DE69828208T2

DE69828208T2 - Vorausschauender Sensor für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE69828208T2
Application number: DE69828208T
Authority: DE
Inventors: Mark E. Westford Russell; Clifford A. Groton Drubin; William F. Waltham Miccioli
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2018-11-19
Also published as: EP1298452B1; DE69828210T2; JP4268202B2; DE69834355T2; EP1032847A1; JP2001524677A; DE69830755D1; DE69813005T2; EP1281984B1; DE69828208D1; EP1434061B1; EP1296158A1; EP1281984A1; EP1298452A1; DE69830755T2; DE69828210D1; EP1296158B1; EP1434061A1; DE69834355D1; EP1032847B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Angesichts der Gefahren, die mit der Fahrt im Kraftfahrzeug verbunden sind, besteht ein ständiger Bedarf an einer Erweiterung der Kraftfahrzeug-Sicherheitsmerkmale. Ein möglicher Bereich für eine erhöhte Automobilsicherheit umfaßt das Reisegeschwindigkeitssteuersystem des Fahrzeugs. Ein Reisegeschwindigkeitssteuersystem gestattet es einem Benutzer eine vorbestimmte Fahrtgeschwindigkeit einzustellen, und steuert dann das Fahrzeug so, daß die vorbestimmte Geschwindigkeit eingehalten wird. Wenn sich jedoch das Fahrzeug Hindernissen nähert, beispielsweise anderen Fahrzeugen oder Fußgängern, dann sind die Aufmerksamkeit des Fahrers und seine Eingriffnahme erforderlich, um die Bremsen des Fahrzeugs zu betätigen und somit das Reisegeschwindigkeits-Steuersystem wirkungslos zu machen und Zusammenstöße zu vermeiden. Zur Erhöhung der Sicherheit von Reisegeschwindigkeits-Steuersystemen wurden sogenannte intelligente Reisegeschwindigkeit-Steuersysteme vorgeschlagen. Intelligente Reisegeschwindigkeits-Steuersysteme enthalten typischerweise einen Detektor zur Erfassung von Hindernissen auf dem Weg des Fahrzeugs, sowie eine Steuereinrichtung zur Betätigung der Bremsen des Fahrzeugs und zur Wirkungslosschaltung des Reisegeschwindigkeits-Steuersystems in Abhängigkeit von der Erfassung von Hindernissen. Vorteilhafterweise können intelligente Reisegeschwindigkeits-Steuersysteme die Abhängigkeit vom Fahrer zur Verhinderung von Kollisionen herabsetzen.
Ein weiterer möglicher Bereich der Erhöhung der Automobilsicherheit sind Kollisionsverhinderungssysteme. Ebenso wie intelligente Reisegeschwindigkeits-Steuersysteme enthalten Kollisionsverhinderungssysteme im allgemeinen einen Detektor zur Erfassung von Hindernissen auf dem Weg des Fahrzeugs und eine Steuereinrichtung zur Betätigung der Bremsen des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Erfassung von Hindernissen, um Kollisionen zu vermeiden.
Sowohl bei intelligenten Reisegeschwindigkeits-Steuersystemen also auch bei Kollisionsverhinderungsanwendungen ist es notwendig einen Detektor vorzusehen, der in der Lage ist, präzise und zuverlässig Objekte auf dem Weg des Fahrzeugs zu erfassen. Ein solcher Detektor wird manchmal als ein vorwärtsblickender Sensor (FLS) bezeichnet und muß verhältnismäßig unempfindlich gegenüber der relativen Lage des Kraftfahrzeugs und der Hindernisse und gegenüber Umgebungsbedingungen, beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit, Eis und Regen, sein. Die Radartechnik ist eine geeignete Technologie zu Verwirklichung eines vorwärtsblickenden Sensors für Kraftfahrzeuge. Eine Art von Radar, welche für diesen Zwecke geeignet ist, ist ein frequenzmoduliertes CW-Radar (FMCW). In einem typischen FMCW-Radar nimmt die Frequenz des ausgesendeten CW-Signals linear von einer vorbestimmten Frequenz zu einer zweiten vorbestimmten Frequenz zu. Das FMCW-Radar hat die Vorteile einer hohen Empfindlichkeit, verhältnismäßig niedriger Sendeleistung und guter Bereichsauflösung.
Die EP 0 805 360 A beschreibt ein Mehrfachstrahl-Radarsystem mit Frequenzmodulation für die Verwendung als Abstands-/Geschwindigkeitsdetektor in einem Kollisionsalarmsystem auf Motorfahrzeugen mit einer Vielstrahl-Radarantenne und einem Vielstrahl-Radarmodul für die Abstrahlung einer Mehrzahl von Radarstrahlen in jeweilige unterschiedliche Richtungen, wobei benachbarte der Radarstrahlen einander überlappen. Die Vielstrahl-Radarantenne enthält eine sendende Gruppe von Gruppenantennenelementen und eine empfangende Gruppe von Gruppenantennenelementen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein vorwärtsblickender Sensor (FLS) für Kraftfahrzeuge geschaffen, welcher folgendes enthält:

a) eine Senderschaltung mit einer Sendeantenne zum Aussenden eines Hochfrequenzsignales, wobei die Sendeantenne eine Mehrzahl von Strahlerelementen enthält, welche eine Mehrzahl von Strahlungsstrahlen erzeugen, die zueinander beabstandet sind und einander überlappen; und
b) eine Empfängerschaltung mit einer Empfangsantenne zum Empfangen eines Hochfrequenzsignales. Der Sensor ist dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsstrahlen mit annähernd einer halben Strahlbreite der halben Leistung beabstandet sind, wobei die Strahlbreite der halben Leistung annähernd 2,2° entspricht, wobei sich die Strahlen mit annähernd 1,1° überlappen.

Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines vorwärtsblickenden Sensors (FLS) für Fahrzeuge;
2 ein detailliertes Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des vorwärtsblickenden Sensors für Fahrzeuge nach 1;
3 die Steuersignal-Wellenform für den spannungsgesteuerten Oszillator;
4 ein Blockschaltbild einer alternativen Linearisierungsschaltung zur Verwendung in dem vorwärtsblickenden Sensor nach 2;
5 ein Blockschaltbild des digitalen Signalprozessors (DSP) von 2;
6 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Gehäuses des vorwärtsblickenden Sensors einschließlich der Senderlinse, der Sendeantenne, der Empfangslinse und der Empfangsantenne;
6A eine perspektivische Darstellung des Gehäuses des vorwärtsblickenden Sensors nach 6 in einer gegenüber der Ansicht von 6 um 90° Grad gedrehten Stellung;
6B eine Querschnittsansicht des Gehäuses des vorwärtsblickenden Sensors von 6 entsprechend der in 6 angedeuteten Schnittlinie 6B-6B;
6C eine Aufsicht auf das Gehäuse des vorwärtsblickenden Sensors von 6B entsprechend der in 6B angedeuteten Schnittlinie 6C-6C;
6D eine Querschnittsansicht des Gehäuses des vorwärtsblickenden Sensors von 6 entsprechend der in 6 angedeuteten Schnittlinie 6D-6D;
6E eine Aufsicht auf das Gehäuse des vorwärtsblickenden Sensors von 6D entsprechend der in 6D angedeuteten Linie 6E-6E;
7 eine alternative Ausführungsform des Gehäuses des vorwärtsblickenden Sensors;
8, 8A und 8B verschiedene Strahlabstände der Empfangsantenne von 2;
9 und 9A Beispiele von Echos elektromagnetischer Energie, welche durch den vorwärtsblickenden Sensor von 2 empfangen werden;
10 ein Flußdiagramm, welches eine Verarbeitungstechnik verdeutlicht, welche durch den vorwärtsblickenden Sensor von 2 bei der Erfassung und der Verfolgung von Zielobjekten innerhalb des Gesichtsfeldes des vorwärtsblickenden Sensors durchgeführt wird; und
11 eine Abbildung, welche die Blockierung des vorwärtsblickenden Sensors verdeutlicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es sei auf 1 Bezug genommen. Ein vorwärtsblickender Sensor (FLS) 10 für Kraftfahrzeuge enthält eine Antennenanordnung 14, eine Mikrowellenanordnung 20 mit einem Sender 22 und einem Empfänger 24 und eine Elektronikanordnung 28, welche aus einem Signalprozessor 30, Leistungsquellen 32, Steuerschaltungen 34 und einer digitalen Schnittstelle 36 besteht. Der vorwärtsblickende Sensor 10 für Kraftfahrzeuge verwendet die Radartechnologie und ist so ausgebildet, daß er an einem Automobil 40 angebracht werden kann, um ein Objekt oder Zielobjekt oder mehrere Objekte oder Zielobjekte im Gesichtsfeld des vorwärtsblickenden Sensors zu erfassen. In dieser Anwendung umfassen die Zielobjekte andere Fahrzeuge, Bäume, Verkehrszeichen, Fußgänger u. s. w. Der vorwärtsblickende Sensor 10 detektiert ein Zielobjekt oder mehrere Zielobjekte in seinem Gesichtsfeld und klassifiziert jedes Zielobjekt entweder als ein „primäres" Zielobjekt oder ein „sekundäres" Zielobjekt. Das primäre oder führende Zielobjekt kann in vielerlei Weise definiert werden und ist in der beispielsweisen Ausführungsform das nächstliegende Objekt auf der Bahnkurve oder der Fahrbahn des Kraftfahrzeugs, auf welchem der vorwärtsblickende Sensor 10 montiert ist.
Steuersignale werden durch das Fahrzeug 40 an den vorwärtsblickenden Sensor 10 über einen Steuersignalbus 42 geführt. Diese Steuersignale umfassen ein Giergeschwindigkeitssignal entsprechend einer Giergeschwindigkeit am Fahrzeug 40 sowie ein Geschwindigkeitssignal entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. In Abhängigkeit von diesen Steuersignalen und den reflektierten Hochfrequenzsignalen, welche von dem vorwärtsblickenden Sensor 10 empfangen werden, liefert der vorwärtsblickende Sensor ein Ausgangssignal oder mehrere Ausgangssignale, zur Kennzeichnung des primären Zielobjektes innerhalb seines Gesichtsfeldes über einen Ausgangssignalbus 46 an das Fahrzeug. Diese Ausgangssignale umfassen ein Entfernungssignal, welches eine Entfernung anzeigt, die einem primären Zielobjekt in dem Gesichtsfeld des Sensors 10 zugeordnet ist, ein Entfernungs-Änderungsgeschwindigkeitssignal, welches eine Entfernungsänderungsgeschwindigkeit anzeigt, die dem primären Zielobjekt zugeordnet ist, sowie ein Azimutsignal, das den Azimut anzeigt, der dem primären Zielobjekt relativ zu dem Fahrzeug 40 zugeordnet ist. Die Ausgangssignale des vorwärtsblickenden Sensors können an eine Längssteuereinheit des Fahrzeugs 40 angekoppelt werden, um in einem intelligenten Reisegeschwindigkeits-Steuersystem oder Kollisions-Vermeidungssystem verwendet zu werden.
