DK174601B1 - Radaranlæg til forhindring af fartøjers kollision under ringe sigtbarhed - Google Patents

Description

i DK 174601 B1

For at føre et fartøj i tåge med stærkt nedsat sigtbarhed er det ikke tilstrækkeligt, at kun tilstedeværelsen af forhindringer eller fri bane foran fartøjet bliver angivet eller vist, selv om en sådan angivelse eller visning 5 kompletteres med angivelsen af den minimale afstand mellem forhindringerne og køretøjet. Det er også nødvendigt at kende deres placering så detaljeret som muligt, således at det kan være muligt at træffe beslutninger om de bevægelser, der skal udføres, især i nærheden af kurver til højre eller 10 til venstre, eller også hvis der foran er et for langsomt fartøj, der skal overhales.

DE-A-2 557 038 omtaler et radaranlæg til forhindring af fartøjers kollision under ringe sigtbarhed, som omfatter en todimensional visningsenhed, som er indrettet til direkte 15 betragtning eller til montering på instrumentbrættet på en sådan måde, at den projicerer et billede af det frie rum foran fartøjet på dettes vindskærm for derved at tilvejebringe en symbolsk repræsentation af en forhindring med information vedrørende dennes afstand og vinkelposition i forhold 20 til fartøjet.

DE-A-2 553 302 omtaler et radaranlæg til fartøjer, som omfatter i det mindste to antenner, hvormed der udstråles signaler, som tilvejebringes ved amplitudemodulation af et enkelt lavfrekvent signal, idet amplituden af et af de ud-25 strålede signaler evalueres og amplitudeforskellen i forhold til det signal, som reflekteres af et objekt, vurderes med henblik på at lokalisere det reflekterende objekt.

DE 2 327 186 omtaler en mikrobølgeradar indretning, hvormed en genstands beliggendehed måles ved hjælp af kon-30 tinuerte bølger. Afstandsmålingen udføres ved hjælp af en lineær (rampe-) frekvensmodulation af de kontinuerte bølger.

Der foretages alene målinger indenfor en retningsvinkel, som udvælges ved hjælp af et par divergerende retningsantenner, som samtidigt udstråler to stråler med forskellig 35 frekvens. Signaler fra overlapningsområdet udvælges ved hjælp af et detektionskredsløb, som sammenligner amplituderne DK 174601 B1 2 for de reflekterede signaler, som modtages af de to antenner.

Denne indretning er kun i stand til at måle afstanden til en forhindring i overlapningsområdet imellem de to antenner, idet der kun, i forbindelse med reflektion af begge de to 5 signaler med forskellig frekvens, foreligger tilstrækkelig information til at skelne imellem frekvensændringer, som skyldes afstanden til forhindringen og sådanne frekvensændringer, som skyldes hastighedsforskelle (doblereffekt).

Det er et formål med denne opfindelse, at forsyne 10 fartøjets fører med den ønskede information.

Dette formål opnås ved hjælp af et radaranlæg til forhindring af fartøjers kollision, som angivet i krav 1.

Ved hjælp af de n antenner og den særlige modulationsform er dette radaranlæg i stand til at skelne imellem reflek-15 sioner, som modtages af de individuelle forskellige antenner og sådanne refleksioner, som modtages af mere end én antenne. Herved opnås en mulighed for en todimensional detektion af forhindringer foran fartøjet, som kan fremvises på den ovenfor omtalte fremvisningsenhed.

20 Ud fra et praktisk synspunkt opnås ovennævnte formål -ved detaljeret at vise hele geometrien af det frie rum foran fartøjet ved anvendelse af en todimensional belyst visningsenhed, f.eks. bestående af en matrix af talrige lysende punkter eller celler, der er ordnet i rækker og kolonner, der si-25 mulerer det plane rum foran fartøjet, for symbolsk at angive enhver forhindring ved f.eks. at udsende rødt eller grønt lys, hvis en forhindring foreligger henholdsvis ikke foreligger. En sådan matrix kunne placeres på instrumentbrættet eller også på en sådan måde, at det lysende billede af vind-30 skærmen reflekteres mod føreren og således gør det muligt for ham at se på det samtidig med vejen.

Med andre ord er problemet at måle eventuelle forhindringers koordinater. Vi vil anvende polære koordinater: idet der henvises til fig. 3 vil vi betegne afstande (mellem 35 køretøjet og forhindringen) ved størrelsen af radiusvektoren R = OH og retningen i forhold til kørselsretningen ved stør- 3 DK 174601 B1 reisen af den vinkel Z, som radiusvektoren danner med retningsaksen y.

