DE4433790A1 - Puls-Radarverfahren - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Puls-Radarverfahren nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Bestimmung der Zielentfernung wird bei einem Puls-Ra
darverfahren das Empfangssignal in einem vorgebbaren
Zeitraster abgetastet, was einer Unterteilung des Überwa
chungsbereichs in Entfernungstore (Rangegates) entspricht.
Vorzugsweise wird das Empfangssignal mittels eines Loka
loszillator (LO)-Signals ins Basisband oder in eine Zwi
schenfrequenzlage umgesetzt. Die Entfernungsauflösung ist
insbesondere durch die Abtasteinrichtungen beschränkt.
Eine Steigerung der Abtastfrequenz ist mit schnell stei
genden Kosten und Aufwand verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Puls-
Radarverfahren mit geringem Aufwand eine verbesserte Ent
fernungsauflösung zu erreichen.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un
teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung führt zu einer höheren Entfernungsauflösung,
ohne die Abtastrate zu steigern. Geringer Zusatzaufwand
ergibt sich lediglich durch eine modifizierte Steuerung
eines die Sendefrequenz und die LO-Frequenz generierenden
Oszillators und durch eine ergänzende Signalverarbeitung
im digitalen Empfängerteil.
Darüber hinaus kann durch die Frequenzstaffelung in Verbin
dung mit einer ausreichend schmalen Zwischenfrequenz-Fil
terung die Pulsfolgefrequenz ohne Störeinflüsse durch
Überreichweitenechos erhöht werden. Die Pulsfolgefrequenz
kann weiter erhöht werden, wenn nur ein Entfernungsab
schnitt innerhalb des Überwachungsbereichs höher aufgelöst
werden soll. Schließlich kann durch eine Variation der
Reihenfolge der unterschiedlichen Frequenzen in Verbindung
mit einer Zwischenfrequenzfilterung die Störsicherheit ge
gen Sendeimpulse fremder Radaranordnungen, insbesondere
beim Einsatz in Kraftfahrzeug-Abstandswarnradar-Anlagen
gegen Sendesignale entgegenkommender Fahrzeuge, verbessert
werden.
Die Erfindung ist nachfolgend an bevorzugten Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch ein
gehend veranschaulicht.
Der Übersichtlichkeit halber sind die skizzierten Bei
spiele auf drei verschiedene Sendefrequenzen beschränkt.
In Fig. 1 sind über einer Zeitachse t Oszillatorfrequenzen
fo für die Sendepulse und die Überlagerungssignale (LO)
aufgetragen. Die Zeitachse ist in Sendeabschnitte S1,
S2, . . . und Empfangsabschnitte e1, e2 . . . unterteilt. Um
schaltzeiten für den Wechsel zwischen Sendeabschnitten und
Empfangsabschnitten sowie Frequenzumschaltzeiten sind
nicht berücksichtigt. Vorzugsweise werden die
verschiedenfrequenten Signale alle in einer steuerbar fre
quenzvariablen Oszillatoranordnung erzeugt.
Während eines ersten Sendeabschnittes S1 innerhalb eines
Zyklus Z wird ein Sendepuls der ersten Sendefrequenz fs1
abgestrahlt. An diesen ersten Sendeabschnitt schließt sich
ein erster Empfangsabschnitt e1 an, während dessen die
hochfrequenten Empfangssignale mit einer ersten LO-Fre
quenz fm1 in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzt werden.
Diese erste LO-Frequenz fm1 ist um die Zwischenfrequenz ZF
gegen die erste Sendefrequenz versetzt (|fm1 - fs1| = ZF).
Ein Zyklus Z umfaßt mehrere solcher Sende-Empfangs-Ab
schnitte S1/e1, S2/e2, S3/e3 mit unterschiedlichen Sende
frequenzen fs1, fs2, fs3 und mehreren LO-Frequenzen fm1,
fm2, fm3, die jeweils so gewählt sind, daß |fm1 - fs1| =
|fm2 - fs2| = |fm3 - fs3| = ZF.
Die Sendeimpulse folgen aufeinander mit einer Pulswieder
holzeit T. Vorteilhafterweise setzt sich der Zyklus Z pe
riodisch fort mit einem Sendepuls der Frequenz fs1 in ei
nem neuen Sendeabschnitt s1Z, einem Empfangsabschnitt e1Z
mit einer LO-Frequenz fm1 usw.
