DE69433113T2

DE69433113T2 - Monopulse azimutradarsystem zur kraftfahrzeugortung

Info

Publication number: DE69433113T2
Application number: DE69433113T
Authority: DE
Inventors: C. Robert GELLNER; D. Bryan WOLL; D. Jerry WOLL; W. John DAVIS; G. Duane TUBBS
Original assignee: Vorad Safety Systems Inc
Current assignee: Vorad Safety Systems Inc
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2014-06-29
Also published as: CA2168787A1; USRE36819E; KR100322304B1; JP3285872B2; ATE249051T1; EP0713581A1; BR9407368A; WO1995004943A1; EP0713581A4; JPH09502017A; AU686647B2; US5402129A; CA2168787C; EP0713581B1; AU7319094A; KR960704239A; DE69433113D1

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Fahrzeugradarsysteme und insbesondere ein Radarsystem zur Vermeidung von Fahrzeugkollisionen, das ein Zielobjekt innerhalb einer verschmälerten Radarstrahlbreite verfolgt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es besteht ein ständiger Bedarf, die Fahrzeugdichte der auf den Straßen der Erde fahrenden Kraftfahrzeuge zu erhöhen und gleichzeitig die Notwendigkeit, die Sicherheit des Betriebs von Straßenfahrzeugen durch vorbeugende Maßnahmen gegen Zusammenstöße von Straßenfahrzeugen mit feststehenden oder beweglichen Objekten (wie z. B. Hindernissen am Straßenrand oder anderen Fahrzeugen) zu verbessern. Eine Möglichkeit, diese scheinbar widersprüchlichen Ziele zu verwirklichen, besteht darin, die relativen Geschwindigkeiten, die Fahrtrichtungen, sowie die Entfernungen zwischen den Straßenfahrzeugen, die sich die Fahrstraße teilen, zu überwachen und diese Daten dafür zu verwenden, dem Führer eines Fahrzeugs unmittelbare Hinweise auf potentielle Gefahren zu geben. Für die Kraftfahrzeugingenieure wird es zunehmend üblich, für die Überwachung derartiger Umgebungsparameter den Einsatz von Mikrowellenradarsystemen in Betracht zu ziehen.
Es sind in Fahrzeugen mitgeführte Radarsysteme bekannt, die im Zeitmultiplexverfahren drei verschiedene Fre quenzen aussenden und empfangen, wobei zwei der Frequenzen dazu verwendet werden, die Entfernung zu bestimmen, und die dritte mit einer der ersten beiden kombiniert wird, um die Annäherungsgeschwindigkeit und Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes zu ermitteln. Eines dieser Systeme ist in dem US Patent 3 952 303 von Watanabe et. al. offenbart, in dem ein analoges Front-end-Gerät für Radarsignalverarbeitung beschrieben ist.
Ein weiteres Beispiel eines Kraftfahrzeugradarsystems ist in dem US Patent 5 285 207 mit dem Titel "Multi-Frequency Automotive Radar System" beschrieben, das dem Inhaber der vorliegenden Erfindung gehört. In diesem System werden das Sendesignal und das reflektierte Signal einem HF-Mischer zugeführt. Das relevante Ausgangssignal des HF-Mischers weist dann eine Frequenz auf, die sich aus der Differenz zwischen der Sende- und der Empfangsfrequenz ergibt. Wegen des „Doppler"-Effekts kann die Frequenz des reflektierten Signals nach der Rückkehr von der Frequenz des Sendesignals abweichen. Der Doppler-Effekt tritt immer dann auf, wenn ein gesendetes Signal von einem Zielobjekt reflektiert wird, das eine Relativbewegung in Bezug auf den Transceiver aufweist. Die sich ergebende Frequenzverschiebung wird als "Doppler-Verschiebung" bezeichnet.
Ein weiteres Beispiel eines Kraftfahrzeugradarsystems, das hauptsächlich einen digitalen Lösungsansatz verwendet, ist in dem US Patent 5 302 956 mit dem Titel "Multi-Frequency, Multi-Target Vehicular Radar System Using Digital Signal Processing" beschrieben, das dem Inhaber der vorliegenden Erfindung gehört. In diesem System, das einen Sendeteil zur Erzeugung einer Zweikanalsendefrequenz enthält, dient eine Antenne dazu, sowohl das Sendesignal zu senden als auch ein reflektiertes Empfangssignal zu empfangen. Ein Diodenmischer erzeugt ein Differenzsignal mit einer Fre quenz, die gleich der Sendefrequenz minus der empfangenen Frequenz ist. Ein Signalschalter in einer Front-End-Elektronikschaltung trennt die Signale wieder auf und tastet die Signale des Kanals Eins und des Kanals Zwei ab, wobei die Abtastwerte anschließend an einen Zweikanal-A/D-Wandler übergeben werden. Eine digitale Elektronikschaltung nimmt die digitalen Daten entgegen und führt für jeden Kanal eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) der digitalen Daten durch, um die Relativgeschwindigkeit und die Entfernung eines Zielobjekts auf der Grundlage der Frequenz und der Phasendifferenz der beiden Kanäle zu ermitteln. Die digitale Elektronikschaltung empfängt auch Informationen über den Betriebszustand und/oder Steuerungsstatus des Fahrzeugs, um den Grad der Gefährdung zu ermitteln, die von einem identifizierten Zielobjekt ausgeht.
In dem in IEEE Micro-Wave and Guided Wave Letters, Bd. 3, Nr. 10 vom 1. Oktober 1983, New York West, veröffentlichten Artikel „A 94 GHz planar monopulse receiver" ist ein Radarsystem mit vier Antennen veranschaulicht, die in eine gedruckte Leiterplatte integriert sind. Die Signale dieser Antennen werden mit der Frequenz eines lokalen Empfangsoszillators (nach dem Heterodynkonzept) überlagert. Auf diese Weise wird pro Antenne ein Zwischenfrequenzsignal von 200 MHz erhalten. Die Zwischenfrequenzsignale werden mittels eines 200MHz-ZF-Monopulsprozessors aufbereitet.
Auf den Seiten 16–21 in Radar Handbook, McGraw-Hill Book Company 1970, von Skolnik M. I. ist ein Homodynempfang eines empfangenen Radarsignals offenbart. Das bekannte Radarsystem wird in einer Kombination mit Abstandszündern verwendet, die lediglich Entfernungsdaten und keine Winkeldaten benötigen.
In Radarsystemen zur Vermeidung von Fahrzeugkollisionen ist es häufig erforderlich, zu jedem Zeitpunkt zu wis sen, ob sich das Zielobjekt in einem gegenüber einer Ziellinie (oder einem Referenzazimut) von der Ziellinie abweichenden Winkel (d. h. abseits der Achse) befindet oder nicht, und im Falle einer Abweichung die Richtung und den Betrag des Winkelfehlers (Winkelabweichung in Bezug auf den Referenzazimut) zu kennen. Ebenfalls ist es erwünscht oder erforderlich, den Abstand oder die Entfernung des Zielobjekts zu kennen. Um ein ununterbrochenes Verfolgen zu ermöglichen, wurden eine Reihe von Systemen vorgeschlagen, darunter solche, die ein Signal senden und anschließend eine Vielzahl von auf verschiedenen Wegen empfangene Abbildungen des Signals verknüpfen. Beispiele solcher Systeme sind den US Patenten 4 060 809 von Baghdady, 4 975 710 von Baghdady, 5 084 709 von Baghdady und 5 128 969 von Baghdady zu entnehmen. Allerdings hat sich herausgestellt, dass derartige Systemen Nachteile aufweisen, die diese für den Einsatz in Radarsystemen zur Vermeidung von Fahrzeugkollisionen ungeeignet oder unbrauchbar machen. Solche Systeme verfügen nicht über die für eine Messung der Abweichung des Zielobjekts von einem Referenzazimut erforderliche Genauigkeit und sind ferner nicht oder nur schwer in der Lage, einen derart eingeschränkten Verfolgungsstrahl zu definieren, um ein Zielobjekt innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs unter Ausschluss sonstiger potentieller Zielobjekte verfolgen zu können, beispielsweise Fahrzeuge, die sich seitlich des Fahrzeugs befinden, das mit dem Radarsystem ausgestattet ist. Außerdem verarbeiten derartige Systeme die Signale häufig mit Hilfe einer komplizierten Hardware.
