DE10347976A1 - Measuring device and measuring process to measure distance for a motor vehicle has radar device, which comprises an oscillator to generate the transmission signals - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Messgerät und Messverfahren, insbesondere ein Messgerät für ein Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Messgerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Messgerät und dem Objekt, wobei das Messgerät einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz aufweist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Radargerät für ein Kraftfahrzeug zum Messen eines Abstandes zwischen dem Radargerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Radargerät und dem Objekt, wobei das Radargerät einen Oszillator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz aufweist.The The invention relates to a measuring device and measuring method, in particular a measuring device for a motor vehicle, for measuring a distance between the meter and an object and / or for measuring a speed difference between the meter and the Object, with the meter a signal generator for generating a transmission signal with a has time variant frequency. The invention particularly relates a radar device for a Motor vehicle for measuring a distance between the radar device and a Object and / or to measure a speed difference between the radar device and the object, wherein the radar device generates an oscillator a transmission signal having a time-variant frequency.
Ein
derartiges Radargerät
ist aus der Dissertation „Radarsysteme
zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen" von R. Mende, Technische
Universität
Carolo-Wilhelmina
zu Braunschweig, 1999 sowie aus der
Der
Einsatz eines Radargerätes
im Automobilbereich ist zudem auch aus der
Die
Die
Zudem
ist aus der
Aus
der
Bei
den aus der Dissertation „Radarsysteme
zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen" von R. Mende, Technische
Universität
Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1999 sowie aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Messung eines Abstands zwischen einem Radargerät und einem Objekt und/oder einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Radargerät und dem Objekt zu verbessern.It Object of the invention, the measurement of a distance between a radar and an object and / or a speed difference between the radar device and to improve the object.
Vorgenannte Aufgabe wird durch ein Messgerät, insbesondere Messgerät für ein Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Messgerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Messgerät und dem Objekt gelöst, wobei das Messgerät einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz und einen Phasenschieber zum Verzögern des Sendesignals, insbesondere mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung, aufweist.The aforementioned Task is performed by a measuring device, in particular measuring device for a Motor vehicle, for measuring a distance between the measuring device and a Object and / or to measure a speed difference between the meter and the object solved, being the meter a signal generator for generating a transmission signal with a time variant frequency and a phase shifter for delaying the Transmission signal, in particular with a time-variant phase shift, having.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Messgerät eine Abstrahlvorrichtung zur Abstrahlung des Sendesignals auf. Dabei ist der Phasenschieber in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung derart zwischen der Abstrahlvorrichtung und dem Signalgenerator angeordnet, dass das Sendesignal mittels des Phasenschiebers vor Abstrahlung mittels der Abstrahlvorrichtung verzögerbar ist.In Advantageous embodiment of the invention, the meter has a radiating device for the emission of the transmission signal. Here is the phase shifter in a further advantageous embodiment of the invention in between the emitting device and the signal generator arranged that the transmission signal by means of the phase shifter before radiation by means of the emitting device delayable is.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Messgerät eine Empfangseinrichtung zum Empfang eines von dem Objekt reflektierten Reflexionssignals des abgestrahlten Sendesignals und insbesondere einen Mischer zum Mischen des Reflexionssignals und des Sendesignals auf, wobei der Phasenschieber in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Signalgenerator und dem Mischer angeordnet ist.In Furthermore, an advantageous embodiment of the invention, the meter has a receiving device for Receiving a reflected from the object reflection signal of the radiated transmission signal and in particular a mixer for mixing the reflection signal and the transmission signal, wherein the phase shifter in a further advantageous embodiment of the invention between the signal generator and the mixer is arranged.
Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch ein Messgerät, insbesondere Messgerät für ein Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Messgerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Messgerät und dem Objekt gelöst, wobei das Messgerät einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz, eine Abstrahlvorrichtung zur Abstrahlung des Sendesignals, eine Empfangseinrichtung zum Empfang eines von dem Objekt reflektierten Reflexionssignals des abgestrahlten Sendesignals und einen Phasenschieber zum Verzögern des Reflexionssignals, insbesondere mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung, aufweist.The aforementioned The object is also achieved by a measuring device, in particular a measuring device for a motor vehicle, for measuring a distance between the measuring device and an object and / or for measuring a speed difference between the meter and the Object solved, being the meter a signal generator for generating a transmission signal with a time-variant frequency, a radiation device for radiation of the transmission signal, a receiving device for receiving one of Reflected the object reflection signal of the radiated transmission signal and a phase shifter for delaying the reflection signal, in particular with a time-variant phase shift.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Messgerät einen Mischer zum Mischen des Reflexionssignals und des Sendesignals auf, wobei der Phasenschieber derart zwischen der Empfangseinrichtung und dem Mischer angeordnet ist, dass das Reflexionssignal mittels des Phasenschiebers vor Eingang in den Mischer verzögerbar ist.In Furthermore, an advantageous embodiment of the invention, the meter has a Mixer for mixing the reflection signal and the transmission signal, the phase shifter in such a way between the receiving device and the mixer is arranged, that the reflection signal by means of the phase shifter is delayable before entering the mixer.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Phasenverschiebung mit der Zeit linear ansteigend oder abfallend.In Furthermore, an advantageous embodiment of the invention is the phase shift linearly increasing or decreasing over time.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Sendesignal ein mit einem Zusatzsignal mit einer zeitvarianten, insbesondere mit einer linear mit der Zeit ansteigenden oder abfallenden, Frequenz moduliertes Trägersignal mit einer Trägerfrequenz auf. Einzelheiten eines derartigen Sendesignal, z.B. für ein FMCW-Radar, können der der Dissertation „Radarsysteme zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen" von R. Mende, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1999 entnommen werden.In Furthermore, advantageous embodiment of the invention, the transmission signal a with an additional signal with a time variant, in particular with a frequency increasing or decreasing linearly with time carrier signal with a carrier frequency on. Details of such a transmission signal, e.g. for an FMCW radar, the the dissertation "radar systems for automatic distance control in automobiles "by R. Mende, Technische university Carolo-Wilhelmina to Braunschweig, 1999 taken.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Phasenverschiebung in gleichem Maße mit der Zeit linear ansteigend oder abfallend wie die Frequenz des Zusatzsignals.In Furthermore, an advantageous embodiment of the invention is the phase shift to the same extent with the time linearly increasing or decreasing as the frequency of the additional signal.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Phasenverschiebung periodisch ansteigend und abfallend. So kann die Phasenverschiebung z.B. abwechselnd 0 und das 0,5-fache der Periode der Trägerfrequenz betragen. Eine besonders kostengünstige Implementierung eines Phasenschiebers mit einer derartigen Phasenverschiebung ist ein Phasenschieber, der einen elektrischen Verlängerungsleiter und einen Schalter zum wahlweisen Leiten eines durch den Phasenschieber laufenden Signals durch den elektrischen Verlängerungsleiter aufweist. Ein derartiger elektrischer Verlängerungsleiter kann z.B. eine Länge aufweisen, welche der Hälfte der betrachteten Wellenlänge entspricht, also beispielsweise bei 77 GHz gleich 3,9 mm/2.In a further advantageous embodiment of the invention, the phase shift is periodically increasing and decreasing. For example, the phase shift may be alternately 0 and 0.5 times the period of the carrier frequency. A particularly inexpensive implementation of a phase shifter with such a phase shift is a phase shifter comprising an electrical extension conductor and a A switch for selectively passing a current through the phase shifter signal through the electrical extension conductor. Such an electrical extension conductor may, for example, have a length which corresponds to half the wavelength considered, that is, for example, equal to 3.9 mm / 2 at 77 GHz.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstrahlvorrichtung und die Empfangseinrichtung je eine Antenne. Die Abstrahlvorrichtung und die Empfangseinrichtung können jedoch auch mittels einer gemeinsamen Antenne implementiert werden.In Furthermore, advantageous embodiment of the invention are the emitting device and the receiving device each have an antenna. The radiating device and the receiving device can However, also be implemented by means of a common antenna.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Abstrahlvorrichtung ein optisches Element, insbesondere ein Laser. Die Empfangseinrichtung ist dabei in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein lichtempfindliches Element, insbesondere eine Photodiode.In Furthermore, an advantageous embodiment of the invention is the emitting device an optical element, in particular a laser. The receiving device is in a further advantageous embodiment of the invention a photosensitive element, in particular a photodiode.
