ES2226079T3 - Procedimiento y dispositivo de deteccion con radar de modulacion de frecuencia de onda continua que presenta un levantamiento de ambiguedad entre la distancia y la velocidad. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo de deteccion con radar de modulacion de frecuencia de onda continua que presenta un levantamiento de ambiguedad entre la distancia y la velocidad.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO Y UN DISPOSITIVO DE DETECCION POR RADAR CON MODULACION DE FRECUENCIA DE ONDA CONTINUA QUE PRESENTA UNA ELEVACION DE AMBIGUEDAD ENTRE LA DISTANCIA Y LA VELOCIDAD. EL RADAR EMITE AL MENOS ALTERNATIVAMENTE DOS RAMPAS (32, 33) PARALELAS Y DISCONTINUAS DE MODULACION DE FRECUENCIA LIGERAMENTE DESPLAZADA EN UNA VARIACION DE FRECUENCIA ( DL F), CONMUTANDO LA FRECUENCIA DE UNA RAMPA A LA OTRA AL FINAL DE UN TIEMPO DADO (TF); LA DISTANCIA A UN BLANCO DETECTADO SE ESTIMA EN FUNCION DE LA DIFERENCIA DE FASE ( DL PH ) ENTRE UNA SEÑAL RECIBIDA (S 1 (T)) CORRESPONDIENTE A LA PRIM ERA RAMPA (32) Y UNA SEÑAL RECIBIDA (S 2 (T)) CORRESPONDIENTE A LA SEGUNDA RAMPA (33), OBTENIENDOSE LA VELOCIDAD DEL BLANCO A PARTIR DE LA DISTANCIA ESTIMADA Y DE LA RECTA DE AMBIGUEDAD ASOCIADA AL BLANCO. APLICACION: EN PARTICULAR RADARES PARA AUTOMOVILES.
Description
Procedimiento y dispositivo de detección con
radar de modulación de frecuencia de onda continua que presenta un
levantamiento de ambigüedad entre la distancia y la velocidad.
La presente invención concierne a un
procedimiento y a un dispositivo de detección con radar de
modulación de frecuencia de onda continua que presenta un
levantamiento de ambigüedad entre la distancia y la velocidad. Se
aplica especialmente a radares para automóviles que evolucionan en
un ambiente de múltiples objetivos, en el caso, por ejemplo, en que
los objetivos presentes están relativamente agrupados.
Es conocido el prever que se equipen automóviles
con radares para la regulación del tráfico rodado, efectuando estos
últimos especialmente funciones de regulación de velocidad o de
detección de obstáculos. Un radar de regulación de velocidad para
vehículo automóvil tiene por función especialmente detectar la
distancia y la velocidad entre un vehículos portador y el vehículo
que le precede, y esto para permitir que el vehículo portador
regule su velocidad con respecto a la del vehículo precedente para
responder, por ejemplo, a criterios de seguridad. Un radar de esta
clase evoluciona esencialmente en un ambiente de múltiples
objetivos. Por lo demás, los objetivos presentes están
relativamente agrupados:
- bien alrededor de cierta velocidad con
distancias cualesquiera, especialmente cuando vehículos objetivo se
siguen en una fila de espera de circulación o cuando los objetivos
detectados corresponden de hecho a ecos del suelo;
- bien alrededor de cierta distancia con
velocidades diversas, especialmente en el caso de adelantamiento de
un vehículo por otro.
Un radar de modulación de frecuencia y de onda
continua, denominado seguidamente radar FM-CW,
consiste, en su versión sencilla, en modular la onda continua
linealmente en frecuencia sobre una banda dada; en el caso en el que
solamente se puede iluminar un solo blanco en un instante dado, es
conocido el levantar la ambigüedad entre la distancia y la
velocidad alternando rampas de modulación de frecuencia de
pendientes opuestas. En ciertas situaciones de múltiples objetivos,
se utiliza una tercera rampa de frecuencia, generalmente de
pendiente nula, y después, finalmente, puede ser necesaria una
cuarta secuencia para eliminar la duda.
Esta solución incluye importantes inconvenientes,
especialmente los inconvenientes siguientes:
- -
- La sensibilidad del radar es reducida por dos razones principales:
- -
- el tiempo de observación del objetivo debe ser repartido en tres o cuatro intervalos de integración;
- -
- el objetivo debe ser detectado en cada una de las secuencias.
- -
- Pueden subsistir levantamientos de ambigüedad erróneos, lo que crea de hecho trazados "fantasmas", tanto más cuanto que la resolución en frecuencia es reducida por el reparto del tiempo de observación de los objetivos.
