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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Radargerät wie etwa
ein FMCW-(frequenzmoduliertes Dauerstrich)-Radar, welches ausgelegt
ist, um durch eine Mehrzahl von Antennen eine frequenzmodulierte
Radarwelle auszusenden und ein Echo derselben von einem Objekt zu
empfangen, um den Abstand zu dem Objekt, dessen Relativgeschwindigkeit
und Azimut oder Winkelrichtung zu bestimmen.
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2. Stand der Technik
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In
der jüngeren
Vergangenheit wurde versucht, Radargeräte in einer Antikollisionsvorrichtung von
Kraftfahrzeugen zu verwenden. Als solche wurden FMCW-Radargeräte, welche
zum Messen sowohl des Abstands zu einem Ziel als auch dessen Relativgeschwindigkeit
ausgelegt sind, als Radargeräte
zur Erleichterung von Miniaturisierung und Reduktion von Herstellungskosten
hiervon vorgeschlagen.
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Typische
FMCW-Radargeräte
senden ein Radarsignal Ss aus, wie durch eine durchgezogene Linie
in 9(a) angedeutet, welches mit
einer Dreieckwelle frequenzmoduliert ist, um eine Frequenz aufzuweisen,
welche steigt und fällt,
d. h. zyklisch in einer linearen Art und Weise aufwärts und
abwärts wobbelt,
und empfangen ein Radarecho des ausgesendeten Radarsignals Ss von
einem Ziel. Das empfangene Signal Sr, wie durch eine unterbrochene
Linie angedeutet, ist in der Regel einer Zeitverzögerung Tr,
welche das Radarsignal Ss braucht, um von dem Radargerät zu dem
Ziel und zurück
zu wandern, d. h., einer zeitlichen Nacheilung, welche von dem Abstand
zu dem Ziel abhängt,
unterworfen und wird als eine Funktion der Relativgeschwindigkeit
des Ziels in der Frequenz um Fd Dopplerverschoben.
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Das
empfangene Signal Sr und das ausgesendete Signal Ss werden durch
einen Mischer zusammengemischt, um ein Schwebungssignal B zu erzeugen,
wie in 9(b) gezeigt, dessen Frequenz gleich
einer Frequenzdifferenz zwischen dem empfangenen Signal Sr und dem
ausgesendeten Signal Ss ist. Falls die Frequenz des Schwebungssignals
B, wenn die Frequenz des Sendesignals Ss ansteigt oder aufwärts wobbelt,
welche nachstehend als eine Schwebungsfrequenz in einem Anstiegsbereich
einer modulierten Frequenz bezeichnet werden wird, als fb1 definiert
ist, die Frequenz des Schwebungssignals B, wenn die Frequenz des
Sendesignals Ss abwärts
wobbelt, welche nachstehend als eine Schwebungsfrequenz in einem
Abfallbereich einer modulierten Frequenz bezeichnet werden wird,
als fb2 definiert ist, dann kann die Frequenz fr aufgrund der Zeitverzögerung Tr
und die Doppler-verschobene Frequenz fd ausgedrückt werden als: fr = fb1 + fb2 / 2
(1)
fd = fb1 – fb2 / 2
(2)
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Unter
Verwendung der Frequenzen fr und fd kann der Abstand R zu dem Ziel
und dessen Relativgeschwindigkeit V ausgedrückt werden als: R = c·fr / 4·fm·ΔF
(3)
V = c·fd / 2·Fo
(4) wobei
c die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Funkwelle ist, fm eine Modulationsfrequenz
des ausgesendeten Signals Ss ist, ΔF eine Variation in einer Frequenz
(d. h. Amplitude) des ausgesendeten Signals Ss ist und Fo eine Mittenfrequenz
des ausgesendeten Signals Ss ist.
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Die
Bestimmung der Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2 wird üblicherweise
unter Verwendung eines Signalprozessors bewerkstelligt. Insbesondere wird
das Schwebungssignal B sowohl in dem Anstiegs- als auch Abfallbereich
der modulierten Frequenz nacheinander abgetastet und einer schnellen Fourier-Transformation
(FFT) unterworfen, um ein Frequenzspektrum des Schwebungssignals
B zu finden. Frequenzkomponenten, welche Spitzenwerte in der Signalstärke innerhalb
des Anstiegs- und Abfallbereichs der modulierten Frequenz zeigen,
werden als die Schwebungsfrequenzen fb1 bzw. fb2 bestimmt.
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Die
Abtastfrequenz fs des Schwebungssignals B muß, wie im Stand der Technik
wohlbekannt ist, das zweifache einer oberen Frequenzgrenze des Schwebungssignals
B betragen. Insbesondere werden die Frequenzvariation ΔF und ein
Modulationszyklus 1/fm einer Radarwelle so festgelegt, daß Frequenzkomponenten
des Schwebungssignals B aufgrund von Echos der Radarwelle von Zielen,
welche sich innerhalb eines vorgegebenen Zielerfassungsbereichs
befinden, in ein Band fallen, welches unterhalb der oberen Frequenzgrenze
des Schwebungssignals B vorgegeben ist.
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Üblicherweise
sind Echos der Radarwelle von stationären Objekten wie etwa Fußgängerbrücken oder
Gebäuden
nahe einer Straße,
welche bezüglich
einer Abmessung viel größer als
herkömmliche
Kraftfahrzeuge sind, auch dann pegelstark, wenn sie sich außerhalb
des Zielerfassungsbereichs befinden (solche Objekte werden nachstehend
als Fernziele bezeichnet werden). Daher wird, wenn das Radargerät ein Radarecho
von dem Fernziel empfängt, dies
bewirken, daß das
Schwebungssignal B, wie in 10(a) gezeigt,
eine Frequenzkomponente enthält,
welche die obere Frequenzgrenze überschreitet. 10(a) stellt ein Frequenzspektrum des Schwebungssignals
B dar. In diesem Fall wird, wenn das Schwebungssignal B abgetastet
und der FFT unterworfen wird, dies bewirken, daß die Frequenzkomponente aufgrund
des Fernziels, welche die obere Frequenzgrenze des Schwebungssignals
B überschreitet,
wie durch eine unterbrochene Linie angedeutet, an eine Stelle verschoben
wird, welche bezüglich
des halben Werts der Abtastfrequenz fs symmetrisch ist, so daß sie als
eine Frequenzspitze innerhalb des vorgegebenen Bandes erscheint.
Dies bewirkt, daß das
Radargerät
das Fernziel fehlerhaft als innerhalb des Zielerfassungsbereichs
liegend identifiziert.
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Auch
bei Nichtvorliegen der Fernziele kann die FFT von Abtastwerten des
Schwebungssignals B bewirken, daß sich irgendwelche Rauschkomponenten,
wie in 10(b) gezeigt, von außerhalb
der oberen Frequenzgrenze des Schwebungssignals B in das vorgegebene
Band hinein bewegen, wodurch ein Anstieg eines Grundrauschens innerhalb
des vorgegebenen Bandes hervorgerufen wird, was zu einem Abfall
des Rauschabstands führt,
womit ein Absinken der Radarleistung hervorgerufen wird. Um dieses Problem
zu vermeiden, kann ein Anti-Aliasing-Filter an einen Ausgang des
Mischers gekoppelt werden, um, wie in 10(c) gezeigt,
Rauschkomponenten zu entfernen, welche außerhalb des vorgegebenen Bandes
liegen, insbesondere Frequenzkomponenten oberhalb des halben Werts
der Abtastfrequenz fs von dem Schwebungssignal B, welches durch
den Mischer erzeugt wird.
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Elektronisch
abgetastete Radarsysteme sind Bekannterweise auch zum Ausweiten
des Zielerfassungsbereichs oder Verbessern der Bestimmungsgenauigkeit
der Winkelrichtung eines Ziels ausgelegt. Ein Radarsystem solcher
Art arbeitet, um ein Echo einer Radarwelle von einem Ziel durch
eine Mehrzahl von Antennen zu empfangen und die Winkelrichtung des
Ziels auf der Grundlage von Phasen- und Pegeldifferenzen der durch
die Antennen empfangenen Signale zu bestimmen. Z. B lehrt
US-P-6,292,129 an Mazugatani
et al. (entsprechend japanischer Patenterstveröffentlichung Nr. 2000-284047),
welche dem gleichen Anmelder wie dem dieser Anmeldung zugeordnet
ist, das elektronisch abgetastete Radarsystem, welches zum Verringern
der Herstellungskosten einen einzigen Mischer verwendet. Der Mischer
ist ausgelegt, um Signale, welche durch eine Mehrzahl von Antennen
empfangen werden, durch Zeitteilung zu verarbeiten, um ein Schwebungssignal
zu erzeugen. In der nachstehenden Diskussion werden Kombinationen
von Sendeantennen und Empfangsantennen jeweils als Kanäle bezeichnet
werden.
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Die
Verwendung eines Anti-Aliasing-Filters in dem vorgenannten System,
in welchem der Mischer Eingänge
von den Antennen in Zeitteilung verarbeitet, erhöht eine Schwierigkeit dahingehend, Informationen über Ziele
genau abzuleiten. Insbesondere enthält, falls ein Zyklus, in welchem
die Kanäle
von einem zu einem anderen umgeschaltet werden, als 1/fx definiert
ist, ein durch Zeitteilung gemultiplextes Signal, welches in dem
Mischer eingegeben wird, eine Oberschwingung, welche ein ganzzahliges Vielfaches
einer Frequenz fx ist. Ein Ausgang des Mischers, d. h., das Schwebungssignal
B, enthält
somit eine Frequenzkomponente, welche von dieser Oberschwingung
herrührt,
was zu einem Anstieg in dem Frequenzband des Schwebungssignals B
führt. Dies
bewirkt, daß der
Anti-Aliasing-Filter
auch Informationen beseitigt, welche benötigt werden, um die durch Zeitteilung
gemultiplexten Signale in diskrete Komponenten für die jeweiligen Kanäle zu demultiplexieren.
Dies führt
zu einem Überlappen
der diskreten Komponenten, womit eine Schwierigkeit im genauen Abtasten
der Pegel der durch die Antennen empfangenen Signale hervorgerufen
wird.
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Radarsysteme,
welche eine Mehrzahl von Sendeantennen verwenden, arbeiten, um eine
Radarwelle durch Zeitteilung zu multiplexen. Daher empfangen sie,
auch wenn für
jede Empfangsantenne ein Mischer vorgesehen ist, jeweils Echosignale der
durch Zeitteilung gemultiplexten Komponenten der Radarwelle, womit
dasselbe Problem wie zuvor beschrieben hervorgerufen wird.
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Die
Bestimmung einer Winkelrichtung eines Ziels als Funktionen von Phasen-
und Intensitätsunterschieden
von Echosignalen, welche durch eine Mehrzahl von Kanälen empfangen
werden, erfordert eine Zeitkonsistenz oder -synchronisierung zwischen den
Echosignalen. Zu diesem Zweck müssen
alle Datenelemente, welche in jedem Kanal für die FFT benötigt werden,
innerhalb einer Wobbelzeit T (= 1/2fm), welche für sowohl ein Aufwärts- als
auch ein Abwärtswobbeln
der Frequenz eines Sendesignals gebraucht wird (d. h. innerhalb
sowohl des Anstiegs- als auch -abfallbereichs der modulierten Frequenz), erhalten
werden.
