DE19833327A1 - Pulsradarvorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Pulsradarvorrichtung mit einem Sender für Radarimpulse (1) und einem Empfänger für reflektierte Radarimpulse (2, 2'), der mittels einer Verzögerungseinrichtung zu unterschiedlichen Verzögerungszeiten (T¶DELAY¶) zur Detektion von reflektierten Radarimpulsen (2, 2') aus einem zugehörigen Entfernungs-Teilbereich (3, 3') empfangsbereit geschaltet wird, wobei mittels einer Steuerung die einem Entfernungs-Meßbereich entsprechenden Verzögerungszeiten (T¶DELAY¶) durchfahren werden und eine Integrationsschaltung vorgesehen ist, die zu einem Teil-Entfernungsbereich (3, 3') gehörende, für die zugehörige Verzögerungszeit (3, 3') empfangene reflektierte Impulse (2, 2') aufintegriert, läßt sich eine Erhöhung der Dynamik, insbesondere für in unterschiedlichen Entfernungen reflektierte Radarimpulse (2, 2') dadurch erreichen, daß durch die Steuerung die Änderung der Verzögerungszeit (T¶DELAY¶) innerhalb eines Durchfahrens der Verzögerungszeiten unterschiedlich einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pulsradarvorrichtung mit einem Sender für Radarimpulse und einem Empfänger für reflektierte Radarimpulse, der mittels einer Verzögerungseinrichtung zu unterschiedlichen Verzögerungszeiten zur Detektion von reflek­ tierten Radarimpulsen aus einem zugehörigen Entfernungs-Teil­ bereich empfangsbereit geschaltet wird, in dem mittels einer Steuerung die einem Entfernungs-Meßbereich entsprechenden Ver­ zögerungszeiten durchfahren werden und eine Integrationsschal­ tung vorgesehen ist, die zu einem Teil-Entfernungsbereich ge­ hörende, für die zugehörige Verzögerungszeit empfangene re­ flektierte Impulse aufintegriert.

Derartige Pulsradarvorrichtungen werden in zunehmendem Umfang insbesondere als Nahbereichs-Radare zur Erkennung von Entfer­ nungen und Relativgeschwindigkeiten, insbesondere zu einem oder mehreren Objekten in der Umgebung eines Automobils einge­ setzt. Hierfür können entsprechende Radarsensoren beispiels­ weise an geeigneten Stellen rings um ein Automobil angeordnet sein, um beispielsweise eine Einparkhilfe oder auch eine Auf­ fahrwarnung zu geben.

Für die gattungsgemäße Pulsradarvorrichtung werden häufig Ra­ darsender mit sehr kurzen Pulsen verwendet. Eine beispielhafte Impulslänge beträgt τ = 333 ps. Dies entspricht einer Entfer­ nungsauflösung von 10 cm. Derartige Entfernungsauflösungen lassen sich mit üblichen (nicht gepulsten) FMCW-Radaren bei Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen über die Vergabe von Frequenzen in den für die Anwendung interessanten Frequenzbe­ reichen normalerweise nicht erzielen. Übliche Pulswiederhol­ frequenzen (PRF) liegen größenordnungsmäßig bei 2 MHz, woraus sich eine Pulswiederholperiode T_PRF von 500 ns ergibt, so daß der Eindeutigkeitsbereich für die Entfernungsmessung 75 m be­ trägt. Innerhalb des Eindeutigkeitsbereichs können nach Aus­ sendung eines Impulses reflektierte Radarimpulse (Echoimpulse) empfangen werden. Hierzu wird für den Empfänger ein Zeittor durch eine Verzögerungseinrichtung aufgemacht, das i.a. die Breite eines Sendepulses aufweist. Über eine Vielzahl von aus­ gesandten Radarimpulsen werden die innerhalb des Zeittores empfangenen reflektierten Impulse aufintegriert, um ein ver­ wertbares Echosignal auch bei einem an sich schlechten Signal- Rausch-Verhältnis zu erzielen. Mit Hilfe der durch die Verzö­ gerungszeit einstellbaren Zeittore kann der gesamte Zeitbe­ reich innerhalb einer Pulswiederholungsperiode durchfahren werden, wenn der gesamte eindeutige Entfernungsbereich abge­ tastet werden soll. Selbstverständlich ist es möglich, auch kleinere interessierende Entfernungsbereiche abzutasten, also die Verzögerungszeit nur über einen Teilbereich der Pulswie­ derholungsperiode zu verstellen.

