DE102004034429A1 - Vehicle radar front end for detecting long, medium and short distances, has sequential-transmission antennas between two reception antennas supplying parallel signals to control and processing unit - Google Patents

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Abstract

The radar signal source (15) is connected to transmitting elements (1), e.g. horn antennas, via a switching matrix (3). This supplies them (1) sequentially with a transmission signal. There are at least two reception elements (2) e.g. horn antennas, with spatially-intervening transmission elements (1). A digital control and processing unit (20) is provided for signals received, which are supplied to it (20) in parallel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radar Front-End und insbesondere ein Radar Front-End für Automobilanwendungen, das sowohl für die Erfassung kurzer als auch mittlerer und/oder großer Entfernungen geeignet ist.The The present invention relates to a radar front-end and more particularly a radar front-end for automotive applications, that for both the detection of short as well as medium and / or long distances suitable is.

Aus dem Stand der Technik sind Anordnungen von 4 bis 6 über die gesamte Fahrzeugbreite (z. B. in der Stoßstange) verteilten eindimensional messenden Einfachsensoren bekannt, wie u. a. von KLOTZ, Michael in "An Automotive Short Range High Resolution Pulse Radar Network", Shaker Verlag, Aachen, 2002, WENGER, J.; SCHNEIDER, R. in "Automotive Radar Sensors", IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium (IMS), Automotive Radar Workshop, 2002, oder GRESHAM, I.; JENKINS, A.; EGRI, R.; ESWARAPPA, C.; KOLAK, F.; WOHLERT, R.; BENNETT, J.; LANTERI, J-P. in "Ultra Wide Band 24GHz Automotive Radar Front-End", in IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium (IMS) Digest Bd. 1, 2003, S. 369-372 beschrieben.Out In the prior art are arrangements of 4 to 6 on the entire vehicle width (eg in the bumper) distributed one-dimensionally measuring single sensors known as u. a. from KLOTZ, Michael in "An Automotive Short Range High Resolution Pulsed Radar Network ", Shaker Verlag, Aachen, 2002, WENGER, J .; SCHNEIDER, R. in "Automotive Radar Sensors ", IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium (IMS), Automotive Radar Workshop, 2002, or GRESHAM, I .; JENKINS, A .; EGRI, R .; ESWARAPPA, C .; Kolak, F .; WOHLERT, R .; BENNETT, J .; LANTERI, J-P. in "Ultra Wide Band 24GHz Automotive Radar Front-end ", in IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium (IMS) Digest Vol. 1, 2003, pp. 369-372 described.

Die zweidimensionale Abbildung erfolgt nach dem Prinzip der Multilateration aus den Entfernungsmessungen aller vorhandener Einzelsensoren und sie liefert relativ gute Abbildungseigenschaften bei Entfernungen in der Größenordnung des Sensorabstands.The Two-dimensional mapping is based on the principle of multilateration from the distance measurements of all existing individual sensors and they provides relatively good imaging properties at distances in of the order of magnitude the sensor distance.

Die obige Lösung ist jedoch insofern nachteilig, da die Winkelauflösung mit der Entfernung abnimmt und Mehrdeutigkeiten bei komplexen Zielszenarien entstehen. Darüber hinaus geht ein hoher Aufwand mit dem Einbau der zahlreichen Sensoren und deren Vernetzung einher. Die Einbaupositionen müssen auf wenige Millimeter genau bekannt sein. Da Winkel- und Entfernungsauflösung aus der zur Verfügung stehenden Bandbreite gewonnen werden, sind Kompromisse bezüglich Bandbreitenbedarf und Auflösung nötig.The above solution However, it is disadvantageous in that the angular resolution with the distance decreases and ambiguities in complex target scenarios arise. About that In addition, a lot of effort goes with the installation of numerous sensors and their networking. The installation positions must be on be known exactly a few millimeters. Because angle and distance resolution off the available bandwidth are compromised on bandwidth needs and resolution necessary.

Ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren ist das Differenzkeulenverfahren. Dabei wird die Winkelauflösung durch vergleichende Auswertung der von Antennen mit unterschiedlichen Strahlungsdiagrammen empfangenen Radarechos erzielt. Differenzkeulenverfahren finden bereits jetzt Anwendung in automobilen Radarsensoren wie von OHSHIMA, S.; ASANO, Y.; HARADA, T.; YAMADA, N.; USHUI, M.; HAYASHI, H.; WATANABE, T.; IIZUKA, H. in "Phase-Comparison Monopulse Radar with Switched Transmit Beams for Automotive Application", IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium (IMS) Digest Bd. 4, 1999, S. 1493-1496, von ASANO, Y.; OHSHIMA, S. in US 6,246,359 B1 , oder HARTZSTEIN, C. in "76 GHz Radar Sensor for Second Generation ACC" ATA Bd. 55, 2002, S. 408-416 beschrieben. Insbesondere beschreibt US 6,246,359 B1 eine Radarvorrichtung, die eine Vielzahl von sequentiell geschalteten Sendeantennen mit jeweils unterschiedlich gerichteten Strahlungskeulen umfasst, zwei nebeneinander angeordnete und von den Sendeantennen versetzte Empfangsantennen zum Empfang der reflektierten Sendesignale, und eine Vorrichtung zur Erfassung der azimutalen Richtung aufgrund der Phasen- bzw. Amplitudendifferenz zwischen den empfangenen reflektierten Sendesignalen.Another known from the prior art method is the difference lobe method. The angular resolution is achieved by comparative evaluation of the radar echoes received by antennas with different radiation patterns. Differential lobe methods are already being used in automotive radar sensors such as OHSHIMA, S .; ASANO, Y .; HARADA, T .; YAMADA, N .; USHUI, M .; HAYASHI, H .; WATANABE, T .; IIZUKA, H. in "Phase Comparison Monopulse Radar with Switched Transmission Beams for Automotive Applications", IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium (IMS) Digest Vol. 4, 1999, pp. 1493-1496, by ASANO, Y .; OHSHIMA, S. in US 6,246,359 B1 , or HARTZSTEIN, C. described in "76 GHz Radar Sensor for Second Generation ACC" ATA Vol. 55, 2002, pp. 408-416. In particular, describes US 6,246,359 B1 a radar device comprising a plurality of sequentially connected transmitting antennas each having differently directed beams, two receiving antennas arranged side by side and offset from the transmitting antennas for receiving the reflected transmitting signals, and an azimuthal direction detecting device due to the phase difference between the received ones reflected transmission signals.

Das vorstehend beschriebene Differenzkeulenverfahren liefert schnell eine Abbildung bei paralleler Verarbeitung, wobei Beamforming zur optimalen Ausleuchtung eines definierten Sichtbereichs erforderlich ist, und hat somit eine große Reichweite durch hochbündelnde Antennenkeulen.The The differential lobe method described above provides fast an image in parallel processing, with beamforming to optimal illumination of a defined field of view required is, and thus has a big one Range through highly concentrated Antenna lobes.

Das Differenzkeulenverfahren weist jedoch auch Nachteile auf, wie z. B. der große Platzbedarf für Antennen und Speisenetzwerke oder die hohen Präzisionsanforderungen bei der Antennenrealisierung zur Erzielung definierter Strahlungskeulen. Darüber hinaus können Änderungen der Antennendiagramme (Schielfehler, Nebenkeulen) durch Verschmutzung und Temperatureffekte entstehen und Änderungen in der Einbauumgebung führen zu Abbildungsfehlern. Die Winkelauflösung von Objekten in der gleichen Entfernungszelle ist nicht möglich.The However, differential lobe method also has disadvantages such. B. the big one Space required for Antennas and feed networks or the high precision requirements of the Antenna realization for achieving defined radiation lobes. About that In addition, changes can be made the antenna diagrams (squint, side lobes) by pollution and temperature effects arise and changes in the installation environment to lead to aberrations. The angular resolution of objects in the same Removal cell is not possible.