La finalidad de la invención es especialmente
paliar los inconvenientes antes citados, permitiendo levantar la
ambigüedad entre la distancia y la velocidad mediante una reducción
del número de rampas de frecuencias necesarias. A este efecto, la
invención tiene por objeto un procedimiento de detección con radar
de modulación de frecuencia de onda continua que presenta un
levantamiento de ambigüedad entre la distancia y la velocidad,
caracterizado porque el radar emite al menos alternativamente dos
rampas paralelas y discontinuas de modulación de frecuencia
ligeramente decaladas, conmutando la frecuencia de una rampa a otra
al final de una duración dada, estimándose la distancia de un
objetivo detectado en función de la diferencia de fase entre una
señal recibida correspondiente a la primera rampa y una señal
recibida correspondiente a la segunda rampa, obteniéndose la
velocidad del objetivo a partir de la distancia estimada y de la
recta de ambigüedad asociada al objetivo.
La invención tiene igualmente por objeto un
dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento.
La invención tiene como principales ventajas el
que no plantee un problema de asociación errónea en un contexto de
múltiples objetivos, permite buenas precisiones de medida, puede
operar en un dominio de aplicación grandes, es económica y es
sencilla de poner en práctica.
Otras características y ventajas de la invención
aparecerán con ayuda de la descripción que sigue, hecha con respecto
a unos dibujos adjuntos que representan:
- la figura 1, una ilustración del principio de
funcionamiento de un radar FM-CW de modulación
lineal;
- la figura 2, en el plano
distancia-velocidad, un ejemplo de situación de
múltiples blancos según la técnica anterior;
- la figura 3, una ilustración del procedimiento
de detección con radar según la invención por una representación en
el plano frecuencia-tiempo de la modulación de
frecuencia emitida;
- la figura 4, una ilustración del procedimiento
según la invención por una representación en el plano
distancia-velocidad;
- la figura 5, un ejemplo de mejora posible de la
precisión del procedimiento según la invención;
- las figuras 6a y 6b, ilustraciones
respectivamente de los dominios de funcionamiento de un radar que
opera según la técnica anterior y de un radar que opera según la
invención; y
- la figura 7, un modo de realización posible de
un dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento según la
invención.
La figura 1 ilustra el principio de
funcionamiento de un radar FM-CW por medio de un
ejemplo de modulación lineal 1 de la frecuencia en una banda B dada.
Esta modulación está representada por una rampa de pendiente dada
que se repite según un período T en toda la banda B de frecuencia.
El principio del radar FM-CW, en su versión más
sencilla, consiste en modificar linealmente en frecuencia sobre una
banda B dada una onda continua procedente de un generador de señal.
Esta onda sirve al mismo tiempo para la emisión y como oscilador
local para la recepción. La señal de batido recibida es, en un
intervalo de tiempo inferior o igual al período T de la modulación
1, una señal sinusoidal de frecuencia denotada con f. En el caso de
un objetivo inmóvil situado a una distancia D del radar, la
frecuencia de batido f viene dada por la relación siguiente:
(1)\fint = -B
\frac{\tau}{T} =
\frac{-2DB}{CT}
en donde B y T han sido definidos
anteriormente, C representa la velocidad de la luz y \tau es la
duración de propagación ida-vuelta del objetivo al
radar.
Si el objetivo está animado de una velocidad
relativa V_{r} con relación al radar, la frecuencia precedente,
habida cuenta del efecto Doppler, pasa a ser:
(2)\fint =
\frac{-2DB}{CT} +
\frac{2Vr}{\lambda}
en donde \lambda representa la
longitud de onda de la señal emitida por el radar, teniendo esta
señal una frecuencia de aproximadamente 76 GHz, especialmente en el
caso de una aplicación en
automóvil.
El análisis espectral de la señal de batido sobre
la duración máxima correspondiente al período T antes citado permite
obtener una resolución en frecuencia \delta\fint = 1/T. Si la
velocidad relativa V_{r} del objetivo es conocida a
priori, la relación (2) proporciona entonces sin ambigüedad la
distancia del objetivo con una resolución en distancia definida por
la relación siguiente:
(3)\delta D =
\frac{C}{2B}
Recíprocamente, si la distancia D es conocida, se
obtiene la velocidad sin ambigüedad según la relación siguiente:
(4)\delta
V_{r} =
\frac{\lambda}{2T}
En el caso general, existe ambigüedad entre la
distancia y la velocidad. Se puede crear una señal de batido a la
frecuencia f para todo objetivo cuya distancia D y cuya velocidad
V_{r} verifiquen la relación siguiente:
(5)\fint -
\frac{\delta \fint}{2} < \frac{-2DB}{CT} +
\frac{2V_{r}}{\lambda} < \fint + \frac{\delta
\fint}{2}
En un plano distancia-velocidad,
este lugar de ambigüedad está materializado por una recta. En el
caso en que solamente se puede iluminar un objetivo en un instante
dado, el levantamiento de ambigüedad entre la distancia y la
velocidad se efectúa clásicamente alternando rampas de modulación de
frecuencia de pendientes opuestas y resolviendo el sistema de
ecuaciones siguiente:
(6)\bullet\frac{-2DB}{CT} + \frac{2V_{r}}{\lambda} =
\fint_{1}
(7)\bullet\frac{+2DB}{CT} + \frac{2V_{r}}{\lambda} =
\fint_{2}
en donde f_{1}y
f_{2}representan las frecuencias de las señales de batido
recibidas.
