WO2015043935A1 - Method for monitoring a sensor cover, and sensor unit operated in accordance with said method - Google Patents

Method for monitoring a sensor cover, and sensor unit operated in accordance with said method Download PDF

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WO2015043935A1
WO2015043935A1 PCT/EP2014/069059 EP2014069059W WO2015043935A1 WO 2015043935 A1 WO2015043935 A1 WO 2015043935A1 EP 2014069059 W EP2014069059 W EP 2014069059W WO 2015043935 A1 WO2015043935 A1 WO 2015043935A1
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signal
cover
antenna arrangement
antenna
detected
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PCT/EP2014/069059
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Hendrik Ibendorf
Chris Kakuschke
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9328—Rail vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a cover of a sensor unit of a vehicle, in particular a rail vehicle, with regard to contamination. It further relates to a subsequently operated sensor unit.
  • sensor unit is meant in this case, in particular, a Doppler radar sensor based on electromagnetic radiation.
  • Doppler radar sensors are used, for example, for vehicle speed detection by sending radar waves of a specific frequency from at least one antenna arrangement and reflected by an object back to the antenna arrangement.
  • the reflected echo has a velocity-proportional frequency shift due to the Doppler effect. By evaluating this frequency shift, it is possible to determine the relative velocity between the
  • Doppler radar sensors are used, for example, for measuring the speed of rail vehicles, wherein the antenna arrangement is expediently arranged on the underside of the vehicle and radar waves are sent in the direction of the ground.
  • a microwave window or radome made of a radar-transparent material is typically arranged as a protective cover in front of the antenna arrangement.
  • Doppler radar sensors are inherently dependent on the radia- bility of the radome.
  • contamination may occur on the outside of the substrate, which adversely affects the function of the Doppler radar sensor.
  • Pollution is generally understood to mean adhesions on the outside of the radome, which the Transmission of radar waves affect, for example ice, snow, an applied water film or dust.
  • a second, usually odometric measuring method must be used, which has a greater measurement error than the Doppler radar sensor.
  • the cleaning of the radome is usually done manually, which is not feasible in ongoing vehicle operation, so that in adverse weather conditions long downtime of the Doppler radar sensor must be taken into account.
  • the evaluation of the DC component (direct current component) in the Doppler signal is in principle an indication of the static component of the reflections.
  • the size or height of the DC component is highly dependent on the phase relationship between the transmit and receive signals.
  • the antenna array is directed at an angle to the ground, whereby the phase relationship is not constant due to the large area of the oblique radiation.
  • the invention is therefore based on the object, while avoiding the disadvantages mentioned above, to specify a particularly suitable method for monitoring a cover of a sensor unit for the purpose of detecting soiling. Furthermore, a sensor unit operated according to this method is to be provided.
  • At least two adjacent antenna arrangements are provided for monitoring a cover of a sensor unit and at least partially reflect a first radio signal transmitted from one of the antenna arrangements on the cover to the second antenna arrangement, wherein based on the reflected from the second antenna arrangement, reflected first radio signal (Ref - signal) is automatically detected on the cover surface.
  • the sensor unit is in particular a Doppler radar sensor for speed measurement for a vehicle, preferably for a rail vehicle.
  • the sensor unit comprises a control unit, which is set up in terms of circuitry and / or programming technology to execute the method.
  • the control unit acts on the one hand, the antenna assemblies with a radar signal as a radio signal and on the other hand detects the reflected signal amplitudes, hereinafter also referred to as a measurement signal, for the detection of contamination.
  • the first radio signal reflected on the cover it is therefore advantageously and easily possible to detect contamination on the cover surface.
  • the availability of the sensor unit is increased even under unfavorable weather conditions, since the signal evaluation of the control unit can be optimally adapted to the physical conditions.
  • the accuracy of the sensor unit is increased under unfavorable weather conditions, since closed on the basis of knowledge of the nature of the cover surface on the falsification of Doppler signals and thus the determined speed of the sensor unit can be corrected.
  • Dirt is generally understood to mean adhesions on the cap surface that affect the transmission of the first radio signal, such as ice, snow, a film of water, or dust.
  • the control unit is formed in an expedient embodiment, at least substantially by a microcontroller, in which a control program automatically executing the method is implemented.
  • the control unit can also be formed, for example, by an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the sensor unit is arranged on an underbody of the rail vehicle, the antenna arrangements being directed in particular towards the ground.
  • the antenna arrangements are embodied as transceiver modules, the emission direction of which is inclined in each case at an angle, for example 15 ° and 45 °, to the ground.
  • the antenna arrangements are oriented in particular in such a way that a transmission path is established between these antenna arrangements, which extends over the cover surface (facing the antenna arrangements) and thus allows an assessment of the contamination of the cover. This essentially provides crosstalk between the two antenna arrangements.
  • the method is applicable to any number and arbitrarily arranged antenna arrangements, which are coupled in pairs or in groups signaling technology without limiting the generality.
  • the further description relates Example of the embodiment with a paired coupling.
  • the first antenna arrangement is continuously supplied with the first radio signal by the control unit.
  • the radio signal is in particular a radar signal with a wavelength in the centimeter or millimeter range.
  • the cover is preferably designed as a radome of a radar-transparent material. The portion of the first radio signal transmitted through the cover strikes the ground, and is reflected back to the sensor unit as an echo signal. The echo signal is received by one or both antenna arrangements and sent to the control unit for evaluation of the vehicle speed.
  • the detected frequency of the echo signal has a speed-proportional frequency difference due to the Doppler effect.
  • a difference formation between the first radio signal and the detected echo signal is designated by Doppler signal, on the basis of which the vehicle speed is determined by the control unit.
  • control unit thus continuously carries out, on the one hand, the known Doppler evaluation and, on the other hand, an evaluation of the first radio signal reflected between the antenna arrangements. From the difference between the emitted and reflected first radio signal, the control unit is suitable and set up, the portions of the first reflected and transmitted on the cover
  • a functional block of a typical control unit comprises in a conventional Doppler radar sensor the specification and stabilization of an operating frequency of the antenna arrangements, as well as the possibly necessary channel switching between the antenna arrangements. This functionality is procedurally extended to the effect that the operating frequency of the antenna arrangements is specified such that transmission between the antenna arrangements can take place in the frequency bands predetermined for the Doppler evaluation.
  • Doppler radar sensors existing electronic components. Only the control algorithm for the operating frequency of the frequency stabilization of the sensor unit is adapted. As a result, already installed Doppler radar sensors can be retrofitted cost-effectively by means of a software update for carrying out the method according to the invention. Compared with other, usually local detection options, such as capacitive proximity sensors, the cover is thus relatively large monitorable.
  • An antenna arrangement is to be understood as meaning, in particular, a signal-technically coupled transmitter and receiver combination, which is preferably embodied in particular as a transceiver module.
  • the operating frequency of the antenna arrangement or of the transceiver module is thus to be understood in particular to mean the operating frequency of a transmitter and / or reception mixer.
  • the operating frequencies of the transceiver module or of the antenna arrangement are essentially identical, because as a mixed signal, the (spectral) difference to the reception side directly
  • Transmission frequency of the first radio signal is used for the evaluation.
  • the antenna arrangements are operated at operating frequencies which deviate from each other by less than 100 kHz. This ensures that the first radio signal of the first antenna arrangement is contained in the received reflected radio signal of the second antenna arrangement.
  • the received reflected radio signal typically contains further signal components which are not used for Doppler evaluation or status determination of the coverage. These signal components are preferably separated by means of a low-pass filter. After the low-pass filter, an analog-digital converter is expediently provided for the further digital signal processing of the control unit.
  • the maximum deviation of the operating frequencies thus depends both on the requirements of the signal processing, such as the maximum evaluable speed, the available hardware and the transmission frequency used. At a typical transmission frequency of about 24GHz and evaluable vehicle speeds up to 500km / h, this deviation is between 40kHz and 100kHz.
  • the operating frequencies are preferably substantially identical, so that it is ensured that no influence of the Doppler signal occurs in this case.
  • the control unit no direct information technology coupling in the form of an analog or digital signal line between a transmission control and signal processing of the control unit necessary.
  • the operating frequencies have a defined distance of a few kHz, for example less than
  • the control-related relative fluctuation range of the difference frequency is different from the Doppler signal for signal processing.
  • an information technology connection between the transmission control and the signal processing is used.
  • the separation of the Doppler signal from the measurement signal by the specification and control of a defined distance (from a few kHz) to an estimated value of the Doppler frequency.
  • the measured signal is spectrally far away from the Doppler signal, so that a superposition of measuring signal and Doppler signal is excluded.
  • the estimated value can be estimated, for example, from other odometric measuring sensors of the vehicle.
  • the operating frequency of the first antenna arrangement is controlled such that it coincides with a detection frequency of the second antenna arrangement.
  • a control loop is implemented in the control unit, which tracks the transmitting first antenna arrangement in frequency such that its radio signal occurs in the receiving second antenna arrangement at a desired frequency, for example a pilot frequency.
  • a desired frequency for example a pilot frequency.
  • the first radio signal is modulated at intervals with a mixed signal.
  • a signal frequency different from the operating frequency of the antenna arrangement is used in particular for the mixed signal. This ensures that the control unit can distinguish the measurement signal from the Doppler signal during operation.
  • an information technology connection between the transmission control and the Signal processing used.
  • the separation of the Doppler signal from the measurement signal by the use of a pilot frequency band.
  • the operating frequencies of the antenna arrangements are set in such a way that the determination of the transfer function takes place in a pilot frequency band, which is far away from the expected Doppler frequency.
  • the mixed signals are preferably in particular low-frequency signals which are modulated onto the transmitted radio signal. Even with comparatively simple modulation types, such as amplitude modulation, the Doppler signal can thus be easily separated from the measurement signal by means of the control unit. In this case, the actual circumstance is used that the echo signal reflected on the ground experiences an influence by the Doppler effect, while the first radio signal reflected by the cover is free of such influencing.
  • control unit independently executes a frequency deviation (for example in sawtooth or triangular form) as a mixed signal.
  • a frequency deviation for example in sawtooth or triangular form
  • the "passing" of the carrier of the transmitting first antenna arrangement on the carrier of the receiving second antenna arrangement yields complex spectra with first negative and then positive frequency components (continuous received signal). that no synchronization of the operating frequencies of the antenna arrangements is necessary.
