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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Radarsystem zur Erfassung eines
Objekts durch Senden einer elektromagnetischen Welle, die einen
Laserstrahl oder einen Millimeterwellenstrahl umfasst, in Richtung
zu dem Objekt hin und Empfangen einer reflektierten Welle von demselben.
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STAND DER
TECHNIK
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Es
gibt herkömmlich
bekannte Laserradarsysteme, die in einem Fahrzeug zur Erfassung
der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs, das vor dem Fahrzeug
fährt,
und des Abstands zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug angebracht
sind, welche Systeme in 10 gezeigt sind.
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In
dem in 10A gezeigten System, wird ein
durch eine Laserdiode LD abgestrahlter Laserstrahl durch einen ersten
Spiegel M1 reflektiert, der um eine Drehachse
S hin und her schwenkbar ist, und führt als vertikal länglicher
Strahl, dessen laterale Breite begrenzt ist, eine laterale Abtastung
durch. Eine vertikal längliche
Strahlempfangsfläche,
die eine begrenzte laterale Breite aufweist, wird durch einen zweiten
Spiegel M2, der mit dem ersten Spiegel M1 integral hin und her drehbar ist, lateral
abgetastet, und die von einem Objekt reflektierte Welle wird in der
Strahlempfangsfläche
eingefangen und durch eine Fotodiode PD empfangen.
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In
dem in 10B gezeigten System, wird ein
von einer Laserdiode LD abgestrahlter Laserstrahl durch einen Spiegel
M empfangen, der um eine Drehachse S hin und her drehbar ist, und
führt als
ein vertikal länglicher Sendestrahl,
dessen laterale Breite begrenzt ist, eine laterale Abtastung durch.
Die von einem Objekt reflektierte Welle wird in einer festen Strahlempfangsfläche eingefangen
und durch eine Fotodiode PD empfangen.
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Bei
dem in 10C gezeigten System, wird ein
von einer Laserdiode LD abgestrahlter Laserstrahl durch einen vielflächigen Spiegel
HM, der um eine Drehachse S drehbar ist, reflektiert und führt als ein
Sendestrahl mit einer begrenzten lateralen und vertikalen Breite
eine laterale und eine vertikale Abtastung durch. Die von einem
Objekt reflektierte Welle wird in einem festen Strahlempfangsbereich
eingefangen und durch eine Fotodiode PD empfangen.
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Bei
den in 10A bis 10C gezeigten Systemen
nach dem Stand der Technik wird der vertikal längliche Strahlempfangsbereich
und der feste Strahlempfangsbereich verwendet. Aus diesem Grund
können
in einigen Fällen,
wie in 11 gezeigt ist, Sonnenstrahlen
in den Strahlempfangsbereich während
solcher Tageszeiten wie am Morgen oder Abend, wenn die Sonne niedrig
steht, eindringen. Als Ergebnis existiert die Möglichkeit, dass aufgrund der
direkten Sonnenstrahlen der Wert eines empfangenen Strahls gesättigt sein
könnte,
was es unmöglich
macht, ein vorausfahrendes Fahrzeug zu erfassen. Wenn die vertikale
Breite des Strahlempfangsbereichs auf einen kleinen Wert gesetzt
wird, um dies zu vermeiden, existiert die Möglichkeit, dass das vorausfahrende
Fahrzeug sich außerhalb
des Strahlempfangsbereich bewegt, weil die Zielführung des zum vorausfahrenden
Fahrzeug gesendeten Strahls vertikal geringfügig verlagert ist, oder weil
der Neigungswinkel des Fahrzeugs aufgrund des Einflusses einer durch
das Fahrzeug beförderten
Last oder aufgrund des Einflusses der Neigung einer Straßenfläche geringfügig variiert,
wodurch es unmöglich wird,
das vorausfahrende Fahrzeug zu erfassen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Umstände gemacht
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radarsystem
bereitzustellen, bei dem der Einfluss der direkten Sonnenstrahlen
auf einem Mini mum gehalten werden kann, um dadurch ein Objekt zuverlässig ohne
Erfordernis einer präzisen
Nachführung
zu erfassen.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Radarsystem gemäß Anspruch
1 vorgesehen. Das Radarsystem umfasst ein Sendemittel für eine elektromagnetische
Welle zum Senden einer elektromagnetischen Welle, ein erstes Abtastmittel
zum vertikalen und lateralen Abtasten mit der von dem Sendemittel
für die
elektromagnetische Welle gesendeten elektromagnetischen Welle als
ein Sendestrahl, dessen laterale und vertikale Breite begrenzt ist,
ein zweites Abtastmittel zum vertikalen Abtasten eines lateral länglichen
Empfangsbereichs, wobei eine vertikale Breite desselben begrenzt
ist, um die von einem Objekt reflektierte elektromagnetische Welle
einzufangen, und ein Empfangsmittel für eine reflektierte Welle zum
Empfangen der in dem Empfangsbereich eingefangenen reflektierten
Welle, wobei eine Abtastperiode durch das zweite Abtastmittel gleich
einer Periode für
das vertikale Abtasten durch das erste Abtastmittel ist.
