DE69214883T2

DE69214883T2 - Vorrichtung zur Bereichseinstellung bei FM-Dauerwelle-Radar

Info

Publication number: DE69214883T2
Application number: DE69214883T
Authority: DE
Inventors: Andrew Gerald Stove
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-06-12
Also published as: EP0518442A1; JPH05188141A; EP0518442B1; DE69214883D1; GB9112838D0; US5270720A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radargerät mit einem Sender für ein Funksignal, dessen Frequenz wiederholt von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz wobbelt mit einer ersten im wesentlichen konstanten Rate und ebenfalls von einer dritten Frequenz zu einer vierten Frequenz mit einer im wesentlichen konstanten Rate, welche gegenüber der genannten ersten im wesentlichen konstanten Rate dieselbe Größe, aber ein entgegengesetztes Vorzeichen hat, mit einem Mischer zum Mischen jedes im Gerät nach Reflexion an einem Ziel oder an Zielen zurückempfangenen Rückkehrsignals mit einem Abtastwert des ausgestrahlten Signals zum Erzeugen eines Taktsignals, dessen Frequenzspektrum einen Anteil hat, der dem oder jedem Ziel entspricht, mit einem Frequenzanalysator zum Analysieren des genannten Frequenzspektrums zum Bestimmen der Frequenz des oder jedes genannten Anteils, und mit Mitteln zum Bestimmen der Differenz zwischen den Frequenzen des Anteils, der zu einem bestimmten sich radial bewegenden Ziel gehört, herrührend aus einem Hub in der Frequenz des ausgestrahlten Signals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz und des Anteils, der zu demselben Ziel gehört, herrührend aus einem Hub in der Frequenz des ausgestrahlten Signals von der dritten Frequenz zu der vierten Frequenz.
Ein Gerät dieser Art ist aus beispielsweise GB-B-2172461 bekannt. Wenn man mehr den jeweiligen Frequenzhub des ausgestrahlten Signals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz betrachtet und die Reflexion an einem einzigen ortsfesten Ziel, ist das Ergebnis des Mischvorgangs ein Taktfrequenzsignal (konstant, wenn Hub-Endeffekte außer Betracht gelassen werden), dessen Frequenz f proportional zu dem Zielbereich r ist. Im wesentlichen ist r cf/2α, wobei c die Lichtgeschwindigkeit und α die Änderungsrate der Frequenz des ausgestrahlten Signals währenci jedes Hubes ist. Eine Analyse des Frequenzspektrums des Taktfrequenzsignals wird deswegen Information erteilen über den Bereich r des Ziels. Wenn aber das Ziel sich derart bewegt, daß es einen Anteil einer Bewegung in Richtung des Radargeräts oder weg von dem Radargerät hat, wird die Frequenz des reflektierten Signals entsprechend höher oder niedriger sein als sie sein würde, wenn das Ziel ortsunbeweglich wäre, und zwar durch den Doppler-Effekt. Wenn die Frequenzhübe des ausgestrahlten Signals beispielsweise in einer Aufwärtsrichtung sind, wird dies zu einer Frequenz des Taktfrequenzsignals führen, die niedriger bzw. höher ist als diese sein würde, wen das Ziel ortsunbeweglich wäre. Dies bedeutet, daß es für ein ortsunbewegliches Ziel innerhalb eines bestimmten Bereiches, für ein Ziel in einem größeren Bereich, das sich in Richtung des Radars bewegt und für ein Ziel in einem kleineren Bereich, das sich von dem Radar weg bewegt, möglich ist, daß die Taktfrequenzsignale alle dieselbe Frequenz haben, wobei die Beziehung zwischen dieser Frequenz und dem Ist-Bereich des betreffenden Ziels ungewiß ist, und zwar wegen der unbekannten Doppler-Frequenzverschiebung fd. Im wesendichen ist
r = cfr/2α (1)
= c(f&sub1; + fd)/2α (1A)
wenn die Frequenzhübe des ausgestrahlten Signals in Aufwärtsrichtung sind und
r = c(f&sub2; - fd)/2α (1B)
wenn die Frequenzhübe des ausgestrahlten Signals in Abwärtsrichtung sind, wobei f&sub1; und f&sub2; die Frequenzhübe sind, die in den betreffenden Fällen erhalten werden, wobei fr derjenige Teil dieser Taktfrequenzen ist, verursacht durch den Bereich r und wobei c und α dieselbe Bedeutung haben wie oben definiert. Diese Ungewißheit läßt sich bekanntlich dadurch lösen, daß die Frequenz der ausgestrahlten Energie in beiden Richtungen gewobbelt wird. Vorausgesetzt, daß die Zentralfrequenz f&sub0; des Aufwärtsund Abwärtshubes dieselbe ist, wird die Haupt-Doppler-Frequenzverschiebung fd, verursacht durch ein bestimmtes ortsbewegliches Ziel in beiden Fällen dieselbe sein. Wie es sich aber aus den Gleichungen 1A und 1B herausstellen wird, wird der Effekt auf die erhaltenen Frequenzen der Taktfrequenzsignals in beiden Fällen entgegengesetzt gerichtet sein, so daß unter der Bedingung, daß die Aufwärts- und Abwärtshubrate dieselbe ist, kann der Ist-Bereich des Zieles dadurch bestimmt werden, daß der Mittelwert der in den beiden Fällen erhaltenen Taktfrequenzen f&sub1; bzw. f&sub2; genommen wird und/oder die Ist-Doppler-Verschiebung und folglich kann die radiale Ist-Geschwindigkeit v des Ziels dadurch bestimmt werden, daß die (halbe) Differenz zwischen den in den beiden Fällen erhaltenen Taktfrequenzen genommen wird. Mathematisch ausgedrückt ist
das:
2r = c(f&sub1; + fd)/2α + c(f&sub2; - fd)/2α oder r = c(f&sub1; + fd)/4α (2)
und v = cfd/2f&sub0; = c(f&sub2; - f&sub1;)/4f&sub0; (3)
(Für (3) ist vorausgesetzt, daß die Richtung der Geschwindigkeit v zu dem Radargerät ist).
