DE3016316A1

DE3016316A1 - Failure monitoring circuit for doppler radar and sonar apparatus - uses evaluating circuit for comparison of actual and optimum vehicle, speeds, with failure light and control signal applying correction

Info

Publication number: DE3016316A1
Application number: DE19803016316
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Ing.(grad.) 6109 Mühltal Müller
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1980-04-28
Publication date: 1981-11-05
Also published as: DE3016316C2

Abstract

The Doppler unit is used for the braking control of goods wagons and consists of an antenna connected to a transmitter/receiver whose receiving section has an evaluation circuit with digital filter connected to it. The Doppler oscillation at the output of the filter is fed to an amplitude detector whose output is then passed to a timing circuit feeding a warning light and conductor (7) carrying the failure signal which applies full braking should it be required. A pulse train proportional to the Doppler frequency is fed to a computer, which evaluates the true speed of the goods wagon, and compares it with the optimum speed which is based on the wagon weight, frictional losses, axle count etc. applying the brakes until both speed values coincide. If the Doppler signal disappears from the output (28) of the evaluating circuit, a signal is applied to the timing circuit, which in turn, applies the emergency braking control, and lights the warning lamp.

Description

Schaltungsanordnung zur Ausfallüberwachung bei Doppler-Circuit arrangement for failure monitoring in the case of Doppler

Radar- und -Sonargeräten Dopplergeräte finden vielfach zur Messung der Annäherungsgeschwindigkeit eines Fahrzeuges an einen Gegenstand Verwendung. Dopplerradargeräte werden beispielsweise nei Landfahrzeugen in Kollisionswarneinrichtungen, bei Raumflugkörpern, Flugzeugen und Hubschraubern zur Messung der Sinkgeschwindigkeit sowie im Eisenbahnwesen auf Rangierbahnhöfen zur Messung der Geschwindigkeit vom Abrollberg in die einzeinen Richtungsgleise ablaufender Güterwagen verwendet, wo ihr Ausgangssignal zur Steuerung der Gleisbremsen dient, um ein hartes Aufprallen der heranrollenden Wagen auf bereits stehende Güterwagen zu vermeiden. Dopplersonargeräte können beispielsweise zum Messen der Annäherungsgeschwindigkeit eines Schiffes an die Pier oder eine Kaimauer dienen, um auch dort Beschädigungen infolge Aufpralls auszuschließen. In all diesen und ähnlichen Anwendungsfällen muß ein etwaiger Ausfall des Doppiergerätes rechtzeitig erkannt und signalisiert werden. Aufgabe der Erfindung ist es, eine hierfür geeignete möglichst einfache Schaltungsanordnung zu finden.Radar and sonar devices Doppler devices are often used for measurement the speed at which a vehicle is approaching an object. Doppler radar devices are used, for example, in collision warning systems on land vehicles, for spacecraft, airplanes and helicopters to measure the rate of descent as well as in railways at marshalling yards to measure the speed of Abrollberg used in the freight wagons running off one directional track, where Their output signal is used to control the track brakes to avoid a hard impact to avoid the approaching wagons on freight wagons that are already standing. Doppler personal devices can be used, for example, to measure the approach speed of a ship The pier or a quay wall serve to prevent damage from impact there as well to exclude. In all of these and similar applications, a possible failure of the doubling device can be recognized and signaled in good time. Object of the invention is to find a circuit arrangement that is as simple as possible and suitable for this.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Sie hat den Vorteil, daß weder bei einer Störung im Dopplergerät noch bei einer Störung in der Ausfallüberwachungsschaltung eine fehlende Dopplerverschiebung und damit eine Relativgeschwindigkeit Null vorgetäuscht werden kann. Unabhängig davon, ob im Radar- bzw. Sonargerätßin der Ausfallüberwachungsschaltung oder im Signalweg zwischen Auswerteschaltung und Warnvorrichtung ein Fehler auftritt, wird in jedem Fall ein Ausfallsignal erzeugt und damit die Eigen- sicherheit der Anlage gewährleistet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by what is characterized in claim 1 Invention. It has the advantage that neither in the event of a disturbance in the Doppler device nor in the event of a fault in the failure monitoring circuit, a missing Doppler shift and thus a relative speed of zero can be simulated. Independent whether in the radar or sonar device in the failure monitoring circuit or in the Signal path between evaluation circuit and warning device an error occurs in any case a failure signal is generated and thus the intrinsic safety the system guaranteed. Advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.

Bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung wird von einem Dopplerradargerät mit Auswerteschaltung gemäß Patent 26 01 595 bzw. Zusatzpatent 26 52 898 ausgegangen, wo zur Frequenzregelung des mitgezogenen Oszillators im Radarempfänger,und zwar zur Bildung der Regelabweichung zwischen Oszillatorfrequenz und Dopplerfrequenz,ein Digitalfilter mit stückweise periodischer Gewichtsfunktion dem Oszillator vorgeschaltet und mit seinem Dateneingang an die Dopplerfrequenz und mit seinem Takteingang an den Oszillatorausgang angeschlossen ist und wobei der Dateneingang sowie der Ausgang des Digitalfilters an die Eingänge eines zwischenDigitalfilter und Oszillator eingeschalteten Multiplizierers angeschlossen sind. In der Zeichnung ist an die Sende/Empfangsantenne 1 eines beispielsweise der Bremsregelung von Güterwagen dienenden Dopplerradargerätes ein Doppler-Sender/Empfänger 2 angeschlossen, dessen Empfangsteil eine Auswerteschaltung 3 mit Digitalfilter nachgeschaltet ist. Die am Ausgang 28 des Digitalfilters stehende aufbereitete Dopplerschwingung wird einem Amplitudendetektor 4 zugeführt. Ober ein Zeitglied 5 sind über eine Leitung 6 eine Warnleuchte sowie eine Leitung 7 für ein Ausfallsignal angeschlossen, welches im Falle der Bremsregelung ein volles Eingreifen der Bremsen auslöst. Ober die Leitung 8 gelangt eine in ihrer Häufigkeit der Relativgeschwindigkeit und damit der Dopplerfrequenz proportionale Impulsfolge, beispielsweise zu einem Rechner, woraus dieser die Istgeschwindigkeit des Güterwagens erkennt. Aus dem Wagengewicht, der Achszahl, den Reibungsverlusten und dem Füllstand der Richtungsgleise berechnet der Rechner eine bestimmte Sollgeschwindigkeit und steuert dementsprechend die Gleisbremsen. Er vergleicht die dem Signal auf der Leitung 8 entsprechende Istgeschwindigkeit mit der berechneten Sollgeschwindigkeit und lockert die Bremse, sobald Ist- und Sollgeschwindigkeit übereinstimmen.In the following description of an embodiment based on the drawing is of a Doppler radar device with evaluation circuit according to the patent 26 01 595 or additional patent 26 52 898 assumed where the frequency control of the dragged Oscillator in the radar receiver to form the control deviation between Oscillator frequency and Doppler frequency, a digital filter with piecewise periodic Weight function upstream of the oscillator and with its data input to the Doppler frequency and with its clock input connected to the oscillator output is and where the data input and the output of the digital filter to the inputs of a multiplier connected between the digital filter and the oscillator are. In the drawing, one of the transmitting / receiving antenna 1 is, for example, the Brake control of a Doppler radar device serving freight wagons, a Doppler transmitter / receiver 2 connected, the receiving part of which is an evaluation circuit 3 with a digital filter is downstream. The processed Doppler oscillation at the output 28 of the digital filter is fed to an amplitude detector 4. Over a timer 5 are over a line 6 connected a warning light and a line 7 for a failure signal, which in the case of brake control, the brakes fully intervene. About the line 8 arrives at the frequency of the relative speed and thus the Doppler frequency proportional pulse train, for example to a computer, from which this the actual speed of the freight wagon. From the car weight, the number of axles, the friction losses and the fill level of the direction tracks, the computer calculates a certain target speed and controls the track brakes accordingly. He compares the signal on the Line 8 corresponding actual speed with the calculated target speed and releases the brake as soon as the actual and target speed match.