  • a degree of contamination is calculated by means of a transfer function for the purpose of detecting soiling.
  • the transfer function is determined in a suitable development of a defined distance between the antenna arrangements and the cover.
  • Pollution degree is to be understood in particular as a measure of the cover contamination which is determined by the control unit on the basis of the measurement signal.
  • the determination of the transfer function advantageously requires no adjustments to the hardware of the sensor unit, since one of the two antenna arrangements is manipulated in their operating frequency such that it falls within the working frequency range of the other antenna arrangement and the transfer function is determined by the electronics required anyway for determining the speed can.
  • a cleaning process is started at a predetermined degree of contamination, in which the contaminants are removed from the cover surface.
  • the sensor unit in the region of the cover comprises a cleaning device for cleaning the cover as required.
  • the contamination level detected from the measurement signal is stored by the control unit, for example with a stored
  • Threshold compared, wherein when the threshold value is exceeded, the cleaning device is actuated.
  • the cleaning device is, for example, a compressed air nozzle for blowing out the cover of dirt.
  • the first radio signal is reflected by means of additional reflection surfaces in the second antenna arrangement.
  • additional reflection surfaces for reflection of the first radio signal to the second antenna arrangement are expediently provided in a suitable embodiment.
  • the sensor structure is modified in such a way that crosstalk of the antenna arrangements is also possible via additional reflection surfaces in the sensor housing, if an unfavorable coupling between this is present.
  • an additional monitoring area of the cover is achieved by the additional reflection surfaces in comparison to local detection possibilities.
  • a second radio signal is transmitted by the second antenna arrangement, which is at least partially reflected in the first antenna arrangement and detected by the latter, whereby the degree of contamination is detected on the basis of the detected radio signals.
  • Embodiments are analogously to be transmitted to the second radio signal.
  • the multiple formation of the transfer function is made possible by a simultaneous evaluation of the coupled first and second radio signals in both antenna arrangements. From this, it is possible, for example, to eliminate certain systematic deviations due to the formation of a ratio, which are external, for example, in a weakening or amplification of the radio signals which is dependent on the degree of soiling.
  • the operating frequencies of the antenna arrangements are regulated by means of a movement direction of the vehicle.
  • an information technology connection between the transmission control and the signal processing of the control unit is preferably provided.
  • the Doppler signal is separated from the measurement signal by means of a selection of the area to be used in the complex spectrum.
  • the signal processing determines whether the sensor unit is in forward or reverse operation and adjusts the operating frequencies of the antenna arrangements such that when driving forward (positive Doppler frequency shift), the negative portion of the spectrum can be used to determine the transfer function and vice versa.
  • FIG. 1 shows a rail vehicle with a Dopplergeschwindig- keitssensor comprising a control unit and two
  • the sensor unit 4 comprises a control unit 6 and two transceiver modules coupled thereto as antenna arrangements 8a, 8b and a background radome as a common cover 10 for the antenna arrangements or transceiver modules 8a and 8b.
  • the control unit 6 acts on the one hand, the antenna assemblies 8a and 8b each with a radio signal, namely a first radio signal 12a and a second radio signal 12b and detects the other hand, the reflected signals, hereinafter referred to as the measurement signal 14 and echo signal 16, for the detection of dirt 18 and Speed determination.
  • the antenna assemblies 8a and 8b are continuously supplied with the radio signals 12a and 12b by the control unit 6.
  • the radio signals 12a and 12b are in particular radar signals with a wavelength in the centimeter or millimeter range.
  • the cover 10 is preferably made of a radar-transparent material, so that the radio signals 12a and 12b can safely penetrate the cover 10.
  • the sensor unit 4 is arranged as Doppler radar sensor on the underbody of the rail vehicle 2, wherein the Antennenanord- 8a and 8b are directed to a substrate 20 substantially.
  • the antenna arrangements 8a and 8b are inclined in FIG. 1 by way of example with center beam angles of approximately 15 ° or approximately 45 ° to the ground 20.
  • the mode of operation of the sensor unit 4 is explained in greater detail below by way of example with reference to FIG. 2 based on the radio signal 12a of the antenna arrangement or of the transceiver module 8a.
  • the explanations given with regard to the radio signal 12a are analogously also to be transmitted to the radio signal 12b.
  • the transmitted radio signal 12a strikes the cover 10 and transmits it at least partially as a transmission signal 22.
  • the non-transmitted portion of the radio signal 12a reflected by the cover 10 is referred to below as the reflection signal 24.
  • the geometric arrangement and orientation of the antenna arrangements 8a and 8b is chosen in particular such that the reflection signal 24 is reflected in the antenna arrangement 8b.
  • the dirt 18 are shown as circles, with only one of the circles is exemplified by a reference numeral.
  • the transmission signal 22 of the radio signal 12a passing through the cover 10 strikes the substrate 20 and is reflected there as an echo signal 16 (FIG. 1) back to the sensor unit 4.
  • the echo signal 16 is received by one or both antenna arrangements 8a or 8b and sent to the control unit 6 for evaluation.
  • the detected frequency of the echo signal 16 has due to the Doppler effect on a speed-proportional frequency difference, based on which the vehicle speed is determined by the control unit 6 based on a Doppler evaluation. If the contaminants 18 are deposited on the cover 10 during operation, they influence the irradiability of the cover 10, as a result of which the radiation characteristic of the reflection signal 24 changes. By the Detection of the reflection signal 24 reflected on the cover 10 by means of the antenna arrangement 8b thus makes it possible to detect or determine the contamination 18 on the radome surface of the cover 10.
  • the control unit 6 performs on the one hand continuously the known Doppler evaluation of the echo signal 16 and on the other hand, an evaluation of the reflected between the antenna arrays 8a and 8b reflection signal 24 by.
  • the difference between the emitted radio signal 12a and the reflection signal 24 is the measurement signal 14.
  • the control unit 6 Based on the measurement signal 14, the control unit 6 detects the reflected and transmitted to the cover 10 portions of the radio signal 12a. As a result, the directional characteristic of the antenna arrangements 8a and 8b or the attenuation on the cover 10 can be detected indirectly.
  • Partial or surface contamination 18 of, for example ice and snow cause a change in the amplitude and phase and thus can be reliably detected.
  • this comparison curves are stored for a clean cover surface in a non-illustrated memory of the control unit 6, on the basis of which a degree of contamination or degree of the radom surface of the underside of the cover 10 can be determined.
  • the degree of contamination is calculated using a stored transfer function.
  • the transfer function results essentially from a defined distance between the antenna arrangements 8a and 8b and the cover (radome)
  • a functional block of the control unit 6 essentially comprises a presetting and stabilization of operating frequencies 26a and 26b of the antenna arrangements 8a and 8b as well as the possibly necessary channel switching between the antenna arrays 8a and 8b.
  • the operating frequencies 26a and 26b of the antenna arrangements 8a and 8b are preferably predetermined by the control unit 6 such that transmission between the antenna arrangements 8a and 8b can take place in the frequency bands predetermined for the Doppler evaluation.
  • the frequency of the operating frequencies is 26a and
  • 26b identical or differs only slightly by a few kHz.
  • the radio or radar signal 12a is modulated at intervals with a mixed signal 28.
  • a mixed signal 28 in particular a signal frequency different from the operating frequencies 26a and 26b of the antenna arrangements 8a and 8b is used, preferably a low-frequency signal frequency which is modulated onto the transmitted radio signals 12a and 12b.
  • the separation of the detected for the Doppler evaluation echo signal 16 and the measurement signal 14 is carried out by the use of a pilot frequency band.
  • a pilot frequency band For this purpose, an information-technological connection between a transmission controller 30 and a signal processor 32 of the control unit 6 is provided in particular.
  • the operating frequencies 26a and 26b of the antenna arrangements 8a, 8b are adjusted by the transmission control 30 such that the determination of the transmission function takes place in a pilot frequency band which is sufficiently far away from the expected Doppler frequency of the echo signal 16.
  • the operating frequencies 26a and 26b of the transmission controller 30 based on a direction of movement of the
  • the signal processor 32 determines whether the sensor unit 4 or the Doppler speed sensor is moving in the forward or reverse direction. operation and adjusts the operating frequencies 26a and 26b so that when driving forward (positive Doppler frequency - displacement of the echo signal 16 relative to the radio signal 12a) the negative portion of the spectrum can be used to determine the transfer function, and vice versa.
  • a detected speed value 34 of the sensor unit 4 is sent by the control unit 6 to an evaluation unit 36 in order to compare the speed value 34 with, for example, detected speed values of other speed sensors, for example by detecting the wheel revolutions of the rail vehicle 2.
  • the evaluation unit 36 forwards the detected speed data to a vehicle controller 38 of the rail vehicle 2.
  • FIG. 3 shows an alternative arrangement of the antenna arrangements 8a and 8b or transceiver modules.
  • the antenna arrangements 8a and 8b are inclined substantially at the identical center beam angle, the radio signal 12a being reflected into the antenna arrangement 8b by means of an additional reflection surface 40.

Abstract

The invention relates to a method for monitoring a cover (10) of a sensor unit (4) of a vehicle, in particular a Doppler radar sensor of a rail vehicle, using at least two adjacent antenna arrays (8a, 8b), wherein a first radio signal (12a) transmitted by a first antenna array (8a) is at least partly reflected by the cover (10) in the direction of a second antenna array (8b) in the form of a reflected signal (24), and wherein on the basis of the reflected signal (24) detected by the second antenna array (8b) dirt (18) present on the cover (10) is automatically detected.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Überwachung einer Sensorabdeckung sowie danach betriebene Sensoreinheit Method for monitoring a sensor cover and subsequently operated sensor unit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Abdeckung einer Sensoreinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, hinsichtlich Verschmutzungen. Sie betrifft weiter eine danach betriebene Sensoreinheit. Unter Sensoreinheit wird hierbei insbesondere ein auf elektromagnetischer Strahlung beruhender Dopplerradarsensor verstanden. The invention relates to a method for monitoring a cover of a sensor unit of a vehicle, in particular a rail vehicle, with regard to contamination. It further relates to a subsequently operated sensor unit. By sensor unit is meant in this case, in particular, a Doppler radar sensor based on electromagnetic radiation.
