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Dokumentenidentifikation DE19833327C2 21.03.2002
Titel Pulsradarvorrichtung
Anmelder s.m.s., Smart Microwave Sensors GmbH, 38106 Braunschweig, DE
Erfinder Mende, Ralph, Dipl.-Ing., 38106 Braunschweig, DE
Vertreter GRAMM, LINS & PARTNER, 38122 Braunschweig
DE-Anmeldedatum 24.07.1998
DE-Aktenzeichen 19833327
Offenlegungstag 10.02.2000
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.03.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.03.2002
IPC-Hauptklasse G01S 7/28
IPC-Nebenklasse G01S 13/32   G01S 13/50   G01S 13/93   G08G 1/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Pulsradarvorrichtung mit einem Sender für Radarimpulse und einem Empfänger für reflektierte Radarimpulse, der mittels einer Verzögerungseinrichtung zu unterschiedlichen Verzögerungszeiten zur Detektion von reflektierten Radarimpulsen aus einem zugehörigen Entfernungs-Teilbereich empfangsbereit geschaltet wird, in dem mittels einer Steuerung die einem Entfernungs-Meßbereich entsprechenden Verzögerungszeiten durchfahren werden und eine Integrationsschaltung vorgesehen ist, die zu einem Teil-Entfernungsbereich gehörende, für die zugehörige Verzögerungszeit empfangene reflektierte Impulse aufintegriert.

Beispielsweise durch die US 5,361,070 ist das Prinzip einer Pulsradarvorrichtung zur Überwachung eines festgelegten Entfernungsbereichs um das Radargerät herum bekannt. Der Entfernungsbereich wird durch eine einstellbare Verzögerungsschaltung eingestellt, durch die ein Detektionstor für reflektierte Radarimpulse in der Detektionsschaltung geöffnet wird. Auf diesem Prinzip beruhende Pulsradarvorrichtungen scannen einen Entfernungs-Meßbereich ab, indem die einstellbare Verzögerungsschaltung durch eine Steuerungsschaltung entsprechend verstellt wird, um den Entfernungs-Meßbereich zu durchfahren.

Derartige Pulsradarvorrichtungen werden in zunehmendem Umfang insbesondere als Nahbereichs-Radare zur Erkennung von Entfernungen und Relativgeschwindigkeiten, insbesondere zu einem oder mehreren Objekten in der Umgebung eines Automobils eingesetzt. Hierfür können entsprechende Radarsensoren beispielsweise an geeigneten Stellen rings um ein Automobil angeordnet sein, um beispielsweise eine Einparkhilfe oder auch eine Auffahrwarnung zu geben.

Für die gattungsgemäße Pulsradarvorrichtung werden häufig Radarsender mit sehr kurzen Pulsen verwendet. Eine beispielhafte Impulslänge beträgt τ = 333 ps. Dies entspricht einer Entfernungsauflösung von 10 cm. Derartige Entfernungsauflösungen lassen sich mit üblichen (nicht gepulsten) FMCW-Radaren bei Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen über die Vergabe von Frequenzen in den für die Anwendung interessanten Frequenzbereichen normalerweise nicht erzielen. Übliche Pulswiederholfrequenzen (PRF) liegen größenordnungsmäßig bei 2 MHz, woraus sich eine Pulswiederholperiode TPRF von 500 ns ergibt, so daß der Eindeutigkeitsbereich für die Entfernungsmessung 75 m beträgt. Innerhalb des Eindeutigkeitsbereichs können nach Aussendung eines Impulses reflektierte Radarimpulse (Echoimpulse) empfangen werden. Hierzu wird für den Empfänger ein Zeittor durch eine Verzögerungseinrichtung aufgemacht, das i. a. die Breite eines Sendepulses aufweist. Über eine Vielzahl von ausgesandten Radarimpulsen werden die innerhalb des Zeittores empfangenen reflektierten Impulse aufintegriert, um ein verwertbares Echosignal auch bei einem an sich schlechten Signal- Rausch-Verhältnis zu erzielen. Mit Hilfe der durch die Verzögerungszeit einstellbaren Zeittore kann der gesamte Zeitbereich innerhalb einer Pulswiederholungsperiode durchfahren werden, wenn der gesamte eindeutige Entfernungsbereich abgetastet werden soll. Selbstverständlich ist es möglich, auch kleinere interessierende Entfernungsbereiche abzutasten, also die Verzögerungszeit nur über einen Teilbereich der Pulswiederholungsperiode zu verstellen.