Die vorliegende Erfindung schafft ein System, das die Keulenbreite eines Radarsystems begrenzt, indem es zwischen Zielobjekten, die sich in Bezug auf einen Referenzazimut in einem spitzen Winkel befinden, und solchen Zielobjekten unterscheidet, die sich bezüglich des Referenzazimuts in einem stumpfen Winkel befinden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Radarsystem zur Vermeidung von Fahrzeugkollisionen geschaffen, das in der Lage ist, ein Zielobjekt in einem von einer Ziellinie abweichenden Winkel durch fortlaufendes Ermitteln der Abweichung des Zielobjekts von der Ziellinie (oder dem Referenzazimut) zu verfolgen. Um dies zu erreichen, ist ein Radarsystem, einschließlich eines Monopuls-Radarsystems, geschaffen, das sowohl den Abstand und die Relativbewegung als auch die Winkelabweichung von einem Referenzazimut für ein im Erfassungsbereich befindliches Zielobjekt ermittelt.
Das System verwendet eine Monopulsantenne, die konstruiert ist, um eine Verfolgungsstrahlbreite mit beschränkter und steuerbarer Abmessung zu ermöglichen. Auf diese Weise können Fahrzeuge, die sich auf derselben Spur befinden, wie das Fahrzeug, das mit dem System ausgerüstet ist, oder auch solche, die sich in einer benachbarten Spur befinden, identifiziert, unterschieden und verfolgt werden, und zwar sowohl auf geraden Strecken einer Schnellstraße als auch um Kurven herum, wobei sonstige potentielle Zielobjekte, z. B. Fahrzeuge mit einer Winkelverschiebung, die größer ist als eine gegenüber dem Referenzazimut gemessene spezifizierte Winkelverschiebung, ausgeschlossen werden.
In Fahrzeugradarsystemen gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Sendesignal von dem System ausgesandt. Das Sendesignal wird von einem Zielobjekt reflektiert und an zwei räumlich getrennten Orten empfangen. Die an den zwei räumlich unterschiedlichen Orten empfangenen Signale werden verknüpft, um sowohl ein Summen- als auch ein Differenzsigna1 zu erzeugen. Das Verhältnis zwischen dem Summen- und dem Differenzsignal wird anschließend verwendet, um die Abweichung des Zielobjekts von dem Referenzazimut zu ermitteln.
Ein Mischer überlagert die Summen- und Differenzsignale nach dem Homodynkonzept mit der Quellenfrequenz, um ein Summenfrequenz-Dopplersignal und ein Differenzfrequenz-Dopplersignal in den beiden unterschiedlichen Kanälen bereitzustellen. Die Summen- und Differenzfrequenzsignale werden jeweils verstärkt, bevor sie analysiert werden, um die Abweichung des Zielobjekts zu ermitteln. Ein in die beiden Kanäle gekoppelter Schalter kann dazu verwendet werden, um zwischen zwei Frequenzen des Quellensignals hin und her zu schalten und das Signal auf diese Weise zu entmultiplexen. Aus den beiden Frequenzen ergibt sich die Entfernung zu dem Zielobjekt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine mehrere Strahlungskeulen aufweisende Monopulsantenne, z. B. eine Monopulsantenne mit zwei Strahlungskeulen, dafür eingesetzt werden, um sowohl das Sendesignal zu senden als auch das durch das Zielobjekt zu den unterschiedlichen Strahlungskeulen der Antenne reflektierte Sendesignal zu empfangen. Eine Signalquelle, z. B. eine Gunndiode, ist über eine Vier-Tor- oder Vier-Pol-Verzweigung oder Verbindung an die Antenne angeschlossen. Die Frequenz wird in zwei verschiedenen Phasen über die Antenne ausgestrahlt, wodurch bewirkt wird, dass sich die Signale auf eine Weise addieren, dass sie als ein einziges ausgestrahltes Signal erscheinen. Die Quelle wird periodisch zwischen zwei verschiedenen Frequenzen umgeschaltet, so dass sich die Entfernung des Zielobjekts in bekannter Weise bestimmen lässt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Abweichung des Zielobjekts von dem Referenzazimut ermittelt, indem der Quotient aus dem Differenzsignal und dem Summensignal gebildet wird. In ei nem digitalen Ansatz werden die Summen- und Differenz-Dopplersignale gefiltert und anschließend in digitale Werte umgewandelt. Ein digitaler Signalverarbeitungsprozessor wird anschließend dazu verwendet, um das Differenz/Summen-Verhältnis zu berechnen, das für den Betrag oder Winkel der Abweichung des Zielobjekts von der Ziellinie kennzeichnend ist. In einem erfindungsgemäßen analogen Ansatz werden die Summen- und Differenzsignale verstärkt. Die Signale werden anschließend einem Schaltkreis eingespeist, der das Summenfrequenzsignal quadriert und die Summen- und Differenzsignale miteinander multipliziert. Die Ausgangssignale der Quadrier- und Multiplizierschaltungen werden gefiltert, bevor sie einem Divisionsschaltkreis zugeführt werden, der an einen Verstärker angekoppelt ist, um ein Signal zu erzeugen, das für die Abweichung des Zielobjekts kennzeichnend ist.
In dem analogen Ansatz wird die Abweichung des Zielobjekts durch eine Azimutspannung repräsentiert, die gleich dem Verhältnis der Summen- und Differenzsignale ist. Aus dem Winkelbereich zwischen Punkten, an denen die Azimutspannung einen Spitzenwert erreicht und die Richtung wechselt, wird ein nützliches Antennenmuster bzw. eine nützliche Keulenbreite ermittelt. Die Monopulsantenne mit zwei Strahlungskeulen ist geeignet konstruiert, um dem System eine gewünschte Keulenbreite zur Verfügung zu stellen, innerhalb der sich die Abweichung des Zielobjekts von dem Referenzazimut mit einem hohen Grad an Genauigkeit ermitteln lässt. Gleichzeitig ist die Keulenbreite geeignet dimensioniert, um in derselben Spur oder in benachbarten Fahrspuren befindliche Zielobjektfahrzeuge einzubeziehen, Fahrzeuge und sonstige Zielobjekte, die sich seitlich der Keulenbreite und daher außerhalb von dieser befinden, jedoch auszuschließen. Da die Keulenbreite bestimmt wird, indem lediglich jene Zielobjekte ausgewählt werden, die sich innerhalb eines bezüglich einem Referenzazimut spezifizierten Winkelversatzes befinden, lässt sich die Keulenbreite dynamisch ermitteln (d. h. sie kann sich von Moment zu Moment entsprechend den wechselnden Bedingungen ändern, z. B. bei Kurvenfahrt und falls Bereichsänderungen gewünscht sind).