Die Antennenanordnung 14 enthält zwei Antennen, nämlich eine Empfangsantenne 16 zum Empfang von Hochfrequenzsignalen, und eine Sendeantenne 18 zum Aussenden von Hochfrequenzsignalen. Der vorwärtsblickende Sensor 10 kann als bistatischer Radarsensor charakterisiert werden, da er gesonderte Sende- und Empfangsantennen enthält. Die Antennen 16 und 18 sind Vielfachstrahlantennen und diese werden parallel so gesteuert, daß sie in dieselbe Richtung weisen. Vielerlei Schaltungstechnik zur Auswahl des Winkels der jeweiligen Antennen 16 und 18 sind geeignet, einschließlich einer Mulitpositionsschaltung.
Der Ausgang von der Empfangsantenne 16 wird an den Mikrowellenempfänger 24 angekoppelt, wo ein Lokaloszillatorsignal oder mehrere Lokaloszillatorsignale in der Frequenz von der ausgesendeten Signalfrequenz um einen festen Betrag versetzt wird bzw. werden. Das Ausgangssignal des Empfängers 24 hat eine Versatzfrequenz, wobei die Zielobjektfrequenzen entweder oberhalb oder unterhalb davon liegen.
Der Empfänger 24 enthält einen Analog-Digital-Umformer (A/D), der eine verstärkte Version des empfangenen Hochfrequenzsignales mit einer Tastrate tastet, welche mindestens das Zweifache der höchsten Frequenz vom Ausgang des Empfänger ist. Diese Signaltastungen werden in einer FFT-Einheit innerhalb des digitalen Signalprozessors 30 verarbeitet, um den Gehalt des Signales innerhalb verschiedener Frequenzbereiche (d. h. Frequenzfächer) zu bestimmen. Die Ausgänge der FFT-Einheit dienen als Daten für den Rest des Signalprozessors 30. Die übrigen Teile des vorwärtsblickenden Sensors 10 sind übliche Gegenstände einschließlich einer Leistungsquelle 32, Steuerschaltungen 34 einschließlich eines Systemtaktgebers (kristallgesteuerter Oszillator) für die Frequenzstabilität, sowie eine digitale Schnittstelle 36.
Die Art und Weise, durch welche der Signalprozessor 30 die empfangenen Hochfrequenzsignale verarbeitet, um die oben beschriebenen Ausgangssignale über den Ausgangssignalbus 46 an das Fahrzeug 40 zur Anzeige der Entfernung, der Entfernungsänderungsgeschwindigkeit und/oder des Azimuts eines primären Zielobjektes anzuzeigen, wird weiter unten in Verbindung mit dem Flußdiagramm von 10 beschrieben und ist in einer gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 08/745 530 mit dem Titel „Radar System And Method Of Operating Same", eingereicht am 12. November 1996, beschrieben.
Nunmehr sei das Blockschaltbild von 2 betrachtet. Eine bevorzugte Form des vorwärtsblickenden Sensors 10 enthält einen Sendesignalweg, der durch eine Senderschaltung 50 und eine Sendeantenne 52 gebildet wird, sowie einen Empfangssignalweg, der durch eine Empfängerschaltung 54 und eine Empfangsantenne 56 gebildet wird. Im allgemeinen Überblick erzeugt der vorwärtsblickende Sensor 10 ein Sendesignal mittels der Senderschaltung 50 zur Ankopplung an die Sendeantenne 52 über den Signalweg 58. Das ausgesendete Hochfrequenzsignal trifft auf Objekte im Gesichtsfeld (FOV) des vorwärtsblickenden Sensors 10, und Teile des ausgesendeten Signales werden von den Objekten reflektiert und werden durch die Empfangsantenne 56 empfangen.
Das empfangene Hochfrequenzsignal wird der Empfängerschaltung 54 zur Verarbeitung zugeführt, einschließlich einer Abwärtsumsetzung und einer Filterung, und wird dann in einen digitalen Signalprozessor (DSP) 60 eingegeben. Der digitale Signalpro zessor 60 verarbeitet das empfangene Signal unter Durchführung einer schnellen Fourier-Transformation (FTT) und verwendet die Daten, die aus der schnellen Fourier-Transformation resultieren, um einen Algorithmus zu verwirklichen, durch welchen mindestens ein primäres Zielobjekt innerhalb des Blickfeldes des vorwärtsblickenden Sensors 10 detektiert und verfolgt wird. Der Detektierungs- und Verfolgungsalgorithmus wird allgemein in Verbindung mit dem Flußdiagram von 10 beschrieben und ist in der oben erwähnten gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 08/745,530 erläutert.
Betrachtet man den vorwärtsblickenden Sensor 10 mehr im Detail, dann erkennt man, daß die Senderschaltung 50 auf ein Systemtaktsignal anspricht, das durch einen Frequenzsynthesizer 140 erzeugt wird und an die Schaltung 50 über eine Signalleitung 62 angekoppelt wird, und daß die Senderschaltung 50 weiter auf Steuersignale 64a bis 64c anspricht, welche durch den digitalen Signalprozessor 60 geliefert werden. Die Senderschaltung 50 enthält einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 70. In einer beispielsweisen Ausführungsform wird der spannungsgesteuerte Oszillator 70 durch eine Indiumphosphid-Gunndiode (InB) gebildet, welche in der Lage ist, ein Sendesignal 58 mit einem Signalpegel von annähernd +8 dBm an der Sendeantenne 52 zu erzeugen. Die Fachleute auf diesem Gebiete erkennen, daß andere Arten von spannungsgesteuerten Oszillatoren geeignet sein können, einschließlich beispielsweise Oszillatoren mit monolithischer integrierter Mikrowellenschaltung (MMIC), bei denen entweder Heteroübergangs-Bipolartransistoren (HBT) oder eine Technologie mit pseudomorphischen Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (PHEMT) eingesetzt werden.
In Abhängigkeit von einem Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator, welches an diesem angekoppelt wird, liefert der spannungsgesteuerte Oszillator 70 das Hochfrequenz-Sendesignal 58, das vorliegend eine Frequenz im Bereich von etwa 75,95 GHz bis 76,25 GHz hat. Die bestimmte Frequenz des Sendersignales 58 wird durch das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator bestimmt. Durch Verändern der Spannung des Steuersignales 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator wird erreicht, daß der spannungsgesteuerte Oszillator 70 entsprechende Frequenzänderungen des Hochfrequenzsignales 58 hervorbringt.
Vorzugsweise arbeitet die Senderschaltung 50 als ein frequenzmoduliertes CW-System (FMCW). In einem FMCW-Radar hat das Sendesignal 58 eine Frequenz, die sich in vorbestimmter Weise über die Zeit hin ändert. Bei der vorliegenden Anordnung kann eine Messung der Sendezeit des Hochfrequenzsignales gewonnen werden, indem die Frequenz des empfangenen Signals 120 mit einer Tastungsprobe der Frequenz des Sendesignales 58 verglichen wird. Die Entfernungsbestimmung geschieht durch Messen der Schwebungsfrequenz zwischen der Frequenz des Sendesignales 58 und des Echosignales 120. Die so gemessene Frequenz ist gleich der Steigung der Sendesignal-Frequenzrampe, multipliziert mit der Zeitverzögerung des Echosignales. Aufgrund der konstanten Geschwindigkeit des elektromagnetischen Strahlung ist die Zeitverzögerung unmittelbar proportional zu der Entfernung des Zielobjektes oder Objektes, an dem das Echosignal reflektiert wurde. Die gemessene Frequenz enthält weiter die Dopplerfrequenz aufgrund der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug, auf welchem der vorwärts blickende Sensor 10 montiert ist. Um die beiden Beiträge zu der gemessenen Frequenzverschiebung zu trennen und zu identifizieren, hat die zeitveränderliche Frequenz des Sendesignales 58 die Gestalt einer linearen Rampe, welche durch ein Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt wird, welches eine charakteristische Gestalt aufweist, wie sie in 3 aufgezeigt ist.
Es sei jetzt 3 betrachtet. Das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator enthält einen aufwärts gerichteten Rampenabschnitt 74, einen CW-Abschnitt 76 und einen abwärts gerichteten Rampenabschnitt 78. Bei der beispielsweisen Ausführungsform liegen die Tastungsintervalle während des aufwärts gerichteten Rampenabschnittes 74, des CW-Abschnitts 76 und des abwärts gerichteten Rampenabschnittes 78 in der Größenordnung von 1.024 Millisekunden und die Tastung erfolgt mit einer Tastungsrate von 1 MHz, um 1024 Tastungen in einem jeden solchen Intervall zu gewinnen. Bei Hanning-Gewichtung liefert diese Anordnung eine Entfernungsauflösung von annähernd 0,78 Metern und eine Auflösung der Entfernungsänderungsgeschwindig keit oder Geschwindigkeit von annähernd 2,8 m/s. Nimmt man ein minimales Signal-/Rauschverhältnis von 11 dB und die Verarbeitung von zwei Rampenpaaren zur Verfolgung eines Zielobjektes an, dann sind die Genauigkeiten der Entfernungsmessung und der Geschwindigkeitsmessung in der Größenordnung von 0,11 Metern bzw. 0,39 m/s. Da jedoch Signal-/Rauschverhältnisse bei Zielobjekten in Form von Fahrzeugen typischerweise über 20 dB innerhalb eines Arbeitsbereiches von 100 Metern des vorwärts blickenden Sensors 10 liegen, sind die Genauigkeiten in der Größenordnung von 0,04 Meter für die Entfernung und von 0,14 m/s für die Geschwindigkeit.