Vorgenannte
Aufgabe wird zudem – insbesondere
in Verbindung mit vorgenannten vorteilhaften Ausgestaltungen – durch
ein Radargerät,
insbesondere Radargerät
für ein
Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Radargerät und einem
Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen
dem Radargerät
und dem Objekt gelöst,
wobei das Radargerät
einen Oszillator bzw. einen Signalgenerator zur Erzeugung eines
Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz und einen Phasenschieber
zum Verzögern
des Sendesignals, insbesondere mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung,
aufweist. Ein Beispiel für
ein stufenweises lineares Verändern
einer Frequenz ist in der
Vorgenannte Aufgabe wird zudem – insbesondere in Verbindung mit vorgenannten vorteilhaften Ausgestaltungen – durch ein Radargerät, insbesondere Radargerät für ein Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Radargerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Radargerät und dem Objekt gelöst, wobei das Radargerät einen Oszillator bzw. einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz, eine Sendeantenne zur Abstrahlung des Sendesignals, eine Empfangsantenne zum Empfang eines von dem Objekt reflektierten Reflexionssignals des abgestrahlten Sendesignals und einen Phasenschieber zum Verzögern des Reflexionssignals, insbesondere mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung, aufweist.The aforementioned Task is also - especially in conjunction with the aforementioned advantageous embodiments - by a radar device, in particular radar device for a Motor vehicle for measuring a distance between the radar device and a Object and / or to measure a speed difference between the radar device and the object solved, being the radar device an oscillator or a signal generator for generating a Transmission signal with a time-variant frequency, a transmitting antenna for emitting the transmitted signal, a receiving antenna for receiving a reflection signal of the radiated transmission signal reflected from the object and a phase shifter for delaying the reflection signal, in particular with a time-variant phase shift.
Ein lineares Verändern einer Frequenz oder einer Phase Sinne der Erfindung umfasst auch ein stufenweises Verändern der Frequenz oder der Phase in im wesentlichen äquidistanten Stufen, wobei die Stufen insbesondere so gewählt sind, dass bei einer Abtastung eines Signals mit der sich verändernden Frequenz oder Phase bei jeder Abtastung eine neue Stufe erreicht ist. Nach der Abtastung ist in diesem Fall kein oder kaum ein Unterschied zwischen einem linearen Verändern der Frequenz oder der Phase im strengen Sinne und dem stufenweisen Verändern der Frequenz oder der Phase feststellbar.One linear changing A frequency or a phase of the invention also includes a gradual change the frequency or phase in substantially equidistant stages, wherein especially the steps chosen are that when sampling a signal with the changing Frequency or phase reaches a new level each sample is. After scanning, there is little or no difference in this case between a linear change Frequency or phase in the strict sense and step by step Change the frequency or phase detectable.
Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein individuell im Straßenverkehr benutzbares Landfahrzeug. Kraftfahrzeuge im Sinne der Erfindung sind insbesondere nicht auf Landfahrzeuge mit Verbrennungsmotor beschränkt.motor vehicle in the context of the invention is in particular an individual on the road usable land vehicle. Motor vehicles in the context of the invention especially not on land vehicles with internal combustion engine limited.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:Further Advantages and details will become apparent from the following description of exemplary embodiments. Showing:
Es
können
je nach Anwendung der Abstandssensoren- und/oder Geschwindigkeitssensoren
Das
mittels des Signalgenerators
Das
Sendesignal s(t) wird mittels eines Kopplers
Das
Sendesignal s(t) wird zudem mittels eines weiteren Kopplers
Die Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R erfolgt durch Messen der (dominierenden) Frequenz des Inphase-Signals I(t) bzw. des Quadratur-Signals Q(t) bzw. der Summe I(t) + jQ(t) für mehrere Steigungen y1, y2, ... yM und Lösen eines sich daraus ergebenden Gleichungssystems: The determination of the speed difference v or of the distance R takes place by measuring the (dominant) frequency of the in-phase signal I (t) or the quadrature signal Q (t) or the sum I (t) + jQ (t) for several slopes y1, y2, ... yM and solving a resulting system of equations:
In einem Bereich in dem f sehr klein bzw. nahe Null ist, sind die Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. der Abstand R aufgrund von Unzulänglichkeiten der Hochfrequenzbauteile (z. B. aufgrund von Phasenrauschen und Gleichanteilen) nur sehr ungenau messbar. Ausführungsbeispiele von Lösungen dieses Problems sind im folgenden beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleichartige Einrichtungen bzw. Elemente bezeichnen.In an area where f is very small or near zero are the speed difference v or the distance R due to shortcomings of the high-frequency components (eg due to phase noise and DCs) only very inaccurately measurable. embodiments of solutions This problem will be described below, wherein like reference numerals designate similar devices or elements.