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Summen- und Differenz-Dopplersignale über entsprechende Vorverstärker an entsprechende Paare von Schaltern angelegt werden. Für das Takten der Schalter sorgt ein digitaler Taktgenerator. Der Ausgang jedes Paares Datenschalter ist in Kanäle aufgeteilt, die den beiden unterschiedlichen Sendefrequenzen entsprechen, die über Filter an entsprechende Paare Eingänge zweier A/D-Konverter gekoppelt sind, deren Zeittakte durch den Taktgenerator vorgegeben werden. Die Ausgangssignale der A/D-Konverter werden eine seriellen Datensynchronisiereinrichtung zugeführt, die an einen Leitungsverstärker angeschlossen ist, um das gewünschte Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen. Ein Leitungsempfänger kann verwendet werden, um Befehlsdaten für den Taktgenerator vorzusehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht in einer Draufsicht auf einen Straßenabschnitt die Art und Weise, wie ein von einem Fahrzeug mitgeführtes Monopuls-Radarsystem über eine gewünschte Keulenbreite verfügt, um ein Zielobjektfahrzeug unter Ausschluss von sonstigen Fahrzeugen zu verfolgen.
2 veranschaulicht in einer Draufsicht, ähnlich derjenigen nach 1, die Art und Weise, in der das Radarsystem eine Abweichung des Zielobjekts von der Mittel achse innerhalb der Keulenbreite sowie dessen Entfernung ermittelt.
3 zeigt eine den Ansichten in 1 und 2 ähnelnde Draufsicht, die veranschaulicht, wie eine zwei Strahlungskeulen aufweisende Monopulsantenne des Radarsystems ein Signal aussendet und dessen Reflexionen von dem Zielobjektfahrzeug an zwei örtlich getrennten Positionen detektiert.
4 zeigt eine graphische Darstellung der Summenund Differenzsignale in erfindungsgemäßen Monopuls-Radarsystemen als Funktion der Abweichung des Zielobjekts in Winkelgraden, zusammen mit der durch Vergleichen der Summen- und Differenzsignale erzeugten Azimutspannung.
5 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Monopuls-Radarsystems, das eine Abweichung des Zielobjekts unter Verwendung digitaler Datenverarbeitung ermittelt.
6 zeigt ein Blockschaltbild eines Monopuls-Radarsystems, das dem in 5 gezeigten ähnelt, wobei hier jedoch der Mischer detaillierter dargestellt ist und ein analoger Ansatz verwendet wird, um eine Abweichung des Zielobjekts zu ermitteln.
7 zeigt in einer graphischen Darstellung die Summen- und Differenzsignale, die mittels einer gemäß der Erfindung tatsächlich konstruierten und erfolgreich getesteten Monopulsantenne mit zwei Strahlungskeulen erzeugt wurden.
8 zeigt ein Blockschaltbild eines Monopuls-Radarsystems, das jenem nach 6 etwas ähnelt, jedoch eine andere Anordnung verwendet, um die durch den Mischer erzeugten Summen- und Differenz-Dopplersignale zu verarbeiten.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt einen Abschnitt einer Straße 10, auf der sich ein Fahrzeug 11 befindet, das mit einem Monopuls-Radarsystem 12 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist. Das Fahrzeug 11 bewegt sich in einer durch einen Pfeil 14 angedeuteten Richtung auf einer Spur 16 der Straße 10. Das Monopuls-Radarsystem 12 des Fahrzeugs 11 sendet einen Radarstrahl 18 aus, der sich von der Vorderseite des Fahrzeugs 11 her ausbreitet, wo das Monopuls-Radarsystem 12 befestigt ist. Der Radarstrahl 18 ist gezeigt, wie er ein verfolgtes Fahrzeug 20 einfasst. Das verfolgte Fahrzeug 20 bewegt sich innerhalb der Spur 16 in derselben Richtung wie das Fahrzeug 11, wie dies durch einen Pfeil 22 angedeutet ist. Ein drittes Fahrzeug 24 ist in einer zweiten Spur 26 der Straße 10 gezeigt und fährt, wie durch einen Pfeil 28 angedeutet, in einer gegenüber den Fahrzeugen 11 und 20 entgegengesetzten Richtung.
Monopuls-Radarsysteme gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung strahlen einen Radarstrahl 18 ab, der sich einstellen lässt und der ausgewählt ist, um Zielobjekte zu verfolgen, die sich in derselben Fahrspur bewegen, wie das Fahrzeug, das mit dem System ausgestattet ist. Beispielsweise ist es normalerweise gewünscht, dass das Monopuls-Radarsystem 12 des Fahrzeugs 11 in der Lage ist, die Spur 16 abzutasten, in der das Fahrzeug 11 fährt. Gleichzeitig ist es erforderlich, dass der Radarstrahl 18 ausreichend breit ist, um in der Lage zu sein, die Spur 16 auch in Kurven der Straße 10 abzutasten. Allerdings kann es erwünscht sein, dass der Radarstrahl 18 nicht so breit ist, dass er potentielle Zielobjekte wie ein Fahrzeug 24, das sich seitlich des Fahrzeugs 11 befindet, oder sogar Fahrzeuge in benachbarten Fahrspuren einbezieht.
Da sich das Fahrzeug 24 an einer Stelle befindet, von der aus es ohne Gefahr an dem Fahrzeug 11 vorbeigelangt, verfolgt das Fahrzeug 11 das Fahrzeug 24 nicht, wenn sich dieses in der in 1 gezeigten Position befindet.
Die Art und Weise, in der das Monopuls-Radarsystem 12 des Fahrzeugs 11 den Radarstrahl 18 verwendet, um Zielobjekte zu verfolgen, ist in 2 gezeigt. Der Radarstrahl 18 weist einen in dem Radarstrahl 18 zentrisch verlaufenden Referenzazimut 32 von 0° auf. Das Monopuls-Radarsystem 12 des Fahrzeugs 11 muss dazu in der Lage sein, Zielobjekte wie das innerhalb des Radarstrahls 18 befindliche verfolgte Fahrzeug 20 zu verfolgen, indem es für eine fortlaufende Anzeige der Abweichung des Zielobjekts von dem Referenzazimut 32 sowie der Entfernung und der Relativbewegung des Zielobjekts in Bezug auf das Monopuls-Radarsystem 12 in dem Fahrzeug 11 sorgt. Wie nachstehend beschrieben, ermittelt das Monopuls-Radarsystem 12 den Abweichungswinkel 34 oder die von der Mittelachse abweichende Bedingung des verfolgten Fahrzeugs 20 auf der Grundlage von durch das Monopuls-Radarsystem 12 empfangenen Reflexionen abgestrahlter Signale, die durch das verfolgte Fahrzeug 20 zurückgeworfen werden. Das Monopuls-Radarsystem 12 berechnet ein Signal, das den Ist-Azimut 36 des verfolgten Fahrzeugs 20 in Form der Größe des Abweichungswinkels 34 und dem Vorzeichen oder der Richtung des Azimuts 36 in Bezug auf den 0°-Referenzazimut 32 repräsentiert. Das Monopuls-Radarsystem 12 ermittelt ferner die Entfernung 38 des verfolgten Fahrzeugs 20 von dem Monopuls-Radarsystem 12 in herkömmliche Weise unter Verwendung des Zweifrequenz-Sende- und -Empfangstechnik.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ermittelt das Monopuls-Radarsystem 12 des Fahrzeugs 11 den Abweichungswinkel 34 des verfolgten Fahrzeugs 20, indem es ein Sendesignals abstrahlt und anschließend das durch das verfolgte Fahrzeug 20 reflektierte Sendesignal an zwei örtlich getrennten Positionen erfasst. Das Sendesignal umfasst ein Quellenfrequenzsignal, das von jeder Strahlungskeule der Monopulsantenne jeweils in einer Weise phasenverschoben abgestrahlt wird, die das Signal als von nur einer Stelle innerhalb des Monopuls-Radarsystems 12 ausgehend erscheinen lässt. Das Sendesignal wird anschließend von dem verfolgten Fahrzeug 20 reflektiert und als zwei unterschiedliche Empfangssignale an zwei verschiedenen, örtlich getrennten Positionen erfasst. Die empfangenen Signale werden miteinander addiert und voneinander subtrahiert, um Summen- und Differenzsignale zu erzeugen. Das Verhältnis der resultierenden Summen- und Differenzsignale bestimmt den Abweichungswinkel 34.
