DE102006020943A1 - Verfahren zur Bestimmung der Entfernung mittels des FMCW-Radarverfahrens - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Entfernung zwischen einem Abstandssensor, welcher nach dem FMCW-Radarprinzip arbeitet, und einem Objekt, wobei der Abstandssensor die Entfernung zu dem Objekt aus der Laufzeit des von ihm ausgesandten Radarsignals ermittelt. Gemäß der Erfindung wird die Frequenz f(t) des Sendesignals in mehreren aufeinander folgenden Modulationszyklen mit einer vorgebbaren Dauer TMZ zwischen einem vorgebbaren unteren Frequenzwert fmin und einem vorgegebenen oberen Frequenzwert fmax moduliert, wobei die Frequenz f(t) des Sendesignals in einer Modulationspause mit einer vorgebbaren Dauer TMP zwischen den Modulationszyklen auf einen vorgebbaren konstanten Frequenzwert fkonst gehalten wird, wobei die Dauer TMP pseudozufällig gewählt oder einer Datenbank entnommen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Abstandssensor und einem Objekt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus DE 197 31 085 A1 ist bekannt, dass bei Abstandssensoren häufig frequenzmodulierte Radarwellen (FMCW-Prinzip) verwendet werden, wobei aus einem Vergleich der jeweiligen Frequenz der gesendeten und der nach einer Reflexion empfangenen Welle auf die Entfernung zum reflektierenden Hindernis geschlossen werden kann. So ist es z.B. möglich, die Höhe eines Flugkörpers durch die Messung der Laufzeit eines von einem Abstandssensor an Bord des Flugkörpers gesendeten Radarsignals zu bestimmen.
  • Die Abstandssensoren und somit die genaue und zuverlässige Bestimmung von Entfernung bzw. Höhe können aber durch Störsignale signifikant gestört werden. So können z.B. durch so genannte elektronische Gegenmaßnahmen (EloGM) dem Abstandssensor falsche Echosignale (Täuschsignale) angeboten werden, wodurch der Abstandssensor eine zu große oder zu geringe Entfernung bestimmt.
  • Um einen gegnerischen Abstandssensor zu stören, sendet das EloGM-System ein Täuschsignal in dem genau definierten, schmalen zeitlichen Empfangsfenster in dem der Abstandssensor das tatsächliche Nutzsignal (=tatsächlich vom Objekt reflektiertes Echosignal) erwartet. Bekannte Abstandssensoren arbeiten mit Sendesignalen welche z.B. einen dreieckförmigen Frequenzmodulationsverlauf aufweisen (1). 1 zeigt das Sendesignal S des Abstandssensors und das empfangene Nutzsignal E. Aus dem Laufzeitunterschied tw zwischen Sendesignal S und Nutzsignal E kann die Entfernung zum reflektierenden Objekt bestimmt werden (2). Um den Abstandssensor zur Bestimmung einer falschen Höhe zu führen, sendet ein EloGM-System eine Kopie des Sendesignals als Täuschsignal an den Abstandssensor, wobei dieses Täuschsignal im Empfangsfenster vor dem Nutzsignal beim Abstandssensor eintreffen muss. Aus dem Laufzeitunterschied tt zwischen Sendesignal S und Täuschsignal T bestimmt der Abstandssensor somit eine falsche Entfernung. Für den Fall, dass tt < tw, wird eine zu geringe Entfernung ermittelt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben mit welchem ein nach dem FMCW-Radarprinzip arbeitender Abstandssensor vor Täuschsignalen zuverlässig geschützt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird die Frequenz f(t) des Sendesignals des Abstandssensors in mehreren aufeinander folgenden Modulationszyklen mit einer vorgebbaren Dauer TMZ zwischen einem vorgebbaren unteren Frequenzwert fmin und einem vorgebbaren oberen Frequenzwert fmax moduliert, wobei die Frequenz f(t) des Sendesignals in einer Modulationspause mit einer vorgebbaren Dauer TMP zwischen den Modulationszyklen auf einen vorgebbaren konstanten Frequenzwert fkonst gehalten wird, wobei die Dauer TMP pseudozufällig gewählt oder einer Datenbank entnommen wird.
  • Für die Realisierung der pseudozufälligen Werte stehen verschiedene Ansätze zur Verfügung. Neben den herkömmlichen rückgekoppelten Schieberegistern bietet sich hier an, einen während der Verarbeitung der Messwerte anfallenden Zwischenwert für diesen Zweck zur verwenden. Die Werte können aber auch herkömmlichen Zufallsgeneratoren entnommen werden.
  • Beim konventionellen Abstandssensor kann ein EloGM-System durch einfache Beobachtung des Radarsignals den passenden Zeitpunkt zum Aussenden des Täuschsignals feststellen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hat das EloGM-System keine Möglichkeit mehr, dem Abstandssensor ein Täuschsignal innerhalb des Empfangsfensters zuzuführen, da die Dauer TMP der Modulationspausen im Abstands sensor gespeichert sind und einem gegnerischen EloGM-System nicht bekannt sind. Werte für die Dauer TMP können dabei entweder in einer Datenbank im Abstandssensor abgelegt sein oder mittels herkömmlicher Zufallsgeneratoren generiert werden. Um den Abstandssensor zu täuschen, muss das EloGM-System somit ein Täuschsignal an den Abstandssensor senden, dessen Ankunftszeitpunkt beim Sensor innerhalb eines sehr engen zeitlichen Fensters eintreffen muß. Die Größe dieses Fensters ist abhängig von verschiedenen Parametern (Dauer der Rampe, Entfernungen, Frequenzhub), wird aber typisch unterhalb von 1 μs liegen. Die Wahrscheinlichkeit, dass dies zuverlässig gelingt, kann in typischen Fällen als vernachlässigbar gering eingeschätzt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die Dauer TMZ aufeinander folgender Modulationszyklen und/oder der untere Frequenzwert fmin und/oder der obere Frequenzwert fmax und/oder der konstante Frequenzwert fkonst pseudozufällig für jeden Modulationszyklus bzw. für jede Modulationspause gewählt oder einer Datenbank entnommen.