Zusätzlich ist von ASANO, Y.; HARADA, T. in US 6,288,672 B1 sowie von ASANO, Y. in "Millimeter-Wave Holographic Radar for Automotive Applications", European Microwave Conference (EuMC), 2001, eine holographische Radarvorrichtung beschrieben, die eine Vielzahl von Sendeantennen umfasst, die ebenfalls sequentiell geschaltet werden, sowie mindestens zwei nebeneinander angeordnete Empfangsantennen, die die reflektierten Wellen nach einem Zeitmultiplex-Verfahren erhalten, wobei der Abstand der Sendeantennen in Abhängigkeit von der Anzahl der Empfangsantennen bestimmt wird.Additionally, from ASANO, Y .; HARADA, T. in US 6,288,672 B1 and ASANO, Y. in "Millimeter-Wave Holographic Radar for Automotive Applications", European Microwave Conference (EuMC), 2001, describes a holographic radar apparatus comprising a plurality of transmitting antennas, which are also switched sequentially, and at least two juxtaposed ones Receiving antennas, which receive the reflected waves according to a time-division multiplex method, wherein the distance of the transmitting antennas is determined in dependence on the number of receiving antennas.

Zudem liegt der Schwerpunkt des vorstehend beschriebenen Standes der Technik in dem Abbildungsverfahren und die Probleme zur Realisierung von Radar Front-Ends werden gar nicht angesprochen.moreover is the focus of the prior art described above in the imaging process and the problems of realizing Radar front-ends are not addressed.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Radar Front-End zur Verfügung zu stellen, das eine gute Abbildungsfunktionalität in Verbindung mit einem relativ geringen Hardwareaufwand realisiert.Therefore it is an object of the present invention an improved Radar front-end available to provide a good mapping functionality in conjunction with a relative realized low hardware cost.

Im Rahmen der obigen Aufgabe soll ein Radar Front-End bereitgestellt werden, das den Bereich vor einem Fahrzeug insbesondere über wenige Fahrzeugbreiten und bis zu einer mittleren Entfernung (von z. B. mindestens 30 m) mittels Radar so gut abbildet, dass alle denkbaren Verkehrsteilnehmer und Hindernisse selbst in komplexen Szenarien eindeutig als Ziele erkannt und zweidimensional mit guter Auflösung lokalisiert werden können.Within the scope of the above problem, a Ra A front-end is provided which maps the area in front of a vehicle in particular over a few vehicle widths and up to an average distance (of eg at least 30 m) by means of radar so well that all conceivable road users and obstacles clearly even in complex scenarios can be recognized as targets and localized in two dimensions with good resolution.

Eine weitere besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Radar Front-Ends, das eine gute Abbildungsfunktionalität mit möglichst geringem Hardwareaufwand auf elektronischem Wege insbesondere ohne mechanisch bewegte Antennen realisiert.A Another particular object of the present invention is in the provision of a radar front-end that has a good mapping functionality as possible low hardware costs electronically especially without realized mechanically moving antennas.

Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Radar Front-Ends, das bewegte Ziele erkennt und hinsichtlich ihrer Relativgeschwindigkeit zum Sensor bewertet.A additional Object of the present invention is to provide a radar front-end that recognizes moving targets and in terms of evaluated their relative speed to the sensor.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Diese und weitere der nachstehenden Beschreibung zu entnehmenden Aufgaben werden von einem Radar Front-End gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.These and further to be taken from the following description tasks are solved by a radar front-end according to claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie der Aufbau und die Wirkungsweise verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die begleitenden Zeichnungen veranschaulichen die vorliegende Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung weiterhin dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erklären und einem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden. Dabei zeigt:Further Features and advantages of the present invention as well as the structure and the operation of various embodiments of the present invention The invention will be described below with reference to the accompanying drawings described. The accompanying drawings illustrate the present invention Invention and, together with the description, further serve the principles to explain the invention and to enable a person skilled in the field to to manufacture and use the invention. Showing:

1 ein Blockschaltbild der Grundstruktur des Radar Front-Ends gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 a block diagram of the basic structure of the radar front-end according to the present invention;

2A ein Blockschaltbild einer erster Ausführungsform einer Signalquelle, die im Radar Front-End der 1 einsetzbar ist; 2A a block diagram of a first embodiment of a signal source in the radar front-end of 1 can be used;

2B ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Signalquelle, die im Radar Front-End der 1 einsetzbar ist; 2 B a block diagram of a second embodiment of a signal source in the radar front-end of 1 can be used;

3 ein Blockschaltbild der Grundstruktur des Radar Front-Ends gemäß der vorliegenden Erfindung, das um eine abgesetzte Empfängerbaugruppe mit einem Empfangselement erweitert ist; 3 a block diagram of the basic structure of the radar front-end according to the present invention, which is extended by a remote receiver assembly with a receiving element;

4 ein Blockschaltbild eines Radar Front-Ends gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer ersten Ausführungsform einer heterodyner Empfangsstruktur; 4 a block diagram of a radar front-end according to the present invention with a first embodiment of a heterodyne receiving structure;

5 ein Blockschaltbild eines Radar Front-Ends gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer zweiten Ausführungsform einer heterodyner Empfangsstruktur; und 5 a block diagram of a radar front-end according to the present invention with a second embodiment of a heterodyne receiving structure; and

6 eine Erweiterung des erfindungsgemäßen Radar Front-Ends der 4 auf komplexe Empfangskanäle. 6 an extension of the radar front-end of the invention 4 on complex reception channels.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Unter Bezugnahme auf die 1 basiert die Lösung der vorliegenden Erfindung auf einer Grundstruktur mit einer Vielzahl von horizontal in gleichem Abstand angeordneter gleichartiger zum Senden verwendeter Sendeelemente 1, welche mit den Ausgängen einer elektronischen Schaltmatrix 3 operativ verbunden sind, die ausgebildet ist, die Sendeelemente 1 sequentiell mit einem Sendesignal zu versorgen. Beidseitig neben den Sendeelementen 1 sind zwei Empfangselemente 2, die wie ersichtlich nicht mit der Schaltmatrix 3 verbunden sind. Nach einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform werden mindestens sechzehn (16) Sendeelemente 1 bereitgestellt, obwohl der Fachmann es verstehen wird, dass deren Anzahl abhängig z. B. von der gewünschten azimutalen Auflösung variieren wird. Weiterhin können die Empfangselemente 2, wie in der 1 ersichtlich, in gleichem Abstand zum jeweils angrenzenden Sendeelement 1 angeordnet werden.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION With reference to FIGS 1 For example, the solution of the present invention is based on a basic structure having a plurality of horizontally equidistantly equal transmission elements used for transmission 1 connected to the outputs of an electronic switching matrix 3 are operatively connected, which is formed, the transmitting elements 1 to supply sequentially with a transmission signal. On both sides next to the transmitting elements 1 are two receiving elements 2 , as can be seen not with the switching matrix 3 are connected. According to a presently preferred embodiment, at least sixteen (16) transmit elements 1 provided that the person skilled in the art understands that their number depending on z. B. will vary from the desired azimuthal resolution. Furthermore, the receiving elements 2 , like in the 1 visible, at the same distance from the respective adjacent transmitting element 1 to be ordered.

Nach einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Abstand der Antennenelemente (d.h. der Sende- und Empfangselemente) zur Vermeidung sekundärer Nebenmaxima im synthetischen Radarbild auf maximal die halbe Freiraumwellenlänge der Operationsfrequenz (≤λo/2) des Radar Front-Ends beschränkt.To In an advantageous aspect of the present invention, the distance the antenna elements (i.e., the transmitting and receiving elements) for avoidance secondary Nebenmaxima in the synthetic radar image to a maximum of half the free space wavelength of Operation frequency (≤λo / 2) of the Radar front-ends limited.

Weiter wird bevorzugt, dass alle Antennenelemente das gleiche Strahlungsdiagramm mit möglichst breitem Öffnungswinkel in der Horizontalen haben, so dass der gesamte horizontale Sichtbereich von jedem Einzelelement abgedeckt wird. In der Vertikalen wird bevorzugt, dass die Antennendiagramme der Antennenelemente eine mit den vertikalen Sensorabmessungen realisierbare Bündelung aufweisen.Further It is preferred that all antenna elements have the same radiation pattern with as possible wide opening angle in the horizontal, so that the entire horizontal field of view of each individual element is covered. In the vertical is preferred that the antenna patterns of the antenna elements one with the vertical Have sensor dimensions realizable bundling.