La relación (6) corresponde a una pendiente
ascendente y la relación (7) corresponde a una pendiente
descendente. Cuando hay un número N de objetivos superior o igual a
dos, el problema se complica, ya que cada rampa da lugar a N rectas.
En consecuencia, existen N^{2} intersecciones y, por tanto,
N^{2} asociaciones posibles. La solución corrientemente utilizada
consiste en agregar una tercera rampa cuya pendiente se elige
generalmente igual a cero. La figura 2 presenta en el plano
distancia-velocidad un ejemplo de situación de
múltiples objetivos en donde esta tercera rampa resulta ser
insuficiente. El número de objetivos reales es aquí, a título de
ejemplo, igual a dos, verificando estos objetivos, por ejemplo, el
sistema de ecuaciones de las relaciones (6) y (7). Las posiciones de
los dos objetivos en el plano antes citado están representadas por
dos puntos de intersección 21, 22, aun cuando hay un total de cuatro
intersecciones posibles 21, 22, 26, 27. En efecto, estos dos puntos
21, 22 son intersecciones de dos rectas 23 de pendiente ascendente
y dos rectas 24 de pendiente descendente. Unas rectas 25 de
pendiente nula permiten levantar una ambigüedad con una primera
intersección representada por un punto rayado 26, pero no permiten
levantar la ambigüedad con otra intersección representada por un
punto vacío 27. Una solución conocida para levantar esta ambigüedad
necesita entonces utilizar una cuarta sentencia que, por lo demás,
no es obligatoriamente una rampa de modulación de frecuencia. Sin
embargo, esta solución presenta los inconvenientes expuesto
anteriormente. Un primer inconveniente reside especialmente en la
existencia de una sensibilidad reducida del radar, puesto que, por
una parte, el tiempo de observación del objetivo debe ser repartido
en tres o cuatro intervalos de integración y, por otra parte, el
objetivo debe ser detectado en cada una de las secuencias. Un
segundo inconveniente consiste, por lo demás, en el hecho de que
pueden subsistir levantamientos de ambigüedad erróneos, tanto más
cuanto que la resolución en frecuencia es reducida debido al reparto
del tiempo de observación de los objetivos.
La figura 3 ilustra el procedimiento de detección
con radar según la invención mediante una representación en el plano
frecuencia-tiempo de la modulación 31 de frecuencia
emitida. Según la invención, el radar emite alternativamente durante
un período Tf dos rampas 32, 33 paralelas y discontinuas de
modulación de amplitud sobre una banda B, ligeramente decaladas en
una variación de frecuencia \DeltaF. La frecuencia de conmutación
1/2Tf entre una u otra rampa determina la ambigüedad en frecuencia
de la forma de onda.
