DE2607995A1

DE2607995A1 - Anordnung zum bestimmen der ablage eines objekts von der bewegungsrichtung des anordnungstraegers

Info

Publication number: DE2607995A1
Application number: DE19762607995
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Detlefsen
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1977-09-01

Description

"Anordnung zum Bestimmen der Ablage eines
Objekts von der Bewegungsrichtung des Anordnungsträgers n Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bestimmen der Größe und/oder Richtung der entfernungsmäßigen seitlichen Ablage eines Objektes von der Bewegungsrichtung eines - bezogen auf das Objekt, das selbst ortsfest (unbewegt) oder nicht ortsfest ist - bewegten Trägers der Anordnung mit Hilfe einer Rückstrahlmeßeinrichtung in der Anordnung.
Diese Anordnung ist vorteilhaft beispielsweise fahrzeugseitig zum Vermindern der Kollisionsgefährdung durch Feststellung im Vorausraum in oder nahe der Fahrtrichtung des eigenen Fahrzeuges befindlicher möglicher Kollisionsobjekte bzw. Kollisionsgegner benutzbar, und zwar vorzugsweise im Kraftfahrzeugverkehr auf Landstraßen und Autobahnen, aber auch anderweitig, beispielsweise bei der Navigation von Wasser- oder Luftfahrzeugen.
Je nach Anwendungsfall des Erfindungsgegenstandes arbeitet dessen Rückstrahlmesseinrichtung mit elektromagnetischen, Laser. oder akustischen Wellen. Ohne die Erfindung hierauf einzuschränken, wird im folgenden von der Benutzung elektromagnetischer Wellen und somit der Anwendung des Radarverfahrens ausgegangen.
Die konventionelle Radartechnik benützt eine schwenkbare Antenne mit möglichst schmalem Antennendiagramm zur Erzielung des Auflösungsvermögens in azimutaler Richtung. Bei einem Antikollisionsradar, das man z. B. für Kraftfahrzeuge verwenden kann, ist der interessierende Azimutbereich klein, so daß eine Antennenschwenkung zu aufwendig erscheint; andererseits ist ein Auflösungsvermögen in azimutaler Richtung unbedingt notwendig, um Gegenstände, die sich in oder neben der Fahrspur befinden, unterscheiden zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zur Bestimmung der gesuchten Ablage erfordgliche azimutale bzw. elevationale Auflösung mit Hilfe einer Rückstrahlmeßeinrichtung ohne Schwenkung des Antennendiagramms zu erzielen.
Erfindungsgemäß sind bei einer Anordnung der eingangs genannten Art hierzu Mittel zum Auswerten der ein Maß für die gesuchte Ablage darstellenden Änderung der von der Rückstrahlmeßeinrichtung stammenden Dopplerinformation in Abhängigkeit von der Zeit und/oder in Abhängigkeit von der Verringerung der gegenseitigen, mittels der Rückstrahlmeßeinrichtung bestimmbaren Entfernung zwischen der Anordnung und dem möglichen Kollisionsobjekt bzw. Kollisionsgegner vorgesehen.
Weitere Merkmale der Erfindung und ihrer Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und/oder der nun folgenden Beschreibung entnehmbar.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden die möglichen Kollisionsobjekte bzw. Kollisionsgegner nach der Rückstahlmethode angemessen, und es werden in der Anordnung aus den dabei gewonnenen Dopplerinformationen die gesuchten Informationen über die Ablage der Rückstrahlobjekte von der eigenen Bewegungs richtung abgeleitet, und zwar nicht über die winkelmäßige, sondern die entfernungsmäßige Ablage (kürzeste Entfernung des jeweiligen Objekts von der Bewegungsrichtungsbahn).
