FI121250B

FI121250B - Menetelmä tieolosuhteiden tunnistamiseksi

Info

Publication number: FI121250B
Application number: FI20085858A
Authority: FI
Inventors: Timo Varpula; Ville Viikari
Original assignee: Valtion Teknillinen
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-08-31
Also published as: FI20085858A; FI20085858A0; EP2653882A1; EP2216659B1; EP2216659A1; EP2653882B1

Description

Menetelmä tieolosuhteiden tunnistamiseksi

Keksinnön ala

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää tieolosuhteiden 5 tunnistamiseksi ja patenttivaatimuksen 7 johdannon mukaista laitteistoa tieolosuhteiden tunnistamiseksi.

Keksintö koskee erityisesti autotutkatekniikkaa asvaltin pinnalla olevan veden, jään tai lumen aiheuttaman pienentyneen kitkan ilmaisemiseksi.

10 Keksinnön taustatietoj a

Autotutkista on tulossa vakiovarusteita kalliimman luokan autoissa ja niiden odotetaan yleistyvän myös keskihintaisten ja edullisten autojen luokissa. Tutkien odotetaan parantavan turvallisuutta ja helpottavan ajoa. kaupallisesti saatavilla olevat tutkat on tarkoitettu joko pimentoon jäävien kohtien ilmaisemista (BSD, Blind Spot Detection) tai automaattista 15 ajonhallintaa (ACC, Automatic Cruise Control) varten. BSD-jäjjestelmät helpottavat tiettyjä hallintatoimia, kuten kaistanvaihtoa, kun taas ACC-jäijestelmä sovittaa ajoneuvon nopeuden edessä olevan ajoneuvon mukaan.

Nykyisin autotukia varten Euroopassa on varattu kaksi taajuuskaistaa, 22-24 GHz kaistaa lyhyen kantaman (30 m) tutkia varten [1] ja 76-77 GHz kaistaa pitkän kantaman (150 m) tutkia 20 varten [2], Euroopan telealan standardoimislaitos (ETSI, European Telecommunications Standards Institute) on parhaillaan varaamassa kolmatta kaistaa, 77-81 GHz, lyhyen kantaman (30 m) törmäyksistä varoittavia autotutkia varten [3].

Autotutkia voitaisiin käyttää mahdollisesti myös tieolosuhteiden ilmaisuun, kuten tien pinnalla veden, jään tai lumen aiheuttaman pienenevän kitkan ilmaisuun. Nykyisin käytetään optisia 25 infrapuna-antureita ja joitakin mekaanisia laitteita tieolosuhteiden valvomiseksi [4], Nämä jäijestelmät joko eivät sovellu tai ovat liian kalliita tavallisiin autoihin. Niiden eteenpäin ulottuva ilmaisukantama on myös rajallinen, itse asiassa olematon joissakin tapauksissa. Monikäyttöiset tutka-anturit tarjoavat selviä etuja: Antureiden kokonaismäärä ajoneuvossa ei suurene, mistä seuraa kustannusetua. Tutkan ilmaisukantama on mahdollisesti huomattava.

30 2

On raportoitu monia tutkimuksia autotutkien käytöstä tieolosuhteiden tunnistukseen. On raportoitu bistaattisista (lähetin ja vastaanotin ovat eri paikoissa) sirontamittauksista eri tiepinnoilta laboratorio-olosuhteissa, ja näissä mittauksissa on käytetty 76 GHz [5] ja 24 GHz [4] taajuutta. Sironta eri tiepinnoilta mitataan koherentin polarimetrisen tutkan avulla. 5 Tieolosuhteet tunnistetaan sitten Stokes- tai Mueller-matriisin ominaisarvojen perusteella [7]. Kummallakin taajuudella mittaus antaa tuloksena, että on mahdollista erottaa toisistaan kaksi betonitietä, joilla on eri karkeus. Kirjoittajat lausuvat, että tien pinnan kosteus voidaan ilmaista taajuudella 76 Ghz. Tulokset 24 GHz kanssa osoittavat, että vesi, jää, lumi ja huurre tien pinnalla muuttaa sen sirontaominaisuuksia.

10 Kees ym. raportoivat 61 GHz taajuudella toimivan bistaattisen tutkajäijestelmän tieolosuhteiden tunnistamista varten [8], Tutkajärjestelmä sijaitsee auton korin alla ja se pystyy lähettämään ja ottamaan vastaan kummallakin lineaarisella polarisaatiolla. Järjestelmä mittaa koherentisti kaikki neljä polarisaatioyhdistelmää, ja tieolosuhteet tunnistetaan vertaamalla amplitudeja ja/tai vaiheita vasteiden välillä eri polarisaatioilla. Prototyyppitutkalla tehdyt mittaukset paljastivat, 15 että j ärj estelmä myös pystyy erottamaan asvaltti- j a nupukivipinnoitteet.

Finkele on raportoinut 76 GHz taajuudella toimivan bistaattisen tutkan, joka pystyy tunnistamaan tien pinnalla olevan jääkerroksen [9], Tämä täysin polaarimetrinen tutka mittaa heijastusta tiestä ja käyttää heijastuneen aallon polarisaatio-ominaisuuksia jään tunnistamiseksi. Toimintaperiaate on todennettu laboratoriomittauksin sekä myös todellisissa 20 liikenneolosuhteissa.

Hetzner on mitannut erilaisia tieolosuhteita käyttäen apuna aktiivista bistaattista tutkaa ja passiivista radiometriä, jotka toimivat 35 GHz ja 90 GHz taajuudella [10], Hänen tekemissä kokeissa radiometri osoittautui sopivammaksi tieolosuhteiden tunnistukseen.

Magerl ym. raportoivat kiinteän 2,45 GHz tienvalvontatutkan, joka pystyy tunnistamaan 25 säätilasta johtuvat tieolosuhteet [11], Lähetin että vastaanotin sijaitsevat kumpikin kolmen metrin korkeudella mutta tien vastakkaisilla puolilla. Tämän prototyyppitutkan antamien tulosten perusteella mainittu järjestelmä pystyy mittaamaan vesikerroksen paksuuden ja veden suolapitoisuuden sekä ilmaisemaan myös tiellä olevan lumikerroksen.

Edellä mainittujen tieteellisten julkaisujen lisäksi tunnetaan useita patentteja ja 30 patenttihakemuksia, jotka koskevat tieolosuhteiden tunnistamiseen tarkoitettuja autotutkia [12]— [14]· 3

Keksinnön kuvaus

Keksinnön mukaan tieolosuhteet ilmaistaan vertaamalla tien pinnasta takaisin sironnutta signaalia vaaka- ja pystypolarisaatiolla.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on 5 esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle laitteistolle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa.

