DE4028603A1 - Dopplerradarsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dopplerradarsensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er in der DE-OS 38 41 267 A1 beschrieben ist. Der bekannte Sensor sendet ein linear polarisiertes Signal aus und empfängt lediglich Echos, de­ ren Polarisation orthogonal zu der des ausgesendeten Si­ gnals ist. Der Sensor ist sehr einfach aufgebaut und weist als besonderen Vorteil die Unterdrückung von Störsignalen auf, die von Regentropfen herrühren. Dieser aus der DE-OS 38 41 267 A1 bekannte Dopplerradarsensor sei in sei­ nen wesentlichen Zügen beschrieben.

Der Sensor besteht aus einem Oszillator, der über einen Koppler zum einen mit einem Tor T1 einer Polarisationswei­ che und zum anderen mit dem LO-Eingang eines Mischers ver­ bunden ist. Die Polarisationsweiche ist zum einen über ein Tor T2 mit einer Sende/Empfangsantenne für lineare Polari­ sation und zum anderen über ein Tor T3 mit dem Signalein­ gang des Mischers verbunden. Am Ausgang des Mischers er­ scheint das Zwischenfrequenzsignal ZF. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Bauelementen sind mit Hohlleitern realisiert.

Die Polarisationsebene der an Tor T3 der Polarisationswei­ che erscheinenden Signale ist orthogonal zu der Polarisa­ tionsebene der Signale von Tor T1. Wesentlich bei dem be­ kannten Sensor ist, daß er ein linear polarisiertes Sende­ signal aussendet, dessen Polarisationsebene in einem rechtwinkligen Koordinatensystem, dessen X-Achse mit der Hauptstrahlrichtung des Sensors übereinstimmt und dessen Y-Achse senkrecht zur X-Achse und parallel zur Bewegungs­ ebene der Objekte ausgerichtet ist und dessen Z-Achse senkrecht auf diesen beiden Achsen steht, um einen Winkel +α oder -α (also im Uhrzeigersinn bzw. im Gegenuhrzeiger­ sinn) gegenüber der Z-Achse gedreht ist mit 0 < α < π/2, wobei die Hauptstrahlrichtung des Sensors und damit auch die X-Achse in der Polarisationsebene liegen.

Trifft der linear polarisierte Strahl auf ein bezüglich der Strahlachse rotationssymmetrisches Ziel, dann wird die Polarisationsebene nicht gedreht. Wird ein solches Echo von der Antenne empfangen, dann wird es von der Polarisa­ tionsweiche zum Oszillator geleitet, dort teilweise absor­ biert, teilweise reflektiert und wieder abgestrahlt. Trifft der linear polarisierte Strahl auf nicht rotations­ symmetrische Ziele, dann entstehen bei der Reflexion zwei Komponenten: eine mit der gleichen Polarisationsebene wie das ausgesendete Signal und eine mit einer um 90° gedreh­ ten Polarisationsebene. Die Komponente mit der gleichen Polarisationsebene wird, wie oben, vom Mischer ferngehal­ ten, die Komponente mit der um 90° gedrehten Polarisati­ onsebene wird von der Polarisationsweiche zum Mischer ge­ leitet, und erzeugt, zusammen mit dem LO-Signal, das ZF-Signal. Da Regentropfen in erster Näherung rotationssymme­ trisch sind, wird ihr Echo überwiegend vom Mischer fernge­ halten und erzeugt nur eine sehr geringe ZF-Signal-Lei­ stung im Mischer. Andere Ziele wie Fahrzeuge oder Flug­ zeuge sind nicht rotationssymmetrisch, deshalb gelangt ein Teil ihres Dopplerechos zum Mischer und erzeugt dort ein ZF-Signal.

Die depolarisierende Wirkung eines Fahrzeuges ist dann be­ sonders groß, wenn der oben beschriebene Winkel α, um den die Polarisationsebene des Sendesignals gedreht ist, etwa +45° oder etwa -45° beträgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den vorstehend beschriebenen bekannten Dopplerradarsensor in seinem Auf­ bau noch weiter zu vereinfachen. Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angege­ ben. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Aus­ führungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß die Polarisationstrennung und damit die Sende-Empfangs-Trennung im Antennenspeisesy­ stem vorgenommen ist.

