DE69825341T2 - Verfahren und Vorrichtung für dauerstrichfrequenzmodulierte Radardetektion mit Mehrdeutigkeitsauflösung zwischen Entfernung und Geschwindigkeit - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für dauerstrichfrequenzmodulierte Radardetektion mit Mehrdeutigkeitsauflösung zwischen Entfernung und Geschwindigkeit Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Radarerfassung mit Dauerstrich-Frequenzmodulation, die eine Aufhebung der Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit erlaubt. Sie ist insbesondere auf Radargeräte für Kraftfahrzeuge anwendbar, die sich in einer Mehrziel-Umgebung bewegen, zum Beispiel in dem Fall, in dem die vorhandenen Zielobjekte relativ geordnet sind.
  • Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mit Radargeräten zur Regelung des Straßenverkehrs auszustatten, wobei diese Geräte insbesondere Aufgaben der Geschwindigkeitsregelung oder der Erfassung von Hindernissen ausführen. Ein Radargerät zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs hat insbesondere die Aufgabe, die Entfernung und die Geschwindigkeit zwischen einem Trägerfahrzeug und dem vor ihm fahrenden Fahrzeug zu erfassen, um es dem Trägerfahrzeug zu ermöglichen, seine Geschwindigkeit in Bezug auf diejenige des vor ihm fahrenden Fahrzeugs einzustellen, zum Beispiel zur Erfüllung von Sicherheitskriterien. Ein solches Radargerät bewegt sich hauptsächlich in einer Mehrziel-Umgebung. Außerdem sind die vorhandenen Zielobjekte relativ geordnet:
    • – entweder um eine gewisse Geschwindigkeit herum mit beliebigen Entfernungen, insbesondere, wenn Zielfahrzeuge in einer wartenden Verkehrsschlange aufeinander folgen, oder wenn die erfassten Ziele tatsächlich Bodenechos entsprechend;
    • – oder um eine gewisse Entfernung herum mit verschiedenen Geschwindigkeiten, insbesondere wenn ein Fahrzeug ein anderes überholt.
  • Da ein Radargerät mit Dauerstrich-Frequenzmodulation, das nachfolgend FM-CW-Radar genannt wird, in seiner einfachen Version darin besteht, in einem gegebenen Bereich eine lineare Dauerstrich-Frequenzmodulation durchzuführen, ist es für den Fall, in dem nur ein einziges Zielobjekt in einem gegebenen Zeitpunkt getroffen werden kann, bekannt, die Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit aufzuheben, indem Frequenzmodulationsrampen mit entgegengesetzten Steigungen abwechseln. In manchen Mehrziel-Situationen wird eine dritte Frequenzrampe verwendet, im allgemeinen mit einer Steigung Null, und schließlich kann eine vierte Folge nötig sein, um den Zweifel zu aufzuheben.
  • Diese Lösung hat große Nachteile, insbesondere die folgenden:
    • – die Empfindlichkeit des Radars wird aus zwei Hauptgründen reduziert: – die Beobachtungszeit des Zielobjekts muss in drei oder vier Integrationsintervalle aufgeteilt werden; – das Zielobjekt muss in jeder der Folgen erfasst werden.
    • – es können fehlerhafte Aufhebungen der Mehrdeutigkeiten verbleiben, was tatsächlich "Phantom"-Stellen erzeugt, umso mehr als die Frequenzauflösung durch die Aufteilung der Beobachtungszeit der Zielobjekte reduziert wird.
  • Ziel der Erfindung ist es insbesondere, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, indem sie es ermöglicht, die Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit durch Reduzierung der Anzahl von notwendigen Frequenzrampen aufzuheben. Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein Radarerfassungsverfahren mit Dauerstrich-Frequenzmodulation zu Gegenstand, das eine Aufhebung der Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit erlaubt, dadurch gekennzeichnet, dass das Radargerät mindestens abwechselnd zwei geringfügig versetzte, parallele und diskontinuierliche Frequenzmodulationsrampen aussendet, wobei die Frequenz nach einer gegebenen Zeitdauer von einer Rampe zur anderen umschaltet, wobei die Entfernung eines erfassten Zielobjekts in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen einem empfangenen Signal entsprechend der ersten Rampe und einem empfangenen Signal entsprechend der zweiten Rampe geschätzt wird, wobei die Geschwindigkeit des Zielobjekts ausgehend von der geschätzten Entfernung und der dem Zielobjekt zugeordneten Mehrdeutigkeitsgeraden erhalten wird.
  • Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens zum Gegenstand.
