CN104106219A - 雷达传感器 - Google Patents

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Abstract

一种雷达传感器，其具有用于产生发射信号的振荡器(18)和用于通过将所述发射信号(LO)的一部分与接收信号进行混频来产生中频信号(IF)的混频器(22)，并且具有用于产生振荡补偿信号的偏移补偿单元(35)，除所述发射信号(LO)的所述部分以外还将所述补偿信号输送至所述混频器(22)；以及一种用于运行雷达传感器的方法。

Description

雷达传感器
技术领域
本发明涉及一种雷达传感器、尤其是用于机动车的雷达传感器，其具有用于产生发射信号的振荡器和用于通过将发射信号的一部分与接收信号进行混频来产生中频信号的混频器。
背景技术
在机动车中，雷达信号例如用于检测车辆的周围环境并且用于定位在前方行驶的车辆。例如已知包括雷达传感器的驾驶员辅助系统，例如间距调节器和/或行驶速度调节器，例如ACC系统(Adaptive Cruise Control：自适应巡航控制)，所述驾驶员辅助系统具有舒适性功能。
雷达传感器的发射天线和接收天线通常设置在盖板——也称作雷达天线罩(Radom)——的后方和/或雷达透镜的后方。发射信号通过发射天线辐射，而接收信号由接收天线接收。在此，可以使用分离的发射天线和接收天线或者共同的发射/接收天线。通过与发射信号的一部分的混频，使接收信号向下混频成中频信号或者基带信号。雷达传感器的或者雷达传感器的每一个通道的中频信号通常在分析处理电路中通过放大器放大并且输送至模拟/数字转换器。
在FMCW雷达(Frequency Modulated Continuous Wave：调频连续波)中，例如根据一个或多个调制斜坡来对发射信号进行频率调制。然后，能够以本领域技术人员已知的方式从基于接收信号的中频信号中获得关于反射所发射的信号的雷达物体的距离和相对速度的信息。在此，雷达物体的距离通过雷达信号的传播时间进入接收信号并且造成接收信号与同时根据继续前进的调制斜坡变化过程辐射的发射信号之间的频率差。雷达物体的相对速度造成所反射的雷达信号的相应的多普勒偏移。
与雷达传感器近距离的雷达物体可以引起其频率与发射信号仅仅略微偏差的接收信号。因此值得期望的是，在低频范围中也分析处理中频信号。
然而，通过发射信号直接在雷达传感器处或者其盖板处的反射可能发生：接收信号具有与发射频率相同的频率分量。这在混频器的输出端导致中频信号的直流电压分量(DC偏移)。雷达传感器的在发射支路和接收支路之间的和/或雷达传感器的多个通道之间的电路内的串扰也可能导致，由于具有相同频率的信号分量的混频而产生中频信号的直流电压分量。不期望中频信号的这种直流电压分量，因为所述直流电压分量可以覆盖中频信号的低频的信号分量并且因此例如不能可靠地探测到接近的雷达物体。
DE 10 2010 002 800A1描述了一种雷达传感器，其中，在用于产生发射信号的本地振荡器和混频器之间连接可调节的移相单元，以便将相对于发射信号移相的信号输送至混频器。用于中频信号的分析处理装置包括加法器，在将和输送至具有可调节的增益因子的中频放大器之前，加法器将偏移补偿直流电压与中频信号相加。中频放大器的输出构成模拟数字转换器的输入信号。用于相位偏移、增益因子和偏移校正电压的适合的值通过测量无偏移校正电压的情况下中频信号的直流电压分量来求取，其方式是，在振荡器频率固定的情况下经历所述相位偏移的参数范围并且求取具有直流电压分量的尽可能小的变化的曲线区域。通过调节相位偏移——所述相位偏移使所求取的曲线区域移动至设置用于运行的频率区间中——的方式，如此改变直流电压分量的频率相关性，使得直流电压分量在所使用的频率区间内的变化尽可能小。根据所测量的曲线变化过程，也可以确定用于偏移补偿电压的参数。
发明内容
根据现有技术，可以通过补偿直流电压与中频信号的相加实现中频信号的直流电压分量的补偿。在此不利是，由于所不期望的直流电压分量的出现而使混频器负荷，从而可能出现混频器的退化(Degradation)。在补偿直流电压馈入混频器的情形中也可能发生混频器的退化。可能由于混频器的通过直流电压分量引起的退化而损害功率并且因此损害雷达传感器的可靠性。
本发明的任务是，实现一种新式的雷达传感器，其能够实现混频器的尽可能高的可靠性以及中频信号的好的可分析处理性。