Die beiden neben den Sendeelementen 1 angeordneten Empfangselemente 2 können für mittlere und große Entfernungen und Ablagewinkel innerhalb ≤ ± 45° zum Erhöhen der Winkelauflösung gemäß beispielsweise von KEES, N.; SCHMIDHAMMER, E.; DETLFFSEN, J. in "Improvement of Angular Resolution of an Millimeterwave Imaging System by Transmitter Location Multiplexing", IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium (IMS) Digest, 1995, S. 969-972, beschriebener Vorgehensweise verwendet werden, deren Inhalt durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen ist. Bei großen Ablagewinkeln und kurzen Entfernungen dienen die Empfangselemente 2, deren Abstand bei der größten Bandbreite des Radar Front-Ends größer als eine Entfernungszelle sein sollte, zur Auflösung von Mehrdeutigkeiten in den Radarbildern.The two next to the transmitting elements 1 arranged receiving elements 2 can be used for medium and long distances and storage angles within ≤ ± 45 ° to increase the angular resolution according to, for example, KEES, N .; SCHMIDHAMMER, E .; DETLFFSEN, J. in "Improvement of Angu See, for example, US Pat. No. 5,415,774, which is incorporated herein by reference in its entirety by reference to the present invention, which is incorporated by reference herein in its entirety Storage angles and short distances serve the receiving elements 2 whose distance at the largest bandwidth of the radar front-end should be greater than a range cell, to resolve ambiguities in the radar images.

Wie in der 1 gezeigt, hat das Schalten nur der Sendeelemente 1 und nicht der Empfangselemente 2 den Vorteil, dass die Empfangsrauschzahl nicht durch die Dämpfung der Schaltmatrix 3 verschlechtert wird. Da die Dämpfung der Schaltmatrix 3 sendeseitig einfach durch Erhöhen der Ausgangsleistung eines Sendeverstärkers 10 bis zum Erreichen der zulässigen EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power, die angibt, mit welcher Sendeleistung man eine in alle Raumrichtungen gleichmäßig (isotrop) abstrahlende Antenne versorgen müsste, um im Fernfeld dieselbe Leistungsflussdichte zu erreichen wie mit einer bündelnden Richtantenne in ihrer Hauptsenderichtung) kompensiert werden kann, sind moderate Verluste der Schaltmatrix 3 akzeptabel und damit kostengünstige Realisierungen möglich.Like in the 1 has shown switching only the transmitting elements 1 and not the receiving elements 2 the advantage that the reception noise figure is not due to the attenuation of the switching matrix 3 is worsened. Because the damping of the switching matrix 3 transmission side simply by increasing the output power of a transmission amplifier 10 until the allowable EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) is reached, with which transmission power one would have to supply an isotropically radiating antenna in all spatial directions in order to achieve the same power flux density in the far field as with a focusing directional antenna in its main transmitter direction) can, are moderate losses of the switching matrix 3 acceptable and thus cost-effective realizations possible.

Weiterhin unter Bezugnahme auf die 1 können die Ausgänge der Empfangselemente 2 optional über einen entsprechenden rauscharmen Vorverstärker 4 mit den Eingängen von Empfangsmischern 5 verbunden werden, die jeweils mit den Ausgängen der Empfangselemente 2 gekoppelt sind. Über die Schaltmatrix 3 wird ein frequenzmoduliertes Sendesignal sequentiell in jeweils eine der Sendeantennen 1 eingespeist. Von Zielen (nicht gezeigt) reflektierte Signale werden parallel durch die beiden Empfangselemente 2 empfangen und mit einem Teil des Sendesignals, das über die jeweiligen Empfangsmischer 5 zugeführt wird, homodyn in das Basisband umgesetzt. Die Basisbandsignale werden in einer jeweiligen mit einem entsprechenden Empfangsmischer 5 verbundenen Basisbandstufe 6 verstärkt, mit einem Tiefpass der Basisbandstufe 6 gefiltert und anschließend für die nachfolgende rechnerische Verarbeitung in einem mit Bezugszeichen 20 bezeichneten Block für die Digitale Steuerung und Verarbeitung der Empfangssignale (nachstehend auch als DSV bezeichnet) in einem jeweils mit dem Tiefpass der Basisbandstufe 6 verbundenen Analog-Digital-Wandler 7 digitalisiert.Furthermore, with reference to the 1 can be the outputs of the receiving elements 2 optionally via a corresponding low-noise preamplifier 4 with the inputs of receiving mixers 5 be connected, each with the outputs of the receiving elements 2 are coupled. About the switching matrix 3 For example, a frequency-modulated transmission signal is sequentially inputted to each of the transmission antennas 1 fed. Signals reflected by targets (not shown) pass in parallel through the two receiving elements 2 received and with a part of the transmission signal, which is via the respective receiving mixer 5 homodyne is converted into the baseband. The baseband signals are in a respective one with a corresponding receive mixer 5 associated baseband level 6 amplified, with a low pass of the baseband stage 6 filtered and then for the following computational processing in a with reference numerals 20 designated block for the digital control and processing of the received signals (hereinafter also referred to as DSV) in each case with the low-pass of the baseband stage 6 connected analog-to-digital converter 7 digitized.

Auflösung in Entfernungsrichtung kann bei dem Radar Front-End der 1 nach dem Prinzip des frequenzmodulierten Dauerstrichradars (FM-CW Radar) erzeugt werden. Auflösung in Querrichtung kann aus den relativen Phasen der nacheinander für verschiedene Kombinationen aus Sende- und Empfangselementen 1, 2 aufgenommenen Empfangssignale gewonnen werden. Damit aus den für viele Frequenzen (Frequenzmodulation) und viele Elementkombinationen aufgenommenen Signalen zweidimensionale Radarbilder errechnet werden können, müssen alle Empfangssignale bezüglich eines Referenzsignals nach Betrag und Phase (kohärent) auswertbar sein. Dies kann erfindungsgemäß dadurch realisiert werden, dass ein spannungsgesteuerter Mikrowellenoszillator 8 über einen Synthesizer 9 an einen hochgenauen niederfrequenten Quartzoszillator 11 gekoppelt wird, die zusammen eine kohärente Signalquelle 15 bilden, wobei die Frequenzmodulation der Sendesignale digital erzeugt wird. Zwei vorteilhafte Ausführungsformen der hierfür erfindungsgemäß einsetzbaren Synthesizerarchitektur der kohärenten Signalquelle 15 werden im Nachfolgenden in Bezug auf die 2A und 2B ausgeführt. Ein sinnvoller Frequenzbereich des Radar Front-Ends ergibt sich aus den Anwendungsgebieten und liegt beispielsweise im Mikro- bzw. Millimeterwellenbereich (20 GHz – 100 GHz).Resolution in the distance direction may be at the radar front-end of the 1 be generated according to the principle of the frequency-modulated continuous wave radar (FM-CW radar). Transverse resolution can be obtained from the relative phases of successive different combinations of transmit and receive elements 1 . 2 received received signals are obtained. So that two-dimensional radar images can be calculated from the signals recorded for many frequencies (frequency modulation) and many combinations of elements, all received signals must be evaluable in terms of magnitude and phase (coherently) with respect to a reference signal. This can be realized according to the invention in that a voltage-controlled microwave oscillator 8th via a synthesizer 9 to a high-precision low-frequency quartz oscillator 11 coupled, which together form a coherent signal source 15 form, wherein the frequency modulation of the transmission signals is generated digitally. Two advantageous embodiments of the invention for this purpose applicable synthesis architecture of the coherent signal source 15 will be referred to in the following 2A and 2 B executed. A useful frequency range of the radar front-end results from the application areas and is for example in the micro or millimeter wave range (20 GHz - 100 GHz).