  • Die Hauptvorteile der Erfindung sind, dass sie kein Problem der fehlerhaften Zuordnung im Mehrziel-Kontext aufweist, dass sie gute Messgenauigkeiten ermöglicht, dass sie in einem großen Anwendungsbereich arbeiten kann, dass sie wirtschaftlich und einfach anzuwenden ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:
  • 1 eine Abbildung des Arbeitsprinzips eines FM-CW-Radars mit linearer Modulation;
  • 2 in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene ein Beispiel einer Mehrziel-Situation gemäß dem Stand der Technik;
  • 3 eine Abbildung des Radarerfassungsverfahrens gemäß der Erfindung durch eine Darstellung der ausgesendeten Frequenzmodulation in der Frequenz-Zeit-Ebene;
  • 4 eine Abbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine Darstellung in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene;
  • 5 ein Beispiel einer möglichen Verbesserung der Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • die 6a und 6b Abbildungen der Betriebsbereiche eines gemäß dem Stand der Technik wirkenden Radargeräts bzw. eines gemäß der Erfindung wirkenden Radargeräts;
  • 7 eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 stellt das Betriebsschema eines FM-CW-Radars durch ein Beispiel mit linearer Frequenzmodulation 1 in einem gegebenen Frequenzbereich B dar. Diese Modulation wird durch eine Rampe mit gegebener Steigung dargestellt, die sich gemäß einer Periode T über den ganzen Frequenzbereich B wiederholt. Das Prinzip des FM-CW-Radars in seiner einfachsten Version besteht darin, in einem gegebenen Frequenzbereich B an einem von einem Signalgenerator kommenden Dauerstrich eine lineare Frequenzmodulation durchzuführen. Dieser Dauerstrich dient sowohl zum Senden als auch als lokaler Oszillator beim Empfang. Das empfangene Überlagerungssignal ist über einen Zeitintervall, der kürzer als die oder gleich der Periode T der Modulation 1 ist, ein sinusförmiges Signal mit einer mit f bezeichneten Frequenz. Bei einem unbeweglichen Zielobjekt, das sich in einer Entfernung D vom Radargerät befindet, wird die Überlagerungsfrequenz f durch die folgende Beziehung gegeben:
    Figure 00040001
    wobei B und T oben definiert wurden, C die Lichtgeschwindigkeit und τ die Hin- und Her-Ausbreitungsdauer vom Zielobjekt zum Radargerät darstellt.
  • Wenn das Zielobjekt sich mit einer relativen Geschwindigkeit Vr bezüglich des Radargeräts bewegt, wird die vorhergehende Frequenz unter Berücksichtigung des Dopplereffekts zu:
    Figure 00050001
    wobei λ die Wellenlänge des vom Radargerät ausgesendeten Signals darstellt, wobei dieses Signal insbesondere im Fall einer Kraftfahrzeuganwendung eine Frequenz von etwa 76 GHz aufweist.
  • Die Spektralanalyse des Überlagerungssignals über die maximale Dauer entsprechend der oben erwähnten Periode T ermöglicht es, eine Frequenzauflösung δf = 1/T zu erhalten. Wenn die relative Geschwindigkeit Vr des Zielobjekts von vorneherein bekannt ist, liefert die Beziehung (2) unzweideutig die Entfernung des Zielobjekts mit einer durch die folgende Beziehung definierten Fernauflösung:
    Figure 00050002
  • Umgekehrt, wenn die Entfernung D bekannt ist, wird die Geschwindigkeit unzweideutig gemäß der folgenden Beziehung erhalten:
    Figure 00050003
  • Im allgemeinen Fall gibt es eine Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit. Ein Überlagerungssignal mit der Frequenz f kann von jedem Zielobjekt erzeugt werden, dessen Entfernung D und Geschwindigkeit Vr die folgende Beziehung bestätigen:
    Figure 00060001
  • In einer Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene wird dieser Mehrdeutigkeitsort durch eine Gerade dargestellt. Wenn nur ein Zielobjekt in einem gegebenen Zeitpunkt getroffen werden kann, erfolgt die Aufhebung der Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit klassisch durch Abwechseln von Frequenzmodulationsrampen mit entgegengesetzten Steigungen und durch Lösen des folgenden Beziehungssystems:
    Figure 00060002
    wobei f1 und f2 die Frequenzen der empfangenen Überlagerungssignale darstellen.