In Fig. 2 ist für einen Zyklus Z mit Empfangsabschnitten
e1, e2, e3 nach Fig. 1 eine Unterteilung in Entfernungs
tore g1, g2, g3, g4 entsprechend vier Abtastintervallen in
jedem Empfangsabschnitt skizziert. Die in den einzelnen
Empfangsabschnitten und jeweiligen Entfernungstoren gewon
nenen komplexen Abtastwerte sind mit wik bezeichnet, wobei
i für die Laufzahl der gestaffelten Sendefrequenzen und k
für die Laufzahl der aufeinerfolgenden Entfernungstore
steht.
Die Abtastwerte aus ein und demselben Entfernungstor, z. B.
g1, zu verschiedenen Sendefrequenzen werden zu einer Wer
tegruppe wi1 = (w11, w21, w31) zusammengefaßt und einer
Frequenz-Zeit-Transformation unterzogen. Vorzugsweise bil
den die verschiedenen Sendefrequenzen ein mit
Δf = |fs2 - fs1| = |fs3 - fs2| äquidistantes Frequenzra
ster und wird die Transformation mittels einer Fast-Fou
rier-Transform FFT durchgeführt. Im Prinzip sind aber auch
andere an sich bekannte Transformationen mit nicht äquidi
stantem Frequenzraster zur Anpassung an besondere Anforde
rungen einsetzbar.
Die sich aus der Transformation ergebende Wertegruppe im
Zeitbereich entspricht einer Unterteilung des das Entfer
nungstor g1 repräsentierenden Zeitintervalls in mehrere
Teilintervalle und ist gleichwertig einer Entfernungsun
terteilung des Entfernungstores. Damit liegt die ange
strebte höhere Entfernungsauflösung für das einer ersten
groben Entfernungsauflösung entsprechende Entfernungstor
g1 vor.
Eine entsprechende Transformation kann für andere oder
alle Entfernungstore durchgeführt werden. Insbesondere
kann eine erste Zieldetektion in groben Entfernungsschrit
ten g1, g2, g3, g4 und nur in Entfernungstoren, in denen
eine Zielentdeckungsschwelle überschritten wurde, eine hö
here Entfernungsauflösung mittels einer Transformation
durchgeführt werden. Im skizzierten Beispiel in Fig. 2 ist
z. B. eine Transformation FFT1 für das Entfernungstor g1
und eine Transformation FFT2 für das Entfernungstor g2
vorgesehen. Für die grobe Entfernungsauflösung kann auch
nur eine Sendefrequenz eingesetzt und dabei eine schnelle
und über einen großen Bereich eindeutige Geschwindigkeits
schätzung mittels einer Dopplerverarbeitung durchgeführt
werden.
Eine periodische Fortsetzung des Zyklus Z wie in Fig. 1
mit Sendeabschnitt s1Z und Empfangsabschnitt e1Z angedeu
tet ermöglicht vorteilhafterweise eine laufende Erneuerung
der Transformation für ein ausgewähltes Entfernungstor in
Zeitabständen T, wobei jeweils ein Abtastwert eines neuen
Empfangsabschnitts e1Z den entsprechenden Abtastwert des
letzten derselben Sendefrequenz zugeordneten Empfangsab
schnitts e1 ersetzt.
In Fig. 3 ist eine erste Transformation FFT1 auf der
Grundlage der Abtastwerte aus den Empfangsabschnitten e1,
e2, e3, eine um T später durchzuführende zweite Transfor
mation FFT1T auf der Grundlage der Abtastwerte aus Emp
fangsabschnitten e2, e3, e1Z usw. angedeutet. Für die
Durchführung der Transformation ist dabei jeweils auf die
Anordnung der Abtastwerte innerhalb der Wertegruppe nach
gleichbleibender Reihenfolge der zugeordneten Sendefre
quenzen zu achten.