Dopplerradarsensoren werden beispielsweise zur Fahrzeuggeschwindigkeitserfassung verwendet, indem Radarwellen einer bestimmten Frequenz von zumindest einer Antennenanordnung versendet und von einem Objekt zurück zur Antennenanordnung reflektiert werden. Das reflektierte Echo hat aufgrund des Doppler-Effekts eine geschwindigkeitsproportionale Frequenz - Verschiebung. Durch Auswertung dieser Frequenzverschiebung ist es möglich, die relative Geschwindigkeit zwischen demDoppler radar sensors are used, for example, for vehicle speed detection by sending radar waves of a specific frequency from at least one antenna arrangement and reflected by an object back to the antenna arrangement. The reflected echo has a velocity-proportional frequency shift due to the Doppler effect. By evaluating this frequency shift, it is possible to determine the relative velocity between the
Fahrzeug und dem Objekt zu bestimmen. Derartige Dopplerradarsensoren werden beispielsweise zur Geschwindigkeitsmessung von Schienenfahrzeugen angewendet, wobei die Antennenanordnung zweckmäßigerweise an der Fahrzeugunterseite angeordnet ist und Radarwellen in Richtung des Untergrunds versendet werden. Zum Schutz vor Verschmutzungen oder Beschädigungen der Antennenanordnung ist typischerweise ein Mikrowellenfenster beziehungsweise Radom aus einem radartransparenten Material als schützende Abdeckung vor der Antennenanordnung ange- ordnet. Vehicle and the object to be determined. Such Doppler radar sensors are used, for example, for measuring the speed of rail vehicles, wherein the antenna arrangement is expediently arranged on the underside of the vehicle and radar waves are sent in the direction of the ground. To protect against soiling or damage to the antenna arrangement, a microwave window or radome made of a radar-transparent material is typically arranged as a protective cover in front of the antenna arrangement.
Die Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Genauigkeit von Dopplerradarsensoren sind prinzipbedingt von der Durchstrahlbar- keit des Radoms abhängig. Durch widrige Umweltbedingungen können Verschmutzungen auf der dem Untergrund zugewandten Außenseite auftreten, die die Funktion des Dopplerradarsensors nachteilig beeinflussen. Unter Verschmutzung sind allgemein Anhaftungen auf der Radomaußenseite zu verstehen, die die Transmission von Radarwellen beeinflussen, beispielsweise Eis, Schnee, ein auftragender Wasserfilm oder Staub. The availability, reliability and accuracy of Doppler radar sensors are inherently dependent on the radia- bility of the radome. As a result of adverse environmental conditions, contamination may occur on the outside of the substrate, which adversely affects the function of the Doppler radar sensor. Pollution is generally understood to mean adhesions on the outside of the radome, which the Transmission of radar waves affect, for example ice, snow, an applied water film or dust.
Bei Dopplerradarsensoren tritt das Problem auf, dass das nach unten geneigte Radom Umweltbelastungen, insbesondere Witterungseinflüssen, ausgesetzt ist, welche durch Dämpfung der Radarstrahlen zum Ausfall des Dopplerradarsensors führen können. Besonders ausgeprägt tritt dieser Effekt bei verschneiten oder vereisten Sensorflächen auf. Bei Ausfall des Dop- plerradarsensors muss auf ein zweites, üblicherweise odometrisches Messverfahren zurückgegriffen werden, welches einen größeren Messfehler als der Dopplerradarsensor aufweist. Die Reinigung des Radoms erfolgt üblicherweise manuell, was im laufenden Fahrzeugbetrieb nicht durchführbar ist, so dass bei widrigen Witterungsverhältnissen lange Ausfallzeiten des Dopplerradarsensors in Kauf genommen werden müssen. In Doppler radar sensors, the problem arises that the downwardly inclined radome is exposed to environmental stresses, in particular weather conditions, which can lead to failure of the Doppler radar sensor due to attenuation of the radar beams. This effect is particularly pronounced on snowy or icy sensor surfaces. In the event of failure of the Doppler radar sensor, a second, usually odometric measuring method must be used, which has a greater measurement error than the Doppler radar sensor. The cleaning of the radome is usually done manually, which is not feasible in ongoing vehicle operation, so that in adverse weather conditions long downtime of the Doppler radar sensor must be taken into account.
Bisher ist keine zufriedenstellende Methode bekannt, die die Veränderung der Strahlcharakteristik der Antennenanordnung aufgrund von Radomverschmutzungen erkennt, um diese bei derSo far, no satisfactory method is known, which detects the change in the beam characteristic of the antenna array due to radome contamination to this in the
Geschwindigkeitsberechnung beziehungsweise Statussignalisier- ung des Dopplerradarsensors zu berücksichtigen. Speed calculation or status signaling of the Doppler radar sensor to be considered.
Zwar könnte durch geeignete Auswertung der erfassten Doppler- Signale, z. B. der Signalamplituden oder der Signal -Rausch- Abstände, der Radomzustand erfasst werden. Diese Methode bietet jedoch lediglich eine sehr ungenaue Einschätzung des Radomzustands , da Fehlinterpretationen in typischen Fahrsituationen nicht auszuschließen sind. Daher führt diese Methode grundsätzlich zu einer starken Verringerung der Verfügbarkeit des Dopplerradarsensors. Although, by suitable evaluation of the detected Doppler signals, z. As the signal amplitudes or the signal-to-noise ratios, the radome state are detected. However, this method only provides a very inaccurate assessment of the radome state, since misinterpretations in typical driving situations can not be ruled out. Therefore, this method basically leads to a large reduction in the availability of the Doppler radar sensor.
Auch ist eine Erweiterung der Antennenanordnung mit Richtkoppelelementen denkbar, welche die Trennung von zur Antennenan- Ordnung hinlaufenden und von der Antennenanordnung zurücklaufenden Signalkomponenten ermöglichen. Dadurch sind Aussagen zur Anpassung der Antennenanordnung ermöglicht. Diese Me- thode ist allerdings sowohl technisch sehr aufwendig als auch kostenintensiv und daher impraktikabel . An extension of the antenna arrangement with directional coupling elements is also conceivable which enable the separation of signal components running towards the antenna arrangement and returning from the antenna arrangement. As a result, statements about the adaptation of the antenna arrangement are made possible. This me- However, method is both technically very complicated and cost-intensive and therefore impractical.
Die Auswertung des DC-Anteils (Direct Current Anteils) im Dopplersignal ist prinzipiell ein Indiz für den statischen Anteil der Reflexionen. Die Größe oder Höhe des DC-Anteils ist jedoch stark von der Phasenbeziehung zwischen Sende- und Empfangssignal abhängig. Typischerweise ist die Antennenanordnung unter einem Winkel zum Untergrund gerichtet, wodurch die Phasenbeziehung aufgrund des großen Bereichs der schrägen Durchstrahlung nicht konstant ist. The evaluation of the DC component (direct current component) in the Doppler signal is in principle an indication of the static component of the reflections. However, the size or height of the DC component is highly dependent on the phase relationship between the transmit and receive signals. Typically, the antenna array is directed at an angle to the ground, whereby the phase relationship is not constant due to the large area of the oblique radiation.
Mit den obengenannten Methoden ist es weiterhin nicht möglich, eine durch Verschmutzung des Radoms ausgelöste Ver- fälschung eines Mittenstrahlwinkels der Antennenanordnung zu detektieren, da die Merkmale der Dopplersignale sowie die Anpassung der Antennen nicht notwendigerweise verändert werden. With the above-mentioned methods, it is furthermore not possible to detect a falsification of a center beam angle of the antenna arrangement caused by contamination of the radome, since the characteristics of the Doppler signals and the matching of the antennas are not necessarily changed.
Es wurde auch bereits versucht, das Verschmutzungsproblem durch Druckluft oder Beheizung des Radoms zu lösen, um dieses zumindest von Schnee und Eis freizuhalten. Diese Maßnahmen sind jedoch sehr kostenintensiv, energieaufwändig, wartungsaufwendig sowie ausfallgefährdet und erfordern zudem zum Teil erhebliche zusätzliche Veränderungen an den Fahrzeugen. It has also been tried to solve the problem of pollution by compressed air or heating the radome in order to keep it free at least of snow and ice. However, these measures are very cost-intensive, energy-consuming, maintenance-consuming and vulnerable to failure and also require some significant additional changes to the vehicles.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben genannten Nachteile ein besonders geeignetes Verfahren zur Überwachung einer Abdeckung einer Sensoreinheit zum Zwecke der Erfassung von Verschmutzungen anzugeben. Des Weiteren soll eine nach diesem Verfahren betriebene Sensoreinheit bereitgestellt werden. The invention is therefore based on the object, while avoiding the disadvantages mentioned above, to specify a particularly suitable method for monitoring a cover of a sensor unit for the purpose of detecting soiling. Furthermore, a sensor unit operated according to this method is to be provided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Sensorein- heit mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche . Verfahrensgemäß ist vorgesehen, zur Überwachung einer Abdeckung einer Sensoreinheit mindestens zwei benachbarte Antennenanordnungen vorzusehen und ein von einer der Antennenanordnungen versendetes erstes Funksignal zumindest teilweise an der Abdeckung zur zweiten Antennenanordnung hin zu reflektieren, wobei anhand des von der zweiten Antennenanordnung detektierten, reflektierten ersten Funksignals (Reflektions- signal) automatisch Verschmutzungen auf der Abdeckungsober- fläche erfasst werden. This object is achieved by a method with the features of claim 1 and by a sensor unit with the features of claim 11. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims. According to the invention, at least two adjacent antenna arrangements are provided for monitoring a cover of a sensor unit and at least partially reflect a first radio signal transmitted from one of the antenna arrangements on the cover to the second antenna arrangement, wherein based on the reflected from the second antenna arrangement, reflected first radio signal (Ref - signal) is automatically detected on the cover surface.
Die Sensoreinheit ist insbesondere ein Dopplerradarsensor zur Geschwindigkeitsmessung für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Schienenfahrzeug. Die Sensoreinheit umfasst eine Steuereinheit, welche schaltungs- und/oder programmiertechnisch da- zu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Die Steuereinheit beaufschlagt einerseits die Antennenanordnungen mit einem Radarsignal als Funksignal und erfasst andererseits die reflektierten Signal -Amplituden, nachfolgend auch als Messsignal bezeichnet, zur Detektion von Verschmutzungen. The sensor unit is in particular a Doppler radar sensor for speed measurement for a vehicle, preferably for a rail vehicle. The sensor unit comprises a control unit, which is set up in terms of circuitry and / or programming technology to execute the method. The control unit acts on the one hand, the antenna assemblies with a radar signal as a radio signal and on the other hand detects the reflected signal amplitudes, hereinafter also referred to as a measurement signal, for the detection of contamination.
