DE2334538A1

DE2334538A1 - Anordnung zur ueberwachung eines laengeren verkehrsweges

Info

Publication number: DE2334538A1
Application number: DE19732334538
Authority: DE
Inventors: Henri Billottet; Jean-Raymond Narbaits-Jaureguy
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-07-06
Filing date: 1973-07-06
Publication date: 1974-01-24
Also published as: GB1441968A; SE392974B; CA999953A; FR2191181A1; CH576150A5; ES416609A1; ATA593673A; BR7304971D0; JPS4960194A; US3964063A; NL7309319A; FR2191181B1; IT989736B; BE801986A; AR204311A1; RO69601A; AT344550B

Description

■■-.j 6.7.1973

ibuJwrdstr. 8? 7550-IV/He.

;e!.::o*t 50 17 62

Thomson - CSP, F-75OO8 Paris, Bid. Haussmann 173

(Prankreich)

"Anordnung zur überwachung eines längeren Verkehrsweges"

Priorität vom 6. Juli 1972 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 72 24 465

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur überwachung eines längeren Verkehrsweges und zur Ermittlung von Informationen unter anderem über die Zahl, die Abmessungen, den Ort, die Geschwindigkeit und den gegenseitigen Abstand von den Verkehrsweg durchfahrenden Fahrzeugen durch eine Radaranlage, die mit einer Sende/Empfangsantenne ausgerüstet ist.

Die bemerkenswerte Erhöhung der am Straßenverkehr teilnehmenden Kraftfahrzeuge ohne eine entsprechende Vermehrung der Verkehrswege führt dazu, daß die Verkehrsdichte in den Städten, auf den Landstraßen und selbst auf den Autobahnen zu bestimmten Stunden des Tages oder an bestimmten Tagen ganz außerordentlich anwächst.

Es besteht daher ein Interesse daran, daß die mit der überwachung eines guten Verkehrsflusses betrauten Verantwortlichen über die Verkehrslage unterrichtet sind, so daß diese gegebenenfalls Ableitungen auf weniger stark befahrene Routen als die normalerweise von den Verkehrsteilnehmern benutzten vornehmen können.

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Es ist daher wesentlich, in jedem Augenblick für einen Abschnitt eines Verkehrsweges über Informationen bezüglich der Zahl der sich auf diesem Abschnitt befindenden Fahrzeuge, deren Geschwindigkeit, deren gegenseitigen Abstand und deren Abmessungen zu verfügen, welche Informationen den Verkehrszustand auf dem betrachteten Abschnitt wiederspiegeln.

Solche Informationen oder einige derselben können bereits mit bekannten Anordnungen erhalten werden.

Es ist bekannt, Zähler zu verwenden, die in der Umgebung ihres Aufstellungsortes das Passieren von Fahrzeugen registrieren und demzufolge eine Aussage über die Zahl der diese Stelle passierenden Fahrzeuge liefern.

Es wurden auch bereits auf zu überwachenden Verkehrswegabschnitten Fernsehkameras angeordnet, die auf einem zugeordneten Empfänger einen Überblick über die Verkehrssituation gestatten.

In diesem Fall lassen sich jedoch nicht die gewünschten Informationen bezüglich des gegenseitigen Abstandes der Fahrzeuge, deren Geschwindigkeit u.s.w. erhalten.

Es wurden auch bereits Radargeräte, im allgemeinen Dopplerradargeräte, verwendet, mit denen Informationen über die Geschwindigkeit der in den Erfassungsbereich des Radargerätes gelangenden Fahrzeuge, deren gegenseitigen Abstand und deren Ort erhalten werden können.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es je nach Aufstellungsort und Einsatzbedingungen schwierig, wenn nicht unmöglich ist, mit einem Radargerät einen Verkehrswegabschnitt relativ großer Länge zu erfassen und zu aussagekräftigen Informationen zu gelangen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik alle interessierenden Verkehrsinformationen zu liefern im Stande ist.