Für eine ordnungsgemäße Wirkungsweise des vorwärts blickenden Sensors 10, insbesondere zum Verhindern eines Verschmierens der Frequenz des empfangenen Hochfrequenzsignales 120 ist es von Wichtigkeit, daß das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator im wesentlichen lineare aufwärts gerichtete Rampenteile 74 bzw. abwärts gerichtete Rampenteile 78 hat. Zu diesem Zwecke, und hier sei wieder auf 2 Bezug genommen, ist eine Linearisierungsschaltung 80 vorgesehen, um sicherzustellen, daß das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator eine Rampe nach oben und eine Rampe nach unten in linearer Gestalt hat, wie weiter unten noch beschrieben wird.
Ein Anteil des Hochfrequenz-Sendesignales 58 wird über einen Koppler 82 zu einem Eingangsanschluß eines Mischers 84 zurückgespeist. Ein zweiter Eingangsanschluß des Mischers 84 empfängt ein Lokaloszillatorsignal, das durch einen dielektrischen Resonanzoszillator (ERO) 86 erzeugt wird. Der Mischer 84 arbeitet als ein Abwärtsumsetzer zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignales (IF) an seinem Ausgangsanschluß, wobei dieses Signal eine Frequenz in der Größenordnung zwischen 350 MHz und 659 MHz hat. Das Zwischenfrequenzsignal wird an einen Verstärker 90 angekoppelt, dessen Ausgang ein Eingangssignal für die Linearisierungsschaltung 80 über eine Signalleitung 92 liefert, wie dies dargestellt ist.
Die Linearisierungsschaltung 80 enthält ein Teilerelement 94, das in der Weise wirksam ist, daß es das 50-MHz-Taktsignal 62 durch einen Wert von sechsundneunzig teilt, um ein Ausgangssignal 98 zu erzeugen, das eine Nominalfrequenz von 520,8 kHz hat, das an einem Eingangsanschluß eines Mischers 96 angekoppelt wird. Das Signal 98 wird weiter an einem Zähler 100 der Senderschaltung 50 angekoppelt.
Der Zähler 100 spricht auf die Steuersignale 64a bis 64c von dem digitalen Signalprozessor 60 und auf das eine Frequenz von 520,8 kHz aufweisende Eingangssignal 98 an, um aufwärts zu zählen oder abwärts zu zählen oder seinen gegenwärtigen Zählerstand zu halten, so daß ein Signal 102 erzeugt wird, das einen Digitalwert zwischen 673 und 1265 hat, wobei dieser Wert einen Wert N repräsentiert. Das Signal 102 mit dem Wert N wird an ein Teilerelement 104 angekoppelt, welches die Frequenz des Eingangssignales 92 durch den Wert N teilt, so daß ein Signal 106 erzeugt wird, um an einen zweiten Eingangsanschluß des Mischers 96 angekoppelt zu werden.
Die Linearisierungsschaltung 80 ist in der Weise wirksam, daß sie ein Ausgangssignal 108 abgibt, welches gegenüber dem Eingangssignal 92 phasenverriegelt ist. Dies wird durch Vergleichen des geteilten Ausgangsfrequenzsignales 106 des Millimeterwellen-VCO 272 mit einem Signal 98 fester Frequenz erreicht. Das frequenzgeteilte Ausgangssignal 106 des spannungsgesteuerten Oszillators wird mit dem Bezugssignal 98 fester Frequenz in einem Phasen-/Frequenzdetektor verglichen, der eine Fehlerspannung 108 proportional den Phasenfehlern und Frequenzfehlern zwischen dem Bezugssignal fester Frequenz 98 und dem frequenzgeteiltem Ausgangssignal 106 liefert. Die Fehlerspannung 108 wird durch ein Schleifenfilter 110 gefiltert, so daß man das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator enthält, das zu dem spannungsgesteuerten Oszillator 70 zurückgespeist wird, um ihn in der Art abzustimmen, daß das frequenzgeteilte Ausgangssignal 106 gleich dem Bezugssignal 98 fester Frequenz ist. Durch Ausgestaltung des Teilers 104 so, daß er programmierbar ist, und durch Inkrementieren des Divisors um einen festen Betrag mit einer festen Rate (eingestellt durch den Kristalltaktgeber des Systems) ändert der spannungsgesteuerte Oszillator 70 durch die Rückkopplungsschleife seine Frequenz in linearer Weise (d. h., df/dt ist konstant). Das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator (alternativ als Chirp-Signal bezeichnet) ist eigentümlicher Weise linear, da jeder Frequenzschritt und jeder Zeitschritt während der gesamten Dauer des Chirps gleich sind.
Bei der Linearisierungsschaltung 80 ändert das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator die Frequenz in Abhängigkeit von Änderungen des Signals 102 mit dem Wert N. Ändert sich einmal das Signal 102 des Wertes N, dann nähert das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator die Frequenz an eine neue Frequenz in annähernd exponentialer Weise an, wobei die exakte Wellenform von verschiedenen Schleifenparametern abhängig ist. Die Größe des Frequenzschrittes und des Zeitschrittes, mit welchen das Steuersignal 72 des spannungsgesteuerten Oszillators die neue Frequenz annähert, werden in bestimmter Weise gewählt, um eine bestimmte Steigungsanforderung des Steuersignals des spannungsgesteuerten Oszillators (d. h. des Chirp-Signals) zu erfüllen. In der beispielsweisen Ausführungsform beträgt die Chirp-Steigung annähernd 27 kHz/μs, was einem Zeitschritt von 1,9245 Mikrosekunden entspricht. Die Chirp-Steigung wird in Entsprechung mit einer Vielfalt von Faktoren gewählt, welche, ohne daß hier eine Beschränkung zum Ausdruck gebracht sei, die Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Probennahmegeschwindigkeit, die Auflösung und den dynamischen Bereich der Analog-/Digitalumformer, die in dem digitalen Signalprozessor 60 verwendet werden, sowie die Anzahl von Punkten umfassen, die in der schnellen Fourier-Transformationsrechnung (FFT) eingeschlossen sind, welche über den digitalen Signalprozessor 60 durchgeführt wird. Bei der vorliegenden besonderen Ausführungsform wird eine Nyquist-Tastungsrate von 1 MHz und eine 1024-Punkt-FFT verwendet.
Da der Frequenzschritt und der Zeitschritt, mit welchen das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator eine neue Frequenz annähert, auf einem konstanten Wert gehalten werden, sind der aufwärts gerichtete Rampenabschnitt 74 und der abwärts gerichtete Rampenabschnitt 78 des Steuersignals 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator charakteristischer Weise im wesentlichen linear. Bei der beispielsweisen Ausführungsform liegt die Linearität des Steuersignals 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator in der Größenordnung von annähernd 0,04%, was einer Frequenzvariation in dem empfangenen Hochfrequenzsignal 120 von weniger als annähernd 100 Hz ent spricht. Während bestimmte Schleifenparameter, welche eine Funktion des Wertes N sind, die Linearität des Steuersignals 72 des spannungsgesteuerten Oszillators beeinflussen können, können diese Parameter durch Einstellung des Schleifenverstärkungsgewinns als Funktion des Wertes N kompensiert werden. Der Schleifenverstärkungsgewinn wird durch Einstellen der Kompensationsschaltkreise des Schleifenfilters 110 eingestellt.
Die Fachleute auf diesem Gebiete erkennen, daß andere schaltungsmäßige Ausbildungen verwendet werden können, welche verursachen, daß der Frequenzschritt und der Zeitschritt, mit welchem das Steuersignal 72 des spannungsgesteuerten Oszillators eine neue Frequenz annähert, im wesentlichen konstant gehalten werden, um im wesentlichen eine Linearität des Steuersignals 72 des spannungsgesteuerten Oszillators sicherzustellen. Eine solche alternative Schaltung ist in Verbindung mit 4 nachfolgend beschrieben und dargestellt.
Zwar ist dies als solches in 2 nicht schaubildlich dargestellt, doch sind bei der gezeigten Ausführungsform die Ausrichtungsstrahlen 66a, 66m der Empfangsantennenstrahlen 66 und die Ausrichtungsstrahlen 68a, 68m der Sendeantennenstrahlen 68 annähernd 20° in entgegengesetzten Richtungen von der nominellen Mittellinie des betreffenden Fahrzeugs ausgerichtet (und von der Mittellinie der Antenne aus, wenn die Antenne körperlich auf der Fahrzeug-Mittellängslinie angeordnet ist) und die Strahlen sind weiter im Winkel nach abwärts gegen die Straßenoberfläche mit annähernd 45° ausgerichtet.
Bei dieser besonderen Technik resultieren Ausrichtungsmessungen, welche vorgenommen werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen 40 und 80 Meilen je Stunde beträgt, in einem Maximalfehler in der Größenordnung von 0,127°. Da die Zuverlässigkeit des vorliegenden Ausrichtungsschemas eine Funktion des Signal-/Rauschverhältnisses ist, wird vorzugsweise, um die Signalechos in den Empfangsantennen-Ausrichtstrahlen 66a, 66m maximal zu machen, die vertikale Polarisation verwendet. Das Ausrichtschema verwendet Antennenstrahlen mit einer verhältnismäßig schmalen Strahlbreite. Bei der Ausrichtung der Antennenstrahlen an sich erfaßt das Sensorsystem Unterschiede in den Dopplerechos, welche aus der Sensor-Fehlausrichtung resultieren. Beispielsweise sollten dann, wenn die Ausrichtung der Antennen so ist, daß die Ausrichtstrahlen 66a, 66m und 68a und 68m richtig ausgerichtet sind und im wesentlichen spiegelbildliche Ränder einer Straße anzielen, im wesentlichen identische Dopplerechos durch das Sensorsystem empfangen und detektiert werden. Wenn die Antennenstrahlen 66a, 66m und 68a, 68m nicht richtig ausgerichtet sind, dann sollten jedoch unterschiedliche Dopplerechos empfangen und von dem Sensorsystem erfaßt werden, was eine nicht ordnungsgemäße Ausrichtung des vorwärts blickenden Sensors 10 relativ zu dem Fahrzeug 40 anzeigt.
