CN102445687A - 具有相位调整振荡器的雷达传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雷达传感器，所述雷达传感器具有通过锁相环控制的振荡器(10)和包括在锁相环中的滤波器电路(30)，其特征在于监控电路(36)，所述监控电路(36)具有电流源(40)和分析处理电路(42，44)，测试频率信号(TF)可通过所述电流源(40)连接到所述滤波器电路(30)上，并且所述分析处理电路(42，44)用于分析处理所述滤波器电路对所述测试频率信号的反应。

Description

具有相位调整振荡器的雷达传感器
技术领域
本发明涉及一种雷达传感器，其具有通过锁相环控制的振荡器和包括在所述锁相环中的滤波器电路。
本发明尤其涉及一种用于机动车的雷达传感器，所述雷达传感器例如在ACC(Automatic Cruise Control：自动巡航控制)系统或预防碰撞系统中用于测量在前行驶的车辆的距离和相对速度，从而实现自动距离调整或提前碰撞识别。
背景技术
振荡器产生雷达信号，在FMCW(Frequency Modulated ContinuousWave：频率调制连续波)雷达情形中以交替地上升和下降的斜坡在其频率方面进行调制并且随后通过天线装置进行发射。在经定位的物体上反射的雷达回波由天线装置接收并且在混频器中与振荡器的信号混频成中频信号，所述中频信号的频率包含关于物体的距离和相对速度的信息。此外在具有多个与光轴错开地设置的天线元件的、角度分辨的雷达传感器中，通过比较由不同的天线元件接收的雷达回波的相位和振幅还可以获得关于物体的方位角的信息。
锁相环用于通过以参考振荡器的频率锁定振荡器频率来稳定振荡器的频率位置和相位位置。锁相环中的滤波器电路的传递函数确定振荡器对相对于参考振荡器的相位差的反应。
在雷达传感器安装到机动车中之前，测试雷达传感器的电子组件，包括滤波器电路。雷达传感器安装在机动车中期间，迄今不能进行滤波器电路的测试。滤波器电路中例如由于短路或断路而导致的故障会损害振荡器的频率稳定性和相位稳定性并且因此损害雷达传感器的功能和可靠性。特别地，由此会使信噪比恶化，从而(安全)相关的物体可能容易地通过噪声频谱覆盖。
发明内容
本发明的任务在于，改进雷达传感器的可靠性。
根据本发明，所述任务通过具有电流源和分析处理电路的监控电路解决，通过所述电流源可将测试频率信号连接到滤波器电路上，所述分析处理电路用于分析处理滤波器电路对所述测试频率信号的反应。
所述监控电路能够实现在雷达传感器安装在机动车中期间随时地测试滤波器电路，从而可以识别和消除可能的故障。
使用由为此目而专门设置的电流源产生的测试频率信号具有如下优点：可以在与参考频率无关的频率下实施测试。这允许高度可靠地识别滤波器电路中的故障。可以在闭合的锁相环中实施测试测量。
监控电路可以通过简单的方式以在传统雷达传感器中已使用的并且为了构造监控电路仅需进行复制的电子组件实现。
在从属权利要求中说明本发明的有利构型和扩展方案。
在一个有利的构型方案中，可以改变测试频率。由此，可以实现滤波器组件的频率特性的测量。
分析处理电路可以通过具有在后连接的傅里叶变换级的模/数转换器形成，在所述傅里叶变换级中通过快速傅里叶变换(FFT)来记录施加测试频率信号的滤波器电路的频谱。通过所述频谱的分析，例如通过测试频率或其谐波下的额定/实际比较(Soll/Ist-Vergleich)，可以可靠地识别滤波器电路中的故障。
附图说明
以下根据附图更详细地说明一个实施例。
附图示出：
图1：根据本发明的雷达传感器的重要组件的电路图；以及
图2：用于解说监控电路的工作方式的模拟计算的结果。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的雷达传感器的对于本发明而言重要的电路组件。压控振荡器(VCO)10产生雷达信号，所述雷达信号通过混频器12耦合输入到雷达传感器的天线14中。由天线接收的雷达回波在混频器12中与振荡器10的信号混频，从而获得中频信号ZF，所述中频信号ZF在模/数转换器16中数字化并且在傅里叶变换级(FFT)18中分解到频谱中，随后可以通过已知的方式由所述频谱确定经定位的物体的距离和相对速度。
在锁相环中调整振荡器10的频率。参考振荡器20、例如石英振荡器产生稳定的参考频率，所述参考频率在分频器22中以确定的分频因子R进行分频并且随后输送给相位比较器24的一个输入端。振荡器10的输出信号在另一个分频器26中以分频因子N进行分频并且输送给相位比较器24的另一个输入端。比较结果用于控制产生用于振荡器10的控制电压的电流源28(充电泵)。此外，调制信号M可以输送给振荡器10的输入端，以便调制输入电压并且因此调制振荡器的频率。
在电流源28的输出端与振荡器10的输入端之间设置有滤波器电路30并且可任选地设置有放大器32以及纹波滤波器34。滤波器电路在所示示例中由电容器C1和C2以及电阻R构成。
根据由相位比较器24确定的相位差，输送给振荡器10的电压因此提高或降低其频率，从而使振荡器10的除以N的输出频率与参考振荡器16的除以R的频率长期保持一致。