Suponiendo que se tomen dos muestras
S_{1}(t) y S_{2}(t) de la señal recibida de un
objetivo situado, en el origen de tiempos, a la distancia D y de
velocidad relativa V_{r}, entonces, en un instante t, el retardo
\tau de propagación de las señales de radar viene dado por la
relación siguiente, siendo el origen de tiempos el comienzo de la
primera rampa:
(8)\tau =
\frac{2(D-V_{r}t)}{C}
- \bullet correspondiendo la primera señal S_{1}(t) a la primera rampa en el tiempo t en un k^{ésimo} ciclo de conmutación de rampa, o sea, 2kTf\leq t < (2k+1)Tf; y
- \bullet correspondiendo la segunda señal S_{2}(t) a la segunda rampa en el tiempo t+Tf, perteneciendo t siempre al k^{ésimo} ciclo de conmutación;
la frecuencia instantánea y el
valor de la señal emitida sobre la primera rampa en el tiempo t
vienen dados entonces respectivamente por las relaciones
siguientes:
(9)\fint_{1}
(t) = F_{0} +
\frac{Bt}{T}
(10)S_{e1} (t)
= Exp \left[2 \pi j (F_{0}t + \frac{Bt^{2}}{2T}) +
\varphi_{k1}\right]
la frecuencia instantánea y el
valor de la señal emitida sobre la segunda rampa en el tiempo t+Tf
vienen dados entonces respectivamente por las relaciones
siguientes:
(11)\fint_{2}
(t+Tf) = F_{0} + \frac{Bt}{T} + \frac{BT \fint}{T} + \Delta
F
(12)S_{e2}
(t+T \fint) = Exp \left[2 \pi j (F_{0}t + \frac{B(t+T
\fint) ^{2}}{2T} + \Delta F (t+T \fint)) +
\varphi_{k2}\right]
F_{0} representa la frecuencia de base de las
señales emitidas por el radar, en ausencia de cualquier modulación,
como se ha visto anteriormente B representa la banda de excursión en
frecuencia, es decir, de hecho la amplitud de las rampas y
\varphi_{k1} y \varphi_{k2} representan las fases en el
origen de cada ciclo de conmutación. \varphi_{k1} y
\varphi_{k2} están indeterminadas si no se asegura la coherencia
de fase de un ciclo a otro. Respecto de la coherencia de fase, es de
hacer notar que en tanto la distancia del objetivo sea inferior a la
pseudoambigüedad de distancia CT/2, la coherencia de fase no es
necesaria más que en el interior de un intervalo de rampa de
duración igual al período de repetición T de las rampas. En
particular, la fase en el origen de cada uno de estos períodos o
intervalos de duración T puede ser cualquiera, puesto que la señal
de oscilación local en la recepción es idéntica a la transmitida,
salvo un decalaje temporal y el efecto Doppler. La coherencia sobre
varios intervalos de una rampa no es necesaria más que si la
distancia de un objetivo es superior a la pseudoambigüedad
precedente.
Puesto que una señal recibida en el instante t
proviene de una emisión en el instante t-\tau, las
señales de batido S_{1}(t) y S_{2}(t) verifican
entonces las relaciones siguientes:
(13)S_{1}(t) =
S_{e1}(t-
\tau)S_{e1}(t)
(14)S_{2}(t+T
\fint) = S_{e2}(t+T \fint-\tau)S_{e2}(t+T
\fint)
Si \tau<T\fint, los términos de fase en el
origen se eliminan y se obtiene:
(15)S_{1} (t)
= Exp \left[2 \pi j \left(-F_{0} \tau + \frac{B \tau^{2}}{2T}
- \frac{Bt
\tau}{T}\right)\right]
(16)S_{2} (t+T
\fint) = S_{1}(t)Exp \left[-2\pi j \left(\Delta F + B
\frac{T \fint}{T}\right)
\tau\right]
La fase diferencial \Delta\varphi =
\varphi[S_{1}(t)]-
\phi[S_{2}(t+T\fint)] vale:
(17)\Delta
\varphi = 4\pi \left(\Delta F + B \frac{T \fint}{T}\right)
\left(\frac{D-V_{r}t}{C}\right)
El término proporcional al tiempo V_{r}t de la
relación (17) corresponde a la ligera variación de distancia del
objetivo durante el tiempo total de la rampa de frecuencia. Es
generalmente despreciable y, en consecuencia, la fase diferencial
\Delta\varphi entre las dos señales S_{1}(t) y
S_{2}(t) viene dada aproximadamente por la relación
siguiente:
(18)\Delta
\varphi = 4\pi \left(\Delta F + B \frac{T\fint}{T}\right)
\left(\frac{D}{C}\right)
Por tanto, la fase diferencial entre las señales
S_{1}(t) y S_{2}(t) es prácticamente independiente
de la velocidad del objetivo. Por consiguiente, permite una medida
directa de la distancia del objetivo. En consecuencia, la medida de
esta fase diferencial permite de hecho una preestimación de la
distancia D del objetivo al radar definida por la relación
siguiente:
(19)D =
\frac{\Delta \varphi}{4\pi} x \frac{C}{\left(\Delta f + B \frac{T
\fint}{T}\right)}
Esta medida es ambigua salvo 2\pi, lo que
corresponde, tomando \Delta\varphi igual a 2\pi, a una
distancia de ambigüedad D_{2\pi} definida según la relación
siguiente:
(20)D_{2 \pi}
= \frac{C}{2 \left(\Delta F + B\frac{T
\fint}{T}\right)}
Denotando R las relaciones de señal a ruido de
S_{1}(t) o S_{2}(t) supuestas del mismo nivel, la