Nunmehr sei 4 betrachtet. Wie durch die Schaltung 200 deutlich gemacht ist, können Teile des Senders 50 (2) in analoger Schaltungstechnik verwirklicht werden, um das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator (2 und 3) mit im wesentlichen linearen aufwärts und abwärts gerichteten Rampenteilen zu bilden. Die Schaltung 200 spricht auf das Rückkopplungssignal 92 des spannungsgesteuerten Oszillators (2) und auf ein Bezugssignal fester Frequenz 202 an, welches durch den Synthesizer 240 (2) erzeugt wird. In der beispielsweisen Ausführungsform hat das Bezugssignal fester Frequenz 202 eine Nominalfrequenz von etwa 400 kHz. Das Rückkopplungssignal 92 wird an ein Interferometer 204 mit einem akustischen Oberflächenwellengerät (SAW) angekoppelt, welches eine SAW-Verzögerungsleitung 206 und einen Mischer 208 in der dargestellten Anordnung und Verbindung enthält. Das Rückkopplungssignal 92 wird einem Eingangsanschluß der SAW-Verzögerungsleitung 206 und einem ersten Eingangsanschluß 208a des Mischers 208 zugeführt. Die SAW-Verzögerungsleitung gibt ein phasenverschobenes Signal an einen zweiten Eingangsanschluß 208b des Mischers 208. Der Mischer 208 detektiert Phasendifferenzen zwischen den beiden an die Anschlüsse 208a und 208b gegebenen Signale. Der Mischer 208 liefert an einem Ausgangsanschluß 208c (entsprechend dem Ausgangsanschluß des Interferometers 204) ein Interferometerausgangssignal 210, das eine Frequenz proportional zu der Steigung des Steuersignals 72 des spannungsgesteuerten Oszillators hat. Das Signal 210 wird an einen Eingang 212a eines Mischers 212 gelegt.
Das Bezugssignal fester Frequenz 202 wird von dem Synthesizer 140 an einen Anschluß eines Phasenschalters 214 geführt, dessen Ausgang an einen zweiten Eingangsanschluß 212b des Mischers 212 in der dargestellten Weise gelegt wird. Der Phasenschalter 214 ist in eine erste Schaltstellung gestellt, wenn die Frequenz des durch den spannungsgesteuerten Oszillator 70 (2) gelieferten Signals mit der Zeit zunimmt, wie in dem Wellenformabschnitt 74 (3) dargestellt ist, um so eine erste Phasenverschiebung in das Signal einzuführen, das in den Mischeranschluß 212b eingegeben wird. Wenn die Frequenz des von dem spannungsgesteuerten Oszillator 70 gelieferten Signals mit der Zeit abnimmt, wie durch den Wellenformabschnitt 78 (3) gezeigt ist, dann wird jedoch der Phasenschalter 214 in eine zweite Schalterposition gestellt, um eine zweite Phasenverschiebung in das dem Mischeranschluß 212b zugeführte Signal einzuführen.
Das Interferometerausgangssignal 210 ist ein Differenzsignal, welches den Betrag angibt, um welchen die Abstimmspannung entsprechend dem Signal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator (V_VCO) verstellt werden muß, um das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators zu erzeugen, das eine bestimmte Frequenz aufweist. Das von dem Phasenschalter 214 an den Mischereingangsanschluß 212b geführte Signal bestimmt die Richtung, in welcher die Abstimmspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator entsprechend dem Signal 72, nämlich V_VCO, sich ändern muß (d. h. ob die Größe der Abstimmspannung V_VCO zunehmen oder abnehmen soll). Der Phasenschalter 214 befindet sich somit in einer von zwei Schaltstellungen je nachdem ob die Signalwellenform für den spannungsgesteuerten Oszillator eine positive Neigung oder eine negative Neigung hat. Bei dieser Lösung hält die phasenverriegelte Schleife die Phasenverriegelung während der Steigungsübergangsperioden des Abstimm-Spannungssignales 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator aufrecht.
Der Mischer 212 vergleicht die Bezugsspannung fester Frequenz 202 mit dem Interferometersignal 210, das eine durch die Neigung des Steuersignals 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator bestimmte Frequenz hat, um ein Fehlersignal 220 an seinem Ausgangsanschluß zu erzeugen. Das Fehlersignal 220 wird an einen ersten Eingang eines Verstärkers 224 angekoppelt. Eine lineare Rampenspannung 226 wird an einen zweiten Eingang des Verstärkers 224 gelegt. Der Ausgang des Verstärkers 224 liefert das Steuersignal 72 für den spannungsgesteuerten Oszillator 70 zu dessen Abstimmung.
Der Mischer 227 liefert eine Ausgangsfehlerspannung 231, welche in einem Verstärker 228 mit einer festen Vorspannung 232 addiert wird, um eine Abstimmspannung 233 zu erzeugen, wenn der spannungsgesteuerte Oszillator 70 (2) den Befehl erhält, im CW-Modus zu arbeiten, um so den spannungsgesteuerten Oszillator 70 an dem niederfrequenten Ende des Frequenzabstimmbereiches des spannungsgesteuerten Oszillators mit einem Signal zu synchronisieren, das eine Frequenz aufweist, die von einem verhältnismäßig frequenzstabilen Kristalloszillator abgeleitet worden ist. Dies minimiert Änderungen in der Signalfrequenz, welche im allgemeinen als ein Frequenzdrift bezeichnet werden, der aufgrund von Änderungen in den Umgebungsbedingungen auftreten kann, beispielsweise Temperaturänderungen, welche die Betriebscharakteristiken des spannungsgesteuerten Oszillators 70 beeinflussen.
Der Mischer 227, der Verstärker 228 und der Rückkopplungssignalweg 230 liefern ein CW-Signal oder ein frequenzmoduliertes CW-Auswahlsignal (FMCW). Wenn das Auswahlsignal einen ersten Wert hat, dann liefert der spannungsgesteuerte Oszillator 70 (2) ein frequenzmoduliertes CW-Signal, und wenn das Auswahlsignal einen zweiten Wert hat, dann liefert der spannungsgesteuerte Oszillator 70 ein CW-Signal.
Es sei wieder 2 betrachtet. Der Empfangsweg des vorwärtsblickenden Sensors 10 mit der Empfangsantenne 56 und der Empfängerschaltung 54 ist hier so ausgebildet, daß er CW-Signale aufnimmt. In der beispielsweisen Ausführungsform ist die Empfängerschaltung 54 als ein Zerhacker-Homodyn-Empfänger ausgebildet. Wie deutlich wird, verschiebt diese besondere Empfängerschaltung 54 das empfangene Hochfrequenzsignal 120 nach außen jenseits des 1/f Störungsbereiches der Empfängerschaltung 54 und insbesondere eines Abwärtsumsetzers 146, der ihr zugeordnet ist. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Empfängerschaltung 54 zum Erreichen einer niedrigen Rauschzahl in der Größenordnung von etwa 6 Dezibel (dB) ist die Verwendung eines störungsarmen Verstärkers (LNA) 122 vor dem Abwärtsumsetzer 146, wie noch beschrieben wird.
Die Empfangsantenne 56 koppelt ein empfangenes Hochfrequenzsignal 120 an die Empfängerschaltung 54 an. Im einzelnen wird das empfangene Signal 120 an den störungsarmen Verstärker 122 gelegt, der ein verstärktes Ausgangssignal 124 an einen Einseitenbandgenerator (SSBG) 126 liefert. Der störungsarme Verstärker 122 und der Einseitenbandgenerator 126 sind in der Weise wirksam, daß sie wesentlich die Gesamtstörungen vermindern, die mit dem empfangenen Hochfrequenzsignal 120 verbunden sind. Wie deutlich wird, ermöglichen diese beiden besonderen Schaltungen einen zuverlässigen und präzisen Betrieb des vorwärts blickenden Sensors bei der Erfassung von Zielobjekten innerhalb des Gesichtsfeldes des vorwärts blickenden Sensors 10.
Der Einseitenbandgenerator 126 enthält einen Leistungsaufteiler 128, an den das verstärkte Signal 124 angekoppelt wird. Der Leistungsaufteiler 128 teilt das Signal 124 in zwei Signale gleicher Leistung und Phase zur Ankopplung an die Verstärker 132 und 134 auf, wie dies dargestellt ist. Die Verstärker 132 und 134 empfangen jeweils phasengerechte und in Phasenquadratur befindliche Signale (I/Q) von dem Frequenzsynthesizer 140. Die phasengerechten Signale und die Signale in Phasenquadratur haben eine Nominalfrequenz in der Größenordnung von 6,25 MHz und sind relativ zueinander 90° außer Phase. Somit sind die Ausgangssignale 136 bzw. 138 der Verstärker 132 bzw. 134 relativ zueinander 90° außer Phase.
Die Verstärkerausgangssignale 136 und 138 sind an Eingangsanschlüsse eines Quadraturkopplers 142 gelegt, welcher einen ersten, abgeschlossenen Ausgangsanschluß und einen zweiten Ausgangsanschluß aufweist, der mit einem abwärts versetzenden Mischer 146 über eine Signalleitung 144 verbunden ist. Der Quadraturkoppler 142 subtrahiert die ihm zugeführten Eingangssignale, um ein erstes Ausgangssignal an ersten Ausgangsanschluß zu liefern, und addiert die Eingangssignale, um ein zweites Ausgangssignal an den zweiten Ausgangsanschluß zur Ankopplung an den abwärtsversetzenden Mischer 146 zu erzeugen.
Ein Teil des Sendesignales 58 wird von dem spannungsgesteuerten Oszillator 70 über einen Koppler 82 und über einen Signalleitungsweg 148 zugeführt, um ein Lokaloszillatorsignal (LO) an den LO-Eingangsanschluß des abwärtsversetzenden Mischers 146 zu legen. Der Mischer 146 liefert ein Zwischenfrequenzsignal (IF) 150 an einem Ausgangsanschluß des Mischers für die weitere Verarbeitung.
Das Zwischenfrequenzsignal 150 wird an eine weitere Empfängerschaltung angekoppelt, welche einen Verstärker 152, ein Amplitudendämfungselement 154, einen Puffer 156, einen Zwischenfrequenzmischer 158, einen Puffer 160 und einen Filter 162 enthält, welche, wie dargestellt, sämtlich in Serie geschaltet sind. Das Amplitudenabdämpfungselement 154 spricht auf ein Steuersignal 164 von dem digitalem Signalprozessor 60 an und gestattet die Einstellung des Zwischenfrequenzsignalpegels, um eine Sättigung eines Analog-/Digitalumformers (A/D) 166 zu verhindern. Der Zwischenfrequenzmischer 158 spricht auf das verarbeitete empfangene Signal und auf ein Oszillatorsignal an, das durch den Synthesiser 140 erzeugt wird, welcher vorliegend eine Nominalfrequenz 6,25 MHz hat, um das Zwischenfrequenzsignal weiter auf Frequenzen abwärtz zu versetzen, welche für die Verarbeitung durch den Analog-/Digitalumformer 166 geeignet sind, vorliegend auf Frequenzen in der Größenordnung von 250 kHz.