Tässä esityksessä tutkimme eteenpäin suunnatun monostaattisen (lähetin ja vastaanotin samassa paikassa) 24 GHz tutkan kykyä tunnistaa asvaltin pinnan pienentyneen kitkan kohdat. Esitys jäsentyy seuraavasti. Kappaleessa II selostetaan laboratoriokokeita, jotka koskevat kuivan, 10 märän ja jäisen asvaltin takaisinsirontaominaisuuksia. Kappale III esittelee kenttäkokeita kuivan, märän, jäisen ja lumisen asvaltin takaisinsirontaominaisuuksista. Kappaleessa IV käytetään karkean pinnan sirontamallia, jonka avulla tutkitaan pinnan parametrien vaikutusta takaisinsirontaan. Kappaleessa V selvitellään tutkalle asetettavia vaatimuksia tieolosuhteiden ilmaisemiseksi ja kappale VI on päätelmäosa.

15 Kuvioiden lyhyt esittely

Kuvio 1 on valokuva mittausjärjestclystä, jossa mittaustorviantenni, joka on kiinnitetty kääntyvään varteen, osoittaa kohti lattialle sijoitettua asvalttinäytettä.

Kuvio 2 esittää mitattua takaisinsirontakerrointa kuivalle (pisteviiva), märälle (katkoviiva) ja jäiselle (yhtenäinen viiva) asvaltille w-polarisaatiolla 24 GHz:n taajuuden kanssa.

20 Kuvio 3 esittää mitattua takaisinsirontakerrointa kuivalle (pisteviiva), märälle (katkoviiva) ja jäiselle (yhtenäinen viiva) asvaltille hh-polarisaatiolla 24 GHz:n taajuuden kanssa.

Kuvio 4 esittää vv- ja hh-polarisaation takaisinsirontakertoimien suhdetta taajuudella 24 GHz.

Kuvio 5 esittää vv- ja hh-polarisaation takaisinsirontakertoimien suhdetta taajuudella 77 GHz.

Kuvio 6 esittää mitattua kuivan, jäisen ja lumisen asvaltin takaisinsirontaa eri polarisaatioiden 25 kanssa. Yksittäiset mittaukset on esitetty merkein ja yhtenäiset viivat ovat keskiarvoja vastaavan tieolosuhteen ja polarisaation osalta.

Kuvio 7 esittää mitattua kuivan ja märän asvaltin takaisinsirontaa eri polarisaatioiden kanssa. Yksittäiset mittaukset on esitetty merkein ja yhtenäiset viivat ovat keskiarvoja vastaavan tieolosuhteen ja polarisaation osalta.

4

Kuvio 8 esittää takaisinsirontaa kuivasta, jäisestä ja lumisesta asvaltista eri polarisaatioiden kanssa normalisoituna w-polarisaation suhteen. Yksittäiset mittaukset on esitetty merkeillä, yhtenäiset viivat edustavat keskiarvoa vastaavan tieolosuhteen ja polarisaation osalta.

Kuvio 9 esittää takaisinsirontaa kuivasta ja märästä asvaltista eri polarisaatioiden kanssa 5 normalisoituna w-polarisaation suhteen. Yksittäiset mittaukset on esitetty merkeillä, yhtenäiset viivat edustavat keskiarvoa vastaavan tieolosuhteen ja polarisaation osalta.

Kuviossa 10 on esitetty mallinnetut ja (laboratorio-oloissa) mitatut takaisinsirontakertoimet märältä asvaltilta

Kuvio 11 esittää w- ja hh-polarisaation antaman takaisinsironnan suhdetta suhteellisen 10 permittiivisyyden eri arvoilla.

Kuvio 12 esittää vv- ja hh-polarisaation antaman takaisinsironnan suhdetta σι:η ja L| :n eri arvoilla.

Kuvio 13 esittää vv- ja hh-polarisaation antaman takaisinsironnan suhdetta σ2:η ja L2:n eri arvoilla.

15 Laboratoriokokeet

Kuivan, märän ja jäisen asvaltin takaisinsirontaominaisuuksia 24 GHz ja 77 GHz taajuudella tutkitaan laboratorio-oloissa viitteessä [5], Selkeyden vuoksi mittausmenettelyä selostetaan seuraavassa lyhyesti valikoitujen 24 GHz taajuudella tehtyjen mittausten tulosten avulla.

A. Mittausjärjestely 20 Monostaattinen takaisinsironta asvalttinäytteestä mitataan verkkoanalysaattorin (HP 8510) ja kääntyvään varteen kiinnitetyn torviantennin avulla, jotta olisi mahdollista suorittaa takaisinsirontamittauksia eri tulokulmissa (0°-80°, 5 asteen portaissa). Mittausetäisyys on 46 cm, joka täyttää yleisesti vaadittavan kaukokenttäetäisyyden R > 2D2!λ, missä D on tutka-antennin suurin ulottuvuus ja λ on aallonpituus. Kuviossa 1 on valokuva mittausjärjestelystä.

25 Kooltaan 295x800 mm oleva asvalttinäyte (kivimastiksiasvaltti 16) on irrotettu suomalaisesta tiestä, jonka keskimääräinen liikennevirta on noin 8000 ajoneuvoa päivässä. Koska näyte on irrotettu talvikauden jälkeen, Suomessa yleisesti käytettävät nastarenkaat ovat kuluttaneet bitumia asvaltista siten, että kivitäyte on paljastunut. Tehtiin 1-2 mm paksu jääkerros jäähdyttämällä asvalttinäyte ensin nestetypellä (-196°C) ja kastelemalla se sitten vedellä. Jään 30 lämpötila pysyi välillä -5°C.. ,-15°C kokeiden aikana.