Wie in 3 gezeigt, verwendet das Monopuls-Radarsystem 12 eine zwei Strahlungskeulen aufweisende Monopulsantenne 40, die dazu dient, das Sendesignal abzustrahlen und die von dem verfolgten Fahrzeug 20 reflektierten empfangenen Signale aufzufangen. Aufgrund der Phase der von den beiden Strahlungskeulen der Monopulsantenne abgestrahlten Signale, scheint das Sendesignal, wie durch eine gestrichelte Linie 46 in 3 dargestellt, von nur einer Stelle innerhalb der Antenne 40 auszugehen. Wie durch die gestrichelte Linie 46 gezeigt, bewegt sich das abgestrahlte Signal von der Antenne 40 aus zu dem verfolgten Fahrzeug 20, an dem es reflektiert wird. Das verfolgte Fahrzeug 20 reflektiert das Sendesignal entlang der gestrichelten Linien 48 und 50 zu den Antennenstrahlungskeulen 42 bzw. 44. Wie nachstehend im Einzelnen erläutert, ermittelt das Monopuls-Radarsystem 12 die Differenz der Amplituden der durch die Antennenstrahlungskeulen 42 und 44 erfassten Empfangssignale, indem es deren Summe und Differenz bildet und anschließend ein Verhältnis der Summen- und Differenzsigna le berechnet.
Um die Bahn eines Zielobjekts wie des verfolgten Fahrzeugs 20 zu verfolgen, das sich in einem von der Mittelachse abweichenden Winkel befindet, ist es erforderlich, in nahezu jedem Zeitpunkt zu wissen, ob ein Winkelfehler (d. h. eine Winkelabweichung von dem Referenzazimut) vorliegt oder nicht, und den Drehsinn oder die Richtung (das Vorzeichen) dieses Fehlers zu kennen. Dies wird erreicht, indem die von einem Zielobjekt stammenden Empfangssignale in ein Kanalpaar zerlegt werden, wobei der eine Kanal des Paares die Summe der empfangenen Signale enthält und der andere Kanal die Differenz der empfangenen Signale enthält. Anschließend wird ein Verhältnis der Summen- und Differenzsignale berechnet. Die Existenz eines Summensignals ungleich Null bei einem gleichzeitigen Differenzsignal gleich Null zeigt an, dass der Azimut 36 des verfolgten Fahrzeugs 20 mit dem 0°-Azimut 32 übereinstimmt. Die Verstärkung der Summen- und Differenzsignale in den beiden verschiedenen Kanälen muss weitgehend identisch sein, um die Größe des Verhältnisses zu bewahren. Bei der Verstärkung werden die Summen- und Differenzsignale miteinander verglichen, um die Abweichung von der Mittellinie oder den Abweichungswinkel 34 zu berechnen.
Erfindungsgemäße Monopuls-Radarsysteme verwenden eine Monopulstechnik des Amplitudenvergleichs zur Bestimmung des Winkels der Abweichung von der Mittellinie. Wie weiter unten eingehender beschrieben, werden die HF-Signale, die aus den versetzten Antennenstrahlen empfangen werden, gleichzeitig erhalten. Die Summe und Differenz der empfangenen Signale werden verarbeitet, um sowohl die Amplitude als auch die Phase der Summen- und Differenzsignale zu bestimmen. Die Amplitudenvergleich-Monopulstechnik verwendet zwei sich überlappende Antennencharakteristiken, um den Winkel fehler des Azimuts 36 in Bezug auf die Ebenen des Radarstrahls 18 zu bestimmen. Die beiden sich überlappenden Antennenstrahlen werden mittels einer einzelnen flachen Antenne in Gestalt der zwei Strahlungskeulen aufweisenden Monopulsantenne 40 erzeugt. Durch Vergleich der Summe und Differenz der an jeder Strahlungskeule empfangenen Signale in der nachstehend beschriebenen Weise wird das Summensignal dazu verwendet, um den Abstand oder die Entfernung 38 des Zielobjekts zu ermitteln. Sowohl das Summen- als auch das Differenzsignal werden dazu herangezogen, um den Betrag und das Vorzeichen des Winkelfehlers zu bestimmen.
Ein weiterer zu beachtender Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Frequenzen der durch die Antennenstrahlungskeulen 42, 44 empfangenen reflektierten Signale im Wesentlichen identisch sind. Folglich ist die Summe der Signale gleich Null, wenn deren Phasenverschiebung 180° beträgt. Die Summe der Signale ist gleich dem Doppelten der Amplitude eines jeden einzelnen Signals, wenn diese vollkommen phasengleich sind. In ähnlicher Weise beträgt die Differenz der Signale bei einer Phasenverschiebung von 180° das Doppelte der Amplitude eines jeden Signals, und Null, wenn die beiden Signale vollkommen gleichphasig sind.
Während sich der Winkel des Azimuts von Null, d. h. mit der Mittel- oder Ziellinie zusammenfallend, bis zu einem Winkel entsprechend einer von der Mittellinie versetzten Stellung ändert, variiert der Betrag der Summen- und Differenzsignale proportional von Null bis zu der doppelten Amplitude eines jeden der Signale. Das Vorzeichen des Verhältnisses der Amplituden (d. h., ob die Spannung positiv oder negativ ist) der Summen- und Differenzsignale kann als positiv gelten, falls das Summensignal mit dem Differenzsignal in Phase ist, und als negativ deklariert werden, falls das Summensignal gegenüber dem Differenzsignal um 180° phasenverschoben ist.
Folglich wird durch Ermitteln der Amplitude und der Phase der Summen- und Differenzsignale und durch Bilden des Verhältnisses dieser beiden zueinander eine Azimutspannung erzeugt, die proportional zu dem Amplitudenverhältnis des Differenzsignals dividiert durch das Summensignal ist. Al-lerdings wird in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem ein digitaler Signalverarbeitungsprozessor das Verhältnis der empfangenen Signale ermittelt, keine Azimutspannung erzeugt. Vielmehr wird der Winkel des Azimuts digital dargestellt.
Die Weise, in der die Summen- und Differenzsignale von dem Monopuls-Radarsystem verwendet werden, um den Azimut 36 oder die außerachsige Bedingung des Zielobjekts von der Hauptachse zu ermitteln, ist in der graphischen Darstellung nach 4 veranschaulicht. 4 zeigt eine Summensiqnalamplitude 54 und Differenzsignalamplituden 56 und 58, die als Funktion des Winkels in Graden des Azimuts 36 des Zielobjekts aufgetragen sind. Ein Winkel von 0°, der den Referenzazimut 32 repräsentiert, ist in 4 durch eine gestrichelte Linie 60 dargestellt.