Der jeweilige Frequenzhub des ausgestrahlten Signals wird normalerweise durch Ableitung dieses Signals von einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) oder einer ähnlichen Schaltungsanordnung erhalten, wobei der Steuereingang dieses Oszillators mit Sägezahnspannungen vom Ausgang eines Sägezahngenerators gespeist wird, beispielsweise von einer periodisch rückgestellten Integratorschaltung, die mit einer konstanten vorbestimmten Eingangsspannung gespeist wird oder von einer einfachen Integratorschaltung, die wechselweise mit einer ersten und einer zweiten vorbestimmten Eingangsspannung gespeist wird. Der Wert der oder jeder vorbestimmten Eingangsspannung bestimmt dann zusammen mit der Zeitkonstanten der Integratorschaltung die Neigung jedes Sägezahnes und folglich, mittels der Frequenz-Regelspannungskennlinie des Oszillators die Rate der Änderung der Frequenz OL der Oszillatorausgangsfrequenz während jedes Frequenzhubes. Während es nicht zu schwer ist, die Neigung der von derartigen Schaltungsanordnungen erzeugten Spannungsanstiege über wesentliche Zeitperioden auf den erforderlichen Wert zu setzen, ist es umso schwerer Stabilität der Frequenz-zu-Steuerspannungskennlinie eines VCOs über vergleichbare Zeitperioden zu erzielen, mit dem Resultat, daß die Änderungsrate der Frequenz a des Oszillatorausgangssignals auf eine unvorhersagbare Weise variieren kann. Da dieser Faktor α in der erhaltenen Gleichung in bezug auf Zielbereich-zu-Taktfrequenz(en) erscheint, kann diese Beziehung auch in einer unvorhersagbaren Weise derart variieren, daß in den durch das Radargerät gemessenen Zielbereichen ungenauigkeiten entstehen. Es ist nun u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung dieses Problem zu verringern.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Sender geschaffen für ein Funksignal, dessen Frequenz wiederholt von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz wobbelt mit einer ersten im wesentlichen konstanten Rate und ebenfalls von einer dritten Frequenz zu einer vierten Frequenz wobbelt mit einer im wesentlichen konstanten Rate, welche dieselbe Größe hat, aber ein zu der ersten im wesentlichen konstanten Rate entgegengesetztes Vorzeichen, ein Mischer zum Mischen jedes im Gerät nach Reflexion an einem Ziel oder an Zielen zurückempfangenen Rückkehrsignals mit einem Abtastwert des ausgestrahlten Signals zum Erzeugen eines Taktsignals, dessen Frequenzspektrum einen Anteil hat, der dem oder jedem Ziel entspricht, ein Frequenzanalysator zum Analysieren des genannten Frequenzspektrums zum Bestimmen der Frequenz des oder jedes genannten Anteils, und es werden Mittel geschaffen zum Bestimmen der Differenz zwischen den Frequenzen des Anteils, der zu einem bestimmten sich radial bewegenden Ziel gehört, herrührend aus einem Hub in der Frequenz des ausgestrahlten Signals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz und des Anteils, der zu demselben Ziel gehört, herrührend aus einem Hub in der Frequenz des ausgestrahlten Signals von der dritten Frequenz zu der vierten Frequenz, mit dem Kennzeichen, daß das Gerät weiterhin Eichungsmittel aufweist zum Bestimmen der Proportionalitätskonstanten zwischen dem Bereich eines Zieles und dem bereichsabhängigen Teil der Frequenz des oder jedes genannten diesem Ziel zugehörenden Anteils, wobei diese Eichungsmittel Mittel aufweisen zum Bestimmen der Änderungsrate der Frequenz wenigstens eines der Anteile, die zu dem genannten bestimmten Ziel gehören, und welche die Konstante bestimmen als das Verhältnis zwischen der radialen Geschwindigkeit des bestimmten Zieles, wie durch die genannte Differenz angegeben, und der genannten Änderungsrate (Bequemlichkeitshalber kann die dritte Frequenz der zweiten Frequenz entsprechen und die vierte Frequenz kann der ersten Frequenz entsprechen).
Wie in GB-B-2172461 erwähnt, ist es möglich, die radiale Geschwindigkeit eines Zieles mittels eines Radargerätes der eingangs erwähnten Art zu bestimmen, und zwar nach einem Verfahren anders als die Bestimmung der Doppler-Frequenzverschiebung fd. Insbesondere ist die Änderungsrate df/dt der diesem Ziel zugehörenden Taktfrequenz selbst ein Maß der radialen Geschwindigkeit. Wenn man ausgeht von der oben angeführten Gleichung (1A) oder (1B) und man schreibt die betreffende Taktfrequenz f&sub1; oder f&sub2; als f, und wenn man voraussetzt, daß die radiale Zielgeschwindigkeit v und folglich die Doppler-Verschiebung fd für eine Zeitperiode, in der df/dt
gemessen wird, nahezu konstant ist, dann gilt:
dr/dt = -v = c(df/dt)/2α (4)
oder c/2α = -v/(df/dt) (5)
Aber, wie oben bereits in der Gleichung (1) erläutert, ist c/2α die Proportionalitätskonstante zwischen dem bereichsabhängigen Teil fr der Taktfrequenz entsprechend einem Ziel mit einem bestimmten Bereich und dem Ist-Bereich r, so daß die Gleichung (1) auf alternative Weise wie folgt geschrieben werden kann:
r = -fr v/(df/dt) (6)
Wenn der Ist-Wert von v für das betreffende Ziel durch Verwendung von Frequenzhüben des ausgestrahlten Signals in beiden Richtungen und durch Bestimmung der Differenz zwischen den erhaltenen betreffenden Taktfrequenzen bestimmt wird, ergibt die Kombination der Gleichungen (3) und (6):
r = frc(f&sub1; - f&sub2;)/4f&sub0;,(df/dt) (7)
Die Proportionalitätskonstante zwischen r und fr ist folglich auf eine Art und Weise bestimmt worden, die führt zu keinen Voraussetzungen über den Wert der Frequenzhubrate α (obschon zum Preis der Anforderung einer Voraussetzung über den Wert der mittleren Frequenz f&sub0; des gesendeten Signals während der Frequenzhübe in jeder Richtung. In der praxis wird es oft möglich sein, einen viel höheren Kenntnissgrad de Wertes von v&sub0; zu bekommen, sowie eine größere Stabilität desselben als der Wert von α, so daß die Abhängigkeit der Proportionalitätskonstanten von dem Wert von f&sub0; kein wesentlicher Nachteil bei vielen Anwendungsbereichen zu sein braucht.
