CN104714214B - 雷达装置及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种雷达装置，用于发送在一个频带中的信号，包括：控制装置；振荡器；至少一个发送天线，以用于发送在振荡器的输出端上的信号，发送天线与振荡器的输出端相连接；至少一个接收信路，以用于接收一种接收信号、用于处理接收信号和用于将已处理的接收信号转送到控制装置，接收信路具有至少一个接收天线和至少一个用于将接收信号与在振荡器的输出端上的信号混合的混合器，该混合器与振荡器的输出端相连接，其特征在于：振荡器的输出端与可切换的增强器的输入端相连接，并且该增强器在输出端提供一个信号并且将该信号转送给所述至少一个混合器，设置功率测量器，该功率测量器监控在增强器的输出端上的信号并且将该信号转送给所述控制装置。

Description

雷达装置及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种雷达装置、特别是用于机动车的雷达装置以及一种相关的方法。
背景技术
在现有技术中已知各式各样的雷达装置。因此，在机动车上也日益常见地使用雷达装置，借以能够实现驾驶者助理的功能。在此，使用雷达装置来识别区域环境或识别静止交通或流动交通中的对象。由于根据雷达装置的数据可以控制对机动车控制的干预，例如发动机干预或制动器干预，所以这些雷达装置的可靠工作方式对于机动车的运行具有很重要的意义。
在采用雷达装置的情况下，就能够将一个本地振荡器信号(local oscillatorsignals；LO信号)从一个所用的振荡器(如24GHz-振荡器经过相应的HF(高频)导线引导到接收信路的混合器。这种信号导引可以使接收信号相干地混合到(低频)NF频带中，从而也可以实现由此形成的信号处理，借以检测雷达装置的环境中的目标。因此，在混合器的输入端正确的LO信号的存在的验证，对雷达装置的内部诊断具有重大的意义。因此，在传感器诊断的范围内应能可靠地识别出LO信号有误差的产生或者LO信号的由于缺陷引起的衰减或中断，借以避免不确定的操作，并将该装置带入到一种确定的状态中。
现有的雷达装置不允许对LO信号和LO导线的检验。在此范围内的缺陷恐怕只能以有限的可靠性通过对一个或多个接收信路的故障的检测来识别。
发明内容
本发明的任务在于提供一种雷达装置，该雷达装置相对于现有技术在识别误差方面是改进的。本发明的另一个任务提供一种用于运行雷达装置的方法，该方法相对于现有技术而言是有改进的。
对雷达装置提出的任务是利用如下所述特征加以解决。
本发明的一个实施例涉及一种雷达装置，用于发送在一个频带中的信号，包括：控制装置；振荡器，该振荡器的输入端经由变换器与控制装置连接，该振荡器能够借助于该控制装置被控制以产生信号，并且该借助于振荡器产生的信号能够在振荡器的输出端上被获取；至少一个发送天线，以用于发送在振荡器的输出端上的信号，发送天线与振荡器的输出端相连接；至少一个接收信路，以用于接收一种接收信号、用于处理接收信号和用于将已处理的接收信号转送到控制装置，接收信路具有至少一个接收天线和至少一个用于将接收信号与在振荡器的输出端上的信号混合的混合器，该混合器经由LO支路与振荡器的输出端相连接，振荡器的输出端与可切换的LO增强器的输入端相连接，并且该LO增强器在输出端提供一个信号并且将该信号转送给所述至少一个混合器，并且设置功率测量器，该功率测量器监控在增强器的输出端上的信号并且将该信号转送给所述控制装置。由此，便可获得改进的对雷达装置缺陷的识别。
根据本发明有利的做法是，可切换的LO增强器可以由一个控制单元进行控制，该控制单元是经过接口而与控制装置相连接。由此可切换的LO增强器便可针对性地被控制以进行缺陷识别。
下述做法也是个优点：设置多路转接器，该多路转接器在输入端与控制单元和功率测量器相连接，而在输出端则与控制装置的模拟数字转换器相连接。
另一个有利的做法是：振荡器、增强器、控制单元和功率测量器设计成集成的单元。
根据本发明有利的是：该集成的单元也包含至少一个配有相关混合器的接收信路。替代的做法是，在集成的单元中也可以没有混合器。
同样有利的做法是：设置另一个集成的单元，该单元包含至少另一个配有相关混合器的接收信路。