Die Verstellung der Verzögerungszeit, also die Verschiebung des Zeittores für den Empfänger kann stufenweise oder kontinuierlich erfolgen.

Da die von weiter entfernten Objekten reflektierten Radarimpulse mit einer geringeren Signalamplitude empfangen werden als die in einer sehr kurzen Entfernung reflektierten Radarimpulse, entstehen bei der Aufintegration der reflektieren Radarimpulse über die für jedes Zeittor zur Verfügung stehende Zeit stark unterschiedliche Integrationssignale. Es ist daher bekannt, die Integrationssignale in Abhängigkeit von der eingestellten Verzögerungszeit unterschiedlich stark zu verstärken, also einen durch die Verzögerungszeit steuerbaren speziellen Vorverstärker einzusetzen, um die erfaßbare Signaldynamik des Radarsensors zu erhöhen. Der hierfür benötigte Vorverstärker ist jedoch relativ aufwendig und steht einer Verbilligung der Radarsensoren - und damit ihrer Massenverwendung - entgegen.

Durch die US 5,457,462 ist ferner eine Pulsdopplerradarvorrichtung bekannt, bei der die empfangenen Radarimpulse frequenzgewandelt und einer phasensynchronen und einer quadraturphasensynchronen Detektion unterzogen wird. Eine Aufteilschaltung für den Entfernungs-Meßbereich teilt die empfangenen Signale in Abhängigkeit von der jeweils abgelaufenen Zeit nach dem Aussenden des Sendeimpulses in eine Vielzahl von Entfernungs-Teilbereichen ein. Jedem Teilbereich ist eine Signalverbesserungsschaltung zugeordnet, in der das zu dem jeweiligen Teilbereich gehörende Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird. Hierzu werden die zu dem jeweiligen Teilbereich gehörenden empfangenen Impulse kohärent aufintegriert, wobei die Integration für nahe Entfernungsbereiche früher beendet wird als für weitere Entfernungsbereiche. Die Aufintegration für alle Entfernungsbereiche erfolgt in parallelen Verarbeitungsstufen, so daß ein neues Empfangssignal erst aufgebaut werden kann, wenn die Integration über die maximale Anzahl von Integrationspunkten für den am weitesten entfernten Entfernungsbereich abgeschlossen ist. Die parallele Verarbeitung der zu jedem Entfernungs-Teilbereich gehörenden Signale ist naturgemäß außerordentlich aufwendig und für die Erstellung eines Massenprodukts ungeeignet.

Die vorliegende Erfindung geht daher von der Problemstellung aus, eine Pulsradarvorrichtung der eingangs erwähnten Art mit einem geringen Aufwand und einer großen Signaldynamik zu erstellen.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß eine Pulsradarvorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuerung die Änderung der Verzögerungszeit innerhalb eines Durchfahrens der Verzögerungszeiten unterschiedlich einstellbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Pulsradarvorrichtung wird die Erhöhung der Signaldynamik nicht durch teure steuerbare Vorverstärker bewirkt sondern in überraschend einfacher Weise durch eine Steuerung der Änderung der Verzögerungszeit, also eine Änderung der Integrationszeit der Radarimpulse für unterschiedliche Verzögerungszeiten, also unterschiedliche Entfernungs-Teilbereiche. In der häufigsten und bevorzugten Anwendung der Erfindung wird durch die Steuerung die Änderung der Verzögerungszeiten während eines Durchfahrens der Verzögerungszeiten für kurze Verzögerungszeiten wesentlich größer als für lange Verzögerungszeigen eingestellt. Dadurch wird dem Signalintensitätsverlust der Pulssignale bei der Reflektion an weiter entfernten Gegenständen Rechnung getragen. Die Aufintegration erfolgt dabei über eine wesentlich größere Anzahl von Radarimpulsen als für Reflektionen aus kurzen Entfernungen.

Die Verzögerungszeiten können stetig oder schrittweise eingestellt werden. Bei einer stetigen Einstellung wird die Änderungsgeschwindigkeit für die Verzögerungszeiten mit zunehmenden Verzögerungszeiten abnehmend eingestellt.