5 B. Tehon kalibrointi

Takaisinsirontateho kalibroitiin mittaamalla normaalin suuntainen heijastus metallilevystä. Metallilevystä heijastuva teho vaimenee Friisin vapaan tilan yhtälön mukaisesti: p f λ λ2 — = G2 — , (1)

Pt ^ J

5 missä r = 2Rm = edestakaisen signaalipolun pituus (jolloin Rm on yksisuuntaisen signaalipolun pituus metallilevyyn), Pt on vastaanotettu teho, G on antennin vahvistus ja λ on aallonpituus. Vastaanotetun ja lähetetyn tehon suhde on verrannollinen heijastuneen jännitteen neliöön: f \Sn,m( ~1Γ^Κ4=Χ(}2 tV ’ (2) 10 missä x on vakio. Näytteen tutkapoikkileikkaus on: (3)

Pt G2l2 missä Rs on etäisyys näytteeseen. Yhtälö (3) voidaan kiijoittaa muotoon: 15 σ = 1,<?"’ν1 (4π)^4 (4) missä ijlV on mitattu heijastuskerroin näytteestä. Kun ratkaistaan x yhtälöstä (2) ja sijoitetaan yhtälöön (4), saadaan I I2 HU πΚ7 (5) 1^11, m | m 20

Takaisin sironnut signaali karkeasta pinnasta, kuten asvaltista, on sekoitus useasta heikosta signaalista, joita synnyttävät pinnan pienet epäsäännöllisyydet. Koska nämä epäsäännöllisyydet ovat usein satunnaisesti jakautuneita, myös takaisin siroava signaali vaihtelee pinnan osasta toiseen. Siksi onkin järkevää tarkastella vain takaisin siroavan signaalin odotusarvoa, joka 25 merkitään (σ) :ksi.

6

Tie on laaja-alainen kohde: sen tehollinen kohdekoko, ja siten myös tutkapoikkileikkaus riippuu valaistavasta pinta-alasta. Tällaisille kohteille on ominaista sirontakerroin, joka määrittelee keskimääräisen tutkapoikkileikkauksen (σ) valaistavalla pinta-alalla A0 [16] «.-& (6)

Ao 5 Valaistavan pinta-alan rajoittaa pystysuunnassa joko pulssipituus cz tai antennin pystysuuntainen keilaleveys ()v, riippuen siitä kumpi on pienempi. Vaakasuunnassa mainittua valaistavaa aluetta rajoittaa tutka-antennin vaakasuuntainen keilaleveys. Valaistava alue on: A) = Rs ηιιη|θΑ γ8βο(π / 2-φ), /<s0„ j, (7) missä Rs on etäisyys valaistavaan näytteeseen (sen keskelle), c on valonnopeus, Φ on tulokulma 10 pinnan normaalin suhteen ja operaattori min{ } valitsee pienimmän arvon. Kun yhdistetään yhtälöt (5), (6) ja (7), saadaan näytteen kalibroitu sirontakerroin k I2 s

Pn,s ,0·.

σ°=-ιψ·-7-^-χ---y · (8)

Pii,m| minj0Ä — sec(n /2 —φ), RSQV \

Takaisinsirontakertoimet määritellään eri polarisaatioille. Seuraavassa takaisinsirontakerroin on 15 määritelty i%,:ksi, jossa ensimmäinen alaindeksi tarkoittaa lähetetyn signaalin polarisaatiota (h tarkoittaa vaakapolarisaatiota ja p pystypolarisaatiota) ja toinen alaindeksi tarkoittaa samaa vastaanotetun signaalin osalta.

C. Signaalinkäsittely

Jotta saatiin vain asvalttinäytteestä tulevat heijastukset, käytettiin aikaikkunointimenettelyä. 20 Tällä tavoin saatiin eliminoiduksi haittaavat signaalit, joita aiheuttavat heijastukset antennin impedanssiepäsovituksen johdosta ja heijastukset laboratoriosta. Aikaikkunoinnissa mitattu taajuusvaste (18-26,5 GHz) muunnetaan aika-alueeseen Fourier-muunnoksen avulla. Aikavaste suodatetaan porttifunktion avulla ja muunnetaan sitten takaisin taajuusalueeseen portitetun taajuusvasteen saamiseksi.

25 Koska takaisinsirontakerroin määritellään tilastolliseksi odotusarvoksi, on suoritettava useita mittauksia erilaisille (korreloimattomille) näytteille, jotta tämä kerroin saataisiin luotettavasti. Mittausten toistaminen useita kertoja eri asvalttinäytteiden kanssa on kuitenkin liian työlästä ja aikaa vievää. Takaisin siroavan signaalin odotusarvo hankitaan siksi tässä muodostamalla 7 keskiarvo yli taajuuskaistan sillä oletuksella, että keskimääräinen takaisinsironta pysyy vakiona taajuuskaistalla ja että takaisinsironta eri taajuuksilla on keskenään korreloimatonta.

D. Tulokset

Mitatut takaisinsirontakertoimet eri tulokulmilla kuivalle, märälle ja jäiselle asvaltille 5 taajuudella 24 GHz on esitetty kuviossa 2 (w-polarisaatio) ja kuviossa 3 (hh-polarisaatio).

Asvaltilla oleva vesi näyttäisi suurentavan takaisinsirontakerrointa lähellä normaalin suuntaista tulokulmaa kuivaan asvalttiin verrattuna. Suuremmilla tulokulmilla vesi suurentaa hieman takaisinsirontaa pystypolarisaation kanssa, mutta pienentää takaisinsirontaa vaakapolarisaation kanssa. Jää ei muuta takaisinsirontaa normaalin suuntaisella tulokulmalla mutta suurentaa sitä 10 suuremmilla tulokulmilla kummankin polarisaation kanssa verrattuna kuivaan asvalttiin.

Takaisinsirontakertoimen absoluuttinen arvo ei ole käytännössä soveltuva suure asvaltilla olevan veden tai jään tunnistamiseksi. Ensiksikin, absoluuttisen takaisinsirontakertoimen mittaukset ovat haastavia autotutkalla, koska kohde-etäisyys ja sääolot vaikuttavat takaisin siroavaan signaaliin. Lisäksi tulokulma ja asvalttityyppi, jotka ovat yleensä tuntemattomia 15 parametreja, vaikuttavat myös takaisin siroavaan signaaliin. Näiden tuntemattomien parametrien vaikutus eliminoidaan laskemalla takaisin siroavien signaalien suhteet eri polarisaatioiden osalta. Takaisinsirontakertoimien suhteita vv- ja hh-polarisaatiolla (ajohh) on esitetty kuviossa 4.

Vedellä ei ole mitään vaikutusta suhteeseen σΐΧ1σΜ, pienillä tulokulmilla, kun taas suurilla 20 tulokulmilla (50°-80°) suhde on noin 4 dB suurempi kuin kuivan asvaltin kanssa. Toisaalta jää suurentaa selvästi suhdetta oyrlohh pienillä tulokulmilla mutta pienentää hieman tätä suhdetta suurilla tulokulmilla. Keskimääräinen pieneneminen suurilla tulokulmilla on likimäärin 1 dB, vaikka kulma-arvolla 70° esiintyy lievä suurentuminen. Tämän aiheuttavat mitä todennäköisemmin heijastukset, jotka johtuvat mittausjäijestelyn epätäydellisyyksistä. Nämä 25 tulokset esittävät kuitenkin, että vesi ja jää muuttavat asvaltin takaisinsirontaominaisuuksia sillä tavoin, että ne voitaisiin tunnistaa vertaamalla suhdetta ovv/ohl, suurilla tulokulmilla.