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Falls
eine Gesamtzahl von Datenelementen, welche innerhalb der Wobbelzeit
T abzutasten sind, als n (= Anzahl Nc von Kanälen × Anzahl Dpc von in jedem Kanal
abzutastenden Datenelementen) definiert ist und ein Zeitintervall,
in welchem die Kanäle von
einem zu einem anderen umgeschaltet werden, als 1/fx definiert ist,
kann die Wobbelzeit T ausgedrückt
werden als: T = 1 / 2·fm
= n / fx
(5) wobei die
Abtastfrequenz fs in jedem Kanal = fx/Nc. Man beachte, daß das Kanalumschaltintervall
1/fx auf weniger als eine Umschaltgeschwindigkeit eines Hochfrequenzschalters,
welcher arbeitet, um zwischen Verbindungen von Antennen mit einem Mischer
umzuschalten, oder eine Arbeitsgeschwindigkeit (d. h. eine Abtastgeschwindigkeit)
eines A/D-Wandlers, welcher arbeitet, um das Schwebungssignal abzutasten,
je nachdem, welche langsamer ist, beschränkt ist.
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Falls
die Anzahl Dpc von in jedem Kanal abzutastenden Datenelementen festgelegt
ist, hängt die
Wobbelzeit T nur von der Anzahl Nc von Kanälen ab. Ein Erhöhen der
Anzahl Nc von Kanälen,
um die Fähigkeit,
die Winkelrichtung eines Ziels zu bestimmen, zu verbessern, resultiert
somit in einem Erhöhen
der Wobbelzeit T.
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Eine
solche Erhöhung
der Wobbelzeit T resultiert jedoch in typischen FMWC-Radargeräten in einer
unerwünschten
Verkleinerung eines Radarbereichs, welcher in der Lage ist, die
Relativgeschwindigkeit V eines Ziels zu bestimmen. Insbesondere werden
die Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2, welche durch die FFT erzeugt
werden, in einem ganzzahligen Vielfachen einer Einheitsfrequenz
1/T gemessen, was der Kehrwert der Wobbelzeit T ist. Die Auflösung Δf der Schwebungsfrequenzen
fb1 und fb2, d. h., Auflösungen Δfr und Δfd der Frequenzen
fr und fd, sind somit durch die nachstehende Gleichung gegeben. Δf(= Δfr = Δfd) = 1 / T
= fx / n
(6)
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Die
Auflösung ΔR im Bereich
des FMCW-Radars wird durch nachstehende Gleichung (7) ausgedrückt, welche
durch Substituieren von fr durch Δfr
auf der rechten Seite von Gleichung (3) umgeschrieben ist. ΔR
= c·Δfr / 4·fm·ΔF
= c / 2·ΔF
(7)
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Die
Auflösung ΔV beim Bestimmen
der Relativgeschwindigkeit eines Ziels wird durch nachstehende Gleichung
(8) ausgedrückt,
welche durch Substituieren von fd durch Δfd auf der rechten Seite von Gleichung
(4) und Umschreiben derselben unter Verwendung von Gleichung (6)
erhalten wird. ΔV = c·Δfd / 2·Fo
= c / 2·Fo·T
(8)
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Gln.
(7) und (8) zeigen, daß ein
Vergrößern der
Frequenzvariation ΔF
zu einer Erhöhung
der Bereichsauflösung ΔR führt, und
ein Erhöhen
der Wobbelzeit T zu einer Erhöhung
der Geschwindigkeitsauflösung ΔV, aber zu
einer unerwünschten
Verkleinerung eines Radarbereichs, welcher in der Lage ist, die
Relativgeschwindigkeit V eines Ziels zu bestimmen, führt.
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11(a) zeigt eine Variation der Wobbelzeit T für unterschiedliche
Werte der Abtastfrequenz fs in einem Kanal in einem Modulationsmodus
A (185 kHz) und einem Modulationsmodus B (370 kHz), falls die Frequenzvariation
dF konstant ist (200 MHz). 11(b) zeigt
eine Änderung
des Radarbereichs, innerhalb dessen der Abstand R zu einem Ziel
und dessen Relativgeschwindigkeit V bestimmt werden kann. Wie aus
den Zeichnungen klar ist, führt
ein Erhöhen
der Wobbelzeit T in dem Modulationsmodus A zu einer Verkleinerung
des Radarbereichs, innerhalb dessen die Relativgeschwindigkeit V
bestimmt werden kann. Man beachte, daß ein größter meßbarer Abstand zu einem Objekt
bestimmt ist, wenn fr = fs/2, und eine größte meßbare Relativgeschwindigkeit
des Objekts bestimmt ist, wenn fd = fs/4. Die Anzahl Dpc von in
jedem Kanal abzutastenden Datenelementen ist 512.
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Insbesondere
müssen
sich Radargeräte, welche
mehrere Kanäle
aufweisen, welche aus einer Mehrzahl von Sendeantennen errichtet
sind, für
wenigstens eine Zeit, welche eine Radarwelle braucht, um von dem
Radargerät
zu einem Ziel und zurück
zu wandern, in einem Wartezustand befinden, um ein Problem zu beseitigen,
daß, nachdem
die Kanäle
von einem zu einem anderen umgeschaltet worden sind, ein Schwebungssignal,
welches von einem Echo einer von einer vorausgehenden der Sendeantennen ausgegebenen
Radarwelle herrührt,
fehlerhaft als von einem Echo einer von der Sendeantenne des nun
ausgewählten
Kanals ausgesendeten Radarwelle herrührend abgetastet wird. Insbesondere
ist es erforderlich, die Wobbelzeit T zu erhöhen, um ein solches Problem
zu vermeiden.
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Typische
FMCW-Radargeräte
empfangen üblicherweise
ein Echo einer Radarwelle von einer Straßenoberfläche durch einen durch eine
Antenne ausgebildeten Strahl, welches einem Schwebungssignal als
eine unerwünschte
Signalkomponente hinzugefügt
wird, wodurch die Erfassung einer Schwebungsfrequenz innerhalb eines
Frequenzbands einer solchen Signalkomponente gestört wird.
Z. B. ist ein Echo einer Radarwelle von einer Straßenoberfläche, wie
in 12 gezeigt, empfangen durch eine Seitenkeule, üblicherweise
das, was von einem nahen Abstand, welcher geringer als die Bereichsauflösung des
Radargeräts
ist, in das Radargerät
eingetreten ist, so daß eine
Frequenzkomponente von einer zeitlichen Nacheilung zwischen Aussendung
der Radarwelle und Empfang des Echos hiervon herrührt. Die Radarwelle
wandert vorwärts
bezüglich
des Fahrzeugs und fällt
unter einem Winkel θ auf
die Straßenoberfläche. Der
Einfallswinkel θ ist
eine Funktion des Abstands zwischen einem Abschnitt der Straßenoberfläche, auf
welchen die Radarwelle fällt,
und dem Fahrzeug. Eine Komponente einer Straßenoberfläche-zu-Fahrzeug-Geschwindigkeit
in einer Richtung des Einfallswinkels θ, wie durch schwarze Pfeile
in der Zeichnung angedeutet, d. h., eine scheinbare Relativgeschwindigkeit
eines auf der Grundlage des Echos der Radarwelle von der Straßenoberfläche bestimmten
Ziels, variiert daher in hohem Maße. Diese Variation resultiert
in einer Variation der Doppler-Verschiebung des durch das Radargerät empfangenen
Echos der Radarwelle, womit über
einen weiten Bereich unerwünschte
Signalkomponenten hervorgerufen werden, welche zu dem Schwebungssignal
hinzuzufügen
sind.
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Aus
der
EP 0 805 360 A2 ist
eine Radarvorrichtung bekannt, die einen Sendesignalgenerator, einen
Sender-Empfänger, einen
Schwebungssignalgenerator und einen Signalprozessor aufweist. Des Weiteren
weist die Radarvorrichtung einen Umschalter auf, der eine Umschaltung
von Kanälen
derart durchführt,
dass in einem ersten Modus alle Kanäle nacheinander in einem Zyklus
ausgewählt
werden und in einem zweiten Modus eine Gruppe von Kanälen gleichzeitig
ausgewählt
wird, wobei nacheinander Gruppen, die zueinander unterschiedliche
Kanäle umfassen,
in einem Zyklus ausgewählt
werden.
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Die
vorliegenden Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile des Stands
der Technik zu vermeiden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radarvorrichtung mit verbesserter
Zuverlässigkeit bereitzustellen,
welche ausgelegt ist, um einen Fehler in der Erfassung eines außerhalb
eines vorgegebenen Radarerfassungsbereichs vorliegenden Fernziels
zu beseitigen und auch eine ungünstige Wirkung
eines Echos einer Radarwelle von einer Straßenoberfläche zu minimieren, ohne die
Fähigkeit des
Radargeräts
zu opfern, den Abstand zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit
zu bestimmen.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung wird eine Radarvorrichtung bereitgestellt,
welche in einem Kraftfahrzeug installiert werden kann, um ein Objekt
zu erfassen, welches voraus vorliegt, um den Abstand zu dem Objekt,
dessen Relativgeschwindigkeit und Azimut oder Winkelrichtung zu
bestimmen. Die Radarvorrichtung weist auf: (a) einen Sendesignalgenerator,
welcher ein Sendesignal erzeugt, welches bezüglich einer Frequenz so moduliert
ist, daß es
zyklisch mit der Zeit variiert; (b) einen Sender-Empfänger,
welcher eine Mehrzahl von Kanälen aufweist,
von denen jeder aus einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne
aufgebaut ist, wobei der Sender-Empfänger das Sendesignal in der
Form einer Radarwelle ausgibt und ein Echo der Radarwelle von einem
Ziel durch irgendeinen der Kanäle
empfängt;
(c) eine Umschaltschaltung, welche einen der Kanäle auf einen anderen, welcher
in dem Sender-Empfänger
zu verwenden ist, umschaltet; (c) einen Schwebungssignalgenerator,
welcher ein Schwebungssignal erzeugt; und (e) einen Signalprozessor,
welcher das durch den Schwebungssignalgenerator erzeugte Schwebungssignal
abtastet und Abtastwerte des Schwebungssignals einer gegebenen Signalverarbeitungsoperation
unterzieht, um vorbestimmte Infomationen über das Ziel zu erzeugen.
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Die
Umschaltschaltung führt
innerhalb jedes Zyklus einer Frequenzmodulation des Sendesignals einen
ersten Schaltsteuerungsmodus und einen zweiten Schaltsteuerungsmodus
durch. In dem ersten Schaltsteuerungsmodus werden in einem Zyklus alle
Kanäle
nacheinander zyklisch ausgewählt.
In dem zweiten Schaltsteuerungsmodus werden in demselben Zyklus
vorbestimmte einzelne Kanäle aus
allen Kanälen
nacheinander zyklisch ausgewählt.
Der Schwebungssignalgenerator mischt ein Echosignal, welches von
einem der Kanäle
empfangen wird, oder Echosignale, welche von allen der durch die
Umschaltschaltung ausgewählten
Kanäle empfangen
werden, mit einem lokalen Signal, welches die gleiche Frequenz wie
die des Sendesignals aufweist, um das Schwebungssignal zu erzeugen. Wenn
alle der Kanäle
nacheinander ausgewählt
sind, wird das Schwebungssignal durch Multiplexen der Echosignale
durch Zeitteilung erzeugt.
