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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung
zum Ausrichten der Hauptstrahlrichtung eines Senders mit Hilfe eines
abbildenden Elementes und eines Nachweisfensters. Ganz allgemein
ist die Erfindung überall
dort einsetzbar, wo eine gerichtete Übertragung von Strahlung eines Senders,
insbesondere einer elektromagnetischen Strahlung, an einen von dem
Sender beabstandeten oder, nach einer Reflexion der Strahlung, mit
diesem identischen Empfänger
erfolgt. Beispiele hierfür
sind Richtfunkverbindungen, Satellitenempfänger oder Radargeräte. Ein
bevorzugtes, spezielles Einsatzgebiet der Erfindung ist die Ausrichtung
von Radar-Sender-Empfängern, wie
sie in jüngerer
Zeit beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Abstandserfassung, z. B.
in ACC- (Automatic Cruise Control) oder Pre-Crash-Systemen eingesetzt
werden. Solche Radarsender-Empfänger
erfordern eine definierte Ausrichtung ihrer Hauptstrahlrichtung
in Bezug zu einer Längsachse
des Kraftfahrzeuges. In allen diesen Fällen hängt ein ordnungsgemäßer Betrieb
einer jeweiligen Vorrichtung von der exakten Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung
des Senders ab.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Radarsenders
eines Kraftfahrzeuges sind beispielsweise aus der
EP 1 083 442 B1 bekannt.
Dabei dient ein sowohl senkrecht als auch quer zu einer Fahrzeuglängsachse
verschiebbarer, für
eine Strahlungsintensität
sensitiver Sensor zum Abtasten der vom Radarsender emittierten Strahlung.
Die Hauptstrahlrichtung dieser Strahlung wird am Auftreten eines
Maximums der vom Sensor erfassten Strahlungsintensität erkannt.
Nachdem dadurch eine aktuelle Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung
erkannt worden ist, wird die Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung
so lange variiert, bis die Hauptstrahlrichtung in die gewünschte Richtung
parallel zur Fahrzeuglängsachse
ausgerichtet ist.
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Bei
einem anderen, in der
US 6,335,705 beschriebenen
Verfahren zum Ausrichten der Hauptstrahlrichtung eines Radarsenders
macht man sich eine Symmetrie von dessen Strahlungskeule zunutze.
Es werden in gleichen Abständen
zu einer gewünschten
Richtung der Hauptstrahlrichtung eine Mehrzahl von Sensoren zur
Erfassung der Strahlungsintensität
angeordnet. Eine korrekte Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung wird
in diesem Falle daran erkannt, dass alle Sensoren jeweils dieselbe Strahlungsintensität erfassen.
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In
anderen bekannten Verfahren zur Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung
eines Sender-Empfängers
wird die von dem Sender-Empfänger
emittierte Strahlung reflektiert und die reflektierte Strahlung
von dem Sender-Empfänger
selber wieder erfasst. Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist
in der
DE 198 40 307
A1 offenbart. Dabei wird in einem vorgegebenen Abstand
zu einem in einem Kraftfahrzeug eingebauten Radarsender-Empfänger ein
plattenförmiger
Reflektor angeordnet, der gegenüber
dem Radarsender-Empfänger
in drei verschiedenen Stellungen festlegbar ist. In einer Grundstellung
steht der Reflektor senkrecht zur Fahrzeuglängsachse, in den beiden anderen
Stellungen ist der Reflektor mit einer oberen Kante aus der senkrechten
Position einmal auf das Kraftfahrzeug zu verkippt und einmal vom
Kraftfahrzeug weg verkippt, beide Male jeweils um einen gleich großen Winkel.
Aus einem Vergleich der bei diesen Stellungen des Reflektors jeweils
reflektierten und vom Radarsender-Empfänger erfassten Strahlungen
wird auf die aktuelle Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung des Radar-Sender-Empfängers geschlossen,
so dass die Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung entsprechend variiert
und in die Zielrichtung gebracht werden kann.
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Auch
in der
EP 1 257 843
B1 wird die von einem Radarsender-Empfänger
mit symmetrischer Strahlungskeule emittierte Strahlung reflektiert
und anschließend
von dem Radarsender-Empfänger erfasst.
Dazu werden jeweils gleiche Reflektoren in bzw. symmetrisch um eine
gewünschte
Richtung der Hauptstrahlrichtung angeordnet. Aus Verhältnissen der
von den einzelnen Reflektoren reflektierten Strahlungsintensitäten lässt sich
auf die aktuelle Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung schließen. Diese kann
mit Kenntnis ihrer aktuellen Ausrichtung wieder variiert und in
die gewünschte
Richtung ausgerichtet werden, in welcher jeder der Reflektoren aufgrund der
Symmetrie der Strahlungskeule jeweils einen gleichen Bruchteil der
Strahlung zum Radarsender-Empfänger
reflektiert.
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Die
WO 98/38691 schließlich
offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung einer Hauptstrahlrichtung
eines Radarsender-Empfängers für ein Kraftfahrzeug.
Der Radarsender-Empfänger bestrahlt
ein Zielobjekt, welches Strahlung reflektiert. Die reflektierte
Strahlung wird vom Radarsender-Empfänger erfasst.
Mit einer Serviceeinheit sind Messwerte des Radarsender-Empfängers ablesbar. Anhand
der von der Serviceeinheit ausgelesenen Messwerte wird der Radarsender-Empfänger verstellt.
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In
allen diesen genannten Beispielen sind entweder Sensoren oder Reflektoren
in einem gewissen Abstand zum Sender angeordnet. Nachteilig ist bei
allen diesen Verfahren daher der große Platzbedarf, der zu ihrer
Ausführung
notwendig ist. Bei beengten Platzverhältnissen, wie sie in der Praxis
in vielen Werkstätten
die Regel sind, sind sie daher nicht ausführbar. Darüber hinaus beeinflussen Reflexionen
an Boden, Decke und Wänden
einer Räumlichkeit,
in der die Verfahren ausgeführt
werden, die von dem Sensor bzw. den Sensoren erfasste Strahlungsintensität, so dass
zum Erzielen einer genauen Ausrich tung der Hauptstrahlrichtung aufwendige
Abschirmmaßnahmen
erforderlich sind. Zwar lässt
sich dieser Nachteil bei denjenigen Verfahren, bei denen die Strahlung
erst reflektiert und dann erfasst wird, durch Verwendung aktiver
Reflektoren wie beispielsweise Transpondern umgehen, doch ist dazu
wiederum ein erheblicher technischer Aufwand notwendig, der sich
in den Kosten niederschlägt.
Auch ist die exakte Platzierung von mehreren Sensoren bzw. Reflektoren
in exaktem Abstand von der gewünschten Richtung
der Hauptstrahlrichtung recht zeitraubend und aufwendig.
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Außerdem ist
die Durchführung
dieser Verfahren um so diffiziler, je stärker die vom einzustellenden
Sender emittierte Strahlung gebündelt
ist, denn ein gezieltes Ausrichten ist erst dann möglich, wenn wenigstens
ein Teil der Strahlintensität
auf den Sensor trifft.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Ausrichten der Hauptstrahlrichtung eines Senders
vorzuschlagen, mit denen sich die Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung
bei geringem Platzbedarf rasch und verlässlich durchführen lässt.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 21 sowie den Sender nach Anspruch
58 gelöst.
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Während bei
den bekannten Verfahren die erreichbare Ausrichtgenauigkeit mit
der Entfernung zwischen Sender und Nachweisfenster zunimmt, ist dies
bei der Erfindung nicht der Fall. Wenn die Entfernung zwischen Sender
und Nachweisvorrichtung groß ist
im Vergleich zu den Abmessungen des Senders, so kann der Sender
als punktförmig
und die von ihm ausgehenden Wellenfronten als sphärisch, mit dem
Sender im Mittelpunkt, angenommen werden. Dreht man die Hauptstrahlrichtung
des Senders, so hat dies zwar einen Einfluss auf die auf ein entferntes Nachweisfenster
treffende Strahlungsintensität
(was bei den herkömmlichen
Ausrichtverfahren ausgenutzt wird), nicht aber auf die Form der
Wellenfronten. Sie werden, wenn die Nachweisvorrichtung ein abbildendes
Element umfasst, auf einen Punkt auf der optischen Achse fokussiert.