Für diese Lösung können prinzipiell alle Antennen verwen­ det werden, mit denen zwei orthogonale lineare Polarisa­ tionen des Polarisationswinkels α und α+π/2 abgestrahlt bzw. empfangen werden können.

Eine mögliche Ausführungsform der Antenne ist eine dielek­ trische Linse, gespeist mit einem Dual-Mode-Horn. Bei ei­ ner erfindungsgemäßen Erweiterung des Horns mit einem Or­ thomode-Koppler wird an einem Tor des Orthomode-Kopplers das Sendesignal eingespeist und in einer bestimmten Pola­ risationsebene abgestrahlt. Das Empfangssignal mit der or­ thogonalen Polarisation wird am zweiten Tor des Orthomode- Kopplers abgenommen und dem Mischer zugeführt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ergibt sich bei Ausbildung der Mikrowellenkomponenten in Form planarer Schaltungen, z. B. in Mikrostreifenleitungstechnik. Diese Schaltungstechnik bietet sich an zur monolithischen Inte­ gration für die Herstellung großer Stückzahlen (z. B. GaAs-MMIC). Eine vorteilhafte Ausführungsform des Anten­ nenspeisesystems bildet in diesem Fall ein Mikrostreifen­ leitungsresonator oder eine flächige Anordnung mehrerer Mikrostreifenleitungsresonatoren.

Mikrostreifenleitungsantennen mit zwei Toren, zum Aussen­ den bzw. Empfangen von zwei zueinander orthogonalen Pola­ risationen, sind aus der Literatur bekannt (z. B.: R. C. Johnson, H. Jasik: Antenna Engineering Handbook, 2nd Edi­ tion, Mc Graw-Hill, New York 1984, Kap. 7).

Ist für die Anwendung des Dopplerradarsensors eine be­ stimmte Bündelung des Radarstrahles notwendig, so kann diese Bündelung der elektromagnetischen Wellen mit einem metallischen Reflektor (z. B. Parabolreflektor) oder einer dielektrischen Linse geschehen, die mit dem oben beschrie­ benen Antennenspeisesystem gespeist werden.

Als weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein planares Array denkbar, das aus einer großen Anzahl einzelner oder in Untergruppen zusammengefaßter Mikrostreifenleitungsre­ sonatoren besteht, welche alle für beide orthogonale Pola­ risationen geeignet sind.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Dopplerradarsensors. Das vom Oszillator 1 generierte Si­ gnal wird über einen Richtkoppler 2 geführt, an dem ein Teil der Leistung (LO) zur Speisung des Mischers 3 ausge­ koppelt wird. Der Rest gelangt über Tor 1 zum Antennen­ speisesystem 4 und wird mit linearer Polarisation unter dem Polarisationswinkel α abgestrahlt wird.

Vom Ziel unter dem Polarisationswinkel α+π/2 reflektierte Signale werden von der Antenne 4 empfangen, vom Tor 2 der Antenne abgenommen und dem Mischer 3 zugeführt. Das Misch­ produkt aus Oszillator- und Empfangssignal enthält die ge­ wünschte Dopplerinformation.

Eine Erweiterung des erfindungsgemäßen Dopplerradarsensors zur Gegenverkehrserkennung zeigt Fig. 2. Durch eine zwei­ kanalige Quadraturauswertung (I-, Q-Kanal) bleibt das Vor­ zeichen der Dopplerfrequenzverschiebung erhalten und es wird erkannt, ob sich das Ziel auf den Dopplerradarsensor zu bewegt oder von ihm weg. Mit S sind jeweils die Signal­ zweige, mit LO die Lokaloszillatorzweige bezeichnet. Die Phasendifferenz der LO-Signale zwischen I- und Q-Kanal (ζ_I-ζ_Q)_LO vermindert um die Phasendifferenz der Empfangs­ signale zwischen I- und Q-Kanal (ζ_I-ζ_Q)_S muß ausreichernd genau ± π/2 betragen d. h.
(ζ_I-ζ_Q)_LO-(ζ_I-ζ_Q)_S≃ ± π/2.

