CN106796281A - 雷达传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生和发送在一个频带中的发送信号(6)的雷达传感器(1)，该雷达传感器具有控制器(11)，该雷达传感器具有振荡器(8)，其中，振荡器(8)的输入端通过转换器(9)与控制器(11)相连接，振荡器(8)能借助于控制器(11)被控制以便产生信号(6)，并且借助于振荡器(8)所产生的所述信号(6)能在振荡器(8)的输出端上获取，该雷达传感器具有至少一个发送天线(36)，用于发送施加在振荡器(8)的输出端上的信号(6)，其中，所述发送天线(36)与振荡器(8)的输出端相连接，该雷达传感器具有至少一个接收信道(3，4，5)，用于接收接收信号(19，20，21)、用于处理接收信号(19，20，21)以及用于传输处理过的接收信号至控制器(11)，其中，接收信道(3、4、5)具有至少一个接收天线(27、28、29)和至少一个用于将接收信号与施加在振荡器(8)的输出端上的信号(26)进行混频的混频器(13，24，25)，其中，混频器(13、24、25)与振荡器(8)的输出端相连接，其特征在于，可控的通/断开关(15)设置在发送支路(2)中，以用于衰减或中断在振荡器(8)的输出端上的信号(26)向发送天线(36)的传输，其中，在到发送天线(36)的传输衰减或中断的情况下能实施对振荡器(8)的控制以用于干扰探测。

Description

雷达传感器
技术领域
本发明涉及一种雷达传感器、例如特别是一种用于机动车的雷达传感器。本发明还涉及一种用于运行雷达传感器的方法。
背景技术
在机动车中越来越频繁地使用雷达传感器。这样的雷达传感器例如在驾驶辅助系统中使用，以便例如在较大的距离时就已经能可靠地识别迎面而来的车辆并且可以尽可能精确地确定这些迎面而来的车辆的位置和速度。由此可以启动激活驾驶辅助功能或警告。这样的激活例如是调整前照灯的照明距离、调整自身的车辆前面的道路的照明和消除迎面车流的炫光、激活制动功能或在可能撞击的情况下对安全装置预加压或基于在前面行驶的车辆的行驶特性来调整自身的车辆的速度。也可以使用雷达传感器来监控机动车附近的周围环境。
目前使用这样的雷达传感器，在所述雷达传感器中为识别目标以所述相应的雷达传感器在要监控的环境中是相应的雷达信号唯一来源为基础。仅在该条件下按照普遍适用的雷达原理得到目标的无干扰的探测，该普遍适用的雷达原理的前提是，雷达传感器的接收信号基本上是雷达传感器的发送信号分量的叠加，所述发送信号分量在要探测的目标上反射并且因此相对于发送信号时间延迟并且发生相位移以及必要时频率偏移。
随着在汽车领域中使用的雷达技术越来越普及也增加了如下可能性，即在周围环境中——该周围环境的直径比雷达传感器的典型的作用范围小——存在两个独立的并且因此非同步的雷达传感器。这例如可以在市内范围中密集的交通情形中但也在高速公路上出现。如果两个雷达传感器在同一狭窄的空间范围中互相遇到，那么因此两个雷达传感器的信号叠加，这导致在两个雷达传感器的接收信号中的不希望的干扰效应。如果将这样的干扰效应评估为自身的接收信号，那么这导致在监控的环境方面或在观察的目标方面错误的结果。
按照现有技术使用雷达传感器，所述雷达传感器规定在雷达传感器的正常的接收信号内识别干扰效应。
在这些雷达传感器中为了目标探测，所谓的Chirp发送信号的通过在传感器环境中的要探测的目标上的反射而传输至传感器的信号分量由多个接收天线接收。在存在外部干扰信号作为其它另外的雷达传感器的雷达信号的情况下，在自身的雷达传感器——也称为Ego雷达传感器——的周围环境中发生两个传感器的发送信号的叠加。
在Ego雷达传感器中基于干扰信号的干扰在所述Ego雷达传感器和干扰传感器具有一个如下的频率间隔时——该频率间隔的数值低于在Ego雷达传感器中设定的带通滤波器的上截止频率——才出现。在该情况下，干扰信号的信号成分没有被Ego雷达传感器的带通滤波器抑制。在此经验显示，由于干扰的扰动在多数情况下在时间上仅极其有限地出现，然而较长的干扰阶段也是可能的。干扰对采样的接收信号的影响(这些接收信号对于整个目标探测是基础)在干扰阶段期间显示明显增加的信号能量。在短时间的干扰现象中对接收信号产生如下的影响，对近似正弦调制的接收信号叠加脉冲形的引起干扰的扭曲。在此，所述近似正弦的曲线从发送的雷达信号在真实目标上的反射中得到，而脉冲形的信号由于自身的信号与作为所谓的寄生信号的第二雷达传感器的信号的短时间的干扰而引起。
所述目前通用的策略尝试利用统计方法来应付这样的脉冲状的干扰现象，以便探测在近似正弦的信号上的脉冲形的扰动。脉冲形的扰动的修正通过如下方式实现，即受扰动的信号值由这样的信号值来代替，这些信号值基于在附近的受扰动的信号值的环境中的幅值是极有可能的。因此尝试将接收信号的未受扰动的时间上的曲线延伸到受扰动的时间范围中。
然而，利用这些策略不能或仅能以高的错误风险来识别在时间上延伸的扰动和对扰动的修正。