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Je
näher man
die Nachweisvorrichtung an den Sender platziert, um so stärker weicht
die Form der auf das abbildende Element treffenden Wellenfronten
von der Form einer auf den Sender zentrierten Kugel ab; ihr Krümmungsradius
wird vor allem im zentralen Bereich des Strahls größer als
ihr Abstand von dem Sender und kann sogar divergieren; d.h. die Wellenfronten
sind entlang der Hauptstrahlrichtung eben. Wird in diesem Fall die
Hauptstrahlrichtung gedreht, so ändert
sich der Winkel, unter dem die Wellenfronten auf das abbildende
Element treffen, und entsprechend ändert sich die Ausbreitungsrichtung der
Strahlung hinter dem abbildenden Element. Die ebenen Wellenfronten
werden auf ein Gebiet in der Brennebene des abbildenden Elements
fokussiert, das bei Vernachlässigung
der endlichen lateralen Ausdehnung der Wellenfronten als Punkt angenähert werden
kann. Auf der optischen Achse liegt dieser Punkt nur dann, wenn
die einfallenden Wellenfronten senkrecht auf der optischen Achse
stehen. Je höher folglich
die Intensität
in der Brennebene auf der optischen Achse ist, um so exakter ist
die Parallelität
von Hauptstrahlrichtung und optischer Achse.
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Dabei
ist es wohlgemerkt nicht erforderlich, dass Hauptstrahlrichtung
und optische Achse der Nachweisvorrichtung übereinstimmen; ein Versatz zwischen
beiden ist für
das Ausrichten ohne Einfluss und braucht daher beim Positionieren
der Nachweisvorrichtung nur insoweit berücksichtigt zu werden, dass
ein Großteil
des Strahlungsfeldes vor und nach Ausrichten auf das abbildende
Element fallen sollte. Dies ist leicht zu gewährleisten, wenn die Aperturen des
abbildenden Elements der Nachweisvorrichtung und die des Senders
in etwa gleich groß sind
und Nachweisvorrichtung und Sender in nicht zu großem Abstand
voneinander platziert werden können,
so dass bereits eine Grobausrichtung nach Augenmaß gewährleistet,
dass das Strahlungsfeld im Wesentlichen auf das abbildende Element
fällt.
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Um
eine möglichst
gute Ausrichtung sicherzustellen, so dass ein Großteil des
Strahlungsfeldes des Senders auf das abbildende Element fällt, kann sich,
insbesondere im Falle eines Senders mit einem breiten Maximum der
Richtcharakteristik, eine Vorjustage als sinnvoll erweisen, bei
der die im Strahlungsfeld des Senders platzierte Nachweisvorrichtung
zunächst
in einer ersten Richtung quer zu der optischen Achse verschoben
wird und dabei eine Position maximaler Intensität der empfangenen Strahlung
und zwei zweite Positionen beiderseits der Position maximaler Intensität erfasst
werden, bei denen die Intensität
ein vorgegebener Bruchteil der maximalen Intensität ist, und
anschließend
die Nachweisvorrichtung mittig zwischen den zwei zweiten Positionen
platziert wird. Eine solche Vorjustage kann in zwei Richtungen,
insbesondere in Elevations- bzw. Azimutrichtung, vorgenommen werden.
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De
facto wird eine ebene Wellenfront des Senders aufgrund ihrer endlichen
lateralen Ausdehnung in der Brennebene nicht auf einen Punkt, sondern
einen endlich ausgedehnten, um den hypothetischen Punkt zentrierten
Fleck fokussiert. Gekrümmte Bereiche
der Wellenfronten werden von dem abbildenden Element auf einen Punkt
hinter der Brennebene fokussiert, sofern ihr Krümmungsradius größer als
die Brennweite des abbildenden Elements ist. In der Brennebene ergeben
auch diese Wellenfrontenbereiche einen diffusen Intensitätsfleck
um den besagten hypothetischen Punkt herum. Dadurch fällt auch
dann Intensität
auf das Nachweisfenster, wenn der Punkt der ebenen Fronten nicht
hineinfällt.
Anhand dieser Intensität
ist eine Grobausrichtung einfach durchzuführen.
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Infolge
der erfindungsgemäßen Anordnung des
abbildenden Elementes im Nahfeld des Senders zeichnet sich die Erfindung
gegenüber
den bekannten Verfahren zum einen dadurch aus, dass für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens nur
wenig Platz beansprucht wird. Aus diesem Grund wird auch der Vorgang
des Ausrichtens der Hauptstrahlrichtung nicht durch eine Umgebung
des Senders beeinflusst. Mehrfachreflexionen der Strahlung an Boden,
Decke oder Wänden
haben auf die Durchführung
des Verfahrens keinen störenden
Einfluss. Wegen der einfachen Positionierung des abbildenden Elementes
ist die Erfindung schneller im Aufbau und aufgrund der geringen
Störanfälligkeit
genauer als die bekannten Verfahren. Zusammen mit der einfachen
apparativen Ausführung
der Vorrichtung mit einem abbildenden Element und einem Nachweisfenster
macht dies die Erfindung auch billiger gegenüber den bekannten Verfahren.
Dabei ist die Erfindung ganz allgemein für alle Sender einsetzbar, die Strahlung
mit einer Hauptstrahlrichtung emittieren, so dass sich damit z.B.
sowohl Sende- und Empfangsantennen wie bei Radargeräten als
auch reine Sendeantennen ausrichten lassen.
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Der
Begriff des Nachweisfensters im Sinne der Erfindung ist weit aufzufassen:
Auf das Nachweisfenster treffende Strahlung muss nicht notwendigerweise
auch am Ort des Nachweisfensters erfasst werden; die Strahlung kann
auch reflektiert und an einem vom Nachweisfenster entfernten Ort
erfasst werden. Es kann aber in allen Fällen nur solche Strahlung erfasst
werden, die auch tatsächlich
auf das Nachweisfenster trifft. Zum Erfassen der Intensität von auf
das Nachweisfenster auftreffender Strahlung kann das Nachweisfenster
daher zum Beispiel entweder eine sensitive Fläche eines Sensors sein, oder
es kann sich um einen Reflektor handeln, der auftreffende Strahlung
auf einen Sensor umlenkt.
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Vorteilhafterweise
wird die Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung automatisch variiert.
Die Vorrichtung kann dazu eine Steuereinheit umfassen. Beispielsweise
kann die Ausrichtung vollautomatisch innerhalb einer geschlossenen
Regelschleife geschehen, bei der das Erfassen der auf das Nachweisfenster
treffenden Strahlung sowie das nachfolgende Variieren der Hauptstrahlrichtung
in sich einander abwechselnden Schritten geschieht, so dass die
Hauptstrahlrichtung sukzessive in die Zielrichtung verstellt wird.
Eine automatische Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung mittels einer
geschlossenen Regelschleife erweist sich als erheblich schneller
und präziser
als ein manuelles Ausführen
des Verfahrens.
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Das
Nachweisfenster kann mehrere, zumeist gleich große, Sektoren umfassen, wobei
die Strahlungsintensität
innerhalb jedes der Sektoren erfasst wird und die Ausrichtung der
Hauptstrahlrichtung so lange variiert wird, bis in jedem der Sektoren
die erfasste Strahlungsintensität
gleich groß ist.
