DE2802968C3 - Schaltungsanordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen nach dem Doppler-Radar-Prinzip - Google Patents

Description

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß um die Harmonischen bei großem Dynamikbereich zu reduzieren, das Doppler-Nutzsignal vor dessen Verarbeitung im Einseitenbandmodulator (ESB) in einem Vorverstärker (VS) derart verstärkt wird, daß kleine Amplituden linear und große Amplituden logarithmisch verstärkt werden.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekreis (HK) ein Halteglied (C2) aufweist, das unter Bezugnahme der bisherigen Spannungsänderungen des Steuersignals an der Steuerleitung der Phasen-Verschluß-Schaltung (PLL) eine extrapolierte Spannung abgibt, die eine Simulation des voraussichtlichen Verlaufs der Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit der Zeit bewirkt.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen nach dem Doppler-Radar-Prinzip, bei dem das Doppler-Nutzsignal über einen Schwellenwertschalter in einem Rechner ausgewertet wird unter Verwendung eines synchronisierbaren Oszillators.

Zur Beeinflussung der Wagengeschwindigkeit im Eisenbahn-Güterwagen-Rangierbetrieb werden Gleisbremsen eingesetzt, zu deren Steuerung die Wagenge- schwindigkeit mit großer Genauigkeit laufend gemessen werden solL Dabei ist es bekannt (vgL z.B. Eisenbahningenieuer 17 (1966) 5: »Geschwindigkeitsmessungen mit Radar in automatischen Ablaufanlagen«), Radargeräte dafür einzusetzen, die nach dem

Dopplerprinzip arbeiten.

Bei der Geschwindigkeitsmessung mit solchen bekannten Radaranlagen werden in einem kleinen Sender elektromagnetische Wellen erzeugt und über eine Radarantenne ausgestrahlt Ein im Meßbereich befindli ches Fahrzeug reflektiert einen Teil der auftreffenden Energie. Das zurückgestrahlte Signal wird von der Antenne empfangen und in einem Mischer mit dem ausgesendeten Signal gemischt In einem nachgeschalteten Tiefpaß und einem Verstärker wird aus dem Mischprodukt die Dopplerfrequenz ausgefiltert und gemessen. Dabei ergibt sich die Größf der Wagengeschwindigkeit in m/i. aus der Gleichung

/,/»6,67 · /· ν ■ cos«,

worin /</ die Dopplerfrequenz in Hz, « der Winkel zwischen dem Sendestrahl und der Bewegungsrichtung des Wagens und /die Sendefrequenz in GHz ist

In dieser bekannten Radaranlage werden die Dopplerfrequenz-Signale mittels eines Zweibereich- Schwellwertschalters in Rechteckimpujse umgeformt, die in einer Auswerteschaltung oder in einem Rechner weiterverarbeitet werden.

Eine solche bekannte Geschwindigkeitsmeßeinrichtung erweist sich indessen als ungünstig bezüglich der Empfindlichkeit des Gerätes, insbesondere im Eisenbahn-Güterwagen-Rangierbetrieb, da die festvorgegebenen Ansprech-Schwellen sehr weit auseinander gewählt werden müssen, damit Rauschsignale wirkungslos bleiben. Zudem kann eine solche Einrichtung keine Lückenfüllung bei Fading und keine Glättung von Phasensprüngen bewirken, wie sie beispielsweise bei leichten Schwenkbewegungen des Eisenbahn-Güterwagens entstehen.

Es ist auch bereits (aus der DE-OS 23 24 271) bekannt,

so in einer Schaltungsanordnung zur Weg- oder Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen unter Verwendung eines Doppler-Radargerätes hinter dem Schwellwertschalter und unmittelbar vor der Auswerteschaltung einen synchronisierbaren Oszillator einzufügen, wobei dieser Oszillator über einen weiten Frequenzbereich synchronisierbar sein muß.