medida de fase diferencial está afectada de un error cuya desviación
tipo \sigma_{\varphi} viene dada aproximadamente por la
relación siguiente:
(21)\sigma_{\varphi} =
\frac{1}{\sqrt{R}}
La distancia deducida de esta medida de fase
diferencial está afectada así de un error cuya desviación tipo es
\sigma_{D} = D_{2\pi}\sigma_{\varphi}, o sea,
aproximadamente:
(22)\sigma_{D}
= \frac{C}{4 \pi \left(\Delta F+B \frac{T \fint}{T}\right)
\sqrt{R}}
En general, \DeltaF es muy superior a
B\frac{T\fint}{T}, de donde:
(23)\sigma_{D}
= \frac{C}{4 \pi \Delta
F\sqrt{R}}
En la medida de los posible, es preferible
procurar que la precisión de la preestimación de la distancia sea
del mismo orden de magnitud, o incluso mejor, que la resolución en
distancia proporcionada por la relación (2), es decir, de tal manera
que:
(24)R>
\left(\frac{B}{2 \pi \Delta F}\right)
^{2}
Simultáneamente, un tratamiento clásico del radar
FM-CW permite extraer para cada objetivo una recta
de ambigüedad en el plano distancia-velocidad. Si
todos los objetivos están situados más acá de la ambigüedad de la
preestimación de distancia, es decir, de hecho más acá de la
distancia de ambigüedad D_{2\pi} definida anteriormente, es
suficiente reportar la preestimación de distancia obtenida por la
medida de fase diferencial sobre la recta de ambigüedad asociada
para levantar la ambigüedad entre la distancia y la velocidad, y
ello cualquiera que sea el número de rectas de ambigüedad, es decir,
cualquiera que sea el número de objetivos resueltos. En efecto, cada
raya espectral obtenida después de análisis de una señal de batido y
correspondiente a una detección induce una recta de ambigüedad en el
plano distancia-velocidad y permite una medida de
fase diferencial, conduciendo esta última a la preestimación de
distancia. Por tanto, la asociación de una recta y una medida de
fase diferencial es implícita.
La figura 4 ilustra el principio precedente del
procedimiento según la invención. Esta figura presenta un caso de
detección aplicado a dos objetivos, por ejemplo los de la figura 2.
El tratamiento con radar ha permitido en una primera etapa extraer
para un primer objetivo una primera recta de ambigüedad 41 en el
plano distancia-velocidad y para un segundo objetivo
una segunda recta de ambigüedad 42. Se supone que los objetivos
están situados todos más acá de la distancia de ambigüedad
D_{2\pi} definida anteriormente. La preestimación de distancia 44
obtenida por la medida de fase diferencial permite en una segunda
etapa levantar la ambigüedad entre la distancia y la velocidad sobre
la recta de ambigüedad 41. Igualmente, la preestimación de distancia
46 obtenida por la medida de fase diferencial permite en esta
segunda etapa que se levante la ambigüedad entre la distancia y la
velocidad sobre la segunda recta de ambigüedad 42. Unas zonas de
incertidumbre de medida 43, 45 situadas sobre las rectas de
ambigüedad y posicionadas alrededor de las preestimaciones de
distancia permanecen sobre las rectas de ambigüedad, de donde se
deriva un error \sigma_{Vr} sobre la velocidad.
Por tanto, se sigue de la relación (2) que la
velocidad de un objetivo viene dada por la relación siguiente,
ecuación de la recta de ambigüedad asociada a la distancia D:
(25)V_{r} =
\frac{\lambda}{2}\fint + \frac{BD
\lambda}{CT}
Utilizando las pseudorelaciones en distancia y en
velocidad obtenidas de conformidad con las relaciones (3) y (4),
siendo D la distancia preestimada, se tiene:
(26)V_{r} =
\frac{\lambda}{2} \fint + D \frac{\delta Vr}{\delta
D}
Si pueden encontrarse objetivos más allá de la
distancia de ambigüedad D_{2\pi}, es necesario levantar
previamente la ambigüedad de la preestimación antes de aplicar las
etapas descritas con relación a la figura 4.
Un radar FM-CW no posee una
resolución real en las dos dimensiones, distancia y velocidad. La
precisión en distancia es la de la preestimación de distancia dada
por la relación (23). La precisión en velocidad se deduce de la
relación (26). En el mejor de los casos, en donde el ruido sobre la
preestimación de distancia es nulo, la precisión en velocidad está
limitada por la resolución espectral. En los demás casos, el error
de distancia \sigma_{D} y el error de velocidad \sigma_{Vr}
verifican las relaciones siguientes:
(27)\sigma^{2}{}_{Vr} =
\sigma^{2}{}_{0\_Vr} + \left(\frac{\delta Vr}{\delta D}\right)^{2}
\sigma^{2}_{D}
siendo \sigma^{2}_{0\_Vr} la
precisión de velocidad limitada solamente por la resolución
espectral.