至此所描述的电路对应于传统雷达传感器的结构。
根据本发明，附加地设有监控电路36，所述监控电路在雷达传感器安装在机动车中期间在任何时间均允许测试滤波器电路30并且确定可能在滤波器电路中的运行过程中出现的故障。
监控电路36包括分频器38和附加的电流源40，所述分频器38以因子F对参考振荡器16的参考频率进行分频，所述电流源40以如同锁相环中的电流源28那样的原理构造，并且分频器38的输出信号和所述分频器38的经取反的输出信号输送给所述电流源40的两个输入端。在电流源40的输出端上获得(由矩形脉冲组成的)测试频率信号TF，所述测试频率信号的频率(测试频率)可通过分频器38的分频因子F来调节。所述测试频率信号TF输送给滤波器电路30并且与由锁相环中的电流源28产生的信号叠加。
在模/数转换器42中以足够的时间分辨率对滤波器电路30上的电压降进行数字化。在傅里叶变换级44中由数字的时间信号产生频谱，在所述频谱中可以高度可靠地识别滤波器电路30的可能的功能失常。
滤波器电路30中的故障对锁相环中的参考抑制、即包含在傅里叶变换级44中的频谱在参考频率范围内的形状也有一定的影响。然而，所述参考抑制取决于众多其他因素，例如取决于元件偏差。由于这些因素，在很大程度上掩盖了滤波器电路30中的故障在频谱中造成的效应，从而不能或者至少非常不可靠根据参考抑制可靠地分析滤波器电路。相反，根据本发明的监控电路36能够实现借助与参考频率无关的测试频率的测试，所述测试频率可以如此选择，使得能够实现滤波器电路的可靠分析。此外，本发明提供了以下可能性：改变测试频率并且测量滤波器电路30的频率特性。为此目的，监控电路36在所示示例中从上级(未示出)的控制装置获得两个命令信号S1和S2。借助命令信号S1接通和断开电流源40并且因此开始和结束滤波器电路的测试。在测试阶段期间，锁相环保持闭合。借助命令信号S2将分频器36转换到另一分频比上并且因此改变测试频率。
取代获取滤波器电路30上的电压，模/数转换器42还可以任选地获取放大器32的输出端上和/或纹波滤波器34的输出端上的电压，从而可以一同监控这些组件。相应的电压获取在图1中以虚线示出。
模/数转换器42和傅里叶变换级44在这里表示为监控电路36的一部分，但也可以任选地实现在外部部件中、总归存在的微控制器中或者ASIC上。
优选在雷达传感器虽然运行但不进行定位信号分析处理的运行阶段期间实施滤波器电路30的测试。傅里叶变换级44的功能在必要时也可以由通常用于分析定位信号的傅里叶变换级18来承担。相应地，还可以借助多路复用器来如此操作模/数转换器16，使得模/数转换器16还执行模/数转换器42的功能。
图2示出如由傅里叶变换级44记录的频谱。在横坐标上绘出以MHz计的频率，而在纵坐标上绘出信号强度A(以dB计)，所述信号强度对应于滤波器电路30上的电压降或者放大器32或纹波滤波器34的输出端上的电压降。图2中的图形基于针对1MHz的参考频率和100kHz的测试频率的模拟计算。黑点46说明对于每个频率在滤波器30的功能正常时所预计的额定值(Sollwert)。在1MHz的参考频率处识别到显著的峰值，并且在100kHz的测试频率的高次谐波处分别识别出显著增大的信号强度。
图2中垂直的线条48说明关于在图1中的滤波器电路30中电容C1短路的情形的频谱。例如，在300kHz的频率处，即测试频率的第三谐波处，获得约15dB的额定/实际距离K。根据这个显著的额定/实际距离可以可靠地识别出滤波器电路30中的电容器C1的短路。对于滤波器电路30中的其他故障类型，获得频谱中的相似显著的偏差。
如果通过频谱分析识别出滤波器电路30或放大器32或纹波滤波器34没有正常工作，则产生故障信号，禁用雷达传感器和所属的驾驶员辅助系统(例如ACC系统)，并且驾驶员收到寻找车间以能够消除故障的要求。

Claims (4)

1.雷达传感器，所述雷达传感器具有通过锁相环控制的振荡器(10)和包括在所述锁相环中的滤波器电路(30)，其特征在于，所述雷达传感器具有监控电路(36)，所述监控电路(36)具有电流源(40)和分析处理电路(42，44)，测试频率信号(TF)可通过所述电流源(40)连接到所述滤波器电路(30)上，并且所述分析处理电路(42，44)用于分析处理所述滤波器电路对所述测试频率信号的反应。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，所述测试频率信号(TF)的频率是可变的。
3.根据权利要求1或2所述的雷达传感器，其特征在于，所述锁相环包括另外的滤波器组件或放大器组件(32，34)，所述另外的滤波器组件或放大器组件(32，34)的输出端可选择式地连接到所述分析处理电路(42，44)上。
4.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器，其特征在于，所述分析处理电路包括模/数转换器(42)和连接在所述模/数转换器(42)后面的傅里叶变换级(44)。
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