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In
dem zweiten Schaltsteuerungsmodus wird, wie zuvor beschrieben, ein
Teil der in dem ersten Schaltsteuerungsmodus in einem Zyklus nacheinander
zyklisch ausgewählten
Kanäle
in demselben Zyklus verwendet, wodurch der Freiheitsgrad erhöht wird,
den Zyklus einer Modulation einer Frequenz des Sendesignals und
eine Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals festzulegen.
Z. B. ist es möglich,
den Zyklus einer Frequenzmodulation zum Vergrößern der Steigung der modulierten
Frequenz und einen Zyklus, in welchem das Schwebungssignal durch
den Signalprozessor in jedem Kanal abgetastet wird, zu verkürzen. Dies
führt zu
einer verbesserten Genauigkeit einer Erfassung eines gewünschten Ziels.
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In
der bevorzugten Art der Erfindung ändert der Sendesignalgenerator
einen Zyklus einer Modulation der Frequenz des Sendesignals auf
eine zeitliche Länge,
welche benötigt
wird, um die in einer Operation des Signalprozessors benötigten Abtastwerte
des Schwebungssignals zu erhalten, als eine Funktion einer Anzahl
der durch die Umschaltschaltung umzuschaltenden Kanäle. Falls
die Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals in dem ersten
Schaltsteuerungsmodus kleiner festgelegt ist, ist es möglich, die
Relativgeschwindigkeit des Ziels mit hoher Auflösung zu bestimmen. Falls die
Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals in dem zweiten
Schaltsteuerungsmodus größer festgelegt
ist, ist es möglich,
einen Bereich, in welchem die Relativgeschwindigkeit des Ziels bestimmt
werden kann, auszuweiten.
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Der
verkürzte
Zyklus einer Frequenzmodulation resultiert in einer verringerten
Ausbreitung einer unerwünschten
Signalkomponente, welche aus einer Reflexion der Radarwelle von
einer Straßenoberfläche herrührt, womit
die Messung einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals aufgrund
einer Reflexion der Radarwelle von einem gewünschten Ziel erleichtert wird,
was in einer erhöhten
Genauigkeit im Finden von Schwebungsfrequenzen resultiert.
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Z.
B. können,
falls schnelle Fourier-Transformationen von Abtastwerten des Schwebungssignals berechnet
werden, Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2, d. h., Frequenzen fr und
fd, in einer Einheit ausgedrückt
werden, welche die Frequenzauflösung Δf ist, wie
durch Gl. (6) ausgedrückt,
welche einer Einheit (d. h., LSB) in binärer Notation entspricht, welche verwendet
wird, um die Frequenzen fr und fd auszudrücken. In der nachfolgenden
Diskussion wird ein Wert, wie unter Verwendung einer solchen Einheit ausgedrückt, als
ein Frequenzpunkt bezeichnet werden. Wie aus der obigen Gl. (8)
ersehen werden kann, steigt der Betrag einer Frequenz, wie durch den
Frequenzpunkt ausgedrückt,
mit einer Verminderung im Frequenzmodulationszyklus (d. h. der Wobbelzeit
T).
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Die
Bereichsauflösung ΔR, bestimmt
als eine Funktion der Frequenzauflösung ΔF, wie durch Gl. (7) ausgedrückt, ist
jedoch von der Wobbelzeit T unabhängig. Daher wird, falls der
Abstand R zu einem Ziel konstant ist, ein Wert R/ΔR konstant
sein, so daß der
Frequenzpunkt, welcher den Abstand R anzeigt (d. h. die Frequenz
fr), ungeachtet der Wobbelzeit T ebenfalls konstant sein. Die Geschwindigkeitsauflösung ΔV, bestimmt
als eine Funktion der Frequenzauflösung ΔF, wie durch Gl. (8) ausgedrückt, ändert sich
als eine Funktion der Wobbelzeit T. Somit wird, auch wenn die Relativgeschwindigkeit V
eines Ziels konstant ist, der Frequenzpunkt, welcher die Relativgeschwindigkeit
V anzeigt, groß, wenn
die Wobbelzeit T wächst.
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Die
unerwünschte
Signalkomponente, welche von der Reflexion der Radarwelle von der
Straßenoberfläche herrührt, entspringt
im wesentlichen nur der Doppler-Verschiebung. Mit fallender Wobbelzeit
T wird ein Band der unerwünschten
Signalkomponente, d. h. die Frequenz fd, wie durch den Frequenzpunkt
ausgedrückt,
verringert. Die Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2, welche aus einer
Reflexion einer Radarwelle von einem Ziel innerhalb des vorgegebenen
Radarerfassungsbereichs herrühren, sind
in einem Abstand voneinander entfernt angeordnet, welcher der Frequenz
fd äquivalent
ist, welche eine Funktion der Relativgeschwindigkeit V über die Frequenz
fr ist, welche eine Funktion des Abstands R ist. Mit fallender Wobbelzeit
T bewegen sich die Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2, wie durch den Frequenzpunkt
ausgedrückt,
nahe an die Frequenz fr. In anderen Worten, die Frequenz fd verringert
sich. Daher kann, wie in 13(a) gezeigt,
eine Erhöhung der
Wobbelzeit T dazu führen,
daß der
Frequenzpunkt, welcher die unerwünschte
Signalkomponente anzeigt, mit dem Frequenzpunkt, welcher die von dem
Ziel herrührende
Schwebungsfrequenz fb1 anzeigt, überlappt.
Umgekehrt resultiert eine Verringerung der Wobbelzeit T, wie in 13(b) gezeigt, in einer Verringerung der Breite
des Frequenzpunkts, welcher die unerwünschte Signalkomponente anzeigt,
und einer Verschiebung des Frequenzpunkts, welcher die Schwebungsfrequenz
fb1 anzeigt, weg von der unerwünschten
Signalkomponente, womit der Frequenzpunkt, welcher die unerwünschte Signalkomponente
anzeigt, weg von den Frequenzpunkten, welche die Schwebungsfrequenzen
fb1 und fb2 anzeigen, verschoben werden kann.
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Der
Signalprozessor kann ausgelegt sein, um einen ersten Betriebsmodus
durchzuführen,
in welchem eine Winkelrichtung des Ziels unter Verwendung einer
Komponente des in dem ersten Schaltsteuerungsmodus erhaltenen Schwebungssignals
bestimmt wird, und einen zweiten Betriebsmodus, in welchem ein Abstand
zu dem Ziel und eine Relativgeschwindigkeit desselben unter Verwendung einer
Komponente des in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus erhaltenen Schwebungssignals
bestimmt werden. Insbesondere ist die Anzahl der in dem ersten Schaltsteuerungsmodus
ausgewählten Kanäle kleiner
als die in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus. Falls ein Umschaltintervall
der Kanäle konstant
ist, wird dies daher erlauben, das Abtastintervall in jedem der
Kanäle
zu verkürzen,
d. h., eine Abtastfrequenz in jedem der Kanäle zu erhöhen. Die Bestimmung des Abstands
zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit kann nur unter Verwendung von
in einem der Kanäle
erhaltenen Daten erreicht werden. Eine Verringerung der zu verwendenden
Kanäle
erzeugt daher keine nachteilige Wirkung bezüglich der Bestimmung des Abstands
zu dem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit.
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Demgemäß verhindert
ein Verringern der in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus auszuwählenden
Kanäle
so, daß die
halbe Abtastfrequenz in jedem der Kanäle höher als eine Maximalfrequenz
einer durch ein Echo der Radarwelle von einem Fernziel, welches
außerhalb
eines vorgegebenen Radarerfassungsbereichs vorliegt, erzeugten Signalkomponente
sein kann, daß Signalkomponenten
durch den Betrieb des Signalprozessors in ein vorgegebenes Band
des Schwebungssignals hinein verschoben werden. Dies beseitigt einen
Fehler dahingehend, das Fernziel als ein innerhalb des vorgegebenen
Radarerfassungsbereichs befindliches Ziel zu identifizieren.
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Weiter
sind in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus Rauschkomponenten, welche
durch Verschiebungen in Komponenten des Schwebungssignals, welche
durch den Betrieb des Signalprozessors wie etwa eine Fourier-Transformation
erzeugt werden, in das vorgegebene Band des Schwebungssignals hinein
erzeugt werden, kleiner als die in dem ersten Schaltsteuerungsmodus,
womit eine Verringerung eines Anstiegs eines Grundrauschens bewirkt wird,
was in einer verbesserten Fähigkeit
der Radarvorrichtung, die Schwebungsfrequenzen zu messen, resultiert.
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Der
Signalprozessor kann in dem ersten Betriebsmodus arbeiten, um eine
Frequenzkomponente, welche in dem Schwebungssignal in dem zweiten Betriebsmodus
zu schließen
ist, unter Verwendung auf einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals,
abgeleitet durch eine gegebene Operation, welche in dem ersten Betriebsmodus
durchgeführt
wird, zu schätzen.
Der Signalprozessor kann eine digitale Strahlformungsoperation an
der geschätzten
Frequenzkomponente durchführen,
um die Winkelrichtung des Ziels zu bestimmen.
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Wenn
in dem ersten Schaltsteuerungsmodus alle Kanäle verwendet werden, kann dies
bewirken, daß eine
Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welche von einem außerhalb
des Radarerfassungsbereichs vorliegenden Fernziel herrührt, als
ein Rauschen in das vorgegebene Band des Schwebungssignals hinein
verschoben wird. Die Frequenzkomponente, welche von einem innerhalb des
Radarerfassungsbereichs vorliegenden Ziel herrührt, kann jedoch in dem zweiten
Schaltsteuerungsmodus bekannt sein, womit ermöglicht wird, daß die Winkelrichtung
des Ziels in dem ersten Schaltsteuerungsmodus unter Verwendung der
bekannten Frequenzkomponente genau bestimmt werden kann, ohne das
Rauschen aus dem vorgegebenen Band des Schwebungssignals zu entfernen,
falls das Rauschen mit der bekannten Frequenzkomponente inkonsistent
ist.
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Der
Signalprozessor kann in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Schaltsteuerungsmodus
Frequenzpaare ausbilden, von denen jedes aus einer Frequenzkomponente
des Schwebungssignals, welche innerhalb eines Anstiegsbereichs einer modulierten
Frequenz, in welchem die Frequenz des Sendesignals ansteigt, erhalten
wird, und einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welches in
einem Abfallbereich einer modulierten Frequenz, in welchem die Frequenz
des Sendesignals abfällt, erhalten
wird, aufgebaut ist, und bestimmt einen Abstand zu einem Objekt
und eine Relativgeschwindigkeit desselben unter Verwendung jedes
der Frequenzpaare. Der Prozessor identifiziert eines der in dem
ersten Schaltsteuerungsmodus ausgebildeten Frequenzpaare, welches
in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit mit irgendeinem der
in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus ausgebildeten Frequenzpaare
identisch ist, als das Ziel, welches durch die Radarvorrichtung
zu erhalten ist. Insbesondere erfaßt die Radarvorrichtung das
gleiche Objekt unter Verwendung von zwei Messungen in dem ersten
und zweiten Schaltsteuerungsmodus und identifiziert es als ein Ziel
nur dann, wenn die zwei Messungen miteinander identisch sind, womit
eine verbesserte Genauigkeit eines Erhaltens eines Ziels erreicht
wird.