Wenn die Proportionalitätskonstanten einmal bestimmt worden sind durch Untersuchung eines bestimmten (radial beweglichen) Ziels in der oben genannten Art und Weise kann dieses Verfahren ungeändert angewandt werden bei der Bestimmung der Bereich anderer Ziele, wobei es nur notwendig ist, die Konstante neu zu bestimmen, wenn Ereignisse, wie das Verstreichen einer bestimmten Zeitperiode, eine große Änderung in der Temperatur, usw. stattgefunden haben, die dies empfehlen. In einigen Anwendungsbereichen, beispielsweise im Farhrzeugbereich, kann es geeignet sein, wenn die Konstante jeweils beim Einschalten des Gerätes neu bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Radargerät kann weiterhin gekennzeichnet sein durch Mittel zum Bestimmen der Änderungsrate der Frequenz wenigstens eines der dem genannten bestimmten Ziel zugehörenden Anteile und durch Mittel zum Einstellen der Größe der genannten im wesentlichen konstanten Raten in einer entgegengesetzten Richtung zu jeder Abweichung des Verhältnisses zwischen der genannten Differenz und der genannten Änderungsrate von einem bestimmten Wert, um dadurch die genannte Abweichung zu verringern.
Weil das Verhältnis zwischen den Größen (f&sub1; - f2) und df/dt ein Maß der obengenannten Proportionalitätskonstanten ist, und weil die obengenannte Proportionalitätskonstante an sich umgekehrt proportional zu der Hubrate a ist, ist jede Abweichung des genannten Verhältnisses von einem bestimmten Wert eine Anzeige dafür, wie a eingestellt werden sollte, damit das genannte Verhältnis den bestimmten Wert hat. Eine Alternative also zum Gebrauch des genannten Verhältnisses zum Berechnen der obengenannten Proportionalitätskonstanten ist jede Abweichung des genannten Verhältnisses von dem bestimmten Wert zu verwenden zum Einstellen van OL derart, daß das verhältnis dem bestimmten Wert annähert. Dadurch wird α und die Proportionalitäts konstante selbst vorbestimmten spezifischen Werten annähern (jeder derselben enthält den "bestimmten Wert" als ein Faktor). Dieser Letztere ist dann beim Berechnen des Bereiches eines Ziels aus dem bereichsabhängigen Teil der Taktfrequenzanteile, die zu diesem Ziel gehören verwendbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Ausführungsform,
Fig. 2 ein Flußdiagramm der Vorgänge in einer Datenverarbeitungsanordnung in der Ausführungsform nach Fig. 1, und
Fig. 3 einen detaillierten Teil des Flußdiagramms nach Fig. 2.
In Fig. 1, enthält das FMCW- ("Frequency Modulated Continuous Wave") Radargerät einen HF-Signalgenerator 1 mit regelbarer Frequenz, dessen Ausgang 2 über einen Zirkulator 4 mit einer Sende/Empfangsantenne 3 verbunden ist. Von der Antenne 3 empfangene Signale werden über den Zirkulator 4 einem ersten Eingang 5 eines Mischers 6 zugeführt. Einem zweiten Eingang 7 des Mischers 6 wird über einen Koppier 8 ein Abtastwert des ausgestrahlten Signals zugeführt. Der Ausgang 9 des Mischers 6 ist über ein Tiefpaßfilter 12 und einen Verstärker 13 mit dem Eingang 10 eines Analog-Digital-Wandlers 11 verbunden. Der Ausgang 14 des Wandlers 11 ist mit dem Eingang 15 von Frequenzanalysenmitteln 16 gekoppelt, die in dem vorliegenden Beispiel durch eine FFT-Rechenanordnung gebildet werden. Die durch die Anordnung 16 berechneten FFTeN werden dem Dateneingang 17 einer Datenverarbeitungsanordnung 18 zugeführt, die durch einen geeignet programmierten Mikrocomputer gebildet wird. Der Prozessor 18 enthält ein Paar Schieberegister SR1 und SR2 und Speicherstellen CRF (für einen Merker), SWR, F1, F2, FD1 und FD2. Er hat einen Datenausgang 19, der mit Gebrauchsmitteln 20 gekoppelt ist.
Der Generator 1 hat einen Frequenzsteuersignaleingang 21, der mit einem Frequenzsteuersignal vom Ausgang 22 eines Dreieckwellenformgenerators 23 gespeist wird. Ein Verstärker mit veränderlicher Verstärkung 24 5 (gestrichelt dargestellt) mit einem Verstarkungsregelsignaleingang 25, der aus einem Ausgang 26 des Prozessors 18 gespeist wird, kann zwischen dem Ausgang 22 des Generators 23 und dem Eingang 21 des Generators 1 vorgesehen sein. Der Analog-Digital-Wandler 11, die FFT-Rechen anordnung 16, die Verarbeitungsanordnung 18, und der Dreieckwellenfgrmgenerator 23 haben einen Zeitgeber- oder Taktsignaleingang 27, 28, 29 bzw. 30, die mit geeigneten Zeitgeber- oder Taktsignalen von den Ausgängen 31, 32, 33 bzw. 34 eines Zeitgeberoder Taktsignalgenerators gespeist werden.