La relación (27) puede escribirse también:
(28)\sigma^{2}{}_{Vr} =
\sigma^{2}{}_{0\_Vr} + \delta V^{2}{}_{r} \frac{B^{2}}{(2 \pi
\Delta F) ^{2}
R}
Según la invención, se obtiene una mejora de la
precisión de medida, especialmente cuando la relación de señal a
ruido es débil, emitiendo una secuencia de dobles rampas ascendentes
de modulación conmutadas alternativamente espaciadas en \DeltaF, y
luego una secuencia de dobles rampas descendente de modulación
conmutadas, alternativamente espaciadas en la misma variación de
frecuencia \DeltaF. La preestimación de distancia permite
seleccionar, para cada sentido de rampas, unas zonas reducidas sobre
cada recta de ambigüedad, seleccionadas, por ejemplo, para
distancias comprendidas en \pm2\sigma alrededor de la distancia
medida por la fase diferencial, representando \sigma, por ejemplo,
el error sobre la distancia. Las verdaderas distancias y velocidades
se obtienen seguidamente buscando las intersecciones de las zonas
preseleccionadas. Esta mejora no es aplicable más que si las
intersecciones de las zonas no son ambiguas. La figura 5 ilustra
esta mejora en el plano distancia-velocidad de la
figura 4 y con los dos mismos objetivos en juego. Como se ha visto
anteriormente para un primer objetivo, una primera preestimación de
distancia 44 obtenida a partir de una secuencia de dobles rampas
ascendentes y luego asociada a una recta de ambigüedad 41 permite
deducir la velocidad real del objetivo, pero con excepción de una
incertidumbre 43. La mejora se efectúa determinando una segunda
distancia preestimada 51 comprendida en \pm2\sigma alrededor de
la primera distancia 44 preestimada. Al objetivo está asociada una
recta de ambigüedad descendente 52 y sobre esta recta una zona de
incertidumbre 53. La intersección de las dos zonas de incertidumbre
43, 53, de hecho de las dos zonas seleccionadas, da la distancia 58
y la velocidad 59 buscadas. Para el segundo objetivo, la
intersección de dos zonas reducidas 45, 56 sobre las rectas de
ambigüedad 42, 55 correspondientes a las rampas ascendentes y
descendentes y obtenidas a partir de las distancias estimadas 46, 54
para estas mismas rampas da también las coordenadas buscadas.
El levantamiento de ambigüedad según la invención
entre la distancia y la velocidad puede funcionar sobre varias
rampas de pendientes diferentes. Utilizando al menos dos grupos de
rampas, por ejemplo de pendientes opuestas, y basando la extracción
de la distancia sobre una u otra de las detecciones elementales
obtenidas a la salida de los dos grupos, es posible acrecentar el
dominio de aplicación del procedimiento según la invención en el
plano distancia-velocidad, reduciendo la zona
ciega. La distancia del objetivo se obtiene de hecho por una
relación lógica de tipo "O" entre las detecciones elementales.
Es posible, por ejemplo, extraer la distancia basándose
alternativamente en uno u otro grupo. Las figuras 6a y 6b ilustran
esta ventaja de la invención. La figura 6a presenta en el plano
distancia-velocidad la zona ciega de un radar de
levantamiento de ambigüedad según la técnica anterior, en el mejor
de los casos. Esta zona 101 representa una banda situada alrededor
de las rectas de ambigüedad de frecuencias de batido situadas
alrededor de cero. La figura 6b muestra que la zona ciega 102 de un
radar según la invención se limita a la intersección de dos bandas
103, 104 situadas alrededor de las rectas de ambigüedad de
frecuencias próximas a cero. Cada banda corresponde a un grupo de
rampas. Así, al extraer la distancia basándose, por ejemplo,
alternativamente en uno de los dos grupos de rampas, un objetivo 105
situado en la zona ciega de un radar según la técnica anterior,
fuera de la intersección de las dos bandas 103, 104 antes citadas,
puede ser detectado al menos una vez sobre dos con un radar según la
invención. Los objetivos detectados doblemente son, por ejemplo,
tratados según la mejora con relación a la figura 5, siendo los
objetivos detectados en un solo grupo de rampas, por ejemplo,
localizados según el método relativo a la figura 4.
