EP1516202A1 - Verfahren zur eliminierung von scheinobjekten bei nahbereichs-puls-radar-sensoren - Google Patents

Verfahren zur eliminierung von scheinobjekten bei nahbereichs-puls-radar-sensoren

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EP1516202A1
EP1516202A1 EP03759811A EP03759811A EP1516202A1 EP 1516202 A1 EP1516202 A1 EP 1516202A1 EP 03759811 A EP03759811 A EP 03759811A EP 03759811 A EP03759811 A EP 03759811A EP 1516202 A1 EP1516202 A1 EP 1516202A1
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EP
European Patent Office
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pulse
pulses
delayed
time
short
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Withdrawn
Application number
EP03759811A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Eckel
Juergen Hoetzel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
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    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
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    • G01S7/2926—Extracting wanted echo-signals based on data belonging to a number of consecutive radar periods by integration

Definitions

  • the invention relates to a method for eliminating bogus objects in short-range pulse radar sensors, radar pulses being emitted at a specific frequency and the time being measured until they are reflected by an object and received again.
  • a time-delayed second pulse is generated, which is compared with the received pulse.
  • Short-range pulse radar sensors are known which are mainly used in vehicles for environmental monitoring.
  • the English word for these sensors is "Short Range Radar” (SRR). These sensors often have interfering effects.
  • the measuring range is described by the range in which an object detection is to take place. It is designed so that it is a sub-area of the Measurement cycle time from the radar wave is half the distance.
  • the measuring cycle time is defined by the repetition rate of the single measurement.
  • the dummy objects are the results of reflections from the previous measurement.
  • WO 9847022 A specifies a Doppier radar warning system which essentially consists of a transmitter for generating two analog signals that are reflected by an object. and a computer with a memory for converting the analog signals into a digital signal corresponding to their "phase shift".
  • the method is then characterized in that the transmitted pulses and the second pulses delayed for this purpose are modulated according to a binary phase shift keying method.
  • the method according to the invention with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that the proposed type of phase shift between the emitted pulses enables the elimination of "dummy objects" in a simple manner.
  • the phase shift is realized in that the emitted pulses are modulated by a phase shift of 180 ° between the transmitted pulse (TX pulse) and the time-delayed second pulse (RX pulse) being introduced in such a way that always at least two consecutive pulses have the same phase and at least the next two pulses are shifted by 180 °.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the principle of a pulse radar sensor according to the known prior art
  • Fig. 2 shows the graphic representation of the phase shift of the TX and RX pulses according to the inventive method.
  • BPSK binary phase shift keying
  • a second pulse is generated (RX pulse), which is based on the running time of the distance to be measured is delayed compared to the first pulse (TX pulse).
  • a mixing process (convolution) of the TX and RX pulse can be used to determine whether the time delay of the RX pulse matches the time that the TX pulse was traveling, since the mixer only outputs a signal when both pulses arrive at the same time. With a certain frequency, the measurement repetition frequency, from to
  • Example 5 each a TX and the associated RX pulse generated.
  • Fig. 1 illustrates the principle.
  • the reciprocal of the measurement repetition frequency is the measurement cycle time.
  • An oscillator 1 generates a frequency in the radar range.
  • the TX pulses with the radar frequency are transmitted via a switch 2. If these pulses are reflected by an object, they can be received on a receiving antenna.
  • the received pulses can be mixed with the RX pulses in a mixer 3. If the TX pulse and RX pulse arrive at the same time, the mixer 3 outputs a signal.
  • the signal amplitude is dependent on the phase relationship of the two pulses to one another. In order to monitor a specific measuring range, all delay times corresponding to this measuring distance must be set in succession.
  • a pulse generator 4 allows switches 2 and 5 to close at a frequency of, for example, 5 MHz. A corresponding TX and RX pulse are generated with this frequency.
  • the mixer 3 only displays an object if the TX and RX pulses arrive at the mixer 3 at the same time. In the standard case, this is only possible if the TX pulse has been on the road as long as the associated RX pulse has been delayed.
  • FIG. 1 An example is intended to illustrate this with reference to FIG. 1:
  • the pulse generator 4 operates at a frequency of 5 MHz, this is the case for objects which are at a distance of more than 30 m.
  • the 5 MHz corresponds to a period of 200 ns, and the radar pulses need a time of 200 ns for a return trip of 30 m.
  • An object that is at a distance of 31 m and is large enough to reflect enough power on the sensor is displayed at 1 m, even though it is outside the measuring range.
  • phase shift of 180 ° is now introduced in accordance with the method according to the invention, the pulses which do not belong together alternate with one another 0 ° phase shift and 180 ° phase shift.
  • the values for phase ⁇ and phase ⁇ + 180 ° add up to zero.
  • the dotted curve shows a phase shift ⁇
  • the solid curve shows a phase shift ⁇ + 180 °.
  • a signal is generated at the output in which the amplitude over the phase shift also represents a sine function.
  • a low-pass filter has already been implemented, which ensures that a time average is formed from the output signal of the mixer.