Målet for R kan udledes fra målingen af den tid t, der er nødvendig for en elektromagnetisk stråling til at 5 forplante sig fra antennen placeret i O op til forhindringen H og reflekteres af H og tilbage til O. Idet forplantningshastigheden c er given, får vi: R = c · t/2.

Dersom en forhindring i en afstand R og i en retning Z skal påvises, kan vi anvende n mikrobølgestråler udstrålet 10 af små faste antenner, svagt divergerende, til at muliggøre undersøgelsen af områder tilhørende 2n-l sektorer, f.eks. som angivet i fig. 2, hvor n = 3. I denne figur kan vi skelne fem vinkelsektorer og derfor kvantisere vinklen z i fem dele: hvis en forhindring eksempelvis er placeret i sektor 15 B's centerlinie, vil den kun blive påvist gennem strålen B, hvis den er placeret i en mellemliggende stilling, f.eks. i en overlappende sektor A+B, vil den blive påvist af både stråle A og stråle B.

Denne teknik, der kan defineres som "amplitude-diskri-20 mination", kunne ligne den, der anvendes af monopulsradaren i automatiske sporingssystemer, men er faktisk helt forskellig herfra. Faktisk er sådanne systemer effektive, når der kun er ét mål, men mindre effektive, når målene er flere end ét, især hvis målene er ækvidistante fra radaren og er 25 samlet i klynger.

Det er derfor et formål for opfindelsen at angive hver eneste forhindring foran et fartøj med en nøjagtighed, der er tilstrækkelig for de fleste praktisk forekommende forhindringskonfigurationer.

30 De vanskeligste konfigurationer at påvise er dem med flere forhindringer, der alle ligger på linie i samme afstand R fra antennerne; men også under sådanne betingelser er det opfindelsens formål at tilvejebringe tilstrækkelig information til at kunne føre fartøjet sikkert, bortset fra speci-35 elle tilfælde, som imidlertid ikke forringer den af anlægget givne sikkerhed.

4 DK 174601 B1

De principper, som opfindelsen er baseret på er følgende: Lad os af hensyn til overskueligheden antage, at n = 3 (fig. 2): de tre stråler tilhører de tre antenner A, B, C, der samtidig sender og modtager, og er derfor forbundet 5 med respektive sendere og modtagere. Individuelle korte radiofrekvensimpulser udsendes efter tur af hver af de tre sendere, medens de tre modtagere altid aktiveres samtidigt. Individuelle impulser udsendes derfor successivt af antenne A, antenne B og antenne C. Lad os nu antage, at der kun er 10 én forhindring i sin helhed beliggende i sektor A (jf. fig.

2) i en afstand R fra antenne A. Den impuls, som af antenne A udsendes i sektor A, reflekteres af forhindringen, og efter en vis tid modtages ekkoet, som følge af reflektionen mod forhindringen, af antennen A. De efterfølgende impulser 15 udsendt af antennerne B og c rammer ingen forhindring, og der modtages derfor ikke noget ekko af antenne B eller antenne C. Hvis forhindringen ligger i den overlappende sektor A + B, vil de efterfølgende impulser udsendt af antennerne A og B blive reflekteret, og ekkoer modtages af begge anten-20 ner A og B, mens den af antennen c udsendte impuls ikke reflekteres, og denne antenne modtager intet ekko. Tilsvarende gælder for forhindringer beliggende i sektor B eller B + C eller C.

Det vil kunne indses, at to, endog tre, forskellige 25 forhindringer anbragt på linie i samme afstand fra R fra antennerne og beliggende med den ene i sektoren A, den anden i sektoren B og den tredje i sektoren C - kan detekteres særskilt af apparatet, da udstyret første gang modtager ekkosignalet kun i antenne A, anden gang kun i antenne B og 30 tredje gang kun antenne C, men aldrig samtidig i antennerne A og B eller antennerne B og C.

For at lette forståelsen skal det nævnes, at af geometriske årsager kan ekkosignaler kun modtages samtidigt, når en forhindring er beliggende i en af de overlappende 35 eller fælles sektorer, f.eks. i sektoren A + B og i afstanden R fra antennerne. Faktisk vil i dette tilfælde en impuls 5 DK 174601 B1 udsendt af antennen A ramme forhindringen og vende tilbage som ekko samtidigt til både antennen A og antennen B , desuden vil en efterfølgende impuls udsendt af antennen B ramme den samme forhindring og vende tilbage som ekko samtidigt 5 til begge antenner B og A.