根据本发明，所述任务在一开始所提到的类型的雷达传感器中通过用于产生振荡补偿信号的偏移补偿单元解决，除发射信号的所提到的部分以外将所述振荡补偿信号输送至混频器。这使得可能的是，减小由混频器产生的中频信号的直流电压分量。
通过在发射运行中输送振荡补偿信号——所述振荡补偿信号例如以接收信号的干扰性的信号分量的频率进行振荡——的方式，可以在混频器处在输入侧或者在混频器之前已经补偿干扰性的信号分量，所述干扰性的信号分量否则可能引起在混频器的输出端处的中频信号的直流电压分量。由此可以减轻混频器的负荷。补偿信号例如以发射信号的频率进行振荡。所述补偿信号例如与发射信号耦合。
将补偿信号和接收信号输送至混频器。优选将振荡补偿信号输送至混频器，其方式是，在接收路径中在混频器之前已经馈入所述补偿信号。例如，在将接收信号与振荡补偿信号一起输送至混频器之前，可以将振荡补偿信号与接收信号相加。但也可以直接在混频器处、优选在接收信号的馈入点附近的一个馈入点处实现振荡补偿信号的输送。
雷达传感器优选包括一个用于测量中频信号的直流电压分量的传感器和至少一个用于根据中频信号的所测量的直流电压分量来调节振荡补偿信号的振幅、功率和/或相位的调节回路。通过这种方式，在经历FMCW雷达传感器的调制斜坡期间例如可以再调节补偿信号的所提到的参数中的至少一个，以便使中频信号的直流电压分量最小化。
在从属权利要求中说明本发明的其他的有利构型。
所述任务通过一种用于运行雷达传感器的方法进一步解决，其中，振荡器产生发射信号，而混频器将发射信号的一部分与所接收的信号进行混频，其特征在于，除发射信号的所述部分以外还将振荡信号输送至混频器，从而减小由混频器产生的中频信号的直流电压分量。也就是说，该直流电压分量比不输送振荡信号的情况下的直流电压分量更小。
附图说明
以下根据附图进一步阐述本发明的优选实施例。
附图示出：
图1：根据本发明的雷达传感器的框图；
图2：雷达传感器的调节回路；
图3：多通道雷达传感器的示意性框图；
图4：根据图1的雷达传感器的一种变型。
具体实施方式
图1示出用于机动车的具有单片式微波集成电路(MMIC)10和天线元件12、14的FMCW雷达传感器，所述天线元件用于接收或发射雷达信号。雷达传感器与用于分析处理雷达传感器的中频信号IF(intermediatefrequency)的分析处理电路16连接。
MMIC 10包括一个用于产生雷达发射信号或者LO信号(localoscillator：本地振荡器)的电压控制的本地振荡器18(VCO，VoltageControlled Oszillator：压控振荡器)和至少一个发射/接收通道20和一个混频器22，所述至少一个发射/接收通道与至少一个接收天线元件12和至少一个发射天线元件14相连，所述混频器用于由雷达接收信号产生中频信号IF。
振荡器18的工作频率例如约为77GHz并且例如通过调制装置24控制。调制装置24例如设置用于根据调制方案控制振荡器18的振荡频率并且因此控制LO信号的频率，所述调制方案包括至少一个频率斜坡。
由振荡器18产生的LO信号通过可选的缓冲放大器26输送至发射天线元件14。LO信号的一部分输送至混频器22。
由接收天线元件12接收的雷达信号同样输送至混频器22并且以本身已知的方式与发射信号的分出的部分混频，以便产生中频信号IF。中频信号IF输送至分析处理电路16的输入端。可选地，使LO信号的输送至混频器22的部分通过移相器28相对于发射信号移相。
雷达传感器10和分析处理电路16例如可以是驾驶员辅助系统的一部分。
雷达传感器10具有至少一个通道20、优选多个通道，例如四个通道20。振荡器18的LO信号输送至每一个通道20。振荡器18的另一个输出端与通道20连接，以便提供参考信号“Test”给通道20使用。为此，例如耦合输出振荡器18的LO信号的一部分。参考信号的频率相应于LO信号的频率。参考信号例如可以与LO信号耦合。
可选地，通道20包括信号发生器30，所述信号发生器设置用于产生振荡补偿信号。在所示例子中，基于所输送的参考信号“Test”产生补偿信号。补偿信号可以通过可控制的缓冲放大器32和可控制的移相器34输送至混频器22的接收信号输入端。通道20例如包括与混频器22间隔开的电路点36，在移相器34的输出端处可供使用的补偿信号与由接收天线元件12接收的接收信号在所述电路点处被合并或者相加并且与接收信号被输送至混频器22的馈入点。