Das
Sendesignal s(t) wird zudem mittels eines weiteren Kopplers
Alternativ
zu der Anordnung in
Das
abgestrahlte Sendesignal s'(t)
in
wobei
n einen Laufindex vorgenannter äquidistanter
Stufen, N die Anzahl vorgenannter äquidistanter Stufen, fT die Trägerfrequenz,
fHub die Differenz der Frequenz des Zusatzsignals
bei n = N und der Frequenz des Zusatzsignal bei n = 1, TBurst die Dauer einer n-ten Stufe und rect
eine Rechteckfunktion bezeichnet.The radiated transmission signal s' (t) in
where n is a running index aforementioned equidistant stages, N is the number of aforementioned equidistant stages T f is the carrier frequency, f stroke, the difference of the frequency of the additional signal at n = N and the frequency of the additional signal at n = 1, T Burst th n the duration of a Level and rect denotes a rectangular function.
Damit ergibt sich ein Signal m(t) = I(t) + jQ(t) zu wobei fD die Dopplerfrequenz und τ 2R/c ist, und wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.This results in a signal m (t) = I (t) + jQ (t) where f D is the Doppler frequency and τ 2R / c, and c is the speed of light.
Abgetastet
mit einer Abtastfrequenz fa mit ergibt sich wobei φTX(n) linear mit n steigend gemäß
Damit ergibt sich eine Frequenzverschiebung δf mit This results in a frequency shift δf
Die Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R erfolgt durch Messen der (dominierenden) Frequenz des Inphase-Signals I(t) bzw. des Quadratur-Signals Q(t) bzw. der Summe I(t) + jQ(t) für mehrere Steigungen y1, y2, ... yM und Lösen eines sich daraus ergebenden folgenden Gleichungssystems The determination of the speed difference v or of the distance R takes place by measuring the (dominant) frequency of the in-phase signal I (t) or the quadrature signal Q (t) or the sum I (t) + jQ (t) for several slopes y1, y2, ... yM and solving a consequent following equation system
Der
Term φRX(t) bzw. φRX(n)
wird entsprechend φTX(t) bzw. φTX(n)
gebildet und hat für
das resultierende Mischerausgangssignal I(t) bzw. Q(t) eine vergleichbare
Auswirkung wie φTX(t) bzw. φTX(n)
im Ausführungsbeispiel
gemäß
Anstelle eines linearen Anstiegs der Phasenverschiebung φTX(t) bzw. φTX(n) oder φRX(t) bzw. φRX(n) kann diese periodisch ansteigend und abfallend sein. So kann die Phasenverschiebung z.B. abwechselnd 0 und das 0,5-fache einer Trägerperiode (=1/Trägerfrequenz) betragen: Instead of a linear increase of the phase shift φ TX (t) or φ TX (n) or φ RX (t) or φ RX (n), this may be periodically increasing and decreasing. For example, the phase shift may be alternately 0 and 0.5 times a carrier period (= 1 / carrier frequency):
Die Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R erfolgt wiederum durch Messen der (dominierenden) Frequenz des Inphase-Signals I(t) bzw. des Quadratur-Signals Q(t) bzw. der Summe I(t) + jQ(t) für mehrere Steigungen y1, y2, ..., yM und Lösen eines sich daraus ergebenden folgenden Gleichungssystems: The determination of the speed difference v or of the distance R is again effected by measuring the (dominant) frequency of the in-phase signal I (t) or the quadrature signal Q (t) or the sum I (t) + jQ (t) for several slopes y1, y2, ..., yM and solving a resulting equation system:
Eine
besonders kostengünstige
Implementierung eines Phasenschiebers
Das
Sendesignal sI(t) wird zudem mittels eines weiteren Kopplers
Das
optische Messgerät
Die
Phasenverschiebung bezüglich
Phasenschieber
Die Elemente und Leiter in den Figuren sind unter Berücksichtigung von Einfachheit und Klarheit und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. So sind z.B. die Größenordnungen einiger Elemente bzw. Leiter deutlich übertrieben gegenüber anderen Elementen bzw. Leitern dargestellt, um das Verständnis der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu verbessern.The Elements and ladder in the figures are under consideration simplicity and clarity and not necessarily true to scale drawn. Thus, e.g. the orders of magnitude of some elements or leaders clearly exaggerated over others Elements or conductors shown to the understanding of the embodiments to improve the present invention.