Verschmutzungen beeinflussen die Durchstrahlbarkeit der Abdeckung, wodurch sich die Strahlungscharakteristik des reflektierten ersten Funksignals verändert. Durch die Erfassung des an der Abdeckung reflektierten ersten Funksignals ist so- mit eine Erfassung von Verschmutzungen auf der Abdeckungsoberfläche vorteilhaft und einfach ermöglicht. Dadurch ist die Verfügbarkeit der Sensoreinheit auch unter ungünstigen Witterungsverhältnissen erhöht, da die Signalauswertung der Steuereinheit optimal an die physikalischen Gegebenheiten an- gepasst werden kann. Dirt affects the transmittability of the cover, which changes the radiation characteristics of the reflected first radio signal. By detecting the first radio signal reflected on the cover, it is therefore advantageously and easily possible to detect contamination on the cover surface. As a result, the availability of the sensor unit is increased even under unfavorable weather conditions, since the signal evaluation of the control unit can be optimally adapted to the physical conditions.
Weiterhin wird somit die Genauigkeit der Sensoreinheit unter ungünstigen Witterungsverhältnissen erhöht, da anhand der Kenntnis über die Beschaffenheit der Abdeckungsoberfläche auf die Verfälschung von Dopplersignalen geschlossen und damit die ermittelte Geschwindigkeit der Sensoreinheit korrigiert werden kann. Dadurch wird die Selbsteinschätzung der Sensoreinheit erheblich in deren Aussagekraft gesteigert, was sich direkt positiv auf den Sicherheitsanspruch und den Sicherheitsnachweise eines übergeordneten Fahrzeugsteuersystems auswirkt . Unter Verschmutzungen sind allgemein Anhaftungen auf der Abdeckungsoberfläche zu verstehen, die die Transmission des ersten Funksignals beeinflussen, wie beispielsweise Eis, Schnee, ein Wasserfilm oder Staub. Die Steuereinheit ist in einer zweckmäßigen Ausführungsform zumindest im Wesentlichen durch einen Mikrocontroller gebildet, in dem ein das Verfahren automatisch durchführendes Steuerprogramm implementiert ist. Die Steuereinheit kann alternativ aber auch zum Beispiel durch einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) gebildet sein. Furthermore, thus the accuracy of the sensor unit is increased under unfavorable weather conditions, since closed on the basis of knowledge of the nature of the cover surface on the falsification of Doppler signals and thus the determined speed of the sensor unit can be corrected. As a result, the self-assessment of the sensor unit is significantly increased in their validity, which is has a direct positive effect on the safety claim and the safety proof of a higher vehicle control system. Dirt is generally understood to mean adhesions on the cap surface that affect the transmission of the first radio signal, such as ice, snow, a film of water, or dust. The control unit is formed in an expedient embodiment, at least substantially by a microcontroller, in which a control program automatically executing the method is implemented. Alternatively, the control unit can also be formed, for example, by an application-specific integrated circuit (ASIC).
In der bevorzugten Einbausituation ist die Sensoreinheit an einem Unterboden des Schienenfahrzeugs angeordnet, wobei die Antennenanordnungen insbesondere zum Untergrund hin gerichtet sind. Die Antennenanordnungen sind in einer bevorzugten Aus- führungsform als Transceivermodule ausgebildet, deren Abstrahlrichtung unter jeweils einem Winkel - beispielsweise 15° und 45° - gegen den Untergrund geneigt sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Antennenanordnungen insbesondere derart orientiert sind, dass eine Übertragungsstrecke zwischen diesen Antennenanordnungen aufgebaut wird, welche über die (den Antennenanordnungen zugewandte) Abdeckungsoberfläche verläuft und somit eine Einschätzung der Ver- schmutzung der Abdeckung erlaubt. Dadurch wird im Wesentlichen ein Übersprechen zwischen den beiden Antennenanordnungen bereitgestellt . In the preferred installation situation, the sensor unit is arranged on an underbody of the rail vehicle, the antenna arrangements being directed in particular towards the ground. In a preferred embodiment, the antenna arrangements are embodied as transceiver modules, the emission direction of which is inclined in each case at an angle, for example 15 ° and 45 °, to the ground. According to the invention, it is provided that the antenna arrangements are oriented in particular in such a way that a transmission path is established between these antenna arrangements, which extends over the cover surface (facing the antenna arrangements) and thus allows an assessment of the contamination of the cover. This essentially provides crosstalk between the two antenna arrangements.
Das Verfahren ist jedoch ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch auf beliebig viele und beliebig angeordnete Antennenanordnungen anwendbar, die paarweise oder in Gruppen signaltechnisch gekoppelt sind. Die weitere Beschreibung bezieht sich beispielhaft auf die Ausführungsform mit einer paarweisen Kopplung . However, the method is applicable to any number and arbitrarily arranged antenna arrangements, which are coupled in pairs or in groups signaling technology without limiting the generality. The further description relates Example of the embodiment with a paired coupling.
Im Betrieb der Sensoreinheit wird die erste Antennenanordnung von der Steuereinheit kontinuierlich mit dem ersten Funksignal beaufschlagt. Das Funksignal ist insbesondere ein Radarsignal mit einer Wellenlänge im Zentimeter- oder Millimeter- Bereich. Die Abdeckung ist vorzugsweise als ein Radom aus einem radartransparenten Material ausgeführt. Der durch die Ab- deckung transmittierte Anteil des ersten Funksignals trifft auf den Untergrund, und wird als ein Echosignal zurück zur Sensoreinheit reflektiert. Das Echosignal wird von einer oder beiden Antennenanordnungen empfangen und zur Auswertung der Fahrzeuggeschwindigkeit an die Steuereinheit versendet. During operation of the sensor unit, the first antenna arrangement is continuously supplied with the first radio signal by the control unit. The radio signal is in particular a radar signal with a wavelength in the centimeter or millimeter range. The cover is preferably designed as a radome of a radar-transparent material. The portion of the first radio signal transmitted through the cover strikes the ground, and is reflected back to the sensor unit as an echo signal. The echo signal is received by one or both antenna arrangements and sent to the control unit for evaluation of the vehicle speed.
Die detektierte Frequenz des Echosignals weist aufgrund des Doppler-Effekts einen geschwindigkeitsproportionalen Frequenzunterschied auf. Im Nachfolgenden ist unter Dopplersignal insbesondere eine Differenzbildung zwischen dem ersten Funksignal und dem detektierten Echosignal bezeichnet, anhand dessen die Fahrzeuggeschwindigkeit von der Steuereinheit ermittelt wird. The detected frequency of the echo signal has a speed-proportional frequency difference due to the Doppler effect. In the following, a difference formation between the first radio signal and the detected echo signal is designated by Doppler signal, on the basis of which the vehicle speed is determined by the control unit.
Im Betrieb führt die Steuereinheit somit einerseits kontinu- ierlich die bekannte Dopplerauswertung und andererseits eine Auswertung des zwischen den Antennenanordnungen reflektierten ersten Funksignals durch. Aus der Differenz zwischen dem emittierten und reflektierten ersten Funksignal ist die Steuereinheit dazu geeignet und eingerichtet, die an der Abdeck- ung reflektierten und transmittierten Anteile des erstenDuring operation, the control unit thus continuously carries out, on the one hand, the known Doppler evaluation and, on the other hand, an evaluation of the first radio signal reflected between the antenna arrangements. From the difference between the emitted and reflected first radio signal, the control unit is suitable and set up, the portions of the first reflected and transmitted on the cover
Funksignals zu erfassen. Anhand der erfassten Differenz ist indirekt die Richtcharakteristik der Antennenanordnung beziehungsweise die Dämpfung an der Abdeckung erfassbar. Partielle oder flächige Verschmutzungen von beispielsweise Eis und/oder Schnee bewirken eine Veränderung im Amplituden- und Phasenverlauf und können somit detektiert werden. Zweckmäßigerweise sind hierzu Vergleichsverläufe für eine saubere Abdeckungsoberfläche in einem Speicher der Steuereinheit hin- terlegt, anhand derer ein Verschmutzungsmaß der Abdeckungs- oberfläche beispielsweise mittels eines Schwellwertvergleiches bestimmbar ist. Ein Funktionsblock einer typischen Steuereinheit umfasst bei einem herkömmlichen Dopplerradarsensor die Vorgabe und Stabilisierung einer Arbeitsfrequenz der Antennenanordnungen, sowie die gegebenenfalls notwendige Kanalumschaltung zwischen den Antennenanordnungen. Diese Funktionalität wird verfahr- ensgemäß dahingehend erweitert, dass die Arbeitsfrequenz der Antennenanordnungen derart vorgegeben wird, dass eine Übertragung zwischen den Antennenanordnungen in den für die Dopplerauswertung vorgegebenen Frequenzbändern stattfinden kann. Die Realisierung nutzt somit die bereits in herkömmlichenTo detect radio signal. On the basis of the detected difference, the directional characteristic of the antenna arrangement or the attenuation on the cover can be detected indirectly. Partial or surface contamination of, for example ice and / or snow cause a change in the amplitude and phase and can thus be detected. Conveniently, comparison profiles for a clean cover surface in a memory of the control unit are provided. laying down, by means of which a degree of contamination of the cover surface can be determined, for example, by means of a threshold value comparison. A functional block of a typical control unit comprises in a conventional Doppler radar sensor the specification and stabilization of an operating frequency of the antenna arrangements, as well as the possibly necessary channel switching between the antenna arrangements. This functionality is procedurally extended to the effect that the operating frequency of the antenna arrangements is specified such that transmission between the antenna arrangements can take place in the frequency bands predetermined for the Doppler evaluation. The realization uses thus already in conventional
Dopplerradarsensoren vorhandenen elektronischen Bauteile. Es wird lediglich der Steuer-/Regelalgorithmus für die Arbeitsfrequenz der Frequenzstabilisierung der Sensoreinheit ange- passt. Dadurch sind bereits eingebaute Dopplerradarsensoren kostengünstig mittels eines Softwareupdates zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nachrüstbar. Gegenüber anderen, meist lokalen Detektionsmöglichkeiten, wie beispielsweise kapazitive Näherungssensoren, ist die Abdeckung somit vergleichsweise großflächiger überwachbar. Doppler radar sensors existing electronic components. Only the control algorithm for the operating frequency of the frequency stabilization of the sensor unit is adapted. As a result, already installed Doppler radar sensors can be retrofitted cost-effectively by means of a software update for carrying out the method according to the invention. Compared with other, usually local detection options, such as capacitive proximity sensors, the cover is thus relatively large monitorable.