Häufig ist es zweckmäßig, zusätzlich die Eigengeschwindigkeit des Anordnungsträgers in die Auswertung zur Beurteilung der Verkehrslage mit einzubeziehen.
Die Erfindung geht aus von dem bekannten Pulsdopplerradarprinzip, das in der Lage ist, für verschiedene Körper im Radarstrahl sowohl eine Entfernungsinformation als auch ein Signal (Dopplersignal) zu liefern, dessen Frequenz der Relativgeschwindigkeit zwischen Körper und Fahrzeug proportional ist.
Diese Informationen, die für jedes Ziel getrennt zur Verfügung stehen, werden nun erfindungsgemäß verarbeitet.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes dienen folgende Ausführungen: Das von einem Fahrzeug ausgesendete, vom Ziel reflektierte und vom Empfänger im Fahrzeug empfangene Signal weist gegenüber dem Sendesignal eine Phasendifferenz ç auf, die nach Gl. (1) folgendermaßen mit dem Abstand r verknüpt ist (vergl.
Fig. i).
(p = 47 r X : Wellenlänge (1) Für die Dopplerfrequenz zur ünd die Relativgeschwindigkeit vr erhält man: 1 d# 2 dr 2 fr = 2# dt = # . dt = # vr (2) Fahrzeug und Hindernis bewegen sich in z-Richtung und weisen in z-Richtung die Differenzgeschwindigkeit v auf: dz v = dt (3) Abstand r und Projektion des Abstandes auf die z-Richtung z genügen der folgenden geometrischen Beziehung: a: Ablage des Körpers vom Fahrtweg dv Damit erhält man für vr und dt dr d²r Der typische Verlauf von dr und - ist in Fig.
dz dz² 3 und 4 wiedergegeben.
Wenn man Beschleunigungs- und Verzögerungsvorschläge vernachlässigt, entfällt der zweite Term in Gleichung (6), und man bekommt: Die Auswerteschaltung des Fahrzeugs mißt nach einem geeigneten Verfahren die Zeitdauer T1 von n aufeinander folgenden Dopplerschwingungsperioden, beginnend zu einem willkürlichen Zeitpunkt t1. Da sich Vr nur langsam als Funktion der Zeit ändert gilt: dr (t1) . T1 = n . # (8) dt 2 Die Zeitdauer T1 wird nun verglichen mit der Zeitdauer T2, die für weitere n Dopplerschwingungsperioden benötigt wird: dr (t1 + T1) T T2 = n 2 dt Ist T2 > T1, so nähert sich der Körper, für die Zeitdifferenz AT erhält man: 2 Mit vr (t1) # r(t1) vr(t1) # vr(t1+T1) und Avr = vr (t1 )- Vr (t1+T1) wird Die Relativgeschwindigkeitsänderung #vr ist aber andererseits: und man bekommt Der Quotient der durch Messung von AT und T1 als Funktion der Zeit fortlaufend bestimmt werden kann enthält die Information über die Ablage a des Hindernisses. Aus den Gleichungen (5) und (7) ergibt sich Mbltipliziert man den Meßwert mit der dritten Potenz der Entfernungsinformation r, so ergibt sich endgültig: Ist z,3s a, so gilt mit ausreichender Genauigkeit: Aus dem fortlaufend zu messenden Quotienten AT und der T1 Entfernungsinformation r kann über Gleichung (17) ständig die Ablage a des sich im Radarstrahl befindlichen Körpers ermittelt werden.
Fig. 2 enthält das Blockschaltbild einer möglichen Auswerteschaltung. Zähler 2 und 3 zählen Schwingungszüge eines Oszillators 1, wobei die Zählzeit durch einen Zähler 4 bestimmt wird. Die Zähler 2 und 3 werden vom Zähler 4 wechselweise in Betrieb gesetzt. Der Zähler 4 zählt jeweils n Perioden des Doppl ersignals.
