DE2335613A1 - Verfahren zur messung von abstaenden, abstandsaenderungen und/oder geschwindigkeitsaenderungen relativ sich zueinander bewegender gegenstaende - Google Patents

Description

Verfahren zur Messung von Abständen, Abstandsänderungen und/oder Geschwindigkeitsänderungen relativ sich zueinander bewegender Gegenstände.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Abständen, Abstandsänderungen und/oder Geschwindigkeitsänderungen relativ sich zueinander bewegender Gegenstände, insbesondere für Fahrzeuge aller Art.

In der Radartechnik ist es bekannt, durch Laufzeitmessung akustischer bzw. elektromagnetischer Wellen, die von einem der Gegenstände passiv reflektiert werden, den Abstand zwischen diesen Gegenständen zu bestimmen (Primär-Radar). Gemäß dem Sekundär-Radarverfahren ist es weiterhin bekannt, ein elektromagnetisches Signal von einer abfragenden Station auszustrahlen, das von einem Gegenstand empfangen wird und dort ein Antwortsignal in einem aktiven Antwortgerät, dem Transponder, auslöst. Das Antwortsignal wird von der abfragenden Station empfangen und analysiert.

Das Primär-Radarverfahren mit passiver Reflexion hat einen wesentlichen Nachteil, der darin besteht, daß an Nachbargegenständen unerwünschte Echos auftreten, die das eigentliche Echo des Gegenstandes, dessen Entfernung gemessen werden soll,überlagern und die Analyse

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erschweren. Darüberhinaus ist es oft schwierig, festzustellen, welches der nachgewiesenen Echos von dem Gegenstand herrührt, dessen Entfernung gemessen werden soll. Dieses Verfahren hat weiterhin den Nachteil, daß aufgrund der mit der Entfernung sehr raschen Leistungsabnahme der passiv reflektierten Wellen eine sehr hohe Sendeleistung benötigt wird. Das Sekundär-Radar-Verfahren mit aktiven Reflektoren wurde bisher nur mit elektromagnetischen Signalwellen durchgeführt; es blieb bisher auf die Radartechnik beschränkt. Dieses Verfahren ist technisch sehr aufwendig und wäre insbesondere im Hinblick auf die für eine kommerzielle Anwendung benötigte einfache Bedienungsweise für Massenfertigung wenig geeignet. Darüberhinaus würde die Anwendung beispielsweise für das Messen von Abständen bei Fahrzeugen infolge der hohen Kosten kommerziell nicht interessant sein.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein einfaches, robustes Verfahren zur Entfernungsmessung von sich relativ zueinander bewegenden Gegenständen zu liefern, das die genannten Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist und darüberhinaus einen geringeren Geräteaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das vom Sender des einen Gegenstandes abgestrahlte akustische Signal vom Empfänger des anderen Gegenstandes empfangen, in seinen Parametern verändert und anschließend aktiv reflektiert wird, um vom Empfänger des einen Gegenstandes empfangen zu werden. Während beim Sekundärradar das Abfragesignal vom Antwortsignal vollkommen getrennt ist, wird im vorliegenden Falle die vom Sender des einen Gegenstandes abgegebene Strahlung lediglich verändert und aktiv reflektiert. Diese Maßnahme erlaubt es, zum Nachweis kleinster Abstands- und/oder Geschwindigkeitsänderungen, das vom Sender des anderen Gegenstandes zurückgestrahlte Signal nach Rückempfang und anschließender Veränderung der Parameter ein zweites Mal als zu reflektierendes Signal auszusenden. Dies kann beliebig oft wiederholt werden, sodaß die Meßempfindlichkeit gesteigert werden kann. Besonders geeignet für die Anwendung des Meßverfahrens bei Land- und Wasserfahrzeugen ist die Verwendung akustischer Strahlen, insbesondere von Ultraschall.

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DarUberhinaus kann das Verfahren dahingehend ausgebildet werden, daß den umlaufenden Signalen zusätzliche Information aufgeprägt und zusätzlich übertragen werden kann. Damit die empfangenen Signale vom Stör-Rauschen gut getrennt werden können, wird vorzugsweise Amplitudendemodulation beim Sender und Empfänger mit Hilfe von Synchrondemodulatoren angewandt. Der benötigte Träger wird.mit Hilfe eines Phase-lock-loop-Kreises erzeugt. Dieser Kreis kann gleichzeitig auch zur Frequenz- und Phasendemodulation verwendet werden. Um eine Rückkoppelung zwischen Sender und Empfänger des einen Gegenstandes zu vermeiden, kann weiterhin vorgesehen werden, zwischen Empfang und Ausstrahlung des Signals die Frequenz zu verändern. Es ist weiterhin möglich, den Lautsprecher und das Mikrophon bei geeigneter Impulsaussendung (Zeit multiplex) in einem Gerät zusammenzufassen. Eine weitere Ausführungsform ist mit mehreren geeignet räumlich angeordneten Mikrophonen möglich, womit eine Richtungsänderung der sich relativ zueinander bewegenden Gegenstände durch Auswertung von Phasendifferenzen nachgewiesen werden kann.