Im Betrieb resultiert eine Steuerung des HF-Signalgenerators 1 durch das Ausgangssignal des Dreieckwellenformgenerators 23 in einer von der Antenne 3 ausgehenden Übertragung eines Funksignals, dessen Frequenz mit einer im wesentlichen konstanten Rate α von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz und wieder zurück zu der ersten Frequenz wobbelt. Jedes ausgestrahlte Signal, das an einem Ziel zu der Antenne 3 zurückgeworfen wird, wird dem Eingang 5 des Mischers 6 zugeführt, in dem es mit einem Abtastwert des soeben übertragenen Signals (zugeführt zu dem Eingang 7) gemischt wird, zum Erzeugen eines Takt- oder Differenzfrequenzsignals an dem Mischerausgang 9. Wenn Endeffekte des Hubes und Terme höherer Ordnung vernachlässigt werden, wird die Taktfrequenz f&sub1; oder f&sub2; durch das Ziel mit einem Bereich r gegeben durch:
f&sub1; = (2αr/c) - fd
(aus der Gleichung (1A)), wenn es den Aufwärtsfrequenzhüben des übertragenen Signals
zuzuschreiben ist und durch:
f&sub2; = (2αr/c) + fd
(von der Gleichung (1B)), wenn es den Abwärtsfrequenzhüben des übertragenen Signals zuzuschreiben ist, wohei fd die Doppler-Frequenzverschiebung durch die (etwaige) radiale Bewegung des Ziels gegenüber der Radarapparaur ist.
Das durch den Mischer 6 erzeugte Takt- oder Differenzfrequenzsignal wird durch das Filter 12 tiefpaßgefiltert, durch den Verstärker 13 verstärkt, durch den Wandler 11 analog-digital-umgewandelt und durch die Anordnung 16 in der Frequenz analysiert. Die Ausgangssignale des Zeitgeber- oder Taktsignalgenerators 35 sind derart, daß für jede Auf- und Abwärtsfrequenzrampe des übertragenen Signals eine Analyse durchgeführt wird (es wird eine FFT berechnet), so daß wenn ein Ziel in einem Bereich r von der Antenne 3 "gesehen" wird, die FFT-Rechenanordnung 16 wechselweise die entsprechenden Frequenzen f&sub1; und f&sub2; an dem Ausgang angeben wird. Diese Angaben werden von dem Prozessor 18 verarbeitet, und zwar auf eine Art und Weise, wie in dem Flußdiagramm nach den Fig. 2 und 3 der Zeichnung dargestellt. Für diese Flußdiagramme wird vorausgesetzt, daß beispielsweise die Radarapparatur als Teil eines sog. "intelligenten Cruise-Control-Systems" für Straßenfahrzeuge verwendet wird, und daß die obengenannte Bereich-zu-Taktfrequenz-Eichung jedes Mal durchgeführt wird, wenn die Apparatur wieder eingeschaltet wird. Eine Folge der Anwendung bei Kraftfahrzeugen ist, daß der Bereich nur des unmittelbar vor dem Fahrzeug liegenden Ziels interessant ist.
In dem Flußdiagramm nach Fig. 2 haben die jeweiligen Blöcke die nachfolgende Bedeutung:
36- Start
37 - Hebe die Fahne CRF "Eichung erforderlich". Speichere den Nennwert der Frequenzhubrate a an der Speicherstelle SWR.
38 - Wurde eine neue FFT berechnet?
39 - Entspricht die neue FFT einem Aufwärtsfrequenzhub des übertragenen Signals?
40 - Ausgehend von dem Punkt der neuen FFT entsprechend dem niedrigsten Bereich der Taktfrequenzen, teste jeden nachfolgenden Punkt wieder darauf, ob die entsprechende Amplitude eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Wenn ein solcher Punkt gefunden worden ist, speichere die entsprechende "geschwellte" Amplitude An1 zusammen mit der Mitte fn2 des entsprechenden Frequenzbereichs und mache dasselbe für jeden nachfolgenden Punkt, bis ein Punkt n2 + 1 erreicht worden ist, für den die entsprechende Amplitude die betreffende Schwelle nicht überschreitet.
41 - Wurden alle geschwellten Amplituden im Schritt 40 gespeichert?
42 - Berechne die Frequenz f&sub1; entsprechend dem "Schwerpunkt" der im Schritt 40 gespeicherten Amplituden
43 - Ist die Differenz zwischen der in dem Schritt 42 berechneten Frequenz f&sub1; und dem Inhalt der Speicherstelle F1 (dem (etwaigen) Ergebnis der in dem unmittelbar vorhergehenden Schritt 42) nicht größer als ein vorbestimmter Betrag D.
44 - Lösche das Schieberegister SR1. Speichere die in dem Schritt 42 berechnete Frequenz f&sub1; an der Speicherstelle F1.
45 - Subtrahiere den Inhalt der Speicherstelle F1 von der in dem Schritt 42 berechneten Frequenz f&sub1; und speichere das Ergebnis δf&sub1; in dem Schieberegister SR1. Speichere die in dem Schritt 42 berechnete Frequenz f&sub1; an der Speicherstelle F 1. Berechne den Mittelwert der im Schieberegister SR1 gespeicherten Ergebnisse.
46 - Berechne die erwartete Doppler-Verschiebung fd, verursacht durch das betreffende Radarziel unter Verwendung von u.a. dem im Schritt 45 berechneten Mittelwert und speichere das Ergebnis an der Speicherstelle FD1. Berechne aus diesem Ergebnis und der in dem Schritt 42 berechneten Frequenz f&sub1; den erwarteten bereichsabhängigen Teil fr der Taktfrequenz, verursacht durch das betreffende Ziel und speichere dieses an der Speicherstelle F1 (fr = f&sub1; + fd)
47 - Entspricht der Inhalt der Speicherstellen FD1 und F1 nahezu dem der Speicherstellen FD2 bzw. F2?
48 - Routine der Fig. 3
49 - Berechne den Bereich des betreffenden Radarziels aus u.a. dem Mittelwert (f&sub1; + f&sub2;)12 des Inhaltes der Speicherstellen F1 und F2 und stelle das Ergebnis beim Port 19 zur Verfügung.