Wie in 4 gezeigt, steigt das Differenzsignal 56 von einem relativen Verstärkungsgrad von –30,00 dB bei einem Winkel von geringfügig oberhalb von 0° auf einen relativen Verstärkungsgrad von nahezu 0,00 dB bei einem Winkel von etwa +4,00 Grad an. Für negative Winkelwerte steigt das Differenzsignal 58 von einem relativen Verstärkungsgrad von –30,00 dB bei einem Winkel von knapp unter 0° auf einen relativen Verstärkungsgrad von nahezu 0,00 dB bei einem Winkel von etwa –4,00 Grad an. Das Summensignal 54 steigt von einem relativen Verstärkungsgrad von geringfügig weniger als 0,00 dB bei –4,00 Grad auf einen Maximalwert von 5,00 dB bei dem Referenzazimut 32 von 0° an, bevor es auf einen Wert von geringfügig unter 0,00 dB bei einem Winkel von +4,00 Grad abnimmt. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird die Summe, wie sie durch das Summensignal 54 repräsentiert ist, mit der durch die Differenzsignale 56 und 58 repräsentierten Differenz verglichen. Genauer gesagt bedeutet dies, dass das Verhältnis des Differenzsignals 56 oder 58 zu dem Summensignal 54 eine Spannung erzeugt, die den Azimut 36 des Zielobjekts, wie er in 2 gezeigt ist, repräsentiert. 4 zeigt ferner eine graphische Darstellung eines Azimutsignals 62 als Funktion des Verhältnisses des Summensignal 54 zu den Differenzsignalen 56 und 58. Wie in 4 gezeigt, weist das durch Ermitteln des Verhältnisses des Differenzsignals 56 oder 58 zu dem Summensignal 54 erhaltene Azimutsignal 62 bei einem Winkel von –4,00 Grad einen Spitzenwert von knapp über 0,80 Volt auf und sinkt allmählich auf einen Wert von 0,00 Volt bei Null Grad und weiter auf einen negativen Wert knapp über minus –0,80 Volt bei +4,00 Grad. Da das Azimutsignal 62 bei Winkeln, die größer als +4,00 Grad sind, und bei Winkeln, die kleiner als –4,00 Grad sind, die Richtungen ändert, definiert der Bereich zwischen +4,00 Grad und –4,00 Grad den verwendbaren Radarstrahl des Monopuls-Radarsystems, wie er in 2 gezeigt ist. Aus 4 ist zu entnehmen, dass der verwendbare Radarstrahl in dem vorliegenden Beispiel einen Öffnungswinkel von etwa 8° aufweist.
Wenn das Azimutsignal verwendet wird, um die Winkelposition eines Zielobjekts in Bezug auf den Referenzazimut 32 zu ermitteln, lässt sich die effektive Keulenbreite des Radarsystems verkleinern, indem Zielobjekte, die sich außerhalb einer gewählten Keulenbreite befinden, nicht beachtet werden. Da es möglich ist, die Keulenbreite für jeden beliebigen Zeitpunkt festzusetzen, und dies sogar unter schiedlich für verschiedene Entfernungen, ermöglicht diese Technik dem Konstrukteur des Systems, das effektive Antennendiagramm (die Antennencharakteristik) zu ermitteln. Dementsprechend brauchen lediglich solche Zielobjekte verfolgt zu werden, die von Interesse sind. Außerdem ist der Systemprozessor durch Überwachen der Bewegung der Zielobjekte in der Lage zu erkennen, wenn die Straße in eine Kurve übergeht. Falls beispielsweise jedes der dem System vorausfahrenden Zielobjekte in einer speziellen Entfernung (die auf einen speziellen stationären Punkt abgebildet werden kann) beginnen abzudrehen, ist das System gewarnt vor der Tatsache, dass die vorausliegende Strecke möglicherweise eine Kurve aufweist oder dass sich ein Hindernis auf der Fahrspur befindet. Durch Verfolgen des vorausfahrenden Verkehrs erhält das System Hinweise über die Bedingungen der vorausliegenden Strecke in ganz ähnlicher Weise, wie sich eine Person ein Bild von einer eine Straße im Dunkeln macht, indem sie die Heckleuchten vorausfahrender Fahrzeuge vorausschauend beobachtet.
5 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Monopuls-Radarsystems 66. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Monopuls-Radarsystem 12 des Fahrzeugs 11 in 1 und 2 und enthält die zwei Strahlungskeulen aufweisende Monopulsantenne 40 mit den Strahlungskeulen 42 und 44. Die Strahlungskeulen 42 und 44 sind an den ersten und zweiten Arm oder Pol 68 und 70 einer Vier-Arm-Hybrid-Verzweigung oder -Verbindung 72 gekoppelt, die einen dritten Arm 74 und einen vierten Arm 76 aufweist. Eine durch eine Frequenzquelle 84 erzeugte Quellenfrequenz ist über einen Richtkoppler 85 an den dritten Arm 74 des Hybrid-Verbindungspunkts angeschlossen. Das Quellensignal wird dementsprechend durch die Strahlungskeulen 42 und 44 der Antenne 40 abgestrahlt. Die von dem Zielobjekt reflektierten empfangenen und durch die Strahlungskeulen 42 und 44 erfassten Signale liegen an dem ersten und zweiten Arm 68 und 70 des Hybrid-Verbindungspunkts 72 an. Das Ausgangssignal an dem dritten Arm 74 ist die Summe der an den Strahlungskeulen 42, 44 empfangenen Signale. Der dritte Pol 74 ist an einen Summenkanal 78 angeschlossen. Das Ausgangssignal des vierten Pols 76 ist die Differenz zwischen den an der Strahlungskeule 42 empfangenen Signalen und den an der Strahlungskeule 44 empfangenen Signalen. Der vierte Pol 76 ist an einen Differenzkanal 80 angeschlossen. Der Summenkanal 78 und der Differenzkanal 80 sind an Mischer 82 bzw. 83 gekoppelt. Der Mischer 82 überlagert das Summensignal in dem Summenkanal 78 mit der Quellenfrequenz (d. h. er führt das Summensignal mit dem Quellensignal zusammen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das Signale mit Frequenzen umfasst, die gleich der Differenz zwischen den Frequenzen des Summensignals und des Quellensignals sind), um ein Summen-Dopplerfrequenzsignal für einen Vorverstärker 86 zu schaffen. Der Mischer 83 überlagert das Differenzsignal in dem Differenzkanal 80 mit der Quellenfrequenz, um einem Vorverstärker 88 ein Differenz-Dopplerfrequenzsignal zur Verfügung zu stellen.
Die Vorverstärker 86 und 88 verstärken die Summen- und Differenz-Dopplersignale, bevor diese einem F1/F2-Schalter 90 oder 91 zugeführt werden. In einer Ausführungsfarm der vorliegenden Erfindung ist ein Verstärkungsgradeinstellmittel, z. B. ein variables Dämpfungsglied 93, das an mindestens einen der Verstärker 86 oder 88 gekoppelt ist, vorgesehen, um das System durch Angleichen des für die Summenund Differenzsignale vorgesehenen Verstärkungsfaktors zu kalibrieren. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wechselt die Quellenfrequenz alternierend zwischen einer ersten und einer zweiten Frequenz, um ein Zweifrequenz-Multiplexsignal zu erzeugen, das dazu dient, die Entfernung in bekannter Weise zu ermitteln. Ein Taktgeneratorschaltkreis 89 steuert das Takten der Frequenzen der Quelle 84 und synchronisiert die Schalter 90 und 91 mit den Frequenzwechseln. Auf diese Weise ist jedes Ausgangssignal jedes Schalters in der Frequenz entmultiplext. Der Einsatz der beiden verschiedenen Frequenzen F1 und F2 ermöglicht es, das Summensignal in dem Summenkanal 78 zu verarbeiten, um den Abstand oder die Entfernung 38 eines Zielobjekts herkömmlich mit einem Doppelfrequenzverfahren zu ermitteln. Das Summensignal wird ferner verwendet, um die Relativbewegung eines Zielobjekts in Bezug auf die Empfangsantenne in bekannter Weise zu ermitteln. In ähnlicher Weise kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Differenzkanal entmultiplext werden, um die Genauigkeit der Entfernungsbestimmung zu erhöhen.