Mit einer solchen Schaltungsanordnung können zwar Phasensprünge und Amplitudeneinbrüche korrigiert werden; sie erweist sich indessen eis nachteilig insbesondere bezüglich der Empfindlichkeit. Wird nämlich das Rauschen durch sehr weit auseinanderliegende Ansprechschwellen des Schwellwertschalters eliminiert, so wird die Schaltung sehr unempfindlich, wodurch häufig kein Synchronisationssignal während einer längeren Zeitspanne zum synchronisierbaren Oszillator gelangen kann. Werden hingegen die Ansprechschwellen zu knapp über das Kauschen gelegt, so muß die Wirkung des Rauschens ir.i synchronisierba-

ren Oszillator durch einen Tiefpaß eliminiert werden. Dadurch wird die Schaltung zu langsam, da die Zeitkonstante des Tiefpasses relativ groß sein muß, um auch sehr kleine Dopplerfrequenzen bis zu einigen Hertz verarbeiten zu können.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine empfindliche und zugleich relativ schnelle Schaltungsanordnung anzugeben, die bei der Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen unter Verwendung eines Doppler-Radargerätes dem Rechner vom Amplitudeneinbrächen und Phasensprüngen freie Dopplerfrequenz-Signale liefert

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Einseitenbandmodulator vorhanden ist, der eingangsseitig einerseits mit dem Doppler-NutzEignal und andererseits mit einem, von einem Hochfrequenz-Oszillator erzeugten Hochfrequenzsignal beaufschlagt ist und dessen Ausgang mit dem Eingang einer Phasen-Verschluß-Schaltung verbunden ist, deren Ausgangssignal durch einen ausgangsseitig mit dem Eingang des Sehwellwerisehahers verbundenen Demodulator ins Ursprungs-rrequenzband des Dopplersignals umgesetzt wird.

Eine solche Schaltungsanordnung bringt den Vorteil mit sich, relativ schnell kürzere Amplitudeneinbrüche und Phasensprünge, wie sie insbesondere durch ruckartige Lageänderungen der Fahrzeuge hervorgerufen werden, unter Beibehaltung einer relativ hohen Empfindlichkeit ausgleichen zu können.

Dieser Vorteil wird noch erhöht, wenn man, in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, die Steuerleitung des in der Phasen-Verschluß-Schaltung enthaltenen Oszillators mit einem Haltekreis verbindet, der bei einem Synchronisationsausfall das bisherige Steuersignal aufrechterhält, da in diesem Falle auch besonders längere Amplitudeneinbrüche ausgeglichen werden können.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen derselben werden im folgenden an Hand in den Zeichnungen wiedergegebener Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert Dabei zeigt F i g. 1 das Blockschaltbild einer gemäß der Erfindung ausgebildete: Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen und

F i g. 2 einen Diskriminator für eine Schaltungsanordnung zur Geschwindigkeitsmessung nach Fig. 1.

Die nach dem Dopplerprinzip arbeitende Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besteht prinzipiell aus einem Zirkulator ZR, an den ein Dauerstrichoszillator DOS, eine Mikrowellenantenne MA und eine Misch-Schaltung MS angeschlossen sind, wobei der Ausgang der Misch-Schdltung MS über die Reihenschaltung eines Tiefpasses TP, eines Vorverstärkers VS, eines Bandpaßfilters BP und eines Zweibereich-Schwellwertschalters SW mit einem Rechner RN verbunden ist, wobei ein Diskriminator DT gemäß der Erfindung dem Schwellwertschalter SWur.mittelbar vorgeschaltet ist.