50 - Dasselbe wie 40.
51 Wurden alle geschwellten Amplituden im Schritt 50 gespeichert?
52 - Berechne die Frequenz f&sub2; entsprechend dem "Schwerpunkt" der im Schritt 50 gespeicherten Amplituden
53 - Ist die Differenz zwischen der in dem Schritt 52 berechneten Frequenz f&sub2; und dem Inhalt der Speicherstelle F2 nicht größer als ein vorbestimmter Betrag D?
54 - Lösche das Schieberegister S2. Speichere die in dem Schritt 52 berechnete Frequenz f&sub2; an der Speicherstelle F2.
55 - Subtrahiere den Inhalt der Speicherstelle F2 von der in dem Schritt 52 berechneten Frequenz f&sub2; und speichere das Ergebnis δf&sub2; in dem Schieberegister SR2. Speichere die in dem Schritt 52 berechnete Frequenz f&sub2; an der Speicherstelle F2. Berechne den Mittelwert der im Schieberegister SR2 gespeicherten Ergebnisse.
56 - Berechne die erwartete Doppler-Verschiebung fd, verursacht durch das betreffende Radarziel unter Verwendung von u.a. dem im Schritt 55 berechneten Mittelwert und speichere das Ergebnis an der Speicherstelle FD2. Berechne aus diesem Ergebnis und der in dem Schritt 52 berechneten Frequenz f&sub2; den erwarteten bereichsabhängigen Teil fr der Taktfrequenz, verursacht durch das betreffende Ziel und speichere dieses an der Speicherstelle F2 (fr = f&sub2; + fd)
57 - Entspricht der Inhalt der Speicherstellen FD2 und F2 nahezu dem der Speicherstellen FD1 bzw. F1 ?
59 - Dasselbe wie 49.
Unter Vernachlässigung, an dieser Stelle, des Blocks 48, ist der Effekt der Folge der in Fig. 2 dargestellten Schritte dafür zu sorgen, daß die Datenverarbeitungsanordnung 18 aus Fig. 1 wiederholt der Bereich des von der Radarapparatur als "nächstes" gesehenen Ziels berechnet wird und dieses berechnete Ergebnis an dem Port 19 zur Verfügung stellt, unter der Bedingung jedoch, daß es zwischen den für Aufwärts- und Abwärtsfrequenzhübe des Radarausgangssignals erhaltenen Berechnungsergebnissen eine Konsistenz gibt. Jede Teilfolge von Schritten 40-49 wird durchgeführt ausgehend von den Ergebnissen einer Spektralanalyse des für einen betreffenden Aufwärtsfrequenzhub erhaltenen Taktsignals und jede Teilfolge von Schritten 50-59 (welche dieselbe ist mit der Ausnahme, daß diese kein Gegenstück des Blocks 48 aufweist) wird durchgeführt unter Verwendung der Ergebnisse einer Spektralanalyse des für einen betreffenden Abwärtsfrequenzhub erhaltenen Taktsignals.
Wenn in bezug auf das Taktfrequenzsignal herrührend aus einem Aufwärtsfrequenzhub der Frequenz des übertragenen Radarsignals beispielsweise durch die Anordnung 16 in Fig. 1 eine FFT berechnet worden ist, ist das Ergebnis des Tests 39 nach Fig. 2 positiv (Y). (Der Aufwärtshub kann durch ein Signal angegeben werden, das dem Eingang 29 des Prozessors 18 durch den Taktlsteuersignalgenerator 35 zugeführt worden ist). Die Routine nach Fig. 2 führt den Schritt 40 durch, der Amplituden/Frequenzdaten über den niedrigsten Frequenzanteil des Taktfrequenzsignals speichert (wobei dieser Anteil über mehrere Punkte n1 bis n2 der FFT verbreitet sein kann). Unter der Voraussetzung, daß ein derartiger Anteil gefunden wird (positives Ergebnis des Tests 41), berechnet der Schritt 42 die effektive Frequenz oder den "Schwerpunkt" f&sub1; dieses Anteils aus den geschwellten Amplituden An1 bis An2 der betreffenden FFT-Punkte unter Anwendung der Formel:
wobei fn die Frequenz ist, die dem FFT-Punkt n entspricht. Der Schritt 43 testet danach, ob die Frequenz f&sub1; wahrscheinlich demselben Radarziel entspricht wie die Frequenz, die an der Speicherstelle Fl gespeichert ist, auf entsprechende Weise berechnet für den unmittelbar vorhergehenden Aufwärtsfrequenzhub des Radarausgangssignals (ausgehend von der Tatsache, daß der Taktfrequenzanteil wahrscheinlich nicht um mehr als einen Betrag D verschoben ist während einer Wiederholungsperiode der Aufwärtshübe). Wenn das Ergebnis dieses Tests negativ (N) ist, sorgt der Schritt 44 dafür , daß das Schieberegister SR1 (das Daten über das alte Ziel speichert) gelöscht wird, davon ausgehend, daß es voraussichtlich ein neues Ziel gibt, und die neuberechnete Frequenz f&sub1; wird für den vorhergehenden Inhalt der Speicherstelle F1 substituiert. Wenn andererseits das Ergebnis des Tests 43 positiv ist, sorgt der Schritt 45 für die Änderung δf&sub1; in der Frequenz des betreffenden Frequenzanteus, der zwischen den beiden zu berechnenden und in dem Schieberegister SR1 zu speichernden Frequenzhüben aufgetreten ist (wobei dies ein Maß der Änderung in dem Bereich des betreffenden Ziels, die während dieser (bekannten) Zeit & aufgetreten ist, und folglich ein Maß der Änderung der radialen Geschwindigkeit des Ziels ist. Das Schieberegister SR1, das sagen wir eine Kapazität N hat, speichert also zu jeder beliebigen Zeit die Änderungen Δf&sub1;, die in dem Wert von f&sub1; zwischen jedem der N vorhergehenden Aufwärts- Frequenzhübe des übertragenen Signals aufgetreten sind (vorausgesetzt, daß wenigstens N + 1 solcher Hübe aufgetreten sind, während das betreffende Ziel das "nächste" von der Radaranordnung sichtbare Ziel war; sonst werden weniger als N Werte vorhanden sein). Der Schritt 45 sorgt weiterhin dafür, daß der Mittelwert der zur Zeit in dem Register SR1 gespeicherten Werte öf, berechnet wird (was ein Maß der mittleren radialen Geschwindigkeit des betreffenden Ziels über die periode mit höchstens den letzten N+ 1 Aufwärts-Frequenzhüben ist) und sorgt ebenfalls dafür, daß der letzte in dem Schritt 42 berechnete Wert von f&sub1; für jeden vorhandenen Inhalt der Speicherstelle F1 ersetzt wird.