Diese Aufgabe ist■erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sende/Empfangsantenne aus einer streuverlustbehafteten, an ihrem Ende mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossenen übertragungsleitung besteht und der Radaranlage einen Teil der gesendeten, an einer sich im abgestrahlten elektrischen Feld befindenden Metallmasse oder einem Fahrzeug reflektierten Energie wieder zuführt.

Diese Ausbildung der Anordnung hat den Vorteil, daß alle nach der Radartechnik ermittelbaren Informationen für jedes sich im Erfassungsbereicn/verwendeten Radars befindende Fahrzeug erlangt werden können, wobei der Erfassungsbereich durch die Anordnung und die Länge der als Antenne verwendeten streuverlustbehafteten Leitung bestimmt ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Anordnung bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist die Anordnung nach der Erfindung anhand einer beispielsweise gewählten Ausführungsform und deren Einzelheiten schematisch veranschaulicht. Es zeigen:

Fig;. 1 ein Blockschaltbild einer überwachungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine für zwei parallele Verkehrswege bestimmte Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung,

Fi_;~. 3 eine schematische Darstellung eines geschlitzten Koaxialkabels ,

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Fig. H eine schematische Darstellung eines geschlitzten Hohlleiters und

Fig. 5,6 und 7 Blockschaltbilder von im Rahmen der Erfindung verwendbaren Radaranlagen.

Die Probleme, die die rasche Zunahme der Zahl zugelassener Kraftfahrzeuge stellt, werden ständig größer und der Verkehrsfluß wird immer zäher, selbst wenn keine außergewöhnlichen Umstände vorliegend

Um diesem von Tag zu Tag kritischer werdenden Zustand abzuhelfen, wurden bekanntlich bereits zahlreiche Lösungen vorgeschlagen, die alle oder nahezu alle darauf beruhen, Informationen über die Fahrzeuge zu erfassen, die sich in einem gegebenen Augenblick in einer gegebenen Situation befinden. Diese Informationen sind beispielsweise die Zahl der Fahrzeuge, die sich in einem gegebenen Augenblick an einem bestimmten Punkt oder auf einem Strecken- oder Straßenabschnitt befinden, der in der Gesamtheit der Verkehrswege derart gelegen ist, daß die Errichtung von Entlastungs- oder Nebenstrecken möglich ist. Bei diesen Informationen kann es sich beispielsweise auch um die Geschwindigkeit der Fahrzeuge und ihre gegenseitigen Abstände auf einem gegebenen Verkehrswegabschnitt, handeln. Ebenso kommen als Informationen die jeweiligen Orte der Fahrzeuge in Betracht.

Offensichtlich können alle diese Informationen von einer bekannten Einrichtung, nämlich dem Radar,geliefert werden, dessen Verwendung für Zwecke der Verkehrsüberwachung bereits bekannt ist.

Diese bekannten Radaranlagen liefern je nach Ausführung Informationen über die Zahl der einen bestimmten Punkt passierenden Fahrzeuge, über die Geschwindigkeit dieser Fahrzeuge in diesem Punkt und über ihren Ort, dies alles jedoch nur in

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einem relativ engen Bereich um den betreffenden Punkt herum. Außerdem werden die Informationen über die in die eine Fahrtrichtung fahrenden Fahrzeuge durch die von den in der Gegenrichtung fahrenden Fahrzeugen kommenden Informationen gestört.

Nach der Erfindung wird nun zur Erlangung der vorstehend aufgezählten Informationen über Fahrzeuge,die einen relativ laengen Verkehrsabschnitt durchfahren, eine Radaranlage -mit einer besonderen Antenne verwendet.