Bei der Schaltungsanordnung nach Patent 26 01 495 ist an den Ausgang des Digitalfilters über einen Gleichrichter ein Schmitt-Trigger angeschlossen, der ein Schaltsignal liefert, sobald das Digitalfilter im eingeschwungenen Zustand eine vorgegebene Mindest-Ausgangsspannung zur Verfügung stellt.In the circuit arrangement according to patent 26 01 495, the output of the digital filter connected to a Schmitt trigger via a rectifier, the A switching signal delivers as soon as the digital filter has settled in a provides a specified minimum output voltage.

An den Ausgang 29 dieses Schmitt-Triggers ist über die Leitung 9 der Steuereingang eines Oszillators 10 angeschlossen, dessen Frequenz beispielsweise 1 kHz beträgt. Er liefert eine Rechteckspannung von beispielsweise 200 mV über einen Kondensator 11 an den Stromversorgungsanschluß 12 für den Sendeoszillator, beispielsweise eine Gunn-Diode, welche von der Klemme 13 her über einen-Widerstand 14 mit einer Versorgungsspannung von beispielsweise +10V gespeist wird.At the output 29 of this Schmitt trigger is via line 9 of the Control input of an oscillator 10 connected, the frequency of which, for example 1 kHz. It delivers a square wave voltage of, for example, 200 mV across a Capacitor 11 to the power supply connection 12 for the transmitter oscillator, for example a Gunn diode, which from the terminal 13 through a resistor 14 with a Supply voltage of, for example, + 10V is fed.

Befindet sich ein Objekt im Strahlungskegel der Antenne 1 und ist eine Relativbewegung zwischen der Antenne und dem Objekt vorhanden, so liefert der Empfangsteil des Sender/ Empfängers 2 eine Dopplerfrequenz an die Auswerteschaltung 3, welche dort aufbereitet und über die Leitung 28 zum Amplitudendektor 4 gelangt. Dieser liefert ein Ausfallsignal "0", so daß weder die Warnleuchte an der Leitung 6 noch das Notbremssignal auf der Leitung 7 entsteht. Zugleich gelangt die Dopplerfrequenz über die Leitung 8 zum Rechner. Im eingeschwungenen Zustand liefert das Digitalfilter in der Auswerteschaltung 3 ferner über den genannten Gleichrichter und Schmitt-Trigger eine Schaltspannung auf der Leitung 9, welche den Oszillator 10 sperrt. Damit arbeitet das Doppler-Radargerät in bekannter Weise, wobei das Zeitglied 5 kurzzeitige reflexionsbedingte Signaleinbrüche der Dopplerfrequenz auf der Leitung 28 und damit kurzzeitige Ausgangssignale des Amplitudendektors 4 unterdrückt und nicht zur Warnleuchte bzw.If there is an object in the radiation cone of antenna 1 and is if there is a relative movement between the antenna and the object, the delivers Receiving part of the transmitter / receiver 2 a Doppler frequency to the evaluation circuit 3, which is processed there and arrives at the amplitude detector 4 via the line 28. This delivers a failure signal "0", so that neither the warning light on the line 6 the emergency brake signal is still generated on line 7. The Doppler frequency arrives at the same time via line 8 to the computer. The digital filter delivers in the steady state in the evaluation circuit 3 also via the mentioned rectifier and Schmitt trigger a switching voltage on line 9, which blocks oscillator 10. With it works the Doppler radar in a known manner, the timing element 5 being short-term reflection-related Signal drops in the Doppler frequency on line 28 and thus short-term output signals of the amplitude detector 4 suppressed and not to the warning light or