  • Durch diese Maßnahmen wird der Schutz des Abstandssensors vor Störern weiter verbessert. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit eines zufälligen Treffers des EloGM-Systems im Empfangsfenster des Abstandssensors weiter verringert, da weitere Parameter der Entfernungsmessung in jedem Modulationszyklus variierbar sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Frequenz f(t) des Sendesignals des Abstandssensors innerhalb eines Modulationszyklus gemäß einem sägezahnförmigen oder dreieckförmigen oder sinusförmigen Verlauf oder gemäß einem daraus beliebig kombinierten Verlauf moduliert. Auch durch diese Maßnahme wird die Wahrscheinlichkeit eines zufälligen Treffers des EloGM-Systems im Empfangsfenster des Abstandssensors weiter verringert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann z.B. in mit Annäherungssensoren ausgerüsteter Munition eingesetzt werden. Selbstverständlich kann das Verfahren auch in Abstandssensoren im Kraftfahrzeugbereich Verwendung finden.
  • Die Erfindung wird im weiteren anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Frequenz des Sendesignals bei einem konventionellen Abstandssensor nach dem FMCW-Radarverfahren,
  • 2 eine Detailbetrachtung der zeitlichen Zusammenhänge zwischen Sendesignal, Nutzsignal und Täuschsignal,
  • 3 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Frequenz des Sendesignals gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • 1 zeigt wie bereits oben beschrieben, den zeitlichen Verlauf der Frequenz des Sendesignals bei einem konventionellen Abstandssensor nach dem FMCW-Radarverfahren mit dreiecksförmiger Frequenzmodulation. Die einzelnen Modulationszyklen weisen eine Länge TMZ auf und folgen direkt aufeinander.
  • 2 zeigt wie bereits oben beschrieben, eine Detailbetrachtung der zeitlichen Zusammenhänge zwischen Sendesignal, Nutzsignal und Täuschsignal. Aus dem Laufzeitunterschied tw zwischen Sendesignal S und Nutzsignal E kann die Entfernung zum reflektierenden Objekt bestimmt werden. Sendet das EloGM-System das Täuschsignal allerdings zu einem Zeitpunkt, dass das Täuschsignal zeitlich vor dem Nutzsignal den Abstandssensor erreicht, so bestimmt der Abstandssensor aus dem Laufzeitunterschied tt zwischen Sendesignal S und Täuschsignal T eine falsche, nämlich zu geringe Höhe.
  • 3 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Frequenz des Sendesignals S und des Nutzsignals E gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die einzelnen Modulationszyklen MZ1, MZ2, MZ3 sind durch Modulationspausen MP1, MP2 von einander getrennt. Die Dauer TMP1, TMP2 sind dabei zweckmäßig unterschiedlich, wobei sie zufällig gewählt oder einer Datenbank entnommen werden. Während der Modulationspausen MP1, MP2 wird die Frequenz f(t) des Sendesignals konstant gehalten. Die Frequenz f1(t) in der Modulationspause MP1 ist beispielhaft größer als die Frequenz f2(t) in der Modulationspause MP2.
  • Als Modulationsform wurde beispielhaft eine Dreiecksform gewählt. Selbstverständlich können die Modulationszyklen auch eine Sägezahnform, eine Sinusform oder eine Kombination aus einer Dreiecks-, Sägezahn- oder Sinusform aufweisen. Die Anfangsfrequenz fa(t) eines Modulationszyklus MZ1 kann sich zweckmäßig von der Endfrequenz fe(t) des jeweiligen Modulationszyklus MZ1 unterscheiden. Die sich im zeitlichen Verlauf an die Endfrequenz fe(t) anschließende Frequenz f1(t) muss nicht zwangsläufig der Endfrequenz fe(t) entsprechen. Zweckmäßig kann die Frequenz f1(t) in der Modulationspause MP1 größer oder kleiner als die Endfrequenz fe(t) des vorherigen Modulationszyklus MZ1 sein.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Ermittlung der Entfernung zwischen einem Abstandssensor, welcher nach dem FMCW-Radarprinzip arbeitet, und einem Objekt, wobei der Abstandssensor die Entfernung zu dem Objekt aus einem Vergleich des Sendesignals mit dem Empfangssignal ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f(t) des Sendesignals in mehreren aufeinander folgenden Modulationszyklen mit einer vorgebbaren Dauer TMZ zwischen einem vorgebbaren unteren Frequenzwert fmin und einem vorgebbaren oberen Frequenzwert fmax moduliert wird, wobei die Frequenz f(t) des Sendesignals in einer Modulationspause mit einer vorgebbaren Dauer TMP zwischen den Modulationszyklen auf einen vorgebbaren konstanten Frequenzwert fkonst gehalten wird, wobei die Dauer TMP pseudozufällig gewählt oder einer Datenbank entnommen wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer TMZ aufeinander folgender Modulationszyklen und/oder der untere Frequenzwert fmin und/oder der obere Frequenzwert fmax und/oder der konstante Frequenzwert fkonst pseudozufällig für jeden Modulationszyklus bzw. für jede Modulationspause gewählt oder einer Datenbank entnommen werden.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f(t) des Sendesignals innerhalb eines Modulationszyklus gemäß einem sägezahnförmigen oder dreieckförmigen oder sinusförmigen Verlauf oder gemäß einem daraus beliebig kombinierten Verlauf moduliert wird.
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