Diese Antenne hat die Aufgabe, einen Radarstrahlungsbereich großer Länge zu schaffen, in dem alle genannten Informationen betreffend eine gegebenenfalls große Zahl von Fahrzeugen, die sich in diesem Bereich oder Abschnitt befinden, einerseits gewonnen und andererseits voneinander unterschieden werden können, d.h., daß sie den verschiedenen Fahrzeugen zugeordnet werden können, ohne daß eine Mischung oder gegenseitige Beeinj flussung eintritt.

j Offensichtlich ist eine übliche Radaranlage für einen sol- ! chen Fall nur mit großen Schwierigkeiten verwendbar, da ein

ganz erhebliches Auflösungsvermögen gefordert würde, so daß j sich eine höchst kostspielige Lösung ergäbe.

j Nach der Erfindung wird an eine bekannte Radaranlage eine

aus einer streuverlustbehafteten Leitung bestehende Antenne j angekoppelt, die über ihre volle Länge ein elektromagnetisches ! Strahlungsfeld erzeugt. Die sich im Strahlungsdiagramm dieser ; Antenne befindenden Fahrzeuge reflektieren einen Teil der auf sie auftreffendaiEnergie, von dem wiederum ein Teil durch j die Leitung aufgenommen wird und dem Radarempfänger zugeführt wird, wo eine entsprechende Verarbeitung vorgenommen wird.

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Pig. 1 zeigt in sehr schematischer Form den Aufbau der Anordnung zur überwachung eines längeren Verkehrsweges. Eine Radaranlage 11 ist mit einer strueverlustbehafteten Leitung 12 gekoppelt, die im vorerwähnten Sinn die Rolle einer Antenne spielt. Diese streuverlustbehaftete Leitung ist am Ende durch den Absehlußwiderstand 23 wellenwiderstandsrichtig abgeschlossen. Mit I^ ist ein sich auf dem mit dieser Anordnung versehenen Verkehrsv/eg befindendes Fahrzeug^ bezeichnet. Die Länge der Leitung 12 ist gleich der Länge des zu überwachenden Straßenabschnittes. Der Sender der Radaranlage 11 schickt eine bestimmte Energie in Form von wiederkehrenden Impulsen in die wellenwiderstandsrichtig abgeschlossene Leitung 12. Diese Leitung 12 ist streuverlustbehaftet in dem Sinn, daß der die Leitung der Länge nach durchlaufende Impuls ein Strahlungsfeld um diese Leitung herum erzeugt.

Ein Fahrzeug Ik oder jede andere sich in der Nähe der Leitung, d.h. im Strahlungsfeld der durch sie gebildeten Antenne befindende Metallkörper fängt einen Teil der abgestrahlten Energie auf und reflektiert sie. Ein Teil dieser reflektierten Energie wird von der Leitung 12 wieder empfangen und einerseits dem Absehlußwiderstand 23, andererseits der Radaranlage 11 zugeführt, wo diese Energie vom Empfänger derart verarbeitet wird, daß die gesuchten Informationen entnommen werden können.

Die Sendeleistung ist derart berechnet, daß die von einem am Ende des betrachteten Bereiches, d.h. in der Gegend des Abschlußwiderstandes 23 befindlichen Fahrzeug reflektierte Energie noch ausreichend groß ist, daß sie unter Berücksichtigung der Kopplungsdämpfungen und der Reflexionsverluste zwischen der Leitung und dem Fahrzeug sowie anschließend zwischen dem Fahrzeug und der Leitung in den Eingangsstufen des Radarempfängers noch feststellbar ist.

In gleicher Weise sind die Dauer der vom Sender abgegebe-

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nen Impulse _} ihre Anstiegszeit und die Bandbreite der Anordnung gemäß den bei Radargeräten anzuwendenden Kriterien und ebenfalls unter Berücksichtigung der für die Informationen geforderten Genauigkeit gewählt. Es kommen beispielsweise Impulse mit einer Impulsdauer in der Größenordnung von 0,1 Hikrcsskunden und eine Bandbreite von etwa 30 Γ^τΗζ für eine Genauigkeit von etwa 2m für die Bestimmung des Ortes eines Fahrzeuges in Eetracht. Die Länge des überwachten Verkehrsweges oder Verkehrswegabschnittes kann zwischen 1 und 2 km betrafen.