Das Ausgangssignal 168 des Filters 162 wird an den Analog-/Digitalumformer 166 angekoppelt, welcher dem digitalen Signalprozessor 160 zugeordnet ist. Wie oben bemerkt besteht die Verarbeitung, welche durch den digitalen Signalprozessor 60 in Abhängigkeit von empfangenen Hochfrequenzsignalen durchgeführt wird, in der Erfassung und Verfolgung eines primären Zielobjektes im Gesichtsfeldes des vorwärts blickenden Sensors 10, wobei diese Funktion in Verbindung mit dem Flußdiagramm von 10 und in der oben angezogenen und hier einbezogenen US-Patentanmeldung 08/745 530 beschreiben wird bzw. beschrieben ist. Es genügt hier die Feststellung, daß der digitale Signalprozessor 60 an eine Fahrzeugschnittstelle Ausgangssignale 170 liefert, welche das primäre Zielobjekt beispielsweise bezüglich seiner Entfernung, seiner Entfernungsänderungsgeschwindigkeit und/oder bezüglich des Winkels relativ zu dem Fahrzeug charakterisieren, auf welchem der vorwärtsblickende Sensor 10 montiert ist, und eine Leistungsquelle 172 des vorwärtsblickenden Sensors 10 kann durch die Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs gespeist werden, auf welchem sich der vorwärtsblickende Sensor befindet.
Vorzugsweise sind der störungsarme Verstärker 122 und der Einseitenbandgenerator 126 als monolithische integrierte Mikrowellenschaltung oder monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (MMIC) ausgeführt. Es versteht sich jedoch für Fachleute auf diesem Gebiet, das vielerlei Herstellungstechniken einschließlich sogenannter Chip-and-Wire-Techniken und anderen Anordnungen dazu geeignet sind, die Komponenten des vorwärtsblickenden Sensors 10 zu binden.
Die Ausrichtung des vorwärtsblickenden Sensors 10 relativ zu dem Fahrzeug 40, auf welchem er montiert ist, wird unter Verwendung von zwei Strahlen 68a und 68m der Sendeantennenstrahlen 68 und unter Verwendung von zwei Strahlern 66a und 66m der Empfangsantennenstrahlen 66 erreicht. Im allgemeinem Überblick senden die Sendeantennenstrahlen 68a und 68m ein vorbestimmtes Hochfrequenz-Ausrichtungssignal aus. Reflexionen oder Echos von dem ausgesendeten Hochfrequenzsignal werden durch die Empfangsantennenstrahlen 66a und 66m empfangen und werden verarbeitet, um die Ausrichtung des vorwärtsblickenden Sensors 10 relativ zu der Bewegung des Fahrzeugs zu bestimmen. Dieser Ausrichtungsprozeß wird jedes mal dann wiederholt, wenn das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird und die Ergebnisse werden von dem digitalen Signalprozessor 60 während des Betriebes bei der Verarbeitung der Hochfrequenzsignalechos verwendet, um bei der Erfassung und Verfolgung von Zielobjekten innerhalb des Gesichtsfeldes des vorwärtsblickenden Sensors Ausrichtungsänderungen zu kompensieren.
Es sei nun auch das Blockschaltbild von 5 betrachtet. Hier ist eine geeignete Architektur für den digitalen Signalprozessor 60 gezeigt. Der digitale Signalprozessor 60 enthält Signalverarbeitungsschaltungen 180, 182, denen jeweils Speicherkomponenten 184 bzw. 186 zugeordnet sind, die mindestens ein first-in-first-out-Element (FIFO), einen statischen Speicher wahlfreien Zugriffs (SRAM) und ein elektrisch löschbares, programmierbares Festwertspeicherelement, (EEPROM) enthalten. In der beispielsweisen Ausführungsform ist die Verarbeitungsschaltung 180 der Verarbeitung empfangener Hochfrequenzsignale 120 (2) gewidmet und die Verarbeitungsschaltung 182 ist der Datenaufzeichnung und den Anzeigefunktionen gewidmet. Ein dynamischer Speicher wahlfreien Zugriffs (DRAM) 187 ist zwischen die Signalverarbeitungsschaltungen 180 und 182 gelegt und stellt sicher, daß die Signalverarbeitungsschaltungen 180 und 182 jeweils Zugriff zu Informationen haben, welche zwischen den Signalverarbeitungsschaltungen 180 und 182 geteilt werden müssen.
Weitere Komponenten des digitalen Signalprozessors 60 umfassen eine Zeitgeberschaltung 188, Schnittstellenschaltungen 190a bis 190d zur Bildung von Schnittstellen mit verschiedenen Elementen des vorwärtsblickenden Sensors 10 des Fahrzeugs, auf welchem der vorwärtsblickende Sensor montiert ist. Im einzelnen ist eine Leitungsaufnahmeschaltung 190a mit dem Analog-/Digitalumformer 166 (2) verbunden, eine Treiber-/Empfängerschaltung 190b ist an einem ersten Anschluß mit dem Fahrzeugrechner gekoppelt und empfängt an einem ersten Anschluß ihm zugeführte Sensorsteuerbefehle. Solche Befehle bestimmen den Betriebsmodus des Sensors (beispielsweise Wartemodus gegenüber aktivem Modus, usw.). Ein zweiter Anschluß der Treiber-/Empfängerschaltung 190b ist mit der Zeitgeberschaltung 188 gekoppelt. Eine Treiber-/Empfängerschaltung 190c ist mit einer Betriebsprüfschnittstelle gekoppelt, welche vorgesehen ist, um geeignete Mittel zur Prüfung des digitalen Signalprozessors 60 vorzusehen. Eine Schutzschaltung 190d ist mit der Längssteuereinheit des Fahrzeugs gekoppelt, auf welchem sich der vorwärtsblickende Sensor 10 befindet. In der erläuternden Ausführungsform wird der digitale Signalprozessor 60 in Gestalt einer gedruckten Verdrahtungsplatte vorgesehen, welche beabstandet gegenüber anderen Komponenten angeordnet ist, und insbesondere beabstandet von den Antennen 52 und 56 des vorwärts blickenden Sensors 10. Die Fachleute auf diesem Gebiet erkennen jedoch, daß vielerlei Komponenten, Architekturen und praktische Ausführungen des digitalen Signalprozessors 60 möglich sind, einschließlich der Verwendung nur einer einzigen Prozessorschaltung, die in Gestalt einer gedruckten Verdrahtungsplatte mit Oberflächenmontage innerhalb des selben Gehäuses wie die anderen Komponenten des vorwärtsblickenden Sensors 10 ausgebildet sein kann. In der erläuterten Ausführungsform sind die Signalverarbeitungsschaltungen 180 und 120 einer Bauart, wie sie von Firma Texas Instruments unter der Produktnummer TMS320C30 auf den Markt gebracht wird.
Es sei nun auf die 6 bis 6E Bezug genommen, in welchen für gleiche Bauteile in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszahlen verwendet sind. Eine Antennenanordnung 250 besitzt eine Vielzahl von Antenneneingangsanschlüssen 252a bis 252N welche an die Eingangsanschlüsse einer Rotmann-Linse 256 angekoppelt sind. Die Rotmann-Linse 256 empfängt Hochfrequenzsignale von einem Eingangsanschluß oder mehreren Eingangsanschlüssen 252 und liefert Hochfrequenzsignale mit vorbestimmten Amplituden- und Phasenbeziehungen an Ausgangsanschlüsse 258a bis 258N. Die bezüglich Phase und Amplitude eingestellten Hochfrequenzsignale werden über jeweils entsprechende von Sendesignal-Speiseleitung 160a bis 160N an eine Sendeantenne 262 (6A) gekoppelt, und insbesondere einer Vielzahl von Sendeantennenelementen 265 (6A) geliefert.
Die Antennenanordnung 250 besitzt auch eine Vielzahl von Empfangsantennen-Ausgangsanschlüssen 264a bis 264N, welche an die Eingangsanschlüsse einer zweiten Rotmann-Linse 266 angekoppelt sind. Die Rotmann-Linse 266 empfängt Hochfrequenzsignale an einem Eingangsanschluß oder mehreren Eingangsanschlüssen 268a bis 268N. Die Hochfrequenzsignale werden zu den Eingangsanschlüssen 268 der Rotmann-Linse über einer Reihe von Hochfrequenz-Speiseleitungen 270a bis 270N geliefert, welche eine Empfangsantenne 272 (6A) und insbesondere entsprechende aus einer Vielzahl von Empfangsantennenelementen 269 (6A) mit der Rotmann-Linse 266 koppeln.
Die Antennenanordnung 250 enthält also eine Sendeantenne 262 und die zugehörige Speiseschaltung, sowie eine Empfangsantenne 272 mit dazugehöriger Speiseschaltung. Die Sendeantenne 262 und die Empfangsantenne 272 sind vorzugsweise als Antennen in Gestalt gedruckter Schaltungen vorgesehen, beispielsweise einer Bauart, wie sie in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit dem Titel „Antenna", Aktenzeichen 08/561 513, eingereicht am 21. November 1995, beschrieben ist, wobei diese Anmeldung auf den Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen ist und hier durch Bezugnahme mit einbezogen sei. Die Sendeantenne 262 und die Empfangsantenne 272 sind vorzugsweise auf ein dielektrisches Substrat 273 gedruckt, das mit einem Gehäuse 282 (6D) verbunden ist, das beispielsweise aus Aluminium oder irgendeinem anderen Material hergestellt sein kann, das eine ausreichende Festigkeit hat, um das dielektrische Material abzustützen, auf welches die Antenne aufgedruckt ist.
Es sei auf die 6B und 6D Bezug genommen. Eine Antennenanordnung 250 für den vorwärtsblickenden Sensor besitzt eine Länge L, eine Breite W und eine Höhe H und enthält eine Trägerstruktur 282 mit der Sendeantenne 262 und der Empfangsantenne 272 und in Zuordnung dazu die mit ihnen gekoppelten zugehörigen Speiseschaltungen. In einer bestimmten Ausführungsform hat der vorwärtsblickende Sensor 280 eine Breite W von etwa 4 Zoll, eine Höhe H von etwa 3,5 Zoll und eine Länge L von etwa 8,8 Zoll. Eine Abdeckung 283 ist über die Sendeantenne 262 und die Empfangsantenne 272 gelegt. Wie oben ausgeführt können die Sendeantennen-Speiseschaltungen und Empfangsantennen-Speiseschaltungen aus einer Reihe von Speiseleitungen 252, 264 gebildet sein, die an jeweils eine der Rotmann-Linsen 256 und 266 angekoppelt sind.