Eine Sektorierung des Nachweisfenster erweist sich als vorteilhaft,
weil damit eine aktuelle Richtung bei nicht ausgerichteter Hauptstrahlrichtung
schneller auffindbar ist. Weil sich die Hauptstrahlrichtung durch
ein Maximum der erfassten Strahlungsintensität auszeichnet, ist ihre aktuelle
Ausrichtung leicht durch denjenigen der Sektoren zu lokalisieren,
welcher die maximale Strahlungsintensität erfasst. Indem die Hauptstrahlrichtung
nach Lokalisieren in einem der Sektoren entweder in Azimut oder
Elevation verstellt wird, bis sie auf eine Grenze zwischen zwei
Sektoren trifft, so dass die beiden jeweiligen Sektoren jeweils die
Hälfte
der maximalen Strahlungsintensität
erfassen, lässt
sich die Hauptstrahlrichtung auf einfache Weise entlang dieser Grenze
zielgerichtet auf die Zielrichtung zuführen, sofern die Grenze die
korrekte Richtung kreuzt. Notwendige Bedingungen dafür, dass
die Zielrichtung erreicht ist, ist, dass in allen Sektoren jeweils
eine gleichgroße
Strahlungsintensität
erfasst wird.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
dass eine gleichgroße
Strahlungsintensität
in allen Sektoren auch dann auftritt, wenn diese Sektoren sich deutlich außerhalb
des Maximums der einfallenden Strahlung befinden. Dieser Fall kann
jedoch ausgeschlossen werden, wenn zusätzlich auch der Betrag der
erfassten Intensitäten
berücksichtigt
wird. Zum einen kann durch einen einfachen Vergleich, ob die vier
gleichen Intensitäten größer sind
als die größte der
zu einem vorhergehenden Zeitpunkt von den Sektoren erfassten Intensitäten, erkannt
werden, ob es sich um ein Maximum oder Minimum handelt. Andererseits
kann aus von zwei Sektoren erfassten Intensitäten I1, I2 ein Ausdruck der
Form (I1-I2)/(I1+I2) berechnet werden. Dieser Ausdruck verschwindet
nur dann, wenn das Maximum der Strahlungsintensität genau
in der Mitte der beiden Sektoren liegt. Das Maximum der Strahlung
kann somit eindeutig auf das Nachweisfenster ausgerichtet werden.
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Es
kann vorteilhaft sein, nur die Strahlungsintensität eines
modulierten Anteils der Strahlung zu erfassen. Der modulierte Anteil
der Strahlung kann dabei entweder schon von dem Sender moduliert emittiert
werden, oder aber der Sender emittiert unmodulierte Strahlung, und
die Strahlung wird außerhalb
des Senders moduliert. Beispielsweise kann der Sender in einem ersten
Betriebsmodus für
einen regulären
Betrieb eine für
diesen Modus spezifische unmodulierte erste Strahlung emittieren
und in einem zweiten Betriebsmodus zur Durchführung des Verfahrens eine modulierte
zweite Strahlung emittieren. Dabei kann der Sender die zweite Strahlung
gepulst emittieren.
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Nicht
jeder Sender ist in der Lage, modulierte Strahlung zu emittieren.
Um das erfindungsgemäße Ausrichtverfahren
dennoch mit Hilfe von modulierter Strahlung durchführen zu
können,
kann die Modulation außerhalb
des Senders durchgeführt
werden, beispielsweise mit Hilfe eines im Strahlengang angeordneten
rotierenden Polarisationsfilters. Die Transmission dieses Filters
für von
dem Sender erzeugter linear polarisierter Strahlung variiert mit
der Orientierung des Polarisationsfilters in Bezug auf die Polarisationsebene
der Strahlung des Senders.
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Als
Polarisationsfilter kann insbesondere ein Gitter mit einer Mehrzahl
von zueinander parallelen Leitern zum Einsatz kommen oder aber auch
ein Substrat mit entsprechend aufgebrachten Leiterbahnen.
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Die
Modulation ermöglicht
den Einsatz von pyroelektrischen Detektoren zum Erfassen der Strahlungsintensität, die sowohl
als Einzeldetektoren als auch als segmentierte Detektoren erhältlich sind.
Pyroelektrische Detektoren zeichnen sich durch eine ausreichend
kleine sensitive Fläche
aus, so dass sie zum Erfassen der Strahlungsintensität in sehr
kleinen Nachweisfenstern eingesetzt werden können, beispielsweise in einem
in einer Brennebene des optischen Elementes angeordneten Nachweisfenster, wo
die Strahlung vom abbildenden Element in einem Brennpunkt gebündelt wird.
Darüber
hinaus sind pyroelektrische Detektoren sehr kostengünstig und
weisen eine sehr hohe Empfindlichkeit auf. Weil pyroelektrische
Detektoren nur für
modulierte Strahlung niedriger Frequenz sensitiv sind, weist die
Modulation vorzugsweise eine Frequenz von typischerweise ca. 10
Hz oder weniger auf.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung wird die auf das Nachweisfenster treffende Strahlung
am Nachweisfenster reflektiert und es wird die reflektierte Strahlung
erfasst. Dazu kann das Nachweisfenster als Reflektor ausgebildet
sein. Bevorzugt wird die reflektierte Strahlung wegen der vereinfachten
apparativen Ausführung
an dem Sender erfasst. In einem solchen Fall wird der Sender besonders
bevorzugt gleichzeitig als Empfänger
für die
reflektierte Strahlung benutzt, weil bei korrekter Ausrichtung der
Hauptstrahlrichtung in die Zielrichtung auf das Nachweisfenster
treffende Strahlung vom Reflektor zum Sender zurückreflektiert wird und dort von
ihm erfasst werden kann. Dabei kann der Reflektor eine konvex gewölbte Fläche aufweisen,
um eine möglichst
punktuelle Charakteristik aufzuweisen.
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Bei
der Reflexion im Nachweisfenster kann die Strahlung amplituden-
und/oder phasen- und/oder frequenzmoduliert und/oder frequenzverschoben
und/oder zeitverzögert
werden. Dies ver einfacht die Unterscheidung des von dem Reflektor
des Nachweisfensters reflektierten Signals von Untergrundstrahlung,
insbesondere von Störreflexen,
die auf die Strahlung der Quelle zurückgehen. Hierzu kann der Reflektor
Teil einer Einrichtung zum Erwirken einer entsprechenden Modulation
bzw. Frequenzverschiebung oder Zeitverzögerung sein. Dies erweist sich
insbesondere für
die Anwendung des Verfahrens bei Radarsender-Empfängern als
vorteilhaft, da bei ihnen Sender und Sensor bzw. Empfänger identisch
sind und Radarsender-Empfänger im Nahbereich
Festziele nur schwer auflösen
können. So
lässt sich
beispielsweise mit einer Modulation der reflektierten Strahlung
ein bewegtes Objekt für
den Radarsender-Empfänger simulieren.
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Eine
Amplitudenmodulation der reflektierten Strahlung lässt sich
z.B. auf einfache Weise dadurch erreichen, dass von dem Sender polarisierte
Strahlung emittiert wird, was in der Praxis typischerweise der Fall
ist, und ein rotierendes Element mit polarisationsabhängigen Reflexionseigenschaften
als Reflektor dient. Die Einrichtung kann neben dem rotierenden
Element als Reflektor einen Motor zum Antreiben des Elementes umfassen.
Dabei umfasst das rotierende Element wenigstens eine Dipolantenne. Vorzugsweise
hat die Dipolantenne eine Länge,
die einer halben Wellenlänge
der Strahlung entspricht. Bei der Dipolantenne kann es sich um ein
oder mehrere einfache Drahtstücke
handeln. Sie kann von einem Motor mit einstellbarer Drehzahl angetrieben sein,
um eine Rotationsfrequenz der Dipolantenne und damit die Modulationsfrequenz
der reflektierten Strahlung einstellen zu können.