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Typische
FMCW-Radargeräte
sind ausgelegt, um den Abstand R zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit
V unter Verwendung von Gln. (3) und (4) unter der Bedingung zu bestimmen,
daß, wenn
die Frequenz des Sendesignals Ss, wie in 9(a) gezeigt,
aufwärts
wobbelt, die Frequenz des Sendesignals Ss höher als das empfangene Signal
Sr in dem Anstiegsbereich der modulierten Frequenz ist, während, wenn
sie abwärts
wobbelt, die Frequenz des empfangenen Signals Sr umgekehrt höher als
das Sendesignal Ss ist. Falls jedoch ein Objekt innerhalb eines
Nahbereichs vorliegt, welches eine höhere Relativgeschwindigkeit
zeigt, kann dies dazu führen,
daß das
empfangene Signal Sr bezüglich
einer Frequenz höher
als das Sendesignal Ss in dem Anstiegsbereich der modulierten Frequenz
ist, oder das Sendesignal Ss bezüglich
einer Frequenz höher
als das empfangene Signal Sr in dem Abfallbereich der modulierten
Frequenz ist. Die Möglichkeit eines
solchen Ereignisses wird sich mit wachsender Steigung der modulierten
Frequenz des Sendesignals Ss erhöhen.
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Daher
wird, falls eine Beziehung im Frequenzniveau zwischen dem Sendesignal
Ss und dem empfangenen Signal Sr in entweder dem Anstiegs- oder
Abfallbereich der modulierten Frequenz umgekehrt worden ist, die
Verwendung derselben in Gln. (3) und (4) einen Fehler im Bestimmen
des Abstands R zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit bewirken,
weil die Frequenzen fr und fd als Absolutwerte berechnet werden.
Dies verursacht ein Problem, daß,
obwohl es Frequenzpaare gibt, welche zwischen dem ersten und zweiten
Schaltsteuerungsmodus zusammenpassend sind, diese nicht als ein
Ziel identifziert werden, weil die in dem ersten und zweiten Betriebsmodus
abgeleiteten Messungen inkonsistent zueinander sind. Um ein solches
Problem zu mindern, falls es eines der in dem ersten Schaltsteuerungsmodus
erzeugten Frequenzpaare gibt, welches im Abstand und der Relativgeschwindigkeit mit
irgendeinem der in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus erzeugten Frequenzpaare
inkonsistent ist, definiert der Signalprozessor die niedrigere der Frequenzen
des in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit inkonsistenten
Frequenzpaars als einen negativen Wert und berechnet den Abstand
und die Relativgeschwindigkeit erneut unter Verwendung des negativen
Werts.
-
Insbesondere
ist, falls die Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals
in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus, wie in 14(b) gezeigt, größer als
in dem ersten Schaltsteuerungsmodus, wie in 14(a) gezeigt,
ist, die Möglichkeit,
daß die Beziehung
im Frequenzniveau zwischen dem Sendesignal und dem empfangenen Signal
in entweder dem Anstiegs- oder Abfallbereich der modulierten Frequenz
umgekehrt worden ist, geringer. Die vorgenannte Nachberechnung führt zu einer
verbesserten Genauigkeit eines Identifizierens eines Ziels, wenn die
Beziehung im Frequenzpegel zwischen dem Sendesignal und dem empfangenen
Signal nur in dem ersten Schaltsteuerungsmodus umgekehrt ist.
-
Die
FFT von Abtastwerten des Schwebungssignals, wie in 15 gezeigt,
wird bewirken, daß die Frequenzkomponente
fb, welche höher
als die Abtastfrequenz fs ist, über
die halbe Abtastfrequenz fs (d. h. fs/2) verschoben und als fb' gemessen wird.
-
Daher
definiert, falls es eines der in dem ersten Betriebsmodus abgeleiteten
Frequenzpaare gibt, welches mit irgendeinem der in dem zweiten Betriebsmodus
abgeleiteten Frequenzpaare inkonsistent ist, der Signalprozessor
entweder eine oder beide der Frequenzkomponenten eines der Frequenzpaare
als von der vorgenannten, durch die FFT verursachten Verschiebung
herrührend,
bestimmt den Abstand und die Relativgeschwindigkeit erneut und vergleicht
sie mit den in dem zweiten Betriebsmodus berechneten, um das Ziel
zu identifizieren. Man beachte, daß die Frequenzkomponente fb
durch fs – fb' gegeben ist.
-
Der
Sender-Empfänger
kann eine Mehrzahl von Empfangsantennen enthalten. In diesem Fall weist
die Umschaltschaltung vorzugsweise einen Schalter auf, welcher ausgelegt
ist, um eines der durch die Empfangsantennen empfangenen Signale als
das empfangene Signal auszuwählen.
Dies erlaubt dem Schwebungssignalgenerator, einen einzigen Mischer
aufzuweisen, um das Schwebungssignal zu erzeugen.
-
Die
Radarvorrichtung kann weiter eine Fehlerfassungsschaltung aufweisen,
welche das Vorliegen einer unvermeidlichen Rauschkomponente überwacht,
welche dem durch den Schwebungssignalprozessor erzeugten Schwebungssignal
hinzugefügt wird.
Falls eine solche Rauschkomponente nicht erfaßt wird, liefert die Fehlererfassungsschaltung,
ein Signal, welches ein Auftreten des Fehlers der Radarvorrichtung
anzeigt.
-
In
einem Fall, in welchem der Sendesignalgenerator einen Oszillator,
welcher das frequenzmodulierte Sendesignal erzeugt, enthält, wird
ein FM-AM-Umwandlungsrauschen, welches aus einer Variation einer
Leistung (d. h. Amplitude) des Oszillators hervorgeht, welche üblicherweise
als eine Funktion einer Oszillationsfrequenz erzeugt wird, als die unvermeidliche
Rauschkomponente dem Schwebungssignal so hinzugefügt, daß das Sendesignal
in Amplitude wie auch in Frequenz moduliert wird. Daher kann, falls
es keine solche Rauschkomponente in dem Schwebungssignal gibt, bestimmt
werden, daß der
Sendesignalgenerator eine Fehlfunktion aufweist.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird aus der genauen Beschreibung, welche
nachstehend gegeben wird, und aus den begleitenden Zeichnungen der
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung genauer verstanden werden, welche jedoch nicht genommen
werden sollten, um die Erfindung auf die bestimmten Ausführungsformen
zu beschränken,
sondern nur für
den Zweck der Erläuterung
und des Verständnisses
sind.
-
In
den Zeichnungen:
-
ist 1 ein
Blockdiagramm, welches eine Radarvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
ist 2 eine
Darstellung, welche eine Änderung
in einer Frequenz eines Sendesignals und eine Änderung in einem Pegel eines
Modensignals zeigt;
-
zeigt 3 Flußdiagramme
eines Abstands-/Relativgeschwindigkeitsmeßprogramms
und eines Winkelrichtungsmeßprogramms,
welche durch die Radarvorrichtung von 1 ausgeführt werden;
-
ist 4 eine
Darstellung, welche eine Änderung
in einer Frequenz eines Sendesignals und eine Änderung in einem Pegel eines
Modensignals zeigt, welche in einer Radarvorrichtung verwendet werden,
welche gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ausgelegt ist;
-
ist 5 ein
Flußdiagramm
eines Abstands-/Relativgeschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramms,
welches in einer Radarvorrichtung der ersten Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt
wird;
-
ist 6 ein
Flußdiagramm
eines Unterprogramms, welches in Schritt 370 von 5 ausgeführt wird;
-
ist 7(a) ein Flußdiagramm
eines Abstands-/Relativgeschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramms,
welches in einer Radarvorrichtung ausgeführt wird, welche gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung ausgelegt ist;
-
ist 7(b) ein Flußdiagramm
eines Fehlerüberwachungsprogramms,
welches in einer Radarvorrichtung der zweiten Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt
wird;
-
ist 8 eine
Darstellung, welche eine Änderung
in einer Frequenz eines Sendesignals und eine Änderung in einer Frequenz einer
Rauschkomponente, welche in einem Schwebungssignal enthalten ist,
zeigt;
-
zeigt 9(a) die Wellenformen von gesendeten und empfangenen
Signalen in einem typischen FMCW-Radargerät;
-
zeigt 9(b) die Wellenform eines Schwebungssignals, welches
in einem typischen FMCW-Radargerät
erzeugt wird;
-
ist 10(a) eine Darstellung, welche ein Frequenzspektrum
eines Schwebungssignals zeigt, welches eine Rauschfrequenzkomponente
aufgrund eines Fernziels enthält,
welches außerhalb
eines vorbestimmten Bandes des Schwebungssignals liegt;
-
ist 10(b) eine Darstellung, welche ein Frequenzspektrum
eines Schwebungssignals zeigt, welches eine Rauschfrequenzkomponente
enthält, welche
innerhalb eines vorgegebenen Bandes des Schwebungssignals auftritt;
-
ist 10(c) eine Darstellung, welche eine in einem Schwebungssignal
enthaltene Rauschkomponente zeigt, welche durch Verwendung eines
Anti-Aliasing-Filters entfernt wird;
-
ist 11(a) eine Darstellung, welche eine Variation
in einer Wobbelzeit eines Sendesignals für unterschiedliche Werte einer
Abtastfrequenz eines Schwebungssignals in einem Kanal in einem Modulationsmodus
A (185 kHz) und einem Modulationsmodus B (370 kHz) zeigt;
-
ist 11(b) eine Darstellung, welche eine Änderung
eines Radarbereichs, innerhalb dessen der Abstand zu einem Ziel
und dessen Relativgeschwindigkeit in den Modulationsmoden A und
B, wie in 11(a) gezeigt, bestimmt werden
kann, zeigt;
-
ist 12 eine
Darstellung, welche eine Radarwelle zeigt, welche auf eine Straßenoberfläche fällt;
-
ist 13(a) eine Darstellung, welche Frequenzpunkte
von Schwebungsfrequenzen zeigt, wenn ein Modulationszyklus länger ist;
-
ist 13(b) eine Darstellung, welche Frequenzpunkte
von Schwebungsfrequenzen zeigt, wenn ein Modulationszyklus kürzer ist;
-
zeigt 14(a) eine Beziehung zwischen einem Sendesignal
und einem Empfangssignal und FFTs von Abtastwerten eines Schwebungssignals
in einem ersten Modulationsmodus;
-
zeigt 14(b) eine Beziehung zwischen einem Sendesignal
und einem Empfangssignal und FFTs von Abtastwerten eines Schwebungssignals
in einem zweiten Modulationsmodus; und
-
ist 15 eine
Darstellung, welche eine Verschiebung in einer Schwebungsfrequenz,
welche durch FFT hervorgerufen wird, über den halben Wert einer Abtastfrequenz
fs, zeigt.
-
2 und 3 zeigen
eine Abwandlung der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei die Abwandlung nicht den Gegenstand der
vorliegenden Erfindung bildet sondern lediglich deren Erläuterung
dient.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Mit
Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere auf 1, wird
nun eine FMCW-Radarvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt, welche in einem Fahrzeug-Antikollisionssystem oder einem Fahrzeug-Radarfahrtregelungssystem
eingesetzt werden kann, um das Vorliegen von Hindernissen vor einem
Fahrzeug zu erfassen.
