Berührungslose Geschwindigkeitsmessung von Straßen- und Schienenfahrzeugen mit Mikrowellensensoren
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 8]
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| adam_text | Titel: Berührungslose Geschwindigkeitsmessung von Straßen- und Schienenfahrzeugen mit Mikrowellensensoren
Autor: Laqua, Heike
Jahr: 1996
FORTSCHRITTBERICHTE VDI Dipl.-Ing. Heike Laqua, Garching Berührungslose Geschwindigkeitsmessung von Straßen- und Schienenfahrzeugen mit Mikrowellensensoren Reihe 8 : Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 543 VDI VERLAG
V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Meßprinzipien 3 2.1 Der Dopplereffekt........................ 3 2.2 Der Speckleeffekt........................ 6 3 Systemtheoretisches Modell der Signalentstehung 11 3.1 Grundlagen der skalaren Beugungstheorie.......... 11 3.1.1 Freiraumausbreitung eines Feldes von einer gaußförmig belegten Apertur............. 13 3.1.2 Sende- und Empfangsgeometrie für einen allgemeinen Radarsensor....................... 17 3.2 Statistisches Modell der Streuung elektromagnetischer Wellen an wenig rauhen Oberflächen............... 19 3.2.1 Definition der wenig rauhen Oberfläche ....... 19 3.2.2 Beschreibung mittels Störungsrechnung....... 21 3.2.3 Bewertung des Störungsansatzes........... 25 3.3 Demodulation.......................... 26 3.3.1 Inkohärente Demodulation .............. 26 3.3.2 Kohärente Demodulation............... 28 4 Statistik der Signale 30 4.1 Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Signale........ 30 4.2 Leistungsdichtespektrum des Dopplersignals......... 33 4.3 Kreuzkorrelationsfunktion der Specklesignale........ 41 5 Schätzung einer eindimensionalen Geschwindigkeitskomponente 52 5.1 Dopplerverfahren........................ 52 5.1.1 Systematische Fehler.................. 53
VI INHALTSVERZEICHNIS 5.1.2 Minimaler zufälliger Fehler der Doppler-Geschwindigkeitsschätzung .................... 57 5.1.3 Dopplerfrequenzschätzung durch Nulldurchgangszählung ......................... 60 5.1.3.1 Aufbau des Zählers ............. 60 5.1.3.2 Varianz der Schätzung............ 62 5.1.4 Geschwindigkeitsschätzung mit Frequenztrackern . . 66 5.1.4.1 Funktionsprinzip............... 66 5.1.4.2 Varianz des Frequenztrackers........ 69 5.2 Speckleverfahren........................ 76 5.2.1 Systematische Fehler.................. 77 5.2.2 Minimaler zufälliger Fehler der Speckle-Geschwindig- keitsschätzung ..................... 81 5.2.3 Geschwindigkeitsschätzung mit dem Laufzeitkorrelationsverfahren ...................... 86 5.2.3.1 Funktionsweise des Laufzeitkorrelators ... 86 5.2.3.2 Varianz der Laufzeitschätzung....... 90 5.3 Vergleich der Verfahren .................... 94 6 Schätzung eines zweidimensionalen Geschwindigkeitsvektors 96 6.1 Dopplerverfahren........................ 96 6.1.1 Sensor konfiguration .................. 96 6.1.2 Systematische und zufällige Fehler.......... 97 6.2 Speckleverfahren........................ 99 6.2.1 Sensorkonfiguration .................. 99 6.2.2 Systematische und zufällige Fehler..........104 7 Meßergebnisse 106 7.1 Messung der Längsgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs . . 106 7.1.1 Meßergebnisse mit dem Dopplersensor........106
INHALTSVERZEICHNIS VII 7.1.2 Meßergebnisse mit Specklesensoren..........111 7.1.3 Vergleich der Verfahren................ 115 7.2 Messung der Geschwindigkeit und des Schwimmwinkels im Kraftfahrzeug.......................... 116 7.2.1 Meßergebnisse mit dem Specklesensor........116 7.3 Messung der überfahrenen Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs 120 8 Zusammenfassung 125 A Anhang 127 A.l Anhang zu Abschnitt 4.3 ................... 127 A.2 Anhang zu Abschnitt 7.2 ................... 130 Symbolverzeichnis 133 Literatur 137
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