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Dagegen
lässt sich
eine Phasenmodulation der reflektierten Strahlung durch eine periodische Bewegung
des Reflektors parallel zur Zielrichtung erreichen. Zur Phasenmodulation
der reflektierten Strahlung kann der Reflektor auf einer Membran
eines Lautsprechers angeordnet sein. In einer Grundausführung kann
die Membran selber reflektiv für
die Strahlung sein. Bei einer Weiterbildung ist dagegen auf der
Membran eine Kugelkalotte als Reflektor vorgesehen.
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Eine
Reflexion der Strahlung lässt
sich auch dann erreichen, wenn der Reflektor eine Antenne zum Umwandeln
von Strahlung in ein leitungsgeführtes
Signal und umgekehrt ist und die Einrichtung zudem eine an der Antenne
angeschlossene elektrische Schaltung zum Modulieren des leitungsgeführten Signals
umfasst, indem die Strahlung von der Antenne empfangen und in das
leitungsgeführte
Signal umgewandelt wird, welches von der elektrischen Schaltung
moduliert bzw. frequenzverschoben und anschließend von der Antenne wieder
in Strahlung umgewandelt und reemittiert wird. Bei der Antenne kann
es sich beispielsweise um eine Dipolantenne oder ein offenes Hohlleiterende
handeln. Vorzugsweise ist in der elektrischen Schaltung zum Modulieren
des leitungsgeführten
Signals eine PIN-Diode vorgesehen. Dabei kann zusätzlich zur
Modulation bzw. Frequenzverschiebung des leitungsgeführten Signals
auch eine Zeitverzögerung
desselben vorgesehen sein. Hierzu kann die Einrichtung ferner mit
einer Verzögerungsleitung
zur Zeitverzögerung
des leitungsgeführten
Signals, zum Beispiel zwischen Antenne und elektrischer Schaltung,
ausgestattet sein. Bei dieser Verzögerungsleitung kann es sich
beispielsweise um eine dielektrische Leitung oder eine SAW-Leitung
handeln. Mit einer solchen Zeitverzögerung lassen sich zusätzlich zur
Simulierung eines bewegten Objektes örtliche Verschiebungen des
Objektes hin zu virtuell größeren Abständen zum
Sender simulieren.
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Bei
dem abbildenden Element kann es sich um eine Linse oder einen Reflektor
handeln. Die Linse kann eine Zonenlinse oder eine Fresnel-Linse sein.
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Um
die Entstehung von stehenden Wellen zwischen dem Sender und der
Linse zu verhindern, kann die Linse mit einem reflexmindernden Oberflächenprofil
versehen sein.
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Eine
Plankonvexlinse ist vorzugsweise mit dem Nachweisfenster zugewandter
ebener Oberfläche
angeordnet. Reflexionen, die an der dem Sender zugewandten konvexen
Oberfläche
der Linse auftreten, werden überwiegend
in seitliche Richtungen reflektiert, so dass nur ein kleiner Anteil
der Strahlung zum Sender zurückgeworfen
wird und so zu stehenden Wellen führen kann.
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Der
Reflektor kann als Fresnel-Reflektor ausgeführt sein. Dabei ist es möglich, den
Reflektor zusammen mit dem Sensor in einer Spiegelteleskopanordnung,
vorzugsweise in einer Herschel- oder Off-Axis Anordnung, bei welcher
der Sensor eine Apertur des Reflektors nicht beeinträchtigt,
vorzusehen.
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Die
Anordnung kann ein Anzeigemittel zum Anzeigen der erfassten Strahlungsintensität umfassen.
Dabei kann es sich beispielsweise um einen Monitor eines Computersystems
oder eine Anzeige eines Messgerätes,
wie z. B. eines Multimeters, handeln. Ein solches Anzeigemittel
ist zum manuellen Ausrichten der Hauptstrahlrichtung hilfreich.
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Das
optische Element und das Nachweisfenster können als eine Baueinheit mit
einem Gehäuse
ausgestaltet sein. Somit ergibt sich eine kompakte und handliche
Ausführung
der Nachweisvorrichtung, die bequem von einem Sender zum nächsten transportiert
werden kann.
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Ganz
besonders bevorzugt wird die Erfindung zum Ausrichten eines in einem
Kraftfahrzeug angeordneten Senders, wie zum Beispiel eines Radarsender-Empfängers, eingesetzt.
Bei solchen Radarsender-Empfängern
ist eine Ausrichtung von deren Hauptstrahlrichtung parallel zu einer
Fahrzeuglängsachse
erwünscht.
Zum Ausrichten eines in einem Kraftfahrzeug angeordneten Senders
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Position, an der die Nachweisvorrichtung mit zur Zielrichtung paralleler
optischer Achse, im vorliegenden Fall also parallel zur Fahrzeuglängsachse,
platziert wird, in Bezug auf das Kraftfahrzeug vorteilhaft mit Hilfe
einer Vorrichtung zur Vermessung einer Achse des Kraftfahrzeuges
oder einer Vorrichtung zur Einstellung eines Scheinwerfers des Kraftfahrzeuges
festgelegt. Solche Vorrichtungen sind üblicherweise in jeder Werkstatt
vorhanden. Eine bequeme Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung ist
daher nicht auf die Fertigung des Kraftfahrzeuges beschränkt, sondern
kann jederzeit in Werkstätten
vorgenommen werden.
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Bei
der Ausrichtung von Radarsensoren eines Kraftfahrzeuges wird zwischen
einer Verstellung der Hauptstrahlrichtung in Azimut Richtung und
einer Verstellung in Elevation unterschieden. So wird typischerweise
ein Winkel zwischen der Hauptstrahlrichtung und der Fahrzeuglängsachse
in Azimut, jedoch nicht in Elevation gemessen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des Senders kann dieser in einem
ersten Betriebsmodus für
einen regulären
Betrieb eine für
diesen Modus spezifische unmodulierte erste Strahlung emittieren und
in einem zweiten Betriebsmodus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine modulierte zweite Strahlung emittieren. Dabei kann die zweite
Strahlung gepulst emittiert werden. Vor allem bei Verwendung von
pyroelektrischen Detektoren zum Erfassen der auf das Nachweisfenster
fallenden Strahlung kann eine gepulste zweite Strahlung vorteilhaft
sein, weil solche Detektoren vorzugsweise Wechselleistungen niedriger
Frequenz erfassen, diese aber mit sehr hoher Empfindlichkeit. Typischerweise
erfolgen die Pulse daher mit einer Frequenz von etwa 10 Hz.
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Die
beiliegenden Zeichnungen zeigen:
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1:
eine erste erfindungsgemäße Anordnung;
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2a:
den Verlauf der Wellenfronten zwischen Sender und Nachweisvorrichtung
vor dem Ausrichten;
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2b:
den Verlauf der Wellenfronten zwischen Sender und Nachweisvorrichtung
nach dem Ausrichten;
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3a–c:
den Vorgang des Ausrichtens bei einer weiteren Ausführung der
Nachweisvorrichtung;
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4:
eine bevorzugte Weiterbildung der Anordnung gemäß 1;
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5 eine
zweite erfindungsgemäße Anordnung;
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6:
einen Reflektor zur Amplitudenmodulation;
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7:
einen Lautsprecher mit Reflektor zur Phasenmodulation;
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8:
einen Reflektor mit Dipolantenne;
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9:
einen Reflektor mit Hohlleiterantenne;
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10 eine
Weiterbildung der Anordnung gemäß 4;
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11 eine
reflexionsverminderte Linse zur Verwendung in einer Nachweisvorrichtung
gemäß der Erfindung;
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12a: eine Nachweisvorrichtung mit einem Reflektor
als abbildendem optischen Element mit verstellter Hauptstrahlrichtung;
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12b: die Nachweisvorrichtung der 12a bei korrekter Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung.
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Eine
erste erfindungsgemäße Anordnung
ist in 1 gezeigt. In einem Kraftfahrzeug 1 ist
frontseitig ein Radarsender-Empfänger 2 eingebaut,
der sowohl in Azimut als auch in Elevation manuell verstellbar ist.