-
Die
Radarvorrichtung 2 enthält
allgemein einen D/A-Wandler 10,
einen spannungsgesteuerten Oszillator (VOC) 14, einen Splitter 16,
eine Sendeantenne 18, eine Antennenanordnung 20,
einen Antennenumschalter 22, einen Mischer 24,
einen Verstärker 26,
einen A/D-Wandler 28, ein Zeitsteuergerät 30, ein Schaltsteuergerät 32 und
einen Signalprozessor 34.
-
Der
A/D-Wandler 10 reagiert auf eine Modulationsführungsgröße von dem
Signalprozessor 34, um ein modulierendes Signal in der
Form einer Dreieckwelle zu erzeugen. Das modulierende Signal wird durch
einen Puffer 12 in den spannungsgesteuerten Oszillator 14 eingegeben.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 14 gibt ein hochfrequentes
Signal aus, dessen Frequenz mit dem eingegebenen modulierenden Signal
variiert. Der Splitter 16 teilt den Ausgang des spannungsgesteuerten
Oszillators 14 bezüglich
einer Leistung in ein Sendesignal Ss und ein lokales Signal L. Die
Sendeantenne 18 gibt das Sendesignal Ss als eine Radarwelle
in einen vorderen Hinderniserfassungsbereich aus. Die Antennenanordnung 20 ist aus
Nc (in dieser neun Abwandlung der ersten Ausführungsform) Empfangsantennen
aufgebaut. Der Antennenumschalter 22 reagiert auf ein Auswahlsignal
X von dem Schaltsteuergerät 32,
um eine der Verbindungen zwischen den Empfangsantennen und dem Mischer 24 auszuwählen. Der
Mischer 24 mischt das lokale Signal L mit einem Signal
Sr, welches in einer der Empfangsantennen, welche durch den Antennenumschalter 22 ausgewählt ist,
empfangen wird, um ein Schwebungssignal B zu erzeugen, welches aus
einer Frequenzkomponente besteht, welche der Frequenzdifferenz zwischen
den Signalen Sr und L entspricht. Der Verstärker 26 verstärkt das Schwebungssignal
B, welches von dem Mischer 24 eingegeben wird, und gibt
es an den A/D-Wandler 28 aus. Der A/D-Wandler 28 tastet
das Schwebungssignal B als Reaktion auf ein Zeitsignal P, welches
von dem Zeitsteuergerät 30 ausgegeben
wird, ab, um es in digitale Daten umzuwandeln. Das Zeitsteuergerät 30 erzeugt
auch ein Modensignal M, wie später
genau beschrieben werden wird. Das Schaltsteuergerät 32 empfängt das
Zeitsignal P und das Modensignal M und gibt das Auswahlsignal X
an den Antennenumschalter 22 aus. Der Signalprozessor 34 reagiert
auf das Modensignal M, um das Modulationsführungssignal an den D/A-Wandler 10 zu
liefern, und verarbeitet die digitalen Daten des durch den A/D-Wandler 28 erzeugten
Schwebungssignals B, um den Abstand zu einem Ziel, welches die von
der Radarvorrichtung 2 ausgesendete Radarwelle reflektiert
hat, dessen Relativgeschwindigkeit und dessen Winkelrichtung zu
bestimmen.
-
Der
spannungsgesteuerte Oszillator 14, die Sendeantenne 18,
die Antennenanordnung 20 und der Antennenumschalter 22 bilden
einen Sender-Empfänger
aus. Der Splitter 16 und der Mischer 24 bilden
einen Schwebungssignalgenerator aus. Das Zeitsteuergerät 30 und
das Schaltsteuergerät 32 bilden
ein Kanalauswahlsteuergerät
aus.
-
Der
spannungsgesteuerte Oszillator 14 erzeugt das hochfrequente
Signal in einem Millimeterwellenband, welches mit dem modulierenden
Signal einer Dreieckwelle so moduliert worden ist, daß dessen
Frequenz steigen oder fallen kann, d. h., zyklisch in einer linearen
Art und Weise aufwärts
und abwärts zu
wobbeln. Die Mittenfrequenz Fo des hochfrequenten Signals beträgt 76,5
GHz. Die Frequenzvariation ΔF
(d. h. Amplitude) beträgt
100 MHz.
-
Die
Strahlbreite jeder der Empfangsantennen der Antennenanordnung 20 (d.
h. ein Winkelbereich, innerhalb dessen ein Verstärkungsabfall in einer Vorwärtsrichtung
geringer als oder gleich 3 dB ist) deckt die gesamte Strahlbreite
der Sendeantenne 18 ab. Die Empfangsantennen bilden jeweils
Kanäle
ch1 bis chNc aus. Das Zeitsteuergerät 30 erzeugt das Zeitsignal
P in der Form einer Folge von Impulsen, welche in einem Intervall
oder Zyklus von 1/fx angeordnet sind. Das Zeitsteuergerät 30 erzeugt
auch das Modensignal M, dessen Pegel zyklisch von einem ersten Pegel,
welcher einen ersten Modulationsmodus anzeigt, auf einen zweiten
Pegel, welcher einen zweiten Modulationsmodus anzeigt, und zurück auf den
ersten Pegel variiert. Der zweite Pegel wird für eine Zeitdauer gehalten,
welche benötigt
wird, um so viele Impulse wie Abstastwerte in jedem Kanal (die Anzahl
von Abtastwerten Dpc in jedem Kanal beträgt in dieser Abwandlung der
ersten Ausführungsform 512)
auszugeben. Der erste Pegel wird für eine Zeitdauer gehalten,
welche erforderlich ist, um Nc × Dpc Impulse
auszugeben. Der Zyklus 1/fx wird auf einen Umschaltzyklus des Antennenumschalters 22 oder einen
Umwandlungszyklus des A/D-Wandlers 28 festgelegt, je nachdem,
welcher kürzer
ist (200 ns in dieser Abwandlung der ersten Ausführungsform). In der nachfolgenden
Diskussion werden der erste und zweite Modulationsmodus auch jeweils
als ein Azimutmeßmodus
und ein Abstandsmeßmodus
bezeichnet werden.
-
Das
Schaltsteuergerät 32 wählt eine
vorbestimmte der Empfangsantennen der Antennenanordnung 20 (z.
B. den Kanal ch1) aus, wenn sich das von dem Zeitsteuergerät 30 ausgegebene
Modensignal M auf dem zweiten Pegel befindet, welcher den Abstandsmeßmodus anzeigt,
während
es alle Empfangsantennen (d. h. alle der Kanäle ch1 bis chNc) nacheinander
als Reaktion auf das Zeitsignal P auswählt, wenn sich das Modensignal
M auf dem ersten Pegel befindet, welcher den Azimutmeßmodus anzeigt.
-
Der
Signalprozessor 34 enthält
einen typischen Mikrocomputer, welcher aus einer CPU, einem ROM
und einem RAM besteht, und enthält
auch eine arithmetische Logikeinheit wie etwa einen DSP, welcher
die schnelle Fourier-Transformation (FFT) von durch den A/D-Wandler 28 eingegebenen
Daten vornimmt. Die Zeit, welche die Frequenz des in dem D/A-Wandler
modulierten hochfrequenten Signals benötigt, um von einer kleinsten
Frequenz zu einer größten Frequenz
zu wobbeln (d. h. die Zeitlänge
des Anstiegsbereichs der modulierten Frequenz) oder umgekehrt (d.
h. die Zeitlänge
des Abfallbereichs der modulierten Frequenz), wird nachstehend als
eine Wobbelzeit bezeichnet werden. Der Signalprozessor 34 erzeugt
das Modulationsführungssignal,
um die Wobbelzeit zwischen dem Abstandsmeßmodus und dem Azimutmeßmodus zu ändern. Die
Wobbelzeit in dem Abstandsmeßmodus
(d. h. dem zweiten Modulationsmodus), welche nachstehend als T1
bezeichnet werden wird, ist auf Dpc × 1/fx festgelegt. Die Wobbelzeit
in dem Azimutmeßmodus
(d. h. dem ersten Modulationsmodus), welche nachstehend als T2 bezeichnet
werden wird, ist auf Nc × Dpc × 1/fx festgelegt.
In dem Abstandsmeßmodus
verarbeitet der Signalprozessor 34 Abstastwerte des Schwebungssignals
B, welche von dem A/D-Wandler 28 eingegeben werden, und
bestimmt den Abstand zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit.
In dem Azimutmeßmodus
verarbeitet der Signalprozessor 34 Abtastwerte des Schwebungssignals
B und bestimmt den Azimut oder die Winkelrichtung des Ziels.
-
Die
FMCW-Radarvorrichtung 2, arbeitet wie zuvor beschrieben,
um das durch den spannungsgesteuerten Oszillator 14 erzeugte,
hochfrequente Signal bezüglich
einer Leistung durch den Splitter 16 in das Sendesignal
Ss und das lokale Signal L aufzuspalten und das Sendesignal Ss als
eine Radarwelle von der Sendeantenne 18 aus auszugeben.
-
Ein
Echo der Radarwellen von einem Ziel wird durch alle Empfangsantennen
der Antennenanordnung 20 empfangen, aber nur das Signal
Sr, welches in einem der Kanäle
chi (i = 1 bis Nc), welche durch den Antennenumschalter 22 ausgewählt ist, empfangen
wird, wird an den Mischer 24 geliefert. Der Mischer 24 kombiniert
das empfangene Signal Sr und das lokale Signal L, welches von dem
Splitter 16 aus eingegeben wird, um das Schwebungssignal
B zu erzeugen. Das Schwebungssignal B wird durch den Verstärker 26 verstärkt und
in dem A/D-Wandler 28 als Reaktion auf das Zeitsignal P
von dem Zeitsteuergerät 30 abgetastet.
Die Abtastwerte werden in den Signalprozessor 34 eingegeben.
-
Wenn
das Modensignal M den Abstandsmeßmodus anzeigt, wird einer
der Kanäle
ch1 bis chNc, z. B. der Kanal ch1, ausgewählt und als in dem Abstandsmeßmodus verwendet
festgelegt. Abtastwerte des Schwebungssignals B, welche in dem Kanal
ch1 abgeleitet werden, werden nacheinander in den Signalprozessor 34 eingegeben.
Die Abtastfrequenz fs ist identisch mit der Umschaltfrequenz fx des
Antennenumschalters 22. Ersatzweise werden, wenn das Modensignal
M den Azimutmeßmodus
anzeigt, alle Kanäle
ch1 bis chNc nacheinander so ausgewählt, daß die durch alle Empfangsantennen
empfangenen Signale Sr durch Zeitteilung gemultiplext und in den
Mischer 24 eingegeben werden. Das Schwebungssignal B, welches
durch den Mischer 24 erzeugt wird, ist somit aus Komponenten
aufgebaut, welche von den empfangenen Signalen Sr, welche in allen
Kanälen
ch1 bis chNc bereitgestellt und durch Zeitteilung gemultiplext werden,
abgeleitet werden. Die Abtastfrequenz fs in jedem der Kanäle ch1 bis chNc
ist die Umschaltfrequenz fx, geteilt durch die Anzahl der Kanäle Nc (d.
h., fs = fx/Nc).
-
3 zeigt
Flußdiagramme
von Programmen, welche parallel durch den Signalprozessor 34 in zwei
Radarmoden durchgeführt
werden, um die Winkelrichtung eines Ziels zu bestimmen und um den
Abstand zu dem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit zu bestimmen.