  • Die Beziehung (6) entspricht einer ansteigenden Steigung und die Beziehung (7) einer abfallenden Steigung. Wenn es eine Anzahl N von Zielobjekten von mindestens zwei gibt, wird das Problem komplizierter, da jede Rampe zu N Geraden führt. Folglich gibt es N2 Schnittstellen, also N2 mögliche Zuordnungen. Die üblicherweise verwendete Lösung besteht darin, eine dritte Rampe hinzuzufügen, deren Steigung allgemein gleich Null gewählt wird. 2 stellt in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene ein Beispiel einer Mehrziel-Situation dar, in der diese dritte Rampe sich als unzureichend erweist. Die Anzahl von tatsächlichen Zielobjekten ist hier als Beispiel zwei, wobei diese Zielobjekte zum Beispiel das Gleichungssystem der Beziehungen (6) und (7) bestätigen. Die Positionen der beiden Zielobjekte in der erwähnten Ebene sind durch zwei Schnittpunkte 21, 22 dargestellt, während es insgesamt vier mögliche Schnittstellen 21, 22, 26, 27 gibt. Tatsächlich befinden sich diese beiden Punkte 21, 22 an Schnittstellen von zwei Geraden 23 mit ansteigender Steigung und zwei Geraden 24 mit abfallender Steigung. Geraden 25 mit einer Steigung Null ermöglichen es, eine Mehrdeutigkeit mit einer ersten Schnittstelle aufzuheben, die durch einen schraffierten Punkt 26 dargestellt ist, ermöglichen es aber nicht, die Mehrdeutigkeit mit einem anderen Schnittpunkt aufzuheben, der durch einen leeren Punkt 27 dargestellt ist. Eine bekannte Lösung, um diese Mehrdeutigkeit aufzuheben, erfordert es dann, eine vierte Folge zu verwenden, die übrigens nicht unbedingt eine Frequenzmodulationsrampe ist. Diese Lösung hat allerdings die oben erläuterten Nachteile. Ein erster Nachteil liegt insbesondere im Vorhandensein einer reduzierten Empfindlichkeit des Radars, da einerseits die Beobachtungszeit des Zielobjekts in drei oder vier Integrationsintervalle aufgeteilt werden muss und da andererseits das Zielobjekt in jeder der Folgen erfasst werden muss. Ein zweiter Nachteil besteht außerdem darin, dass fehlerhafte Mehrdeutigkeits-Aufhebungen verbleiben können, umso mehr, als die Frequenzauflösung durch die Aufteilung der Beobachtungszeit der Zielobjekte reduziert wird.
  • 3 stellt das erfindungsgemäße Radarerfassungsverfahren durch eine Darstellung in der Frequenz-Zeit-Ebene der gesendeten Frequenzmodulation 31 dar. Erfindungsgemäß sendet das Radargerät abwechselnd während einer Zeitdauer Tf zwei parallele und diskontinuierliche Frequenzmodulationsrampen 32, 33 in einem Bereich B, deren Frequenzen geringfügig um einen Frequenzabstand ΔF verschoben sind. Die Umschaltfrequenz 1/2Tf zwischen der einen oder der anderen Rampe bestimmt die Frequenzmehrdeutigkeit der Wellenform.
  • Angenommen, dass zwei Tastproben S1(t) und S2(t) vom von einem Zielobjekt, das sich am Zeitursprung in der Entfernung D befindet und eine relative Geschwindigkeit Vr hat, empfangenen Signal genommen werden, wird zu einem Zeitpunkt t die Verzögerung τ der Ausbreitung der Radarsignale durch die folgende Beziehung gegeben, wobei der Zeitursprung der Beginn der ersten Rampe ist:
    Figure 00080001
    • • wobei das erste Signal S1(t) der ersten Rampe zum Zeitpunkt t in einem k-ten Rampenumschaltzyklus entspricht, d.h. 2kTf ≤ t < (2k + 1)Tf;
    • • und das zweite Signal S2(t) der zweiten Rampe zum Zeitpunkt t + Tf entspricht, wobei t immer noch zum k-ten Umschaltzyklus gehört;
    die augenblickliche Frequenz und der Wert des auf der ersten Rampe zum Zeitpunkt t gesendete Signals werden dann je durch die folgenden Beziehungen gegeben:
    Figure 00080002
    die augenblickliche Frequenz und der Wert des auf der zweiten Rampe zum Zeitpunkt t + Tf gesendeten Signals werden dann je durch die folgenden Beziehungen gegeben:
    Figure 00080003
    Figure 00090001
  • F0 stellt die Basisfrequenz der vom Radar in Abwesenheit jeder Modulation gesendeten Signale dar, wie oben gesehen wurde, stellt B den Frequenzwanderungsbereich dar, d.h. tatsächlich die Amplitude der Rampen, φk1 und φk2 stellen die Phasen am Ursprung jedes Umschaltzyklus dar. φk1 und φk2 sind unbestimmt, wenn die Phasenkohärenz nicht von einem Zyklus zum anderen gewährleistet ist. Bezüglich der Phasenkohärenz ist anzumerken, dass, solange die Entfernung des Zielobjekts unter der Entfernungs-Pseudo-Mehrdeutigkeit CT/2 liegt, die Phasenkohärenz nur innerhalb eines Rampenintervalls einer Dauer gleich der Wiederholperiode T der Rampen notwendig ist. Insbesondere kann die Phase am Ursprung jeder dieser Perioden oder Intervalle einer Dauer T beliebig sein, da das lokale Schwingungssignal beim Empfang gleich dem übertragenen Signal ist, abgesehen von einer Zeitverzögerung und dem Dopplereffekt. Die Kohärenz über mehrere Intervalle einer Rampe ist nur notwendig, wenn die Entfernung eines Zielobjekts größer ist als die vorhergehende Pseudo-Mehrdeutigkeit.
