abstands d kann geeignet eine Fourier-Transformation auf das durch den Mischer 5 gemäß 1 emittierte Differenzsignal angewendet werden, zum Beispiel eine FFT-Transformation. Die Transformation kann durch den Prozessor 25 angewendet werden, der auch zum Identifizieren der höchsten Frequenz von dem Fourier-transformierten Signal verwendet werden kann, wobei die höchste Frequenz dem Ausbreitungsweg gemäß den Linien 23 und 24 entspricht. Der Schwellenwertdetektor 26 wird zum Verhindern geringer Störungen verwendet. Zum Bestimmen des Abstands von dem Gegenstand ist ein Mittel zum Messen des Verzögerungszeitintervalls eines reflektierten Impulses vorhanden. Der Prozessor 25 kann für diese Messung verwendet werden.
5 zeigt die Front eines Fahrzeugs, das mit einer Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet worden ist. Die geschlitzten Koaxialkabel der Sendeantenne 4 und der Empfangsantenne 9 sind in oder an der Fahrzeugstoßstange 28 in der Längsrichtung der Stoßstange angebracht. Der Innenraum des Fahrzeugs, zum Beispiel der Motorraum oder der Fahrgastraum, kann zum Unterbringen anderer in dem Überwachungssystem enthaltener Teile verwendet werden.
6 zeigt eine andere Anwendung. Die Sendeantenne 4 und Empfangsantenne 9 der Überwachungseinrichtung sind entlang einer Straße installiert. Mit Straße ist hier nicht nur eine Autostraße gemeint, sondern auch zum Beispiel eine Bahnstrecke. Der in 6 gezeigten Ausführungsform zufolge sind eine Sendeantenne 4 und eine Empfangsantenne 9 entlang eines Abschnitts der Straße 29 nahe dem Rand der Straße installiert. In der gezeigten Ausführungsform sind die Sendeantenne und die Empfangsantenne so geformt, dass sie der Form der Straße folgen, die hier etwas kurvig ist. Im Prinzip können die Antennen 4, 9 direkt auf den Boden gelegt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Antennen in irgendeiner anderen Weise, zum Beispiel an irgendeiner Straßenbegrenzung zu befestigen.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsform begrenzt, sondern kann innerhalb des Umfangs der folgenden Patentansprüche und des Erfindungskonzepts modifiziert werden. Zum Beispiel gibt es eine Mehrzahl möglicher Anwendungen zusätzlich zu den oben beschriebenen.

Claims

Einrichtung für die Überwachung eines Bereiches von einem beweglichen Fahrzeug aus in Bezug auf reflektierende Objekte (20) durch Erfassung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und den reflektierenden Objekten unter Anwendung des Dopplerprinzips, wobei die Einrichtung aufweist eine Sendereinheit (2) zum Aussenden eines Signals und eine Empfängereinheit (3) zum Empfang eines reflektierten Signals über eine Antenne, wobei eine erste Schlitzantenne (4) als Sendeantenne für das Aussenden eines gepulsten Hochfrequenzsignals und eine zweite Schlitzantenne (9) als Empfangsantenne für den Empfang des reflektierten Signals angeordnet sind, wobei die Schlitzantennen in Zuordnung zueinander und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, und wobei die Sendereinheit (2) mit einem Ende der ersten Schlitzantenne verbunden ist und die Empfängereinheit (2) mit demjenigen Ende der zweiten Schlitzantenne (9) verbunden ist, welches dem Ende des ersten Kabels, an dem der Sender angeschlossen ist, entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzantenne eine geschlitzte Kabelantenne ist und dass ein Mischer vorgesehen ist, dessen einer Eingang mit demjenigen Ende der Sendeantenne verbunden ist, welches dem Ende, an welchem der Sender angeschlossen ist, entgegengesetzt ist, und dessen anderer Eingang mit der Empfangsantenne verbunden ist, wobei der Mischer an seinem Ausgang die Differenzfrequenz zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal erzeugt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessor (25) vorgesehen ist zum Identifizieren der höchsten Dopplerfrequenz und zum hieraus basierenden Bestimmen der relativen Geschwindigkeit.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (25) so eingerichtet ist, dass er eine Fourier-Transformation auf das erzeugte Diffe renzsignal anwendet und aus dem Fourier-transformierten Signal die höchste Dopplerfrequenz identifiziert.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzögerungseinrichtung (16), vorzugsweise in Form eines Koaxialkabels, zwischen der Sendeantenne und der Empfängereinheit eingefügt ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungseinrichtung (16) mit variierbarer Verzögerung ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendereinheit (2) und die Empfängereinheit (3) jeweils einen interagierenden Schalter (7, 8) aufweist, wodurch Reflexionen von Gegenständen außerhalb des überwachten Bereiches mittels Wechselwirkung der Schalter ausgeschlossen werden können.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlitzten Kabel (4, 9) aus einem Koaxialkabel bestehen.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlitzten Kabel (4, 9) mit vier bis sechs Schlitzen pro Meter ausgebildet sind.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlitzten Kabel (4, 9) jeweils 3–20 Schlitze aufweisen, die über die Länge des Kabels verteilt sind.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (25) vorgesehen ist zum Messen des Verzögerungszeitintervalls eines reflektierten Impulses, um den Abstand zwischen der Überwachungseinrichtung (1) und einem reflektierenden Ziel (20) zu bestimmen.