El procedimiento según la invención puede
generalizarse para la utilización de N rampas de modulación de
frecuencia conmutadas ligeramente decaladas en frecuencia unas
respecto de otras. Dos señales compuestas son formadas por dos
combinaciones lineales distintas de las señales recibidas asociadas
a las N rampas después de, por ejemplo, compensación de los retardos
debidos a la no simultaneidad de las rampas. La preestimación de
distancia se deduce de la medida de fase diferencial entre las dos
señales compuestas. En el caso en que N = 4, se puede obtener una
primera señal compuesta, por ejemplo, restando la primera señal
recibida S1 de la segunda señal recibida S2, o sea,
S2-S1, y se puede obtener una segunda señal
compuesta, por ejemplo, restando la tercera señal recibida S3 de la
cuarta señal recibida S4. Pueden contemplarse todas las
combinaciones que permitan, por ejemplo, sintetizar funciones de
transferencia dadas. En todo caso, según la invención, el número de
rampas conmutadas no está limitado a dos.
La figura 7 ilustra un modo de realización
posible de un dispositivo para la puesta en práctica del
procedimiento según la invención. Unos medios 61 de selección
temporal y de desmultiplexado controlan, por ejemplo, un generador
de frecuencia 62 que suministra la frecuencia \DeltaF antes citada
y una frecuencia nula alternativamente cada una durante el período
Tf antes citado. La frecuencia suministrada se añade a la frecuencia
proporcionada por un generador de rampa de frecuencia 63 a través de
un primer mezclador 64 de manera que se decale alternativamente la
rampa de frecuencia en \DeltaF de conformidad con la figura 3. La
doble rampa conmutada es emitida a través de un circulador de
hiperfrecuencia 65, medios de amplificación no representados y una
antena 66 hacia objetivos potenciales. Unos medios de recepción no
representados están unidos, por ejemplo, a la entrada/salida del
circulador. Las señales son recibidas a través del circulador 65 y
un segundo mezclador 70, en el que una entrada está unida al
circulador y la otra entrada está unida a la salida del primer
mezclador, estando unida la salida del segundo mezclador a la
entrada de los medios 61 de selección temporal y de desmultiplexado.
Los medios 61 de selección temporal y de desmultiplexado encaminan
la señal recibida alternativamente hacia dos vías de tal manera que
la señal recibida proveniente de la primera rampa sea aplicada a una
primera vía 71 y la señal recibida proveniente de la segunda rampa
decalada en \DeltaF sea aplicada a la segunda vía 72. Unos filtros
67, 69 están dispuestos, por ejemplo, en cada vía 71, 72. La señal
presente en la primera vía es retardada en Tf para tener en cuenta
especialmente la no simultaneidad de la emisión de las dos rampas.
En efecto, en un instante dado de muestreo una señal recibida no
corresponde más que a una sola rampa. Para obtener un muestreo
simultáneo de las dos señales correspondientes a las dos rampas, es
necesario retardar una de las dos especialmente en el período Tf de
conmutación de las rampas. A este efecto, unos medios de retardo 68
Tf están colocados, por ejemplo, a la salida del filtro 67. Otra
solución puede consistir, por ejemplo en memorizar una de las dos
señales al nivel de los medios 61 de selección temporal y de
desmultiplexado.
Las señales recibidas por las dos vías son
tenidas en cuenta por unos medios 73 de extracción y de
levantamiento de ambigüedad entre la distancia y la velocidad. Estos
medios 73 determinan la fase diferencial \Delta\varphi entre las
señales recibidas por cada vía y calculan la distancia preestimada
según la relación (20). Estando las ecuaciones de las rectas de
ambigüedad memorizadas, por ejemplo, en estos medios 73, estos
últimos pueden determinar las velocidades de los objetivos bien de
conformidad con las operaciones ilustradas por la figura 4 o bien de
conformidad con las ilustradas por la figura 5. En este último caso,
el generador de rampa 63 es controlado, por ejemplo, para
proporcionar rampas diferentes, especialmente de pendientes
opuestas. Los medios 71 de extracción y de levantamiento de
ambigüedad entre la distancia y la velocidad incluyen, por ejemplo,
interfaces, procesadores y memorias utilizados, por lo demás, en el
tratamiento con radar y, por tanto, no necesitan circuitos
suplementarios. El dispositivo según la invención ilustrado a título
de ejemplo por la figura 6 muestra especialmente que esta última es
sencilla de poner en práctica y que es económica en la medida en
particular en que no necesita componentes o una realización
complejos, lo que es especialmente importante para aplicaciones en
automóviles.