zur Notbremssteuerung gelangen läßt. Fällt hingegen das Dopplersignal auf der Leitung 28 aus, so liefert der Amplitudendetektor 4 ein Ausgangssignal an das Zeitglied 5, welches die Warnleuchte und die Notbremssteuerung zum Ansprechen bringt. Das Verschwinden des Dopplersignals auf der Leitung 28 kann jedoch unterschiedliche Gründe haben. Zum einen kann ein Fehler im Radargerät Ursache hierfür sein, so daß die Warneinrichtung zurecht anspricht. Andererseits kann jedoch der Fall eintreten, daß sich im Strahlungskegel der Antenne 1 kein Objekt befindet, das Radargerät an sich aber ordnungsgemäß arbeitet. In diesem Fall steht am Ausgang 29 der Auswerteschaltung 3 kein Signal, weil sich das Digitalfilter nicht im eingeschwungenen Zustand befindet. Damit wird über die Leitung 9 der Oszillator 10 freigegeben und speist eine Modulationsspannung über den Stromversorgungsanschluß 12 in den Oszillator des Sendergmpfängers 2 ein. Diese simulierte Dopplerspannung erscheint am Ausgang des Sender/Empfängers 2 und wird von der Auswerteschaltung in der gleichen Weise verarbeitet wie ein von der Antenne kommendes Dopplersignal.can get to the emergency brake control. If, however, the Doppler signal falls on the line 28, the amplitude detector 4 delivers an output signal the timer 5, which the warning light and the emergency brake control to respond brings. The disappearance of the Doppler signal on the line 28 can, however, differ Have reasons. For one, can a fault in the radar set the reason for this so that the warning device responds rightly. On the other hand, however, the If there is no object in the radiation cone of antenna 1, but the radar itself is working properly. In this case it says at the exit 29 of the evaluation circuit 3 no signal because the digital filter is not in the steady state State. So that the oscillator 10 is released via the line 9 and feeds a modulation voltage via the power supply terminal 12 into the oscillator of the transmitter receiver 2. This simulated Doppler voltage appears at the output of the transmitter / receiver 2 and is processed by the evaluation circuit in the same way processed like a Doppler signal coming from the antenna.

Das Digitalfilter erreicht somit seinen eingeschwungenen Zustand und erzeugt dann am Ausgang 29 wiederum eine Kontrollspannung, welche den Oszillator 10 erneut sperrt. Als Folge hiervon verschwindet die Modulation der Versorgungsspannung und damit auch die Kontrollspannung am Ausgang 29, so daß der Oszillator wieder freigegeben wird usw. Man erhält eine periodisch an- und abklingende Testschwingung von 1 kHz, welche über die Leitung 28 auch zum Amplitudendetektor gelangt und diesen wie bei Vorhandensein eines empfangsbedingten Dopplersignals das Ausgangssignal Null erzeugen läßt. Die Pausen in diesem Ausgangssignal Null werden durch das Zeitglied 5 überbrückt. Beispielsweise kann dieses Zeitglied eine Zeitkonstante von 60 bis 120 Sek. haben und die Periodizität des Anschwingens und Abklingens des Oszillators 10 bei ordnungsgemäßem Radargerät in der Größenordnung von 1 bis 0,1 Hz liegen. Wenn das Radargerät in Ordnung ist, steht also am Ausgang des Amplitudendetektors 4 das Ausgangs signal Null und die Warn- oder Notbremsvorrichtung spricht nicht an.The digital filter thus reaches its steady state and then again generates a control voltage at output 29, which controls the oscillator 10 locks again. As a result, the modulation of the supply voltage disappears and thus also the control voltage at output 29, so that the oscillator again is released, etc. A test oscillation which increases and decreases periodically is obtained of 1 kHz, which also reaches the amplitude detector via line 28 and this as in the presence of a reception-related Doppler signal, the output signal Can produce zero. The pauses in this output signal are zero by the timer 5 bridged. For example, this timer can have a time constant from 60 to 120 seconds and the periodicity of the oscillator's rise and fall 10 with a proper radar device in the order of 1 to 0.1 Hz. If the radar device is OK, it is at the output of the amplitude detector 4 the output signal is zero and the warning or emergency braking device does not speak at.