For fuldstændighedens skyld skal det nævnes, at den ovenfor omtalte situation (med en forhindring i sektor A + B og ekkoer modtaget i begge antenner A og B) sker uafhængigt af, hvorvidt en forhindring er beliggende i den overlappende 10 sektor A + B, om sektoren A og/eller sektoren B er eller ikke er frie for forhindringer beliggende i den samme afstand R. Faktisk er det, medmindre ekkosignalet underkastes yderligere behandling, når begge antenner A og B modtager ekko-signaler, muligt at skelne, hvorvidt 15 a) en forhindring er beliggende i den overlappende sektor A + B, b) diskrete (særskilte) forhindringer er beliggende i sektorerne A og B, c) diskrete forhindringer er beliggende i sektorerne A, 20 B og B + C, eller d) en stor forhindring på samme tid er beliggende-! det mindste delvist i både sektor A og sektor B (selvsagt også i den mellemliggende, overlappende sektor A + B).

25 For at undgå sådan yderligere behandling er det rime ligt at antage det værste tilfælde, således at sektorerne A, A + B og B også indeholder diskrete forhindringer (eller en enkelt stor forhindring) i samme afstand R: det er derfor nødvendigt at give en signalering ækvivalent med en enkelt 30 forhindring i afstanden R med et spænd, der dækker alle tre sektorer A, A + B og B. Dette valg af signalering skal ikke opfattes som en begrænsning for systemet, eftersom det er opfindelsens formål at tilvejebringe et hjælpeudstyr for kørsel i tåge, og - da dette er en særdeles farlig situation 35 - er det bedre at være meget mere forsigtig end noget mindre forsigtig, og ikke opmuntre til hasarderede manøvrer.

6 DK 174601 B1

Det er muligt at udstrække ræsonnementet ovenfor til sektorerne B + C og C med de samme konklusioner.

Med de beskrevne modtage- og sende-antenner opnås fuld vinkelinformation om, hvordan man skal manøvrere frem 5 i tågen.

For fuldstændighedens skyld skal det bemærkes, at dersom det ønskes, og systemet anvendes på vejkørende køretøjer, kan autoværn eller andre radar-påviselige overflader blive vist på lystavlen for at give en fuldstændig oversigt 10 over området foran føreren. Faktisk er det til helt sikker kørsel nødvendigt at tilvejebringe mikrobølgereflekterende overflader ved kanterne af veje og transitzoner, hvor de mangler, for at afmærke grøfter, slugter osv.

Når en forhindring påvises, f.eks. i sektoren A i 15 afstanden R = 50 m, er det forudset, at ikke blot den plet eller celle, der svarer nøjagtigt til ovennævnte parametre for forhindringen, skal tændes, men også alle pletterne eller cellerne bagved den i tiltagende afstande skal tændes på lystavlen. Dette genspejler simpelthen den kendsgerning, 20 at en forhindring foran fartøjet skjuler eller maskerer alt, hvad der~er i dens skyggekegle, som det normalt sker i optik.

Der henvises nu til fig. l, som i venstre side viser, set ovenfra, en bil kørende på en vej og udstyret med et radar-anlæg ifølge opfindelsen, hvori n = 4, og som i højre 25 side viser et skema over en lystavle bestående af et batteri af 7 x 10 pletter eller celler. Det kan heraf ses, at den første radarstråle rammer vejens venstre kant i en afstand af 40 m, den fjerde radarstråle rammer vejens højre kant i en afstand af 30 m, mens de mellemliggende stråler rammer 30 vejens højre kant i voksende afstande. I denne situation er der vist et vejstykke med et venstre-sving.

Udførelsen af udstyret kræver tre faser: den første fase angår en bred undersøgelse af den elektromagnetiske bølgeudbredelse og valget af mikrobølgeapparater for de n 35 sendende og modtagende enheder med de respektive antenner.

Den anden fase angår alle de kredsløb, der udfører modula- 7 DK 174601 B1 tioner, forstærkninger og kombinationer eller sammenligninger af de udsendte og modtagne signaler, med det formål at fremskaffe de til beregningerne af R og Z nødvendige data. Den tredje fase udfører den digitale bearbejdning af forskellige 5 data (R og Z) , der ikke blot angår en enkelt forhindring, men også komplekse forhindringskonfigurationer, der skal vises på lystavlen. Navnlig må de svage ekkosignaler, der ankommer til modtagerne - efter en hensigtsmæssig forstærkning - nødvendigvis fortolkes i overensstemmelse med de 10 ovenfor beskrevne kriterier ved hjælp af et dertil indrettet kredsløb, der kan være af digital type og med en høj arbejdshastighed. Dette er for fagfolk muligt uden vanskeligheder med mere eller mindre forfinede tekniske løsninger i betragtning af den ønskede ydeevne, hvorfor ingen speciel 15 udførelsesform er beskrevet detaljeret her.