  • Da ein im Zeitpunkt t empfangenes Signal von einer Aussendung zum Zeitpunkt t – τ stammt, bestätigen die Überlagerungssignale S1(t) und S2(t) die folgenden Beziehungen:
    Figure 00090002
  • Wenn τ < Tf ist, heben sich die Phasenglieder am Ursprung auf und man erhält:
    Figure 00090003
    Figure 00100001
  • Für die Phasendifferenz Δφ = φ[S1(t)] – φ[S2(t + Tf)] gilt:
    Figure 00100002
  • Das Glied proportional zur Zeit Vrt der Beziehung (17) entspricht der leichten Entfernungsveränderung des Zielobjekts während der Gesamtzeit der Frequenzrampe. Es ist im allgemeinen vernachlässigbar, folglich wird die Phasendifferenz Δφ zwischen den beiden Signalen S1(t) und S2(t) angenähert durch die folgende Beziehung gegeben:
    Figure 00100003
  • Die Phasendifferenz zwischen den Signalen S1(t) und S2(t) ist also praktisch unabhängig von der Geschwindigkeit des Zielobjekts. Sie ermöglicht also eine direkte Messung der Entfernung des Zielobjekts. Die Messung dieser Phasendifferenz ermöglicht also tatsächlich eine Vorabschätzung der Entfernung D des Zielobjekts zum Radar, die durch die folgende Beziehung definiert wird:
    Figure 00100004
  • Diese Messung ist bis auf 2π mehrdeutig, was, wenn Δφ gleich 2π angenommen wird, einer Mehrdeutigkeitsentfernung D entspricht, die gemäß der folgenden Beziehung definiert wird:
    Figure 00110001
  • Wenn die Signal-Rauschverhältnisse von S1(t) und S2(t), die auf dem gleichen Pegel angenommen werden, mit R bezeichnet werden, ist die Messung der Phasendifferenz mit einem Fehler behaftet, dessen typischer Abstand σφ annähernd von der folgenden Beziehung angegeben wird:
    Figure 00110002
  • Die von dieser Messung der Phasendifferenz abgeleitete Entfernung ist so mit einem Fehler behaftet, dessen typischer Abstand σD = Dσφ ist, d.h. annähernd:
    Figure 00110003
  • Im allgemeinen ist ΔF sehr viel größer als
    Figure 00110004
    daher:
    Figure 00110005
  • So weit wie möglich sollte vorzugsweise versucht werden, dass die Genauigkeit der Vorabschätzung der Entfernung in der gleichen Größenordnung oder sogar besser als die Entfernungsauflösung liegt, die durch die Beziehung (2) geliefert wird, d.h. derart, dass:
    Figure 00110006
  • Gleichzeitig ermöglicht eine klassische Bearbeitung durch den FM-CW-Radar, für jedes Zielobjekt eine Mehrdeutigkeitsgerade in der Entfernungs-Geschwindigkeitsebene zu gewinnen. Wenn alle Zielobjekte sich jenseits der Mehrdeutigkeit der Entfernungs-Vorabschätzung, d.h. tatsächlich innerhalb der oben definierten Mehrdeutigkeitsentfernung D, befinden, genügt es, die durch die Messung der Phasendifferenz erhaltene Entfernungs-Vorabschätzung auf die zugehörige Mehrdeutigkeitsgerade zu übertragen, um die Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit aufzuheben, und dies unabhängig von der Anzahl von Mehrdeutigkeitsgeraden, d.h., unabhängig von der Anzahl von aufgelösten Zielobjekten. Tatsächlich führt jede nach der Analyse eines Überlagerungssignals erhaltene und einer Erfassung entsprechende Spektrallinie eine Mehrdeutigkeitsgerade in die Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene ein und ermöglicht eine Messung der Phasendifferenz, wobei diese letztere zu der Vorabschätzung der Entfernung führt. Die Zuordnung einer Geraden und einer Messung der Phasendifferenz ist also unbedingt notwendig.