Neben den Vorteilen, nur sehr geringe Sendeleistungen zu benötigen, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, kleinste Frequenz- und damit Geschwindigkeitsänderungen dadurch zu messen, daß der Meßeffekt durch mehrmaliges Umlaufen der Signale erhöht wird. Anhand der" vorliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: Eine schematische Darstellung des Meßverfahrens der beidseitigen aktiven Reflexion.

Figur Zr Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens für Abstandsmessungen und/oder Differenzgeschwindigkeitsmessung an Fahrzeugen.

Figur 3: Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zur Ermittlung der Differenzgeschwindigkeit bzw. der Dopplerfrequenz.

In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen T 12 ein Oszillator versehen der über den Sender L 1 Signale aussendet. Diese Wellen werden vom Empfänger M 2 aufgenommen, wobei die Empfangsfrequenz gegebenenfalls durch eine Dopplerverschiebung verändert wird.

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Dieses Signal wird im Transponder T 2 veistärkt, in der Frequenz um den Faktor K, beispielsweise 4/3 verändert und vom Oszillator T wieder ausgestrahlt. Diese neue Frequenz wird mit dem Senile ι L 2 ausgesendet und beim Empfänger M 2 wieder aufgenommen. Nun ist es möglich, den Kreis durch eine Frequenzveränderung mit dem Faktor 1/K, also beispielsweise um 3/4 den Transponder T 1 wieder zu schließen. Kleinste Dopplerverschiebungen verstärken sich in dieser Schaltung nach jedem Signalumlauf. T 11, T 21 stellen jeweils Empfangsverstärker mit Signalaufbereitung dar.

In Figur 2 stellen Gegenstand Λ und B jeweils ein Fahrzeug dar. Im Fahrzeug Λ erzeugt ein Oszillator (2) eine Frequenz f , die einem Modulator (6) zugeführt wird. In diesem Modulator werden aktuelle Fahrzeuginformationen von Fahrzeug Λ und/oder Testsignale für die Laufzeitmessung der Trägerfrequenz f aufmoduliert. Das modulierte Signal wird über den Lautsprecher (7) als akustische Welle ausgestrahlt. Dieses ausgestrahlte Signal wird vom Mikrophon (P) im Fahrzeug B aufgefangen und mit geeigneter Signalerkennung (12) regeneriert. Bei der Signalübertragung kann Dopplerverschiebung auftreten. Die geeignete Signaldetektion (12) ist häufig mit Hilfe von Phase-lock-loop-Kreisen und Synchrondetektoren zu bewerkstelligen. Nach dieser Signalerkennung läßt sich die aktuelle Fahrzeuginformation von Fahrzeug Λ wieder aus dem Signal gewinnen und im Fahrzeug B weiterverarbeiten. Weiterhin wird das Signal in einem Modulator (11) mit der aktuellen Fahrzeuginformation von Fahrzeug B moduliert. Dieses modulierte Signal wird auf den Lautsprecher(IO) gegeben und akustisch abgestrahlt. Es wird im Fahrzeug A vom Mikrophon (8) aufgefangen. Dieses Signal beinhaltet zweifache Dopplerfrequenz, sofern Fahrzeug A und B eine relative Geschwindigkeit zueinander besitzen. Dieses empfangene Signal wird wiederum verstärkt und regeneriert (3). Dadurch werden die aktuellen Fahrzeuginformationen von Fahrzeug B im Fahrzeug A verfügbar.

Weiterhin werden die demodulierten Testsignale dem Laufzeitbewerter (4) zugeführt, der aus diesen Testsignalen die Laufzeit und damit den Abstand zwischen Fahrzeug A und B bestimmt. Die empfangene Signalfrcquenz wird einem Frequenzvergleicher (1) zugeführt, der die relative Geschwindigkeit aus der Dopplerverschiebung ermittelt.

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Wenn keine erkennbare Dopplerverschiebung in diesem ersten Umlauf des Signals vorlag, kann durch die Triggereinrichtung (13) der Oszillator (2) auf die Empfangsfrequenz vom Mikrophon (8) getriggert werden. Damit ergibt sich nach einer Zeitspanne, die mehreren Laufzeiten des Signals zwischen den Fahrzeugen entspricht, auch bei kleinsten relativen Geschwindigkeiten zwischen Fahrzeug A und B eine erkennbare Differenzfrequenz.