Unter einer Antennenanordnung ist insbesondere eine signal- technisch gekoppelte Sender- und Empfängerkombination zu verstehen, die bevorzugterweise insbesondere als ein Transcei- vermodul ausgeführt ist. Unter der Arbeitsfrequenz der Anten- nenanordnung oder des Transceivermoduls ist somit insbesondere die Arbeitsfrequenz eines Senders- und/oder des Empfangsmischers zu verstehen. Für Dopplerauswertungen sind die Arbeitsfrequenzen des Transceivermoduls beziehungsweise der Antennenanordnung im Wesentlichen identisch, weil als Misch- signal empfangsseitig direkt die (spektrale) Differenz zurAn antenna arrangement is to be understood as meaning, in particular, a signal-technically coupled transmitter and receiver combination, which is preferably embodied in particular as a transceiver module. The operating frequency of the antenna arrangement or of the transceiver module is thus to be understood in particular to mean the operating frequency of a transmitter and / or reception mixer. For Doppler evaluations, the operating frequencies of the transceiver module or of the antenna arrangement are essentially identical, because as a mixed signal, the (spectral) difference to the reception side directly
Sendefrequenz des ersten Funksignals für die Auswertung herangezogen wird. In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Antennenanordnungen mit Arbeitsfrequenzen betrieben die weniger als 100 kHz voneinander abweichen. Dadurch ist sichergestellt, dass das erste Funksignal der ersten Antennenanordnung im empfang- enen reflektierten Funksignal der zweiten Antennenanordnung enthalten ist. Transmission frequency of the first radio signal is used for the evaluation. In an advantageous development, the antenna arrangements are operated at operating frequencies which deviate from each other by less than 100 kHz. This ensures that the first radio signal of the first antenna arrangement is contained in the received reflected radio signal of the second antenna arrangement.
Das empfangene reflektierte Funksignal enthält typischerweise weitere Signalanteile, welche nicht zur Dopplerauswertung oder Zustandsbestimmung der Abdeckung genutzt werden. Diese Signalanteile werden vorzugsweise mittels eines Tiefpassfilters abgetrennt. Nach dem Tiefpassfilter ist zweckmäßigerweise ein Analog-Digital -Wandler für die weitere digitale Signalverarbeitung der Steuereinheit vorgesehen. Die maximale Abweichung der Arbeitsfrequenzen hängt somit sowohl von den Anforderungen der Signalverarbeitung, wie beispielsweise der maximal auswertbaren Geschwindigkeit, der verfügbaren Hardware sowie der verwendeten Sendefrequenz ab. Bei einer typischen Sendefrequenz von etwa 24GHz und auswertbaren Fahr- Zeuggeschwindigkeiten bis 500km/h beträgt diese Abweichung zwischen 40kHz und 100kHz. The received reflected radio signal typically contains further signal components which are not used for Doppler evaluation or status determination of the coverage. These signal components are preferably separated by means of a low-pass filter. After the low-pass filter, an analog-digital converter is expediently provided for the further digital signal processing of the control unit. The maximum deviation of the operating frequencies thus depends both on the requirements of the signal processing, such as the maximum evaluable speed, the available hardware and the transmission frequency used. At a typical transmission frequency of about 24GHz and evaluable vehicle speeds up to 500km / h, this deviation is between 40kHz and 100kHz.
In einer geeigneten Weiterbildungsform sind die Arbeitsfrequenzen vorzugsweise im Wesentlichen identisch, so dass si- chergestellt ist, dass hierbei keine Beeinflussung des Dopplersignals auftritt. Für die grundsätzliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist in der Steuereinheit keine direkte informationstechnische Kopplung in Form einer analogen oder digitalen Signalleitung zwischen einer Sende- Steuerung und einer Signalverarbeitung der Steuereinheit notwendig . In a suitable further development form, the operating frequencies are preferably substantially identical, so that it is ensured that no influence of the Doppler signal occurs in this case. For the basic embodiment of the sensor unit according to the invention is in the control unit no direct information technology coupling in the form of an analog or digital signal line between a transmission control and signal processing of the control unit necessary.
In einer alternativen Weiterbildungsform ist es beispielsweise ebenso denkbar, dass die Arbeitsfrequenzen einen definier- ten Abstand von wenigen kHz, beispielsweise weniger als In an alternative development form, it is also conceivable, for example, that the operating frequencies have a defined distance of a few kHz, for example less than
100kHz, zueinander aufweisen. Dadurch wird die regelungsbedingte relative Schwankungsbreite der Differenzfrequenz ge- ringer und für die Signalverarbeitung einfacher von dem Dopplersignal unterscheidbar. 100kHz, to each other. As a result, the control-related relative fluctuation range of the difference frequency is different from the Doppler signal for signal processing.
In einer weiteren alternativen Weiterbildungsform wird eine informationstechnische Verbindung zwischen der Sendesteuerung und der Signalverarbeitung genutzt. Hierbei erfolgt die Trennung des Dopplersignals vom Messsignal durch die Vorgabe und Regelung eines definierten Abstandes (von wenigen kHz) zu einem Schätzwert der Dopplerfrequenz. Dadurch ist das Messsig- nal spektral fernab des Dopplersignals, so dass eine Überlagerung von Messsignal und Dopplersignal ausgeschlossen ist. Der Schätzwert kann beispielsweise anhand anderer odometrischer Messsensoren des Fahrzeugs geschätzt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Arbeitsfrequenz der ersten Antennenanordnung derart geregelt, dass jene mit einer Detektionsfrequenz der zweiten Antennenanordnung übereinstimmt . In einer typischen Ausgestaltungsform ist in der Steuereinheit ein Regelkreis implementiert, welcher die sendende erste Antennenanordnung in der Frequenz derart nachführt, dass deren Funksignal in der empfangenden zweiten Antennenanordnung bei einer gewünschten Frequenz, beispielsweise einer Pilot- frequenz, auftritt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft bei Antennenanordnungen, deren Arbeitsfrequenz nicht von einer gemeinsamen Referenz abgeleitet werden können. In a further alternative development form, an information technology connection between the transmission control and the signal processing is used. In this case, the separation of the Doppler signal from the measurement signal by the specification and control of a defined distance (from a few kHz) to an estimated value of the Doppler frequency. As a result, the measured signal is spectrally far away from the Doppler signal, so that a superposition of measuring signal and Doppler signal is excluded. The estimated value can be estimated, for example, from other odometric measuring sensors of the vehicle. In a preferred embodiment, the operating frequency of the first antenna arrangement is controlled such that it coincides with a detection frequency of the second antenna arrangement. In a typical embodiment, a control loop is implemented in the control unit, which tracks the transmitting first antenna arrangement in frequency such that its radio signal occurs in the receiving second antenna arrangement at a desired frequency, for example a pilot frequency. This embodiment is particularly advantageous in antenna arrangements whose operating frequency can not be derived from a common reference.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das erste Funksig- nal in zeitlichen Abständen mit einem Mischsignal moduliert. In einer vorteilhaften Ausführung wird für das Mischsignal insbesondere eine von der Arbeitsfrequenz der Antennenanordnung verschiedene Signalfrequenz verwendet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Steuereinheit im Betrieb das Mess- signal vom Dopplersignal unterscheiden kann. In an advantageous development, the first radio signal is modulated at intervals with a mixed signal. In an advantageous embodiment, a signal frequency different from the operating frequency of the antenna arrangement is used in particular for the mixed signal. This ensures that the control unit can distinguish the measurement signal from the Doppler signal during operation.
In einer geeigneten Ausführungsform wird eine informationstechnische Verbindung zwischen der Sendesteuerung und der Signalverarbeitung genutzt. Hierbei erfolgt die Trennung des Dopplersignals vom Messsignal durch die Nutzung eines Pilotfrequenzbandes. Die Arbeitsfrequenzen der Antennenanordnungen werden dabei derart eingestellt, dass die Bestimmung der Übertragungsfunktion in einem Pilotfrequenzband erfolgt, welches fern ab von der zu erwartenden Dopplerfrequenz liegt. In a suitable embodiment, an information technology connection between the transmission control and the Signal processing used. Here, the separation of the Doppler signal from the measurement signal by the use of a pilot frequency band. The operating frequencies of the antenna arrangements are set in such a way that the determination of the transfer function takes place in a pilot frequency band, which is far away from the expected Doppler frequency.
Die Mischsignale sind bevorzugterweise insbesondere niederfrequente Signale, welche auf das versendete Funksignal auf- moduliert werden. Selbst mit vergleichsweise einfachen Modulationsarten, wie beispielsweise Amplitudenmodulation, kann so das Dopplersignal in einfacher Weise mittels der Steuereinheit vom Messsignal getrennt werden. Hierbei wird der tatsächliche Umstand genutzt, dass das am Untergrund reflektier- te Echosignal eine Beeinflussung durch den Dopplereffekt erfährt, während das über die Abdeckung reflektierte erste Funksignal frei von derartigen Beeinflussungen ist. The mixed signals are preferably in particular low-frequency signals which are modulated onto the transmitted radio signal. Even with comparatively simple modulation types, such as amplitude modulation, the Doppler signal can thus be easily separated from the measurement signal by means of the control unit. In this case, the actual circumstance is used that the echo signal reflected on the ground experiences an influence by the Doppler effect, while the first radio signal reflected by the cover is free of such influencing.
In einer geeigneten Weiterbildungsform führt die Steuerein- heit eigenständig einen Frequenzhub (zum Beispiel in Sägezahn- oder Dreieckform) als Mischsignal aus. Durch das „Vorbeilaufen" des Trägers der sendenden ersten Antennenanordnung an dem Träger der empfangenden zweiten Antennenanordnung ergeben sich komplexe Spektren mit zuerst negativen und dann positiven Frequenzanteilen (durchlaufendes Empfangssignal) . Hierdurch ist eine Trennung von Messsignal und Dopplersignal möglich. Diese Weiterbildungsform hat den Vorteil, dass keine Synchronisierung der Arbeitsfrequenzen der Antennenanordnungen notwendig ist. In a suitable further development form, the control unit independently executes a frequency deviation (for example in sawtooth or triangular form) as a mixed signal. The "passing" of the carrier of the transmitting first antenna arrangement on the carrier of the receiving second antenna arrangement yields complex spectra with first negative and then positive frequency components (continuous received signal). that no synchronization of the operating frequencies of the antenna arrangements is necessary.