Wenn die erforderlichen Daten erhalten sind, berechnet der Schritt 46 die erwartete Doppler-Verschiebung des betreffenden Ziels unter der Anwendung der nachstehenden Formel:
fd = -f&sub0;( /δt)/α ... (8)
wobei f&sub0; die Mittenfrequenz der Aufwärts-Frequenzhübe des Radarsignals ist, δt die Periode dieser Aufwärts-Frequenzhübe ist und a (gespeichert an der Speicherstelle SWR) die wenigstens Nennrate der Änderung der Frequenz während dieser Aufwärtshübe ist und diese für jeden vorhandenen Inhalt der Speicherstelle FD1 ersetzt. (Die Formel (8) wird durch Eliminierung der Zielgeschwindigkeit v aus der Gleichung (4) und der Standard-Formel für Doppler-Frequenzverschiebung: fd=2f&sub0;v/c). Der Schritt berechnet weiterhin aus diesem Wert von fd und dem aktuellen Wert von f&sub1; (gespeichert an der Stelle F1) den erwarteten bereichsabhängigen Teil fr von f&sub1; und ersetzt das Ergebnis für jeden vorhandenen Inhalt der Speicherstelle F1.
Wie ober bereits erwähnt, ist die Teilfolge der Schritte 50-59 weitgehend entsprechend der Teilfolge der Schritte 40-49, wird aber in bezug auf Daten durchgeführt, die von den Abwärts-Frequenzhüben des Radar-Ausgangssignals abgeleitet sind. Die Speicherstellen FD2 und F2 entsprechen den Stellen FD1 bzw. F1 aber in bezug auf die Teilfolge 50-59, d.h. auch sie werden mit einer erwarteten Doppler-Verschiebung fd bzw. mit einem erwarteten bereichsabhängigen Teil fr eines Taktfrequenzanteils geladen und zwar jeweils wenn der Schritt 56 (der dem Schritt 46 entspricht) durchgeführt wird. Wenn zwischen den beiden letzten Frequenzhüben keine Änderung des Ziels aufgetreten ist soll der Inhalt der Speicherstellen FD1, FD2, F1 und F2 demselben Ziel entsprechen, d.h. der Inhalt der Stellen FD1 und FD2 soll nahezu derselbe sein, ebenso wie der Inhalt der Stellen F1 und F2. Nachdem der Schritt 46 durchgeführt worden ist, testet der Schritt 47 ob diese genannte Gleichheit tatsächlich vorhanden ist. Wenn dies der Fall ist, und nachdem die im Block 48 angegebenen Vorgänge durchgeführt worden sind, sorgt der Schritt 49 dafür, daß der Prozessor 18 den Bereich r des betreffenden Ziels berechnet und zwar unter Anwendung der Gleichung (2) zusammen mit dem Inhalt der Speicherstellen F1, F2 und SWR (f&sub1;, f&sub2; bzw. α) und liefert das Ergebnis an dem Ausgang 19.
Wie oben beschrieben, bedeutet die Tatsache, daß die Gleichung (2) die Frequenzhubrate oder die Frequenzrampenschräge α aufweist, daß wenn keine weiteren Schritte genommen werden, die in den Schritten 49 und 59 berechneten Zielbereiche wesentlichen Ungewißheiten/Ungenauigkeiten ausgesetzt sind, und zwar wegen einer Ungewißheit in dem Ist-Wert von α, wie dies durch das Ausgangssignal des Dreieckgenerators 23 nach Fig. 1 und durch die Frequenz-zu-Steuerspannungskennlinie des Oszillators 1 gegeben ist. Um dieses Problem zu lösen wird die Radaranordnung periodisch geeicht (in dem vorliegenden Fall nach jeder neuen Einschaltung); dabei wird der aktuelle Wert von α aus den von der Radaranordnung empfangenen Zielrückkehrsignalen, so daß dies im wesentlichen in den Schritten 49 und 59 als Faktor in der Proportionalitätskonstanten c/2α zwischen r und (f&sub1; + f&sub2;)/2 in der Gleichung (2) verwendet werden kann. Dazu werden die durch den Block 48 in Fig. 2 angegebenen und in Fig. 3 detailliert dargestellten Schritte einmal (in dem vorliegenden beispiel) nach jeder neuen Einschaltung der Radaranordnung durchgeführt wobei dies in Antwort auf den Merker CRF erfolgt, der in dem Schritt 37 aufgerichtet wird. In Fig. 3 haben die jeweiligen Blöcke die nachfolgende Bedeutung:
60 - Wurde der Merker CRF errichtet?
61 - Sind die beiden Schieberegister SR1 und SR2 voll und wenn ja, sind die Mittelwerte und deren betreffenden Inhalte nicht-Null? 62 - Berechne den Mittelwert der Inhalte der Schieberegister SR1 und SR2, die Differenz zwischen f&sub1; - f&sub2; zwischen dem Inhalt der Speicherstelle F1 und F2 und folglich den Wert der Frequenzhubrate α, und ersetze diesen Wert für den Ist-Inhalt der Speicherstelle SWR.
63 - Hole den Merker CRF ein.