  • 4 stellt das vorhergehende Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Diese Figur stellt einen Erfassungsfall dar, der auf zwei Zielobjekte angewandt wird, zum Beispiel diejenigen der 2. Die Radarbearbeitung hat es in einem ersten Schritt erlaubt, für ein erstes Zielobjekt eine erste Mehrdeutigkeitsgerade 41 in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene und für ein zweites Zielobjekt eine zweite Mehrdeutigkeitsgerade 42 zu extrahieren. Von den Zielobjekten wird angenommen, dass sie sich alle innerhalb der oben definierten Mehrdeutigkeitsentfernung D befinden. Die Entfernungs-Vorabschätzung 44, die durch die Messung der Phasendifferenz erhalten wird, ermöglicht in einem zweiten Schritt die Aufhebung der Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit auf der Mehrdeutigkeitsgeraden 41. In gleicher Weise ermöglicht die durch die Messung der Phasendifferenz erhaltene Entfernungs-Vorabschätzung 46 es in diesem zweiten Schritt, die Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit auf der zweiten Mehrdeutigkeitsgeraden 42 aufzuheben. Messunsicherheitszonen 43, 45 auf den Mehrdeutigkeitsgeraden, die um Entfernungs-Vorabschätzungen herum angeordnet sind, bleiben auf den Mehrdeutigkeitsgeraden, woraus ein Fehler σVr bei der Geschwindigkeit entsteht.
  • Aus der Beziehung (2) folgt also, dass die Geschwindigkeit eines Zielobjekts durch die folgende Beziehung gegeben wird, eine Gleichung der Mehrdeutigkeitsgeraden, die der Entfernung D zugeordnet ist:
    Figure 00130001
  • Unter Verwendung der Pseudo-Auflösungen in der Entfernung und der Geschwindigkeit, die gemäß den Beziehungen (3) und (4) erhalten werden, wobei D die vorgeschätzte Entfernung ist, entsteht:
    Figure 00130002
  • Wenn Zielobjekte sich jenseits der Mehrdeutigkeitsentfernung D befinden können, ist es notwendig, zuerst die Mehrdeutigkeit der Vorabschätzung aufzuheben, ehe die in Bezug auf 4 beschriebenen Schritte angewendet werden.
  • Ein FM-CW-Radar besitzt keine wirkliche Auflösung in den beiden Dimensionen Entfernung und Geschwindigkeit. Die Entfernungsgenauigkeit ist diejenige der Entfernungs-Vorabschätzung, die durch die Beziehung (23) gegeben wird. Die Geschwindigkeitsgenauigkeit wird abgeleitet aus der Beziehung (26). Im besten Fall, in dem das Rauschen bei der Entfernungs-Vorabschätzung Null ist, wird die Geschwindigkeitsgenauigkeit durch die spektrale Auflösung begrenzt. In den anderen Fällen bestätigen der Entfernungsfehler σD und der Geschwindigkeitsfehler σVr die folgenden Beziehungen:
    Figure 00140001
    wobei σ 2 / 0_vr die Geschwindigkeitsgenauigkeit ist, die nur durch die spektrale Auflösung begrenzt wird.
  • Die Beziehung (27) kann auch folgendermaßen geschrieben werden:
    Figure 00140002
  • Erfindungsgemäß wird eine Verbesserung der Messgenauigkeit, insbesondere, wenn das Signal-Rausch-Verhältnis schwach ist, durch Senden einer Folge von abwechselnd umgeschalteten doppelten ansteigenden Modulationsrampen mit einem Abstand ΔF, und dann einer Folge von abwechselnd umgeschalteten doppelten abfallenden Modulationsrampen mit dem gleichen Frequenzabstand ΔF erhalten. Die Entfernungs-Vorabschätzung ermöglicht es, für jede Rampenrichtung reduzierte Zonen auf jeder Mehrdeutigkeitsgeraden auszuwählen, die zum Beispiel für Entfernungen von ±2σ um die durch die Phasendifferenz gemessene Entfernung herum gewählt werden, wobei σ zum Beispiel den Entfernungsfehler darstellt. Die wirklichen Entfernungen und Geschwindigkeiten werden anschließend erhalten, indem die Schnittstellen der vorausgewählten Zonen gesucht werden. Diese Verbesserung ist nur dann anwendbar, wenn die Schnittstellen der Zonen nicht mehrdeutig sind. 5 stellt diese Verbesserung in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene der 4 und mit den beiden gleichen Zielobjekten dar. Wie man weiter oben für ein erstes Zielobjekt gesehen hat, ermöglicht eine erste Entfernungs-Vorabschätzung 44, die ausgehend von einer Folge von doppelten ansteigenden Rampen erhalten und dann einer Mehrdeutigkeitsgeraden 41 zugeordnet wurde, die Ableitung der tatsächlichen Geschwindigkeit des Zielobjekts, aber abgesehen von einer Unsicherheit 43. Die Verbesserung wird durchgeführt, indem eine zweite vorgeschätzte Entfernung 51, die um ±2σ um die erste vorgeschätzte Entfernung 44 herum liegt, bestimmt wird. Dem Zielobjekt ist eine abfallende Mehrdeutigkeitsgerade 52, und auf dieser Geraden eine Ungewissheitszone 53 zugeordnet. Die Schnittstelle der beiden Ungewissheitszonen 43, 53 macht aus ihnen zwei ausgewählte Zonen, gibt die gesuchte Entfernung 58 und die gesuchte Geschwindigkeit 59 an. Für das zweite Zielobjekt gibt die Schnittstelle von zwei reduzierten Zonen 45, 56 auf den Mehrdeutigkeitsgeraden 42, 55, die den ansteigenden und abfallenden Rampen entsprechen und ausgehend von geschätzten Entfernungen 46, 54 für diese gleichen Rampen erhalten werden, auch die gesuchten Koordinaten an.
