專利名稱：用于提高多普勒雷達(dá)傳感器精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提高多普勒雷達(dá)傳感器精度的方法，該多普勒雷達(dá)傳感器具有用于測量車輛相對于地面的速度的微波收發(fā)器天線。
背景技術(shù)：
在根據(jù)多普勒效應(yīng)的雷達(dá)速度測量中，分析所接收的微波相對于所發(fā) 射的微波的頻移。如果傾斜地向背景發(fā)射，則要考慮輻射角度。因為總是 必須要輻射背景最終較小的面積，不同的角度分量對總信號做出貢獻(xiàn)。對 現(xiàn)存頻率混合的分析是這樣包含誤差的大的帶寬也導(dǎo)致高的測量誤差。 因此人們嘗試將被照射的面積在運(yùn)動方向上保持盡可能地窄。為此，迄今為止需要帶有巨大的孔徑的價格昂貴的天線。此外，對于高精度的測量追 求平坦的輻射，以便減小由于角度和背景造成的誤差。在此，在對背景的 常規(guī)的橢圓輻射面積的條件下，出現(xiàn)了限制可實現(xiàn)的帶寬最小值的額外的 效果。盡管有昂貴的天線技術(shù)，精度提高的效果仍然有限。在行駛方向上 狹窄的受輻射的背景條帶， 一方面導(dǎo)致在單個的散射體的信號分量內(nèi)部的 極小的相關(guān)長度以及又由此導(dǎo)致的測量不可靠，另一方面在高的精度要求例如軌枕或者金屬外殼。因此由于高的強(qiáng)度波動而導(dǎo)致可用性受限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種提高用于車輛速度測量的多普 勒雷達(dá)傳感器的精度的方法。
根據(jù)多普勒效應(yīng)的測量方法的精度由對應(yīng)的頻率混合的相對頻譜帶寬 決定性地確定。該相對帶寬對應(yīng)于在背景上假設(shè)的兩條等多普勒線之間的 獨立于速度的區(qū)域。這些線可以根據(jù)精度規(guī)定推導(dǎo)出。
按照本發(fā)明，將所照射的背景面積從行駛方向旋轉(zhuǎn)出并有針對性地與 所照射的背景的等多普勒加權(quán)相匹配。由此，在兩條限定精度的等多普勒線之間經(jīng)過了明顯更大的照射面積。這樣采集了多個散射體并且提高了統(tǒng) 計可靠性。在橫跨照射面積時散射體的信號分量的相關(guān)長度變長，由此提 高了可能的精度。
由于天線主輻射方向相對于行駛方向的翻轉(zhuǎn)，幾乎不出現(xiàn)在行駛道路 或者軌道路基中的金屬物體上的鏡像反射，因為這些金屬物體多數(shù)情況下 垂直于或者平行于行駛方向地取向。由此，避免了多普勒信號的極端的強(qiáng) 度波動。
平行于行駛方向的采集長度大于軌枕，其中從該釆集長度中同時地采 集信號分量。由此，減小了由其造成的限制精度和可用性的、多普勒信號 的強(qiáng)度調(diào)制。可以成功地采用更簡單的分析方法。
與迄今為止的使用方案相比，可以毫無損失地進(jìn)一步降低孔徑、即在 較少成束的輻射方向上的天線寬度。由此減小了決定天線造價的、昂貴的 高頻印刷電路材料所需要的面積。
傳感器的垂直結(jié)構(gòu)高度顯著地減小。由此也可以通過對應(yīng)的應(yīng)用滿足關(guān)鍵的裝配空間(例如在ICE的條件下)?？梢詫崿F(xiàn)具有較小的機(jī)殼的整體 上緊湊的傳感器結(jié)構(gòu)形式。
通過在行駛方向中較小的天線投影面積以及天線表面相對于流入的空 氣的極其尖銳的角度(特別是在下雨、下雪和污染的噴淋水的條件下)，對 應(yīng)的傳感器相對于污染和天氣影響是不敏感的。
一并考慮由裝配條件、行駛道路條件、精度和可靠性要求、傳感器尺 寸、抗污染性以及頻率分析方法的邊界條件構(gòu)成的形成天線特性的要求。 根據(jù)等多普勒圖(等多普勒場)可以將這些特性交互地優(yōu)化。由此實現(xiàn)的 對天線尺寸和取向的所有自由度的利用在沒有限制的附加條件的情況下帶 來一種最佳的調(diào)整，即，在橫向上的強(qiáng)烈成束，該橫向幾乎垂直于天線的 常規(guī)取向(即在行駛方向上強(qiáng)烈成束)地區(qū)分。