De bearbejdede signaler kan føres til en todimensional lystavle, f.eks. som den i fig. 1 viste, således som det er kendt i denne teknik.

Ligeledes forekommer det unødvendigt at beskrive 20 udstyret til forstærkning af svage ekkosignaler fra mod-” tagerne, eftersom meget sådant udstyr er kendt inden for den nuværende teknik; det samme kan siges om sendere, antenner og sammenligningskredsløb.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere 25 under henvisning til tegningen, idet fig. l er et skematisk billede i to dele, hvoraf den venstre, set ovenfra, viser en bil undervejs på et vejstykke med et venstresving, og den højre viser en visnings indretning bestående af et batteri på 7 x 10 lysende celler, 30 fig. 2 skematisk viser strålingssektorerne for tre sende- og modtage-antenner A, B og C, fig. 3 er et polærdiagram overlejret på et retvinklet koordinatsystem og viser en forhindring H i en afstand R fra et køretøj beliggende ved O, og i en retning, der danner 35 en vinkel Z med y-aksen,

fig. 4 viser en firkantbølge, der med en periode T

8 DK 174601 B1 skifter mellem en frekvens f2 i et tidsrum τ og en frekvens fj i et tidsrum T-r, fig. 5 viser tidsrelationerne mellem tiden t, tællingen k i en tæller og afstandssignalet R, når to forhindringer 5 i afstand 20 og 50 m detekteres, og fig. 6 er et blokdiagram over radaranlægget ifølge opfindelsen.

Under henvisning til tegningen skal der nu beskrives en foretrukken, grundlæggende udførelsesform for opfindelsen, 10 for derved at bekræfte de ovenfor omtalte princippers praktiske brugbarhed. Udstyret er baseret på brugen af tre identiske resonanshulrum (såkaldte gunnplexere) A, B og C, f.eks. med en arbejdsfrekvens på 10 GHz. Sådanne resonanshulrum er i sig selv kendte og tilgængelige på markedet. Hver af disse 15 konventionelle resonanshulrum er i stand til at frembringe og modulere et radiofrekvenssignal ved hjælp af Gunn- og varactordioder og detektere ekkosignalet ved hjælp af en Schottky-diode.

Tre små og retningsbestemte antenner af horn- eller 20 paraboltypen er tilknyttet hulrummene, således at de danner tre snævre divergerende stråler som vist i fig. 2.

I udstyret ifølge opfindelsen fungerer resonanshulrummene, gunnplexerne A, B og C på konventionel måde. Derfor vil, hvis en bestemt forsyningsspænding påtrykkes hver Gunn-25 diode, der blive frembragt et radiofrekvent svingende signal i hulrummet. Frekvensen af et sådant signal afhænger også af den spænding, der påtrykket varactor-dioden tilhørende det samme hulrum. Med andre ord: dersom en spænding påtrykkes varactor-dioden er det nævnte svingende signals 30 frekvens flf og når den påtrykte spænding bliver V2, så bliver signalets frekvens f2 = fl + fb' hvor fb afhænger af spændingsforskellen V2~vl'

Som det kan ses af fig. 6, omfatter udstyret et oscillatorkredsløb forbundet med et modulatorkredsløb. Sidstnævnte 35 kan være af en hvilken som helst art, der er velkendt for fagfolk på dette område. Modulatorkredsløbet leverer normalt 9 DK 174601 B1 en spænding Vj^ til varactor-dioderne tilhørende de tre re-sonanshulruxn, men ved regelmæssige intervaller T og i et meget kort tidsrum r, leverer den til disse dioder en spænding V2 · 5 Dette betyder, at hvert resonanshulrum udsender et kontinuerligt mikrobølge-tog, hvis frekvens normalt er fj_, men som, ved de nævnte regelmæssige intervaller T og i de nævnte noget korte tidsrum t, har frekvensen f2. Eftersom, som nævnt ovenfor, der til hvert resonanshulrum er knyttet 10 en sende- og modtage-antenne, vil et mikrobølge-tog med frekvensen f2 successivt blive udsendt fra hver antenne, hvorfra det på normal måde udbreder sig i området foran køretøjet og, dersom der befinder sig en forhindring i afstanden R, vil bølgetoget ramme denne og blive reflekteret 15 tilbage til antennen efter et tidsrum τ = 2*R/c, hvor c er bølgetogets udbredelseshastighed; fra antennerne føres det til de til resonanshulrummet hørende modtagende Schottky-dioder. I mellemtiden er resonanshulrummet igen begyndt at svinge ved den normale frekvens f-^, og en lille del af dette 20 signal fanges også af hulrummets egen Schottky-diode, som følgelig på kendt måde danner produktet af de to ovennævnte modtagne signaler med frekvenserne f2 og f]_. Til slut foreligger der ved det nævnte hulrums Schottky-diodes udgangsterminal i et tidsrum τ et signal af følgende type: 25 u(t) = r(t) m(t) = A2 cos (2π f2 t + Φ2 ) Aj cos (2π fj t + φj) = A cos 2tz (f2 *r fj) t + (Φ2 + φι) + A cos 2π (f2 - fi) t + (φτ - φι) 30 hvor r(t) er ekkosignalet, A = (A2'A^/2) og m(t) den andel af signalet med frekensen flf der fanges af Scottky-dioden.