  • Die erfindungsgemäße Aufhebung der Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit kann auf mehreren Rampen mit unterschiedlichen Steigungen funktionieren. Indem mindestens zwei Gruppen von Rampen verwendet werden, zum Beispiel mit entgegengesetzten Steigungen, und indem die Extraktion der Entfernung sich auf die eine oder die andere der elementaren Erfassungen stützt, die am Ausgang der beiden Gruppen erhalten werden, ist es möglich, den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene zu vergrößern, indem die blinde Zone reduziert wird. Die Entfernung des Zielobjekts wird tatsächlich durch eine logische Beziehung von der Art "ODER" zwischen den elementaren Erfassungen erhalten. Es ist zum Beispiel möglich, die Entfernung zu extrahieren, indem man sich abwechselnd auf die eine oder die andere Gruppe stützt. Die 6a und 6b stellen diesen Vorteil der Erfindung dar. 6a zeigt in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene die blinde Zone eines Radargeräts mit Aufhebung der Mehrdeutigkeit gemäß dem Stand der Technik, im bestmöglichen Fall. Diese Zone 101 stellt einen Bereich dar, der sich um die Mehrdeutigkeitsgeraden von Überlagerungsfrequenzen herum befindet, die um Null herum liegen. 6b zeigt, dass die blinde Zone 102 eines erfindungsgemäßen Radargeräts auf die Schnittstelle von zwei Bereichen 103, 104 begrenzt ist, die sich um Mehrdeutigkeitsgeraden von Frequenzen nahe Null herum befinden. Jeder Bereich entspricht eine Gruppe von Rampen. Beim Extrahieren der Entfernung, indem man sich zum Beispiel abwechselnd auf eine der beiden Gruppen von Rampen stützt, kann ein Zielobjekt 105, das sich in der blinden Zone eines Radargeräts gemäß dem Stand der Technik außerhalb der Schnittstelle der beiden erwähnten Bereiche 103, 104 befindet, mindestens jedes zweite Mal mit einem erfindungsgemäßen Radargerät erfasst werden. Die doppelt erfassten Zielobjekte werden zum Beispiel gemäß der Verbesserung bezüglich 5 verarbeitet, wobei die in einer einzigen Gruppe von Rampen erfassten Zielobjekte zum Beispiel gemäß dem Verfahren der 4 lokalisiert werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf die Verwendung von N umgeschalteten Frequenzmodulationsrampen verallgemeinert werden, deren Frequenzen geringfügig um einen Frequenzabstand zueinander verschoben sind. Zwei zusammengesetzte Signale werden durch zwei getrennte lineare Kombinationen der den N Rampen zugeordneten, empfangenen Signale geformt, zum Beispiel nach einer Kompensation der Verzögerungen aufgrund der nicht vorhandenen Gleichzeitigkeit der Rampen. Die Entfernungs-Vorabschätzung wird von der Messung der Phasendifferenz zwischen den beiden Mehrfrequenzsignalen abgeleitet. Wenn N = 4, kann ein erstes zusammengesetztes Signal zum Beispiel erhalten werden, indem das erste empfangene Signal S1 vom zweiten empfangenen Signal S2 abgezogen wird, d.h. S2-S1, und ein zweites zusammengesetztes Signal kann zum Beispiel erhalten werden, indem das dritte empfangene Signal S3 vom vierten empfangenen Signal S4 abgezogen wird. Alle Kombinationen, die es zum Beispiel ermöglichen, gegebene Transferfunktionen zu synthetisieren, können in Betracht gezogen werden. In jedem Fall ist die Anzahl von umgeschalteten Rampen erfindungsgemäß nicht auf zwei beschränkt.