Der Dauerstrichoszillator DOS liefert ein Dauerstrichsignal So über den ersten Arm Z/des Zirkulators ZR an die Mikrowellenantenne MA, beispielsweise eine Hornantenne, die das Dauerstrichsignal Sn in Richtung zu einem Fahrzeug, beispielsweise einem Eisenbahn-Güterwagen im Rangierbetrieb sendet, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll. Das vom Eisenbahn-Güterwagen reflektierte Echosignal wird von der Antenne MA empfangen, gelangt über den zweiten Arm Zl des Zirkulators ZA zu der M'sch-Schaltung MS, beispielsweise einer Mischdiodenschaltung, und wird dort mit einem Anteil des Dauerstriehsignals So gemischt. Aus dem entstehenden Mischprodukt wird über den Tiefpaß TP ein niederfrequentes Dopplersignal Sp ausgefiltert, welches im Vorverstärker VS verstärkt wird. Das nachgeschaltete Bandpaßfilter BP filtert aus diesem verstärkten Dopplersignal ein in einem gewünschten Frequenzband liegendes Doppler-Nutzsignal Ss aus. Im nachgeschalteten Diskriminator DT wird, das Doppler-Nutzsignal Sn von Störeinflüssen der eingangs beschriebenen Art befreit; danach wird dann aus dem störungsfreien Doppler-Nutzsignal im Schwellwertschalter SW ein digitales Rechtecksignal der gleichen Frequenz gewonnen, das vom Rechner RN ausgewertet wird.

Wegen des großen Dynamikbereiches seines Eingangssignals kann der Vorverstärker VS um Harmonische zu reduzieren, vorteilhafterweise derart dimensioniert werden, daß er für kleine Signale linear und für große Signale logarithmisch arbeitet

In dem erfindungsgemäß vorges:. >2nen Diskriminator DT ist, wie dies aus F i g. 2 ersichr'ich wird, eine Phasen-Verschluß-Schaltung PLL (Phase-Lock-Loop) vorhanden, die eingang ;seitig mit dem Ausgang eines mit einem Hochfrequenzsignal Shf aus einem Hochfrequenzoszillator HFO beaufschlagten Einseitenbandmodulators ESB mit unterdrücktem Träger verbunden ist Dabei kann die Steuerleitung des in der Phasen-Verschluß-Schaltung PLL enthaltenen Oszillators mit einem Haltekreis HK verbunden sein, der bei einem Synchronisationsausfall das jeweilige Steuersignal aufrechterhält Über einen Medelsignalausgang kann die Phasen-Verschluß-Schaltung PLL mit einer Haltekreis-Steuerung ST verbunden sein, und über einen Signalausgang ist die Phasen-Verschluß-Schaltung PLL mit dem ersten Eingang eines Demodulators DM verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Hochfrequenzsignal Shf des Hochfrequenzoszillators HFO beaufschlagt und dessen Ausgang mit eineji Tiefpaßfilter TPF verbunden ist Der Ausgang dieses Tiefpaßfilters TPF ist zugleich der Ausgang des Diskriminators DT und ist daher mit dem Eingang des Schwellwertschalters S W(siehe auch F i g. 1) verbunden.

Der Haltekreis HK weist eine Reihenschaltung eines ersten Verstärkers Vl, eines ersten Schalters S1, eines zweiten Verstärkers V2 und eines zweiten Schalters S₂ auf, dessen Ausgang ebenso wie der Eingang des ersten Verstärkers Vi mit der Steuerleitung der Phasen-Verschluß-Schaltung PLL verbunden ist; dabei sind die Eingänge der beiden Verstärker Vi und V2 jeweils über ein Halteglied, beispielsweise einen Kondensator C\ bzw. Ci, mit einem Bezugspotential verbunden. Die Schalter SI und S2 sind über je einen Steuereingang von r!er Haltekreis-Steuerung ST her steuerbar. Der Schwellwertschalter SW ist zusätzlich mit der Haltekreis-Steuerung ST über einen dritten Sifci'erausgang derselben verbunden.