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Bei
der obigen Anordnung führt
die von dem Sendemittel für
die elektromagnetische Welle gesendete elektromagnetische Welle
vertikal und lateral eine Abtastung durch als Sendestrahl, dessen
laterale und vertikale Breite durch das erste Abtastmittel begrenzt
ist, und die von dem Objekt reflektierte Welle des Sendestrahls
wird in dem Empfangsbereich, der lateral länglich mit der begrenzten vertikalen
Breite ist und der durch das zweite Abtastmittel vertikal abgetastet
wird, eingefangen und durch das Empfangsmittel für die reflektierte Welle empfangen. Gleichzeitig
ist eine Periode für
die vertikale Abtastung durch das zweite Abtastmittel gleich einer
Periode einer vertikalen Abtastung durch das erste Abtastmittel.
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Sogar
dann, wenn die vertikale Breite der vertikalen Abtastung des Sendestrahls
auf einen ausreichend großen
Wert eingestellt wird, um den Fehler in der vertikalen Montage des
Radarsystems zu absorbieren, so dass das Objekt zuverlässig empfangen
wird, kann das Objekt zuverlässig
erfasst werden, ausschließlich
des Falls, in dem die Höhenposition
der Sonne dem Niveau des Objekts entspricht, wenn die Zeitdauer,
zu der die direkten Sonnenstrahlen den Empfangsbereich erreichen,
so dass der Empfang unmöglich
ist, durch die vertikale Abtastung des lateral länglichen Empfangsbereichs verkürzt wird.
Daher kann der Einfluss der direkten Sonnenstrahlen auf einem Minimum
gehalten werden, sogar zu solchen Tageszeiten wie am Morgen oder
Abend, wenn die Sonne niedrig steht, wodurch die Möglichkeit
zur Erfassung des Objekts verbessert wird. Weil die Strahldichte
erhöht
werden kann, indem der Sendestrahl in der vertikalen und lateralen
Breite begrenzt wird, kann weiterhin sogar dann, wenn die Ausgabe
des Sendemittels für
die elektromagnetische Welle verringert wird, eine erforderliche
Strahldichte bereitgestellt werden, und auch der Wetterwiderstand,
etwa bei Regenfall oder Schneefall, kann durch Erhöhen der
Strahldichte verbessert werden, wobei die Ausgabe des Sendemittels
für die
elektromagnetische Welle intakt gehalten wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Laserradarsystems;
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2 ist
eine Perspektivansicht des in 1 gezeigten
Laserradarsystems;
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3 ist
eine Illustration zur Erläuterung
eines Abtastwegs;
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4 ist
eine Zeichnung zur Erläuterung
eines Aufteilungsmusters eines Rahmens;
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5 ist
eine Zeichnung zur Erläuterung
eines anderen Aufteilungsmusters des Rahmens;
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6 ist
ein Blockdiagramm eines Laserradarsystems gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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7 ist
eine Perspektivansicht des Laserradarsystems gemäß der Ausführungsform der Erfindung, die
in 6 gezeigt ist;
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8 ist
eine Zeichnung zur Erläuterung
eines Abtastwegs;
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9 ist
eine Zeichnung zur Erläuterung
eines Aufteilungsmusters eines Rahmens;
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10A bis 10C sind
Diagramme zur Erläuterung
von Laserradarsystemen nach dem Stand der Technik; und
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11 ist
eine Zeichnung zur Erläuterung von
mit den Beispielen nach dem Stand der Technik verbundenen Problemen.
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BESTER MODUS
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Modus zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die in den begleitenden Zeichnungen
gezeigt sind, beschrieben.