Die digitale Signalverarbeitung der Ausgaben der jeweiligen Analog-Digital-Wandler 7, die den Empfangssignalen entsprechen, erfolgt in der DSV 20, die als Prozessrechner ausgebildet werden kann. Nachstehend werden nur die Funktionsabläufe in der DSV 20 anhand von groben Funktionsblöcken erläutert, da die Einzelheiten, deren Implementierungen dem Fachmann geläufig sind, keiner weiteren Klärung bedürfen. Insbesondere umfasst die DSV 20 eine Ablaufsteuerung 21 für die Aufnahmesequenz und die Verarbeitung der durch das Radar Front-End aufgenommenen Empfangssignale sowie Verarbeitungseinheiten 22 für die Berechnung der Entfernung und eine Verarbeitungseinheit 23 für die Berechnung der Querrichtung.The digital signal processing of the outputs of the respective analog-to-digital converters 7 , which correspond to the received signals, takes place in the DSV 20 , which can be designed as a process computer. Below are only the functional processes in the DSV 20 explained by coarse function blocks, since the details whose implementation is familiar to those skilled need no further clarification. In particular, the DSV includes 20 a flow control 21 for the recording sequence and the processing of the received by the radar front-end receiving signals and processing units 22 for the calculation of the distance and a processing unit 23 for the calculation of the transverse direction.

Zur Steuerung der Aufnahmesequenz können bevorzugt der Synthesizer 9, die Schaltmatrix 3 und die Analog-Digital-Wandler 7 der beiden Empfangskanäle (bzw. der beiden Empfangssignale) des Radar Front-Ends durch die Ablaufsteuerung 21 angesprochen werden. Aus den in einer Aufnahmesequenz erhaltenen Empfangsdaten wird durch rechnerische Verarbeitung ein zweidimensionales Radarbild 24 gewonnen. Die rechnerische Verarbeitung kann, wie in der 1 beispielhaft dargestellt, sequentiell in Entfernungsrichtung (in den Verarbeitungseinheiten 22) und Querrichtung (in der Verarbeitungseinheit 23) durchgeführt werden.For controlling the recording sequence, the synthesizer may be preferred 9 , the switching matrix 3 and the analog-to-digital converters 7 the two receiving channels (or the two received signals) of the radar front-end by the flow control 21 be addressed. The received data obtained in a recording sequence becomes a two-dimensional radar image by computational processing 24 won. The computational processing can, as in the 1 exemplified, sequentially in the direction of removal (in the processing units 22 ) and transverse direction (in the processing unit 23 ) be performed.

In der 2A bzw. 2B werden zwei Möglichkeiten zur Realisierung der für die Funktionsweise des Radar Front-Ends erforderlichen frequenzmodulierten kohärenten Signalquelle vorgestellt.In the 2A respectively. 2 B Two options are presented for realizing the frequency-modulated coherent signal source required for the operation of the radar front-end.

In der Ausführungsform der 2A, in der die kohärente Signalquelle mit dem Bezugszeichen 15A bezeichnet ist, wird ein frequenzmoduliertes niederfrequentes Signal hoher Modulationslinearität und Kohärenz durch einen direkten digitalen Synthesizer 17 aus einem festfrequenten hochstabilen Quartzoszillator 11 erzeugt und auf den Referenzfrequenzeingang einer Phasenregelschleife 16 mit Frequenzteiler (1/N), Referenzteiler (1/R) und Phasenfrequenzdetektor (PFD) gegeben. Die Phasenregelschleife setzt das niederfrequente Signal entsprechend den fest eingestellten ganzzahligen Teilerfaktoren P und N auf die gewünschte Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 8 phasenrichtig um.In the embodiment of the 2A in which the coherent signal source is denoted by the reference numeral 15A is a frequency-modulated low-frequency signal of high modulation linearity and coherence by a direct digital synthesizer 17 from a fixed-frequency, highly stable quartz oscillator 11 and to the reference frequency input of a phase locked loop 16 with frequency divider (1 / N), reference divider (1 / R) and phase frequency detector (PFD) given. The phase locked loop sets the low frequency signal corresponding to the fixed integer divisor factors P and N to the desired output frequency of the voltage controlled oscillator 8th in the right order.

In der Ausführungsform der 2B, in der die kohärente Signalquelle mit dem Bezugszeichen 15B bezeichnet ist, wird eine sog. fractional-n Phasenregelschleife 18 verwendet. Der Frequenzteiler dieser Phasenregelschleife 18 kann auch auf nicht ganzzahlige Werte eingestellt werden. Dadurch lassen sich frequenzmodulierte Signale direkt aus einem festfrequenten Quartzoszillator 11 an einem PLL Referenzeingang der Phasenregelschleife 18 durch Variation des Frequenzteilerwertes n erzeugen. Die Variation des Frequenzteilerwertes wird von einem ebenfalls durch den Quartzoszillator 11 synchronisierten digitalen Generator 19 entsprechend der vorgegebenen Modulation gesteuert.In the embodiment of the 2 B in which the coherent signal source is denoted by the reference numeral 15B is called a fractional-n phase locked loop 18 used. The frequency divider of this phase locked loop 18 can also be set to non-integer values. This allows frequency-modulated signals directly from a fixed-frequency quartz oscillator 11 at a PLL reference input of the phase locked loop 18 by generating the frequency divider value n. The variation of the frequency divider value is from a likewise by the quartz oscillator 11 synchronized digital generator 19 controlled according to the given modulation.

Die obigen zwei Ausführungsformen der Realisierung kohärenter frequenzmodulierter Signalquellen sowie weitere, hier nicht erläuterte Signalquellen sind aus dem Stand der Technik bekannt (siehe z. B. MUSCH, T.; SCHIEK, B. "A High Precision Analog Frequency-Ramp Generator Using a Phase-Locked-Loop Structure" in European Microwave Conference (EUMC) Conferenee Proceedings, 1997, S. 62-68; MUSCH, T.; SCHULTE, B.; SCHIEK, B. "A Fast Heterodyne Network Analyzer Based on Precision Linear Frequency Ramps" in European Microwave Conference (EUMC) Conference Proceedings, 2001; METZ, C.; GRUBERT, J.; HEYEN, J.; JACOB, A. F.; JANOT, S.; LISSEL, E.; OBERSCHMIDT, G., STANGE, L. C. "Fully integrated automotive radar sensor with versatile resolution" in IEEE Transactions on Microwave Theory und Techniques 49 (2001), Dezember, Nr. 12, S. 2560-2566; MAYER, W.; WETZEL, M.; MENZEL, W "A novel directimaging radar sensor with frequency scanned antenna" in IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium (IMS) Digest Bd. 3, 2003, S. 1941-1944; MAYER, W.; MEILCHEN, M.; GRABHERR, W.; NÜCHTER, P.; GÜHL, R. "Eight-Channel 77 GHz Front-End Module With High-Performance Synthesized Signal Generator for FM-CW Sensor Applications" IEEE Transactions an Microwave Theory and Techniques 52 (2004), March, Nr. 3, und DE 198 13 604 A1 ). Nach den derzeitig beabsichtigten Ausführungsformen der Erfindung werden die obigen Signalquellen hinsichtlich Performanz und Kosten bevorzugt.The above two embodiments of implementing coherent frequency-modulated signal sources and other signal sources not discussed here are known in the prior art (see, for example, MUSCH, T .; SCHIEK, B. "A High Precision Analog Frequency-Ramp Generator Using a Phase Locked-Loop Structure in the European Microwave Conference (EUMC) Conferenee Proceedings, 1997, pp. 62-68; MUSCH, T .; SCHULTE, B .; SCHIEK, B. "A Fast Heterodyne Network Analyzer Based on Precision Linear Frequency Ramps in European Microwave Conference (EUMC) Conference Proceedings, 2001; METZ, C .; GRUBERT, J .; HEYEN, J .; JACOB, AF; JANOT, S., LISSEL, E .; OBERSCHMIDT, G., STANGE, LC "Fully integrated automotive radar sensor with versatile resolution" in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 49 (2001), December, No. 12, pp. 2560-2566; MAYER, W .; WETZEL, M., MENZEL, W "A novel directimaging radar sensor with frequency scanned antenna "in IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS) Digest Vol 003, pp. 1941-1944; MAYER, W .; MILK, M .; GRABHERR, W .; NÜCHTER, P .; GÜHL, R. "Eight-Channel 77 GHz Front-End Module With High-Performance Synthesized Signal Generator for FM-CW Sensor Applications" IEEE Transactions to Microwave Theory and Techniques 52 (2004), March, No. 3, and DE 198 13 604 A1 ). In accordance with the presently intended embodiments of the invention, the above signal sources are preferred in terms of performance and cost.