Im Diskriminator DT nach Fig.2 können die verschiedensten Varianten eines Einseitenbandmodulators ESB eingesetzt werden. Ein bevorzugter Einseitenbandmodulator ESB nach F i g. 2 weist eine Subtrahierschaltung AS auf, deren Ausgang den Ausgrng des gesamten Einseitenbandmodulators biliiet und von deren zwei Eingängen ein erster mit dem Ausgang eines ersten Modulators M1 und der zweite mit dem Ausgang eines zweiten Modulators M2 verbunden ist, wobei der erste Modulator Mi einerseits mit dem über ein erstes Allpaßfilter AL i geführten Doppler-Nutzsignals Sn (Fig. 1) und andererseits über einen 90°-Phasenschie-

ber PHS mit dem Hochfrequenzsignal Shf und der zweite Modulator M 2 einerseits mit dem über ein zweites Allpaßfilter AL 2 geführten Doppler-Nutzsignal 5^ (Fig. 1) und andererseits mit dem Hochfrequenzsignal Shf selbst beaufschlagt wird. Diese Schaltung funktioniert nun folgendermaßen: Die Allpaßfilter ALI und AL2 bewirken eine gegenseitige Phasenverschiebung von 90° ihrer Ausgangssignale über den gewünschten Frequenzbereich. Die Modulatoren Mi und M2 multiplizieren das vom jeweiligen Allpaßfilter AL 1 bzw. AL2 gefilterte Doppler-Nutzsignal Sn mit zwei gegeneinander um 90° phasenverschobenen Hochfrequenzsignalen. In der Subtrahierschaltung AS wird ein Seitenband eliminiert. Vom Ausgang der Subtrahierschaltung AS her wird dem Signaleingang der Phasen-Verschluß-Schaltung PLL ein mit dem Doppler-Nutzsignal-Einseitenband moduliertes Hochfrequenzsignal Shf zugeführt; das

Ausgangssigiitii uci Fiiäseii-VeiSüiMÜu-Soiiauüng FLL

stimmt im Idealfall mit dem Eingangssignal derselben überein. Ein Idealfall wird indessen nur dann vorliegen, wenn das Dopplersignal keine Amplitudeneinbrüche und keine Phasensprünge aufweist. Das Ausgangssignal der Phasen-Verschluß-Schaltung PLL wird im Demodulator DM wieder ins Ursprungs-Frequenzband des Dopplersignals umgesetzt und über das Tiefpaßfilter TPF an den Ausgang zum Schwellwertschalter SW geliefert.

Wenn im Gegensatz zum Idealfall das Eingangssignal an der Phasen-Verschluß-Schaltung PLL dauernd kein modulierendes Dopplersignal beinhaltet, so schwingt ihr Oszillator frei etwa in der Mitte des Frequenzregelbereichs und es wird an die Haltekreis-Steuerung ST ein Synchronisationsausfall-Meldesignal geliefert, aufgrund dessen der Steuereingang des Schwellwertschalters SW mit einem diesen sperrenden Signal beaufschlagt ist, so daß kein Ausgangssignal aus dem Schwellwertschalter SWzum RechnerRN(Vig. l)gelangt.

Solange hingegen das Eingangssignal der Phasen-Verschluß-Schaltung PLL nur vorübergehend kein modulierendes Dopplersignal beinhaltet, kommt der Haltekreis HK zur Hilfe. Dieser funktioniert foleender maßen. Solange die Phasen-Verschluß-Schaltung PLl im synchronisierten Zustand arbeitet und kein Synchro nisationsausfall-Meldesignal am Eingang der Halte kreis-Steuerung ST vorhanden ist, bleibt der Schalte S I geschlossen und der Schalter 5 2 offen wobei das au der Steuerleitung des in der Phasen-Verschluß-Schal tung PLL enthaltenen Oszillators auftretende Signa über den Verstärker Vl und den geschlossener Schalter 51 zum Halteglied C2 gelangt und dor