Tritt nunmehr bei Annäherung eines Objekts an die Antenne 1 am Ausgang des Senderempfängers 2 ein Dopplersignal auf, so wird dies von der Auswerteschaltung 3 erkannt. Sobald das Digialfilter seinen eingeschwungenen Zustand erreicht hat, entsteht am Ausgang 29 eine ständig vorhandene Kontrollspan- nung von beispielsweise -20V, welche den Oszillator 10 bleibend sperrt. Das Dopplersignal verdrängt also die Testmodulation.Now occurs when an object approaches antenna 1 at the exit of the transceiver 2 on a Doppler signal, this is done by the evaluation circuit 3 recognized. As soon as the digital filter has reached its steady state, there is a constant control voltage at output 29 tion of, for example, -20V, which permanently blocks the oscillator 10. The Doppler signal thus displaces the test modulation.

Zusammenfassung: Wird ein Doppler-Radar- oder Sonargerät als Annäherungssensor eingesetzt, so kann ein Ausfall des Dopplergeräts eine Annäherungsgeschwindigkeit Null vortäuschen. Zur Ausfallüberwachung eines Dopplergerätes ist an den das Dopplersignal führenden Ausgang (28) seiner Auswahlschaltung (3) über einen Amplitudendetektor (14) und ein Zeitglied (5) eine Ausfallanzeigevorrichtung (6,7) angeschlossen. Ein Kontrollsignalausgang (29) der Auswerteschaltung (3) liefert beim Vorhandensein eines Dopplersignals ein vorgegebenes Kontrollsignal und steht mit dem Schalteingang (9) eines steuerbaren, bei fehlendem Kontrollsignal schwingenden Oszillators (10) in Verbindung, dessen Oszillatorfrequenz (z.B. 1 kHz)im Frequenzbereich des Dopplerempfangssignals liegt. Die Ausgangsspannung des Oszillators (10) wird der Stromversorgungsspannung (13) für den Senderoszillator des Dopplergerätes (2) aufgeschaltet.Summary: Will use a Doppler radar or sonar device as a proximity sensor is used, a failure of the Doppler device can reduce the approach speed Fake zero. To monitor the failure of a Doppler device, the Doppler signal leading output (28) of its selection circuit (3) via an amplitude detector (14) and a timer (5) connected to a failure display device (6,7). A Control signal output (29) of the evaluation circuit (3) delivers when present a Doppler signal, a predetermined control signal and is available with the switching input (9) a controllable oscillator (10) that oscillates when there is no control signal in connection, its oscillator frequency (e.g. 1 kHz) in the frequency range of the Doppler reception signal lies. The output voltage of the oscillator (10) becomes the power supply voltage (13) switched on for the transmitter oscillator of the Doppler device (2).

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Claims

Patent claims:,) 1. Circuit arrangement for failure monitoring in the case of Doppler radar and sonar devices with one if a Doppler reception signal is present an evaluation circuit delivering a predetermined control signal, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that to the output (28) carrying the Doppler signal Evaluation circuit (3) via an amplitude detector, a failure display device (6,7) is connected; the control signal output (29) of the evaluation circuit (3) with the switching input (9) of a controllable, oscillating in the absence of a control signal Oscillator (10) is connected, the oscillator frequency in the frequency range of the Doppler signal is located; and that the output voltage of the oscillator (10) of the Power supply voltage (13) for the transmitter oscillator of the Doppler device (2) switched on is.

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that between the amplitude detector (4) and the failure display device (6,7) a timer (5) is switched on.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2 for connection to a Evaluation circuit with digital filter according to patent 26 01 495, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, (10) that the control input (9) of the oscillator is connected to the output (29) one connected to the output of the digital filter via a rectifier Schmitt trigger is connected.