Die Verstellung der Verzögerungszeit, also die Verschiebung des Zeittores für den Empfänger kann stufenweise oder konti­ nuierlich erfolgen.

Da die von weiter entfernten Objekten reflektierten Radarim­ pulse mit einer geringeren Signalamplitude empfangen werden als die in einer sehr kurzen Entfernung reflektierten Radarim­ pulse, entstehen bei der Aufintegration der reflektieren Ra­ darimpulse über die für jedes Zeittor zur Verfügung stehende Zeit stark unterschiedliche Integrationssignale. Es ist daher bekannt, die Integrationssignale in Abhängigkeit von der ein­ gestellten Verzögerungszeit unterschiedlich stark zu verstär­ ken, also einen durch die Verzögerungszeit steuerbaren speziellen Vorverstärker einzusetzen, um die erfaßbare Signal­ dynamik des Radarsensors zu erhöhen. Der hierfür benötigte Vorverstärker ist jedoch relativ aufwendig und steht einer Verbilligung der Radarsensoren - und damit ihrer Massenverwen­ dung - entgegen.

Die vorliegende Erfindung geht daher von der Problemstellung aus, eine Pulsradarvorrichtung der eingangs erwähnten Art mit einem geringen Aufwand und einer großen Signaldynamik zu er­ stellen.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß eine Pulsradarvorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch die Steuerung die Änderung der Verzö­ gerungszeit innerhalb eines Durchfahrens der Verzögerungszei­ ten unterschiedlich einstellbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Pulsradarvorrichtung wird die Erhö­ hung der Signaldynamik nicht durch teure steuerbare Vorver­ stärker bewirkt sondern in überraschend einfacher Weise durch eine Steuerung der Änderung der Verzögerungszeit, also eine Änderung der Integrationszeit der Radarimpulse für unter­ schiedliche Verzögerungszeiten, also unterschiedliche Entfer­ nungs-Teilbereiche. In der häufigsten und bevorzugten Anwen­ dung der Erfindung wird durch die Steuerung die Änderung der Verzögerungszeiten während eines Durchfahrens der Verzöge­ rungszeiten für kurze Verzögerungszeiten wesentlich größer als für lange Verzögerungszeigen eingestellt. Dadurch wird dem Signalintensitätsverlust der Pulssignale bei der Reflektion an weiter entfernten Gegenständen Rechnung getragen. Die Aufinte­ gration erfolgt dabei über eine wesentlich größere Anzahl von Radarimpulsen als für Reflektionen aus kurzen Entfernungen.

Die Verzögerungszeiten können stetig oder schrittweise einge­ stellt werden. Bei einer stetigen Einstellung wird die Ände­ rungsgeschwindigkeit für die Verzögerungszeiten mit zunehmen­ den Verzögerungszeiten abnehmend eingestellt.

Bei einer schrittweisen Einstellung der Verzögerungszeiten entspricht dies einer zunehmenden Verweildauer (Integrations­ zeit) auf der bestimmten Verzögerungszeit mit zunehmenden Ver­ zögerungszeiten.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 beispielhafte Signale für eine erfindungsgemäße Pulsradarvorrichtung mit der Verdeutlichung von Entfernungs-Teilbereichen entsprechenden Zeit­ toren

Fig. 2 eine schematische Verdeutlichung des bei der erfindungsgemäßen Pulsradarvorrichtung verwen­ deten Meßprinzips mit einer veränderbaren Ver­ zögerungszeit

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Kurve zur Einstellung der Verzögerungszeit für den gesamten Entfernungs- Meßbereich

Fig. 4 eine Kurve zur Verdeutlichung der Verweildauer für die dem Gesamt-Meßbereich entsprechenden Verzögerungszeiten

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Pulsradarvorrichtung.