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Abstract

Um ein Verfahren zur Eliminierung von Scheinobjekten bei Nahbereichs­Puls-Radar-Sensoren, wobei Radar-Pulse mit einer bestimmten Frequenz ausgesendet werden und die Zeit gemessen wird, bis diese von einem Objekt reflektiert und wieder empfangen werden, wobei außer dem gesendeten Puls (TX-Puls) noch ein zeitverzögerter zweiter Puls (RX­Puls) erzeugt wird, zu schaffen, welches die bekannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und mit dem die Eliminierung von Schein­objekten bei Nahbereichs-Puls-Radar-Sensoren gewährleistet werden kann, ist vorgesehen, dass die ausgesendeten Pulse (TX-Puls) und die zusätzlich erzeugten, dazu zeitverzögerten zweiten Pulse (RX-Puls) nach einem Binär-Phase-Shift-Keying-Verfahren moduliert werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Eliminierung von Scheinobjekten bei Nahbereichs-
Puls-Radar-Sensoren
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eliminierung von Scheinobjekten bei Nahbereichs-Puls-Radar-Sensoren, wobei Radar-Pulse mit einer bestimmten Frequenz ausgesendet werden und die Zeit gemessen wird, bis diese von einem Objekt reflektiert und wieder empfangen werden. Außer dem ausgesendeten Puls (TX-Puls) wird noch ein zeitverzögerter zweiter Puls (RX-Puls) erzeugt, der mit dem empfangenen Puls verglichen wird.
Stand der Technik
Bekannt sind Nahbereichs-Puls-Radar-Sensoren, die hauptsächlich in Fahrzeugen zur Umfeld-Überwachung eingesetzt werden. Das englische Wort für diese Sensoren ist "Short Range Radar" (SRR). Diese Sensoren weisen häufig Störeffekte auf.
Einer der Störeffekte ist, dass Objekte, die sich weit außerhalb des Messbereichs befinden, unter bestimmten Umständen als "Scheinobjekte" innerhalb des Messbereichs angezeigt werden. Der Messbereich wird durch den Bereich beschrieben, in dem eine Objektdetektion stattfinden soll. Er wird so ausgelegt, dass er ein Teilbereich der in der Messzykluszeit von der Radarwelle zurückgelegten halben Entfernung ist. Die Messzyklenzeit ist durch die Wiederholungsrate der Einzelmessung definiert. Die Scheinobjekte sind Ergebnisse von Reflexionen aus der vorherigen Messung.
Beispiele für die Anwendung sind in der RU 2141151 C1 und in der WO 9847022 A beschrieben.
Während in der RU 2141151 C1 der konstruktive Aufbau eines "Strip phase shifter" beschrieben wird, ist in der WO 9847022 A ein Doppier Radar-Warnsystem angegeben, welches im Wesentlichen aus einem Sender zur Erzeugung zweier analoger Signale, die von einem Objekt reflektiert werden, und einem Computer mit einem Speicher zur Umwandlung der analogen Signale in ein zu deren "phase shift" korrespondierendes digitales Signal, besteht.
Darstellung der Erfindung. Aufgabe. Lösung. Vorteile
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, mit dem die Eliminierung von Scheinobjekten bei Nahbereichs-Puls-Radar- Sensoren gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der oben genannten Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.
Danach ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesendeten Pulse und die dazu zeitverzögerten zweiten Pulse nach einem Binär-Phase-Shift-Keying-Verfahren moduliert werden. Das erfindύngsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, dass durch die vorgeschlagene Art der Phasenverschiebung zwischen den ausgesendeten Pulsen die Eliminierung von "Scheinobjekten" in einfacher Weise möglich wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Phasenverschiebung dadurch realisiert, dass die ausgesendeten Pulse moduliert werden, indem eine Phasenverschiebung von 180° zwischen dem gesendeten Puls (TX-Puls) und dem zeitverzögerten zweiten Puls (RX- Puls) so eingeführt wird, dass immer mindestens zwei aufeinander folgende Pulse die gleiche Phase haben und mindestens die nächsten beiden Pulse um 180° verschoben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips eines Puls- Radar-Sensors nach dem bekannten Stand der Technik und
