DE1616308B2

DE1616308B2 - Radar-Anordnung zur Abstandsmessung aufeinanderfolgender Fahrzeuge durch Dopplerfrequenzintegration

Info

Publication number: DE1616308B2
Application number: DE1616308A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Clamart Preti (Frankreich)
Original assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Current assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Priority date: 1967-01-13
Filing date: 1968-01-13
Publication date: 1975-09-18
Also published as: US3501763A; FR93467E; GB1211032A; DE1616308A1

Description

= 2v

cos a

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Mes-

sen des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgen- gegeben ist. Dieses Signal dauert an, während sich

den bewegten Fahrzeugen, von der zum Bestimmen das Fahrzeug im Radarstrahl befindet, und ver-

des Dopplereffektes ein Radarstrahl erzeugt und ge- schwindet dann, wobei, ein weiteres Signal nur dann

erscheint, wenn ein anderes Fahrzeug vor dem Strahlenbündel vorbeifährt.

Wenn man mit t₀ und t_t die Zeitpunkte bezeichnet, in denen das Erfassen des ersten bzw. des zweiten Fahrzeuges beginnt, und wenn man voraussetzt, daß die Geschwindigkeit des ersten Fahrzeuges während des Zeitintervalls J₁ — t₀ konstant bleibt, so ergibt sich als Abstand zwischen den zwei Fahrzeugen zum Zeitpunkt Z₁

D= »
J Ό

.
df.

(2)

Ersetzt man in dieser Formel den Wert ν durch den Ausdruck, der sich durch Auflösen der Formel (1) nach ν ergibt und der eine Funktion der Frequenz / des Dopplersignals ist, so erhält man folgende Formel für den Abstand zwischen den beiden Fahrzeugen

2 cos a

dt.

(3)

Wenn man noch die Frequenz / durch die Zahl N ersetzt, die man als Wechsel des Signals pro Zeiteinheit betrachten kann, so ergibt sich

D =

NL 2 cos a

(4)

Durch eine einfache Integration des Speichersignals, das die Eigenschaften des vom Radargerät abgegebenen Dopplersignals aufweist, und zwar zwiscnen dem Beginn des Erfassens des ersten Fahrzeuges und dem Beginn des Erfassens des zweiten Fahrzeuges, erhält man N und kann daraus D nach der Formel (4) bestimmen.