Fig. 1a verdeutlicht auf der Zeitachse t ausgesendete Ra­ darimpulse 1, die mit einer Pulswiederholungsperiode T_PRF aus­ gesandt werden. Dargestellt ist ein aus kurzer Entfernung re­ flektiertes Pulssignal 2 und ein aus einer größeren Entfernung reflektiertes Pulssignal 2', das somit von einem Empfänger der Pulsradarvorrichtung später empfangen wird.

Fig. 1b verdeutlicht, daß für den Empfänger durch verschie­ dene Verzögerungszeiten unterschiedliche Zeittore 3, 3' ein­ stellbar sind, so daß der Empfänger für eine Vielzahl von aus­ gesandten Radarimpulsen 1 jeweils nur nach einer bestimmten Verzögerungszeit innerhalb des eingestellten Zeittores 3, 3' eintreffende Radarimpulse empfangen kann, die dann über eine Mehrzahl von empfangenen Radarimpulsen 2, 2' für das gerade eingestellte Zeittor 3, 3' aufintegriert werden.

Fig. 2 verdeutlich, daß für eine Detektionsperiode die Ver­ zögerungszeit T_DELAY kontinuierlich oder schrittweise verschoben wird, um jeweils Zeittore 3, 3' wirksam zu schalten. Die Ver­ schiebung erfolgt dabei gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Pfeil M von kleinen zu größeren Verzögerungszeiten, kann aber auch von großen Verzögerungszeiten zu den kleinen Verzöge­ rungszeiten vorgenommen werden.

Die bekannten Verschiebungen M des Zeittores 3, 3' sind gleichförmig erfolgt, also kontinuierlich mit konstanter Ge­ schwindigkeit oder stufenweise mit gleicher Verweildauer für jede eingestellte Verzögerungszeit.

Erfindungsgemäß wird die Verschiebung M, also die Änderung der Verzögerungszeit innerhalb eines Durchfahrens der möglichen Verzögerungszeiten, unterschiedlich eingestellt.

Fig. 3 zeigt eine Einstellkurve für die auf der Ordinate ein­ getragenen relativen Verzögerungszeiten (zwischen 0 und 1) aufgetragen gegen den Entfernungsmeßbereich R_min bis R_max bzw. die zugehörigen Verzögerungszeiten 0 bis T_max. Daraus ergibt sich, daß zur Kompensation des Intensitätsabfalls durch Re­ flektionen an in zunehmender Entfernung befindlichen Objekten die Änderung der Einstellung der Verzögerungszeit für geringe Entfernungen (nahe R_min) sehr groß ist, so daß die Hälfte der Änderung der Verzögerungszeit bereits in einem Bereich zwischen einem Achtel und einem Zehntel des Entfernungs-Meßbe­ reichs stattgefunden hat. Die Einstellung der übrigen Verzöge­ rungszeiten erfolgt dann mit stark abnehmender Änderungsge­ schwindigkeit. Für die in der Praxis bewährte Kurve gemäß Fig. 3 ist ein Zusammenhang zwischen Empfangsleistung P_e und Abstand r mit P_e prop. r^-2,5 zugrunde gelegt worden.

Fig. 4 zeigt im logarithmischen Maßstab über den Entfernungs- Meßbereich R_min bis R_max eine Kurve, die als die Verweilzeit bei den Verzögerungszeiten, die den jeweiligen Entfernungsbe­ reichen zwischen R_min und R_max entsprechen, eingestellt sind. Sollte die Verstellung der Verzögerungszeit schrittweise vor­ genommen werden, repräsentiert Fig. 4 die jeweilige Einstell­ dauer für den jeweiligen Verzögerungszeitschritt. Für hohe Verzögerungszeiten, also große Entfernungen der Objekte wird die Verweildauer - also die Integrationszeit und damit die Summation der reflektierten Signale über die Anzahl der ausge­ sandten Radarimpulse 1 - drastisch gegenüber kurzen Verzöge­ rungszeiten erhöht.