Die einen Enden der Speiseleitungen 264 sind mit der Rotmann-Linse 166 gekoppelt und die zweiten Enden der Speiseleitungen 264 sind mit einem einpoligen Vielstellungsschalter 284b gekoppelt. Der Vielstellungsschalter 284b koppelt ausgewählte der Vielzahl von Speiseleitungen 264 mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 284a. In einer bevorzugtem Ausführungsform sind der spannungsgesteuerte Os zillator 284 und der Schalter 284b als monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (MMICs) aufgeführt.
In entsprechender Weise sind die einen Enden der Speiseleitungen 252 mit der Rotman-Linse 256 verbunden und die anderen Enden der Speiseleitungen 252 sind über einen einpoligen Vielstellungsschalter 286b mit einer Empfängerschaltung 286a verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Vielstellungsschalter 286b und die Empfängerschaltung 286a als MMIC-Schaltungen ausgebildet. Die einpoligen Vielstellungsschalter 284b und 286b dienen zur Auswahl bestimmter der Rotman-Linsen-Speisepunkte, um so entsprechende Sende- und Antennenstrahlen in eine bestimmte gewünschte Richtung zu lenken.
Bei dieser besonderen Ausführungsform sind die Anordnungen der als gedruckte Schaltung ausgebildeten Antennen und der Speiseschaltungen so hergestellt oder in anderer Weise geformt, daß sie die dargestellte U-Form haben und sind mit der Trägerstruktur 282 gekuppelt. Außerdem ist mit der Trägerstruktur 282 eine oder eine Mehrzahl von gedruckten Verdrahtungsplatten 290, 292 verbunden, auf welcher die Steuerschaltungen, Linearisierungsschaltungen und andere Schaltungen angeordnet sind, wie oben in Verbindung mit den 2 bis 5 diskutiert wurde. Die VCO-Elektronik 294 und eine Leistungsquelle 296 sind ebenfalls mit der Trägerstruktur 282 gekoppelt, wie dargestellt ist, so daß sich eine kompakte Konstruktion der bistatischen, dualgespeisten Antennenanordnung 250 und des vorwärtsblickenden Sensors 280 ergibt. Die Anordnung des vorwärtsblickenden Sensors kann körperlich und elektrisch über einen Eingangs-/Ausgangsverbinder 298 mit einem Fahrzeug verbunden sein.
Es sei nun 6C betrachtet. Teile der Abdeckung 283 und der Antenne 272 sind weggenommen dargestellt, um eine erste Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte 290 sichtbar zu machen, auf welcher die oben erwähnten Schaltungen, nämlich die Steuerschaltung, Linearisierungsschaltung und andere Schaltungsteile angeordnet sind.
Bezugnehmend auf 7 ist festzustellen, daß eine alternative Ausführungsform einer bistatischen, dual gespeisten Antennenanordnung 300 Sende- und Empfangsantennen 302, 304, eine Rotman-Linse 306 und eine zugehörige Speiseschaltungsanordnung 308 enthält, die mit der Empfangsantenne 302 gekoppelt ist. Die Antennenanordnung 300 enthält auch eine zweite Rotman-Linse und eine zugehörige Speiseschaltung (in dieser Darstellung nicht sichtbar). Bei dieser Ausführungsform sind die Sendeantenne und die Empfangsantenne 302 bzw. 304 Rücken an Rücken, und nicht Seite an Seite, angeordnet, wie dies bei der Antennenanordnung 250 (6) gezeigt ist.
Bezugnehmend nun auf die 8 und 8A, ist festzustellen, daß ein vorwärtsblickender Sensor 310 eine Antennenanordnung enthält, welche mehrere, vorliegend 4, Hauptstrahlungskeulen oder Antennenstrahlen 312a bis 312d abstrahlt, welche allgemein mit 312 bezeichnet sind. Jeder der Mehrfachstrahlen 312 hat eine solche räumliche Position, daß die Antennenstrahlen 312a bis 312d einander an Punkten in den Antennenstrahlungsmustern entsprechend der Strahlbreite halber Leistung jedes Antennenstrahls verschneiden. Bei dieser Technik bestimmt ein Verarbeitungsvorgang, welcher von dem vorwärtsblickenden Sensor verwendet wird, einen winkelmäßigen Ort des Zielobjektes durch die Feststellung, ob das Zielobjekt in einem Strahl (beispielsweise einem der Strahlen 312a bis 312c) oder in gleicher Weise in zwei benachbarten Strahlen (beispielsweise in den beiden Strahlen 312a und 312b) auftritt. Jeder der Strahlen 312a bis 312d hat eine Strahlbreite halber Leistung entsprechend etwa 2,2 räumlichen Graden. Somit hat der vorwärtsblickende Sensor 310 ein Blickfeld von etwa 8,8 räumlichen Graden.
Diese Lösung ermöglicht eine zuverlässige Auflösung des nächstbefindlichen Objektes von Interesse in der Bahn, welche durch den vorwärtsblickenden Sensor 310 aufgenommen wird, bis hinauf zu einer Entfernung von etwa 64 Metern. Aus Gründen, die weiter unten erläutert werden, ist jedoch jenseits eines Abstandes von 64 Metern der vorwärtsblickende Sensor nicht in der Lage, zuverlässig Objekte in benachbarten Bahnen aufzulösen oder zu erfassen. Die Begrenzung der Fähigkeit des vorwärtsblickenden Sensors 310, zuverlässig Objekte in benachbarten Bahnen in einem Entfernungsbereich jenseits 64 Metern aufzulösen, beruht auf dem Abstand der Antennenstrahlen 312a bis 312d.
8 zeigt eine Bedingung, bei welcher ein Fahrzeug, auf welchem bzw. in welchem ein vorwärtsblickender Sensor 310 angeordnet ist, auf einer Straße mit drei Fahrbahnen 311a, 311b und 311c fährt, welche allgemein mit 311 bezeichnet sind. Der vorwärtsblickende Sensor 310 bewegt sich auf der mittleren Fahrbahn 311b. Der Antennenstrahl 312b trifft auf ein Motorrad 316, das auch auf der mittleren Fahrbahn 311b fährt (und somit als ein auf dem Weg befindliches Fahrzeug zu bezeichnen ist). Ein zweites Fahrzeug 318, das auf der Fahrbahn 311a seitlich neben dem Motorrad 316 fährt, wird von dem Antennenstrahl 312a erfaßt, und ein drittes Fahrzeug 320, das auf der Fahrbahn 311c auf der anderen Seite neben dem Motorrad 316 fährt, wird durch den Antennenstrahl 312c erfaßt. Da das Motorrad 316 und die Fahrzeuge 318, 320 in jeweils gesonderten Strahlen 312a, 312b und 312c, erscheinen, können das Motorrad 316 und die Fahrzeuge 318 und 320 ordnungsgemäß als gesonderte und verschiedene Objekte bis zu einem Abstand von etwa 100 Metern auseinander gehalten werden. Jenseits des Abstandes von 100 Metern jedoch haben die Antennenstrahlen 312 eine Strahlbreite halber Leistung, welche größer ist, als die Breite einer einzelnen Fahrbahn 311. Es ist daher nicht möglich, in einfacher Weise Fahrzeuge über die gesonderten Antennenstrahlen zu verfolgen.
Es sei 8A betrachtet. Aufgrund einer Änderung der Blickrichtung oder Ausrichtung des vorwärtsblickenden Sensors 310 relativ zu den Fahrzeugen 316, 318 und 320 treffen die Antennenstrahlen 312a bis 312d die Fahrzeuge 316, 318 und 320 unter einem Winkel, der von demjenigen, der in 8A gezeigt ist, verschieden ist. Daher erscheinen nun sämtliche drei Fahrzeuge 316, 318 und 320 in jedem von zwei benachbarten Strahlen. Beispielsweise erscheint das Motorrad 316 in den Antennenstrahlen 312b und 312c. Das Fahrzeug 318 erscheint in den Antennenstrahlen 312a und 312b; und das Fahrzeug 320 erscheint in den Antennenstrahlen 312c und 312d. Da das Fahrzeug 318 in dem Antennenstrahl 312b erscheint und das Fahrzeug 320 in dem Antennenstrahl 312c erscheint, scheint die reflektierte Energie, welche von dem vor wärtsblickenden Sensor 310 in den Strahlen 312b und 312c empfangen wird, von einem auf der Fahrbahn befindlichen Fahrzeug herzukommen, d. h. von einem Fahrzeug, das auf derselben Fahrbahn wie der vorwärtsblickende Sensor 310 bewegt wird. Diese Bedingung resultiert darin, daß der vorwärtsblickende Sensor 310 mit Wahrscheinlichkeit feststellt, daß ein Fahrzeug oder Objekt sich auf der Fahrbahn des Fahrzeugs mit dem vorwärtsblickenden Sensor bewegt wird, unabhängig davon, ob das Motorrad 316 oder ein anderes auf der Fahrbahn befindliches Objekt vorhanden ist oder nicht.
Bei Entfernungen weniger als 64 Meter ist die Strahlbreite halber Leistung der Antenne des vorwärtsblickenden Sensors derart, daß zwei benachbarte Strahlen nicht die Breite der Fahrbahn überschreiten und daher unzweideutig ein auf der Fahrbahn befindliches Fahrzeug erfassen. Das bedeutet, daß, wie in 8A gezeigt, irgendein Fahrzeug auf der Fahrbahn 311a nur in dem Strahl 312a erscheint und irgendein Fahrzeug auf der Fahrbahn 311c nur in dem Strahl 312d erscheint. Somit erzeugt nur ein auf gleicher Fahrbahn befindliches Fahrzeug ein Echo sowohl im Antennenstrahl 312b als auch im Antennenstrahl 312c.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Sende- und Empfangsantennen 262 und 272, die oben im Zusammenhang mit 6A diskutiert wurden, ebenfalls eine Strahlbreite halber Leistung von etwa 2,2°. Die Sende- und Empfangsantennen 262 und 270 haben jedoch Strahlen, welche um eine Größe entsprechend etwa einer Hälfte einer Strahlbreite halber Leistung beabstandet sind, im Gegensatz zu einer Größe entsprechend der gesamten Strahlbreite halber Leistung.