Claims (9)
1. Procedimiento de detección con radar de
modulación de frecuencia de onda continua que presenta un
levantamiento de ambigüedad entre la distancia y la velocidad,
caracterizado porque el radar emite al menos alternativamente
dos rampas (32, 33) paralelas y discontinuas de modulación de
frecuencia ligeramente decalada en una variación de frecuencia
(\DeltaF), conmutando la frecuencia de una rampa a otra al final
de una duración dada (Tf), estimándose la distancia (44, 46) de un
objetivo detectado en función de la diferencia de fase
(\Delta\varphi) entre una señal recibida (S_{1}(t))
correspondiente a la primera rampa (32) y una señal recibida
(S_{2}(t)) correspondiente a la segunda rampa (33),
obteniéndose la velocidad del objetivo a partir de la distancia
estimada (44, 46) y de la recta de ambigüedad (41, 42) asociada al
objetivo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la distancia estimada D (44, 46) viene
dada por la relación siguiente:
D =
\frac{\Delta \varphi}{4 \pi} x \frac{C}{\left(\Delta F+B \frac{T
\fint}{T}\right)}
en
donde
- -
- C representa la velocidad de la luz;
- -
- B representa la banda de frecuencia de modulación;
- -
- T representa el período de repetición de las rampas;
- -
- \DeltaF representa la variación de frecuencia entre las rampas;
- -
- Tf representa el período al final del cual la frecuencia conmuta de una rampa a otra;
- -
- \Delta\varphi representa la medida de la diferencia de las fases entre las señales recibidas correspondientes a las dos rampas separadas en \DeltaF.
3. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se emiten
y espacian en la misma variación de frecuencia (\DeltaF) una
secuencia de dobles rampas ascendentes de modulación conmutadas
alternativamente y una secuencia de dobles rampas descendentes de
modulación conmutadas alternativamente, seleccionándose unas zonas
reducidas (43, 45, 53, 56) sobre cada recta de ambigüedad (41, 42,
52, 55) para cada sentido de pendientes alrededor de la distancia
estimada (44, 46, 51, 54), viniendo determinadas la distancia y la
velocidad en el plano distancia-velocidad por la
intersección de las zonas seleccionadas de la recta de ambigüedad
(41, 42) correspondiente a la rampa ascendente y de la recta de
ambigüedad correspondiente a la rampa descendente.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, emitiendo
el radar un número dado N de rampas de modulación de frecuencia
conmutadas, decaladas en frecuencia unas respecto de otras, se
forman dos señales compuestas por medio de combinaciones lineales
distintas de las señales recibidas asociadas a las N rampas,
deduciéndose la estimación de distancia a partir de la diferencia de
fase entre las dos señales compuestas.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se emiten
dos grupos de rampas de frecuencias de pendientes opuestas,
obteniéndose la distancia del objetivo por medio de una relación
lógica de tipo "O" entre las detecciones elementales obtenidas
a la salida de los dos grupos.
6. Dispositivo para la puesta en práctica del
procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque incluye al menos:
- -
- un generador de rampas de frecuencias (63);
- -
- un primer mezclador (64) en el que una entrada está unida a la salida del generador de rampas (63) y la otra entrada está unida a la salida de un generador de frecuencia (62) que suministra la variación de frecuencia (\DeltaF) y una frecuencia nula, alternativamente cada una durante un período dado (Tf), de manera que la salida del mezclador suministre una doble rampa conmutada;
- -
- un segundo mezclador (70) en el que una entrada está unida a la salida del primer mezclador y la otra entrada recibe la señal de recepción;
- -
- medios (61) de selección temporal y de desmultiplexado, en los que la entrada está unida a la salida del segundo mezclador (70), encaminando la señal recibida alternativamente hacia dos vías de tal manera que la señal recibida proveniente de la primera rampa sea aplicada a una primera vía (71) y la señal recibida proveniente de la segunda rampa decalada en la variación de frecuencia (\DeltaF) sea aplicada a la segunda vía (72);
- -
- medios (73) de extracción y de levantamiento de ambigüedad entre la distancia y velocidad, determinando estos medios (73) la fase diferencial (\Delta\varphi) entre las señales recibidas por cada vía para calcular la distancia y la velocidad del objetivo detectado correspondiente a la señal recibida.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque la primera vía incluye medios de retardo
(68) de la señal recibida.
8. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque las vías
incluyen filtros (67, 69).
9. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye un
circulador (65) en el que una entrada está unida a la salida del
primer mezclador (64), una salida está unida a una entrada del
segundo mezclador (70) y la otra entrada/salida está unida a medios
de emisión y de recepción.
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| FR9702546 | 1997-03-04 | ||
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