例如，可以通过调制器或者通过与参考测试信号耦合的振荡器构成信号发生器30。在雷达传感器10的发射运行的所描述的运行模式中通道20的信号发生器30产生振荡补偿信号，而例如在雷达传感器10的自身测试模式中信号发生器30可以基于参考信号产生用于模拟接收情形的测试信号。因此，信号发生器30可以承担多个功能。
例如，在具有无信号发生器30的偏移补偿单元的一个实施例中，振荡补偿信号也可以通过由参考信号“Test”或者从LO信号的耦合输出来提供给缓冲放大器32和移相器34，或者参考信号“Test”自身可以作为振荡补偿信号提供给偏移补偿单元的缓冲放大器32和移相器34。
缓冲放大器32的可调节的增益和补偿信号的可通过移相器34调节的相位使得可能的是，产生以下补偿信号：借助所述补偿信号可以使中频信号IF的在混频器22的输出端处出现的直流电压分量最小化。因此，信号发生器30、缓冲放大器32和移相器34构成用于至少部分地补偿中频信号IF的直流电压分量的偏移补偿单元35。通过在接收路径中在混频器22的馈入点之前已经馈入补偿信号的方式，有效减轻出现的直流电压分量对混频器22的负荷。由此，能够尽量防止混频器22的由直流负荷造成的退化。补偿信号尤其可以在其相位和其振幅方面与在接收信号中所不期望的相同频率的干扰信号相反并且因此补偿所述干扰信号。
雷达传感器10包括用于检测混频器22的输出端处的中频信号的直流电压分量的传感器38。传感器38的取决于直流电压分量的输出值输送至控制单元40。控制单元40与偏移补偿单元35的缓冲放大器32、移相器34并且可选地与信号发生器30相连，以便根据由传感器38测量的直流电压分量控制所述偏移补偿单元。
传感器38例如可以类似地通过经直流电压耦合的中频信号IF的测量来测量直流电压分量。但传感器38也可以设置用于数字化中频信号并且根据经数字化的中频信号来确定直流电压分量。传感器38例如可以包括A/D转换器。例如可以通过傅立叶变换、尤其通过构建快速傅立叶变换(FFT：Fast Fourier Transformation)来实现：根据经数字化的中频信号确定直流电压分量。
控制单元40可以设置用于基于所测量的直流电压分量38并且可选地进一步基于LO信号的或者参考信号“Test”的频率来控制补偿信号的振幅、功率和/或相位。例如，表征相关信号的频率的信号可以例如从调制装置24输送至控制单元40。
补偿信号的为了在给定信号频率的情况下使直流电压分量最小化而选择的参数——例如振幅和相位——例如可以通过测试测量来确定，其方式是，在运行雷达传感器期间以有规律的时间间隔调节不同的参数值并且分别测量中频信号IF的各个最终的直流电压分量。尤其可以将当前参数值的偏差分别向下和向上地在围绕当前的参数值的小的范围内以测试的方式用于产生补偿信号，并且将具有中频信号IF的所测量的最小直流电压分量的那些参数值确定为用于雷达传感器的另一次运行的新的参数值。当在接收支路中出现的干扰信号随时间变化时，通过这种方式可以实现参数值的自适应追踪。
图2示意性地示出用于补偿信号的调节回路。传感器38、控制单元40和偏移补偿单元35构成调节回路，用于将通道20的中频信号IF的所测量的直流电压分量DCact调节到尽可能小的期望值DCset上，例如DCset＝0。这在图2中示意性地示出，其中，传输路程42象征性地表示包括潜在的干扰信号源的发射接收通道20。
在根据图1的具有多个通道20的雷达传感器的在图3中示出的示例中，MMIC10包括模拟电路部分10a、数字电路部分10b和用于控制模拟电路部分10a并且用于与数字电路部分10b通信的接口(Interface)44。模拟电路部分10a包括振荡器18和通道20。发射信号通过可选的缓冲放大器26输送至通道20。数字电路部分10b包括控制单元40，所述控制单元例如可以通过程序控制的数字处理单元或者CPU(Central Processing Unit)构成。
接口44例如包括用于至少一个D/A转换器46，所述至少一个D/A转换器用于控制振荡器18、每一个通道20的偏移补偿装置的信号发生器30、缓冲放大器32和/或移相器34。此外，接口44例如包括用于数字化各个通道20的传感器38的输出信号的至少一个A/D转换器。
处理单元可以设置用于控制雷达传感器的、尤其MMIC10的其他功能。除控制单元40的功能以外，处理单元例如也可以承担调制装置24的功能。控制单元40可以访问可选的非易失性存储器50，所述非易失性存储器用于存储偏移补偿单元35的参数值。在存储器50中，例如可以存储补偿信号的所述当前的参数值，从而使所述参数值在雷达传感器的暂时关断之后再次可供使用。