Resultanten u(t) er "stødtonen" af de to signaler r(t) og m(t) og består af to komponenter med samme amplitude A; den første komponent har en frekvens (f2 + f 1), og den 35 anden en frekvens (f2 - f^) . Eftersom det er blevet antaget, at f^ - f2 ” 10 GHz, har den første komponent en frekvens på 10 DK 174601 B1 ca. 20 GHz, så den er uden interesse og vil derfor blive filtreret fra; derimod har den anden Komponent en frekvens (f2 - f i), der selvsagt er meget lavere, så at denne komponent er betydningsfuld og repræsenterer det nyttige 5 signal, der afledes af mikrobølgereflektionerne mod forhindringen.

Tilsvarende gælder for udstyrets øvrige resonanshulrum. Altså er det ud fra målingen af tiden t mellem det øjeblik, hvor det korte bølgetog ved frekvensen f2 udsendes, 10 og det øjeblik, i hvilket signalet ved frekvensen f^ udgår fra Schottky-dioden, muligt at beregne afstanden R mellem det pågældende hulrum og forhindringen med ligningen: R = c · t/2.

Anvendelsen af modulation af denne art, svarende til 15 en impulsmodulation med en impulsvarighed på r, gør det muligt at opnå en dybdemæssig skelnen mellem forhindringer, med andre ord at det er muligt at identificere og skelne flere forhindringer successivt længere væk fra resonanshulrummet med en opløsning r, der er forbundet med impulsens 20 varighed r ved ligningen r = c · r/2.

Den maksimale afstand (rækkevidde) er Rmax, der har interesse til påvisning af forhindringer, bestemmer impulsrepetitionsfrekvensen (P.R.F.) eller impulsperioden T (T = 1/P.R.F.) i overensstemmelse med ligningen: 25 Tmin = Rmax / c* For at undgå ufordelagtige ekkooverlejringer (anden gangs ekkoer) er det nødvendigt at anvende værdier af T mindst dobbelt så store som Tro^n. Idet der vælges en rækkevidde Rmax = 100 m (hvilket betyder Tmin = 0,67 mikrosekunder), skal værdien af T være lig med 2 mikrosekunder.

30 Fig. 4, der ikke er målfast, angiver blot kvalitativt sammenhængen mellem fj_, f2, r og T.

I fig. l er den maksimale afstand Rmax = 100 m underinddelt i segmenter på hver 10 meters længde. Denne underinddeling er blevet valgt, fordi den har vist sig tilstræk-35 kelig til at erkende de zoner, der er frie for forhindringer, i forskellige afstande foran køretøjet. For at sikre, at 11 DK 174601 B1 der kan skelnes mellem forhindringer med indbyrdes afstande i retning af R på mindst 10 m, er det nødvendigt med en afstandsopløsning r = 10 m: dette betyder, at der må arbejdes med en impuls varighed ikke længere end r = 67 nanosekunder.

5 I sammendrag og under henvisning til fig. 6 kan det nævnes, at den foretrukne udførelsesform for udstyret ifølge opfindelsen i alt væsentligt omfatter enkle og i sig selv velkendte kredsløb, nemlig en oscillator, en modulator, en frekvensdeler, en tæller, tre resonanshulrum udstyret med 10 Gunn-dioder, varactor-dioder og Schottky-dioder og tilknyttet sende- og modtage-horn-antenner, forstærkere og komparatorer, såvel som logiske kredsløb og visningskredsløb.