-
Auf
ein Eintreten in das Abstands-/Relativgeschwindigkeitsmeßprogramm
hin schreitet die Routine zu Schritt 110 fort, in welchem
bestimmt wird, ob alle Datenelemente des Schwebungssignals B, welche
benötigt
werden, um den Abstand zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit
zu bestimmen, abgetastet worden sind oder nicht. Diese Bestimmung
wird durch Überwachen,
ob das Modensignal M im Pegel von dem Abstandmeßmodus in den Azimutmeßmodus gewechselt
ist oder nicht, vorgenommen. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet,
daß das
Modensignal M noch nicht in den Azimutmeßmodus gewechselt ist, wiederholt
die Routine Schritte 110.
-
Falls
in Schritt 110 eine JA-Antwort erhalten wird, schreitet
die Routine zu Schritt 120 fort, worin Dpc Datenelemente
(512 Datenelemente in dieser Abwandlung der ersten Ausführungsform)
von dem Schwebungssignal B abgetastet und sowohl in dem Anstiegs-
als auch Abfallbereich der modulierten Frequenz einer schnellen Fourier-Transformation
(FFT) unterzogen werden, um ein Frequenzspektrum des Schwebungssignals
B zu erzeugen.
-
Die
Routine schreitet zu Schritt
130 fort, worin alle Frequenzkomponenten
(nachstehend auch als Spitzenfrequenzkomponenten bezeichnet), welche
in dem in sowohl dem Anstiegs- als auch Abfallbereich der modulierten
Frequenz erzeugten Frequenzspektrum Spitzenwerte zeigen, gesucht
werden. Diese Suche wird z. B. in
US-P 6,320,531 B1 gelehrt, die demselben
Anmelder wie dem dieser Anmeldung zugeordnet ist, und deren Offenbarungsgehalt
durch Bezugnahme hierin eingeschlossen wird. Falls die zwei oder
mehr Spitzenfrequenzkomponenten gesucht worden sind, schreitet die
Routine zu Schritt
140 fort, worin die Spitzenfrequenzkomponenten
in dem Anstiegsbereich der modulierten Frequenz mit den Spitzenfrequenzkomponenten
in dem Abfallbereich der modulierten Frequenz durch Vergleichen
von Signalstärke
und -phase zwischen den Spitzenfrequenzkomponenten paarweise zugeordnet
werden. Diese Paarbildungsoperation wird z. B. in
US-P 6,317,073 B1 gelehrt,
welche demselben Anmelder wie dem dieser Anmeldung zugeordnet ist, und
deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen
wird.
-
Die
Routine schreitet zu Schritt 150 fort, worin die paarweise
zugeordneten Spitzenfrequenzkomponenten als die Schwebungsfrequenzen
fb1 bzw. fb2 definiert werden, und die Distanz R zu dem Ziel und
dessen Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung von Gln. (3) und
(4), wie zuvor diskutiert, unter Verwendung jedes der Spitzenfrequenzpaare bestimmt
wird.
-
Die
Routine schreitet zu Schritt 160 fort, worin Frequenzen
(werden nachstehend als Zielfrequenzen bezeichnet werden) von Komponenten
des Schwebungssignals B, welche von einem Echo einer Radarwelle
von jedem Ziel herrühren, geschätzt werden,
von welchen erwartet wird, daß sie
erscheinen, wenn Datenelemente, welche zum Bestimmen der Winkelrichtung
des Ziels vorgesehen sind, in der Frequenz analysiert werden. Die
Schätzungen
der Zielfrequenzen (d. h. der Schwebungsfrequenzen) werden durch
Berechnung der Gln. (1) bis (4) rückwärts unter Verwendung des Abstands
R und der Relativgeschwindigkeit V, welche in Schritt 150 abgeleitet worden
sind, abgeleitet. Es ist empfehlenswert, daß jede der Zielfrequenzen so
vorgesehen ist, daß sie ein
bestimmtes Band im Hinblick auf Modulationsgenauigkeit und/oder
unerwarteter Verhaltensweisen des Ziels aufweist.
-
Wenn
in das Winkelrichtungsmeßprogramm eingetreten
wird, schreitet die Routine zu Schritt 210 fort, worin
bestimmt wird, ob alle Datenelemente des Schwebungssignals B, welche
benötigt
werden, um die Winkelrichtung des Ziels zu bestimmen, abgetastet
worden sind oder nicht. Diese Bestimmung wird durch Überwachen,
ob das Modensignal M im Pegel von dem Azimutmeßmodus in den Abstandsmeßmodus gewechselt
ist oder nicht, vorgenommen. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird,
was bedeutet, daß das
Modensignal M noch nicht in den Abstandsmeßmodus gewechselt ist, wiederholt
die Routine Schritt 210.
-
Ersatzweise
schreitet, falls in Schritt 210 eine JA-Antwort erhalten wird, die Routine zu
Schritt 220 fort, worin die in sowohl dem Anstiegs- als
auch Abfallbereich der modulierten Frequenz während des Azimutmeßmodus abgetasteten
Datenelemente gemäß den Kanälen ch1
bis chNc gruppiert werden. Die Routine schreitet zu Schritt 230 fort,
worin die FFT an jeder der Gruppen von Datenelementen, welche in Schritt 220 bereitgestellt
werden, durchgeführt
wird.
-
Die
Routine schreitet zu Schritt 240 fort, worin bestimmt wird,
ob die Bestimmung der Zielfrequenzen in Schritt S160 fertiggestellt
worden ist oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, wartet die
Routine darauf, daß die
Bestimmung der Zielfrequenzen abgeschlossen wird. Ersatzweise schreitet, falls
eine JA-Antwort erhalten wird, die Routine zu Schritt 250 fort,
worin Signalkomponenten mit den Zielfrequenzen, welche in Schritt 160 bestimmt
worden sind, von den in Schritt 230 in jedem der Kanäle ch1 bis
chNc berechneten FFTs extrahiert werden.
-
Die
Routine schreitet zu Schritt
260 fort, worin eine Variation
in einer in Schritt
250 extrahierten Signalkomponente zwischen
den Kanälen
ch1 bis chNc bezüglich
einer Differenz in der Abtastzeit zwischen den Kanälen ch1
bis chNc kompensiert wird. Die Routine schreitet zu Schritt
270 fort,
worin die Signalkomponenten der Zielfrequenzen, welche in Schritt
250 extrahiert
worden sind, einer digitalen Strahlformung (DBF) unterzogen werden.
Die Routine schreitet zu Schritt
280 fort, worin unter
Verwendung der in Schritt
270 abgeleiteten Ergebnisse der DBF
die Winkelrichtung jedes Ziels bestimmt wird. Die Routine kehrt
dann zu Schritt
210 zurück.
US-P 6,339,395 B1 ,
welche demselben Anmelder wie dem dieser Anmeldung zugeordnet ist,
deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen
wird, lehrt z. B. DBF-Techniken.
-
Wie
aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, ist die Radarvorrichtung 2 dieser
Abwandlung der ersten Ausführungsform
ausgelegt, um in dem Abstandsmeßmodus
nur den ersten Kanal zu verwenden, um das Schwebungssignal nacheinander
in dem gleichen Kanal nacheinander abzutasten, wodurch die Abtastfrequenz
fs, welche Nc mal (fs = fx/Nc → fx)
höher als
die in dem Azimutmeßmodus
ist, festgelegt und die Wobbelzeit T minimiert wird. Somit ist der
halbe Wert der Abtastfrequenz fs (d. h., fs/2) in dem Abstandsmeßmodus viel
höher als
Frequenzen der Schwebungsfrequenz B, welche von den Fernzielen herrühren, wodurch
verhindert wird, daß diese Fernzielfrequenzen
durch die FFT in ein vorgegebenes Band der Schwebungsfrequenz B
hinein verschoben werden, wie in dem einleitenden Teil dieser Anmeldung
diskutiert, was einen Fehler dahingehend vermeidet, daß die Fernziele
als Ziele innerhalb des vorgegebenen Zielerfassungsbereichs der
Radarvorrichtung 2 identifiziert werden.
-
Im
Vergleich mit dem Azimutmeßmodus,
in welchem die Abtastfrequenz fs in jedem der Kanäle ch1 bis
chNc geringer ist, sind Rauschfrequenzkomponenten in dem Abstandsmeßmodus,
welche durch die FFT in das vorgegebene Band der Schwebungsfrequenz
B hinein verschoben werden, in hohem Maße reduziert, wodurch ein Anstieg
im Grundrauschen innerhalb des vorgegebenen Bandes vermindert wird,
was zu einer verbesserten Fähigkeit
der Radarvorrichtung 2 führt, die Schwebungsfrequenzen
fb1 und fb2 zu bestimmen.
-
Eine
Verminderung in der Wobbelzeit T in dem Abstandsmeßmodus vermeidet
eine durch die FFT des Schwebungssignals B erzeugte Ausbreitung unerwünschter
Signalkomponenten (d. h. der Frequenzpunkte), welche aus einer Reflexion
einer Radarwelle von einer Straßenoberfläche herrühren, wodurch
eine Erleichterung einer Erfassung von Frequenzkomponenten des Schwebungssignals
B, welche durch Reflexion einer Radarwelle von Zielen erzeugt werden,
erleichtert wird, was zu einer verbesserten Genauigkeit einer Bestimmung
der Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2 führt.
-
Die
Radarvorrichtung 2 dieser Abwandlung der ersten Ausführungsform
arbeitet, um Schwebungsfrequenzen (d. h., die Zielfrequenzen) unter Verwendung
des Abstands R zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit V,
wie unter geringerem Einfluß einer
Reflexion einer Radarwelle von dem Fernziel und/oder der Straßenoberfläche erfaßt, zu schätzen, welche
zu erzeugen sind, wenn FFTs von Abtastwerten des Schwebungssignals
B, wie in dem Azimutmeßmodus
erhalten, berechnet werden, und um eine Operation einer digitalen
Strahlformung (DBF) von Signalkomponenten der Zielfrequenzen durchzuführen, um
die Winkelrichtung des Ziels zu bestimmen. Insbesondere ist in dem
Azimutmeßmodus,
in welchem alle Kanäle
ch1 bis chNc eingesetzt werden, die Abtastfrequenz fs in jedem Kanal,
wie zuvor beschrieben, niedriger, wodurch die Wahrscheinlichkeit
erhöht
wird, daß eine
Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welche von dem Fernziel
herrührt,
durch die FFT in das vorgegebene Band des Schwebungssignals hinein
verschoben wird. Die Radarvorrichtung 2 dieser Abwandlung
der ersten Ausführungsform
ist jedoch ausgelegt, um die Winkelrichtung des Ziels nur unter
Verwendung der Zielfrequenzen wie in dem Abstandsmeßmodus abgeleitet
zu bestimmen, wodurch das vorgenannte Problem so lange vermieden
wird, wie die Frequenzkomponenten des Fernziels nicht mit den Zielfrequenzen
identisch sind, was zu einer verbesserten Zuverlässigkeit führt, die Winkelrichtung des
Ziels zu bestimmen.