Der Radarsender-Empfänger 2 emittiert elektromagnetische
Strahlung, wobei eine Strah lungskeule des Radarsender-Empfängers 2 eine Hauptstrahlrichtung 5 aufweist.
Diese Hauptstrahlrichtung 5 soll in eine Zielrichtung gebracht
werden, welche im vorliegenden Fall mit einer Fahrzeuglängsachse
identisch ist.
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Vor
dem Kraftfahrzeug 1 ist eine Nachweisvorrichtung 14 in
einem Nahfeld der vom Radarsender-Empfänger 2 emittierten
Strahlung positioniert. Die Nachweisvorrichtung 14 umfasst
ein Gehäuse 8, eine
Sammellinse 3 sowie einen Sensor 9 mit einer als
Nachweisfenster dienenden sensitiven Fläche 12. Die optische
Achse 4 der Nachweisvorrichtung 14 ist parallel
zur Fahrzeuglängsachse
ausgerichtet. Die Gerade, die die Mittelpunkte der in einer dem
Kraftfahrzeug 1 zugewandten Seite des Gehäuses 8 eingebauten
Sammellinse 3 und der sensitiven Fläche 12 verbindet,
wird hier als optische Achse 4 der Nachweisvorrichtung 14 definiert.
Auf der Wand 7 wird die vom Radarsender-Empfänger 2 ausgehende Strahlung
in einem Bereich 6 gebündelt.
Der Detektor 9 ist mit einer Auswerteeinheit wie etwa einem
Multimeter 10 mit Anzeige 11 verbunden.
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In 1 weicht
die Hauptstrahlrichtung 5 der vom Radarsender-Empfänger 2 emittierten
elektromagnetischen Strahlung von der Zielrichtung und mithin von
der optischen Achse 4 ab. Der Bereich 6 mit der
von der Sammellinse 3 gebündelten Strahlung liegt ebenfalls
nicht auf der optischen Achse 4 und ist vom Sensor 9 beabstandet.
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2a zeigt
in einem vergrößerten Maßstab den
Radarsender-Empfänger 2,
die Nachweisvorrichtung 14 und den Verlauf der Wellenfronten
zwischen ihnen. Die Antenne des Radarsender-Empfängers,
eine planare Antenne oder, wie hier dargestellt, ein parabolischer
Reflektor mit einer Punktquelle im Fokus, erzeugt Wellenfronten,
die in einem dem aktiven Querschnitt der Antenne entsprechenden
Bereich um die Hauptstrahlrichtung 5 herum im Wesentlichen eben
sind und mit zunehmender Abweichung von der Hauptstrahlrichtung 5 zunehmend
gekrümmt sind.
Die ebenen Wellenfronten werden von der Linse 3 auf einen Punkt 6' in der Brennebene
der Linse 3 gebündelt,
der am Schnittpunkt einer auf den Wellenfronten senkrechten, durch
den Mittelpunkt der Linse 3 verlaufenden Linie mit der
Brennebene liegt. Der Punkt 6' bildet die Mitte des Bereichs 6.
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Der
Bereich 6 fällt
teilweise auf die sensitive Fläche 12.
Der Sensor 9 erfasst die Strahlungsintensität der in
dem auftreffenden Teil des Bereichs 6 gebündelten
elektromagnetischen Strahlung und erzeugt ein elektrisches Signal,
das er an das Multimeter 10 weitergibt, welches einen entsprechenden Messwert
auf der Anzeige 11 anzeigt. Daraufhin wird der Radarsender-Empfänger 2 manuell
sukzessive dahingehend verstellt, dass die vom Sensor 9 erfasste
Strahlungsintensität
maximal wird. Sobald der Sensor 9 eine maximale Strahlungsintensität erfasst, ist
die Hauptstrahlrichtung 5 korrekt in Zielrichtung ausgerichtet
und der Ausrichtungsvorgang abgeschlossen.
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2b zeigt
einen typischen Verlauf der Wellenfronten nach erfolgter Ausrichtung.
Hauptstrahlrichtung 5 und optische Achse 4 der
Nachweisvorrichtung 14 sind parallel, wenn auch nicht notwendigerweise
deckungsgleich. Der Punkt 6',
auf den die nun senkrecht auf die Linse 3 treffenden Wellen
fokussiert werden, liegt auf der optischen Achse 4, und die Überlappung
des Bereichs 6 mit der sensitiven Fläche 12 ist optimal.
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Die
Ausrichtung des Radarsender-Empfängers 2 kann
alternativ auch automatisiert erfolgen. Dazu ist statt des Multimeters 10 eine
Steuereinheit, beispielsweise ein Personal-Computer, vorgesehen, der über eine
Signalleitung mit dem Sensor 9 verbunden ist und an den
das Signal vom Sensor 9 übergeben wird. Außerdem sind
von der Steuereinheit ansteuerbare Aktuatoren zum Verstellen des
Radarsender-Empfängers 2 vorgesehen.
Analog wie bei der beschriebenen manuellen Ausführung des Verfahrens verstellt
die Steuereinheit mit Hilfe der Aktuatoren den Radarsender-Empfänger 2,
um die vom Sensor 9 empfangene Strahlungsintensität zu maximieren.
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Wegen
ihrer hohen Sensitivität
und weil sie kostengünstig
erhältlich
sind, werden pyroelektrische Detektoren als Sensor 9 bevorzugt.
Diese sind als Einzelsensoren oder Vierquadrantensensoren erhältlich. 3 zeigt
schematisch eine Ausführung
der Nachweisvorrichtung 1 mit einem als Sensor 9 an
der Ebene der rückwärtigen Wand 7 angeordneten
pyroelektrischen Vierquadrantensensor 19, abermals in Blickrichtung
der optischen Achse 4. Eine sensitive Fläche 19 des
Vierquadrantensensors weist die Quadranten Q1,,
Q2,, Q3, und Q4, auf. Ein Punkt, an dem alle vier Quadranten
Q1 bis Q4 zusammentreffen,
definiert hier die optische Achse 4. Jeder Quadrant Q1,, Q2,, Q3, und Q4 erzeugt
bei Erfassen von Strahlungsintensität ein elektrisches Signal,
das von einem Multimeter oder einem Oszillographen angezeigt wird. 3a zeigt den Fall, in dem der Bereich 6 bei
falscher Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung 5 von der optischen
Achse 4 beabstandet auf die sensitive Fläche 19 fällt. Ohne
Beschränkung
der Allgemeinheit ist in 3a der Fall
gezeigt, in dem der Bereich 6 in den Quadranten Q1 fällt.
Die im Bereich 6 gebündelte Strahlungsintensität wird vom
Quadranten Q1 erfasst, der daraufhin ein
elektrisches Signal erzeugt. Die Hauptstrahlungsrichtung 5 wird
daraufhin manuell oder automatisch derart verstellt, dass sich der
Bereich 6 in Richtung des Pfeils horizontal auf den Quadranten
Q4 zu bewegt. Die horizontale Bewegung des Bereich 6 wird
dann gestoppt, wenn der Bereich 6 auf eine Grenze zwischen
dem Quadranten Q1 und dem Quadranten Q4 fällt.
In diesem Fall erfasst der Quadrant Q1 nur
mehr die halbe Strahlungsintensität, wobei vom Quadranten Q4 die gleich starke Strahlungsintensität erfasst
wird. Dies ist an den entsprechenden von den Quadranten Q1 und Q4 erzeugten
elektrischen Signalen erkennbar. Daraufhin lässt man den Bereich 6 in
vertikaler Richtung, wie in 3b gezeigt,
auf die optische Achse 4 zuwandern. Wenn der Bereich 6 wie
in 3c die optische Achse 4 kreuzt,
wird von jedem der vier Quadranten Q1 bis
Q4 ein Bruchteil seiner Strahlungsintensität erfasst.