Eine verbesserte Abbildung bei sehr kleinen Entfernungen und großen horizontalen Ablagewinkeln kann mit der Schaltung der 3 erzielt werden. Diese Verbesserung ist insbesondere für den Anwendungsbereich der Einparkhilfe relevant und kann erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, dass die Sensorarchitektur um ein mit einem gewissen Abstand D zur Grundstruktur angebrachtes abgesetztes Empfangselement 31 erweitert wird und so die Vorteile der Triangulation in dem speziellen Winkel- und Entfernungsbereich der Einparkfunktion mitgenutzt werden können.Improved imaging at very small distances and large horizontal shelves can be achieved with the circuit of 3 be achieved. This improvement is relevant in particular for the field of application of the parking aid and can be achieved according to the invention in that the sensor architecture is provided with a remote receiving element mounted at a certain distance D from the basic structure 31 is extended and so the benefits of triangulation in the special angle and distance range of the parking function can be shared.

Wie aus der 3 ersichtlich, basiert das Radar Front-End auf der Ausführungsform der 1, in der die Signalquelle der 2A implementiert ist. Daher werden dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Elemente der vorstehend erwähnten Figuren verwendet und ihre Erläuterung wird weggelassen. Es ist jedoch auch denkbar, die Ausführungsform der 3 mit der Signalquelle der 2B zu implementieren.Like from the 3 As can be seen, the radar front-end is based on the embodiment of FIG 1 in which the signal source of the 2A is implemented. Therefore, the same reference numerals are used to designate the same elements of the above-mentioned figures and their explanation is omitted. However, it is also conceivable, the embodiment of 3 with the signal source of 2 B to implement.

Eine abgesetzte Empfängerbaugruppe 30 umfasst ein Empfangselement 31, einen optionalen rauscharmen Vorverstärker 32, einen Empfangsmischer 33, eine Basisbandstufe 34 und einen über eine Phasenregelschleife 35 gesteuerten Mikrowellenoszillator 36. Die Anbindung der abgesetzten Empfängerbaugruppe 30 an die Radar Front-End-Architektur gemäß 1 mit der Realisierung der kohärenten Signalquelle gemäß 2A benötigt nur zwei niederfrequente Signalleitungen 39 und ist daher einfach und kostengünstig zu realisieren. Zur Digitalisierung des Ausgangssignals der abgesetzten Empfängerbaugruppe 30 wird die Grundstruktur um einen weiteren Analog-Digital-Wandler 37 ergänzt, dessen Ausgangssignale dann zusammen mit den Signalen aus den beiden schon vorhandenen Empfangselementen 1 und 2 der DSV 20 zur Verfügung gestellt werden. Die Auswertung dieser Signale erfolgt dann in einer für den Fachmann bekannten Art und Weise und wird hierin nicht weiter erläutert.A remote receiver module 30 includes a receiving element 31 , an optional low-noise preamplifier 32 , a reception mixer 33 , a baseband level 34 and one via a phase locked loop 35 controlled microwave oscillator 36 , The connection of the remote receiver module 30 according to the radar front-end architecture according to 1 with the realization of the coherent signal source according to 2A only needs two low-frequency signal lines 39 and is therefore easy and inexpensive to implement. For digitizing the output signal of the remote receiver module 30 becomes the basic structure around another analog-to-digital converter 37 complemented, the output signals then together with the signals from the two existing receiving elements 1 and 2 the DSV 20 to provide. The evaluation of these signals is then carried out in a manner known to those skilled in the art and will not be further explained herein.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Verbesserung des Zieldynamikbereichs eines Radar Front-Ends erzielt werden, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 4 und 5 erläutert.According to another aspect of the present invention, an improvement in the target dynamic range of a radar front-end can be achieved, as described below with reference to FIGS 4 and 5 explained.

Die in Verbindung mit der Ausführungsform 1 beschriebene Empfangsanordnung von FM-CW Radar ist homodyn aufgebaut. Dabei wird das Empfangssignal mit dem Empfangsmischer, dessen Oszillatorsignal dem Sendesignal entspricht, direkt ins Basisband umgesetzt. Der Nachteil homodyner Empfangsanordnugnen ist jedoch die durch Phasen- und Amplitudenrauschen des lokalen Oszillators erhöhte Rauschzahl bei tiefen Basisbandfrequenzen. Beide Rauschbeiträge nehmen über der Frequenz ab, begrenzen aber in typischen FM-CW Radarsensoren für kurze Entfernungen den maximalen Zieldynamikbereich. Während der Beitrag des Phasenrauschens zur Rauschzahl bei kurzen Zielentfernungen, wie z. B. bei einer Einparkhilfe, Stauautomatik und einem Precrash, durch den Korrelationseffekt des Empfangsmischers verringert wird, bildet sich das Amplitudenrauschen direkt in das Zielspektrum und damit in die Radarmessung ab. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Radar Front-End Architektur alle Aufgaben von nach vorne gerichteten automobilen Sensoren erfüllen und gleichzeitig auch überall dort eingesetzt werden soll, wo zweidimensionale Radarbilder komplexer Szenarien über einen großen nahe am Sensor liegenden Sichtbereich aufgenommen werden sollen.In conjunction with the embodiment 1 described receiving arrangement of FM-CW radar is constructed homodyne. In this case, the received signal with the receiving mixer, whose oscillator signal corresponds to the transmission signal, converted directly into the baseband. The disadvantage of homodyne receive arrangements, however, is the increased noise figure at low baseband frequencies due to phase and amplitude noise of the local oscillator. Both noise contributions take over the frequency but limit the maximum target dynamic range in typical FM-CW short-range radar sensors. While the contribution of phase noise to noise figure at short target ranges, such as. As in a parking aid, automatic storage and a precrash, is reduced by the correlation effect of the receiving mixer, the amplitude noise is formed directly in the target spectrum and thus in the radar measurement. This is particularly the case if the radar front-end architecture is to fulfill all the tasks of forward-looking automotive sensors and at the same time be used wherever two-dimensional radar images of complex scenarios are to be recorded over a large range of vision close to the sensor.

In wirklichkeitsnahen Verkehrsszenarien sind sehr große Zieldynamikbereiche zu erwarten. So können sich z. B. die Rückstreuquerschnitte eines Kraftfahrzeugs und eines Fussgängers um den Faktor 100 unterscheiden. Amplitudenrauschen im Empfänger hat oft seine Ursache in der parasitären Einkopplung des Sende- oder Lokaloszillatorsignals in den Empfangspfad. Durch die enge Aneinanderreihung von Sende- und Empfangselementen und den notwendigen kompakten Aufbau ist diese Problematik in der hier beschriebenen Architektur zu erwarten.In Realistic traffic scenarios are very large target dynamic ranges expected. So can z. B. the Rückstreuquerschnitte of a motor vehicle and a pedestrian by a factor of 100. Amplitude noise in the receiver often has its cause in the parasitic coupling of the transmitting or local oscillator signal in the receive path. By the close Stringing of transmitting and receiving elements and the necessary compact structure, this problem is described in the here To expect architecture.

Zur Lösung dieses Problems können erfindungsgemäß jeweilige heterodyne Varianten des Radar Front-Ends mit hinsichtlich des Beitrags des Amplitudenrauschens verbesserten Eigenschaften und damit höherem Zieldynamikbereich bereitgestellt werden, wie in den 4 und 5 erläutert.To solve this problem, according to the invention, respective heterodyne variants of the radar front-end can be provided with improved properties with regard to the contribution of the amplitude noise, and thus a higher target dynamic range, as in FIGS 4 and 5 explained.

Insbesondere wird in der 4 eine erste Ausführungsform einer Heterodynarchitektur mit getrennten Synthesizern für Sende- und Lokaloszillatorsignal gezeigt, wobei getrennte Synthesizer für Sendesignal und Lokaloszillatorsignal bereitgestellt werden. Insbesondere wird analog zur Ausführungsform der 1 der Synthesizer 9 bereitgestellt zur Erzeugung des Sendesignals (SS in der 4) und ein weiterer Synthesizer 41 zur Erzeugung des Lokaloszillatorsignals (SLO in der 4). In der 4 werden dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Elemente der 1 verwendet und ihre Erläuterung wird weggelassen.In particular, in the 4 a first embodiment of a heterodyne architecture with separate synthesizers for transmit and local oscillator signals, wherein separate synthesizers for transmit signal and local oscillator signal are provided. In particular, analogous to the embodiment of the 1 the synthesizer 9 provided for generating the transmission signal (SS in the 4 ) and another synthesizer 41 for generating the local oscillator signal (SLO in the 4 ). In the 4 the same reference numerals are used to designate the same elements of the 1 used and their explanation is omitted.