Diese Phasenverschiebung kann entweder am Empfangssignal oder am Oszillatorsignal oder zu beliebigen Teilen an bei­ den Signalen vorgenommen werden.

Die erforderliche Phasendifferenz von π/2 kann auf ver­ schiedene Weise vorgenommen werden, z. B. durch geeignete Leitungslängen in den LO- und Signalzweigen oder durch Ausnutzen der unterschiedlichen Phasendrehungen zwischen den Eingängen und den Ausgängen unterschiedlicher Koppler­ typen.

Claims (7)

1. Dopplerradarsensor zur Erfassung von Dopplerechos von Objekten, die sich im Wirkungsbereich des Sensors im we­ sentlichen in einer Ebene bewegen, welcher Sensor ein li­ near polarisiertes Signal aussendet und nur die Komponente des reflektierten Dopplerechos weiter verarbeitet, deren Polarisation orthogonal zur Polarisation des ausgesende­ ten Signals ist, wobei die Polarisationsebene des ausge­ sendeten Signals in einem rechtwinkligen Koordinatensystem mit einer mit der Hauptstrahlrichtung des Sensors überein­ stimmenden X-Achse und einer senkrecht zur X-Achse und parallel zur Bewegungsebene der Objekte ausgerichteten Y-Achse und einer senkrecht auf diesen beiden Achsen stehen­ den Z-Achse um einen Winkel +α oder -α gegenüber der Z-Achse gedreht ist mit 0 < α < π/2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationstrennung von Sende­ und Empfangssignal im Antennenspeisesystem integriert ist.

2. Dopplerradarsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Antenne oder Antennenspeisung mit einem Dual-Mode-Horn das Horn um einen Orthomode-Koppler erweitert ist, an dessen einem Tor das Sendesignal einge­ speist ist, und an dessen anderem Tor das Empfangssignal abgenommen ist.

3. Dopplerradarsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sensor in planarer Schaltungstechnik ausgeführt ist, und daß als Antennenspeisesystem ein Mi­ krostreifenleitungsresonator mit zwei Toren für ortho­ gonale Polarisationen vorgesehen ist.

4. Dopplerradarsensor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antennenspeisesystem aus einer flächigen Anordnung mehrerer Mikrostreifenleitungsresonatoren be­ steht.

5. Dopplerradarsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Antenne ein planares Array dient, das aus einer Anzahl einzelner oder in Untergruppen zusammen­ gefaßter Mikrostreifenleitungsresonatoren besteht, welche alle für zwei orthogonale Polarisationen geeignet sind.

6. Dopplerradarsensor nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertezweig zur Er­ kennung der Bewegungsrichtung zweikanalig ausgeführt ist (I, Q), daß die Phasendifferenz der von einem Oszillator (1) erzeugten LO-Signale zwischen dem ersten Kanal (I) und dem zweiten Kanal (Q) (ζ_I-ζ_Q)_LO vermindert um die Phasen­ differenz der von der Antenne (4) empfangenen Empfangssi­ gnale zwischen dem ersten Kanal (I) und dem zweiten Kanal (Q) (ζ_I-ζ_Q)_S gleich oder zumindest im wesentlichen gleich +π/2 oder -π/2 ist.

7. Dopplerradarsensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Phasendifferenz (ζ_I-ζ_Q)_LO-(ζ_I-ζ_Q)_S durch unterschiedliche Leitungslängen in den LO- und Si­ gnalzweigen (LO, S) der beiden Kanäle (I, Q) oder durch unterschiedliche Phasendrehungen zwischen den Ein- und Ausgängen unterschiedlicher Kopplertypen realisiert ist.