Der Frequenzabstand von auf der Frequenzskala benachbarten
Sendefrequenzwerten ist vorzugsweise in Verbindung mit der
Durchlaßbandbreite einer Filterung in der Zwischenfre
quenzlage so gewählt, daß die Filterung lediglich die
Mischfrequenzen einer LO-Frequenz fmi mit den aus den zu
geordneten Sendepulsen der um ZF frequenzversetzten Sende
frequenz fsi durchläßt und Mischfrequenzen mit allen ande
ren Sendefrequenzen ausblendet. Dadurch bleiben Störungen
durch Überreichweitenreflexionen ausgeschlossen und die
Pulsfolgefrequenz PRF = 1/T kann unmittelbar auf die ge
wünschte Reichweite des Überwachungsbereichs abgestimmt
werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die zeit
liche Reihenfolge der Suchfrequenzen abweicht von der Rei
henfolge der Sendefrequenz auf der Frequenzskala. Hier
durch kann die Störanfälligkeit gegen Sendepulse fremder
gleichartiger Radaranordnungen, insbesondere gegen Sende
pulse entgegenkommender Fahrzeuge bei Kfz-Abstandswarnra
daren, erheblich verringert werden. Zur Durchführung der
Transformation sind die Abtastwerte dann zuvor nach der
Reihenfolge der zugeordneten Sendefrequenzen zu sortieren.
Die vorzugsweise variable Reihenfolge der Sendefrequenzen
ist vorteilhafterweise eine periodisch wiederholte Permu
tation der sortierten Frequenz folge. Fremde Sendepulse
werden bei der Frequenzumsetzung mit der LO-Frequenz im
Regelfall in einem außerhalb der ZF-Filterung liegenden
Bereich abgemischt und ausgeblendet.
Mit dem erfindungsgemäßen Radarverfahren kann vorteilhaf
terweise für den Fall, daß nur in einem Entfernungsteilbe
reich des Überwachungsgebiets eine Erhöhung der Entfer
nungsauflösung gewünscht wird, auch eine Erhöhung der
Pulswiederholfrequenz PRF über den der maximalen Entfer
nung der Überwachung entsprechenden Wert hinaus erreicht
werden. Es sei dabei angenommen, daß der bei der Erläute
rung der grundsätzlichen Vorgehensweise gemäß der Erfin
dung anhand der Fig. 1 und 2 durch Entfernungstore g1 bis
g4 abgedeckte Bereich dem gesamten Überwachungsbereich bis
zur maximalen Entfernung entspreche. Wenn nur ein Teil des
gesamten Entfernungsbereichs für eine höhere Entfernungs
auflösung interessant ist, beispielsweise auf der Grund
lage eines vorhergehenden Zielentdeckungsschritts mit der
ersten groben Entfernungsauflösung, so ergeben sich inner
halb der Empfangsabschnitte e1, e2 . . . jeweils interessie
rende Intervalle, im folgenden Empfangsintervalle genannt
und nicht weiter interessierende Intervalle. In letztere
können Empfangsintervalle und Sendeabschnitte zu anderen
Sendefrequenzen eingefügt werden, so daß eine zeitliche
Verdichtung und damit eine Erhöhung der Pulswiederholfre
quenz möglich ist.
In Fig. 4 und Fig. 5 sind zwei mögliche Varianten einer
solchen Erhöhung der PRF skizziert, bei einer Entfernungs- und
Frequenzeinteilung wie in dem Beispiel nach Fig. 1 und
2. Die Darstellungsart ist gegenüber Fig. 1 insoweit ver
einfacht, als keine Frequenzachse vorgesehen ist und je
weils Sendeabschnitte und zugehörige Empfangsintervalle
innerhalb einer Zeile dargestellt sind mit verschiedenen
Zeilen für unterschiedliche Sendefrequenzen.
Die Empfangsintervalle als Teilbereiche des gesamten Ent
fernungsbereichs sind mit e1D, e2D, . . . usw. bezeichnet.
Die Empfangsintervalle sind definiert als Zeitintervalle,
innerhalb derer die jeweils zugeordnete LO-Frequenz zur
Verfügung gestellt wird.
In dem Beispiel nach Fig. 4 sei angenommen, daß nach ei
ner Zielentdeckung im Entfernungstor g2 nur dieser Teil
entfernungsbereich höher aufgelöst werden soll. Da die
Entfernungstore g3 und g4 nicht weiter von Interesse sind,
kann der Sendeabschnitt s2 zur Sendefrequenz fs2 nach Ende
des Empfangsintervalls e1D entsprechend dem Entfernungstor
g2 zur Sendefrequenz fs1 beginnen. Entsprechendes gilt für
den Beginn des Sendeabschnitts s3 nach Ende des Emp
fangsintervalls e2D, den Beginn eines nächsten Sendeab
schnitts s1 zur Sendefrequenz fs1 nach Ende des Emp
fangsintervalls e3D usw. Die Sende-/Empfangsabschnitte zu
den verschiedenen Sendefrequenzen rücken insgesamt zeit
lich enger zusammen.