在此，也可以采用廉價的標(biāo)準(zhǔn)微波收發(fā)器天線。


本發(fā)明在權(quán)利要求中詳細(xì)地標(biāo)識出，并且下面結(jié)合附圖對其作進(jìn)一 步說明。
附圖中
圖1示例性地示出了散射體對于多普勒頻譜的貢獻(xiàn)，
圖2示出了 一種典型的等多普勒結(jié)構(gòu)以及不同取向的天線的照射面積，
并且
圖3示出了一種用于在優(yōu)化天線取向時對過程進(jìn)行說明的等多普勒結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
下面的考察針對模型介紹。在此的出發(fā)點是在背景上的線，為多普勒 頻譜貢獻(xiàn)相同頻率的散射體位于這些線上。這些線被稱為等多普勒線。因 為這里僅僅考察相對的特性(如多普勒頻率混合的相對帶寬)，多普勒結(jié)構(gòu) 是速度不變的。為了更好地理解，下面從勻速運(yùn)動出發(fā)。
多普勒頻譜由所有由天線照射的散射體的在幅度和頻率上加權(quán)的功率 分量形成。在此，單個的散射體為總頻諳所提供的頻率，取決于在行駛方 向上的速度分量與在該散射體的方向上的速度分量之間角度。
如果在背景上標(biāo)記在頻譜中造成相同的頻率的散射體，則形成了雙曲
線形式的等多普勒線。
從相同的頻率對應(yīng)于相同的角度a出發(fā)，給出了等多普勒線的數(shù)學(xué)表示。
在所考察的x、 y平面上可以按照圖2描繪出天線的照射面積。照射面 積在等多普勒結(jié)構(gòu)中的位置允許對多普勒頻譜進(jìn)行估計。
圖2中的每條等多普勒線表示在頻譜中的一個頻率。也就是說，根據(jù) 照射面積相對于各條線的空間位置可以估計出哪些頻率在頻譜中具有最大 的分量。該圖示還示出了傳感器的不同配置是如何在圖形中對覆蓋區(qū) (Footprint)產(chǎn)生影響的。圍繞長軸翻轉(zhuǎn)造成覆蓋區(qū)的平行移動。整個傳感 器的旋轉(zhuǎn)造成覆蓋區(qū)沿著 一個圓軌道的移動。將兩種可能性進(jìn)行組合則允 許了天線的覆蓋區(qū)在保證多普勒頻譜非常窄的區(qū)域中的目標(biāo)精確的定位。
為此，圖2示出了一個例子。為此將天線模塊幾乎水平地安裝到傳感 器前面。這與普遍常見的取向相反。圖2中的每條等多普勒線表示在頻譜 中的一個頻率。也就是說，根據(jù)照射面積相對于各條線的空間位置可以估 計出哪些頻率在頻譜中具有最大的分量。這種匹配的優(yōu)點還在于相對簡單 的可實現(xiàn)性。通過對在傳感器前面的模塊的旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，可以將天線的照 射斑點定位到背景的任意位置上。該設(shè)置可以從作為基礎(chǔ)的角度關(guān)系計算并且由此實際地實現(xiàn)。
下面參照圖3描述在還需構(gòu)造的最佳天線中的過程。
首先，根據(jù)裝配關(guān)系并且對應(yīng)地利用頻率分析方法確定理想的俯仰角 度(Nickwinkel )。由此形成了等多普勒場的基礎(chǔ)等吸收(Basisisodope )。與 行駛道路已知條件對應(yīng)地，將一個盡可能拉長的橢圓面積在圖形中置于由 精度要求形成的等吸收對之間。必要時根據(jù)分析方法的相關(guān)長度要求對該 橢圓進(jìn)行校正。該橢圓的長對稱軸相對于天線位置平行移動。由此，結(jié)合 所追求的在背景上的高度h (圖1)給出翻轉(zhuǎn)角度。結(jié)合所追求的在背景上 的高度h(圖1)，相對于天線位置平行移動的橢圓的重心距離給出旋轉(zhuǎn)角 度。利用旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)角度的值可以按照照射橢圓重心而將照射橢圓投影到 一個與天線面積平行的平面上。這樣，可以利用公知的方法來計算天線的 所希望的輻射特性。
在現(xiàn)有的天線中必須針對裝配關(guān)系、對于分析方法的要求以及精度要 求進(jìn)行折衷。必要時必須多重進(jìn)行所解釋的步驟中的幾個并且在此對各個 要求進(jìn)行重新的加權(quán)。