Es sei jetzt 8B betrachtet. Der vorwärtsblickende Sensor 310 ist mit einem Antennensystem dargestellt, das 13 gesonderte Strahlungsstrahlen 330a bis 330m erzeugt, die jeweils um eine Hälfte einer Strahlbreite halber Leistung beabstandet sind. In diesem Fall, in welchem die Strahlbreite halber Leistung etwa 2,2° entspricht, überlappen sich die Strahlen um etwa 1,1°. Das Antennengesichtsfeld entspricht somit etwa 15,4°, wobei sich jeder Strahl mit den benachbarten Strahlen an einem Punkt über schneidet, der etwa 1 Dezibel (dB) unter dem Antennenstrahl-Scheitelleistungspunkt liegt.
Bei dieser Lösung erscheinen Fahrzeuge auf zwei benachbarten Fahrbahnen nicht in denselben Antennenstrahlen wie bei einem Fahrzeug auf der spurgleichen Fahrbahn. Zweideutigkeiten, wie sie oben in Verbindung mit 8A beschrieben wurden, können bei Entfernungen im Bereich von etwa 100 Metern aufgelöst bzw. vermieden werden.
Bei 13 Strahlen erscheint ein Fahrzeug auf jeder Fahrbahn in mehreren Antennenstrahlen. Beispielsweise treffen die Antennenstrahlen 330b, 330c und 330d das Fahrzeug 318 auf der Fahrbahn 311a, während Antennenstrahlen 330f, 330g und 330h das Fahrzeug 316 auf der Fahrbahn 311b treffen und die Strahlen 330j, 330k und 330l treffen auf das Fahrzeug 320 auf der Fahrbahn 311c. Es sei bemerkt, daß die obige unterschiedliche Kombination von Strahlen die Fahrzeuge 316, 318 und 320 trifft, wenn die Fahrzeuge von dem vorwärtsblickenden Sensor 310 auf eine Entfernung größer oder kleiner als 100 Meter entfernt sind. Wenn beispielsweise die Fahrzeuge 316, 318 und 320 von dem vorwärtsblickenden Sensor 310 über einen Abstand von 64 Meter und nicht von 100 Metern entfernt wären, dann können zusätzliche der Antennenstrahlen 330a bis 330m die Fahrzeuge 316, 318 und 320 treffen. In entsprechender Weise können dann, wenn die Fahrzeuge 316, 318 und 320 von dem vorwärtsblickenden Sensor 310 über einen Abstand von etwa 200 Metern und nicht von 100 Metern beabstandet sind, weniger der Antennenstrahlen 330a bis 330m die Fahrzeuge 316, 318 und 320 treffen.
Unabhängig von der Anzahl von Antennenstrahlen 330a bis 330m oder der jeweils einzelnen der Antennenstrahlen 330a bis 330m, welche auf ein Fahrzeug treffen, maß der vorwärtsblickende Sensor die durch die Antennen des vorwärtsblickenden Sensors empfangene Information verarbeiten, um die Objekte im Blickfeld des vorwärtsblickenden Sensors 310 zu identifizieren und zu verfolgen. Wenn Fahrzeuge innerhalb des Blickfeldes des vorwärtsblickenden Sensors die Fahrbahnen wechseln, dann verarbeitet der vorwärtsblickende Sensor die durch die Antennenstrahlen 330a bis 330m empfan gene Information, um ordnungsgemäß festzustellen, daß ein Fahrbahnwechsel vorgenommen worden ist, anstatt festzustellen, daß neue Objekte sich im Blickfeld des vorwärtsblickenden Sensors 310 befinden, oder daß irgendeine andere Bedingung aufgetreten ist. Der vorwärtsblickende Sensor überwacht so die in den Antennenstrahlen empfangenen Signale und verarbeitet die in den Strahlen empfangenen Signale, um Objekte in dem Blickfeld des vorwärtsblickenden Sensors zu erfassen, diese Objekte zu verfolgen und die Bewegung von Objekten innerhalb des Blickfeldes zu bestimmen.
Es sei bemerkt, daß bei Verwendung derselben Herstellungstechniken das Speisenetzwerk zur Erzeugung eines Strahlenmusters mit 13 Strahlen eine Einfügungsverlustcharakteristik hat, welche größer ist, als die Einfügungsverlustcharakteristik eines Speisenetzwerkes, welches ein Strahlungsmuster mit 4 Strahlen erzeugt. Um daher die Systemempfindlichkeit aufrecht zu erhalten, muß ein Kompromiss zwischen der Einfügungsverlustcharakteristik in dem Speisenetzwerk, der Einfügungsverlustcharakteristik in den Schaltern, welche zur Auswahl eines aus der Vielzahl von Strahlen notwendig sind, und dem Antennenverstärkungsgewinn vorgenommen werden.
Es sei nun auf die 9 und 9A Bezug genommen, in denen ein Diagramm des Signalechos, aufgetragen über den Frequenzfächern, gezeigt ist. Bei einer Antenne, die bei Sendefrequenzen und Empfangsfrequenzen von etwa 77 GHz arbeitet, und unter Verwendung einer durchschnittlichen Senderleistung, charakteristischerweise von etwa +10 dBm, sowie bei einer Empfängerstörungszahl typischerweise von etwa 6 dBm erkennt man ein Echo von einer Senderüberkopplung oder -leckage sowie ein Echo von einem Objekt mit einem Querschnitt von annähernd 100 m² in einer Entfernung von annähernd 50 Metern. Außerdem ist ein Detektierungsschwellwert erkennbar, oberhalb welchem die Radarechos sich erheben müssen, um von dem vorwärtsblickenden Sensor erfaßt zu werden.
Nunmehr sei 10 betrachtet. Hier ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Verwirklichung durch den Prozessor 60 von 2 bei der Erfassung und Verfolgung des primären Zielobjektes im Gesichtsfeld des vorwärtsblickenden Sensors gezeigt. Der Prozeß beginnt in dem Schritt 350, auf den folgend im Schritt 352 bestimmt wird, ob sich der vorwärtsblickende Sensor 10 im Wartemodus seines Betriebes befindet. Der Wartemodus ist ein Betriebsmodus, bei welchem der vorwärtsblickende Sensor 10 mit Leistung versorgt wird, jedoch von dem Fahrer des Fahrzeugs nicht aktiviert worden ist. Während des Wartemodus werden periodisch diagnostische Tests wiederholt. Wenn sich der vorwärtsblickende Sensor 10 im Wartemodus befindet, dann wird der diagnostische Test in dem Schritt 354 durchgeführt und die Ergebnisse werden an das Fahrzeug 40 gemeldet. Danach wird der Prozeß, beginnend an dem Schritt 352 in der dargestellten Weise wiederholt.
Wenn andererseits sich der vorwärtsblickende Sensor 10 nicht in dem Wartemodus befindet, dann schreitet die Verarbeitung zu dem Schritt 355 fort, in welchem sich der vorwärtsblickende Sensor in dem Erfassungsmodus seines Betriebes befindet, in welchem Zielobjektdaten gewonnen und verarbeitet werden. In dem Erfassungsmodus werden Hochfrequenzsignale empfangen, nach abwärts umgesetzt und getastet, um einen Strom von Bits oder von digitalen Tastungssignalen zu erhalten. Der digitale Signalprozessor 60 (2) führt eine Transformation, beispielsweise eine schnelle Fouriertransformation (FFT) an den Signalen durch und speichert die Ergebnisse in einer Mehrzahl von Frequenzfächern. Eines der Frequenzfächer enthält Signale, welche ein stationäres Rauschecho repräsentieren, und die Verarbeitung schreitet zu dem Schritt 356 fort, in welchem das stationäre Rauschecho in dem Gesichtsfeld des vorwärtsblickenden Sensors markiert wird. Danach werden in dem Schritt 358 die innerhalb des Blickfeldes des vorwärtsblickenden Sensors erfaßten Daten editiert, worauffolgend gültige Zielobjekte in dem Schritt 360 identifiziert und verfolgt werden. Genauer gesagt, ein gültiges Zielobjekt wird basierend auf bestimmten Grenzwerten hinsichtlich Entfernung und relativer Geschwindigkeit definiert. Die Verarbeitungsschritte 355, 356, 358 und 360 können kollektiv als das Erfassen und Verfolgen von Zielobjekten bezeichnet werden. Die Daten können in einer Vielfalt von unterschiedlichen Weisen editiert werden, beispielsweise durch Vergleich der Daten mit vorbestimmten Kriterien und Nichtbeachtung von Datentastungen, welche die Kriterien nicht erfüllen.
Es dauert weniger als 12 Millisekunden, die Daten, welche an jeder Strahlposition gemessen werden, zu sammeln, zu verarbeiten und darzustellen. Für ein System mit 13 Strahlen ist die Datenlatenz oder Verzögerung (d. h. die Zeit zwischen den Radar-Aufdatierungen) weniger als 84 Millisekunden für ein gegenwärtig verfolgtes Zielobjekt. Für ein neu erfaßtes Zielobjekt ist die Datenverzögerung weniger als 168 Millisekunden, da Objekte, welche in das Blickfeld des vorwärtsblickenden Sensors eintreten, zwei Verweilzeiten an jeder Strahlposition erfordern, um eine Gültigkeit festzustellen und eine Verfolgungsdatei zu errichten.
In dem Schritt 362 wird der Weg des Fahrzeuges, auf welchem der vorwärtsblickende Sensor 10 montiert ist, vorausgesagt. Sobald der vorwärtsblickende Sensor 10 ein Fahrzeug erfaßt, wird der Weg des Fahrzeugs, welches erfaßt worden ist, vorausgesagt, indem die zugehörigen Radarverfolgungsdaten zusammen mit den Giergeschwindigkeitsdaten des Fahrzeugs, den straßenseitigen Rauschechodaten und Daten verarbeitet werden, welche den Weg des erfaßten Fahrzeugs mit dem Weg anderer Fahrzeuge innerhalb des Blickfeldes des vorwärtsblickenden Sensors vergleichen. Es ist auch möglich, ein globales Positionsangabesystem (GPS) einzusetzen, um diese Position des Fahrzeugs, auf welchem der vorwärtsblickende Sensor montiert ist, zu errechnen, wobei die Position des Trägerfahrzeugs, auf welchem sich der vorwärtsblickende Sensor befindet, und Einzelheiten bezüglich des Verlaufes der Straße, die absolute Position des Hostfahrzeuges des vorwärtsblickenden Sensors und vorausgesagte Wege präzise bestimmt werden können.