特别有利的是：一个接收信路为了接收一种接收信号、为了处理该接收信号和为了将已处理的接收信号转送到控制装置，而具有一个混合器，该混合器的输出端与滤波器相连接，而滤波器的输出端则利用模拟数字转换器而与控制装置相连接。
下述情况也是有利的：利用可切换的增强器，振荡器的输出信号作为LO信号与时间相关地可以从一个低的水平改变到一个升高的水平，或者反之亦可，并且这样一种的信号可以与各单个接收信路的天线信号混合到基频带中，并可利用滤波器实现滤波。
特别有利的是通过对可切换的增强器的接通顺序的频率的选择，LO测量信号的频率处在滤波器例如带通滤波器的通带(passband)内，从而使得LO测量信号的分量不会由于滤波器而减弱，并可在被扫描的接收信号中能够被检测出来。
关于运行方法的任务是利用一种用于运行上述雷达装置的方法加以解决的。
本发明的其他有利的发展通过下面的附图解说加以说明。
附图说明
下面将根据至少一个实施例参照附图对本发明作详细说明。附图表示：
图1按现有技术的一种雷达装置的示意图；
图2根据本发明的一种雷达装置的示意图；
图3根据本发明的雷达装置的另一个实施例的示意图；
图4一个曲线图；
图5一个曲线图；
图6一个曲线图。
具体实施形式
图1示出按现有技术涉及发送信号产生和接收信号接收的一种雷达装置1如雷达传感器的结构。为此，该雷达装置具有一个发送支路2和各接收信路3、4。发送信号5(也称为TX信号)在24GHz频率范围内的产生是通过一个数字模拟转换器8(DAC)对集成到单片式微波集成电路(MMIC)6中的电压控制振荡器7(VCO)的控制在发送支路2中实现的。
与通过数字模拟转换器8所产生的模拟电压曲线等同地，形成一个具有相应频率系列的24GHz信号。该信号一方面表示发送信号5(TX信号)，另一方面同时也表示被导引到接收信路3、4的混合器9、10的LO信号11。通过该LO信号11，实现通过接收天线12、13所接收的信号14、15混合到基频带中。这些信号事先须利用增强器16，17(LNA)加以增强。在混合之后，信号利用滤波器18、19进行滤波，并通过一个集成在数字信号处理器20(DSP)中的模拟数字转换器21进行扫描，并且而后通过在数字信号处理器20(DSP)中的数字信号处理进行目标探测。
在这种类型的雷达装置1中雷达装置或传感器的控制是通过数字信号处理器20(DSP)实现的。这种控制还包含发送信号产生和在时间上与之相关联地多个接收天线12、13的接收信号14、15的扫描。此外，还得通过数字信号处理器进行接收信号处理和对传感器硬件的大部分进行诊断。
这种雷达传感器的一个特点是本来很小的集成度。无论是通过VCO 7所产生的24GHz-输出信号，还是TX信号5，以及被导引到各个离散地(即分立地)构建的混合器16、17的LO信号11，都经过同样离散的高频HF导线22加以导引，并且在每个导线分支经过威尔金森(Wilkinson)分配器23加以导引。这一点导致线路在下面两个方面的易受损害性：一方面是由于HF导线22的受损，另一方面则是威尔金森分配器23的由缺陷引起的故障。
特别在LO导线网络的情况下存在上述的易受损害性，而且在此在出现损伤或缺陷的情况下就会导致对雷达装置的目标探测能力的严重限制：一个或多个LO信号11的缺失或衰减就不允许在相应的接通信路3、4中准确地将经由相应的接收天线12、13所接收的信号混合到基频带中。相应的经过扫描的信号，即是用于目标检测的信号处理的输入端参数，会相应地被扭曲或者完全失效。
图2表示根据本发明的一种雷达装置50的一个布线示意图。该图2特别就发送信号产生和接收信号处理示出根据本发明的一种雷达装置50的布线情况。图3示出根据本发明的雷达装置的另一个有利的实施例。
雷达装置50允许实现对LO导线的一种改进的诊断。为此，雷达装置50还具有一个发送支路51和各接收信路52、53。发送信号54亦称TX信号的产生是在24GHz的频率范围内通过一个数字模拟转换器57(DAC)对集成到单片式微波集成电路55(MMIC)中的电压控制振荡器(VCO)的控制而在发送支路51中实现的。振荡器56(VCO)集成到单片式微波集成电路55(MMIC)中。数字模拟转换器57的控制是利用数字信号处理器58借助于DAC控制器59实现的。
图2所示的布线规定一个确定的测试信号的前馈，及其在接收信路的信号中的检测。此外，同时进行的对LO信号功率的测量允许确证该参数的测量能力。