ίο gespeichert wird. Bei einem Ausfall des Dopplersignal erhält die Haltekreis-Steuerung ST ein Synchronisa tionsausfall-Meldesignal, wodurch der Schalter S geöffnet und der Schalter 52 geschlossen wird, so dat das auf dem Kondensator C2 gespeicherte Steuersigna wieder auf die Steuerleitung des Phasen-Verschluß Schaltungs-Oszillators gelangt, was bewirkt, daß min destens für eine vorgegebene begrenzte Zeit das Signa am ersten Eingang des Demodulators DM zumindes

dfigüitäiif.1 t

Dopplersignals vorhandenen Signal ist. Verschwinde das Synchronisationsausfall-Meldesignal wieder, ode verstreicht die vorgegebene Zeit, so wird der Schaltei S2 wieder öffnen und der Schalter 51 wieder schließen Während der kurzen Zeit eines momentanen Ausfall« des Dopplersignals wird der Ausgang des Schwellwert schalters SW nicht von der Haltekreis-Steuerung 5' gesperrt. Wenn aber nach einer vorgegebenen Zeit da Synchrc i.isationsausfall-Meldesignal nicht wieder ver schwunden ist, so hält die Haltekreis-Steuerung STder Ausgang des Schwellwertschalters SW dauernd ge sperrt, wie dies weiter oben erklärt wurde.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung könnmen di auf der Steuerleitung des Phasen-Verschluß-Schaltungs Oszillators auftretenden Spannungsänderungen pre Zeiteinheit als Steuerparameter bei einem Synchronisa tionsausfall derart zur Steuerung der Spannung an Halteglied gebraucht werden, daß das Geschwindig keitsmeßresultat vergangenheitsabhängig extrapolier wird, wobei diese Steuerparameter beispielsweise aufgrund der ersten und der zweiten Ableitung de Spannungsänderungen pro Zeiteinheit gewonnener werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen nach dem Doppler-Radar-Prinzip, bei dem das Doppler-Nutzsignal über einen Schwellwertschalter in einem Rechner ausgewertet wird unter Verwendung eines synchronisierbaren Oszillators, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einseitenbandmodulator (ESB) vorhanden ist, der eingangsseitig einerseits mit dem Doppler-Nutzsignal (Sn) und andererseits mit einem, von einem Hochfrequenz-Oszillator (HFO) erzeugten Hochfrequenzsignal (Shf) beaufschlagt ist und dessen Ausgang mit dem Eingang einer Phasen-Verschluß-Schaltung (PLL) verbunden ist, deren Ausgangssignal durch einen ausgangsseitig mit dem Eingang des Schwellwertschalters (S W) verbundenen Demodulator (DM) ins Ursprungs-Frequenzband des Dopplersignals umgesetzt wird.

2. Schahsngsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stcucraleitung des in der Phasen-Verschluß-Schaltung (PLL) enthaltene Oszillator mit einem Haltekreis (HK) verbunden ist, der bei einem Synchronisationsausfall das bisherige Steuersignal aufrechterhält

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekreis (HK) die Reihenschaltung eines ersten Verstärkers (Vi), eines ersten Schalter (S 1), eines zweiten Verstärkers (V 2) und eines zweiten Schalters (S 2) aufweist, wobei einerseits der Eingang des zweiten Verstärkers über ein Halteglied (C2\ mit einem Bezugspotential und andererseits der Ausgang des zweiten Schalters (S 2) mit dem Eingang des ersten Verstärkers (VX) und mit dt.r Steuerleitung der Phasen-Verschluß-Schaltung (PLL) verbunden ist, wobei während des Vorhandenseins eines Synchronisationsausfall-Meldesignals für eine vorgegebene begrenzte Zeitspanne der erste Schalter (Si) geöffnet und der zweite Schalter (S 2) geschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Fortdauerns des Synchronisationsausfalls nach Verstreichen der vorgegebenen Zeitspanne die Haltekreis-Steuerung (ST) auch den Ausgang des Schwellwertschalters