  • 7 stellt eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Zeitauswahl- und Demultiplexiermittel 61 steuern zum Beispiel einen Frequenzgenerator 62, der während der erwähnten Dauer Tf abwechselnd die erwähnte Frequenz ΔF und eine Frequenz Null liefert. Die gelieferte Frequenz wird zur von einem Generator 63 zur Erzeugung von Frequenzrampen gelieferten Frequenz über eine erste Mischstufe 64 hinzugefügt, um die Frequenzrampe von ΔF gemäß 3 abwechselnd zu versetzen. Die umgeschaltete doppelte Rampe wird über einen Mikrowellen-Zirkulator 65, nicht dargestellte Verstärkungsmittel und eine Antenne 66 zu möglichen Zielobjekten gesendet. Nicht dargestellte Empfangsmittel sind zum Beispiel mit dem Eingang/Ausgang des Zirkulators verbunden. Die Signale werden über den Zirkulator 65 und eine zweite Mischstufe 70 empfangen, deren einer Eingang mit dem Zirkulator und der andere mit dem Ausgang der ersten Mischstufe verbunden ist, wobei der Ausgang der zweiten Mischstufe mit dem Eingang der Zeitauswahl- und emultiplexiermittel 61 verbunden ist. Die Zeitauswahl- und Demultiplexiermittel 61 leiten das empfangene Signal abwechselnd zu einem von zwei Kanälen, derart, dass das von der ersten Rampe kommende, empfangene Signal an einen ersten Kanal 71 angelegt wird und das von der zweiten, um ΔF versetzten Rampe kommende, empfangene Signal an den zweiten Kanal 72 angelegt wird. Filter 67, 69 sind zum Beispiel in jedem Kanal 71, 72 angeordnet. Das im ersten Kanal vorhandene Signal wird um Tf verzögert, um insbesondere die nicht vorhandene Gleichzeitigkeit des Sendens der beiden Rampen zu berücksichtigen. Zu einem gegebenen Zeitpunkt des Abtastens entspricht nämlich ein empfangenes Signal nur einer einzigen Rampe. Um ein gleichzeitiges Abtasten der beiden den beiden Rampen entsprechenden Signale zu erhalten, ist es notwendig, eines von ihnen insbesondere um die Periode Tf der Rampenumschaltung zu verzögern. Zu diesem Zweck sind Verzögerungsmittel 68 Tf zum Beispiel am Ausgang des Filters 67 angeordnet. Eine andere Lösung kann zum Beispiel darin bestehen, eines der beiden Signale in Höhe der Zeitauswahl- und Demultiplexiermittel 61 zu speichern.
  • Die auf den beiden Kanälen empfangenen Signale werden von Mitteln 73 zum Extrahieren und Aufheben der Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit berücksichtigt. Diese Mittel 73 bestimmen die Phasendifferenz Δφ zwischen den auf jedem Kanal empfangenen Signalen und berechnen die vorgeschätzte Entfernung gemäß der Beziehung (20). Da die Gleichungen der Mehrdeutigkeitsgeraden zum Beispiel in diesen Mitteln 73 gespeichert sind, können diese letzteren die Geschwindigkeiten der Zielobjekte entweder entsprechend den in 4 dargestellten Operationen oder entsprechend den in 5 dargestellten Operationen ableiten. In diesem letzteren Fall wird der Rampengenerator 63 zum Beispiel gesteuert, um unterschiedliche Rampen zu liefern, insbesondere mit entgegengesetzten Steigungen. Die Mittel 71 zum Extrahieren und zur Aufhebung der Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit weisen zum Beispiel Schnittstellen, Prozessoren und Speicher auf, die im Übrigen bei der Radarbearbeitung verwendet werden und daher keine zusätzlichen Schaltungen erfordern. Die als Beispiel in 6 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt insbesondere, dass sie einfach anzuwenden und insbesondere deswegen wirtschaftlich ist, weil sie keine komplexen Komponenten oder Gestaltungen erfordert, was bei Kraftfahrzeuganwendungen besonders wichtig ist.