与图1所示的雷达装置1相比，在该雷达装置50中可以看出在所用的单片式微波集成电路55(MMIC)中有较高的集成度。除了在接收范围52、53内集成LNA 60、61和混合器62、63之外，还可看出同样集成的控制单元64，该控制单元可以经过一个SPI-接口65而直接通过数字信号处理器58(DSP)加以编程。
在MMIC模块55内包含各种不同的模块。这些模块之一是用于LO信号67的可切换的增强器66，该增强器具体地允许两个放大因素。该模块66通常允许经过LO功率的改变来移动接收支路52、53的相连接的混合器62、63的工作点。此外，在根据图3的雷达装置(其具有单独的第二MMIC 80以用于混合两个接收信号)中提供这样的可能性：使经过HF导线而被输送给MMIC80的LO信号的功率适配这种布线和因此必要时也提高该功率。
MMIC55的另一种可设置的模块是多路转接器68，该多路转接器除了其它信号外还可将用于LO信号67的在MMIC内部的功率测量器70的测量电压切换到一个MMIC输出引线上，从而该电压能够经过DSP 58的一个ADC信路71被扫描和相应地被分析处理。
这还可以实现对瞬时的LO功率的回复测量(返测)并且因此业已提供这样的可能性：识别出MMIC55中LO信号的由于缺陷所致的缺失或强烈的衰减。
为了监控LO导线和/或监控LO功率的可调节性，在连续的雷达装置运行中，按规定的间距，利用可切换的增强器66产生LO测量信号，对在雷达装置的接收信号52、53中的该LO测量信号的检测提供了相应的诊断信息。
为了该LO测量信号，将振荡器56(VCO)设定到一个恒定的频率。LO信号的可切换的增强器66以一个确定的顺序切换，该顺序见图4中所示。
图4示出LO信号是怎样按照50μs的间隔从一个低的水平提高到一个高的水平和反之。通过如此成形的具有长度为12.8ms的LO信号，各单个接收信路52、53的天线信号72、73被混合到基频带中，并利用带通滤波器18、19加以带通滤波。通过将切换顺序的频率选择为10kHz，如图4中所示，LO测量信号的频率处于带通滤波器的通带内，所以LO测量信号的分量不会通过带通滤波器18、19而衰减，并从而在被扫描的接收信号中是可被检测出的。
图5示例性地示出接收信号的一个局部，该局部通过在带通滤波器18、19的输出端处的数字信号处理器58(DSP)加以扫描。
LO测量信号的分量在这里可以清楚识别。其探测既可直接在时间范围内实现，也可以在一次傅立叶变换之后在频率范围内实现。在后一种情况下，LO测量信号的探测还原到频谱中一个峰值的探测，该峰值在测量信号的频率为10kHz、扫描频率为40kHz和FFT长度为512时必须处于频率窗口128。图5中的振幅比表明：稳健地探测测量信号是可以实现的。这种探测还允许得出结论：至相应的混合器62、63的LO导线是未受损的，并且通常给出了LO信号的可接通性。
为了验证LO功率的测量能力，如此地设计MMIC55，使得LO功率测量器70的测量电压被导引到MMIC55的一个输出引线，并借此可通过数字信号处理器58(DSP)进行扫描并因此可进行分析处理。
图2和3中的布线示出上述设计可能性。利用上述设置，在设定的具有图4中所示的接通顺序的LO测量信号条件下，经过数字信号处理器58(DSP)的相应ADC信路71对与LO功率成比例的测量电压进行扫描。在LO功率的给定的测量能力和无缺陷的可接通性的条件下，LO信号的通过接通顺序预定的功率曲线是可以在被扫描的测量电压中探测出来的。
在图6中示例性地表示出一条测量电压曲线的扫描值。如同图5中所示，在图6中也可清楚地看出LO测量信号的分量。与图4中的接通顺序相对应的交变分量的检测可以与如上所述分析处理接收信路时的工作方式类似地执行。从图6中可以直接看出：可以实现LO功率的测量能力的可靠的检测。
如果在LO功率测量器的测量电压中探测出LO测量信号的频率分量为10KHz，便可得出LO功率的测量能力。相反地，若未探测到该频率分量，则须区分两种情况：
1、如果在至少一个天线接收信号中探测到LO测量信号的频率分量，则得出LO功率的可接通性，经由LO功率测量器实现的LO功率的测量能力仍然未得到，并且因而在该范围内存在缺陷；
2、如果在任何一个天线接收信号中都没有探测(即检测)到LO测量信号的频率分量，则LO功率的由缺陷引起的缺失的可接通性就是最有可能的故障。