Der Prüfstrahl 66n der Empfangsantenne 56 (2) des vorwärtsblickenden Sensors 10 weist in eine Aufwärtsrichtung oder „blickt auf". Wenn das Signal, das aus der Richtung des Prüfstrahls empfangen wird, konstant bleibt oder stärker wird, dann wird festgestellt, daß sich das Fahrzeug einer Brücke nähert. Hügel oder andere Geländeformen, bei denen der vorwärtsblickende Sensor 10 eine wesentliche Neigung erfährt, werden aus den Echosignalen vorausgesagt, welche im Mittelstrahl oder einem anderen Strahl der Empfangsantenne 56 empfangen werden und können von anderen Sensoren auf dem Fahrzeug, beispielsweise einem Gyroskop, abgeleitet werden.
In dem folgenden Schritt 364 wird eines der verfolgten Zielobjekte als das primäre Zielobjekt oder das Führungszielobjekt, basierend auf bestimmten Kriterien, bezeichnet. In der beispielsweise Ausführungsform wird als primäres Zielobjekt dasjenige definiert, das die kürzeste Entfernung aufweist und sich auf derselben Fahrbahn wie das Fahrzeug befindet, auf welchem der vorwärtsblickende Sensor angeordnet ist. Wenn keines der verfolgten Zielobjekte dieses Kriterium erfüllt, dann ist kein primäres Zielobjekt vorhanden und das Fahrzeug hält die eingestellte, gesteuerte Reisegeschwindigkeit aufrecht.
In dem folgenden Schritt 366 wird das Verfolgungsblickfeld als Funktion des Ortes des primären Zielobjektes reduziert und die reduzierten Blickfelddaten werden editiert. In dem Schritt 368 wird das primäre Zielobjekt innerhalb des reduzierten Blickfeldes verfolgt. Die Verarbeitung für das reduzierte Blickfeld in den Schritten 366 und 368 gestattet in vorteilhafter Weise, daß der vorwärtsblickende Sensor wirksamer und häufiger die Bewegung des primären Zielobjektes überwacht, während die Bewegung anderer verfolgter Zielobjekte weniger häufig überwacht wird.
In dem Schritt 370 liefert der vorwärtsblickende Sensor 10 die Ausgangssignale bezüglich Entfernung, Entfernungsgeschwindigkeit und Azimut an das Fahrzeug 40. Diese Information kann von der Längssteuereinheit des Fahrzeugs dazu verwendet werden, eine Steuerung bestimmter Aspekte des Fahrzeugbetriebes vorzunehmen, beispielsweise die Bremsung, und kann für den Fahrer in vielerlei Form angezeigt werden. Danach kann der Prozeß wiederholt werden, indem in der dargestellten Weise wieder bei dem Schritt 352 begonnen wird, oder der Prozeß kann beendet werden.
Es sei auf 11 Bezug genommen. Auf einem Fahrzeug 390 ist ein vorwärtsblickender Sensor 392 innerhalb des Fahrzeugs montiert. An einem Teil des Fahrzeugs 390 haften nahe dem vorwärtsblickenden Sensor 392 Fremdkörper, beispielsweise Schmutz, Eis, Schnee, Schlamm oder anderes Material. Wie dargestellt erscheinen die Fremdkörper in der Antennenapertur oder auf dem Wege der Antennenstrahlen, welche von dem vorwärtsblickenden Sensor 392 erzeugt werden. Ein Hindernis vor einer Antenne kann die Ausleuchtung der Apertur und das Antennenstrahlungsmuster ändern. Ein solches Hindernis ist als eine Antennenblockage zu bezeichnen und diese Erscheinung kann als Antennenblockierung, Aperturverlegung oder Abschattung bezeichnet werden. Eine Blockierung der Apertur verschlechtert die Arbeitsweise einer Antenne durch Erniedrigung des Antennengewinns, Erhöhung der Seitenstrahlungskeulen der Antenne und Auffüllen von Nullstellen in einem Antennenstrahlungsmuster. Wenn also Fremdkörper 394 sich aus Material zusammensetzen, welches in starkem Maße die elektromagnetischen Signale abdämpft, welche von dem vorwärtsblickenden Sensor 392 erzeugt werden, dann wird die Wirkungsweise des vorwärtsblickenden Sensors schwerwiegend verschlechtert. Es daher wünschenswert, die Existenz solchen Materials oder solcher Fremdkörper auf dem Fahrzeug zu detektieren.
Wie oben in Verbindung mit den 6 bis 6E beschrieben enthält der vorwärtsblickende Sensor eine bistatische Antenne mit zwei nebeneinander befindlichen Antennen (beispielsweise den Antennen 262, 272 von 6A). Sind die Antennen so angeordnet, dann wird ein Teil der elektromagnetischen Energie, welche durch eine erste der Antennen ausgesendet wird (beispielsweise durch Sendeantenne 262) durch die zweite Antenne (beispielsweise die Empfangsantenne 272) absorbiert oder empfangen. Der Teil von elektromagnetischer Signalenergie, der auf diese Weise empfangen wird, wird als ein Lecksignal bezeichnet.
Lecksignale sind charakteristisch für jedwedes bistatisches Antennensystem, bei welchem die beiden Antennen nahe beieinander liegen. Im Idealfall wird die Isolation zwischen der Sendeantenne und Empfangsantenne ausreichend groß gemacht, so daß das Sender-Lecksignal, welches an dem Empfänger aufgrund der Kupplung zwischen der Sendeantenne und der Empfangsantenne ankommt, auf einen vernachlässigbaren Pegel reduziert wird. Die Empfindlichkeit des vorwärtsblickenden Sensors kann durch Störungen begrenzt werden, welche das Sendesignal begleiten, das in den Empfänger hinein überkoppelt wird oder hinüberleckt. In herkömmlichen Systemen ist also ein solches Lecksignal unerwünscht und würde ausgefiltert oder in anderer Weise reduziert oder ausgeschieden, bevor eine Verarbeitung der nicht durch Leckage von der Empfangsantenne empfangenen Signale erfolgt.
Im vorliegenden Fall jedoch wird, anstatt den Signalpegel des Lecksignales auszufiltern oder in anderer Weise zu beseitigen oder zu reduzieren, das Lecksignal dazu verwendet, eine Antennenblockierung zu detektieren. Das bedeutet, das Vorhandensein von Fremdkörpern beispielsweise Eis, Schmutz, Salz, auf dem Weg des ausgesendeten Signales resultiert in einem Lecksignal, das einen ungewöhnlich hohen Signalpegel hat, wenn es von der Empfangsantenne aufgenommen wird. Ein solches Lecksignal erscheint in einem bestimmten der Frequenzfächer des Signalprozessors des vorwärtsblickenden Sensors. Da insbesondere das Lecksignal keine wesentliche Frequenzverschiebung erfährt, erscheinen die Lecksignalechos in dem sogenannten Dopplerfrequenz-Null-Frequenzfach. Somit überschreitet das Signal, das in solchen Frequenzfächern erscheint, einen vorbestimmten Schwellwertpegel und liefert eine Anzeige, das Fremdkörper, beispielsweise Fremdkörper 394, die effiziente Übertragung von elektromagnetischer Energie von und zu dem vorwärtsblickenden Sensor 392 verhindern. Als ein Beispiel sei ein vorbestimmter Schwellwertpegel in der Größenordnung von 2 Dezibel (dB) oberhalb eines erwarteten Signalpegels für das Lecksignal angegeben. Die Fachleute auf diesem Gebiet erkennen selbstverständlich, daß andere Schwellwertpegel auch verwendet werden können. Der spezielle Schwellwertpegel, der verwendet wird, kann entsprechend einer Vielfalt von Faktoren gewählt werden, einschließlich, ohne daß eine Beschränkung hierauf besteht, entsprechend der Empfängerempfindlichkeit, der Senderleistung, des Wirkungsgrades der Sendeantenne und Empfangsantenne und dergleichen.
Nach der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ergibt es sich nun für den Fachmann mit regulären Fähigkeiten auf diesem Gebiet, daß andere Ausführungsformen, welche das Grundkonzept der beschriebenen Ausführungsformen verwirklichen, ebenfalls verwendet werden können.

Claims

Vorwärtsblickender Sensor (FLS) für Kraftfahrzeuge, welcher folgendes enthält: (a) eine Senderschaltung (50, 52) mit einer Sendeantenne (52) zum Aussenden eines Hochfrequenzsignales, wobei die Sendeantenne (52) eine Mehrzahl von Strahlerelementen (262) enthält, welche eine Mehrzahl von Strahlungsstrahlen erzeugen, die relativ zueinander beabstandet sind und einander überlappen; und (b) eine Empfängerschaltung (54, 56) mit einer Empfangsantenne (56) zum Empfangen eines Hochfrequenzsignales; dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsstrahlen mit annähernd einer halben Strahlbreite der halben Leistung beabstandet sind, wobei die Strahlbreite der halben Leistung annähernd 2,2° entspricht, wobei sich die Strahlen mit annähernd 1,1° überlappen.
Vorwärtsblickender Sensor nach Anspruch 1, bei welchem das Gesichtsfeld des vorwärtsblickenden Sensors in der Größenordnung von 15,4° liegt und die Sendeantenne (52) dreizehn Strahlen enthält.
Vorwärtsblickender Sensor nach Anspruch 1, bei welchem die Empfangsantenne (56) eine Anzahl von Strahlerelementen (272) aufweist, welche eine Mehrzahl von Empfangsstrahlen ausbilden, die relativ zueinander annähernd 1,1° beabstandet sind und einander mit annähernd der halben Strahlbreite überlappen.
Vorwärtsblickender Sensor nach Anspruch 3, bei welchem das Gesichtsfeld des vorwärtsblickenden Sensors in der Größenordnung von 15,4° liegt und die Empfangsantenne (56) dreizehn Strahlen ausbildet.
Vorwärtsblickender Sensor nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer (68n) der Mehrzahl von Strahlungsstrahlen, welche durch die Mehrzahl von Strahlerelementen (262) der Sendeantenne (52) erzeugt werden, in Richtung nach aufwärts weist.