Bei einer schrittweisen Einstellung der Verzögerungszeiten entspricht dies einer zunehmenden Verweildauer (Integrationszeit) auf der bestimmten Verzögerungszeit mit zunehmenden Verzögerungszeiten.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 beispielhafte Signale für eine erfindungsgemäße Pulsradarvorrichtung mit der Verdeutlichung von Entfernungs-Teilbereichen entsprechenden Zeittoren

Fig. 2 eine schematische Verdeutlichung des bei der erfindungsgemäßen Pulsradarvorrichtung verwendeten Meßprinzips mit einer veränderbaren Verzögerungszeit

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Kurve zur Einstellung der Verzögerungszeit für den gesamten Entfernungs- Meßbereich

Fig. 4 eine Kurve zur Verdeutlichung der Verweildauer für die dem Gesamt-Meßbereich entsprechenden Verzögerungszeiten

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Pulsradarvorrichtung.

Fig. 1a verdeutlicht auf der Zeitachse t ausgesendete Radarimpulse 1, die mit einer Pulswiederholungsperiode TPRF ausgesandt werden. Dargestellt ist ein aus kurzer Entfernung reflektiertes Pulssignal 2 und ein aus einer größeren Entfernung reflektiertes Pulssignal 2', das somit von einem Empfänger der Pulsradarvorrichtung später empfangen wird.

Fig. 1b verdeutlicht, daß für den Empfänger durch verschiedene Verzögerungszeiten unterschiedliche Zeittore 3, 3' einstellbar sind, so daß der Empfänger für eine Vielzahl von ausgesandten Radarimpulsen 1 jeweils nur nach einer bestimmten Verzögerungszeit innerhalb des eingestellten Zeittores 3, 3' eintreffende Radarimpulse empfangen kann, die dann über eine Mehrzahl von empfangenen Radarimpulsen 2, 2' für das gerade eingestellte Zeittor 3, 3' aufintegriert werden.

Fig. 2 verdeutlich, daß für eine Detektionsperiode die Verzögerungszeit TDELAY kontinuierlich oder schrittweise verschoben wird, um jeweils Zeittore 3, 3' wirksam zu schalten. Die Verschiebung erfolgt dabei gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Pfeil M von kleinen zu größeren Verzögerungszeiten, kann aber auch von großen Verzögerungszeiten zu den kleinen Verzögerungszeiten vorgenommen werden.

Die bekannten Verschiebungen M des Zeittores 3, 3' sind gleichförmig erfolgt, also kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit oder stufenweise mit gleicher Verweildauer für jede eingestellte Verzögerungszeit.

Erfindungsgemäß wird die Verschiebung M, also die Änderung der Verzögerungszeit innerhalb eines Durchfahrens der möglichen Verzögerungszeiten, unterschiedlich eingestellt.

Fig. 3 zeigt eine Einstellkurve für die auf der Ordinate eingetragenen relativen Verzögerungszeiten (zwischen 0 und 1) aufgetragen gegen den Entfernungsmeßbereich Rmin bis Rmax bzw. die zugehörigen Verzögerungszeiten 0 bis Tmax. Daraus ergibt sich, daß zur Kompensation des Intensitätsabfalls durch Reflektionen an in zunehmender Entfernung befindlichen Objekten die Änderung der Einstellung der Verzögerungszeit für geringe Entfernungen (nahe Rmin) sehr groß ist, so daß die Hälfte der Änderung der Verzögerungszeit bereits in einem Bereich zwischen einem Achtel und einem Zehntel des Entfernungs-Meßbereichs stattgefunden hat. Die Einstellung der übrigen Verzögerungszeiten erfolgt dann mit stark abnehmender Änderungsgeschwindigkeit. Für die in der Praxis bewährte Kurve gemäß Fig. 3 ist ein Zusammenhang zwischen Empfangsleistung Pe und Abstand r mit Pe prop. r-2,5 zugrunde gelegt worden.