-
Die
Schätzungen
der Zielfrequenzen werden unter Verwendung von Daten wie in dem
Abstandsmeßmodus
erhalten vorgenommen, aber dennoch können die Zielfrequenzen ersatzweise
unter Verwendung des Abstands R zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit
V, welche unter Verwendung von Daten, wie in dem Azimutmeßmodus erhalten, erneut
berechnet werden, bestimmt werden. Dies führt zu einer verbesserten Genauigkeit
einer Bestimmung des Abstands R zu dem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit
V. Die Verwendung der in dem Abstandsmeßmodus erhaltenen Daten führt zu einem
vergrößerten Bereich,
innerhalb dessen die Relativgeschwindigkeit V bestimmt werden kann, während die
Verwendung der in dem Azimutmeßmodus
erhaltenen Daten zu einer erhöhten
Auflösung
im Bestimmen der Relativgeschwindigkeit V führt. Eine Auswahl einer der
beiden kann gemäß einer
erforderlichen Anwendung vorgenommen werden.
-
Die
Radarvorrichtung 2 ist, wie zuvor beschrieben, ausgelegt,
um nur einen der Kanäle
ch1 bis chNc in dem Abstandsmeßmodus
zu verwenden, kann aber ersatzweise arbeiten, um einige oder alle der
Kanäle
ch1 bis chNc zu verwenden, falls der halbe Wert der Abtastfrequenz
fs innerhalb eines Bereichs liegt, welcher höher als eine größte Frequenz des
Fernziels ist. In diesem Fall kann ein Rauschen oder eine Variation
in den FFTs zwischen den Kanälen
durch Mitteln der in den jeweiligen Kanälen abgeleiteten FFTs minimiert
werden, was die Bestimmung einer Spitze im Frequenzspektrum des
Schwebungsignals B erleichtert.
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Die
Radarvorrichtung 2 gemäß der ersten Ausführungsform
wird nachstehend beschrieben werden, welche sich von der in der
Abwandlung der ersten Ausführungsform
im Umschalten der Empfangsantennen der Antennenanordnung 20 und
im Betrieb des Signalprozessors 34 unterscheidet. Andere
Anordnungen und Operationen sind die gleichen, und eine Erläuterung
derselben im Detail wird hier weggelassen werden.
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Das
Zeitsteuergerät 30 gibt,
wie schon in 4 beschrieben, das Modensignal
M aus, dessen Pegel zyklisch von dem ersten Pegel, welcher den ersten
Modulationsmodus anzeigt, auf den zweiten Pegel, welcher den zweiten
Modulationsmodus anzeigt, und zurück auf den ersten Pegel variiert.
Der erste Pegel wird, wie in der Abwandlung der ersten Ausführungsform,
für eine
Zeitdauer gehalten, welche erforderlich ist, um Nc × Dpc Impulse
auszugeben, während
der zweite Pegel für
eine Zeitdauer gehalten wird, welche erforderlich ist, um Nd × Dpc Impulse
auszugeben (Nd = 4 in dieser Ausführungsform, was kleiner als
Nc ist).
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Das
Schaltsteuergerät 32 wählt alle
Kanäle ch1
bis chNc nacheinander als Reaktion auf das Zeitsignal P aus, wenn
sich das von dem Zeitmeßgerät 30 ausgegebene
Modensignal M auf dem ersten Pegel, welcher den ersten Modulationsmodus
anzeigt, befindet, während
es ausgewählte
(Nd) der Kanäle ch1
bis chNc nacheinander als Reaktion auf das Zeitsignal P auswählt, wenn
sich das Modensignal M auf dem zweiten Pegel befindet, welcher den
zweiten Modulationsmodus anzeigt.
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Der
Signalprozessor 34 erzeugt das Modulationsführungssignal,
um die Wobbelzeit T zwischen dem ersten und zweiten Modulationsmodus
zu ändern.
Die Wobbelzeit T2 in dem ersten Modulationsmodus wird auf Nc × Dpc × 1/fx festgelegt.
Die Wobbelzeit T1 in dem zweiten Modulationsmodus wird auf Nd × Dpc × 1/fx festgelegt.
Der Signalprozessor 34 führt ein Abstands-/Relativgeschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeprogramm
aus, wie in 5 gezeigt, um den Abstand, die
Relativgeschwindigkeit und die Winkelrichtung eines Ziels unter
Verwendung von Abtastwerten des Schwebungssignals B, welche durch
den A/D-Wandler 28 erzeugt werden, zu bestimmen.
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Auf
ein Eintreten in das Abstands-/Relativgeschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramm
hin schreitet die Routine zu Schritt 310 fort, worin bestimmt
wird, ob alle Datenelemente des Schwebungssignals B in dem ersten
Modulationsmodus abgetastet worden sind oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort
erhalten wird, wiederholt die Routine Schritt 310.
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Falls
in Schritt 310 eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet,
daß alle
Datenelemente in dem ersten Modulationsmodus abgetastet worden sind, schreitet
die Routine ersatzweise zu Schritt 320 fort, worin alle
Abtastwerte in Datengruppen gemäß den Anstiegs-
und Abfallbereichen der modulierten Frequenz und den Kanälen ch1
bis chNc zerlegt werden. Die Datengruppen werden jeweils in der
gleichen Weise wie in Schritt 120 von 3 der
FFT unterzogen. Die gleichen Paarungbildungs- und Spitzenwertsuchoperationen
wie in Schritten 130 und 140 werden an den FFTs
durchgeführt,
um Paare von Frequenzen von Signalkomponenten (werden nachstehend
auch als Frequenzpaare bezeichnet) als temporäre Ziele zu definieren.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 330 fort, worin der Abstand
R jedes der temporären
Ziele und dessen Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung von Gln.
(3) und (4), wie zuvor beschrieben, bestimmt werden.
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Nach
Fertigstellung der vorgenannten Operation in dem ersten Modulationsmodus
schreitet die Routine zu Schritt 340 fort, worin bestimmt
wird, ob alle Datenelemente des Schwebungssignals B in dem zweiten
Modulationsmodus abgetastet worden sind oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort
erhalten wird, wiederholt die Routine Schritt 340.
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Falls
in Schritt 340 eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet,
daß alle
Datenelemente in dem zweiten Modulationsmodus abgetastet worden
sind, schreitet die Routine ersatzweise zu Schritt 350 fort, worin
die gleichen Gruppierungs-, Paarbildungs-, Spitzenwertsuchoperationen
wie die in Schritt 320 an den in dem zweiten Modulationsmodus
erhaltenen Abtastwerten durchgeführt
werden, um als temporäre
Ziele zu bestimmen.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 360 fort, worin der Abstand
R zu jedem der temporären
Ziele und dessen Relativgeschwindigkeit V wie in Schritt 330 bestimmt
werden.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 370 fort, worin die in Schritten 320 und 350 bestimmten
temporären
Ziele, welche in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit V, wie
in Schritten 330 und 360 betimmt, innerhalb eines
gegebenen zulässigen
Bereichs miteinander übereinstimmen,
als die gleichen Ziele ausgewählt
und als endgültige
Ziele bestimmt werden.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 308 fort, worin Signalkomponenten
mit den Zielfrequenzen jedes der endgültigen Ziele von den FFTs der
Datenelemente extrahiert werden, welche in jedem der Kanäle ch1 bis
chNc in dem ersten Modulationsmodus abgeleitet werden. Die Routine
schreitet zu Schritt 390 fort, worin eine Variation in
einer in Schritt 380 extrahierten Signalkomponente zwischen
den Kanälen ch1
bis chNc bezüglich
einer Differenz in einer Abtastzeit zwischen den Kanälen ch1
bis chNc kompensiert wird. Die Routine schreitet zu Schritt 400 fort, worin
die Signalkomponenten der Zielfrequenzen einer digitalen Strahlformung
(DBF) unterzogen werden. Die Routine schreitet zu Schritt 410 fort,
worin unter Verwendung von in Schritt 400 abgeleiteten
Ergebnissen der DBF die Winkelrichtung jedes Ziels bestimmt wird.
Die Routine kehrt dann zu Schritt 310 zurück.
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Die
Zielauswahloperation wie in Schritt 370 ausgeführt wird
mit Bezug auf 6 im Detail beschrieben werden.
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Zuerst
wird in Schritt 371 bestimmt, ob es wenigstens eines der
temporären
Ziele wie in Schritt 320 bestimmt gibt, welches in dem
Abstand R und der Relativgeschwindigkeit V, welche in Schritten 330 und 360 berechnet
worden sind, nicht mit irgendeinem der temporären Ziele wie in Schritt 350 bestimmt identisch
ist, oder nicht.
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Falls
eine JA-Antwort erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 372 fort,
worin die niedrigere von Schwebungsfrequenzen jedes temporären Ziels, wie
in Schritt 371 als inkonsistent mit irgendeinem der temporären Ziele,
wie in Schritt 350 bestimmt, bestimmt, als ein negativer
Wert definiert wird, um den Abstand R und die Relativgeschwindigkeit
V unter Verwendung von Gln. (3) und (4) erneut zu bestimmen.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 373 fort, worin bestimmt wird,
ob es die Abstände
R und die Relativgeschwindigkeiten V wie in Schritt 372 nachberechnet
gibt, welche mit denen in Schritt 360 berechneten inkonsistent
sind, oder nicht. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, schreitet
die Routine zu Schritt 374 fort, worin die Abstände R und
die Relativgeschwindigkeiten V, welche in Schritt 373 als
inkonsistent mit den in Schritt 360 berechneten bestimmt
worden sind, beseitigt werden.
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Falls
eine NEIN-Antwort in Schritt 373 oder nach Schritt 374 erhalten
wird, schreitet die Routine zu Schritt 375 fort, worin
Paare der temporären
Ziele, welche in Abstand R und Relativgeschwindigkeit V miteinander
identisch sind, jeweils als endgültige
Ziele definiert werden und der Abstand R und die Relativgeschwindigkeit
V jedes der endgültigen
Ziele, wie unter Verwendung der in dem ersten Modulationsmodus erhaltenen
Daten berechnet, in einem Speicher als Zielinformationen gespeichert
werden.
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Wie
aus der obigen Diskussion ersichtlich, ist die Radarvorrichtung 2 dieser
Ausführungsform
ausgelegt, um das gleiche Ziel unter Verwendung von zwei Messungen
in dem ersten und zweiten Modulationsmodus zu erfassen und es als
ein endgültiges Ziel
nur dann zu identifzieren, wenn die zwei Messungen einander identisch
sind, wodurch Frequenzen von Signalkomponenten entfent werden, welche
in entweder dem ersten oder dem zweiten Modulationsmodus erhalten
werden, von denen keine ein Paar mit der in dem anderen Modulationsmodus
erhaltenen ausbildet und von einer Rauschkomponente herrühren würde. Dies
führt zu
einer verbesserten Zuverlässigkeit
einer Erfassung von Zielen.
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Die
Radarvorrichtung 2 arbeitet auch, um die niedrigere von
Schwebungsfrequenzen eines der in dem ersten Modulationsmodus ausgewählten temporären Ziele
(d. h. der Frequenzpaare), welches nicht irgendeinem der in dem
zweiten Modulationsmodus ausgewählten
temporären
Ziele entspricht, als einen negativen Wert zu definieren und ihn
zu verwenden, um den Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V zum
Identifizieren des einen der temporären Ziele als ein endgültiges Ziel
erneut zu berechnen. Somit ist es auch dann, wenn es ein Schwebungssignal
gibt, welches in dem ersten Modulationsmodus von einem Sende- und
einem empfangenen Signal, in welchen eine Beziehung im Niveau zwischen
Frequenzen hiervon auf eine ursprüngliche umgekehrt worden ist, erschienen
ist, möglich,
ein Ziel zu erhalten, welches dieses Schwebungssignal korrekt erzeugt.