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1 bis 5 zeigen
ein Laserradarsystem.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst ein Laserradarsystem
zur Erassung eines Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem vorausfahrenden
Fahrzeug einen Strahlsendeabschnitt 1, einen Sendestrahlabtastabschnitt 2,
einen Strahlempfangsabschnitt 3, einen Empfangsstrahlabtastabschnitt 4,
und einen Abstandsmessabschnitt 5. Der Strahlsendeabschnitt 1 enthält eine
Laserdiode 11, die integral mit einer Strahlsendelinse
versehen ist, sowie eine Laserdiodentreiberschaltung 12 zum
Betreiben der Laserdiode 11. Der Sendestrahlabtastabschnitt 12 enthält einen
Strahlsendespiegel 13 zum Reflektieren eines von der Laserdiode 11 ausgegebenen
Laserstrahls, einen Motor 15 zum Hin- und Herdrehen des
Strahlsendespiegels 13 um eine vertikale Achse 14 und
eine Motortreiberschaltung 16 zum Steuern/Regeln des Antriebs
des Motors 15. Der von dem Strahlsendespiegel 13 gelieferte
Sendestrahl besitzt ein vertikal längliches Muster, wobei seine
laterale Breite begrenzt ist, und wird zum lateralen Abtasten mit
einer Periode von 40 msec. betrieben. Die laterale und vertikale
Breite des Sendestrahls sind jeweils auf 1° oder 10° eingestellt und die laterale
Abtastbreite ist auf 16° eingestellt.
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Der
Strahlempfangsabschnitt 3 umfasst eine Strahlempfangslinse 17,
eine Fotodiode 18 zum Umwandeln der durch die Strahlempfangslinse 17 konvergierten
reflektierten Welle in ein elektrisches Signal und eine Strahlempfangsverstärkerschaltung 19 zum
Verstärken
des von der Fotodiode 18 ausgegebenen Signals. Der Empfangsstrahlabtastabschnitt 4 umfasst
einen Strahlempfangsspiegel 20 zum Reflektieren der von
einem Objekt reflektierten Welle, um diese der Fotodiode 18 zuzuführen, einen
Motor 22 zum Hin- und Herdrehen des Strahlempfangsspiegels 20 um
eine laterale Achse 21 und eine Motortreiberschaltung 23 zum
Steuern/Regeln des Antriebs des Motors 22. Ein Strahlempfangsbereich, der
vertikal mit einer Periode von 200 msec. durch den Strahlempfangsspiegel 20 abgetastet
wird, besitzt ein lateral längliches
Muster, dessen vertikale Breite begrenzt ist. Die vertikale und
laterale Breite des Strahlempfangsbereichs sind jeweils auf 2° und 16° eingestellt,
und die vertikale Abtastbreite ist auf 10° eingestellt.
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Der
Abstandsmessabschnitt 5 umfasst eine Steuer-/Regelschaltung 24 zum
Steuern/Regeln der Laserdiodentreiberschaltung 12 und der
Motortreiberschaltungen 16 und 23, eine Kommunikationsschaltung 26 zum
Durchführen
einer Kommunikation zwischen einer elektronischen Steuer-/Regeleinheit 25 zum
Steuern/Regeln eines Fahrsteuerregelsystems und einer automatischen
Bremseinrichtung, eine Zählerschaltung 27 zum
Zählen
der Zeit, die vom Senden des Laserstrahls bis zum Empfang des Laserstrahls
vergangen ist, sowie eine zentrale Prozessoreinheit 28 zum
Berechnen eines Abstands zu einem Objekt, auf Grundlage der vom
Senden des Laserstrahls bis zum Empfang des Laserstrahls benötigten Zeit.
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Der
Strahlsendeabschnitt 1, der Sendestrahlabtastabschnitt 2,
der Strahlempfangsabschnitt 3 und der Empfangsstrahlabtastabschnitt 4 entsprechen
jeweils einem Sendemittel für
eine elektromagnetische Welle, einem ersten Abtastmittel, einem
Empfangsmittel für
einen reflektierten Strahl und einem zweiten Abtastmittel, wie sie
in Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind.