Das Sendesignal und das Lokaloszillatorsignal können mit gleicher Frequenzmodulation jedoch unterschiedlicher Absolutfrequenz erzeugt werden. Die Empfangsmischer 5 sind jeweils ausgebildet, um die empfangenen Signale mit dem Lokaloszillatorsignal zu mischen und um ein Zielsignal zu erhalten, das sich dann nicht ins Basisband sondern als Bandpasssignal auf eine Zwischenfrequenz abbildet, die der Differenz der für das Sendesignal und das Lokaloszillatorsignal eingestellten Absolutfrequenzen entspricht. Der durch die Synthesizer-Architekturen frei einstellbare Frequenzunterschied (fdiff) zwischen dem Sendesignal und dem Lokaloszillatorsignal wird nun so hoch gewählt, dass er weit über dem Frequenzbereich des durch Amplitdenrauschen gestörten Basisbands liegt. Das an den Ausgängen der Empfangsmischer 5 erhaltene Bandpasssignal wird in einer Zwischenfrequenzstufe 45 gefiltert und verstärkt und dann erst mit einer weiteren Mischstufe 46 zur weiteren Abtastung ins Basisband umgesetzt. Die Frequenz des Lokaloszillators der weiteren Mischstufe 46 entspricht der Mittenfrequenz des Bandpasssignals fdiff. Durch die vorangegangene Verstärkung des Bandpasssignals, sind die Rauschbeiträge der weiteren Mischstufe 46 vernachlässigbar gegenüber dem Signalpegel und damit eliminiert. Zum Erhalt der Kohärenz muss auch das Lokaloszillatorsignal der weiteren Mischstufe 46 mit dem als Referenz verwendeten Quartzoszillator 11 synchronisiert sein. Dies könnte z. B. durch einen weiteren Synthesizer (nicht gezeigt) erfolgen. Wird die Differenzfrequenz fdiff jedoch auf einen ganzzahligen Teil der Frequenz des Quartzoszillators 11 eingestellt, so kann das Lokaloszillatorsignal einfach mit einem Teilerbaustein 44 realisiert werden. Diese Realisierung zeichnet sich nicht nur durch geringen Aufwand, sondern auch durch minimale Rauschbeiträge aus.The transmit signal and the local oscillator signal can be generated with the same frequency modulation but different absolute frequency. The reception mixer 5 are respectively adapted to mix the received signals with the local oscillator signal and to obtain a target signal which then does not map to the baseband but as a bandpass signal to an intermediate frequency corresponding to the difference of the absolute frequencies set for the transmit signal and the local oscillator signal. The freely adjustable by the synthesizer architectures frequency difference (fdiff) between the transmission signal and the local oscillator signal is now chosen so high that it is well above the frequency range of the amplitude noise disturbed baseband. That at the outputs of the receiving mixer 5 obtained bandpass signal is in an intermediate frequency stage 45 filtered and amplified and then only with another mixer 46 converted to baseband for further sampling. The frequency of the local oscillator of the further mixing stage 46 corresponds to the center frequency of the bandpass signal fdiff . Due to the previous amplification of the bandpass signal, the noise contributions of the further mixer stage 46 negligible compared to the signal level and thus eliminated. To preserve the coherence, the local oscillator signal of the further mixer stage must also be present 46 with the quartz oscillator used as a reference 11 be synchronized. This could be z. B. by another synthesizer (not shown). However, the difference frequency fdiff becomes an integer part of the frequency of the quartz oscillator 11 set, so the local oscillator signal can easily with a divider block 44 will be realized. This realization is characterized not only by low effort, but also by minimal noise contributions.

In der 5 wird eine zweite Ausführungsform einer Heterodynarchitektur mit einem einzigen Synthesizer gezeigt. In der 5 werden auch dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Elemente der 1 verwendet und ihre Erläuterung wird weggelassen.In the 5 A second embodiment of a heterodyne architecture with a single synthesizer is shown. In the 5 are also the same reference numerals to designate the same elements of 1 used and their explanation is omitted.

Im Mikro- und Millimeterwellenbereich werden Signale häufig bei tieferen Frequenzen erzeugt und durch ganzzahlige Frequenzvervielfachung in den gewünschten Frequenzbereich umgesetzt. 5 zeigt, wie in solchen Fällen eine Heterodynarchitektur mit nur einem Synthesizer und damit geringerem Hardwareaufwand als in der Ausführungsform der 4 aufgebaut werden kann. Die frequenzmodulierte kohärente Signalquelle umfassend den Mikrowellenoszillator 8, den Synthesizer 9 und den Quartzoszillator 11 könnte wiederum mittels einer Anordnung gemäß der 2A oder 2B realisiert werden. Der Frequenzbereich des spannungsgesteuerten Oszillators 8 (VCO) wird zu einem ganzteiligen Teil des gewünschten Nutzfrequenzbereichs des Radar Front-Ends gewählt. Das Sendesignal und die Lokaloszillatorsignale für die Empfangsmischer 5 werden durch Frequenzvervielfachung des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 8 mit zwei getrennten Vervielfacherbausteinen 50 und 51 erzeugt. Die Vervielfachungsfaktoren dieser Bausteine unterscheiden sich um den Wert 1, wobei vorzugsweise der größere Wert zur Erzeugung des Sendesignals verwendet wird. Am Ausgang der Empfangsmischer 5 wird so ein Bandpasssignal erhalten, dessen Mittenfrequenz der des spannungsgesteuerten Oszillators 8 entspricht. Dieses kann nach Filterung und Verstärkung in jeweiligen Empfangsverstärkern 52 mit dem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 8 in einer jeweiligen weiteren Mischstufe 53 ins Basisband umgesetzt werden. Da sich die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 8 entsprechend der Frequenzmodulation über die Zeit ändert, ist bei diesem Aufbau im Unterschied zur Ausführungsform der 4 die Mittenfrequenz des Bandpassignals nicht konstant und wesentlich höher. Die Empfangsverstärker 52 und die weiteren Mischstufen 53 müssen somit bei höheren Frequenzen und relativ breitbandig realisiert werden.In the micro and millimeter wave range signals are often generated at lower frequencies and converted by integer frequency multiplication in the desired frequency range. 5 shows how in such cases a heterodyne architecture with only one synthesizer and thus less hardware than in the embodiment of the 4 can be built. The frequency modulated coherent signal source comprises the microwave oscillator 8th , the synthesizer 9 and the quartz oscillator 11 could in turn by means of an arrangement according to the 2A or 2 B will be realized. The frequency range of the voltage controlled oscillator 8th (VCO) is chosen to be an integral part of the desired frequency range of the radar front-end. The transmit signal and the local oscillator signals for the receive mixers 5 be by frequency multiplication of the output signal of the voltage controlled oscillator 8th with two separate multiplier modules 50 and 51 generated. The multiplication factors of these blocks differ by value 1 , wherein preferably the larger value is used to generate the transmission signal. At the exit of the reception mixer 5 becomes such a bandpass signal he whose center frequency is that of the voltage-controlled oscillator 8th equivalent. This may be after filtering and amplification in respective receive amplifiers 52 with the output of the voltage controlled oscillator 8th in a respective further mixing stage 53 be converted into baseband. Since the output frequency of the voltage controlled oscillator 8th according to the frequency modulation changes over time, in this construction, unlike the embodiment of 4 the center frequency of the bandpass signal is not constant and much higher. The receiver amplifiers 52 and the other mixing stages 53 must therefore be realized at higher frequencies and relatively broadband.

Unter Bezugnahme auf die 6 wird nunmehr eine Erweiterung des erfindungsgemäßen Radar Front-Ends der 4 auf komplexe Empfangskanäle erläutert.With reference to the 6 Now is an extension of the radar front-end of the invention 4 explained on complex reception channels.