Man justiert den Bereich 6 dabei derart, dass von jedem der
Quadranten Q1 bis Q4 jeweils
eine gleich starke Strahlungsintensität erfasst wird. Der Ausrichtvorgang
ist abgeschlossen und die Hauptstrahlrichtung 5 korrekt
in Zielrichtung, d. h. parallel zur optischen Achse 4,
ausgerichtet, wenn jeder der vier Quadranten Q1 bis
Q4 einen gleich großen Bruchteil der Strahlungsintensität erfasst,
d. h. wenn die Differenz zwischen den von den einzelnen Quadranten
gelieferten Signalen verschwindet.
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4 zeigt
in einer schematischen perspektivischen Ansicht einen Radarsender/Empfänger 2 und
eine Nachweisvorrichtung 14 zum Ausrichten des Sender/Empfängers 2.
Der Sender/Empfänger 2 ist
in einer kardanischen Aufhängung
mit zwei Schwenkfreiheitsgraden entsprechend Azimut- bzw. Elevationswinkel
aufgehängt,
und zwei Stellglieder 35, 36 zum Verstellen von
Azimut bzw. Elevation des Sender/Empfängers 2 greifen an
der Aufhängung
an. Eine Linse 3 fokussiert Strahlung des Sender/Empfängers 2 auf
ein Nachweisfenster 12, welches durch einen in vier Quadranten
Q1 bis Q4 unterteilten
pyroelektrischen Detektor 19 gebildet ist. Begrenzungslinien 37 zwischen
den Quadranten Q1 bis Q4 erstrecken
sich unter einem Winkel von 45° zur
Horizontalen bzw. Vertikalen. Einander diametral gegegenüberliegende
Quadranten Q1, Q3 bzw.
Q2, Q4 sind jeweils
mit einem invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang eines
Differenzverstärkers 38 bzw. 39 sowie
fakultativ mit einer weiteren Auswertungsschaltung 40 bzw. 41 verbunden
und liefern an diese zur auftreffenden Strahlungsintensität proportionale Signale
I1, I2, I3, I4. Bei den Auswertungsschaltungen 40, 41 kann
es sich beispielsweise um Addierglieder handeln, die Signale Se=I1+I3 bzw.
Sa=I2+I4 ausgeben, oder
um Schaltungen, die das jeweils größere, max(I1+I3) bzw. max (I2+I4) von zwei Eingangssignalen I1,
I3 bzw. I3, I4 ausgeben. An die Ausgänge der Differenzverstärker 38, 39 und,
sofern vorhanden, der Auswertungsschaltungen 40, 41 sind
eine Azimut-Steuerschaltung 42 bzw. eine Elevations- Steuerschaltung 43 angeschlossen,
welche die Stellglieder 35 bzw. 36 ansteuern.
Die zwei Steuerschaltungen 42, 43 sind baugleich
und können
durch eine einzige Schaltung implementiert sein, die im Zeitmultiplex
zum Steuern der Elevation bzw. des Azimuts des Senders/Empfängers 2 benutzt
wird.
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Der
pyroelektrische Detektor 19 und die Schaltungen 38 bis 41 oder 43 sind
auf einer gemeinsamen Leiterplatte eng benachbart angebracht, um die
Signalwege von den Quadranten des Detektors 19 zu den jeweils
zugeordneten unter den Schaltungen 38 bis 41 möglichst
kurz zu halten und so eine Beeinträchtigung der Eingangssignale,
die diese Schaltungen von den Quadranten Q1 bis
Q4 empfangen, durch elektromagnetische Störeinflüsse gering zu
halten.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise des Aufbaus der 4 beschrieben.
Hierfür
wird angenommen, dass die Linse 3 die Strahlung des Senders/Empfängers 2 zunächst auf
einen Fleck 44 im Quadranten Q4 bündelt. Die
Quadranten Q1, Q3 sehen
keine Strahlung, so dass an beiden Ausgängen des Differenzverstärkers 39 Nullsignal
anliegt und dieser auch Nullsignal ausgibt. Die Elevations-Steuerschaltung 43 bleibt
zunächst
untätig.
Der Differenzverstärker 38 sieht
ein starkes Signal vom Quadranten Q4 an
seinem invertierenden Eingang und Nullsignal vom Quadranten Q2 am nichtinvertierenden Eingang und gibt
ein stark negatives Signal an die Azimut-Steuerschaltung 42 aus.
Diese steuert daraufhin das Stellglied 35 an, um den Strahlungsfleck
im Nachweisfenster 12 horizontal nach links zu verschieben.
Wie durch einen Pfeil in der Figur angedeutet, gelangt der Strahlungsfleck 44 dadurch
teilweise in den Quadranten Q1, mit der
Folge, dass der Differenzverstärker 39 ein
positives Signal am nichtinvertierenden Eingang sieht und die Elevations-Steuerschaltung
das Stellglied 36 ansteuert, um den Strahlungsfleck abwärts zu verschieben.
Durch die gleichzeitige Wirkung der zwei Steuerschaltungen 42, 43 wandert
der Strahlungsfleck so entlang der Begrenzungslinie 37 zwischen
den Quadranten Q1, Q4 zum
Mittelpunkt des Nachweisfensters 12, so dass schließlich alle
Quadranten den gleichen Anteil an der Strahlung des Sender/Empfängers 2 empfangen.
Sobald dies der Fall ist, liefern beide Differenzverstärker 38, 39 Nullsignal,
die Steuerschaltungen 42, 43 verstellen ihre jeweiligen
Stellglieder 35, 36 nicht mehr, und die optische
Achse des Sender/Empfängers 2 ist
exakt ausgerichtet.
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Ein ähnlicher
Ausrichtvorgang ist auch mit einem in Quadranten unterteilten Detektor
durchführbar,
bei dem die Begrenzungslinien zwischen den Quadranten jeweils horizontal
und vertikal verlaufen. Allerdings wäre es hier für eine Elevationsausrichtung
erforderlich, einerseits die Signale der zwei oberen Quadranten,
andererseits die der zwei unteren Quadranten zu addieren und jeweils
die erhaltenen Summen dem Differenzverstärker 39 zuzuführen, bzw.
für eine
Azimut-Ausrichtung
einerseits die Signale der zwei linken, andererseits die der zwei
rechten Quadranten zu addieren und die erhaltenen Summen dem Differenzverstärker 38 zuzuführen. Die
in 4 gezeigte Ausrichtvorrichtung kommt ohne derartige
Additionen aus. Zwar ist hier der Anteil der Strahlungsintensität, der auf
die Quadranten Q1, Q3 trifft,
nicht für
die Azimut-Ausrichtung und derjenige, der auf die Quadranten Q2, Q4 fällt, nicht
für die
Elevationsausrichtung verfügbar,
doch stellt dies keinen praktisch bedeutsamen Nachteil dar, da wegen
der geringen Entfernung zwischen Sender/Empfänger 2 und Nachweisfenster 12 die
dort eintreffende Strahlung stets intensiv genug ist, um leicht
und zuverlässig
nachweisbar zu sein.
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Bei
der Ausgestaltung mit den Auswertungsschaltungen
40,
41 berechnen
die Steuerschaltungen
42,
43 aus den Ausgangssignalen
D
e=I
1-I
3 bzw. D
e=I
2-I
4 des
jeweils zugeordneten Differenzverstärkers und S
e oder
max(I
1, I
3) bzw.
Sa oder max (I
2, I
4) der
Auswertungsschaltungen
40,
41 einen Ausdruck der
Form
oder
je nach Art des von den
Auswertungsschaltungen
40,
41 gelieferten Signals.