Also jedes Mal, daß die Radaranordnung neu-eingeschaltet wird, und in dem Schritt 37 der "Eichung erforderlich"-Merker errichtet wird, ergibt der test 60 ein positives Ergebnis (Y), jedes Mal, daß die Teilfolge der Schritte 40-49 danach durchlaufen wird. Das Ergebnis des Testes 61 ist aber negativ (N) für wenigstens die ersten N dieser Durchläufe, so daß die Schritte 62 und 63 übergangen werden. Voraussichtlich wird jedes der Schieberegister SR1 und SR2 gewiß mit der vollen Ergänzung der N Werte δf&sub1; bzw. δf&sub2; geladen, die zu einem einzigen sich radial bewegenden Ziel gehören, an welchem Punkt der Test 61 ein positives Ergebnis liefert. Die Routine geht danach zu dem Schritt 62, in dem der Ist-Wert von α aus u.a. dem Inhalt der Schieberegister SR1 und SR2 und der Speicherstellen F1 und F2 berechnet wird und durch den aktuellen Ist-Wert an der Speicherstelle SWR ersetzt wird. Aus den Gleichungen (1) und (7) ergibt sich:
α = 2f&sub0;(df/dt)/(f&sub1; - f&sub2;) ... (9)
wobei f&sub0; die Mittenfrequenz der Aufwärts- und Abwärts-Frequenzhübe des radarübertragenen Signals ist, wobei f&sub1; und f&sub2; der Inhalt der Speicherstellen F1 bzw. F2 ist, und wobei df/dt in einer ersten Annäherung gleich δf/δt ist, wobei δf der Mittelwert ( + )/2 des Inhaltes der Schieberegister SR1 und SR2 ist und wobei δt die periode der Aufwärts- und Abwärts-Frequenzhübe ist, d.h. des Dreieckausgangssignals des Generators 23 nach Fig. 1. Der Schritt sorgt dann dafür, daß der Merker CRF herunter gebracht wird, wodurch gewährleistet wird, daß die Folge der Schritte 61-63 nur nachdem die Radaranordnung deaktiviert worden ist durchgeführt wird und danach wieder aktiviert wird.
Wenn die Schritte 60-63 durchgeführt worden sind, wird der Wert von α, der in den nachfolgenden Berechnungsschritten verwendet 49 und 59 wird, deijenige sein, der in dem Schritt 62 berechnet wird, d.h. 2f&sub0;(δf/δt)/(f&sub1; - f&sub2;). Die in den Schritten 49 und 59 durchgeführte Berechnung hat die Form der Gleichung (2), d.h.
r = c(f&sub1; + f&sub2;)/4α
= cfr/2α (Gleichung (11))
= Kfr, wobei K, die Proportionalitätskonstante zwischen dem Bereich r und dem bereichsabhängigen Teil fr der Taktfrequenz wegen des betreffenden Ziels, durch K = c/2α = c(f&sub1; - f&sub2;)/4f&sub0;)(αf/αt). Aus der Gleichung (3) dürfte es einleuchten, daß c(f&sub2; - f&sub1;)/4f&sub0; ein Maß der radialen geschwindigkeit v des verwendeten Ziels ist, wenn der Wert von a bestimmt wurde. Auf diese Weise entspricht der Wert von K, der nach der Durchführung des Schrittes 62 verwendet wird, dem Verhältnis dieses Maßes der radialen Geschwindigkeit v zu der Änderungsrate δf/δt der Taktfrequenzanteile durch dasselbe Ziel.
Wenn die bisher beschriebene Radaranordnung beispielsweise in einem sog. "intelligenten Cruise-Control-System" in einem Straßenfahrzeug vorgesehen ist, können die Benutzungsmittel 20 nach Fig. 1 auf eine an sich beispielsweise aus EP-A- 145989 und EP-A-146851 (die durch Bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet werden) bekannte Art und Weise Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermittel, beispielsweise Drosselsteuermittel sein, die auf die Bereichsdaten reagieren, die an dem Ausgang 19 der datenverarbeitungsanordnung 18 erscheinen durch Steuerung der Fahrzeugdrossel derart, daß der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem von der Radaranordnung gefühlten "Ziel" (das normalerweise sich vor dem Fahrzeug befindet) nahezu auf einem vorbestimmten Wert konstant gehalten wird oder wenigstens einen vorbestimmten Wert nicht unterschreiten darf (wobei diese Werte normalerweise größer sein werden, je nachdem die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu der betreffenden Zeit höher ist).
Eine Alternative zum Ersetzen des Nenn-Wertes von α an der Speicherstelle SWR durch den Ist-Wert in dem Schritt 62 ist, dafür zu sorgen, daß die Verarbeitungsanordnung 18 den berechneten Wert mit dem Nenn-Wert vergleicht und daß die Frequenzhubrate des Ausgangssignals des Generators 1 derart eingestellt wird, daß jede Differenz zwischen den beiden ausgeglichen wird. Dazu kann der in Fig. 1 gestrichelt dargestellt Verstärker 24 mit veränderlicher Verstärkung zwischen dem Ausgang 22 des Dreiecksignalgenerators 23 und dem Steuereingang 21 des Generators 1 vorgesehen sein, wobei der Verstärkungsregelungseingang 25 des Verstärkers 24 mit einem Steuersignal von dem Ausgang 26 der Verarbeitungsanordnung 18 gespeist wird. Die Verarbeitungsanordnung 18 kann dann so programmiert sein, daß sie beispielsweise den in dem Schritt 62 berechneten Ist-Wert von α von dem an der Speicherstelle SWR vorhandenen Nennwert subtrahiert und jedes Gleichstromsignal an dem Ausgang 26 um einen Betrag regelt, der zu der größe des Ergebnisses proportional ist und in einer Weise, die derart ist, daß die Verstärkung des Verstärkers 24 (und folglich α) zunimmt, wenn das Ergebnis positiv ist und daß die Verstärkung des Verstärkers 24 (und folglich α) abnimmt, wenn das Ergebnis negativ ist. Jede beliebige Einstellung von α auf diese Weise sollte wiederholt werden, bis der in dem Schritt 62 berechnete Ist-Wert innerhalb erlaubter Toleranzgrenzen dem Nennwert entspricht, wobei diese Gleichheit mittels eines geeigneten Testes, der den test 60 nach Fig. 3 ersetzt, erreicht werden kann.