Figur 3 zeigt eine Schaltung bei dem der Kreis am Gegenstand A beim Transponder 1 unterbrochen ist. Im Sender A wird eine Frequenz fj von z.B. 60 kHz ausgestrahlt, die aus einem VCO (101) (Voltage control oszillator) mit 360 kHz erzeugt und dann im Teiler (102) auf 60 kHz geteilt wird. Weiterhin wird die Frequenz von 360 kHz im Teiler (103) auf 45 kHz geteilt. Diese 45 kHz werden einem Synchrondetektor (104) zugeführt, der als 2. Eingang 45 kHz und die zweifache Dopplerverschiebung besitzt und deshalb am Ausgang lediglich die zweifache Dopplerfrequenz erzeugt. Dieser Synchrondetektor wird von der Lockindikation (105) gesteuert.

Das empfangene Signal im Sender-Empfänger (A) wird durch einen Phaselock-loop-Kreis (105, 106, 107, 108, 109, 110, 111) frequenzrichtig detektiert. Dadurch ist es möglich im Synchrondetektor (104) die zweifache Dopplerfrequenz zu messen. (106) ist ein Begrenzverstärker, (107) ein Phasendetcktor, (108) ein Filter, (109) und (110) ein Frequenzteiler 1:2, (105) ein Phasendetektor, der die "In-Phase" Komponente erkennt. Der VCO (111) besitzt einen normal und einen negierten Ausgang. Dieser negierte Ausgang ist nötig, um nach dem Teiler (109) eine Phasenverschiebung um 90° gegenüber dem Ausgang des Teilers (110) zu erzeugen.
Beschreibung des Transponders im Bild 3:

Der aktive Reflektor (b) verstärkt das Eingangssignal von 60 kHz und Dopplerverschicbung in einem Begrenzerverstärker (201) und gibt es auf einen Phase-lock-loop-Kreis (202, 203, 204, 205). In diesem Phase-lock-loop-Kreis schwingt der VCO auf einer Mittenfrequenz von 360 kHz. Diese 360 kHz werden im Teiler (204) durch 6 geteilt und phasenstarr im Phasendetektor (202) mit der Eingangsfrequenz fe verkoppelt.

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In unserem Beispiel ist fe gleich 60 kHz + Dopplerverschiebung. Der VCO (205) besitzt einen normal und einen negierten Ausgang. Der negierte Ausgang wird über einen Teiler (207) einem Phasendetektor (206) zugeführt, der die "In-Phase-Komponente" feststellt und diese zur Lock-Indikation verwendet. Diese Lock-Indikation schaltet über Verstärker (208) den Endverstärker (210). Der Endverstärker (210) wird mit der vom Teiler (209) auf 45 kHz + Doppler geteilten VCO (205)-Frequenz angesteuert.(203)ist ein Filter für den Phase-lock-loop-Kreis im aktiven Reflektor. Mikro (1), (4) sind für den Signalempfang und Lautsprecher (2), (3) für die Signalaussendung.

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Claims (8)

-Ing. Petex Reitberger 8000 München 19 Hirschgartenallee 32 Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung von Abständen, Abstandsänderungen und/oder Geschwindigkeitsänderungen relativ sich zueinander bewegender Gegenstände, insbesondere für Fahrzeuge aller Art, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sender (L 1) des einen Gegenstandes abgegebenen akustischen Signale vom Empfänger (M 2) des anderen Gegenstandes empfangen, in seinen Signal-Parametern verändert und anschließend aktiv reflektiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das vom Sender (L 2) des anderen Gegenstandes zurückgestrahlte Signal, nach Empfang im Empfänger (M 1) des einen Gegenstandes, in seinen Signalparametern verändert und ein weiteres Mal als zu reflektierendes Signal ausgestrahlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlung Ultraschall angewandt wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Übertragung von Information sowohl im einen Gegenstand als auch im anderen Gegenstand eine Signaleinkoppelung und/oder eine Signalauskoppelung vorgenommen wird.

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5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Synchrondemodulatoren verwendet werden.

6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von störenden Rückkoppelungen zwischen dem Sender und Empfänger eines Gegenstandes dessen Frequenz zwischen Empfang und Ausstrahlungssignal ver-

* ändert wird.

7. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Empfänger und Sender durch ein einziges Bauteil repräsentiert werden.

8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Nachweis einer Richtungsänderung der sich relativ zueinander bewegenden Gegenstände zwei oder mehrere räumlich geeignet angeordnete Mikrophone vorgesehen sind und die Phasendifferenzen dieser Empfangssignale ausgewertet werden.

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