Die Ausgangssignale der Schalter 90 und 91 nach 5 werden durch drei verschiedene Filter 92, 94, und 96 gefiltert, um ein erstes Summensignal, eine zweites Summensignal bzw. ein Differenzsignal zu erzeugen. Die drei Signale werden mittels Analog-zu-Digital-(A/D)-Konverters 98 in entsprechende digitale Signale umgewandelt. Die durch den A/D-Wandler 98 bereitgestellten digitalisierten Signale werden einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor 100 zugeführt. Der digitale Signalverarbeitungsprozessor 100 vergleicht die Summen- und Differenzsignale in dem Summenkanal 78 und dem Differenzkanal 80 durch Ermitteln des Verhältnisses der Amplitude und der relativen Phase zwischen dem Differenzsignal und dem Summensignal. Das Ergebnis ist eine digitale Darstellung eines Signals, das dem Azimutsignal 62 nach 4 entspricht, und kennzeichnet den Abweichungswinkel 34 des Zielobjekts. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird derselbe digitale Signalverarbeitungsprozessor 100 dazu verwendet, um die Entfernung, die Relativbewegung und den relativen Winkel des Azimuts eines Zielobjekts zu berechnen.
6 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Monopuls-Radarsystems 104. Das Monopuls-Radarsystem 104 nach 6 enthält die Antenne 40 mit ihren Strahlungskeulen 42 und 44, den 4-Pol-Hybrid-Verbindungspunkt 72 und die Mischer 82 und 83. Das Quellensignal wird mittels einer Frequenzquelle, beispielsweise einer Gunndiode 110, erzeugt. Eine Spannungsteilereinrichtung, z. B. ein „magisches T" (engl.: „magic tee") 112, teilt das Ausgangssignal der Gunndiode 110 zwischen dem Summenkanal 78 und dem Differenzkanal 80 auf. Derjenige Anteil des Signals, der dem Summenkanal 78 zugeführt ist, tritt vorzugsweise in einen ersten Richtkoppler 109 ein, der einen Teil des Signals an den Mischer 82 und einen Teil an ein Doppel-T-Richtkoppelglied 106 koppelt. Das Richtkoppelglied 106 koppelt das von der Gunndiode herrührende Quellensignal an den dritten Arm 74 des Hybrid-Verbindungspunkts 72. Das Quellensignal wird anschließend durch den Hybrid-Verbindungspunkt 72 zwischen den beiden Strahlungskeulen 44 und 42 der Antenne 40 aufgeteilt. Wie in dem System nach 5 scheint das abgestrahlte Signal aufgrund der Phasenbeziehung der von jeder Strahlungskeule 42 und 44 der Antenne 40 abgestrahlten Signale von einem einzigen Punkt auszugehen. Das reflektierte Signal des Sendesignals wird durch jede der Strahlungskeulen 42 und 44 der Antenne 40 empfangen und an die Hybrid-Verzweigung 72 gekoppelt. Die Hybrid-Verzweigung 72 stellt dem Summenkanal 78 ein Summensignal und dem Differenzkanal 80 ein Differenzsignal zur Verfügung.
Das empfangene Summensignal liegt an dem Summenkanal 78 an, und das empfangene Differenzsignal liegt an dem Dif ferenzkanal 80 an. Das Summensignal ist von dem dritten Arm 74 des Hybrids 72 ausgehend an das Doppel-T-Richtkoppelglied 106 gekoppelt. Der Doppel-T-Richtkoppler 106 koppelt das Signal an den Mischer 82, der das empfangene Signal mit dem Quellensignal überlagert. Die Quellenfrequenz wird dem Mischer 82 durch den Gunn-Oszillator 110 zur Verfügung gestellt, der über das magische T (T-Hybrid) 112 mit dem Richtkoppler 109 verbunden ist. Das andere Ausgangssignal des magischen T 112 ist über einen Phasenschieber 114 an den Mischer 83 gekoppelt, der für die Homodynüberlagerung des Differenzsignals sorgt.
Das Differenzsignal liegt über einen Zirkulator 108 an dem Mischer 83 an. Der Zirkulator 108 sorgt für eine Trennung zwischen dem Summenkanal 78 und dem Differenzkanal 80. Der Phasenschieber 114 gleicht die elektrische Länge der Summen- und Differenzkanäle 78 und 80 aus (d. h. stellt sicher, dass die Länge des Summensignalpfads und die Länge des Differenzsignalpfads denselben Bruchteil einer Wellenlänge plus einer beliebigen ganzen Zahl von Wellenlängen für eine speziell in Frage kommende Frequenz aufweisen). Das magische T 112 isoliert die Summen- und Differenzkanäle 78 und 80 und stellt gleichzeitig sicher, dass an den Summen- und Differenzmischern 82 und 83 eine in Phase und Amplitude übereinstimmende Frequenz anliegt.
An den Ausgängen der Mischer 82 und 83 werden die Summen- und Differenz-Dopplersignale in den Kanälen 78 und 80 mittels eines Paares Vorverstärker 116 und 118 und daran anschließend durch ein Verstärkerpaar 120 und 122 verstärkt. Die Vorverstärker 116 und 118 umfassen Vorverstärker mit niedrigem Eigenrauschen und einem Verstärkungsfaktor von 40 dB, und die Verstärker 120 und 122 umfassen 40 dB-Verstärker.
In dem Monopuls-Radarsystem 104 nach 6 wird im Gegensatz zu dem Monopuls-Radarsystem 66 nach 5 der Vergleich der Summen- und Differenzsignale auf analoge Weise und nicht auf digitale Weise bewirkt. Um dies zu verwirklichen, verwendet das Monopuls-Radarsystem 104 einen Phasen/Quotienten-Detektor 124. Der Detektor 124 enthält eine Quadrierschaltung 126, die dazu dient, das durch den Vorverstärker 116 und den Verstärker 120 verstärkte Summen-Dopplerfrequenzsignal zu quadrieren. Das Summen-Dopplersignal liegt außerdem zusammen mit dem Differenz-Dopplerfrequenzsignal, wie es innerhalb des Differenzkanals 80 durch den Vorverstärker 118 und den Verstärker 122 verstärkt worden ist, an einem Multiplikationsschaltkreis 128 an. Das Ausgangssignal der Quadrierschaltung 126 durchläuft ein Filter 130, das einen 4-poligen 15 Hz-Tiefpassfilter enthält, um Doppelfrequenzanteile auszufiltern. Das von der Quadrierschaltung 126 ausgegebene Signal wird in der durch den Filter 130 gefilterten Form einem Divisionsschaltkreis 132 zugeführt. In ähnlicher Weise filtert ein Filter 134, der den Ausgang des Multiplikationsschaltkreises 128 mit dem Divisionsschaltkreis 132 verbindet, die Doppelfrequenzanteile aus. Die durch den Divisionsschaltkreis 132 im Wesentlichen als Gleichspannung bereitgestellte Spannung wird durch einen Verstärker 136 verstärkt, um an einem Ausgangsanschluss 138 ein Signal auszugeben, das den in 2 gezeigten Abweichungswinkel 34 repräsentiert.
7 zeigt die Summen- und Differenzsignale, wie sie als Ergebnisse nach der Konstruktion und dem Test einer zwei Strahlungskeulen aufweisenden Monopulsantenne und deren Verwendung in einem erfindungsgemäßen Monopuls-Radarsystem erhalten worden sind. Wie in 7 gezeigt, erzeugte die Antenne ein Summensignal 142 und Differenzsignale 144 und 146. Die Spitzen der Differenzsignale 144 und 146 treten bei etwa +3,15° bzw. –3,15° auf, woraus sich eine zur Verfügung stehende effektive Keulenbreite von 6,3° ergibt.
Ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Monopuls-Radarsystems 150 ist in 8 gezeigt. Das Monopuls-Radarsystem 150 ist dem Monopuls-Radarsystem 104 nach 6 insofern ähnlich, als es die Antenne 40, den Hybrid-Verbindungspunkt 72 und die Mischer 82 und 83 verwendet, um die Summen- und Differenz-Dopplersignale in dem Summenkanal 78 und dem Differenzkanal 80 auf ähnliche Weise zu erzeugen. Allerdings gibt der Ausgang des Hybrid-Verbindungspunkts 72 in einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die empfangenen Signale aus, ohne die Summen- und Differenzsignale zu erzeugen. In einer derartigen Ausführungsform werden die Summe und die Differenz der an jeder der Antennenstrahlungskeulen empfangenen Signale durch den digitalen Signalverarbeitungsprozessor 100 ermittelt.