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Insbesondere
wenn die Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals in dem
zweiten Modulationsmodus, wie in 14(b) gezeigt,
größer als
in dem ersten Modulationsmodus ist, wie in 14(a) gezeigt,
ist die Möglichkeit,
daß die
Beziehung im Frequenzniveau zwischen dem Sendesignal und dem empfangenen
Signal in entweder dem Anstiegs- oder Abfallbereich der modulierten
Frequenz umgekehrt worden ist, geringer. Die vorgenannte Neuberechnung
in Schritt 372 führt
zu einer verbesserten Genauigkeit eines Identifzierens eines Ziels, wenn
die Beziehung im Frequenzniveau zwischen dem Sendesignal und dem
empfangenen Signal nur in dem ersten Modulationsmodus umgekehrt
wird.
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Der
Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V werden nur dann erneut
bestimmt, wenn Schritt 371 bestimmt, daß eine Schwebungsfrequenz im Vorzeichen
umgekehrt werden sollte, kann aber dennoch auch neu berechnet werden,
wenn die Schwebungsfrequenz durch die FFT zu einer bezüglich des halben
Werts der Abtastfrequenz fs symmetrischen verschoben wird.
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Die
FFT von Abtastwerten des Schwebungssignals wird, wie in 15 gezeigt,
bewirken, daß die Frequenzkomponente
fb, welche höher
als die Abtastfrequenz fs ist, über
die halbe Abtastfrequenz fs (d. h., fs/2) hinweg verschoben und
als fb' gemessen wird.
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Daher
kann es sein, daß,
falls es eines der in dem ersten Modulationsmodus abgeleiteten Frequenzpaare
gibt, welches mit irgendeinem der in dem zweiten Modulationsmodus
abgeleiteten Frequenzpaare inkonsistent ist, der Signalprozessor 34 jede der
Frequenzkomponenten des einen der Frequenzpaare als von der vorgenannten,
durch die FFT verursachten Verschiebung herrührend definiert, den Abstand
R und die Relativgeschwindigkeit V in Schritt 372 erneut
bestimmt und sie in Schritt 373 mit den in dem zweiten
Modulationszyklus berechneten zum Identifizieren des Ziels in Schritt 375 vergleicht.
Falls der Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V, welche in
Schritt 372 neu berechnet werden, in Schritt 373 als
inkonsistent mit irgendeinem der in Schritt 360 berechneten
bestimmt wird, definiert der Signalprozessor 34 als nächstes beide
Frequenzkomponenten des einen der Frequenzpaare als von der vorgenannten,
durch FFT verursachten Verschiebung herrührend, bestimmt den Abstand
R und die Relativgeschwindigkeit V in Schritt 372 erneut
und vergleicht sie in Schritt 373 mit den in dem zweiten
Modulationsmodus berechneten zum Identifizieren des Ziels in Schritt 375.
Man beachte, daß die
Frequenzkomponente fb durch fs – fb' gegeben ist.
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Die
Radarvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform
wird nachstehend beschrieben werden, welche sich von der Abwandlung
der ersten Ausführungsform
in dem durch das Zeitsteuergerät 30 erzeugten
Modensignal M und dem Betrieb des Signalprozessors 34 unterscheidet.
Andere Anordnungen und Operationen sind die gleichen, und eine Erläuterung
hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
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Das
Zeitsteuergerät 30 ist
ausgelegt, um das Modensignal M zu erzeugen, welches arbeitet, um den
zweiten Modulationsmodus zyklisch mit einem vorbestimmten Intervall
in einer Abfolge der ersten Modulationsmoden auszuführen.
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Der
Signalprozessor 34 führt
ein Abstands-/Relativgesschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramm,
wie in 7(a) gezeigt, durch, um den
Abstand, die Relativgeschwindigkeit und die Winkelrichtung eines
Ziels unter Verwendung von Abtastwerten des Schwebungssignals B,
welche durch den A/D-Wandler 28 in dem ersten Modulationsmodus
erzeugt werden, zu bestimmen, und führt auch ein Fehlerüberwachungsprogramm,
wie in 7(b) gezeigt, aus, um einen
Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 unter Verwendung
von Abtastwerten des Schwebungssignals B, welches in dem zweiten
Modulationsmodus erzeugt wird, zu überwachen.
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Auf
ein Eintreten in das Abstands-/Relativgeschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramm
hin schreitet die Routine zu Schritt 510 fort, worin bestimmt
wird, ob alle Daten des Schwebungssignals B in dem ersten Modulationsmodus
abgetastet worden sind oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird,
wiederholt die Routine Schritt 510.
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Falls
in Schritt 510 eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet,
daß alle
Daten in dem ersten Modulationsmodus abgetastet worden sind, schreitet
die Routine ersatzweise zu Schritt 520 fort, worin alle
Daten in Datengruppen gemäß dem ersten
und zweiten Modulationsmodus und den Kanälen ch1 bis chNc zerlegt werden.
Die Datengruppen werden jeweils in der gleichen Weise wie in Schritt 120 von 3 der FFT
unterzogen. Die gleichen Paarbildungs- und Spitzenwertsuchoperationen wie
in Schritten 130 und 140 werden an den FFTs ausgeführt, um
Frequenzen von paarweise zugeordneten Signalkomponenten (d. h. die
nachstehenden Frequenzpaare) als von Zielen herrührend zu definieren.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 530 fort, worin der Abstand
R zu jedem der Ziele und dessen Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung
von Gln. (3) und (4), wie zuvor beschrieben, bestimmt werden.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 540 fort, worin Signalkomponenten
mit den Zielfrequenzen jedes der Ziele von FFTs der Daten, welche
in jedem der Kanäle
ch1 bis chNc abgeleitet werden, extrahiert werden. Die Routine schreitet
zu Schritt 550 fort, worin eine Variation in einer Signalkomponente,
welche in Schritt 540 extrahiert wird, zwischen den Kanälen ch1
bis chNc bezüglich
einer Differenz in einer Abtastzeit zwischen den Kanälen ch1
bis chNc kompensiert wird. Die Routine schreitet zu Schritt 560 fort, worin
die Signalkomponenten der Zielfrequenzen einer digitalen Strahlformung
(DBF) unterzogen werden. Die Routine schreitet zu Schritt 570 fort,
worin unter Verwendung von in Schritt 560 abgeleiteten
Ergebnissen der DBF die Winkelrichtung jedes Ziels bestimmt wird.
Die Routine kehrt dann zu Schritt 510 zurück.
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Auf
ein Eintreten in das Fehlerüberwachungsprogramm
hin schreitet, wie in 7(b) gezeigt,
die Routine zu Schritt 610 fort, worin bestimmt wird, ob
alle Daten des Schwebungssignals B in dem zweiten Modulationmodus
abgetastet worden sind oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten
wird, wiederholt die Routine Schritt 610.
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Falls
in Schritt 610 eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet,
daß alle
Daten in dem zweiten Modulationsmodus abgetastet worden sind, schreitet die
Routine ersatzweise zu Schritt 620 fort, worin ein Grundrauschpegel
des Schwebungssignals B unter Verwendung der in dem zweiten Modulationsmodus abgetasteten
Daten bestimmt wird. Die Routine schreitet zu Schritt 630 fort,
worin bestimmt wird, ob der Grundrauschpegel größer als ein gegebener Schwellenwert
ist oder nicht. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, kehrt die Routine
zu Schritt 610 zurück. Falls
eine NEIN-Erhalten wird, was bedeutet, daß die Radarvorrichtung 2 eine
Fehlfunktion aufweist, schreitet die Routine ersatzweise zu Schritt 640 fort, worin
die Tatsache, daß ein
Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 aufgetreten ist,
auf einem Anzeigegerät (nicht
gezeigt) angezeigt wird. Die Routine schreitet zu Schritt 650 fort,
worin die Radarvorrichtung 2 abgeschaltet wird.
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Üblicherweise
entsteht ein FM/AM-Umwandlungsrauschen, wie in 8 als
ein niederfrequentes Rauschen dargestellt, aus einer Änderung
in einer Leistung (d. h. Amplitude) des durch den spannungsgesteuerten
Oszillator 14erzeugten Sendesignals Ss als eine Funktion
einer Oszillationsfrequenz hiervon und taucht als das Grundrauschen
des Schwebungssignals B auf. Das FM/AM-Umwandlungsrauschen wird
unvermeidlich immer erfaßt,
wenn sich die Radarvorrichtung 2 in Betrieb befindet. Es
ist daher möglich,
zu bestimmen, daß ein
Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 aufgetreten ist,
wenn das FM/AM-Umwandlungsrauschen nicht erfaßt wird.
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Die
Erfassung des Grundrauschens kann allein durch Auffinden von Signalpegeln
von zuvor der FFT unterzogenen Abtastwerten des Schwebungssignals
B erhalten werden. Es ist nicht nötig, die Abtastwerte über den
zweiten Modulationsmodus zu erhalten. Das Grundrauschen kann daher
unter Verwendung einer minimalen Anzahl der Abtastwerte erfaßt werden,
welche erforderlich sind, um einen Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 zu überwachen.
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Das
FM/AM-Umwandlungsrauschen erhöht sich üblicherweise
mit einer Erhöhung
der Frequenzvariation ΔF
des spannungsgesteuerten Oszillators 14. Die Frequenzvariation ΔF kann daher
in dem zweiten Modulationsmodus erhöht werden.
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Das
Fehlerüberwachungsprogramm
dieser Ausführungsform
kann in entweder Abwandlung der ersten Ausführungsform oder ersten Ausführungsform
ausgeführt
werden, um einen Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 unter
Verwendung von in dem zweiten Modulationsmodus erhaltenen Daten
zu überwachen.
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Während die
vorliegende Erfindung in Form von bevorzugten Ausführungsformen
offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis hiervon zu erleichtern,
sollte verstanden werden, daß die
Erfindung auf vielfältige
Weise ausgeführt
werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher
sollte verstanden werden, daß die
Erfindung alle möglichen
Ausführungsformen
und Modifizierungen an den gezeigten Ausführungsformen, welche ausgeführt werden
können,
ohne von dem Prinzip der Erfindung, wie in den anliegenden Ansprüchen ausgeführt, abzuweichen,
umfaßt.
Z. B. kann die Radarvorrichtung 2 so ausgelegt sein, daß sie eine
einzige Empfangsantenne und eine Mehrzahl von Sendeantennnen aufweist.
In diesem Fall wird ein Verkleinern der Wobbelzeit T so weit wie
möglich
vorzugsweise durch Reduzieren der Sendeantenne erreicht. Dies ist
vorteilhaft in einem Verkürzen
eines Zeitintervalls, welches zum Umschalten zwischen den Sendeantennen
benötigt
wird, um das Problem zu vermeiden, wie bereits in dem einleitenden
Teil dieser Anmeldung beschrieben, daß, nachdem die Kanäle von einem
zu einem anderen umgeschaltet worden sind, ein Schwebungssignal,
welches von einem Echo einer durch eine vorherige der Sendeantennen
ausgegebenen Radarwelle herrührt,
fehlerhaft als von einem Echo einer von der Sendeantenne des nun
ausgewählten
Kanals ausgegebenen Radarwelle herrührend abgetastet wird.