Dieser Ausdruck Q verschwindet, wenn der Detektor
19 sich
an einem Maximum der Strahlungsintensität befindet, der Sender(Empfänger
2 also
korrekt ausgerichtet ist, aber auch, wenn er sich an einem Minimum
befindet bzw. kaum von der Strahlung des Sender/Empfängers
2 getroffen
wird. Da in letzterem Fall der Nenner von Q klein ist, wird Q betragsmäßig genau
dann am kleinsten, wenn der Strahlungsfleck mittig zwischen den Sektoren
auftrifft.
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Jeweils
fakultativ können
ein über
einen Schalter 45 mit den Ausgängen der Differenzverstärker 38, 39 verbindbares
Anzeigeinstrument 46, sowie ein über einen Schalter 47 mit
den Ausgängen
der Auswertungsschaltung 40, 41 verbindbares Anzeigeinstrument 48 vorgesehen
sein. Das Anzeigeinstrument 46 erlaubt es einem Benutzer,
zu überprüfen, ob
der Strahl des Senders/Empfängers 2 tatsächlich korrekt
in Azimut- oder Elevationsrichtung (je nach Stellung des Schalters 45)
ausgerichtet ist, und anhand des Anzeigeinstruments 48 kann überprüft werden,
dass tatsächlich
eine nichtverschwindende Strahlungsintensität auf den Detektor 19 fällt.
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Wenn
die Anzeigeinstrumente 46, 48 vorhanden sind,
können
die automatischen Steuerschaltungen 42, 43 auch
fortgelassen und durch eine manuell bediente Ansteuerung der Stellglieder 35, 36 ersetzt
werden.
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Die
Anzeigeinstrumente können
von beliebiger bekannter Art sein, beispielsweise analoge oder digitale
Spannungsmessgeräte,
ein computergestütztes
Datenerfassungssystem, mit einem Bildschirm, auf dem die Ausgabepegel
der Differenzverstärker 38, 39 sowie
der Auswertungsschaltung 40, 41 gleichzeitig anzeigbar
sein können,
oder dergleichen.
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Vorteilhaft
wird das Ausgangssignal der Detektoren Q1...Q4 (gegebenenfalls analog
verstärkt) unmittelbar
mittels Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Wandler)
digitalisiert und alle nachfolgenden Signalverarbeitungsschritte
in einem Microcontroller durchgeführt, der dann auch Anzeigeelemente
wie LEDs, LCD-Matrix oder ähnliches
beziehungsweise auch Stellelemente 35,36 ansteuert.
Dabei genügt
in vorteilhafter Weise ein einzelner A/D-Wandler der im Zeitmultiplex
arbeitet.
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Eine
zweite grundlegende Ausführung
der Erfindung zeigt die 5. Im Unterschied zur Ausführung der 1 weist
die Anordnung in 5 eine modifizierte Nachweisvorrichtung 20 auf.
In der Nachweisvorrichtung 20 ist statt des Sensors 9 ein metallischer
Reflektor 21 in der rückwärtigen Wand 7 und
auf der optischen Achse 4 angeordnet. Der nur wenige Quadratmillimeter
große
Reflektor 21 ist konvex gewölbt. Im vorliegenden Fall fungiert
Radarsender-Empfänger 2 sowohl
als Sender von Strahlung als auch als Empfänger.
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Bei
dieser Ausführung
wird wenigstens ein Teil der im Bereich 6 gebündelten
Strahlung dann, wenn wenigstens ein Teil des Bereichs 6 auf
den Reflektor 21 trifft, vom Reflektor 21 in einen
großen Raumwinkel
reflektiert, so dass ein Teil davon auch vom Radarsender-Empfänger 2 erfasst
wird. Der Radarsender-Empfänger 2 liefert
Messwerte der empfangenen Intensität. Im übrigen verläuft die Verstellung des Radarsender-Empfänger 2 zur
Ausrichtung seiner Hauptstrahlrichtung wie bei der Anordnung der 1 beschrieben.
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Bei
einer Reflexion der Strahlung an einem gegenüber dem Kraftfahrzeug 1 sich
bewegenden Fahrzeug führt
die dabei auftretende Dopplerverschiebung zu einer Verschiebung
von Spektralanteilen im reflektierten Signal. Ganz allgemein kann
jegliche Verschiebung von Spektralanteilen als Reflexion an ei nem
bewegten Gegenstand gedeutet werden. Zur Simulation eines bewegten
Objektes wie zum Beispiel eines vorausfahrenden Fahrzeuges, das
die vom Radarsender-Empfänger 2 emittierte Strahlung
reflektiert, ist es deshalb vorteilhaft, die reflektierte Strahlung
zu modulieren, um damit eine Dopplerverschiebung infolge der Reflexion
der Strahlung an einem gegenüber
dem Kraftfahrzeug 1 sich bewegenden Fahrzeug nachzubilden.
Für eine
solche Simulation kommt auch eine schmalbandige Phasenmodulation
oder Amplitudenmodulation in Frage. Bei Amplitudenmodulationen entstehen
Zweiseitenband-Linien im Abstand der Modulationsfrequenz beidseitig
des unverschobenen Spektralanteils, die als dopplerverschobene Spektralanteile deutbar
sind.
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6 zeigt
eine alternative Ausführung
des Reflektors 21 aus einer Blickrichtung entlang der optischen
Achse 4, mit der eine Amplitudenmodulation der reflektierten
Strahlung erreicht werden kann. Es handelt sich dabei um eine um
die optische Achse 4 als Rotationsachse drehbar gelagerte
Dipolantenne 23. Die Dipolantenne 23 wird von
einem Motor 24, vorzugsweise einem Elektromotor 24,
angetrieben. Mit dem Motor 24 lässt sich die Dipolantenne 23 mit unterschiedlichen
Drehfrequenzen beaufschlagen. Dabei ist eine Länge der Dipolantenne 23 derart
gewählt,
dass sie einer halben Wellenlänge
der vom Radarsender-Empfänger 2 emittierten
Strahlung entspricht. Wenn vom Radarsender-Empfänger 2 eine polarisierte
Strahlung emittiert wird, so hängt
die Reflektivität
der Dipolantenne 23 von einem Winkel zwischen der Dipolantenne 23 und
der Polarisationsebene der Strahlung ab. Weil sich dieser Winkel
periodisch ändert,
ist auch die Reflektivität
der Dipolantenne 23 zeitabhängig, wodurch die Amplitude
der reflektierten Strahlung moduliert wird.
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Eine
Einrichtung mit phasenmodulierender Wirkung zeigt die 7.
Bei der Einrichtung handelt es sich um einen Lautsprecher 25,
genauer um einen Miniaturlautsprecher 25, wie sie beispielsweise
in Ohrhörern
Verwendung finden. Der Laut sprecher 25 umfasst eine Membran 26,
die orthogonal zur optischen Achse 4 ausgerichtet ist.
Auf der Membran 26 ist eine reflektive Kugelkalotte 27 vorgesehen,
deren Mittelachse mit der optischen Achse 4 identisch ist. Indem
die Membran 26 vibriert, wird die Kugelkalotte 27 entlang
der optischen Achse 4 hin- und herbewegt. Auf die Kugelkalotte 27 auftreffende
elektromagnetische Strahlung wird von dieser reflektiert und infolge
der zur optischen Achse 4 parallelen Bewegung der Kugelkalotte 27 phasenmoduliert.
Im reflektierten Signal entstehen so frequenzverschobene Spektralanteile,
wie sie durch Dopplerverschiebung an einem relativ zum Radarsender-Empfänger 2 bewegten Fahrzeug
auch entstehen würden.
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Neben
den gezeigten Möglichkeiten
zur mechanischen Modulation der reflektierten elektromagnetischen
Strahlung kann diese auch auf elektronischem Wege moduliert werden.
Dies ist in den 8 und 9 gezeigt.