Som skitseret ovenfor fungerer hele udstyret som følger. Kredsløbet frembringer et firkantbølgesignal med en 15 periode r (fortrinsvis valgt lig med 67 nanosekunder), hvilket signal tilføres et modula tor kreds løb, et tællerkredsløb og et frekvensdelekredsløb. Delekredsløbet frembringer et firkantbølgesignal med en periode T. Modulatorkredsløbet vil således modtage et firkantbølgesignal med perioden τ 20 fra oscillatoren og et firkantbølgesignal med perioden T fra frekvensdeleren. Modulatorkredsløbet er forbundet med de tre resonanshulrum A, B og C, og navnlig til de hertil hørende varactor-dioder. Dette betyder, at modulatorkredsløbet normalt leverer en spænding til de tre varactor-25 dioder, men med tidsintervaller på T sekunder. I et tidsrum τ frembringer kredsløbet en spænding V2, som ved hjælp af et multiplexkredsløb af kendt art påtrykkes en efter en af de tre varactor-dioder; på denne måde vil de tre resonanshulrum normalt udsende et mikrobølgetog ved en frekvens f± men 30 med intervaller på T sekunder, og i et tidsrum på r sekunder vil hvert resonanshulrum efter tur udsende et mikrobølgetog ved en frekvens f2.

Dersom der foreligger forhindringer, vil de herfra reflekterede mikrobølgetog blive modtaget af en eller flere 35 antenner, således som omtalt i det foregående under henvisning til fig. 2, og nå hen til de respektive Schottky-dioder 12 DK 174601 B1 i form af svage signaler med en varighed t. Udgangssignalerne fra de nævnte Schottky-dioder tilføres hver sin af tre forstærkerkredsløb, som vist i fig. 6 ved hjælp af en forstærkerblok med tre "lapper".

5 Målingen af R, jf. fig. 3, nemlig afstanden mellem antennen og forhindringen, beregnes på basis af den ovenfor angivne formel R = c*t/2 ved at måle tiden t mellem det øjeblik, hvorved et mikrobølgetog udsendes ved en frekvens f2, og det øjeblik, ved hvilket det reflekterede ekkosignal 10 meldes af Schottky-dioderne.

Denne måling kan nemt udføres ved hjælp af det nævnte tællerkredsløb, der drives af oscillatorkredsløbet. Faktisk, dersom det antages, at tællerens tælling k er nul i det øjeblik, ved hvilket mikrobølgetoget med en frekvens f2 15 udsendes, vil den tælling k, der er nået, når ekkosignalet meldes af den nævnte Schottky-diode, repræsentere den tid, det tager for mikrobølgetoget at nå hen til forhindringen og tilbage derfra til Schottky-dioden. Med andre ord repræsenterer tællingen forhindringens afstand fra antennen; 20 nærmere betegnet en afstand, der er det dobbelte af den virkelige afstand.

Kombinationen af tællingen k med ekkosignalerne med henblik på at opnå et sådant afstandssignal R udføres ved hjælp af komparator-kredsløb, hvis indgange på den ene side 25 er forbundet med det nævnte forstærkerkredsløb og på den anden side med det nævnte tællekredsløb.

Under den antagne betingelse, at en afstandsopløsning på 10 m er blevet valgt, har oscillatorkredsløbet en periode t = 67 nanosekunder og tællerens tælling k fremstilles med 30 en takt på én enhed for hver 67 nanosekunder. Dette tidsrum er faktisk den tid, som den elektromagnetiske stråling behøver for at nå hen til en forhindring i en afstand på 10 m og vende tilbage til antennen, dvs. en samlet tur-retur-afstand på 20 m.

35 Som nævnt ovenfor skal tælleren nulstilles i det samme øjeblik mikrobølgetoget ved en frekvens f2 udsendes.

13 DK 174601 B1

Denne funktion udføres ved at påtrykke tælleren det samme P.R.F.-signal, der påtrykkes modulatorkredsløbet for at frembringe den spænding V2, der anvendes til at drive resonanshulrummenes varactor-dioder.

5 Af fig. 5 fremgår det tydeligt, hvorledes tilstede værelsen af to forhindringer i afstande 20 henholdsvis 50 m kan stedfæstes; udgangssignalet fra et af forstærkerkredsløbene er vist på aksen t, udgangs tæl lingen i tællekredsløbet er vist på aksen k, mens udgangssignalet fra det tilknyttede 10 komparator-kredsløb er vist på aksen R direkte udtrykt i m.