In einer bevorzugten Ausführung wird zur Erfassung von Verschmutzungen ein Verschmutzungsgrad anhand einer Übertragungsfunktion berechnet. Insbesondere wird die Übertragungsfunktion in einer geeigneten Weiterbildung aus einem defin- ierten Abstand zwischen den Antennenanordnungen und der Abdeckung bestimmt. Unter Verschmutzungsgrad ist insbesondere ein Maß für die Abdeckungsverschmutzung zu verstehen, welches von der Steuereinheit anhand des Messsignals bestimmt wird. Durch Berücksichtigung der Lage der Antennenanordnung in einem Gehäuse der Sensoreinheit lässt die Auswertung der typischerweise komplexen Übertragungsfunktion der Übertragungs- strecke Rückschlüsse auf das Transmissions- und Reflexionsverhalten der Abdeckung zu. Die Bestimmung der Übertragungs- funktion erfordert vorteilhafterweise keinerlei Anpassungen an der Hardware der Sensoreinheit, da eine der zwei Antennenanordnungen in deren Arbeitsfrequenz derart manipuliert wird, dass es in den Arbeitsfrequenzbereich der anderen Antennenanordnung fällt, und die Übertragungsfunktion über die ohnehin zur Geschwindigkeitsbestimmung notwendige Elektronik bestimmt werden kann. In einer zweckmäßigen Weiterbildungsform wird bei einem vorgegebenen Verschmutzungsgrad ein Reinigungsvorgang gestartet, bei welchem die Verschmutzungen von der Abdeckungsoberfläche entfernt werden. Hierzu umfasst die Sensoreinheit in einer geeigneten Ausführungsform im Bereich der Abdeckung eine Rei- nigungsvorrichtung zur bedarfsweisen Reinigung der Abdeckung. Der aus dem Messsignal erfasste Verschmutzungsgrad wird von der Steuereinheit beispielsweise mit einem hinterlegten In a preferred embodiment, a degree of contamination is calculated by means of a transfer function for the purpose of detecting soiling. In particular, the transfer function is determined in a suitable development of a defined distance between the antenna arrangements and the cover. Pollution degree is to be understood in particular as a measure of the cover contamination which is determined by the control unit on the basis of the measurement signal. By taking into account the position of the antenna arrangement in a housing of the sensor unit, the evaluation of the typically complex transfer function of the transmission path allows conclusions to be drawn about the transmission and reflection behavior of the cover. The determination of the transfer function advantageously requires no adjustments to the hardware of the sensor unit, since one of the two antenna arrangements is manipulated in their operating frequency such that it falls within the working frequency range of the other antenna arrangement and the transfer function is determined by the electronics required anyway for determining the speed can. In an expedient further development form, a cleaning process is started at a predetermined degree of contamination, in which the contaminants are removed from the cover surface. For this purpose, in a suitable embodiment, the sensor unit in the region of the cover comprises a cleaning device for cleaning the cover as required. The contamination level detected from the measurement signal is stored by the control unit, for example with a stored
Schwellwert verglichen, wobei bei einer Überschreitung des Schwellwertes die Reinigungsvorrichtung betätigt wird. Die Reinigungsvorrichtung ist beispielsweise eine Druckluftdüse zum Freiblasen der Abdeckung von Verschmutzungen. Threshold compared, wherein when the threshold value is exceeded, the cleaning device is actuated. The cleaning device is, for example, a compressed air nozzle for blowing out the cover of dirt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das erste Funksignal mittels zusätzlicher Reflexionsflächen in die zweite An- tennenanordnung reflektiert. Hierzu sind in einer geeigneten Ausführung zweckmäßigerweise eine Anzahl von zusätzlichen Reflexionsflächen zur Reflexion des ersten Funksignals zur zweiten Antennenanordnung hin vorgesehen. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Sensoraufbau derart modifiziert, dass über zusätzliche Reflexionsflächen im Sensorgehäuse auch dann ein Übersprechen der Antennenanordnungen möglich ist, wenn eine ungünstige Kopplung zwischen diesen vorliegt. Ferner wird durch die zusätzlichen Reflexionsflächen ein im Vergleich zu lokalen Detektionsmöglichkeit- en vergrößerter Überwachungsbereich der Abdeckung realisiert. In einer geeigneten Weiterbildung wird von der zweiten Antennenanordnung ein zweites Funksignal versendet, das zumindest teilweise in die erste Antennenanordnung reflektiert und von dieser erfasst wird, wobei anhand der detektierten Funksignale der Verschmutzungsgrad erfasst wird. Die im Hinblick auf das erste Funksignal angeführten Merkmale und bevorzugtenIn an advantageous embodiment, the first radio signal is reflected by means of additional reflection surfaces in the second antenna arrangement. For this purpose, a number of additional reflection surfaces for reflection of the first radio signal to the second antenna arrangement are expediently provided in a suitable embodiment. In an advantageous embodiment, the sensor structure is modified in such a way that crosstalk of the antenna arrangements is also possible via additional reflection surfaces in the sensor housing, if an unfavorable coupling between this is present. Furthermore, an additional monitoring area of the cover is achieved by the additional reflection surfaces in comparison to local detection possibilities. In a suitable development, a second radio signal is transmitted by the second antenna arrangement, which is at least partially reflected in the first antenna arrangement and detected by the latter, whereby the degree of contamination is detected on the basis of the detected radio signals. The features cited with respect to the first radio signal and preferred
Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das zweite Funksignal zu übertragen. In einer bevorzugten Weiterbildungsform wird durch eine gleichzeitige Auswertung der überkoppelten ersten und zweiten Funksignale in beiden Antennenanordnungen die mehrfache Bildung der Übertragungsfunktion möglich. Daraus können zum Beispiel durch Verhältnisbildung bestimmte systematische Abweichungen eliminiert werden, welche sich beispielsweise in einer vom Verschmutzungsgrad abhängigen Ab- schwächung oder Verstärkung der Funksignale äußeren. Embodiments are analogously to be transmitted to the second radio signal. In a preferred embodiment, the multiple formation of the transfer function is made possible by a simultaneous evaluation of the coupled first and second radio signals in both antenna arrangements. From this, it is possible, for example, to eliminate certain systematic deviations due to the formation of a ratio, which are external, for example, in a weakening or amplification of the radio signals which is dependent on the degree of soiling.
In einer geeigneten Ausgestaltung werden die Arbeitsfrequenzen der Antennenanordnungen anhand einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs geregelt. Hierzu ist vorzugsweise eine informationstechnische Verbindung zwischen der Sendesteuerung und der Signalverarbeitung der Steuereinheit vorgesehen. In einer möglichen Ausgestaltungsform erfolgt hierbei die Trennung des Dopplersignals vom Messsignal mittels einer Auswahl des zu nutzenden Bereichs im komplexen Spektrum. Dabei ermittelt die Signalverarbeitung, ob die Sensoreinheit sich im Vorwärts- oder Rückwärtsfahrbetrieb befindet und stellt die Arbeitsfrequenzen der Antennenanordnungen derart ein, dass bei Vorwärtsfahrt (positive Dopplerfrequenzverschiebung) der negative Anteil des Spektrums für die Bestimmung der Übertragungsfunktion genutzt werden kann und umgekehrt. In a suitable embodiment, the operating frequencies of the antenna arrangements are regulated by means of a movement direction of the vehicle. For this purpose, an information technology connection between the transmission control and the signal processing of the control unit is preferably provided. In one possible embodiment, the Doppler signal is separated from the measurement signal by means of a selection of the area to be used in the complex spectrum. The signal processing determines whether the sensor unit is in forward or reverse operation and adjusts the operating frequencies of the antenna arrangements such that when driving forward (positive Doppler frequency shift), the negative portion of the spectrum can be used to determine the transfer function and vice versa.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: FIG 1 ein Schienenfahrzeug mit einem Dopplergeschwindig- keitssensor umfassend eine Steuereinheit und zweiEmbodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show: 1 shows a rail vehicle with a Dopplergeschwindig- keitssensor comprising a control unit and two
Transceivern, transceivers,
FIG 2 eine Übertragungsstrecke zwischen den Transceivern, und  2 shows a transmission path between the transceivers, and
FIG 3 eine alternative Übertragungsstrecke mit einer zusätzlichen Reflexionsfläche.  3 shows an alternative transmission path with an additional reflection surface.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.
In FIG 1 ist ein Schienenfahrzeug 2 mit einer als Dopplerge- schwindigkeitssensor ausgeführten Sensoreinheit 4 dargestellt. Der Sensoreinheit 4 umfasst eine Steuereinheit 6 und zwei hiermit gekoppelte Transceivermodule als Antennenanordnungen 8a, 8b sowie ein untergrundseitiges Radom als gemeinsame Abdeckung 10 für die Antennenanordnungen bzw. Transceivermodule 8a und 8b. Die Steuereinheit 6 beaufschlagt einerseits die Antennenanordnungen 8a und 8b mit jeweils einem Funksignal, nämlich einem erstes Funksignal 12a und einem zweiten Funksignal 12b und erfasst andererseits die reflektierten Signale, nachfolgend als Messsignal 14 und Echosignal 16 bezeichnet, zur De- tektion von Verschmutzungen 18 und zur Geschwindigkeitsbestimmung . 1 shows a rail vehicle 2 with a sensor unit 4 designed as a Doppler speed sensor. The sensor unit 4 comprises a control unit 6 and two transceiver modules coupled thereto as antenna arrangements 8a, 8b and a background radome as a common cover 10 for the antenna arrangements or transceiver modules 8a and 8b. The control unit 6 acts on the one hand, the antenna assemblies 8a and 8b each with a radio signal, namely a first radio signal 12a and a second radio signal 12b and detects the other hand, the reflected signals, hereinafter referred to as the measurement signal 14 and echo signal 16, for the detection of dirt 18 and Speed determination.