Laboratoriokokeet suoritettiin myös 77 GHz:n taajuudella, mutta tällä taajuudella tulokset eivät olleet yhtä lupaavia kuin 24 GHz:n taajuudella. Takaisinsirontakertoimien suhteet 77 GHz taajuudella vv- ja hh-polarisaatiolla (σ,.,./(¾) on esitetty kuviossa 5.

30 8

Kenttäkokeet

Laboratoriokokeiden antamat lupaavat tulokset kannustivat tutkimaan 24 GHz taajuudella toimivan, tieolosuhteiden tunnistamiseen käytettävän tutkan konseptia kahdella kenttäkoehankkeella. Takaisinsirontaominaisuuksia jäisellä ja lumisella asvaltilla tutkittiin 5 ensimmäisessä mittaushankkeessa talviaikana, ja märän asvaltin takaisinsirontaominaisuuksia tutkittiin toisessa kesäajan hankkeessa.

A. Mittausjärjestely talviajan kokeita varten

Testiradat, joissa tieolot olivat erilaiset, tehtiin Ivalon lentokentän kiitotielle Suomessa. Tutkittavat tieolosuhteet olivat kuiva, jäinen ja luminen asvaltti. Asvalttimassa oli 8 mm 10 kivijakeella täytettyä ja se oli verraten sileää verrattuna normaaleihin asvalttipinnoitteisiin teihin, koska se oli vain vähän kulunutta. Jää ja lumi poistettiin asvaltilta kemikaaleilla, joita käytetään kiitoteiden puhdistamiseen. Nämä kemikaalit hakattiin pois asvaltilta, mutta on mahdollista, että asvaltti sisälsi jonkin verran jäänteitä, jotka ovat voineet vaikuttaa hieman asvaltin sähköisiin ominaisuuksiin.

15 Radan jäisellä osuudella oli noin 5 cm jääkerros. Jään pinta lanattiin tiehöylällä, joita käytetään jäisten teiden lanaamiseksi erityisesti Pohjois-Suomessa. Tiehöyläteki yhden senttimetrin syviä ja kolme senttimetriä leveitä uria jääpintaan. Urat olivat yhdensuuntaisia ajosuunnan kanssa, eli tutkan tähtäyssuunnan suuntaisia.

Lumikerros oli noin 10 cm paksu ja se tampattiin erityisellä tamppauskoneella, joka on 20 suunniteltu tuottamaan lumisten teiden kaltaiset olosuhteet tyypillisissä liikennetilanteissa.

Eri tieolosuhteet omaavat testiradat olivat ainakin 50 metriä pitkiä ja neljä metriä leveitä. Testiradat ja lähikuvat eri tiepinnoista on esitetty kuviossa 6.

Käytettiin samaa laitteistoa ja mittausmenettelyä kuin laboratoriokokeissakin. Mittauslaitteisto asennettiin pakettiauton tavaratilaan. Sähkö tuotettiin aggregaatilla ja tuotiin 25 verkkoanalysaattorille katkottoman virtalähteen (UPS) kautta. Aggregaatin pakokaasut vietiin ulos pakettiautosta jatketun pakoputken avulla. Pakettiauton tavaratilaa lämmitettiin sähkölämmittimen avulla verkkoanalysaattorin vaatiman huonelämpötilan pitämiseksi yllä. Mittausantennit kohdistettiin osoittamaan rataan pakettiauton takaovesta. Avatun takaoven aukko eristettiin solumuovilevyn avulla. Testiauto mittauslaitteistoineen on esitetty kuviossa 7.

9

Kuvion 7 vasemmanpuoleinen kuva esittää verkkoanalysaattorin, mittaustietokoneen ja aggregaatin, jotka sijoitettiin pakettiauton tavaratilaan. Kuvion 7 oikeanpuoleinen kuva esittää mittausantennit, jotka osoittivat taaksepäin pakettiauton takaovesta.

Mittausantennit sijoitettiin noin metrin korkeudella tien pinnasta. Takaisinsironta ajoradoista 5 mitattiin 65° tulokulmalla tienpinnan normaalin suhteen.

Kokeissa kunkin tieolosuhteen takaisinsirontamittaukset toistettiin viisi kertaa, jotta pystyttiin muodostamaan keskiarvo mittauksista. Mittausjäijestelyä ei tehokalibroitu, koska mittausten tavoitteena ei ollut laskea absoluuttisia takaisinsirontakertoimia vaan tutkia, kuinka eri polarisaatioiden takaisinsironta muuttuu eri tieolosuhteissa. Tien pintalämpötila oli välillä -10 10...-15 celsiusasteeseen kokeiden aikana.

B. Mittausjärjestely kesäajan kokeita varten Märän asvaltin takaisinsirontaominaisuudet tehtiin testiradalla, joka sijaitsi Nokialla Suomessa. Mittausjärjestely oli samanlainen kuin talvikokeissa käytetty. Mittauksessa käytettävät torviantennit sijoitettiin kuitenkin lähemmäs tien pintaa (0,6 metrin korkeudelle) ja suoritettiin 15 tehokalibrointi metallilevyllä, jotta saatiin absoluuttiset takaisinsirontakertoimet. Kokeissa testattu asvaltti oli nastarenkaiden kuluttamaa.

C. Tulokset

Mitattu kuivan, jäisen ja lumisen asvaltin takaisinsironta eri polarisaatioiden kanssa on esitetty kuviossa 6. Merkit esittävät yksittäiset mittaukset ja yhtenäiset viivat edustavat keskiarvoja 20 vastaavan tieolosuhteen ja polarisaation osalta. Kuivan ja märän asvaltin mitattu takaisinsironta eri polarisaatioiden kanssa on esitetty kuviossa 7. Kuviot 8 ja 9 esittävät eri polarisaatioiden takaisinsirontasuhteet.