Fig. 2 die grafische Darstellung der Phasenverschiebung der TX- und RX-Pulse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Bei Puls-Radar-Sensoren nach dem Stand der Technik werden Radar- Pulse mit einer bestimmten Frequenz in zyklischen Abständen ausgesendet, und es wird die Zeit gemessen, bis diese von einem Objekt reflektiert und wieder empfangen werden. Nach dieser Erfindung werden die ausgesendeten Pulse nach einem Binär-Phase-Shift-Keying(BPSK)-Verfahren moduliert. Damit wird das Problem der "Scheinobjekte" gelöst, das bei den bekannten Vorschlägen bisher nicht gelöst ist.
Zunächst wird anhand der Fig. 1 das Prinzip der Arbeitsweise von Puls- Radar-Sensoren nach dem bekannten Stand der Technik beschrieben.
Um die Zeit zu messen, die ein Radar-Puls von Sensor zum Objekt und wieder zurück braucht, wird außer dem einen gesendeten Puls (TX-Puls) noch ein zweiter Puls erzeugt (RX-Puls), der um die Laufzeit der zu messenden Entfernung gegenüber dem ersten Puls (TX-Puls) verzögert ist. Durch ein Mischungsverfahren (Faltung) des TX- und RX-Pulses kann festgestellt werden, ob die Zeitverzögerung des RX-Pulses mit der Zeit, die der TX-Puls unterwegs war, übereinstimmt, da der Mischer nur dann ein Signal ausgibt, wenn beide Pulse gleichzeitig ankommen. Es werden mit einer bestimmten Frequenz, der Messwiederholfrequenz, von zum
Beispiel 5 MHz, jeweils ein TX- und der zugehörige RX-Puls erzeugt. Die
Fig. 1 verdeutlicht das Prinzip. Der Kehrwert der Messwiederholfrequenz ist die Messzyklenzeit.
Ein Oszillator 1 erzeugt eine Frequenz im Radar-Bereich. Über einen Schalter 2 werden die TX-Pulse mit der Radar-Frequenz ausgesendet. Wenn diese Pulse von einem Objekt reflektiert werden, können sie an einer Empfangsantenne empfangen werden.
In einem Mischer 3 können die empfangenen Pulse mit den RX-Pulsen gemischt werden. Wenn TX-Puls und RX-Puls gleichzeitig ankommen, gibt der Mischer 3 ein Signal aus. Die Signalamplitude ist von der Phasenlage der beiden Pulse zueinander abhängig. Um einen bestimmten Messbereich zu überwachen, müssen nacheinander alle Verzögerungszeiten, die dieser Messentfemung entsprechen, eingestellt werden.
Ein Pulsgenerator 4 lässt mit einer Frequenz, von zum Beispiel 5 MHz, die Schalter 2 und 5 schließen. Es werden also mit dieser Frequenz je ein zusammengehörender TX- und RX-Puls erzeugt.
Nach dem oben beschriebenen Prinzip wird vom Mischer 3 nur dann ein Objekt angezeigt, wenn TX- und RX-Puls gleichzeitig am Mischer 3 ankommen. Das ist im Standard-Fall nur dann möglich, wenn der TX-Puls genauso lange unterwegs war, wie der dazugehörende RX-Puls verzögert wurde.
Es gibt aber das Problem, dass sich ein TX-Puls, der sehr lange unterwegs war, nicht mit dem dazugehörenden RX-Puls überlagert, sondern erst mit dem nächsten oder übernächsten Puls.
Ein Beispiel soll dies anhand der Fig. 1 verdeutlichen:
Wenn der Pulsgenerator 4 mit einer Frequenz von 5 MHz arbeitet, ist das bei Objekten, die in einer Entfernung von mehr als 30 m stehen, der Fall. Die 5 MHz entsprechen einer Periodendauer von 200 ns, und die Radarpulse brauchen für einen Hin- und Rückweg von 30 m die Zeit von 200 ns. Ein Objekt, das sich in einer Entfernung von 31 m befindet und groß genug ist, um genügend Leistung auf den Sensor zu reflektieren, wird also bei 1 m angezeigt, obwohl es sich außerhalb des Messbereichs befindet.