Im Betrieb werden die Antennenanordnungen 8a und 8b von der Steuereinheit 6 kontinuierlich mit den Funksignalen 12a und 12b beaufschlagt. Die Funksignale 12a und 12b sind insbesondere Radarsignale mit einer Wellenlänge im Zentimeter- oder Millimeter-Bereich. Die Abdeckung 10 ist vorzugsweise aus einem radartransparenten Material ausgeführt, sodass die Funksignale 12a und 12b die Abdeckung 10 sicher durchstrahlen können. In operation, the antenna assemblies 8a and 8b are continuously supplied with the radio signals 12a and 12b by the control unit 6. The radio signals 12a and 12b are in particular radar signals with a wavelength in the centimeter or millimeter range. The cover 10 is preferably made of a radar-transparent material, so that the radio signals 12a and 12b can safely penetrate the cover 10.
Der Sensoreinheit 4 ist als Dopplerradarsensor am Unterboden des Schienenfahrzeugs 2 angeordnet, wobei die Antennenanord- nungen 8a und 8b im Wesentlichen zu einem Untergrund 20 hin gerichtet sind. Die Antennenanordnungen 8a und 8b sind in FIG 1 beispielhaft mit Mittenstrahlwinkeln von etwa 15° beziehungsweise etwa 45° gegen den Untergrund 20 geneigt. The sensor unit 4 is arranged as Doppler radar sensor on the underbody of the rail vehicle 2, wherein the Antennenanord- 8a and 8b are directed to a substrate 20 substantially. The antenna arrangements 8a and 8b are inclined in FIG. 1 by way of example with center beam angles of approximately 15 ° or approximately 45 ° to the ground 20.
Anhand der FIG 2 ist nachfolgend die Funktionsweise der Sensoreinheit 4 beispielhaft anhand des Funksignals 12a der Antennenanordnung bzw. des Transceivermoduls 8a näher erläutert. Die im Hinblick auf das Funksignal 12a angeführten Er- läuterungen sind sinngemäß auch auf das Funksignal 12b zu übertragen . The mode of operation of the sensor unit 4 is explained in greater detail below by way of example with reference to FIG. 2 based on the radio signal 12a of the antenna arrangement or of the transceiver module 8a. The explanations given with regard to the radio signal 12a are analogously also to be transmitted to the radio signal 12b.
Das gesendete Funksignal 12a trifft auf die Abdeckung 10 und durchstrahlt diese zumindest teilweise als ein Transmissions- signal 22. Der nicht transmittierte und von der Abdeckung 10 reflektierte Anteil des Funksignals 12a wird nachfolgend als Reflexionssignal 24 bezeichnet. Die geometrische Anordnung und Orientierung der Antennenanordnungen 8a und 8b ist insbesondere derart gewählt, dass das Reflexionssignal 24 in die Antennenanordnung 8b reflektiert wird. Die Verschmutzungen 18 sind als Kreise eingezeichnet, wobei lediglich einer der Kreise beispielhaft mit einem Bezugszeichen versehen ist. The transmitted radio signal 12a strikes the cover 10 and transmits it at least partially as a transmission signal 22. The non-transmitted portion of the radio signal 12a reflected by the cover 10 is referred to below as the reflection signal 24. The geometric arrangement and orientation of the antenna arrangements 8a and 8b is chosen in particular such that the reflection signal 24 is reflected in the antenna arrangement 8b. The dirt 18 are shown as circles, with only one of the circles is exemplified by a reference numeral.
Das die Abdeckung 10 durchstrahlende Transmissionssignal 22 des Funksignals 12a trifft auf den Untergrund 20 und wird dort als Echosignal 16 (FIG 1) zurück zur Sensoreinheit 4 reflektiert. Das Echosignal 16 wird von einem oder beiden Antennenanordnungen 8a oder 8b empfangen und zur Auswertung an die Steuereinheit 6 versendet. The transmission signal 22 of the radio signal 12a passing through the cover 10 strikes the substrate 20 and is reflected there as an echo signal 16 (FIG. 1) back to the sensor unit 4. The echo signal 16 is received by one or both antenna arrangements 8a or 8b and sent to the control unit 6 for evaluation.
Die detektierte Frequenz des Echosignals 16 weist aufgrund des Doppler-Effekts einen geschwindigkeitsproportionalen Frequenzunterschied auf, anhand dessen die Fahrzeuggeschwindigkeit von der Steuereinheit 6 anhand einer Dopplerauswertung ermittelt wird. Lagern sich im Betrieb die Verschmutzungen 18 auf der Abdeckung 10 ab, so beeinflussen diese die Durch- strahlbarkeit der Abdeckung 10, wodurch sich die Strahlungscharakteristik des Reflexionssignals 24 verändert. Durch die Erfassung des an der Abdeckung 10 reflektierten Reflexionssignals 24 mittels der Antennenanordnung 8b ist somit eine Erfassung oder Ermittlung der Verschmutzung 18 auf der Radom- oberflache der Abdeckung 10 ermöglicht. The detected frequency of the echo signal 16 has due to the Doppler effect on a speed-proportional frequency difference, based on which the vehicle speed is determined by the control unit 6 based on a Doppler evaluation. If the contaminants 18 are deposited on the cover 10 during operation, they influence the irradiability of the cover 10, as a result of which the radiation characteristic of the reflection signal 24 changes. By the Detection of the reflection signal 24 reflected on the cover 10 by means of the antenna arrangement 8b thus makes it possible to detect or determine the contamination 18 on the radome surface of the cover 10.
Im Betrieb führt die Steuereinheit 6 einerseits kontinuierlich die bekannte Dopplerauswertung des Echosignals 16 und andererseits eine Auswertung des zwischen den Antennenanordnungen 8a und 8b reflektierten Reflexionssignals 24 durch. Die Differenz zwischen dem emittierten Funksignal 12a und dem Reflexionssignal 24 ist das Messsignal 14. Anhand des Messsignals 14 erfasst die Steuereinheit 6 die an der Abdeckung 10 reflektierten und transmittierten Anteile des Funksignals 12a. Dadurch ist indirekt die Richtcharakteristik der Anten- nenanordnungen 8a und 8b beziehungsweise die Dämpfung an der Abdeckung 10 erfassbar. In operation, the control unit 6 performs on the one hand continuously the known Doppler evaluation of the echo signal 16 and on the other hand, an evaluation of the reflected between the antenna arrays 8a and 8b reflection signal 24 by. The difference between the emitted radio signal 12a and the reflection signal 24 is the measurement signal 14. Based on the measurement signal 14, the control unit 6 detects the reflected and transmitted to the cover 10 portions of the radio signal 12a. As a result, the directional characteristic of the antenna arrangements 8a and 8b or the attenuation on the cover 10 can be detected indirectly.
Partielle oder flächige Verschmutzungen 18 von beispielsweise Eis und Schnee bewirken eine Veränderung im Amplituden- und Phasenverlauf und können somit sicher detektiert werden. Partial or surface contamination 18 of, for example ice and snow cause a change in the amplitude and phase and thus can be reliably detected.
Zweckmäßigerweise sind hierzu Vergleichsverläufe für eine saubere Abdeckungsoberfläche in einem nicht näher dargestellten Speicher der Steuereinheit 6 hinterlegt, anhand derer ein Verschmutzungsmaß oder -grad der untergrundseitigen Radom- Oberfläche der Abdeckung 10 bestimmt werden kann.  Appropriately, this comparison curves are stored for a clean cover surface in a non-illustrated memory of the control unit 6, on the basis of which a degree of contamination or degree of the radom surface of the underside of the cover 10 can be determined.
Das Verschmutzungsmaß wird anhand einer hinterlegten Übertragungsfunktion berechnet. Die Übertragungsfunktion ergibt sich im Wesentlichen aus einem definierten Abstand zwischen den Antennenanordnungen 8a und 8b sowie der Abdeckung (Radom)The degree of contamination is calculated using a stored transfer function. The transfer function results essentially from a defined distance between the antenna arrangements 8a and 8b and the cover (radome)
10. Durch die Berücksichtigung der Anordnung der Antennenanordnungen 8a und 8b in der Sensoreinheit (Dopplergeschwindig- keitssensor) 4 lässt die Auswertung der typischerweise komplexen Übertragungsfunktion der Übertragungsstrecke Rück- Schlüsse auf das Transmissions- und Reflexionsverhalten der Abdeckung 10 zu. Ein Funktionsblock der Steuereinheit 6 umfasst im Wesentlichen eine Vorgabe und Stabilisierung von Arbeitsfrequenzen 26a und 26b der Antennenanordnungen 8a und 8b sowie die gegebenenfalls notwendige Kanalumschaltung zwischen den Antennenan- Ordnungen 8a und 8b. Die Arbeitsfrequenzen 26a und 26b der Antennenanordnungen 8a und 8b werden vorzugsweise derart von der Steuereinheit 6 vorgegeben, dass eine Übertragung zwischen den Antennenanordnungen 8a und 8b in den für die Dopplerauswertung vorgegebenen Frequenzbändern stattfinden kann. Vorzugsweise ist die Frequenz der Arbeitsfrequenzen 26a und10. By taking into account the arrangement of the antenna arrangements 8a and 8b in the sensor unit (Doppler speed sensor) 4, the evaluation of the typically complex transfer function of the transmission link allows conclusions to be drawn about the transmission and reflection behavior of the cover 10. A functional block of the control unit 6 essentially comprises a presetting and stabilization of operating frequencies 26a and 26b of the antenna arrangements 8a and 8b as well as the possibly necessary channel switching between the antenna arrays 8a and 8b. The operating frequencies 26a and 26b of the antenna arrangements 8a and 8b are preferably predetermined by the control unit 6 such that transmission between the antenna arrangements 8a and 8b can take place in the frequency bands predetermined for the Doppler evaluation. Preferably, the frequency of the operating frequencies is 26a and
26b identisch oder weicht lediglich geringfügig um wenige kHz ab . 26b identical or differs only slightly by a few kHz.
Das Funk- bzw. Radarsignal 12a ist in zeitlichen Abständen mit einem Mischsignal 28 moduliert. Für das Mischsignal 28 wird insbesondere eine von den Arbeitsfrequenzen 26a und 26b der Antennenanordnungen 8a und 8b verschiedene Signalfrequenz verwendet, bevorzugt eine niederfrequente Signalfrequenz, welche auf die versendeten Funksignale 12a und 12b aufmodul- iert wird. The radio or radar signal 12a is modulated at intervals with a mixed signal 28. For the mixed signal 28, in particular a signal frequency different from the operating frequencies 26a and 26b of the antenna arrangements 8a and 8b is used, preferably a low-frequency signal frequency which is modulated onto the transmitted radio signals 12a and 12b.