Kuvion 6 data osoittaa, että jää suurentaa takaisinsirontaa kaikilla polarisaatioilla 2-3,5 dB verrattuna kuivaan asvalttiin. Tämä tulos on sopusoinnussa laboratoriokokeiden kanssa, joissa 25 jää lisäsi takaisinsirontaa 2-3 dB tulokulman ollessa 65°. Jäiseen asvalttiin verrattuna lumi lisää takaisinsirontaa entisestään 1-3,5 dB:n verran. Käänteisteoreeman mukaisesti takaisinsironta hv-polarisaation kanssa on sama kuin vh-polarisaation kanssa. Tämä näyttäisi pitävän näissä mittauksissa, vaikka takaisinsironta vh-polarisaation kanssa onkin hieman suurempi kuin hv-polarisaation kanssa. Tällainen tulos ilmentää kokeiden epävarmuutta ja toistettavuutta.

10

Vesi lisää takaisinsirontaa vaakapolarisaation kanssa ja pienentää sitä pystypolarisaation kanssa verrattuna kuivaan asvalttiin (kuvio 7). Myös tämä tulos on hyvin sopusoinnussa laboratoriotestien tulosten kanssa.

Kuten aiemmin on selostettu, on edullista käyttää eri polarisaatioiden suhteita tieolojen 5 tunnistamiseksi. Kuvio 8 esittää, että jää pienentää suhteita oJahh, ovhlohh ja ahvlahh 1-1,5 dB verrattuna kuivaan asvalttiin. Lumi näyttäisi pienentävän suhteita edelleen 1-2 dB. Toisaalta vesi näyttäisi suurentavan suhdetta ajahh noin 5 dB, kuten voidaan nähdä kuviosta 9. Näiden tulosten mukaisesti on mahdollista tunnistaa asvaltilla oleva vesi, jää ja lumi 24 GHz tutkan kanssa 65° tulokulmalla. Samoissa tieolosuhteissa tehtyjen vierekkäisten mittausten välinen 10 vaihtelu on kuitenkin niin suurta, että keskiarvon muodostaminen on selvästikin välttämätöntä, jotta pystyttäisiin tunnistamaan eri tieolosuhteet. Todellisessa tutka-anturissa, joka pystyy mittaamaan nämä suhteet suoraan, vaihtelun oletetaan olevan olennaisesti pienempi.

Kummankin autotutkakaistan vertaamiseksi tieolosuhteiden ilmaisun suhteen mainitut kenttäkokeet suoritettiin myös 77 GHz:llä. Näiden kokeiden mukaan 24 GHz taajuus näyttäisi 15 paremmalta tieolosuhteiden tunnistukseen.

Pintasirontamallinnus

Asvaltin takaisinsirontaa on mallinnettu kohdeparametrien suhteuttamiseksi asvaltin takaisinsirontaominaisuuksiin. Pienen häiriön malli, jota käytettiin pintamallinnusta varten, olettaa kohdemateriaalin olevan tasalaatuista. Toisin kuin vesi, jää ja lumi ovat pienihäviöisiä 20 materiaaleja 24 Ghz:llä. Kun asvaltilla on jäätä tai lunta, tutkasignaali kohtaa kerrostuneen rakenteen. Pienen häiriön mallia voidaan siksi käyttää vain kuivalle ja märälle asvaltille.

A. Pienen häiriön malli

Pienen häiriön mallia käytetään mallintamaan takaisinsironta karkeasta pinnasta [16]. Tässä mallissa oletetaan, että kohde on tasalaatuista materiaalia ja että karkeuden mitat ovat pienet 25 verrattuna vapaan tilan aallonpituuteen. Takaisinsirontakertoimet lasketaan seuraavista yhtälöistä: Ύο _^-2kyy\]n\W{n\-2kx) >PP 2 e L·] PP\ n\ ’ n=1 i;p = (2kzyTfppe{-ky)+ ^)iFpp(-K)+Fpp(kx)]; (10) 30 /w=^, (11) cos(|) (12) 11 COS(J)

Fvv{-kx)+Fjkx) = 2sin2φ(l + j?vv)2 Λ 1 ) μΓεΓ-8ίη2φ-εΓ οο82φ ’ (^) οοβφ [[. &r ) £r ΟΟβ2φ

Fhh(-kx)+Fhh{kx) = 2sm^(l + Rhhf L 1 λ [ir£r - sin2 φ - μ,. cos2 φ ’ (14) οοβφ LI Vr ) μ,20082φ _ ε,,οοβφ-^μ,,ε,,-βπ^φ ,

Rhh--1 , (1j) ε,. cos φ + y \xt£r - sin φ μ, οοβφ-Λ/μ,ε, — sin2 φ 5 Rvv=^l- 7 r ./, (16) μ, οοβφ + ^μ,ε,. -sin φ missä kz = kcos<P, kx = fein0, k = 2π!λ on aaltoluku, Φ = tulokulma pinnan normaaliin nähden, σ on pinnan kaltevuuden standardipoikkeama, sr ja μ,· ovat kohteen suhteellinen permittiivisyys ja permeabiliteetti, alaindeksit pp tarkoittavat polarisaatiota (hh tai pp) ja W^n\-2kx) on 10 pintakorrelaatiokertoimen n. potenssin Fourier-muunnos. Kun oletetaan, että pinnanmuoto on Gauss-korreloiva ja siinä on kahden asteista karkeutta, jotka eivät korreloi, tällöin

ft l n—m im τ 2 C^e T

w(n){K)=£nMb_L^e 4 9 (17) [n — m f. ml 2 m=0 v ' • 22*2*2 2 missä a = σγ /σ, b = σ2 Ισ ja σ\ ja σ2 kahden asteisen kaltevuuskorkeuden varianssit ja σ 15 kaltevuuskorkeuden kokonaisvarianssi, referenssitaso valitaan niin, että σ:η keskiarvo on nolla.

Ekvivalenttisen korrelaatiopituuden L neliö saadaan seuraavasta: L2=-,-(18) (n —m )L2 + mLx missä L\ ja L2 ovat kahden asteisen karkeuden korrelaatiopituudet. Malli pätee vain asteeltaan 20 pienelle ja keksisuurelle pintakarkeudelle. Jotta pienen häiriön malli pätisi, edellytyksenä on tavallisesti, että

MkL) <1.2^ (19) permittivisyyden ;:r omaavan pinnan osalta 12 B. Mallin sovitus mittauksiin

Koska käytettävissä ei ole asvaltin pinnan tilastollisia tietoja, kaltevuuskorkeuksia σ2 ja n·2 sekä korrelaatiopituuksia L\ ja L2, malli sovitetaan laboratoriomittaustuloksiin. Pintaparametrit valitaan niin, että saadaan minimoiduksi ^ J*|G rneas,vv (ψ) O model,vv (ψ )| |θ meas,hh (ψ )— O model,hh (ψ )|^Φ 5 (^^0 missä mitattu takaisinsirontakerroin Gmeas ja mallinnettu takaisinsirontakerroin amodei on annettu desibeleinä.

