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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens
zum Gegenstand.
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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.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:
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1 eine
Abbildung des Arbeitsprinzips eines FM-CW-Radars mit linearer Modulation;
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2 in
der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene ein Beispiel einer Mehrziel-Situation
gemäß dem Stand
der Technik;
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3 eine
Abbildung des Radarerfassungsverfahrens gemäß der Erfindung durch eine
Darstellung der ausgesendeten Frequenzmodulation in der Frequenz-Zeit-Ebene;
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4 eine
Abbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
durch eine Darstellung in der Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene;
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5 ein
Beispiel einer möglichen
Verbesserung der Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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die 6a und 6b Abbildungen
der Betriebsbereiche eines gemäß dem Stand
der Technik wirkenden Radargeräts
bzw. eines gemäß der Erfindung
wirkenden Radargeräts;
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7 eine
mögliche
Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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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:
wobei B und T oben definiert
wurden, C die Lichtgeschwindigkeit und τ die Hin- und Her-Ausbreitungsdauer vom
Zielobjekt zum Radargerät
darstellt.
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Wenn
das Zielobjekt sich mit einer relativen Geschwindigkeit V
r bezüglich
des Radargeräts
bewegt, wird die vorhergehende Frequenz unter Berücksichtigung
des Dopplereffekts zu:
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.
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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 V
r des
Zielobjekts von vorneherein bekannt ist, liefert die Beziehung (2)
unzweideutig die Entfernung des Zielobjekts mit einer durch die
folgende Beziehung definierten Fernauflösung:
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Umgekehrt,
wenn die Entfernung D bekannt ist, wird die Geschwindigkeit unzweideutig
gemäß der folgenden
Beziehung erhalten:
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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 V
r die
folgende Beziehung bestätigen:
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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:
wobei
f
1 und f
2 die Frequenzen
der empfangenen Überlagerungssignale
darstellen.
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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.
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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.
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Angenommen,
dass zwei Tastproben S
1(t) und S
2(t) vom von einem Zielobjekt, das sich am
Zeitursprung in der Entfernung D befindet und eine relative Geschwindigkeit
V
r 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:
- • 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: 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:
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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.
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Da
ein im Zeitpunkt t empfangenes Signal von einer Aussendung zum Zeitpunkt
t – τ stammt,
bestätigen
die Überlagerungssignale
S
1(t) und S
2(t)
die folgenden Beziehungen:
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Wenn τ < Tf ist, heben sich
die Phasenglieder am Ursprung auf und man erhält:
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Für die Phasendifferenz Δφ = φ[S
1(t)] – φ[S
2(t + Tf)] gilt:
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Das
Glied proportional zur Zeit V
rt 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
S
1(t) und S
2(t)
angenähert
durch die folgende Beziehung gegeben:
-
Die
Phasendifferenz zwischen den Signalen S
1(t)
und S
2(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:
-
Diese
Messung ist bis auf 2π mehrdeutig,
was, wenn Δφ gleich
2π angenommen
wird, einer Mehrdeutigkeitsentfernung D
2π entspricht,
die gemäß der folgenden
Beziehung definiert wird:
-
Wenn
die Signal-Rauschverhältnisse
von S
1(t) und S
2(t),
die auf dem gleichen Pegel angenommen werden, mit R bezeichnet werden,
ist die Messung der Phasendifferenz mit einem Fehler behaftet, dessen
typischer Abstand σ
φ annähernd von
der folgenden Beziehung angegeben wird:
-
Die
von dieser Messung der Phasendifferenz abgeleitete Entfernung ist
so mit einem Fehler behaftet, dessen typischer Abstand σ
D =
D
2πσ
φ ist,
d.h. annähernd:
-
Im
allgemeinen ist ΔF
sehr viel größer als
daher:
-
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:
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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 D2π,
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.
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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 D2π 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.
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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:
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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:
-
Wenn
Zielobjekte sich jenseits der Mehrdeutigkeitsentfernung D2π befinden
können,
ist es notwendig, zuerst die Mehrdeutigkeit der Vorabschätzung aufzuheben,
ehe die in Bezug auf 4 beschriebenen Schritte angewendet
werden.
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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 σ
D und der Geschwindigkeitsfehler σ
Vr die
folgenden Beziehungen:
wobei σ 2 / 0_vr die Geschwindigkeitsgenauigkeit
ist, die nur durch die spektrale Auflösung begrenzt wird.
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Die
Beziehung (27) kann auch folgendermaßen geschrieben werden:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.