Flg. 2 zeigt ebenfalls in schematischer Form die Anordnung für eine Straße mit zwei Fahrbahnen. Eine Radaranlage 11 ist Ui Verbindung mit einer Leitung 12 der Fahrbahn 13 der Straße zugeordnet j während eine Radaranlage 110 zusammen mit einer Leitung 120 der anderen Fahrbahn 130 zugeordnet ist.

U^;?. jedoch eine gegebenenfalls störende seitliche Strahlung eier Leitungen zu vermeiden, können Vorkehrungen getroffen werden, daß die beiden Radaranlagen nicht gleichzeitig arbeiten. Tann kann aber auch eine der Radaranlagen weggelassen werden und die Leitungen können derart an die verbleibende Radaranlage angeschaltet werden, daß sie abwechselnd in Betrieb sind. V.'er.n die Straße mehr als zwei Fahrbahnen hat, können die je einer Fahrbahn zugehörigen Übertragungsleitungen in derselben !■'eise nach einem vorgegebenen Betriebsdiagramm auf eine einzige Radaranlage geschaltet werden. Hierfür geeignete Schalter sind bekannt und die Art der Umschaltung kann ebenfalls in bekannter Weise erfolgen.

Eisher v.urde lediglich von einer streuverlustbehafteten Leitung als Sende/Empfangsantenne der zugehörigen Radaranlage gesprochen. Für diese Leitung sind mehrere Ausführ-ungsformen möglich.

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BAD ORIGINAL

Die Leitung kann ein geschlitztes Koaxialkabel sein, dessen Schlitz sich in Richtung auf das von der Radaranlage abgewandte Ende zunehmend verbreitert. Die Abmessungen des Schlitzes und der Abstand der Schlitzkanten, d.h. die Schlitzbreite, sind derart berechnet, daß zumindest die zwei folgenden Effekte eintreten. Einer der beiden besteht darin, unter Berücksichtigung der Ausbreitungsverluste längs der Leitung eine konstante Energieabstrahlung über deren Länge zu erzielen. Der andere Effekt besteht darin, die Kopplung zwischen der Leitung und dem Fahrzeug in dem Maße zu erhöhen, wie die Entfernung von der Radaranlage wächst, so daß das vom Empfänger aufgenommene Signal unabhängig vom Ort des Fahrzeuges längs der Leitung, d.h. unabhängig von der Entfernung von der Radaranlage, konstanten Pegel besitzt.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines mit einem Schlitz 16 versehenen Koaxialkabels 15_} das als streuverlustbehaftete Leitung und folglich als Antenne für die Radaranlage verwendbar ist.

Die streuverlustbehaftete Leitung kann auch ein Hohlleiter 17 sein, von dem eine Fläche 18 der Länge nach mit einem Schlitz 19 mit den vorstehend angegebenen Merkmalen versehen ist. In Fig. h ist ein derartiger Hohlleiter dargestellt. Der dort wiedergegebene Schlitz ist nicht symmetrisch in bezug auf die Längsachse der betreffenden Kohlleiterfläche, so daß dort eine Abstrahlung eintritt.

Abhängig von der Art der Informationen, die ermittelt werden sollen,, kommen als Radaranlagen in Verbindung mit einer streuverlustbehafteten Leitung der vorstehend angegebenen Art Radaranlagen unterschiedlicher Ausführungen in Betracht.

Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild einer bekannten Radaranlage., die an eine streuverlustbehaftete Leitung der beschriebe-

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nen Art angepaßt ist. Ein Impulsgenerator 20 liefert Impulse, eieren Dauer und deren Aufeinanderfolge (Impulsperiode oder V.'iederholfrequenz) genau festgelegt sind und die einerseits einem I'odulator 21 und andererseits einer Anzeigeeinrichtung 31 zugeführt werden. Der Modulator 21 ist mit einem Magnetron 22 verbunden, das über eine Sendersperröhre 24 und einen Sende/Empfangsschalter 25 die Antenne 12 in Form der streuverlustbehafteten Leitung speist, die am Ende mit einem Abscblußwiderstand 23 wellenwiderstandsrichtig abgeschlossen ist. Bei einem Empfang gelängen die zurückkommenden Impulse über den Sende/Empfangsschalter 25 auf einen Mischer 27, der mit einem überlagerungsoszillator 26 verbunden ist. Dem Mischer ist ein Zwischenfrequenzverstärker 28 nachgeschaltet, der mit einem Detektor 29 verbunden ist, auf welchem eine Videofrequenzstufe 30 folgt, deren Ausgangssignal der Anzeigeeinrichtung 31 zugeführt wird. Die Arbeitsweise einer derartigen Radaranlage ist bekannt.

Dennoch sind einige Punkte im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders hervorzuheben. Die von der Radaranlage abgegebenen bzw. gesendeten Impulse und diejenigen, die nach Reflexion an einem Fahrzeug empfangen werden, pflanzen sich in zwei verschiedenen Medien fort, nämlichjin Luft, wo die

Ausbreitungsgeschwindigkeit 3°10 m/s beträgt und in der Leitung, wo diese Geschwindigkeit um etwa das 0,5 bis 0,6-fache geringer als in Luft ist. Jedoch ist der Luftweg relativ sehr gering, da er nur dort zur Geltung kommt, wo die Kopplung zwischen der Leitung 12 und dem Fahrzeug Ik und anschließend zwischen dem Fahrzeug 14 und der Leitung 12 (Fig. 1) stattfindet. Die Länge des Luftweges hängt von der Höhe des Fahrzeuges ab, die von Fahrzeug zu Fahrzeug recht wenig schwankt. Bei der Errechnung der gesuchten Daten muß lediglich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Leitung berücksichtigt vrerden, während die Ausbreitungsgeschwindigkeit in Luft außer Betracht bleiben kann.

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Durch die Radaranlage erhält man den Ort eines bestimmten

dT

Fahrzeuges nach der Formel —~— · V , vjorin dT das Zeitintervall zwischen der Abstrahlung eines Impulses und der Vorderflanke des reflektierten Impulses und V die Portpflanzungsgeschwindigkeit der Impulse in der Leitung bedeuten.

Die Abmessung eines Fahrzeuges ist aus der Dauer des reflektierten Impulses, multipliziert rr.it der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Impulses in der Leitung, errechenbar.

Der Abstand zwischen zwei Fahrzeugen ist aus dem Abstand der Rückflanke und der Vorderflanke der von den beiden betrachteten Fahrzeugen reflektierten Impulse», multipliziert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Leitung, errechenbar.

Alle diese Ergebnisse v/erden auf einer 3'athodenstrahlröhre angezeigt. Mit einer Radaranlage dieser Art kann auch die Geschwindigkeit jedes Fahrzeuges durch Messung der Änderung der Zeit dT von einer Impulsperiode bis zur nächsten ermittelt werden.

Es kann aber auch ein Doppler-Radar verwendet werden, das für jedes Fahrzeug die Messung dessen Dopplerfrequenz ermöglicht.

Fig. 6 gibt ein Blockschaltbild eines solchen mit der bereits beschriebenen streuverlustbehafteten Leitung verbundenen Radargerätes wieder. Ein Modulator 32 speist den Sender 33 > der über einen Sende/Empfangsschalter 3*J mit der die Antenne bildenden Leitung 12 verbunden ist. Diese Leitung ist wiederum mit einem Abschlußwiderstand 23 wellenwiderstandsrichtig abgeschlossen. Empfangsseitig gelangen die aufgenommenen Impulse über den Sende/Empfangsschalter 3¹+ auf einen Mischer 35 >

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der außerdem die Überlagerungsfrequenz eines Überlagerungsoszillators 38 erhSlt. Der Wischer 35 ist mit einer Schaltung verbunden, die einen Detektor und die Videostufen zur Speisung einer Anzeigeeinrichtung 37 umfaßt. Darüber hinaus ist der Sender 33 mit einem Mischer 39 verbunden, der außerdem das Signal des überlogerungsoszillators 38 erhält und dem ein kohärenter Oszillator 'IO nachgeschaltet ist, der seinerseits mit der Schaltung 36 verbunden ist.