Dieses Verfahren ist auch zur Auswertung der Verkehrsdichte von Fahrzeugen verwendbar. Unter Dichte wird hier das Verhältnis einer Anzahl von Fahrzeugen zur Länge der von den Fahrzeugen eingenommenen Wegstrecke verstanden, das heißt die Zahl von Fahrzeugen pro Längeneinheit. Dieses Verhältnis ist für den Verkehr kennzeichnend, und seine Kenntnis ist nützlich, um den optimalen Zyklus von Signalanlagen zu bestimmen. Es ist der einfachen Kenntnis der Zahl der Vorbeifahrten von Fahrzeugen in einer gegebenen Zeit ebenso wie der Kenntnis der mittleren Geschwindigkeit der Fahrzeuge vorzuziehen, denn die Zahl der Vorbeifahrten oder die mittlere Geschwindigkeit erlauben es nicht, den Verkehr unter allen Bedingungen von der Sättigung bis zum sehr flüssigen Verkehr angemessen zu beurteilen. Das mit der erfindungsgemäßen Anordnung durchführbare Verfahren zum Messen des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden bewegten Fahrzeugen erlaubt in einfacher Weise eine Messung der Verkehrsdichte, ohne daß der Gebrauch kostspieliger Rechenmaschinen, im Gegensatz zu anderen bekannten Verfahren, erforderlich ist. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Messen des Abstandes wird die Verkehrsdichte dadurch bestimmt, daß jeweils der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fahrzeugen gemessen wird, indem die auf die Auslösung durch die Dopplersignale erfolgenden Speichersignale integriert werden. Man mißt also in immer gleicher Weise den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten, dem zweiten und dem dritten Fahrzeug usw., bis man auf diese Weise die aufeinanderfolgenden Abstände zwischen einer Anzahl von Fahrzeugen gemessen hat. Dann bildet man die Summe dieser Abstände, welche igerade diejenige Länge der Bahn angibt, die von dieser Anzahl von Fahrzeugen eingenommen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteranspriichen definiert.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand zweier durch die ,Zeichnung beispielhaft dargestellter: Aueführungsformen der findungsgemäßen Anordnung zum Messen des Abstandes bzw. der Verkehrsdichte im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Anordnung zum Messen des Abstandes als erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Anordnung zum Messen der Verkehrsdichte als zweites Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zum Messen des Abstandes zwischen zwei Fahrzeugen, die auf einem Fahrweg aufeinanderfolgen, weist ein mit dem Dopplereffekt arbeitendes Radargerät 1 auf, das mittels seiner Antenne 2 ein Strahlenbündel längs der Achse X'-X aussendet, welches die Achse Y'-Y des Verkehrsweges unter einem Winkel α schneidet, um die Vorbeifahrt jedes Fahrzeuges festzustellen und daraufhin Dopplersignale abzugeben, deren Frequenz für die Fahrtgeschwindigkeit des erfaßten Fahrzeuges charakteristisch ist, und um einen jeder Vorbeifahrt eines Fahrzeuges zugeordneten Zählimpuls abzugeben. Weiterhin ist ein Frequenz-Speichergerät 4 vorgesehen, das mit dem Radargerät 1 zur Aufnahme der Dopplersignale verbunden ist und das bei einer solchen Aufnahme mit den Dopplersignalen identische Speichersignale abgibt. Ein mit dem Speichergerät 4 verbundener Integrator 5 dient zum Zählen der Speichersignale, während ein Torschalter 3, der mit dem Radargerät 1 und dem Integrator 4 verbunden ist, zur Aufnahme der Zählimpulse dient und bei einer solchen Aufnahme nach jeder Vorbeifahrt eines Fahrzeuges den Integrator 5 auf Null zurückstellt.

Als Frequenz-Speichergerät 4, das vom Dopplersignal gesteuert wird und die Speichersignale abgibt, ist z. B. gemäß einem älteren Vorschlag (DT-Patent 15 91 545) vorteilhafterweise ein Gerät mit einem durch die Dopplersignale synchronisierten Oszillator und einem Frequenz-Spannungswandler vorgesehen, der die Bildung einer Steuerspanung an einem Kondensator erlaubt, welche bei Frequenzschwankungen der Dopplersignale die Oszillatorfrequenz stabilisiert. Bs hat sich nämlich gezeigt, daß die Echos beim Empfang oftmals Dopplersignale ergeben, die hinsichtlich der Frequenz Unregelmäßigkeiten aufweisen, welche meistens von außerhalb der Geräte auftretenden Schwankungen herrühren.

Der Integrator5 kann beispielsweise ein Zähler sein, der ein Signal abgibt, dessen Amplitude dem Abstand D zwischen zwei aufeinanderfolgenden, vom Radargerät 1 erfaßten Fahrzeugen proportional ist, oder er kann ein Zähler sein, der eine dem Abstand D entsprechende binäre Zahl .digital anzeigt.

Der Integrator 5 ist mit einer Auswerteinrichtung 6 zur Anzeige des Abstandes und/oder zur Alarmgebung und/oder zur Kontrolle der Verkehrsdichte verbunden. Die Information über den Abstand hat den grundlegenden Vorteil, daß sie sowohl der Geschwindigkeit des ersten Fahrzeuges vermittels der

Dopplerfrequenz Rechnung trägt als auch der Gechwindigkeit des zweiten Fahrzeuges vermittels der ntegrationsdauer, die um so länger ist, je mehr dieses "ahrzeug Zeit benötigt, um in das Strahlenbündel des /ladarstrahles zu gelangen.