Viitteet [17] ja [18] tuovat julki, että asvaltin dielektrinen vakio on 2,6 mikroaaltotaajuuksilla. 10 Tätä arvoa käytetään mallissa kuivalle asvaltille. Viitteessä [19] esitetyn mallin nojalla lämpötilassa 20°C olevan veden suhteellinen permittiivisyys on 33 - /23 taajuudella 24 GHz, mikä antaa tunkeutumissyvyydeksi 0,77 mm. Koska vesikerroksen paksuus kokeissa oli huomattavasti suurempi kuin tunkeutumissyvyys, märän asvaltin suhteellisena permittiivisyytenä voidaan pitää veden suhteellista permittiivisyyttä. Tässä mallissa veden 15 suhteellinen permittiivisyys on asetettu arvoon 33.

C. Mallinnettu takaisinsironta

Parhaan yhteensovituksen mallin ja asvaltin laboratoriomittausten tulosten välillä antavat pintaparametrit, jotka on lueteltu taulukossa I.

Taulukko I

20 Pintaparametrit, jotka antavat parhaan yhteensovituksen laboratoriomittausten ja mallin kesken Märkä asvaltti = 33) σι (mm) 0,6545

Li (mm) 14,1840 σ2(ηηη) 0,2018 L2 (mm) 3,7632 13

Mallinnetut ja mitatut takaisinsirontakertoimet märältä asvaltilta on esitetty kuviossa 10.

Mallia käytetään sen tutkimiseksi, kuinka pintaparametrit σ\, Lh σ2, L2) vaikuttavat suhteeseen ajauh- Kuvio 11 esittää suhteen erilaisilla suhteellisilla permittiivisyyksillä, kun 5 muut parametrit vastaavat taulukossa I esitettyjä. Kuvio 12 esittää saman suhteen eri arvoilla σ\ ja Li, kun sr = 33. Parametrien σ2 ja L2 vaikutus on esitetty kuviossa 13.

Kuvio 11 paljastaa, että suhde σΐΧίσΜ, suurenee kohteen suhteellisen permittivisyyden suurentuessa. Tässä esimerkissä σγγίσΜι suurenee 17 dB:llä tulokulmalla 70 astetta, kun suhteellinen permittiivisyys suurenee kolmesta 33:een. Kuten voidaan nähdä kuviosta 12, ajohh 10 ei muutu paljon, kun pintaparametrit σι ja Li puolitetaan tai kaksinkertaistetaan. Kun parametrit σ2 ja L2 kaksinkertaistetaan alkuperäisarvostaan, suhde pienenee 10 dB suurilla tulokulmilla, kuten voidaan nähdä kuviosta 13. Pintaparametrien käytettävällä arvoalueella suhteellinen permittiivisyys näyttää kuitenkin olevan hallitsevin suhteeseen avv/akk vaikuttava parametri. Tämä analyysi kertoo, että asvaltilla oleva vesi vaikuttaa takaisinsirontasuhteeseen paljon 15 merkittävämmin kuin asvaltin ominaisuuksien vaihtelut. Teoria ja kokeet tukevat siten ajatusta, että asvaltilla oleva vesi voidaan ilmaista 24 GHz tutkan avulla suurella tulokulmalla.

Tutkalle asetettavat vaatimukset

Jotta olisi mahdollista tunnistaa eri tieolosuhteet, tutkan pitäisi pystyä mittaamaan takaisinsironta eri polarisaatioilla. Kaupallisia autotutka-antureita, jotka toimivat vain yhdellä 20 polarisaatiolla, voitaisiin muuttaa toimimaan useilla polarisaatioilla lisäämällä kaksoispolarisointiantenni ja vaihtokytkin lähettimen tai vastaanottimen puolelle tai kummallekin. Kaksoispolarisointitutka-anturi, joka soveltuu autokäyttöön, on kuvattu viitteessä [20].

Kun käytetään tutka-anturia moneen tarkoitukseen, kuten tieolosuhteiden tunnistamiseksi ja 25 törmäysvaroituksen antamiseksi, tarvitaan vaihtokytkettävää antennia niin, että tutkakeilaa voidaan vaihtaa tien pinnan ja ajoneuvon liikkumissuunnan välillä. Kun käytetään lyhyen kantaman tutkaa, jossa on pienen vahvistuksen (ja siten leveän pääkeilan) omaava antenni, voisi olla mahdollista kohdistaa antenni niin, että se näkee sekä tien pinnan että muut kohteet/esteet samanaikaisesti.

30 Lasketaan seuraavassa tieolosuhteiden tunnistukseen tarkoitetun 24 GHz, lyhyen kantaman tutkan tehovaraustarve. Sijoittamalla (6) ja (7) tutkayhtälöön (3) saadaan vastaanotettava teho (suurilla tulokulmilla): 14 ^=^^^εε(π/2_φ) (21)

Viitteessä [21] on esitetty 24 GHz lyhyen kantaman autotutka, jonka parametrit ovat seuraavat: τ = 400 ps, huipputeho P, = 6 dBm ja ekvivalenttinen isotrooppisesti säteilty teho (EIRP), 5 määriteltynä lähetystehon ja antennivahvistuksen tulona, 20 dB. Tästä saadaan antennivahvistukseksi 14 dBi. Oletetaan antennille neliöaukko, keilaleveys on likimäärin ()h = 40° taajuudella 24 GHz. Oletetaan lisäksi, että tutka sijaitsee 0,5 m maanpinnan yläpuolella ja että tulokulma on Φ = 75°, mistä seuraa kohde-etäisyydeksi R = 1,9 m. Kesäaikana tehtyjen kenttäkokeiden mukaan sirontakertoimet voivat olla alimmillaan -55 dB. Vastaanottimen 10 pohjakohinataso saadaan seuraavasta:

Pn=k(Tr+Ta)B, (22) missä k on Boltzmannin vakio, Tr on vastaanottimen kohinalämpötila, Ta on antennin kohinalämpötila ja B on kohinakaistanleveys. Kun kyseessä on taajuusmoduloidun jatkuvan aallon (FMCW) tutka-arkkitehtuuri, kohinakaistanleveyttä rajoittaa Doppler-taajuus, jonka 15 aiheuttaa ajoneuvon liike. Oletetaan ajoneuvon suurimmaksi nopeudeksi 200 km/h, Doppler-siirtymä 24 GHz:llä on 9 kHz. Oletetaan edelleen, että antennin lämpötila on 270 K ja vastaanottimen kohinalämpötila on 1160 K (vastaa 7 dB kohinalukua), vastaanottimen pohjakohinataso on -127,5 dBm, mikä antaa 14 dB signaali-kohinasuhteen, katso taulukko II. Tällä estimoinnilla päädytään siihen, että 24 GHz:n lyhyen kantaman autotutka tieolosuhteiden 20 tunnistamista varten on hyvin toteuttamiskelpoinen.