Wenn nun entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Phasenverschiebung von 180° nach Fig. 2 eingeführt wird, überlagern sich die Pulse, die nicht zusammengehören, abwechselnd mit einer Phasenverschiebung von 0° und einer Phasenverschiebung von 180°. Auf einer sinusförmigen Funktion addieren sich aber die Werte bei der Phase φ und der Phase φ+l80° zu Null. In der Fig. 2 zeigt die gepunktet dargestellte Kurve eine Phasenverschiebung φ und die ausgezogen dargestellte Kurve eine Phasenverschiebung φ+180°. Bei den eingesetzten Mischern entsteht am Ausgang ein Signal, bei dem die Amplitude über der Phasenverschiebung auch eine Sinus-Funktion darstellt. Außerdem ist bereits ein Tiefpass realisiert, der dafür sorgt, dass vom Ausgangssignal des Mischers ein zeitlicher Mittelwert gebildet wird.
Es ist nicht wichtig, wann genau die Phase umgeschaltet wird, es ist nur wichtig, dass immer zwei aufeinander folgende Pulse die gleiche Phase haben und die nächsten beiden Pulse um 180° verschoben sind.
Es gibt ietzt noch die Möglichkeit, dass sich ein TX-Puls nicht mit dem dazugehörenden RX-Puls und auch nicht mit dem nächsten RX-Puls, sondern erst mit dem übernächsten RX-Puls überlagert. Um das zu verhindern, müssen nicht immer zwei sondern immer drei Pulse mit der gleichen Phasenlage ausgesendet werden. Um eine Überlagerung mit dem danach folgenden Puls auch noch zu verhindern, müssen vier Pulse die gleiche Phasenlage haben. Dies könnte immer weiter geführt werden, wenn es nicht eine Beschränkung durch den Tiefpass gäbe. Es ist in der Praxis aber auch nur eine Überlagerung bis etwa zum übernächsten Puls nötig, da das schon einer Entfernung des reflektierenden Objektes von 60 m entspricht. Bei diesen Entfernungen ist die Leistung des reflektierten Pulses durch die Leistungsabnahme mit der Entfernung mit der 4-ten Potenz schon so relativ gering, dass die Größe möglicher Reflexionsobjekte bei der durch die Sensoren abgegebenen Leistung keine sinnvollen Werte mehr annimmt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Eliminierung von Scheinobjekten bei Nahbereichs-Puls- Radar-Sensoren, wobei Radar-Pulse mit einer bestimmten Frequenz ausgesendet werden und die Zeit gemessen wird, bis diese von einem Objekt reflektiert und wieder empfangen werden, wobei außer dem gesendeten Puls (TX-Puls) noch ein zeitverzögerter zweiter Puls (RX- Puls) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesendeten Pulse (TX-Puls) und die zusätzlich erzeugten, dazu zeitverzögerten zweiten Pulse (RX-Puls) nach einem Binär-
Phase-Shift-Keying-Verfahren moduliert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesendeten Pulse (TX-Puls) und die zusätzlich erzeugten, dazu zeitverzögerten zweiten Pulse (RX-Puls) moduliert werden, indem eine Phasenverschiebung von 180° zwischen den gesendeten Pulsen (TX-Puls) und den zeitverzögerten zweiten Pulsen (RX-Puls) so eingeführt wird, dass immer mindestens zwei aufeinander folgende Pulse die gleiche Phase haben und mindestens die nächsten beiden
Pulse um 180° verschoben sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei aufeinander folgende Pulse die gleiche Phase haben und die drei nächsten Pulse um 180° verschoben sind. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vier aufeinander folgende Pulse die gleiche Phase haben und die vier nächsten Pulse um 180° verschoben sind.
EP03759811A 2002-06-14 2003-04-02 Verfahren zur eliminierung von scheinobjekten bei nahbereichs-puls-radar-sensoren Withdrawn EP1516202A1 (de)

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EP (1) EP1516202A1 (de)
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