n ist ein konstanter Wert, der zwischen 1 und einigen 1000 gewählt wird. Nach Ablauf dieser n Perioden wird der gerade zählende Zähler der Zähler 2 und 3, z. B. der Zähler 2, angehalten; sein dann vorliegendes Zählergebniz, das der Zeitdauer T1 von n Dopplerschwingungszügen - bezogen auf die Schwingungsdauer des Oszillators 1 - entspricht, wird im Beitpielsfall in einem Speicher 10 abgespeichert. Inzwischen ermittelt der andere der Zähler 2 und 3, im Beispielsfall der Zähler 3, die Dauer T2 von n weiteren Dopplerschwingungszügen, die nach Abschluß dieser Periode ebenfalls in digitaler Form in einem Speicher 11 abgespeichert wird. Aus den in digitaler Form in den Speichern 10 und 11 vorliegenden Meßwerten T1 und T2 kann unter Benutzung üblicher Rechenschaltungen der Digital technik (hier eine Differenzbildung 5, eine Quotientenbildung 6, eine Potenzierung 7, eine Multiplikation 8 und eine Quadratwurzelbildung 9) gemäß Gleichung (17) die Ablage a des Körpers bestimmt werden; die Berücksichtigung des konstanten Faktors 2 n## ist wegen ihrer Trivialität in Fig. 2 nicht besonders dargestellt Fig. 5 zeigt die Ablage des Körpers, die sich ergibt, wenn ein ideales Dopplersignal und eine genaue Entfernungsinformation vorausgesetzt sind. Reale Dopplersignale und eine mit Fehlern behaftete Entfernungsinformation führen zu Abweichungen von diesem Verlauf. Fig. 5 ergibt sich für unterschiedliche Werte der Ablage a, wobei die Zeitmessungen von T1 und T2 jeweils über n=150 Dopplerschwingungsperioden durchgeführt worden sind.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Anordnung zum Bestimmen der Größe und/oder Richtung der entfernungsmäßigen seitlichen Ablage eines Objektes von der Bewegungsrichtung eines - bezogen auf das Objekt, das selbst ortsfest (unbewegt) oder nicht ortsfest ist - bewegten Trägers der Anordnung mit Hilfe einer Rückstrahlmeßeinrichtung in der Anordnung, beispielsweise fahrzeugseitige Anordnung zum Vermindern der Kollisionsgefährdung durch Feststellung im Vorausraum in oder nahe der Fahrtrichtung des eigenen Fahrzeuges befindlicher möglicher Kollisionsobjekte bzw. Kollisionsgegner, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Auswerten der ein Maß für die gesuchte Ablage darstellenden Änderung der von der Rückstrahlmeßeinrichtung stammenden Dopplerinformation in Abhängigkeit von der Zeit und/oder in Abhängigkeit von der Verringerung der gegenseitigen, mittels der Rückstrahlmeßeinrichtung bestimmbaren Entfernung zwischen der Anordnung und dem möglichen Kollisionsobjekt bzw. Kollisionsgegner vorgesehen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der mittels der Rückstrahlmesseinrichtung bestimmbare Abstand zwischen Anordnung und möglichem Kollisionsobjekt bzw.

Kollisionsgegner in die Auswertung einbezogen worden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel, die fortlaufend die Zeitdauer von n aufeinanderfolgenden Dopplerschwingungsperloden messen und von der Zeitdauer n weiterer aufeinanderfolgender I)opplerschwingungsp erioden subtrahieren, diese Differenz auf die Zeitdauer von n Doppler schwingungsperioden beziehen, diesen Quotienten mit der dritten Potenz der Entfernung multiplizieren und die Quadratwurzel aus diesem Ergebnis ziehen.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinen Abständen anstelle mit der dritten Potenz der Entf ernung mit einer empirisch ermittelbaren anderen Entfernungspotenz operiert wird.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Genauigkeit der Zeitdauermessungen abhangig von der DopplerschwingungsSrequens oder nach Maßgabe der Eigengeschwindigkeit der Trägeranordnung variiert, beispielsweise schrittweise umschaltbar, ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Durchführung der Zeitmessungen mittels eines Oszillators (1) dessen Frequenz entsprechend der erforderlichen Meßgenauigkeit veränderbar ist.