Die in F i g. 2 dargestellte Anordnung zum Mes- :en der Verkehrsdichte von Fahrzeugen, die auf ;inem Verkehrsiweg vorbeifahren, weist ein mit dem Dopplereffekt arbeitendes Radargerät 1' mit einer \ntenne 2' auf, um die Vorbeifahrt jedes Fahrzeuges :u erfassen und daraufhin Dopplersignale abzugeben, deren Frequenz für die Fahrtgeschwindigkeit der er-'aßten Fahrzeuge charakteristisch ist, und um einen der Vorbeifahrt des erfaßten Fahrzeuges zugeordne- :en Zählimpuls abzugeben. Außerdem ist ein Frequenz-Speicheiigerät 4' vorgesehen, das mit dem Radargerät 1' zur Aufnahme der Dopplersignale verbunden ist und bei einer solchen Aufnahme mit den aufgenommenen Dopplersignalen identische Speichersignale abgibt. Ein 'mit dem Radargerät 1' verbündeier digitaler Gimppenzähler T dient zur Aufnahme der Zählimpulse und zur Änderung des Zustandes jedesmal dann, wenn an ihn eine beliebige Zahl von η Zählimpulsen abgegeben worden ist, die der Vorbeifahrt von η Fahrzeugen entsprechen. Ein Integrator S' ist mit dem Speichergerät 4' über einen mit dem digitalen Gruppenzähler T verbundenen Torschalter 3' verbunden, um dem Integrator 5' vom Erfassen der Vorbeifahrt des ersten Fahrzeuges an bis zum Erfassen der Vorbeifahrt des η-ten Fahrzeuges die Speichersignale zuzuführen.

Die Zahl der im Integrator addierten Zählimpulse ergibt aber die Summe der Abstände zwischen den Fahrzeugen, das heißt die Länge des Weges, die von η Fahrzeugen eingenommen wird. Diese Länge kann in Form einer digital angezeigten Zahl oder einer analogen Spannung ausgedrückt werden. Eine Auswerteinrichtung 6' in Gestalt einer Alarmeinrichtung, einer Anzeigeeinrichtung oder einer gesteuerten Signalanlage ist am Ausgang des Integrators 5' zur Verarbeitung der von diesem abgegebenen Information angeschlossen.

Unter »Fahrzeug« ist hier etwas Gegenständliches, Bewegtes zu verstehen, so daß das »Fahrzeug« beispielsweise ein Wagen oder ein bewegtes Objekt sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden bewegten Fahrzeugen, von der zum Bestimmen des Dopplereffektes ein Radarstrahl erzeugt und gegen die Bahn der Fahrzeuge gerichtet wird, so daß durch das Vorbeifahren eines Fahrzeuges vor dem Radarstrahl nach Bildung eines Echos ein Dopplersignal erzeugt wird, das eine für die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges charakteristische Frequenz aufweist, und bei der das Dopplersignal zur Auslösung eines vom Beginn des Erfassens des ersten Fahrzeuges an bis zum Beginn des Erfassens des darauffolgenden zweiten Fahrzeuges andauernden Signals dient, das der Frequenz des auf Grund des Erfassens des ersten Fahrzeuges abgegebenen Dopplersignal entspricht, und das ausgelöste Signal über die genannte Dauer integriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermöglichung der Messung größerer Abstände, bei denen das erste Fahrzeug aus dem Radarstrahl austritt, bevor das zweite Fahrzeug erfaßt wird, ein Speicher (4, 4') das ausgelöste Signal über das betreffende Zeitintervall hinweg speichert.