为了验证LO功率的可调整性，只须在接收信路的两个或三个信号中的一个信号中检测LO测量信号的交变分量。相反在监控LO导线的时候需要在接收信路的基本上每个信号中检测LO测量信号，以便确保经过相应的LO导线实现的信号导引是完好的。
上述情况尤其在根据图3所示的一种雷达装置中是有重要意义的，因为为了处理两个天线-接收信路，使用一个单独的MMIC80，其不具有24GHz振荡器。为了实现天线信号的下降混合(缩混)，因此LO信号必须经过一个在MMIC外部的HF导线81被输送。如果该导线因缺陷而失灵，则相应的天线信号的解调是不可能的。
利用上述在所有接收信路的信号中对LO测量信号的分量的检测然而也可能的是，在MMIC80的相应信号中进行检测，作为推导的测量。如果在这些信号的至少一个信号中检测到LO测量信号的分量，则在如图3所示的MMIC55和MMIC80之间的LO导线81是完好的。相反地，如果在MMIC接收信路53、53’中都不能检测到LO测量信号的分量，则也许在MMIC80中不存在LO信号，并可以确定相应的装置缺陷。
根据本发明有利的是：雷达装置的LO导线的诊断以及LO功率的可调节性都可以通过一种明确的测量予以实现。如果因为硬件缺陷之故在一个或多个混合器上不再能存在LO信号，那么在根据本发明的雷达装置的连续运行中能可靠地识别出该缺陷。
还有一个优点是：瞬时的LO功率的明确的回复测量提供对功率的测量能力的可靠验证，并借此对于雷达装置而言将LO功率设定的诊断补充成全面的概念。
在根据本发明的雷达装置中，可靠地确定LO信号对于在那里所使用的接收-MMIC而言是否存在。

Claims (11)

1.一种雷达装置，用于发送在一个频带中的信号，包括：控制装置；振荡器，该振荡器的输入端经由变换器与控制装置连接，该振荡器能够借助于该控制装置被控制以产生信号，并且该借助于振荡器产生的信号能够在振荡器的输出端上被获取；至少一个发送天线，以用于发送在振荡器的输出端上的信号，发送天线与振荡器的输出端相连接；至少一个接收信路，以用于接收一种接收信号、用于处理接收信号和用于将已处理的接收信号转送到控制装置，接收信路具有至少一个接收天线和至少一个用于将接收信号与在振荡器的输出端上的信号混合的混合器，该混合器与振荡器的输出端相连接，其特征在于：振荡器的输出端与可切换的增强器的输入端相连接，并且该增强器在输出端提供一个信号并且将该信号转送给所述至少一个混合器，设置功率测量器，该功率测量器监控在增强器的输出端上的信号并且将该信号转送给所述控制装置。
2.按权利要求1所述的雷达装置，其特征在于：可切换的增强器能够被一个控制单元控制，该控制单元经过接口与控制装置相连接。
3.按权利要求2所述的雷达装置，其特征在于：设置多路转接器，该多路转接器在输入端与控制单元和功率测量器相连接，并且在输出端与控制装置的模拟数字转换器相连接。
4.按权利要求2或3所述的雷达装置，其特征在于：振荡器、增强器、控制单元及功率测量器设计成集成的单元或分立地设计。
5.按权利要求4所述的雷达装置，其特征在于：集成的单元也包含至少一个配有相关的混合器的接收信路。
6.按权利要求1至3中任一项所述的雷达装置，其特征在于：设置了一个另外的集成的单元，其包含至少一个另外的配有相关混合器的接收信路。
7.按权利要求1至3中任一项所述的雷达装置，其特征在于：一个接收信路为了接收一种接收信号、为了处理接收信号和为了将已处理的接收信号转送至控制装置而具有一个混合器，该混合器的输出端与滤波器相连接并且滤波器的输出端利用模拟数字转换器与控制装置相连接。
8.按权利要求1至3中任一项所述的雷达装置，其特征在于：利用可切换的增强器，振荡器的输出信号能够与时间相关地从一个低的水平改变到一个高的水平或反之，并且一个这样的信号能够与各单个接收信路的天线信号混合到基频带中并且能够利用滤波器进行滤波。
9.按权利要求8所述的雷达装置，其特征在于：通过对可切换的增强器的接通顺序的频率的选择，LO测量信号的频率处于滤波器的通带内，从而使LO测量信号的分量不会因滤波器而衰减并且能够在被扫描的接收信号中被检测出来。
10.按权利要求9所述的雷达装置，其特征在于：所述滤波器是带通滤波器。
11.一种用于运行按权利要求1至10中的至少一项所述的雷达装置的方法。
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