Eine einfache Einstellung der Frequenzhubrate α des Ausgangssignals des Generators 1 in Richtung eines vorbestimmten Wertes erfordert überhaupt nicht eine aktuelle Berechnung von α. Aus der Gleichung (9) geht hervor, daß für den Faktor 2f (der unter vielen Umständen genau bekannt sein wird) die Hubrate α nur durch das Verhältnis (df/dt)/(f&sub1; - f&sub2;) gegeben wird. Auf diese Weise wird bei einer bestimmten Radaranordnung mit einer bekannten f&sub0; jeder erforderliche Wert von α einem bestimmten Wert dieses Verhältnisses entsprechen. Also eine einfache Determinierung der Werte von df/dt, f&sub1; und f&sub2; entsprechend einem bestimmten radial bewegenden Ziel auf die beschriebene Art und Weise und eine Berechnung daraus des Verhältnisses (df/dt)/(f&sub1; - f&sub2;) wird eine Angabe schaffen ob α den gewünschten Wert hat, und wenn nicht, in welcher Richtung dieser Wert geändert werden muß um dem gewünschten Wert näher zu kommen.
Obschon bei der beschriebenen Ausführungsform die Menge δf als der Mittelwert des Inhaltes der Schieberegister SR1 und SR2 gewählt worden ist, dürfte es einleuchten, daß obschon erwünscht, dies nicht wesentlich ist; der ganze Inhalt oder ein Teil desselben nur eines dieser Schieberegister kann gewünschtenfalls in dieser Hinsicht berücksichtigt werden.

Claims

1. Radargerät mit einem Sender (1, 23) für ein Funksignal, dessen Frequenz wiederholt von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz wobbelt mit einer ersten im wesendichen konstanten Rate und ebenfalls von einer dritten Frequenz zu einer vierten Frequenz mit einer im wesentlichen konstanten Rate, welche gegenüber der genannten ersten im wesentlichen konstanten Rate dieselbe Größe, aber ein entgegengesetztes Vorzeichen hat, mit einem Mischer (6) zum Mischen jedes im Gerät nach Reflexion an einem Ziel oder an Zielen zurückempfangenen Rückkehrsignals mit einem Abtastwert des ausgestrahlten Signals zum Erzeugen eines Taktsignals, dessen Frequenzspektrum einen Anteil hat, der dem oder jedem Ziel entspricht, mit einem Frequenzanalysator (16) zum Analysieren des genannten Frequenzspektrums zum Bestimmen der Frequenz des oder jedes genannten Anteils, und mit Mitteln (18) zum Bestimmen der Differenz (f&sub1; - f&sub2;) zwischen den Frequenzen des Anteils, der zu einem bestimmten sich radial bewegenden Ziel gehört, herrührend aus einem Hub in der Frequenz des ausgestrahlten Signals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz und des Anteils, der zu demselben Ziel gehört, herrührend aus einem Hub in der Frequenz des ausgestrahlten Signals von der dritten Frequenz zu der vierten Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät weiterhin Eichungsmittel aufweist zum Bestimmen der Proportionalitätskonstanten (K) zwischen dem Bereich eines Zieles (r) und dem bereichsabhängigen Teil (fr) der Frequenz des oder jedes genannten diesem Ziel zugehörenden Anteils, wobei diese Eichungsmittel Mittel aufweisen zum Bestimmen der Änderungsrate (δf/δt) der Frequenz wenigstens eines der Anteile, die zu dem genannten bestimmten Ziel gehören, und welche die Konstante (K) bestimmen als das Verhältnis zwischen der radialen Geschwindigkeit (v) des bestimmten Zieles, wie durch die genannte Differenz angegeben, und der genannten Änderungsrate (δf/δt).

2. Radargerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Bestimmen des Mittelwertes (fr) der Frequenzen des einem weiteren Ziel zugeordneten Anteils herrührend aus einem Hub in der Frequenz des übertragenen Signals von der ersten

Frequenz zu der zweiten Frequenz und des dem genannten weiteren Ziel zugehörenden Anteils, herrührend aus einem Hub in der Frequenz des übertragenen Signals von der dritten zu der vierten Frequenz und zum Bestimmen des bereichs (r) des genannten Ziels als das Ergebnis des genannten Mittelwertes (fr) und der genannten Konstanten

3. Radargerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (18) zum Bestimmen der Änderungsrate der Frequenz (df/dt) wenigstens eines der dem genannten bestimmten Ziel zugehörenden Anteile und durch Mittel (24) zum Einstellen der Größe der genannten im wesentlichen konstanten Raten (α) in einer entgegengesetzten Richtung zu jeder Abweichung des Verhältnisses zwischen der genannten Differenz (f&sub1; - f&sub2;) und der genannten Änderungsrate von einem bestimmten Wert (δf/δt), um dadurch die genannte Abweichung zu verringern.

4. Radargerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Mittel zum Bestimmen des Mittelwertes (fr) der Frequenzen des einem weiteren Ziel zugeordneten Anteils herrührend aus einem Hub in der Frequenz des übertragenen Signals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz und des dem genannten weiteren Ziel zugehörenden Anteils, herrührend aus einem Hub in der Frequenz des übertragenen Signals von der dritten zu der vierten Frequenz und zum Bestimmen des Bereichs (r) des genannten Ziels als das Ergebnis des genannten Mittelwertes (fr) und einer Konstanten (K), die den genannten Wert als Faktor enthält.

5. Radargerät nach Anspruch 2 oder 4, vorgesehen in einem Landfahrzeug, das Fahrzeuggeschwindigkeitsregelmittel aufweist zum Reagieren auf den bestimmten Bereich durch Steuerung der Fahrgeschwindigkeit, derart, daß der Abstand zwischen dem genannten Fahrzeug und dem genannten weiteren Ziel wenigstens auf einen vorbestimmten Wert gehalten wird.