Relativgeschwindigkeiten und Entfernungen bewegter Ziele werden bei einfachem FM-CW Radar üblicherweise durch Umkehren der Modulationssteigung d. h. durch dreieckförmige Frequenzmodulation aufgelöst. Es sind also (mindestens) zwei Frequenzrampen mit gegenläufiger Steilheit zur Trennung der Geschwindigkeits- und der Zielinformation eines Entfernungsscans nötig. In ähnlicher Weise gilt diese Aussage auch für Querauflösung und Zielgeschwindigkeit bezüglich der Schaltreihenfolge der Kombinationen aus Sende- und Empfangselementen. Werden anstelle von reellen Empfängern, komplexe Empfänger realisiert, so können die aus zwei nacheinander durchgeführten gegenläufigen Frequenzrampen oder Elementscans erhaltenen Informationen gleichzeitig mit jeweils einer Rampe bzw. mit einem Elementscan gewonnen werden. Die Zeit zur Aufnahme eines Radarbildes bei bewegten Szenarien kann damit auf die Hälfte reduziert werden.relative speeds and distances of moving targets become common with simple FM-CW radar by reversing the modulation slope d. H. resolved by triangular frequency modulation. There are So (at least) two frequency ramps with opposite slope for separation the speed and destination information of a range scan necessary. In similar Way, this statement also applies to transverse resolution and target speed with respect to the switching order of the combinations of transmitting and receiving elements. Be used instead of real recipients, complex receiver realized, so can the two consecutive opposite frequency ramps or element scans received information simultaneously with each a ramp or be obtained with an element scan. The time to record a radar image in moving scenarios can thus in half be reduced.

In 6 wird gezeigt, wie die reelle Empfängeranordnung 40 in 4 auf eine einfache und vorteilhafte Weise zu einer komplexen Empfängeranordnung ergänzt werden kann. Nach der Zwischenfrequenzstufe 45 wird das Signal aufgeteilt und auf einen komplexen Mischer 47 gegeben, welcher das Zwischenfrequenzsignal in ein Inphase- und ein Quadratursignal im Basisband konvertiert. Da das Lokaloszillatorsignal der weiteren Mischstufe 46 in der Ausführungsform der 4 festfrequent und niederfrequent ist, lässt sich ein guter I/Q-Mischer einfach und kostengünstig realisieren. In der Sensorgrundstruktur gemäss 1 müsste ein I/Q-Mischer im Nutzband des Radar Front-Ends, d. h. bei hoher und zudem nicht konstanter Lokaloszillatorfrequenz realisiert werden.In 6 is shown as the real receiver arrangement 40 in 4 can be supplemented in a simple and advantageous manner to a complex receiver arrangement. After the intermediate frequency stage 45 the signal is split and put on a complex mixer 47 given, which converts the intermediate frequency signal into an in-phase and a quadrature signal in the baseband. Since the local oscillator signal of the other mixer 46 in the embodiment of the 4 frequency and low frequency, a good I / Q mixer can be realized easily and inexpensively. In the sensor basic structure according to 1 An I / Q mixer would have to be realized in the useful band of the radar front-end, ie at a high and also not constant local oscillator frequency.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, dass die geschilderten Ausführungsformen der vorliegende Erfindung die geschilderten Aufgaben erfüllen und eine Reihe von Vorteilen erzielt. Zu diesen Vorteilen zählen in einer nicht abschließenden Aufzählung: das Potential zur Abdeckung mehrerer Funktionen von nach vorne gerichteten automobilen Umgebungssensoren; die Querauflösung auf elektronische Art mit (im Vergleich zu phased arrays) moderatem Aufwand an Hochfrequenzkomponenten; die einfache und kostengünstige Antennentechnik (im Vergleich zum Differenzkeulenverfahren); bandbreitenunabhängige Winkelauflösung bei moderatem Hardwareaufwand; die maximale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden horizontalen Apertur zur Querauflösung; die hohe Flexibilität, nämlich Anpassungsmöglichkeit der Abtastrate und Abtastreihenfolge der Sendeelemente an die Abbildungsanforderungen; die Maximale Bandbreiteneffizienz durch FM-CW Verfahren; der optimale Zieldynamikbereich durch kohärente Integration in Entfernungs- und Winkelrichtung; die Verbesserung des Zieldynamikbereichs durch Elimination von empfangsseitigen Amplitudenstörungen mit einer heterodynen Empfangsstruktur; die einfache Anbindung eines abgesetzten Empfangselements zur Erweiterung des Winkelbereichs auf ±90° und zur optionalen Anwendung kohärenter Triangulationsverfahren für sehr kurze Entfernungen, nämlich Einparkhilfe bei Entfernungen, die weniger als 1 m betragen; sowie die geringe Degradierung der Abbildungsqualität durch Toleranzen und Änderungen der Einbauumgebung oder durch Verschmutzung der Antennenfläche.Out From the above description it will be seen that the described Embodiments of present invention meet the described objects and achieved a number of advantages. These benefits include in an incomplete list: the Potential to cover multiple functions of forward facing automotive environmental sensors; the lateral resolution in an electronic way with moderate (compared to phased arrays) overhead of high frequency components; the simple and inexpensive Antenna technology (in comparison to the difference-lobe method); bandwidth-independent angular resolution moderate hardware costs; the maximum utilization of the available horizontal aperture for transverse resolution; the high flexibility, namely adaptability the sample rate and sample order of the transmit elements to the imaging requirements; the Maximum bandwidth efficiency through FM-CW method; the optimal one Target dynamic range through coherent Integration in distance and angular direction; the improvement of the target dynamic range by eliminating receiver amplitude errors a heterodyne receiving structure; the simple connection of a remote receiver element for extending the angle range to ± 90 ° and to optional application more coherent Triangulation method for very short distances, namely Parking assistance at distances less than 1 m; such as the slight degradation of image quality due to tolerances and changes the installation environment or by soiling the antenna surface.

Wenn Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.If Features in the claims are provided with reference numerals, these reference numerals are only for better understanding the claims available. Accordingly, such reference numerals are not limited the scope of such elements, the only by way of example such reference numerals are indicated.

Claims (15)