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Wie
in 3 und 4 gezeigt ist, wird der vertikal
längliche
Sendestrahl des Laserradarsystems zum lateralen Abtasten mit einer
Periode von 40 msec. betrieben, und der lateral längliche
Abtastbreich des Laserradarsystems wird zum vertikalen Abtasten
mit einer Periode von 200 msec. betrieben. Daher ist ein durch Schneiden
des Sendestrahls mit dem Strahlempfangsbereich erhaltener Bereich
ein unmittelbarer Erfassungsbereich. Der Erfassungsbereich besitzt
eine laterale Breite von 16°,
gleich der Breite des lateralen Abtastens des Sendestrahls und tastet
den gesamten Bereich von vertikal in fünf unterteilten zweidimensionalen
Rahmen ab, die eine vertikale Breite von 10°, gleich der Breite des vertikalen
Abtastens des Strahlempfangsbereichs mit der Periode von 200 msec.,
aufweisen. In diesem Fall werden die fünf Rahmen jede Sekunde erneuert.
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Das
Abtastmuster für
den unmittelbaren Empfangsbereich ist nicht auf das oben Beschriebene
beschränkt,
und jedes andere Muster kann willkürlich eingerichtet werden.
Wenn beispielsweise der Sendestrahl zum lateralen Abtasten mit einer
Periode von 200 msec. betrieben wird und der Strahlempfangsbereich
vertikal mit einer Periode von 20 msec. abgetastet wird, wie in 5 gezeigt
ist, kann der unmittelbare Erfassungsbereich, der durch Schneiden des
Sendestrahls mit dem Strahlempfangsbereich bereitgestellt wird,
den gesamten Bereich von lateral in zehn unterteilten zweidimensionalen
Rahmen bei der Zeitdauer von 200 msec. für die Abtastung abdecken. Sogar
in diesem Fall werden die fünf
Rahmen jede Sekunde erneuert.
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Der
vertikale Winkel des Strahlempfangsbereichs bei dem an dem Fahrzeug
angebrachten Laserradarsystem ist ausreichend, wenn er 4° beträgt, aber
ein Fehler in der Größenordnung
von -/+ 3° wird für die Vertikalgenauigkeit
erwartet, wenn das Laserradarsystem an einem Fahrzeugkörper angebracht ist.
Daher sind die folgenden Abmessungen (1) und (2) im Stand der Technik
verwendet worden, um den Fehler bei der Montage eines Laserradarsystems
zu absorbieren:
- (1) Der Vertikalwinkel des
Strahlempfangsbereichs wird auf 4° eingestellt.
Eine präzise
Nachführung
wird eingerichtet, so dass der Montagefehler beim Anbringen des
Laserradarsystems an dem Fahrzeugkörper nicht erzeugt wird.
- (2) Ein Bereich von 10° (gegenüber der
Horizontalrichtung 5° nach
oben und nach unten), der von der Addition von +/- 3° herrührt, was
eine Fehlerkomponente für
einen erforderlichen Strahlempfangsbereich von 4° in Erwartung der Erzeugung des
Montagefehlers von +/- 3° beim
Anbringen des Laserradarsystems an dem Fahrzeugkörper ist, wird als Strahlempfangsbereich
bestimmt.
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Bei
der Maßnahme
(1) sind große
Kosten und viel Zeit erforderlich, weil es notwendig ist, eine präzise Nachführung bereitzustellen,
und es existiert außerdem
die Möglichkeit,
dass die Erfassungsgenauigkeit aufgrund eines Nachführfehlers
reduziert sein könnte.
Bei der Maßnahme
(2) gibt es die Möglichkeit,
dass der nach oben gemessene maximale Winkel aus der horizontalen
Richtung 8° erreicht
(d.h. eine Summe von 5°,
was eine nach oben gerichtete Komponente des Strahlempfangsbereichs
von 10° ist und
3° als Fehlerkomponente),
und es existieren viele Möglichkeiten,
dass die direkten Sonnenstrahlen in den Erfassungsbereich bei solchen
Tageszeiten wie am Morgen oder Abend, wenn die Sonne niedrig steht,
eindringen, wodurch die Erfassung unmöglich wird.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist jedoch die Breite der vertikalen Abtastung des Strahlempfangsbereichs
auf 10° eingestellt
und folglich können
+/- 3°,
die der Fehler bei der Anbringung des Laserradarsystems sind, absorbiert
werden, und die große
Kosten und viel Zeit erfordernde Nachführung kann weggelassen werden.
Weiterhin stellt die vertikale Abtastung des Strahlempfangsbereichs
sicher, dass die Zeitdauer, zu der direkte Sonnenstrahlen in den
Erfassungsbereich eindringen, um die Erfassung unmöglich zu
machen, ein Moment ist, und dass das vorausfahrende Fahrzeug zuverlässig erfasst
werden kann, ausschließlich
des Falls, in dem die Sonne sich mit dem vorausfahrenden Fahrzeug überlappt. Daher
kann sogar zu solchen Tageszeiten, wie am Morgen oder Abend, wenn
die Sonne niedrig steht, die Wahrscheinlichkeit, dass ein vorausfahrendes Fahrzeug
nicht erfasst werden kann, bei einem Minimum gehalten werden.