Die Trennung des für die Dopplerauswertung detektierten Echosignals 16 und des Messsignals 14 erfolgt durch die Nutzung eines Pilotfrequenzbandes. Hierzu ist insbesondere eine in- formationstechnische Verbindung zwischen einer Sendesteuerung 30 und einer Signalverarbeitung 32 der Steuereinheit 6 vorgesehen. Die Arbeitsfrequenzen 26a und 26b der Antennenanordnungen 8a, 8b werden von der Sendesteuerung 30 dabei derart eingestellt, dass die Bestimmung der Übertragungsfunktion in einem Pilotfrequenzband erfolgt, welches zur zu erwartenden Dopplerfrequenz des Echosignals 16 ausreichend weit beabstandet ist. The separation of the detected for the Doppler evaluation echo signal 16 and the measurement signal 14 is carried out by the use of a pilot frequency band. For this purpose, an information-technological connection between a transmission controller 30 and a signal processor 32 of the control unit 6 is provided in particular. The operating frequencies 26a and 26b of the antenna arrangements 8a, 8b are adjusted by the transmission control 30 such that the determination of the transmission function takes place in a pilot frequency band which is sufficiently far away from the expected Doppler frequency of the echo signal 16.
Bevorzugterweise werden die Arbeitsfrequenzen 26a und 26b von der Sendesteuerung 30 anhand einer Bewegungsrichtung desPreferably, the operating frequencies 26a and 26b of the transmission controller 30 based on a direction of movement of the
Schienenfahrzeugs 2 geregelt. Dabei ermittelt die Signalverarbeitung 32, ob die Sensoreinheit 4 bzw. der Dopplerge- schwindigkeitssensor sich im Vorwärts- oder Rückwärtsfahrbe- trieb befindet und stellt die Arbeitsfrequenzen 26a und 26b derart ein, dass bei Vorwärtsfahrt (positive Dopplerfrequenz - Verschiebung des Echosignals 16 relativ zum Funksignal 12a) der negative Anteil des Spektrums für die Bestimmung der Übertragungsfunktion benutzt werden kann und umgekehrt. Rail vehicle 2 regulated. In this case, the signal processor 32 determines whether the sensor unit 4 or the Doppler speed sensor is moving in the forward or reverse direction. operation and adjusts the operating frequencies 26a and 26b so that when driving forward (positive Doppler frequency - displacement of the echo signal 16 relative to the radio signal 12a) the negative portion of the spectrum can be used to determine the transfer function, and vice versa.
Ein erfasster Geschwindigkeitswert 34 der Sensoreinheit 4 wird von der Steuereinheit 6 an eine Auswerteeinheit 36 versendet, um dort den Geschwindigkeitswert 34 beispielsweise mit erfassten Geschwindigkeitswerten anderer Geschwindigkeitssensoren - beispielsweise durch eine Erfassung der Radumdrehungen des Schienenfahrzeugs 2 - zu vergleichen. Die Auswerteeinheit 36 leitet die erfassten Geschwindigkeitsdaten weiter an eine Fahrzeugsteuerung 38 des Schienenfahrzeugs 2. A detected speed value 34 of the sensor unit 4 is sent by the control unit 6 to an evaluation unit 36 in order to compare the speed value 34 with, for example, detected speed values of other speed sensors, for example by detecting the wheel revolutions of the rail vehicle 2. The evaluation unit 36 forwards the detected speed data to a vehicle controller 38 of the rail vehicle 2.
In FIG 3 ist eine alternative Anordnung der Antennenanordnungen 8a und 8b bzw. Transceivermodule dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die Antennenanordnungen 8a und 8b im Wesentlichen unter dem identischen Mittelstrahlwinkel ge- neigt, wobei das Funksignal 12a mittels einer zusätzlichen Reflexionsfläche 40 in die Antennenanordnung 8b reflektiert wird . FIG. 3 shows an alternative arrangement of the antenna arrangements 8a and 8b or transceiver modules. In this embodiment, the antenna arrangements 8a and 8b are inclined substantially at the identical center beam angle, the radio signal 12a being reflected into the antenna arrangement 8b by means of an additional reflection surface 40.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Aus- führungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the exemplary embodiments described above. On the contrary, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, furthermore, all individual features described in connection with the various exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

Claims

Patentansprüche Patent claims
Verfahren zur Überwachung einer Abdeckung (10) einer Sensoreinheit (4) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Dop- plerradarsensors eines Schienenfahrzeugs, mittels mindestens zweier benachbarter Antennenanordnungen (8a, 8b) ,Method for monitoring a cover (10) of a sensor unit (4) of a vehicle, in particular a Doppler radar sensor of a rail vehicle, by means of at least two adjacent antenna arrangements (8a, 8b),
- wobei ein von einer ersten Antennenanordnung (8a) versendetes erstes Funksignal (12a) zumindest teilweise an der Abdeckung (10) zu einer zweiten Antennenanordnung (8b) hin als Reflexionssignal (24) reflektiert wird, und - wherein a first radio signal (12a) sent by a first antenna arrangement (8a) is at least partially reflected on the cover (10) towards a second antenna arrangement (8b) as a reflection signal (24), and
- wobei anhand des von der zweiten Antennenanordnung (8b) detektierten Reflexionssignals (24) Verschmutzungen (18) auf der Abdeckung (10) automatisch erfasst werden. - whereby dirt (18) on the cover (10) is automatically detected based on the reflection signal (24) detected by the second antenna arrangement (8b).
Verfahren nach Anspruch 1, Method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antennenanordnungen (8a, 8b) mit Arbeitsfrequenzen (26a, 26b) betrieben werden, die weniger als 100 kHz voneinander abweichen. This means that the antenna arrangements (8a, 8b) are operated with working frequencies (26a, 26b) that differ from each other by less than 100 kHz.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , Method according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Arbeitsfrequenz (26a) der ersten Antennenanordnung (8a) derart geregelt wird, dass die Arbeitsfrequenz (26a) mit einer Detektionsfrequenz der zweiten Antennenanordnung (8b) übereinstimmt. This means that the working frequency (26a) of the first antenna arrangement (8a) is regulated in such a way that the working frequency (26a) corresponds to a detection frequency of the second antenna arrangement (8b).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Method according to one of claims 1 to 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Funksignal (12a) in zeitlichen Abständen mit einem Mischsignal (28) moduliert wird. This means that the first radio signal (12a) is modulated at time intervals with a mixed signal (28).
Verfahren nach Anspruch 4 , Method according to claim 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für das Mischsignal (28) eine von den Arbeitsfrequenzen (26a, 26b) der Antennenanordnungen (8a, 8b) verschiedene Signalfrequenz verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, characterized in that a signal frequency different from the working frequencies (26a, 26b) of the antenna arrangements (8a, 8b) is used for the mixed signal (28). Method according to one of claims 1 to 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Erfassung von Verschmutzungen (18) ein Verschmutzungsgrad anhand einer Übertragungsfunktion berechnet wird . This means that in order to record contamination (18), a degree of contamination is calculated using a transfer function.
Verfahren nach Anspruch 6 , Method according to claim 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Übertragungsfunktion aus einem definierten Abstand zwischen den Antennenanordnungen (8a, 8b) einerseits und der Abdeckung (10) andererseits bestimmt wird. This means that the transfer function is determined from a defined distance between the antenna arrangements (8a, 8b) on the one hand and the cover (10) on the other.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Method according to one of claims 1 to 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Funksignal (12a) mittels zusätzlicher Reflexionsflächen (40) in die zweite Antennenanordnung (8b) reflektiert wird. This means that the first radio signal (12a) is reflected into the second antenna arrangement (8b) by means of additional reflection surfaces (40).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, Method according to one of claims 1 to 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Antennenanordnung (8b) ein zweites Funksignal (12b) versendet, das zumindest teilweise in die erste Antennenordnung (8a) reflektiert und von dieser erfasst wird, wobei anhand eines detektierten Mess- oder Echosignals (14, 16) Verschmutzungen erfasst werden. This means that the second antenna arrangement (8b) sends a second radio signal (12b), which is at least partially reflected into the first antenna arrangement (8a) and detected by it, with contamination being detected using a detected measurement or echo signal (14, 16). .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, Method according to one of claims 1 to 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Arbeitsfrequenzen (26a, 26b) der AntennenanordnungenThis means that the working frequencies (26a, 26b) of the antenna arrangements
(8a, 8b) anhand einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs(8a, 8b) based on a direction of movement of the vehicle
(2) geregelt werden. (2) be regulated.
Sensoreinheit (4) , insbesondere Dopplerradarsensor eines Schienenfahrzeugs, die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, mittels einer ersten Antennenanordnung (8a) von mindestens zwei benachbarten Antennenanordnungen (8a, 8b) und einer diesen gemeinsamen Abdeckung (10) ein ers- tes Funksignal (12a) zur zumindest teilweisen Reflexion an der Abdeckung (10) und von dort als Reflexionssignal (24) zur zweiten Antennenanordnung (8b) hin zu versenden sowie anhand des von der zweiten Antennenanordnung (8b) detektierten Reflexionssignals (24) Verschmutzungen (18) auf der Abdeckung (10) automatisch zu erfassen. Sensor unit (4), in particular Doppler radar sensor of a rail vehicle, which is intended and set up to provide a first antenna arrangement (8a) of at least two adjacent antenna arrangements (8a, 8b) and a cover (10) common to these. tes radio signal (12a) for at least partial reflection on the cover (10) and from there as a reflection signal (24) to the second antenna arrangement (8b) to be sent and based on the reflection signal (24) detected by the second antenna arrangement (8b) contamination (18 ) on the cover (10) to be detected automatically.
Sensoreinheit (4) nach Anspruch 11, Sensor unit (4) according to claim 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dass eine Anzahl zusätzlicher Reflexionsflächen (40) zur Reflexion des ersten Funksignals (12a) zur zweiten Antennenanordnung (8b) hin vorgesehen ist. This means that a number of additional reflection surfaces (40) are provided for reflecting the first radio signal (12a) towards the second antenna arrangement (8b).
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