Radar Front-End, das folgendes umfasst: eine Signalquelle (15, 15A, 15B), eine Vielzahl von Sendeelementen (1), die über eine Schaltmatrix (3) mit der Signalquelle (15, 15A, 15B) operativ verbunden ist, die ausgebildet ist, die Sendeelemente (1) mit einem Sendesignal sequentiell zu versorgen; mindestens zwei Empfangselemente (2), wobei die Sendeelemente (1) räumlich zwischen den Empfangselementen (2) angeordnet sind, und eine Vorrichtung (20) zur digitalen Steuerung und Verarbeitung der Empfangssignale der Empfangselemente (2), wobei die Empfangssignale parallel zur Vorrichtung (20) zugeführt werden.Radar front-end comprising: a signal source ( 15 . 15A . 15B ), a plurality of transmission elements ( 1 ), which via a switching matrix ( 3 ) with the signal source ( 15 . 15A . 15B ) operably connected to the transmitting elements ( 1 ) to be sequentially supplied with a transmission signal; at least two receiving elements ( 2 ), wherein the transmitting elements ( 1 ) spatially between the receiving elements ( 2 ), and a device ( 20 ) for the digital control and processing of the received signals of the receiving elements ( 2 ), wherein the received signals parallel to the device ( 20 ). Radar Front-End nach Anspruch 1, wobei die Sendeelemente (1) gleichartig und in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind.Radar front-end according to claim 1, wherein the Transmitting elements ( 1 ) are arranged similar and equidistant from each other. Radar Front-End nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Empfangselemente 2 in gleichem Abstand zum jeweils angrenzenden Sendeelement (1) angeordnet sind.Radar front end according to claim 1 or 2, wherein the receiving elements 2 at the same distance from the respective adjacent transmitting element ( 1 ) are arranged. Radar Front-End nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand der Sende- und Empfangselemente (1, 2) auf maximal die halbe Freiraumwellenlänge der Operationsfrequenz des Radar Front-Ends beschränkt ist.Radar front end according to one or more of the preceding claims, wherein the distance of the transmitting and receiving elements ( 1 . 2 ) is limited to a maximum of half the free space wavelength of the operating frequency of the radar front-end. Radar Front-End nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sende- und Empfangselemente (1, 2) das gleiche Strahlungsdiagramm mit möglichst breitem Öffnungswinkel in der Horizontalen haben, so dass der gesamte horizontale Sichtbereich von jedem Einzelelement (1, 2) abgedeckt wird.Radar front-end according to one or more of the preceding claims, wherein the transmitting and receiving elements ( 1 . 2 ) have the same radiation pattern with the widest possible opening angle in the horizontal, so that the entire horizontal field of view of each individual element ( 1 . 2 ) is covered. Radar Front-End nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin jeweilige, mit den Empfangselementen (2) operativ verbundene Empfangsmischer (5) umfasst, die ausgebildet sind, die parallel empfangenen Empfangssignale mit einem Teil des Sendesignals homodyn in das Basisband umzusetzen, und das weiterhin mit einem jeweiligen Empfangsmischer (5) verbundenen Basisbandstufen (6) umfasst, die über jeweilige Analog-Digital-Wandler (7) das in das Basisband homodyn umgesetzte Signal der Vorrichtung (20) zur digitalen Steuerung und Verarbeitung zuführen.Radar front-end according to one or more of the preceding claims, further comprising respective ones with the receiving elements ( 2 ) operatively connected receiving mixers ( 5 ), which are configured to homodyne the received received signals in parallel with a part of the transmission signal into the baseband, and further to a respective receiving mixer ( 5 ) related baseband stages ( 6 ) via respective analog-to-digital converters ( 7 ) the homodyne homodyne signal of the device ( 20 ) for digital control and processing. Radar Front-End nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalquelle (15) kohärent ist, und wobei die Signalquelle (15) einen spannungsgesteuerten Mikrowellenoszillator (8) umfasst, der über einen Synthesizer (9) an einen niederfrequenten Quartzoszillator (11) gekoppelt ist.Radar front-end according to one or more of the preceding claims, wherein the signal source ( 15 ) is coherent, and where the signal source ( 15 ) a voltage controlled microwave oscillator ( 8th ) via a synthesizer ( 9 ) to a low-frequency quartz oscillator ( 11 ) is coupled. Radar Front-End nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, wobei die Signalquelle (15A) kohärent ist, und wobei die Signalquelle (15A) einen direkten digitalen Synthesizer (17), einen festfrequenten Quartzoszillator (11), und eine Phasenregelschleife (16) mit Frequenzteiler, Referenzteiler und Phasenfrequenzdetektor umfasst, die ausgebildet sind, ein frequenzmoduliertes niederfrequentes Signal hoher Modulationslinearität und Kohärenz zu erzeugen.Radar front-end according to one or more of claims 1-7, wherein the signal source ( 15A ) is coherent, and where the signal source ( 15A ) a direct digital synthesizer ( 17 ), a fixed-frequency quartz oscillator ( 11 ), and a phase locked loop ( 16 comprising frequency divider, reference divider and phase frequency detector configured to generate a frequency modulated low frequency signal of high modulation linearity and coherence. Radar Front-End nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, wobei die Signalquelle (15B) kohärent ist, und wobei die Signalquelle (15B) eine fractional-n Phasenregelschleife (18) umfasst, die auf nicht ganzzahlige Werte eingestellt werden kann.Radar front-end according to one or more of claims 1-7, wherein the signal source ( 15B ) is coherent, and where the signal source ( 15B ) a fractional-n phase locked loop ( 18 ), which can be set to non-integer values. Radar Front-End nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin eine mit einem gewissen Abstand (D) zu den Sende- und Empfangselementen (1, 2) angebrachte abgesetzte Empfängerbaugruppe (30), wobei der Abstand (D) derart gewählt wird, um eine Messung mittels Triangulation zu gestatten.A radar front-end according to one or more of the preceding claims, further comprising one with a certain distance (D) to the transmitting and receiving elements ( 1 . 2 attached remote receiver assembly ( 30 ), wherein the distance (D) is chosen so as to allow a measurement by triangulation. Radar Front-End gemäß Anspruch 10, wobei die Empfängerbaugruppe (30) folgendes umfasst: ein abgesetztes Empfangselement (31), einen Empfangsmischer (33), eine Basisbandstufe (34) und einen über eine Phasenregelschleife (35) gesteuerten Mikrowellenoszillator (36), wobei die Ausgabe der Basisbandstufe (34) mit der Vorrichtung (20) zur digitalen Steuerung und Verarbeitung operative verbunden ist, und wobei die Phasenregelschleife (35) über vorzugsweise niederfrequente Signalleitungen (39) mit der Signalquelle (15A) gekoppelt ist.Radar front-end according to claim 10, wherein the receiver assembly ( 30 ) comprises: a remote receiving element ( 31 ), a reception mixer ( 33 ), a baseband level ( 34 ) and one via a phase locked loop ( 35 ) controlled microwave oscillator ( 36 ), where the output of the baseband stage ( 34 ) with the device ( 20 ) is operatively connected to the digital control and processing, and wherein the phase locked loop ( 35 ) via preferably low-frequency signal lines ( 39 ) with the signal source ( 15A ) is coupled. Radar Front-End nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, wobei die Signalquelle (15) einen ersten Synthesizer (9) für die Erzeugung des Sendesignals umfasst, und einen zweiten Synthesizer (41) zur Erzeugung eines Lokaloszillatorsignals, wobei der erste bzw. zweite Synthesizer (9, 41) derart ausgebildet ist, um das Sendesignal und das Lokaloszillatorsignal mit gleicher Frequenzmodulation jedoch unterschiedlicher Absolutfrequenz zu erzeugen, um somit das Radar Front-End heterodyn zu betreiben.Radar front end according to one or more of claims 1-5, wherein the signal source ( 15 ) a first synthesizer ( 9 ) for the generation of the transmission signal, and a second synthesizer ( 41 ) for generating a local oscillator signal, wherein the first and second synthesizers ( 9 . 41 ) is designed to generate the transmission signal and the local oscillator signal with the same frequency modulation but different absolute frequency, thus heterodyne to operate the radar front end. Radar Front-End nach Anspruch 12, das weiterhin jeweilige Zwischenfrequenzstufen (45) umfasst, die mit den entsprechenden Ausgängen der Empfangsmischer (5) verbunden sind, und den Zwischenfrequenzstufen (45) nachgeschaltete entsprechende weitere Mischstufen (46) umfasst.Radar front-end according to claim 12, further comprising respective intermediate frequency stages ( 45 ) associated with the respective outputs of the receiving mixers ( 5 ) and the intermediate frequency stages ( 45 ) downstream corresponding further mixing stages ( 46 ). Radar Front-End nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, wobei die Signalquelle (15) einen spannungsgesteuerten Mikrowellenoszillator (8) umfasst, der über einen einzigen Synthesizer (9) an einen Quartzoszillator (11) gekoppelt ist, und wobei das Radar Front-End weiterhin zwei getrennte Vervielfacherbausteine (50, 51) umfasst, die in der Lage sind, das Sendesignal sowie ein Lokaloszillatorsignal für die Empfangsmischer (5) durch die Frequenzvervielfachung des Ausgangssignals des Oszillators (8) zu erzeugen, um somit das Radar Front-End heterodyn zu betreiben.Radar front end according to one or more of claims 1-5, wherein the signal source ( 15 ) a voltage controlled microwave oscillator ( 8th ) via a single synthesizer ( 9 ) to a quartz oscillator ( 11 ), and wherein the radar front-end further comprises two separate multiplier devices ( 50 . 51 ) capable of transmitting the transmit signal and a local oscillator signal to the receive mixers ( 5 ) by the frequency multiplication of the output signal of the oscillator ( 8th ) to thus heterodyne the radar front-end. Radar Front-End nach Anspruch 12, wobei die weitere Mischstufe (46) als komplexe Mischstufe (47) ausgebildet ist, die ein Zwischenfrequenzsignal in ein Inphase- und ein Quadratursignal im Basisband konvertiert.Radar front-end according to claim 12, wherein the further mixing stage ( 46 ) as a complex mixing stage ( 47 ) is formed, which converts an intermediate frequency signal into an in-phase and a quadrature signal in the baseband.
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