In dem System 150 nach 8 wird das Summen-Dopplerfrequenzsignal über einen Vorverstärker 152 an einen Datenschalter 156 angelegt, Gleichzeitig wird das Differenz-Dopplerfrequenzsignal über eine Vorverstärker 154 an einen Datenschalter 158 angelegt. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung empfangen die Vorverstärker 152 und 154 ein Geräteselbstprüfsignal (BIT-Signal, engl.: built-in-test), das durch einen BIT-Signalgenerator innerhalb des Modulators, BIT-Signal- und Taktgenerators 160 erzeugt wird. Der Modulator, BIT-Signal- und Taktgenerator 160 stellt außerdem Schaltertaktsignale zur Steuerung der Datenschalter 156 und 158 zur Verfügung. Der Datenschalter 156 erzeugt abgetastete Signale S-CH1 und S-CH2, die auf zwei verschiedenen Kanälen 162 und 164 an Filtern 166 und 168 anliegen. Die Ausgangssignale der Filter 166 und 168, die analoge Werte S-CH1 und S-CH2 umfassen, werden an zwei verschiedene Eingänge eines analoge Signale in digitale Signale umwandelnden A/D-Konverter 170 angelegt. Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 170, das digitale Daten S-CH1 und S-CH2 umfasst, wird unter der Steuerwirkung eines Zeittakts, der durch den Modulator-, BIT-Signal- und Taktgenerator 160 vorgesehen ist, einem Analog/Digital-Datenkonditionierer 172 (A/D-Datenkonditionierer) zur Verfügung gestellt.
Die Ausgänge des Datenschalters 156 umfassen die Kanäle 162 und 164, die Summenkanäle sind. In ähnliche Weise weist der Datenschalter 158 eine Paar Ausgänge auf, die Differenzkanäle 174 und 176 für die abgetasteten Signale D-CH1 und D-CH2 umfassen. Die Kanäle 174 und 176 sind durch Filter 178 und 180 durchgeführt, um den beiden verschiedenen Eingängen eines Analog-zu-Digital-(A/D)-Konverters 182 analoge Signale D-CH1 und D-CH2 zur Verfügung zu stellen. Das Ausgangssignal des A/D-Konverters 182, das die digitalen Daten D-CH1 und D-CH2 umfasst, wird von einem Zeittaktes des Modulators, BIT-Signal- und Taktgenerators 160 gesteuert dem A/D-Datenkonditionierer 172 zur Verfügung gestellt.
Der einzelne Ausgang des A/D-Datenkonditionierers 172 ist über einen Leitungsverstärker 184 an ein verdrilltes Leitungspaar 186 angeschlossen. Die Summen- und Differenzdaten aus den vier Kanälen 162, 164, 174 und 176 werden dadurch mit Hilfe eines Rahmensynchronisierers und eines seriellen Taktgebers kombiniert, um über das einzelne verdrillte Leitungspaar 186 weitergeleitet zu werden. Ein zweites verdrilltes Leitungspaar 187 ist über einen Leitungsempfänger 188 angeschlossen, um dem Modulator, BIT-Signal- und Taktgenerator 160 FE-Befehlsdaten bereitzustellen.
Das Ausführungsbeispiel nach 8 stellt ein Mittel zur Verfügung, das dazu dient die Genauigkeit des Systems zu überprüfen, indem die Berechnung der Daten der Entfernung und der Relativbewegung sowohl anhand des Summen- als auch des Differenzkanals erfolgt. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung sowohl des Summen- als auch des Differenzkanals zur Ermittlung der Entfernung und Relativbewegung eine größere effektive Keulenbreite, da das Differenzsignal bei von dem Referenzazimut entfernteren Winkeln einen höheren Verstärkungsgrad aufweist.
Es sind mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Nichtsdestoweniger versteht sich, dass sich vielfältige Modifikationen durchführen lassen, ohne dass dabei von der Wesensart oder dem Schutzbereich der Erfindung abgewichen wird. Die vorliegende Erfindung kann jedes beliebige hinlänglich bekannte Verfahren verwenden, um die Entfernung und Relativbewegung der Zielobjekte zu ermitteln. Viele Verfahren zum Ermitteln des Verhältnisses der Summen- und Differenzsignale können verwendet werden. Das speziell verwendete Verfahren zum Ermitteln dieses Verhältnisses ist für die vorliegende Erfindung nicht maßgebend.

Claims

Fahrzeugradarsystem zum Ermitteln der Abweichung wenigstens eines Zielobjekts (20) etwa eines Kraftfahrzeugs (11) in Bezug auf einen Referenzazimut (32), zu dem in Kombination gehören: ein Mittel (40, 72, 84, 110) zum Senden eines Sendesignals; ein Mittel (40) zum Erfassen des von wenigstens einem Zielobjekt (20) reflektierten und an zwei räumlich getrennten Orten (42, 44) als zwei verschiedene Empfangssignale empfangenen Sendesignals; ein Mittel (72, 86, 88, 90, 91, 92, 94, 96, 116, 118, 120, 122), das in Abhängigkeit von zwei unterschiedlichen Dopplersignalen arbeitet, um Summen- und Differenzsignale der beiden verschiedenen Dopplersignale zu erzeugen; und ein Mittel (100, 124) zum Vergleichen der Summen- und Differenzsignale, um die Abweichung (34) des Zielobjekts von dem Referenzazimut (32) zu ermitteln, gekennzeichnet durch: ein Mittel (82, 83) zum Umwandeln jedes der beiden verschiedenen Empfangssignale in die beiden verschiedenen Dopplersignale durch Überlagerung jedes empfangenen Signals mit der gesendeten Frequenz, wobei die Abweichung (34) des Zielobjekts von dem Referenzazimut (32) durch Berechnung eines Verhältnisses der Differenz- und Summensignale ermittelt wird.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 1, bei dem das Mittel, das dazu dient, die Summen- und Differenzsignale zu vergleichen, um die Abweichung (34) des Zielobjekts von dem Referenzazimut (32) zu ermitteln, ein digitaler Signalver arbeitungsprozessor (100) ist.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 1, bei dem das Mittel zum Senden eines Sendesignals eine Antenne (40) mit wenigstens einem Paar Strahlungskeulen (42, 44) enthält, die dazu dienen, das Sendesignal mit einer Phasendifferenz zwischen diesen zu senden, und das Mittel zum Erfassen die Antenne (40) umfasst und die beiden Strahlungskeulen (42, 44) verwendet, um das reflektierte Sendesignal an zwei räumlich getrennten Orten zu erfassen, und bei dem ein Vorzeichen der Abweichung (34) in Bezug auf den Referenzazimut (32) anhand einer Phasendifferenz der Summen- und Differenzsignale ermittelt wird.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 3, bei dem zu dem Mittel zum Umwandeln einen 4-Arm-Koppler (72) gehört, der einen ersten und einen zweiten Arm (68, 70), die an das Paar Strahlungskeulen (42, 44) der Antenne (40) angekoppelt sind, und einen dritten und einen vierten Arm (74, 76) aufweist, die dazu dienen, die Summen- und Differenzsignale zu liefern.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 4, bei dem das Mittel zum Umwandeln einen Mischer (82, 83) enthält, der dazu dient, die Summen- und Differenzsignale an dem dritten und vierten Arm (74, 76) des 4-Arm-Kopplers (72) mit einer Quellenfrequenz zu mischen, um Summen- und Differenz-Dopplersignale liefern.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 5, bei dem das Mittel zum Vergleichen der Summen- und der Differenz-Dopplersignale Mittel (100, 132) enthält, die dazu dienen, um das Differenz-Dopplersignal durch das Summen-Dopplersignal zu dividieren.