- Im Zusammenhang mit einer Anlage nach der Erfindung kann auch eine Festechounterdrückungsschaltung verwendet werden.

Fig. 7 veranschaulicht eine derartige Anlage. Ein Impulsgenerator 41 ist mit einem Modulator 42 verbunden, auf den ein Sender 43 folgt, der über einen Sende/Empfangsschalter die als Antenne wirkende übertragungsleitung 12 speist. Der Sende/Einpfangsschalter 44 führt die von der Antenne gelieferten, reflektierten Impulse einem Mischer 45 zu, der das Ausgangssignal eines Überlagerungsoszillators 46 erhält und dem eine Schaltung 47 zur Feststellung und Unterdrückung von Pestechos nachgeschaltet ist, auf die eine Anzeigeeinrichtung 48 folrt. Die Schaltung 47 wird angesteuert mittels eines kohärenten Oszillators 49, der auf der Zwischenfrequenz arbeitet und durch den mit dem Sender 43 verbundenen Mischer 50 gesteuert wird.

Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß alle bekannten Arten von Radaranlagen zur Ermittlung der gewünschten Informationen im Rahmen der Erfindung verwendet werden können.

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Claims

Dipl.-lng. DIpI o*c »ufel. OQQ/

DIEF:SCM i^{r 1}V!NlSKY ¹^

iUrtonlsfr.il 6.7.1973

6i7tt 7550-IV/He.

Thomson - CSP

Patentansprüche;

,1.} Anordnung zur Überwachung eines längeren Verkehrsweges und zur Ermittlung von Informationen unter anderem über die Zahl, die Abmessungen, den Ort, die Geschwindigkeit und den gegenseitigen Abstand von den Verkehrsweg durchfahrenden Fahrzeugen durch eine Radaranlage, die mit einer Sende/Empfangsantenne ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet ,daß die Sende/Empfangsantenne aus einer streuverlustbehafteten, an ihrem Ende mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossenen übertragungsleitung besteht und der Radaranlage einen Teil der gesendeten, an einer sich im abgestrahlten elektrischen Feld befindenden Metallmasse oder einem Fahrzeug reflektierten Energie wieder zuführt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungsleitung ein Koaxialkabel (16) oder ein Hohlleiter (17) mit zur Längsachse parallelem Schlitz ist, dessen Querabmessung derart ist, daß er eine längenabhängige Kopplung bestimmt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des strahlenden Schlitzes von dem Ende der Leitung, an dem das Radargerät angeschlossen ist, zu dem Ende der Leitung, wo sie mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist, derart anwächst, daß längs der Leitung ein konstantes elektrisches Strahlungsfeld entsteht.

h. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Radaranlage (11) beliebiger Art ist und an eine

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Sende/Empfangsantenne, bestehend aus einer übertragungsleitung (12) angekoppelt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet_sdaß ebensoviele streuverlustbehaftete Übertragungsleitungen wie zu überwachende Verkehrswege vorgesehen und an die einzige Radaranlage während der jeweiligen Betriebszeit jeder Leitung angeschaltet sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5_S dadurch gekennzeichnet, daß die Radaranlage eine Dopplerradaranlage ist, deren Sender mit der die Antenne bildenden übertragungsleitung über einen Duplexer verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungsleitung mit einer Schaltung zur Festechounterdrückung verbunden ist.

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