Auf diese Weise gelingt es, die Intensitätsverluste der an entfernteren Objekten reflektierten Radarimpulse 2' gegenüber den an nahen Objekten reflektierten Radarimpulsen 2 zu kompen­ sieren, ohne daß hierfür besonders gesteuerte aufwendige Vor­ verstärker erforderlich wären. Sofern noch Verstärker zum Ein­ satz gelangen, können diese einfach und daher preiswert sein.

Fig. 5 verdeutlicht einen schematischen Aufbau einer erfin­ dungsgemäßen Pulsradarvorrichtung. Ein Pulsgenerator 10 steu­ ert einen Sender 11, der somit Radarimpulse über eine Sendean­ tenne 12 aussendet. Über eine Empfangsantenne 13 werden re­ flektierte Radarimpulse empfangen und einem Empfänger 14 zu­ geleitet. Der Empfänger wird über eine steuerbare Verzö­ gerungsschaltung 15 jeweils nur für ein bestimmtes Zeittor 3, 3' nach Aussendung des Radarimpulses empfangsbereit geschal­ tet. Demgemäß triggert ein Ausgangsimpuls des Impulsgenerators 10 jeweils die Verzögerungsschaltung 15. Die von dem Empfänger 14 jeweils innerhalb des Zeittores 3, 3' empfangenen reflek­ tierten Radarimpulse werden mit einer Integrationsschaltung 16 aufintegriert und bilden ein zu dem jeweiligen Zeittor 3, 3' gehörendes Ausgangssignal.

Erfindungsgemäß ist die Verzögerungsschaltung 15 mit einer Steuerung 17 steuerbar, um so die Verlängerung der Integra­ tionszeit (Fig. 4) für größere Entfernungen herbeizuführen. Hierzu kann das Ausgangssignal der Steuerung 17 gemäß Fig. 3 ausgebildet sein, um die Verzögerungszeit für kurze Entfernun­ gen wesentlich schneller zu ändern als für größere Entfernun­ gen.

Claims (5)

1. Pulsradarvorrichtung mit einem Sender für Radarimpulse (1) und einem Empfänger für reflektierte Radarimpulse (2, 2'), der mittels einer Verzögerungseinrichtung zu unter­ schiedlichen Verzögerungszeiten (T_DELAY) zur Detektion von reflektierten Radarimpulsen (2, 2') aus einem zugehörigen Entfernungs-Teilbereich (3, 3') empfangsbereit geschaltet wird, wobei mittels einer Steuerung die einem Entfer­ nungs-Meßbereich entsprechenden Verzögerungszeiten (T_DELAY) durchfahren werden und eine Integrationsschaltung vorge­ sehen ist, die zu einem Teil-Entfernungsbereich (3, 3') gehörende, für die zugehörige Verzögerungszeit (3, 3') empfangene reflektierte Impulse (2, 2') aufintegriert, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuerung die Ände­ rung der Verzögerungszeit (T_DELAY) innerhalb eines Durchfahrens der Verzögerungszeiten unterschiedlich einstellbar ist.

2. Pulsradarvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch die Steuerung die Änderung der Ver­ zögerungszeiten (T_DELAY) während eines Durchfahrens der Verzögerungszeiten für kurze Verzögerungszeiten wesent­ lich größer einstellbar ist als für lange Verzögerungs­ zeiten.

3. Pulsradarvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verzögerungszeiten stetig mit für zunehmende Verzögerungszeiten abnehmenden Änderungen der Verzögerungszeiten einstellbar sind.

4. Pulsradarvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verzögerungszeiten schrittweise einstellbar sind und die Verweildauer auf eine einge­ stellte Verzögerungszeit (3, 3') für die Verzögerungszei­ ten unterschiedlich einstellbar ist.

5. Pulsradarvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verweildauer für eine bestimmte Verzö­ gerungszeit (3, 3') mit zunehmender Verzögerungszeit zu­ nimmt.