- 11
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 2, 32, 3
- Stoßfängerbumper
- 4, 54, 5
- Seitenspiegelside mirror
- 6, 76 7
- Seitentürside door
- 88th
- Heckklappetailgate
- 10, 11, 12, 13,10 11, 12, 13,
- 14, 15, 1614 15, 16
- Abstandssensor- und/oder GeschwindigkeitssensorAbstandssensor- and / or speed sensor
- 2020
- Objekt bzw. Hindernisobject or obstacle
- 3030
- FMCW-RadargerätFMCW radar
- 31, 8131 81
- Signalgeneratorsignal generator
- 32, 33, 34, 82,32 33, 34, 82,
- 83, 8483 84
- Kopplercoupler
- 3535
- Sendeantennetransmitting antenna
- 3636
- Empfangsantennereceiving antenna
- 37, 8737, 87
- Phasenschieberphase shifter
- 38, 39, 88, 8938 39, 88, 89
- Mischermixer
- 4040
- KurveCurve
- 50, 52, 7050, 52, 70
- Radargerätradar
- 51, 53, 60, 71,51 53, 60, 71,
- 91, 101, 11191 101, 111
- Phasenschieberphase shifter
- 6161
- Schalterswitch
- 6262
- Verzögerungsleitungdelay line
- 8585
- Laserlaser
- 8686
- Photodiodephotodiode
- 90, 100, 11090, 100, 110
- optisches Messgerätoptical gauge
- I(t)I (t)
- Inphase-SignalIn-phase signal
- Q(t)Q (t)
- Quadratur-SignalQuadrature signal
- RR
- Abstanddistance
- r(t), rI(t)r (t), Ri (t)
- Reflexionssignalreflection signal
- s(t), sI(t)s (t), sI (t)
- Sendesignalsend signal
- vv
- Geschwindigkeitsdifferenzspeed difference
- vFvF
- Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugsspeed of the motor vehicle
- vHper cent
- Geschwindigkeit des Hindernissesspeed of the obstacle
- φRX(t), φTX(t)φ RX (t), φ TX (t)
- zeitvariante PhasenverschiebungTime Dependent phase shift
Claims (25)
Priority Applications (1)
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DE10347976A DE10347976A1 (en) | 2003-10-15 | 2003-10-15 | Measuring device and measuring process to measure distance for a motor vehicle has radar device, which comprises an oscillator to generate the transmission signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10347976A DE10347976A1 (en) | 2003-10-15 | 2003-10-15 | Measuring device and measuring process to measure distance for a motor vehicle has radar device, which comprises an oscillator to generate the transmission signals |
Publications (1)
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DE10347976A1 true DE10347976A1 (en) | 2005-05-19 |
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ID=34441971
Family Applications (1)
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DE10347976A Ceased DE10347976A1 (en) | 2003-10-15 | 2003-10-15 | Measuring device and measuring process to measure distance for a motor vehicle has radar device, which comprises an oscillator to generate the transmission signals |
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