Claims (9)

  1. Radarerfassungsverfahren mit Dauerstrich-Frequenzmodulation, das eine Aufhebung der Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit erlaubt, dadurch gekennzeichnet, dass das Radargerät mindestens abwechselnd zwei parallele und diskontinuierliche Frequenzmodulationsrampen (32, 33) aussendet, deren Frequenzen geringfügig um einen Frequenzabstand (ΔF) versetzt sind, wobei die Frequenz nach einer gegebenen Zeitdauer (Tf) von einer Rampe zur anderen umschaltet, wobei die Entfernung (44, 46) eines erfassten Zielobjekts in Abhängigkeit von der Phasendifferenz (Δφ) zwischen einem empfangenen Signal (S1(t)) entsprechend der ersten Rampe (32) und einem empfangenen Signal (S2(t)) entsprechend der zweiten Rampe (33) geschätzt wird, und wobei die Geschwindigkeit des Zielobjekts ausgehend von der geschätzten Entfernung (44, 46) und der dem Zielobjekt zugeordneten Mehrdeutigkeitsgeraden (41, 42) erhalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzte Entfernung D (44, 46) durch die folgende Beziehung gegeben ist:
    Figure 00200001
    wobei: – C die Lichtgeschwindigkeit bedeutet; – B den Frequenzmodulationsbereich bedeutet; – T die Wiederholperiode der Rampen bedeutet; – ΔF den Frequenzabstand zwischen den Rampen bedeutet; – Tf die Zeitdauer bedeutet, nach der die Frequenz von einer Rampe zur anderen umschaltet; – Δφ das Maß der Phasendifferenz zwischen den empfangenen Signalen bedeutet, die den beiden um ΔF getrennten Rampen entsprechen.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folge von doppelten ansteigenden Modulationsrampen, die abwechselnd umgeschaltet werden, und eine Folge von doppelten abfallenden Modulationsrampen, die abwechselnd umgeschaltet werden, gesendet werden und den gleichen Frequenzabstand (ΔF) aufweisen, wobei reduzierte Zonen (43, 45, 53, 56) auf jeder Mehrdeutigkeitsgeraden (41, 42, 52, 55) für jede Steigungsrichtung um die geschätzte Entfernung (44, 46, 51, 54) herum ausgewählt werden, und wobei die Entfernung und die Geschwindigkeit in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene durch den Schnittpunkt der ausgewählten Zonen der Mehrdeutigkeitsgeraden (41, 42), die der ansteigenden Rampe entspricht, und der Mehrdeutigkeitsgeraden, die der abfallenden Rampe entspricht, bestimmt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Radargerät eine gegebene Anzahl N von zueinander frequenzverschobenen umgeschalteten Frequenzmodulationsrampen aussendet, zwei zusammengesetzte Signale jeweils durch unterschiedliche lineare Kombinationen der den N Rampen zugeordneten empfangenen Signale gebildet werden, wobei die Entfernungsschätzung aus der Phasendifferenz zwischen den beiden zusammengesetzten Signalen abgeleitet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gruppen von Frequenzrampen mit entgegengesetzten Steigungen ausgesendet werden, wobei die Entfernung des Zielobjekts durch eine logische Beziehung vom Typ "ODER" zwischen den am Ende der beiden Gruppen erhaltenen Elementarerfassungen erhalten wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens aufweist: – einen Generator zur Erzeugung von Frequenzrampen (63); – eine erste Mischstufe (64), deren einer Eingang mit dem Ausgang des Rampengenerators (63) und deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Frequenzgenerators (62) verbunden ist, der abwechselnd den Frequenzabstand (ΔF) und eine Frequenz Null jeweils während einer gegebenen Zeitdauer (Tf) liefert, so dass der Ausgang der Mischstufe eine umgeschaltete doppelte Rampe liefert; – eine zweite Mischstufe (70), deren einer Eingang mit dem Ausgang der ersten Mischstufe verbunden ist und deren anderer Eingang das Empfangssignal empfängt; – Zeitauswahl- und Demultiplexiermittel (61), deren Eingang mit dem Ausgang der zweiten Mischstufe (70) verbunden ist, die das empfangene Signal abwechselnd zu einem von zwei Kanälen leiten, derart, dass das von der ersten Rampe kommende, empfangene Signal an einen ersten Kanal (71) angelegt wird und das von der zweiten Rampe kommende um den Frequenzabstand (ΔF) versetzte empfangene Signal an den zweiten Kanal (72) angelegt wird, – Mittel (73) zum Extrahieren und zum Aufheben der Mehrdeutigkeit zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit, wobei diese Mittel die Phasendifferenz (Δφ) zwischen den auf jedem Kanal empfangenen Signalen bestimmt, um die Entfernung und die Geschwindigkeit des erfassten Zielobjekts entsprechend dem empfangenen Signal zu berechnen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal Verzögerungsmittel (68) für das empfangene Signal aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle Filter (67, 69) aufweisen.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Zirkulator (65) aufweist, von dem ein Eingang mit dem Ausgang der ersten Mischstufe (64), ein Ausgang mit einem Eingang der zweiten Mischstufe (70) und der andere Eingang/Ausgang mit Empfangs- und Sendemitteln verbunden ist.
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