Eftersom ekkosignalerne bliver tiltagende svagere med voksende afstande til hindringer fra antennen, er forstærkerkredsløbene udstyret med variabel forstærkningsfaktor, som forøges af tællekredsløbet, hvis tællesignal derved 15 fungerer som et forstærkningsreguleringssignal.

Komparator-kr eds løbene er i sig selv kendte og er tilgængelige på markedet. Ud over at sammenligne forstærkerkredsløbenes udgangssignaler med udgangssignalet fra tællekredsløbet for at kunne danne R-signalet, er sådanne kendte 20 komparator-kredsløb indrettet til at sammenligne de nævnte forstærkerkredsløbs udgangssignaler med hinanden indbyrdes, for derved at konstatere hvorvidt et bestemt ekkosignal modtages af antennen A eller B eller C eller af mere end en af antennerne A, B og C, i overensstemmelse med ovenstående 25 betragtninger i forbindelse med fig. 2, og frembringer således et Z-signal, der indeholder den vinkel-information, der vedrører forhindringen.

Som vist i fig. 6 påtrykkes de tre signaler P.R.F., R og Z logik- og visnings-kredsløbsorganer for på kendt 30 måde at drive det i fig. l viste visningsaggregat.

Et vigtigt krav til udstyret er, at det ikke må påvirkes af støj fra bilen; derfor er det i elektromagnetiske hensyn væsentligt, at den transmitterede bølgeform ikke er amplitudemoduleret (med korte impulser), men den skal være 35 frekvensmoduleret. Opfindelsens hovedidé har derfor været at anvende frekvensimpulsmodulationen, og navnlig at anvende 14 DK 174601 B1 resonanshulrum. Dette synes at repræsentere en ny anvendelse af resonanshulrum, eftersom resonanshulrummene sædvanligvis er beregnede til at arbejde med kontinuerlige bølger (CW) og normalt anvendes i telekommunikation eller i Doppler-5 radarsystemer.

Af det ovenfor anførte vil det kunne indses, at virkemåden af dette radar-anlæg er helt forskellig fra virkemåden af alle kendte radar-systemer. Faktisk udsender alle eksisterende radar-anlæg radiofrekvensimpulser med høj effekt 10 (frembragt af klystroner, magnetroner osv.) skiftevis med døde perioder, under hvilke senderen er frakoblet, og ek-koerne modtages; desuden anvendes der "flydende antenner" (der er omfangsrige, ømtålelige og grimme) eller en meget kostbar fasestyret antenne med lav retningsevne. De virk-15 ningsmæssige træk ved opfindelsen, der antages at være nye, består i stedet i følgende: a) udsendelse af kontinuerlige, men frekvensmodulerede bølger (med de korte impulser r) ved anvendelse af enklere og mere økonomiske indretninger (resonanshul- 20 rum) med den mulighed at anvende stærkt retningsbe stemte antenner med høj forstærkning (horntype eller paraboltype), b) anvendelse af ”amplitudediskrimination”-teknikken baseret på n divergerende og faste stråler til bestem- 25 melse af vinklen Z.

Derfor adskiller udstyret ifølge opfindelsen sig fra den sporende monopulsradar med amplitudesammenligning, som anvender overlappende antenneraønstre til at bestemme vinkelafvigelsen. Udstyret er ikke et radio-fyr, eftersom det er 30 helt selvstændigt og ikke behøver transpondere, f.eks. installeret i andre køretøjer. Udstyr kan heller ikke betragtes som en udvikling af radiohøjdemålere baseret på Doppler-effekten, eftersom Doppler-effekten ikke anvendes: faktisk udføres der ikke kun en enkelt måling, såsom afstanden luft-35 fartøj-jord, men der skal udføres så mange og forskellige målinger, eftersom forhindringerne befinder sig i kontinuer- 15 DK 174601 B1 lige bevægelser foran køretøjet, herunder deres vinkelstilling Z, for at opnå det fuldstændige frontale kort over det frie og det optagne område, således som det klart fremgår af fig. 1.