2. Anordnung nach Anspruch 1 zum Messen der Verkehrsdichte, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (5') das gespeicherte Signal über die Dauer des Vorbeifahrens einer größeren Zahl (n) von Fahrzeugen integriert.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (5) ein Zähler ist, wobei das gespeicherte Signal eine dem Dopplersignal entsprechende Pulsfolge ist, und ein Torschalter (3) vorgesehen ist, der den Integrator nach jedem Vorbeifahren eines Fahrzeuges mittels eines dem Vorbeifahren zugeordneten Zählimpulses rückstellt.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitaler Gruppenzähler (7') zur Aufnahme jeweils eines dem Vorbeifahren eines Fahrzeuges zugeordneten Zählimpulses und zur Änderung des Zustandes, wenn jeweils, der Vorbeifahrt von η Fahrzeugen entsprechend, η Zählimpulse übertragen wurden, vorgesehen ist und ein vom Ausgangssignal des Gruppenzählers angesteuerter Torschalter (3') die gespeicherten Signale an den Integrator (5') während der Vorbeifahrt des ersten Fahrzeuges bis zu der des η-ten Fahrzeuges weiterleitet.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Integrator (5, 5') eine Alarmeinrichtung angeschlossen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (5') als Digitalzähler ausgebildet ist.

60 gen die Bahn der Fahrzeuge gerichtet wird, so daß durch das Vorbeifahren eines Fahrzeuges vor dem Radarstrahl nach Bildung eines Echos ein Dopplersignal erzeugt wird, das eine für die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges charakteristische Frequenz aufweist, und bei der das Dopplersignal zur Auslösung eines vom Beginn des Erfassens des ersten Fahrzeuges an bis zum Beginn des Erfassens des darauffolgenden zweiten Fahrzeuges andauernden Signals dient, das der Frequenz des auf Grund des Erfassens des ersten Fahrzeuges abgegebenen Dopplersignals entspricht, und das ausgelöste Signal über die genannte Dauer integriert wird.

Zum Messen des Abstandes zwischen zwei Verkehrsmitteln, insbesondere im Eisenbahnverkehr, ist es durch die DT-AS 11 44 953 (= GB-PS 9 79 621) bekannt, ein Radarstrahlenbündel zum Bestimmen des Dopplereffektes gegen die Bahn der Verkehrsmittel zu richten und die Zahl der Nulldurchgänge des hinsichtlich der Frequenz für die Fahrtgeschwindigkeit des Verkehrsmittels charakteristischen Dopplersignals bis zum Erfassen des nachfolgenden Verkehrsmittels zu zählen.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das erste erfaßte Verkehrsmittel bis zum Augenblick des Erfassens des nachfolgenden Verkehrsmittels sich noch im Strahlenbündel des Radarstrahles befinden muß. Ein solches Verfahren ist daher für Straßenfahrzeuge praktisch nicht anwendbar, die sich mit großer Geschwindigkeit fortbewegen können und durch so große Entfernungen voneinander getrennt sind, daß sie nicht gleichzeitig von dem Strahlenbündel erfaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten, aus der genannten Schrift bekannten Art zu schaffen, bei der ein eng gebündelter, nur ein Fahrzeug erfassender Radarstrahl verwendbar ist und die auch unter solchen Bedingungen eine einfache Bestimmung des Abstandes zwischen weit voneinander entfernten Fahrzeugen erlaubt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Ermöglichung der Messung größerer Abstände, bei denen das erste Fahrzeug aus dem Radarstrahl austritt, bevor das zweite Fahrzeug erfaßt wird, ein Speicher das ausgelöste Signal über das betreffende Zeitintervall hinweg speichert. Dadurch kann der Fahrzeugabstand auf einfache Weise bestimmt werden, ohne daß ein gleichzeitiges Erfassen beider aufeinanderfolgender Fahrzeuge durch das Strahlenbündel notwendig wäre.

Die theoretische Rechtfertigung des mit der erfindungsgemäßen Anordnung durchführbaren Verfahrens ergibt sich leicht aus folgenden Betrachtungen: Ein sich mit der Geschwindigkeit ν fortbewegendes Fahrzeug, das unter einem Winkel α das Strahlenbündel eines zum Bestimmen des Dopplereffektes erzeugten Radarstrahles quert, welcher eine Emissionswellenlänge L aufweist, erzeugt ein Ausgangs-Dopplersignal mit einer Frequenz /, die durch die Formel