Fig. 4 zeigt im logarithmischen Maßstab über den Entfernungs- Meßbereich Rmin bis Rmax eine Kurve, die als die Verweilzeit bei den Verzögerungszeiten, die den jeweiligen Entfernungsbereichen zwischen Rmin und Rmax entsprechen, eingestellt sind. Sollte die Verstellung der Verzögerungszeit schrittweise vorgenommen werden, repräsentiert Fig. 4 die jeweilige Einstelldauer für den jeweiligen Verzögerungszeitschritt. Für hohe Verzögerungszeiten, also große Entfernungen der Objekte wird die Verweildauer - also die Integrationszeit und damit die Summation der reflektierten Signale über die Anzahl der ausgesandten Radarimpulse 1 - drastisch gegenüber kurzen Verzögerungszeiten erhöht.

Auf diese Weise gelingt es, die Intensitätsverluste der an entfernteren Objekten reflektierten Radarimpulse 2' gegenüber den an nahen Objekten reflektierten Radarimpulsen 2 zu kompensieren, ohne daß hierfür besonders gesteuerte aufwendige Vorverstärker erforderlich wären. Sofern noch Verstärker zum Einsatz gelangen, können diese einfach und daher preiswert sein.

Fig. 5 verdeutlicht einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Pulsradarvorrichtung. Ein Pulsgenerator 10 steuert einen Sender 11, der somit Radarimpulse über eine Sendeantenne 12 aussendet. Über eine Empfangsantenne 13 werden reflektierte Radarimpulse empfangen und einem Empfänger 14 zugeleitet. Der Empfänger wird über eine steuerbare Verzögerungsschaltung 15 jeweils nur für ein bestimmtes Zeittor 3, 3' nach Aussendung des Radarimpulses empfangsbereit geschaltet. Demgemäß triggert ein Ausgangsimpuls des Impulsgenerators 10 jeweils die Verzögerungsschaltung 15. Die von dem Empfänger 14 jeweils innerhalb des Zeittores 3, 3' empfangenen reflektierten Radarimpulse werden mit einer Integrationsschaltung 16 aufintegriert und bilden ein zu dem jeweiligen Zeittor 3, 3' gehörendes Ausgangssignal.

Erfindungsgemäß ist die Verzögerungsschaltung 15 mit einer Steuerung 17 steuerbar, um so die Verlängerung der Integrationszeit (Fig. 4) für größere Entfernungen herbeizuführen. Hierzu kann das Ausgangssignal der Steuerung 17 gemäß Fig. 3 ausgebildet sein, um die Verzögerungszeit für kurze Entfernungen wesentlich schneller zu ändern als für größere Entfernungen.


Anspruch[de]
  1. 1. Pulsradarvorrichtung mit einem Sender für Radarimpulse (1) und einem Empfänger für reflektierte Radarimpulse (2, 2'), der mittels einer Verzögerungseinrichtung zu unterschiedlichen Verzögerungszeiten (TDELAY) zur Detektion von reflektierten Radarimpulsen (2, 2') aus einem zugehörigen Entfernungs-Teilbereich (3, 3') empfangsbereit geschaltet wird, wobei mittels einer Steuerung die einem Entfernungs-Meßbereich entsprechenden Verzögerungszeiten (TDELAY) durchfahren werden und eine Integrationsschaltung vorgesehen ist, die zu einem Teil-Entfernungsbereich (3, 3') gehörende, für die zugehörige Verzögerungszeit (3, 3') empfangene reflektierte Impulse (2, 2') aufintegriert, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuerung die Änderung der Verzögerungszeit (TDELAY) innerhalb eines Durchfahrens der Verzögerungszeiten unterschiedlich einstellbar ist.
  2. 2. Pulsradarvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuerung die Änderung der Verzögerungszeiten (TDELAY) während eines Durchfahrens der Verzögerungszeiten für kurze Verzögerungszeiten wesentlich größer einstellbar ist als für lange Verzögerungszeiten.
  3. 3. Pulsradarvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeiten stetig mit für zunehmende Verzögerungszeiten abnehmenden Änderungen der Verzögerungszeiten einstellbar sind.
  4. 4. Pulsradarvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeiten schrittweise einstellbar sind und die Verweildauer auf eine eingestellte Verzögerungszeit (3, 3') für die Verzögerungszeiten unterschiedlich einstellbar ist.
  5. 5. Pulsradarvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweildauer für eine bestimmte Verzögerungszeit (3, 3') mit zunehmender Verzögerungszeit zunimmt.






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