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 1, bei dem: a) das Mittel zum Umwandeln wenigstens einen Mischer (82, 83) enthält, dem eine Quellenfrequenz zur Verfügung steht; b) das Mittel zum Senden eines Sendesignals ein Antennenmittel (40) und ein Koppler-Mittel (72) enthält, das dazu dient, den Mischer (82, 83) an das Antennenmittel (40) anzukoppeln, um dem Antennenmittel (40) die Quellenfrequenz zu liefern, so dass diese von dem Antennenmittel (40) als ein Sendesignal abgestrahlt wird; und c) das Mittel zum Erfassen des Sendesignals ein Antennenmittel (40) umfasst, das Mittel zum Detektieren des Sendesignals einschließt, das von dem wenigstens einen Zielobjekt (20) reflektiert und an zwei räumlich getrennten Orten empfangen und an das Koppler-Mittel (72) gekoppelt ist, um Signale zu erzeugen, die die Summe und die Differenz des durch das Mittel zum Detektieren an den zwei räumlich getrennten Orten detektierten Sendesignals beinhalten, und bei dem die Mischer (82, 83) die Summen- und Differenzsignale in Abhängigkeit von dem Koppler-Mittel (72) mit der Quellenfrequenz überlagern, um Summen- und Differenz-Dopplersignale zu erzeugen.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 7, zu dem ferner Mittel (86, 88, 116, 118, 120, 122, 152, 154) zum Verstärken der Summen- und Differenz-Dopplersignale gehören.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 8, zu dem ferner Verstärkungsgradeinstellmittel (116, 118) gehören, die an das Verstärkermittel (120, 122) angeschlossen sind, um den Verstärkungsgrad mindestens eines der Summen- und Differenz-Dopplersignale einzustellen.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 8, bei dem die den Mischern (82, 83) gelieferte Quellenfrequenz wiederholt zwischen einer ersten und einer zweiten Frequenz abgewechselt wird, und zu dem ferner Mittel gehören, die auf das Summenfrequenzsignal und das wiederholte Wechseln der Quellenfrequenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz ansprechen, um die Entfernung des Zielobjekts (20) zu ermitteln.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 8, zu dem ferner Mittel (130, 134, 166, 168, 178, 180) zum Filtern der verstärkten Summen- und Differenz-Dopplersignale, um gefilterte Signale bereitzustellen, und A/D-Wandlermittel (170, 182) zum Umwandeln der gefilterten Signale in digitale Signale gehören, und bei dem das Mittel zum Vergleichen der Summenund Differenzsignale einen digitalen Signalverarbeitungsprozessor (100) enthält, der dazu dient, die digitalen Signale entgegen zu nehmen.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 8, bei dem das Mittel zum Vergleichen der Summen- und Differenz-Dopplersignale einen Phasen-/Quotientendetektor (124) enthält, zu dem gehören: eine Quadrierschaltung (126), die dazu dient das verstärkte Summenfrequenzsignal entgegen zu nehmen, ein Multiplikationsschaltkreis (128), der dazu dient die verstärkten Summen- und Differenz-Dopplersignale entgegen zu nehmen, ein erstes und ein zweites Filter (130, 134), ein Divisionsschaltkreis (132), der über das erste Filter (130) an die Quadrierschaltung (126) und über das zweite Filter (134) an den Multiplikationsschaltkreis (128) angeschlossen ist, wobei der Divisionsschaltkreis (132) ein Signal abgibt, das für die Richtung des Zielobjekts (20) gegenüber dem Referenzazimut (32) kennzeichnend ist.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 7, bei dem das Antennenmittel eine zwei Strahlungskeulen aufweisende Monopulsantenne (40) mit einem Paar Strahlungskeulen (42, 44) enthält, die an einen ersten und einen zweiten Arm (68, 70) des Koppler-Mittels (72) angeschlossen sind.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 13, bei dem das Koppler-Mittel (72) einen dritten Arm (74), der an den wenigstens einen Mischer (82) angeschlossen ist, und einen vierten Arm (76) aufweist, der über einen Zirkulator (108) an den wenigstens einen Mischer (83) gekoppelt ist.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 14, bei dem zu dem wenigstens einen Mischer (82, 83) gehören: ein erstes Richtungskoppler (106), der an den dritten Arm (74) des Koppler-Mittels (72) gekoppelt ist, ein Zirkulator (108), der an den vierten Arm des Koppler-Mittels (72) gekoppelt ist, ein Phasenschieber (114), der an den Zirkulator (108) gekoppelt ist, ein Oszillator (110), der dazu dient, die Quellenfrequenz zu liefern, und ein Isolating T (112), das den Oszillator (110) an das erste Richtungskoppelglied (106) und an den Phase-nschieber (114) koppelt.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 7, bei dem: a) das Antennenmittel eine Monopulsantenne (40) mit mehreren Strahlungskeulen enthält; b) das Koppler-Mittel einen Verbindungspunkt (72) enthält, der an die Antenne (40) gekoppelt ist und wenigstens einen Summenport (78) und einen Differenzport (80) auf weist; c) das Mittel zum Senden eines Sendesignals ein Mischermittel enthält, das an die Summen- und Differenzports (78, 80) des Koppler-Mittels (72) gekoppelt ist und einen Quellfrequenzgenerator (84) aufweist, der dazu dient, der Antenne über den Summenport (78) des Koppler-Mittels ein Sendesignal zur Verfügung zu stellen; d) das Konvertermittel die Mischermittel (82, 83) umfasst, die an die Summen- und Differenzports (78, 80) des Koppler-Mittels (72) gekoppelt sind, und die Mischermittel dazu dienen, an den Summen- und Differenzports (78, 80) des Koppler-Mittels (72) vorhandene Summen- und Differenzsignale mit der Quellenfrequenz zu mischen, um ein Summenfrequenz-Dopplersignal und ein Differenzfrequenz-Dopplersignal zu erzeugen; und e) zu dem ferner gehören: i) ein erster und zweiter Datenschalter (156, 158), die dazu dienen, das Summenfrequenzsignal und das Differenzfrequenzsignal entgegen zu nehmen; ii) ein erstes, zweites, drittes und viertes Filter (166, 168, 178, 180); iii) ein A/D-Wandler (170, 182), der über das erste und das zweite Filter (166, 168) an den ersten Datenschalter (156) angeschlossen ist und über das dritte und das vierte Filter (178, 180) an den zweiten Datenschalter (158) angeschlossen ist; iv) ein Taktgenerator (89), der dazu dient, dem ersten und dem zweiten Datenschalter (156, 158) Schaltertaktsignale und dem A/D-Wandler (170, 182) Zeittaktsignale zu liefern; v) ein A/D-Datenkonditionierer (172), der an den AID-Wandler (170, 182) angeschlossen ist; und vi) ein Leitungsverstärker (184), der an den Datenkonditionierer (172) angeschlossen ist.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 16, bei dem das Antennenmittel eine Monopulsantenne (40) mit zwei Strahlungskeulen umfasst.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 17, zu dem ferner ein Leitungsempfänger (188) gehört, der dazu dient, dem Taktgenerator (160) Befehlsdaten zu liefern.
Fahrzeugradarsystem nach Anspruch 17, ferner mit einem ersten und einem zweiten Vorverstärker (152, 154), die zwischen dem Mischer (82, 83) und dem ersten und zweiten Datenschalter (156, 158) geschaltet sind, und bei dem der Taktgenerator (160) dazu dient, BIT-Signale für den ersten und zweiten Vorverstärker (152, 154) bereitzustellen.