Taulukko II

Estimoitu tehovaraustarve Lähetetty teho Pt = 6 dBm

Antennivahvistus G = 14 dBi

Aallonpituus 24 GHz:llä λ = 1,9 m

Etäisyys valaistavaan alueeseen R = 1,9 m

Sirontakerroin σο = -55 dB

Pulssinleveys τ = 400 ps 15

Antennin vaakasuuntainen keilaleveys 0* = 40°

Tulokulma Φ = 75°

Vastaanotettu teho TV = -104,5 dBm

Antennilämpötila

Ta = 270 K

Vastaanottimen kohinalämpötila

Ta= 1160 K

Kohinakaistanleveys B = 9 KHz

Pohjakohinataso P„ = -m,5 dBm

Signaali-kohinasuhde

14 dB

Päätelmät Tässä esityksessä selvitetään 24 GHz autotutkan käyttöä niiden kohtien tunnistamiseksi, joissa kitka on pienentynyt asvaltilla olevan veden, jään tai lumen takia. Kuivan, märän ja jäisen 5 asvaltin takaisinsirontaominaisuuksia on tutkittu kenttäkokeilla. Lisäksi on tutkittu veden vaikutusta asvaltin takaisinsirontaominaisuuksiin karkean pinnan sirontamallin avulla.

Eri polarisaatioiden takaisinsirontasuhteen mittaus osoittautui parhaaksi menetelmäksi ilmaista pienentyneen kitkan kohdat. Tällainen differentiaalinen mittaus antaa mahdollisuuden eliminoida tai vähentää useimpien tuntemattomien parametrien vaikutuksia, jolloin näitä 10 parametreja ovat mittausetäisyys, asvaltin ominaisuudet, sääolosuhteet jne. ja jotka parametrit vaikuttavat absoluuttisen takaisinsironnan mittauksiin.

Ei polarisaatioiden kanssa saadut takaisinsirontasuhteet kuivalle, märälle, jäiselle ja lumiselle asvaltille havaittiin riittävän erilaisiksi tieolosuhteiden tunnistamiseksi 24 GHz:llä. Veden vaikutusta takaisinsirontaominaisuuksiin tutkittiin kokeilla ja pintasirontamallin avulla. 15 Laboratorio- ja kenttäkokeiden perusteella vesi suurentaa suhdetta a-Jahh 3-9 dB suurilla tulokulmilla kuivaan asvalttiin verrattuna. Pintasirontamallin kanssa saadut tulokset todentavat, että vesi suurentaa suhdetta ajahh Ennakoitu 17 dB muutos tulokulmalla 70°, oli kuitenkin suurempi kuin mitattu (7 dB). Pintasirontamallia käytettiin myös sen tutkimiseksi, kuinka pintaparametrit vaikuttavat asvaltin takaisinsirontaominaisuuksiin. Havaittiin, että vesi muuttaa 16 asvaltin takaisinsirontaominaisuuksia enemmän kuin eri asvalttityyppien aiheuttamat erot. Vesi on siksi mahdollista ilmaista luotettavasti.

Jäisen asvaltin takaisinsirontaominaisuuksia tutkittiin laboratorio- ja kenttäkokein. Kummatkin kokeet osoittivat, että toisin kuin veden kanssa, joka suurentaa suhdetta o-Johh, jää pienentää sitä 5 1-2 dB suurilla tulokulmilla verrattuna kuivaan asvalttiin. Kenttäkokeet osoittivat myös, että jäisellä asvaltilla normalisoidut ristikkäispolarisaatiokomponentit σνίιΙσΜ, ja OhJohh ovat 1-2 dB pienemmät kuin kuivalla asvaltilla. Lumen havaittiin pienentävän suhteita σνν/σω, o-Jout ja GkJohh entisestään 1-2 dB jäiseen asvalttiin verrattuna.

Tieolosuhteet tunnistavan tutkan on pystyttävä mittaamaan takaisinsironta eri polarisaatioiden 10 osalta. Kaupallisesti saatavilla olevia autotutkia voitaisiin muuttaa lisäämällä niihin kaksoispolarisoitu antenni ja vaihtokytkin lähetin- tai vastaanotinpuolelle tai kummallekin puolelle. Lisäksi jos käytetään monikäyttötutkaa, tarvitaan vaihtokytkettävää antennia niin, että tutkakeilaa voidaan vaihtokytkeä tienpinnan ja ajoneuvon liikesuunnan välillä. Tehovaraustarvelaskennat osoittivat, että 24 GHz lyhyen kantaman tutka tieolosuhteiden 15 tunnistamista varten on hyvin toteuttamiskelpoinen.

Autotutkien odotetaan parantavan turvallisuutta ja ajomukavuutta sillä tavoin, että ne parantavat kuljettajan kykyä havaita esteet huonon näkyvyyden oloissa tai kuolleisiin kulmiin jäävät esteet. Autotutkia voitaisiin käyttää myös ilmaisemaan tieolosuhteet, kuten tiellä olevan veden tai jään aiheuttama pienentynyt kitka. Nykyisin vesi ja jää ilmaistaan optisilla infiapuna-antureilla, jotka 20 eivät ole kustannustehokkaita tavallisiin henkilöautoihin. Tutka-antureiden etuna optisiin antureiden nähden olisi se, että eteenpäin katsovat tutkat voisivat ilmaista pienentyneen kitkan kohdat pitkältä etäisyydeltä, kun taas optisten antureiden ilmaisuväli on vain muutamia metrejä. Lisäksi kun käytetään monikäyttötutka-antureita, antureiden kokonaismäärä ei kasva, mikä myös antaa kustannusetua.

25 Tieolosuhteet ilmaistaan vertaamalla tiestä takaisin sironnutta signaalia eri autotutkataajuuksilla 24 Ghz ja 77 GHz ja eri polarisaatioilla (lineaarinen vaaka- ja pystypolarisaatio). Se edellyttää autotutkaa, joka pystyy vaihtamaan polarisaatiota ja taajuutta. Nykyiset kaupallisesti saatavilla olevat anturit toimivat vain yhdellä taajuudella ja polarisaatiolla.