控制单元40可选地设置用于当控制单元40根据中频信号IF的所测量的直流电压分量超过极限值而识别到相关混频器22的退化时输出警告信号AL。警告信号AL例如可以通过中断输入输送至分析处理电路16。通过这种方式能够实现偏移补偿单元35的集成在MMIC10中的监视，从而进一步提高雷达传感器的可靠性。因此，改善了所接收的雷达信号的分析处理的可靠性。因此总体而言，通过偏移补偿单元35不仅可以尽量防止混频器22的退化，而且能够通过不允许的大的直流电压分量的快速的MMIC内的识别实现改善的故障识别。以上所述两点对雷达传感器的改善的系统安全性作出贡献。
图4示出根据图1的雷达传感器的一种变型。彼此相应的元件用相同的参考标记表示。在图1的示例中接收信号和补偿信号在电路点36处合并并且在馈入点处共同输送至混频器22，而在图4的示例中接收信号和补偿信号在相邻的馈入点处或者(虚线所示)在共同的馈入点处分别直接输送至混频器22。

Claims (11)

1.一种雷达传感器，其具有用于产生发射信号的振荡器(18)和用于通过将所述发射信号(LO)的一部分与接收信号进行混频来产生中频信号(IF)的混频器(22)，其特征在于用于产生振荡补偿信号的偏移补偿单元(35)，除所述发射信号(LO)的所述部分以外还将所述振荡补偿信号输送至所述混频器(22)。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器，其中，所述振荡补偿信号输送至所述混频器(22)，其方式是，在接收路径中在所述混频器(22)之前已经馈入所述振荡补偿信号。
3.根据权利要求1或2所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有控制单元(40)，所述控制单元用于相对于所述发射信号(LO)调节补偿信号的在振幅、功率和相位中的至少一个参数。
4.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有用于测量所述中频信号(IF)的直流电压分量的传感器(38)。
5.根据权利要求3和4所述的雷达传感器，其中，所述控制单元(40)设置用于基于所述中频信号(IF)的所测量的直流电压分量来调节所述补偿信号的至少一个参数。
6.根据权利要求4或5所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有调节回路，所述调节回路用于相对于所述发射信号(LO)根据所述中频信号的通过所述传感器(38)测量的直流电压分量来调节所述补偿信号的在所述补偿信号的振幅、所述补偿信号的功率和所述补偿信号的相位中的至少一个参数。
7.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有单片式微波集成电路(10)，所述单片式微波集成电路包括振荡器(18)、混频器(22)、用于测量所述中频信号(IF)的直流电压分量的至少一个传感器(38)、所述偏移补偿单元(35)和至少一个控制单元(40)，其中，所述控制单元(40)设置用于根据所述中频信号(IF)的由所述传感器(38)测量的直流电压分量来控制所述偏移补偿单元(35)以调节所述振荡补偿信号的参数。
8.根据权利要求3、5或7所述的雷达传感器，其中，所述控制单元(40)通过程序控制的数字处理单元的至少一个部分构成。
9.根据权利要求7或8所述的雷达传感器，其中，所述单片式微波集成电路(10)包括至少一个用于存储所述偏移补偿单元(35)的参数值的非易失性存储器(50)。
10.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有控制单元(40)，所述控制单元设置用于当所述中频信号(IF)的由所述雷达传感器的传感器(38)测量的直流电压分量超过极限值时输出警告信号。
11.一种用于运行雷达传感器的方法，其中，振荡器(18)产生发射信号，而混频器(22)将所述发射信号的一部分与所接收的信号进行混频，其特征在于，除所述发射信号的所述部分以外还将振荡信号输送至所述混频器(22)，从而减小由所述混频器(22)产生的中频信号(IF)的直流电压分量。
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