Claims (4)

16 DK 174601 B1

1. I I I I Fig. 6 ' ' 1 τ f ^ T )f7xY77Y7P oscillator -·-> modulator - '- ^ (forstærknings-1 i, I regulering)

1. Radar-anlæg til forhindring af fartøjers kollision under ringe sigtbarhed, som omfatter en todimensional visningsindretning indrettet til at iagttages umiddelbart eller 5 ved refleksion fra vindspejlet mod føreren og indrettet til at tilvejebringe symbolsk visning af en forhindring med information med hensyn til forhindringens afstand (R) og vinkelbeliggenhed (Z) i forhold til køretøjet, kendetegnet ved, at det omfatter 10 a) et oscillatorkredsløb til frembringelse af et kontinuert firkantbølgesignal med en periode τ og forbundet med en modulator, en frekvensdeler og en tæller, idet al) frekvensdeleren frembringer et impulssignal (P.R.F.) 15 med en periode T og er forbundet med tælleren og modulatoren, idet a2) modulatoren har n udgangsklemmer og er indrettet til, på basis af signalerne fra oscillatoren og frekvensdeleren at generere en spændingsimpuls med en 20 bredde τ, som reaktion på hver impuls (P.R.F.) fra frekvensdeleren, og idet a3) modulatoren er indrettet til normalt at levere en første spænding (Vj) gennem de nævnte n udgangsklemmer og successivt leverer den anden spænding (V2) gennem 25 de nævnte n udgangsklemmer efter tur til ri varactor- dioder indeholdt i n resonanshulruro, som hver især også omfatter en Gunn-diode henholdsvis en Schottky-diode; idet Gunn-dioderne frembringer et radiofrekvenssignal og er enkeltvis forbundet med n faste 30 sende- og modtage-antenner af horn- eller para boltypen, hvilke n antenner har overlappende strålebundter; idet Schottky-dioderne detekterer ekkosigna-ler som modtages af antennerne og er forbundet med n forstærkere med variabel forstærkningsfaktor, hvis 35 udgange er enkeltvis forbundet med n komparatorer, hvormed tælleren også er forbundet, og hvori der 17 DK 174601 B1 foretages sammenligninger mellem de nævnte forstærkeres udgangssignaler og tællerens tællesignal (k) for derved at frembringe et ferste signal (R) svarende til den tid, der behøves for at et fra en af antenner-5 ne udsendt signal når hen til en forhindring og ved refleksion derfra vender tilbage til en eller flere af antennerne, og et andet signal (Z) svarende til hvilken af antennerne der modtager et ekkosignal, samt 10 b) logik- og visningsorganer, der er forbundet med fre- kvensdeleren og komparatorerne for modtagelse af de nævnte frekvensdelerudgangssignaler (P.R.F.), første signal (R) og andet signal (Z) for at styre den todimensionale visningsindretning i overensstemmelse med 15 disse signaler.

2. Radar-anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den todimensionale visningsindretning udgøres af en lystavle bestående af et batteri eller en matrix af lysende 20 pletter eller celler, der er ordnet i rækker og kolonner og belyst på en sådan måde, at de viser en hvilken som helst forhindrings afstand og vinkelstilling i forhold til fartøjet.

3. Radar-anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at frekvensdeleren også er forbundet med tælleren for derved at forsyne sidstnævnte med sit frekvensdelte udgangssignal (P.R.F.) som nulstillingssignal for tælleren.

4. Radar-anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tælleren også er forbundet med de nævnte forstærkere på en sådan måde, at tællerens udgangs-tællesignal fungerer som forstærkningsreguleringssignal for forstærkerne.

5. Radar-anlæg ifølge krav 1, og hvori Gunn-dioden i hvert af resonanshulrummene frembringer et signal ved en 18 DK 174601 B1 radiofrekvens f1# når den første spænding påtrykkes varac-tor-dioden, og ved en anden radiofrekvens f2, når den anden spænding v2 påtrykkes varactor-dioden, og hvori Schottky-dioden frembringer et "stødtone"-signal af signalerne ved 5 frekvenserne f1ogf2/ kendetegnet ved filterorganer indrettet til at frafiltrere eventuelle uønskede bestanddele i "stødtone"-signalet.

6. Radar-anlæg ifølge krav 5, kendetegnet 10 ved, at filterorganerne er indrettet til at frafiltrere en hvilken som helst bestanddel med frekvensen (f]^ + f2). DK 174601 B1 1 i® 11 Fig. 1 Fl3‘ 2 ^^^rrrTIrPi y f /k Fig. 4 \ f2—i-............pi.................... R\z Fig, 3 DK 174601 B1 φ \ - ----—Ut \ O τ T 21 -\-)X 0 Fig. 5 I-:-1 \~]-1 t "o 67 134 200 267 334 400 (ns) __I_L_i_L_I_I_k 0 1 2 3 4 5 6 (Tæller ) __I_I_I_I_I_J_ 0 10 20 30 40 50 60 (m)

4 Forstærkere ,,_> Tæller --- ^jSaimenligningskredsløb f~ ^ 1 R zL/togik s 'i Frekvens- p 1-, lystavle deler —' ' -—i-—» V_J V_J