Im Beispiel nach Fig. 5 sei als weiter interessierender
Teilentfernungsbereich lediglich das Entfernungstor g3 an
genommen. Neben der zu Fig. 4 analogen Möglichkeit des
Zusammenrückens von Sende-Empfangs-Abschnitten zu den ein
zelnen Sendefrequenzen bietet sich hier die Möglichkeit
des Verschachtelns. In den zur Sendefrequenz fs1 nicht
weiter interessierenden Zeitabschnitt zwischen s1 und g3 =
e1D kann ein Empfangsabschnitt und ein Sendeabschnitt zu
anderen Sendefrequenzen eingefügt werden, beispielsweise
wie skizziert ein Empfangsintervall e3D zur Sendefrequenz
fs3 und ein Sendeabschnitt s2 zur Sendefrequenz fs2. In
gleicher Weise wird zwischen s2 und dem zugehörigen
Empfangsintervall e2D ein Empfangsintervall e1D zu fs1 und
ein Sendeabschnitt s3 zu fs3 und zwischen s3 und e3D im
Empfangsintervall e2D und ein Sendeabschnitt s1 eingefügt.
Bei beiden Varianten gemäß Fig. 4 und Fig. 5 ergeben sich
komprimierte Zykluslängen Z′ bzw. Z′′, die wesentlich ge
ringer sind als die Länge eines vollständigen Zyklus nach
Fig. 1 und dabei ist jeweils die gesamte gewünschte
Information in Form von Abtastwerten aus den Empfangsin
tervallen e1D, e2D, e3D zu allen Sendefrequenzen enthal
ten. Bei den komprimierten Zykluslängen ist darauf zu ach
ten, daß die Komprimierung nicht so weit geführt wird, daß
Mehrdeutigkeiten durch Überreichweitenziele wieder von Be
deutung werden.
Gegenüber den skizzierten Beispielen mit aus Gründen der
Übersichtlichkeit gewählten Beschränkungen hinsichtlich
der Zahl der verschiedenen Sendefrequenzen und der Zahl
der Entfernungstore ist in der Praxis bei einem Ab
standswarnradar typischerweise auszugehen von 2 bis 16
verschiedenen Sendefrequenzen und 10-50 Entfernungstoren
über einen Entfernungsbereich von 0-50 m. Die Sendefre
quenzen liegen für solche Anwendungen vorzugsweise über
1 GHz und die Sendepulslängen typischerweise bei 10-100 nm.
Claims (8)
1. Puls-Radarverfahren, bei welchem die hochfrequenten
Empfangssignale in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzt
werden, dadurch gekennzeichnet,
- - daß zeitsequentiell Sendepulse unterschiedlicher Sendefrequenzen abgestrahlt und die zugehörigen Empfangssignale in eine einheitliche Zwischenfre quenz umgesetzt werden,
- - daß aus den umgesetzten Empfangssignalen jeweils mehrere Abtastwerte entsprechend mehreren Zielent fernungsabschnitten mit einer ersten Entfernungs auflösung gewonnen werden und
- - daß eine Gruppe von Abtastwerten eines einheitli chen Entfernungsabschnitts zu verschiedenen Sende frequenzen einer Frequenz-Zeit-Transformation un terworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die transformierten Werte als Werte folge höherer Entfer
nungsauflösung innerhalb des betrachteten Entfernungsab
schnitts der ersten Entfernungsauflösung weiterverarbeitet
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die mehreren Sendefrequenzen ein äquidi
stantes Frequenzraster bilden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Transformation mittels einer Fast-Fourier-Transform
(FFT) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die umgesetzten Empfangssignale einer
Filterung unterzogen werden mit einer Durchlaßbreite klei
ner als der kleinste Frequenzabstand benachbarter unter
schiedlicher Sendefrequenzen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pulsfolgefrequenz höher gewählt wird als der ma
ximalen Entfernung der Radarüberwachung entsprechend.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die zeitliche Reihenfolge unterschiedlicher Sendefrequen
zen variabel ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß in einem vorhergehenden Detekti
onsmodus eine Zielentdeckung mit einer ersten Entfernungs
auflösung durchgeführt wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4433790A DE4433790C2 (de) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | Puls-Radarverfahren |
EP95114458A EP0708342A3 (de) | 1994-09-22 | 1995-09-14 | Puls-Radarverfahren |
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ID=6528861
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