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6 bis 9 zeigen
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
aus dem Vergleich der in 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform
mit der in 6 und 7 gezeigten
Ausführungsform
deutlich wird, umfasst ein Laserradarsystem gemäß der in 6 und 7 gezeigten
Ausführungsform
einen Abtastabschnitt 4' für einen
gesendeten und einem empfangenen Strahl, anstelle des Abtastabschnitts 4 für den empfangenen
Strahl des Laserradarsystems gemäß der ersten
Ausführungsform.
Der Abtastabschnitt 4' für den gesendeten
und den empfangenen Strahl umfasst einen Strahlsende- und Empfangsspiegel 20', einen Motor 22' zum Hin- und
Herdrehen des Strahlsende- und Empfangsspiegels 20' um eine laterale
Achse 21',
sowie eine Motortreiberschaltung 23' zum Steuern/Regeln des Antriebs
des Motors 22'.
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Der
durch den Strahlsendespiegel 13 reflektierte gesendete
Strahl wird durch den Strahlsende- und Empfangsspiegel 20' erneut reflektiert
und der Sendestrahl, dessen vertikale Breite auf 2° begrenzt ist
und dessen laterale Breite auf 1° begrenzt
ist, wird zum lateralen und vertikalen Abtasten betrieben. Die Zeitdauer
des lateralen Abtastens des Sendestrahls durch die hin- und herdrehende
Bewegung des Strahlsendespiegels 13 ist 40 msec. und die
Zeitdauer der vertikalen Abtastung des Sendestrahls durch die hin- und herdrehende
Bewegung des Strahlsende- und Empfangsspiegels 20 ist 200
msec. Durch vertikales Abtasten des Strahlempfangsbereichs durch
die hin- und herdrehende Bewegung des Strahlsende- und Empfangsspiegels 20' ist die Zeitdauer
der vertikalen Abtastung des Strahlempfangsbereichs 200 msec. gleich
der Zeitdauer der vertikalen Abtastung des Sendestrahls.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es möglich, die
Zeitdauer, zu der direkte Sonnenstrahlen in den Erfassungsbereich
eindringen, um die Erfassung unmöglich
zu machen, auf einem Minimum zu halten, wodurch eine zuverlässige Erfassung
des vorausfahrenden Fahrzeugs ermöglicht wird, während +/-
3°, was
der Fehler bei der Anbringung des Laserradarsystems ist, durch Einstellen
der Breite der vertikalen Abtastung des Strahlempfangsbereichs auf
einen großen
Wert, d.h. 10°,
absorbiert werden kann. Weiterhin nimmt die Breite des Sendestrahls
einen kleinen Wert an, als Ergebnis dessen, dass er vertikal und
lateral begrenzt ist, folglich kann die Strahldichte leicht erhöht werden.
Als Ergebnis kann die Sendeleistung der Laserdiode 11 verringert
sein, und auch der Wetterwiderstand bei Niederschlag, Schnee oder dergleichen
kann erhöht
sein, wenn die Strahldichte erhöht
ist, wobei die Strahlsendeleistung intakt bleibt.
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Der
Strahlsendeabschnitt 1 entspricht einem Sendemittel für eine elektromagnetische
Welle der vorliegenden Erfindung, der Sendestrahlempfangsabschnitt 2 und
der Sende- und Empfangsstrahlabtastabschnitt 4' entsprechen
einem ersten Abtastmittel der vorliegenden Erfindung, der Sende- und Empfangsstrahlabtastabschnitt 4' entspricht
einem zweiten Abtastmittel der vorliegenden Erfindung und der Strahlempfangsabschnitt 3 entspricht
einem Empfangsmittel für
eine reflektierte Welle der vorliegenden Erfindung.
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Obwohl
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, versteht es sich,
dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform
beschränkt
ist und verschiedene Modi fikationen im Design gemacht werden können, ohne
von dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise
verwendet das Radarsystem den Laserstrahl in den Ausführungsformen,
aber andere elektromagnetische Wellen, etwa eine Millimeterwelle,
können
anstelle des Laserstrahls verwendet werden.