本發(fā)明并不局限于前面所提到的實施例。而是可以考慮多個變形，這 些變形也在基本上其它類型的實施中采用了本發(fā)明的特征。
權(quán)利要求
1.一種用于提高多普勒雷達(dá)傳感器精度的方法，該多普勒雷達(dá)傳感器具有用于測量車輛相對于地面的速度的微波收發(fā)器天線，其特征在于，這樣旋轉(zhuǎn)和/或翻轉(zhuǎn)所述微波收發(fā)器天線，使得被照射的背景面積是一個基本上位于兩條等多普勒線之間的、被拉長的橢圓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波收發(fā)器天線的 主輻射方向被相對于車輛運(yùn)動方向翻轉(zhuǎn)，并且/或者所述^b皮收發(fā)器天線本 身在其裝配平面中被旋轉(zhuǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，將所述微波收發(fā)器 天線的結(jié)構(gòu)和尺寸視為給定的，并且通過對所述微波收發(fā)器天線的翻轉(zhuǎn)和 旋轉(zhuǎn)進(jìn)行與多普勒頻譜的所追求的特性的匹配。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，利用對翻轉(zhuǎn)的選擇減小 在行駛道路中的金屬物體上的鏡像反射的可能性，并且由此使待計算的多 普勒頻譜的動態(tài)減到最小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，對應(yīng)于在多普勒頻 譜中的頻率特征選擇所述主輻射方向的傾斜角度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述微波 收發(fā)器天線的翻轉(zhuǎn)被用于使由于粘附的臟物或雪造成的干擾減到最小。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了確定 翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)的大小，利用等多普勒線場的數(shù)學(xué)-物理輔助結(jié)構(gòu)，在該等多 普勒線場中對由所述微波收發(fā)器天線照射的背景面積進(jìn)行評價和匹配。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，對應(yīng)于所追求的傳感器 精度導(dǎo)出多普勒頻譜的最大頻譜帶寬，并由此導(dǎo)出對最后確定的微波收發(fā) 器天線的照射背景面積進(jìn)行限界的等多普勒線的位置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，這樣翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)所述多 普勒雷達(dá)傳感器，使得其照射的背景面積處于兩條限界的等多普勒線之間， 并且同時考慮到了裝配的其它邊界條件、特別是傳感器結(jié)構(gòu)的高度和/或行 駛道路的最小寬度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，采用標(biāo)準(zhǔn) 的微波收發(fā)器天線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于提高多普勒雷達(dá)傳感器精度的方法，該多普勒雷達(dá)傳感器具有用于測量相對于地面的車輛速度的微波收發(fā)器天線，其中，這樣旋轉(zhuǎn)和/或翻轉(zhuǎn)所述微波收發(fā)器天線，使得被照射的背景面積是一個基本上位于兩條限定精度的等多普勒線之間的被拉長的橢圓。
文檔編號G01S13/60GK101208615SQ200680022811
公開日2008年6月25日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者亨德里克·伊本多夫, 克里斯·卡庫希克 申請人:西門子公司