In 8 umfasst eine die Strahlung modulierende Einrichtung
eine Dipolantenne 28 und eine mit dieser verbundene elektrische
Schaltung 29. Die Dipolantenne 28 wirkt als Empfangs- und
Sendeantenne. Sobald der Bereich 6 wenigstens teilweise
auf die Dipolantenne 28 trifft, wird ein entsprechender
Teil der in ihm gebündelten
elektromagnetischen Strahlung von der Dipolantenne 28 empfangen
und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das an die elektrische
Schaltung 29 übergeben
wird. Von der Schaltung 29 wird das Signal auf gewünschte Weise
moduliert und an die Antenne 28 zurückgegeben, welche das modulierte
Signal wieder in eine elektromagnetische Strahlung umwandelt und
als modulierte Strahlung reemittiert. Die von der Schaltung 29 durchgeführte Modulation
des elektrischen Signals kann zusätzlich auch eine Zeitverzögerung des
Signals umfassen. Hierfür
kann eine Verzögerungsleitung
in Form einer dielektrischen Leitung oder einer SAW-Verzögerungsleitung
vorgesehen sein.
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In
Abwandlung der Ausführung
der Einrichtung der 8 weist die Einrichtung der 9 statt der
Dipolantenne 28 einen offenen Hohlleiter als Antenne 30 sowie
eine daran angeschlossene elektrische Schaltung 29 auf.
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Die
Verwendung von modulierter Strahlung kommt vor allem bei den mit
Bezug auf die 1 bis 4 beschriebenen
Ausrichtvorrichtungen in Betracht, bei denen das Nachweisfenster
selbst ein für die
Strahlung des Senders/Empfängers 2 empfindliches
Element ist. 10 zeigt eine solche Vorrichtung.
Bei dieser Vorrichtung, einer Abwandlung der in 4 gezeigten,
ist ein Gitter 49 mit einer Vielzahl von parallelen Leitern 50 im
Strahlengang zwischen der Linse 3 und dem Detektor 19 angeordnet
und mit Hilfe eines Motors 51 drehbar, so dass der Winkel zwischen
der Polarisationsebene der Strahlung vom Sender/Empfänger 2 und
den Leitern 50 ständig
variiert. Das rotierende Gitter 49 prägt vom Sender/Empfänger 2 emittierter
linear polarisierter Strahlung einen sinusförmig oszillierenden Intensitätsverlauf
auf. Das Gitter 49 kann realisiert sein in Form von feinen
Drähten,
die in einem Rahmen aufgespannt sind, oder die Leiter 50 sind
dünne Metallstreifen,
die auf einen für
die Strahlung des Senders/Empfängers 2 durchlässigen Träger aufgedampft
sind.
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Bei
allen bislang betrachteten Ausführungsbeispielen
ist die Möglichkeit
nicht auszuschließen, dass
vom Sender/Empfänger 2 abgegebene
Strahlung unmittelbar an einer der Oberflächen der Linse 3 reflektiert
und zum Sender/Empfänger 2 zurückgeworfen
wird. Wenn dies der Fall ist, bilden der Sender/Empfänger 2 und
die Linse 3 einen Resonator, der, auch wenn seine Güte gering
ist, zu einer resonanten Feldstärkenüberhöhung zwischen
Sender/Empfänger 2 und
Linse 3 führen
kann, die möglicherweise
auf den Sender/Empfänger 2 rückwirkt. Eine
daraus resultierende Verfälschung
des Abstrahlverhaltens des Senders/Empfängers 2 kann zu Fehlern
beim Ausrichten führen.
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Um
dieses Problem zu lindern oder zu vermeiden, ist zum einen, falls
die Linse 3 plankonvex ist, die konvexe Seite der Linse 3 dem
Sender/Empfänger 2 zugewandt,
so dass ein an die ser Oberfläche
der Linse reflektierter Strahl aufgeweitet wird und allenfalls ein
kleiner Anteil seiner Leistung wieder auf den Sender/Empfänger 2 trifft.
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Eine
zweite Möglichkeit,
Rückreflexe
von der Linse 3 in den Sender/Empfänger 2 zu unterdrücken, ist,
die Oberflächen
der Linse 3 reflexmindernd auszubilden. 11 zeigt
eine solche reflexmindernde Linse 3 im Schnitt. Auf beiden
Oberflächen
der Linse ist ein System von Vertiefungen 52 gebildet,
deren Tiefe an der dem Sender/Empfänger 2 zugewandten konvexen
Seite 53 der Linse 3 jeweils ein Viertel der Wellenlänge des
Sender/Empfängers 2 in
Luft und an der abgewandten Seite 54 einem Viertel der
Wellenlänge
des Sender/Empfängers 2 im
Material der Linse 3 entspricht. Strahlungsanteile, die
jeweils an den erhabenen Oberflächenbereichen
bzw. am Boden der Vertiefungen 52 reflektiert werden, haben
einen Phasenversatz von 180° und
löschen
einander aus. Die Vertiefungen 52 können insbesondere als konzentrische
Ringe realisiert sein, wobei die Breite der Ringe kleiner als die
Wellenlänge
der Strahlung gewählt
ist, um Streuung an den Vertiefungen 52 zu vermeiden.
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Bei
den bisherigen Beispielen wurde stets von einer Sammellinse 3 als
abbildendem optischen Element ausgegangen, welche die Strahlung
des Radarsender-Empfängers 2 im
Bereich 6 bündelt.
Statt einer Sammellinse 3 kann die elektromagnetische Strahlung
wie in den 9a und 9b gezeigt
aber auch von einem Reflektor 31 gebündelt werden. Der Reflektor 31 weist
eine reflektierende Fläche
in der Art eines Hohlspiegels auf. Wie die Sammellinse 3 ist der
Reflektor 31 derart vor dem Radarsender-Empfänger 2 angeordnet,
dass seine optische Achse 4 mit einer Zielrichtung für die Hauptstrahlrichtung 5, bzw.
einer Längsachse
des Kraftfahrzeuges 1 zusammenfällt. Schräg neben der optischen Achse 4 ist ein
Sensor 9 vorgesehen. Diese Anordnung von Reflektor 31 und
Sensor 9 entspricht der Anordnung von Reflektor und Okular
in einem Spiegelteleskop nach Herschel und wird deswegen bevorzugt,
weil der Sensor 9 die Apertur des Reflektors 31 nicht
beeinträchtigt.
Der Sensor 9 weist wieder eine sensitive Fläche 12 zum
Erfassen von Strahlungsleistung auf. Es wird auch im vorliegenden
Fall nur solche Strahlungsleistung erfasst, die auf die sensitive
Fläche 12 fällt. Die
sensitive Fläche 12 des
Sensors 9 bildet daher auch bei dieser Ausführung des
abbildenden Elementes als Reflektor 31 ein Nachweisfenster,
welches diesmal jedoch seitlich der optischen Achse 4 angeordnet
ist.
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In 9a ist die Situation bei falsch ausgerichteter
Hauptstrahlrichtung 5 dargestellt. Auf den Reflektor 31 treffende
Strahlung wird reflektiert und dabei in einem Bereich 33 zwischen
Reflektor 31 und Radarsender-Empfänger 2 gebündelt. Der
Bereich 33 ist vom Sensor 9 beabstandet, so dass
der Sensor 9 die im Bereich 33 gebündelte Strahlung
nicht erfassen kann. Wie in den vorherigen Beispielen beschrieben,
wird die Hauptstrahlrichtung 5 des Radarsender-Empfängers 2 derart
variiert, dass der Bereich 33 wie in 10b zu
sehen ist, auf den Sensor 9 trifft und der Sensor 9 die
im Bereich 33 gebündelte Strahlung
erfassen kann. Es erfolgt eine Optimierung der Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung 5 so
lange, bis der Sensor 9 eine maximale Strahlungsintensität erfasst.
Wie in den vorherigen Beispielen auch ist dies genau dann der Fall,
wenn die Hauptstrahlrichtung 5 mit der Zielrichtung bzw.
der optischen Achse 4 des Reflektors 31 zusammenfällt.