Tämän tieolosuhteiden tunnistamismenetelmää koskevan keksinnön ominaisuudet voivat 30 vaihdella, mutta sisältävät seuraavat tunnusmerkit: tutka mittaa takaisinsironnan tien pinnasta vaaka- ja pystypolarisaatiolla, tieolosuhteet tunnistetaan eri polarisaatioiden välisen suhteellisen takaisinsironnan perusteella, 17 tutka toimii taajuuksilla 22-24 GHz, tutka valaisee tienpintaa ajoneuvon etupuolella, tutka on monostaattinen (lähetin ja vastaanotin samassa paikassa), tutka-antennin keilaleveys on 10-20 astetta, 5 tutkasignaali on pulssitettu tiestä tulevien heijastusten erottamiseksi muista heijastuksista.

18

Viitteet [1] "Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Radio equipment to be used in 24 GHz band; System Reference Document for automotive collision warning Short Range Radar," ETSI TR 101 982 V1.2.I, July 5 2002.

[2] "Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Road Transport and Traffic Telematics (RTTT); Radar equipment operating in the 76 GHz to 77 GHz range; Part I: Technical characteristics and test methods for radar equipment operating in the 76 GHz to 77 GHz range;" ETSI EN 301 091- 10 I VU.3, Nov. 2006.

[3] "Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Road Transport and Traffic Telematics (RTTT); Radio equipment to be used in the 77 GHz to 81 GHz band; System Reference Document for automotive collision warning Short Range Radar," ETSI TR 102 263 V 1.1.2, Feb. 2004.

15 [4] M. Andersson, F. Bruzelius, J. Casselgren, M. Gäfvert, M. Hjort, J. Hulten, F.

Häbring, M. Klomp, G. Olsson, M. Sjödahl, J. Svendenius, S. Woxneryd, and B. Walivaara, "Road friction estimation," Saab Automobile AB, Sweden, IV SS Project Report, Reference number: 2004:17750, June 2007.

[5] R. Finkele, A. Schreck, and G. Wanielk, "Polarimetric road condition classification 20 and data visualisation," Proceedings of' the International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Firenze, Italy, July 1995, pp. 1786 - 1788.

[6] H. Rudolf, G. Wanielik, and A. J. Sieber, "Road condition recognition using microwaves," Proceedings of the IEEE Conference on Intelligent Transportation System, Boston, MA, USA, Nov. 1997, pp. 996 - 999.

25 [7] F. T. Ulaby, K. Sarabandi, and A. Nashashibi, "Statistical properties of the Mueller matrix of distributed targets," IEE Proceedings-F. Vo!. 139, No. 2, pp.

136 - 146, Apr. 1992.

[8] R. Kees and 1. Detlefsen, "Road surface classification by using a polarimetric coherent radar module at millimetre waves," Proceedings of IEEE National 30 Telesystems Conference, 1994, pp. 95 - 98.

[9] R. Finkele, "Detection of ice layers on road surfaces using a polarimetric millimeter wave sensor at 76 GHz," Electronics Letters, Vo!. 33, No. 13, pp. 1153 19 - 1154, June 1997.

[10] W. Hetzner, "Recognition of road conditions with active and passive millimetre-wave sensors," Frequenz, Vo!. 38, No. 7/8, pp. 179 - 185, 1984.

[11] G. Magerl, W. Pritzl, and W. Frohling, "Remote sensing of road condition," 5 Proceedings of the International Geoscience and Remote Sensing Symposium,

June 1991, pp. 2137 -2140.

[12] R. Schneider, G. Wanielik, and J. Wenger, "Radar arrangement for road condition detection in motor vehicle," German patent DE 19715999, Oct. 1998.

[13] R. Finkele, A. Schreck, and G. Wanielik, "Multi-sensor advance detection of road 10 conditions in front of vehicle using narrow beam millimeter radar and infrared radar beam targeting a road section in front of vehicle," German patent DE 19932094,Jan. 2001.

[14] H. S. Kim, "Road surface sensing device," Korean patent KR 2001047234, June 2001.

15 [15] V. Viikari, T. Varpula, and M. Kantanen, "Automotive radar technology for detecting road conditions. Backscattering properties of dry, wet, and icy asphalt," submitted to The European Radar Conference, 2008.

[16] A. K. Fung, Microwave Scattering and Emission Models and Their Applications. Boston: Artech House, 1994, 573 p.

20 [17] http://www.clippercontrols.comlinfo/dielectric constants.html [18] http://hvpertextbook.comlphvsicsielectricitv/dielectricsi [19] T. Meissner and F. J. Wentz, "The complex dielectric constant of pure and sea water from microwave satellite observations," IEEE Transactions on 25 Geoscience and Remote Sensing, Vo!. 42, No. 9, pp. 1836 - 1849, Sept. 2004.

[20] M. Wollitzer, J. Buechler, J.-F. Ly, U. Siart, E. Schmidhammer, J. Detlefsen, and M. Esslinger, "Multifunctional radar sensor for automotive application," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vo!. 46, No. 5, pp. 701 -708, May 1998.

30 [21] M. Klotz and H. Rohling, "24 GHz radar sensors for automotive applications," In the Proceedings of the 13'" International Conference on Microwaves,

Radar and Wireless Communications. 2000. MIKON-2000, 2000, pp. 359 - 362.

Claims

20

1. Menetelmä tieolosuhteiden tunnistamiseksi, tunnettu siitä, että tieolosuhteet ilmaistaan vertaamalla tien pinnasta takaisin sironnutta signaalia vaaka- ja pystypo larisaatiolla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tieolosuhteet tunnistetaan eri polarisaatioiden välisen suhteellisen takaisinsironnan perusteella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään tutkaa, joka toimii taajuuksilla 22-24 GHz.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään tutkaa, 10 joka valaisee tienpintaa ajoneuvon etupuolella.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään tutkaa, joka on monostaattinen siten, että tutkan lähetin ja vastaanotin ovat samassa paikassa.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään tutkaa, jonka tutkasignaali on pulssitettu tiestä tulevien heijastusten erottamiseksi muista 15 heijastuksista.

7. Laitteisto tieolosuhteiden tunnistamiseksi, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu ilmaisemaan tieolosuhteet vertaamalla tien pinnasta takaisin sironnutta signaalia vaaka- ja pystypolarisaatiolla.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää tutkan, 20 joka toimii taajuuksilla 22-24 GHz.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää monostaattisen tutkan, jonka lähetin ja vastaanotin ovat samassa paikassa.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää monostaattisen tutkan, jonka tutka-antennin keilaleveys on 10-20 astetta. 25 21