此外，所提及的方法是极其计算强化的，因为对于所有接收信号必须建立和评估幅值统计，以便识别所提及的干扰。这加重了微处理器的计算容量负担，于是微处理器的计算容量不提供用于其它的任务。
高的计算时间需求也在于实施相应的计算的频率，因为在每个周期中在开始实际的信号处理之前就必须已经分析接收信号。当——如在大部分情况下——不存在干扰时，所述对此所耗费的计算时间基于微处理器的整个可用的计算时间并且于是也不再供实际的信号处理。
发明内容
因此，本发明的任务是提出一种雷达传感器和一种用于运行雷达传感器的方法，所述雷达传感器和用于运行雷达传感器的方法相对于现有技术得到改善并且所述雷达传感器和用于运行雷达传感器的方法相对于现有技术也允许对在时间上延伸的扰动的识别和修正。
本发明的任务基于具有按照权利要求1的特征的雷达传感器得到解决。
本发明实施例涉及一种用于产生和发送在一个频带中的发送信号的雷达传感器，该雷达传感器具有控制器，该雷达传感器具有振荡器，其中，振荡器的输入端尤其是通过转换器与控制器相连接，振荡器能借助于控制器被控制以便产生信号，并且借助于振荡器所产生的所述信号能在振荡器的输出端上获取，该雷达传感器具有至少一个发送天线，用于发送施加在振荡器的输出端上的信号，其中，所述发送天线与振荡器的输出端相连接，该雷达传感器具有至少一个接收信道，用于接收接收信号、用于处理接收信号以及用于传输处理过的接收信号到控制器，其中，接收信道具有至少一个接收天线和至少一个用于将接收信号与施加在振荡器的输出端上的信号进行混频的混频器，其中，混频器与振荡器的输出端相连接，其中，可控的通/断开关设置在发送支路中，以用于衰减或中断在振荡器的输出端上的信号向发送天线的传输，其中，在向发送天线的传输衰减或中断的情况下能实施对振荡器的控制以用于干扰探测。假如另一雷达传感器在附近并且因此可以通过干扰来干扰接收信号，相应地，可以在受控制的时间上的相位中测试干扰并且识别一种这样的干扰。
在此，特别符合目的的是，通/断开关在发送支路中设置在振荡器和发送天线之间。因此在通向发送天线的连接被衰减或中断并且没有发送信号被发射期间，所述振荡器的输出信号还可以传输到混频器。
在此也有利的是，通/断开关能由控制单元来控制以用于衰减或中断在振荡器和发送天线之间的信号连接。因此可以控制用于干扰识别的时间点或时间相位。
特别有利的是，通/断开关能由控制单元来控制以用于控制衰减或中断。因此所述控制器可以控制振荡器和通/断开关以用于探测干扰并且用于运行用于目标识别的雷达传感器。
也有利的是，控制单元能经由控制器的接口来控制。因此所述控制单元不仅可以控制用于目标识别的正常运行而且可以控制干扰识别，以便在识别到干扰的情况下启动补救措施。
因此也有利的是，对振荡器用于干扰探测的的控制包括产生用于传输到具有频率变化的所述至少一个混频器上的内部的信号。在此，所述频率变化应实现发现干扰雷达信号(如果干扰雷达信号确实存在)。在此，频率变化的范围优选在雷达传感器的激活的自身的运行范围中设计。
在此特别有利的是，频率变化包括在一个可给定的频率宽度上的频率分布。在此，所述频率宽度是雷达传感器的激活的带宽。
也特别有利的是，所接收的接收信号在干扰探测的阶段期间能与内部的信号混频并且能对这样处理过的信号进行分析用于识别干扰。在该情况下可能不存在发送信号并且由此每个能接收的信号——除寄生效应外——是由陌生来源引起的信号。由此可以识别不是来自自身的雷达传感器(Ego雷达传感器)的信号。
特别有利的是，在识别干扰时能清除在识别到干扰期间的接收信号。因此在识别到干扰或扰动时启动措施，以便提取尽可能纯的没有扰动的接收信号。
本发明的任务在方法方面利用按照权利要求10的特征得到解决。
本发明的实施例涉及一种用于运行雷达传感器的方法，其中，监控接收信号是否存在干扰并且在识别到干扰时清除接收信号，其中，为了识别干扰而衰减或中断发送信号，其中，在衰减的或中断的发送信号时实施对振荡器用于干扰探测的控制。
也有利的是，用于干扰探测的振荡器的控制包括产生用于传输到具有频率变化的所述至少一个混频器上的内部的信号，其中，所接收的接收信号在干扰探测的阶段期间能与内部的信号混频并且对这样处理过的信号进行分析以用于识别干扰。
特别符合目的的是，在识别干扰时在识别到干扰期间对接收信号进行清除。
在此，在本申请文件中干扰的概念与扰动的概念相同意思地理解。
附图说明
本发明有利的扩展方案在从属权利要求和后续附图说明中进行描述。
图1示出雷达传感器的示意图；
图2示出用于阐明本发明的图表；
图3示出用于阐明本发明的图表；以及
图4示出用于阐明本发明的图表。
具体实施方式
图1在示意图中示出雷达传感器1的结构。雷达传感器1具有一条发送支路2和三条接收信道3、4、5。发送支路2用于发射发送信号6，而接收信道3、4、5用于接收接收信号19、20、21。
发送信号6(也称为TX信号)——特别是在以GHz范围(例如大约24GHz)的发送频率范围中——的产生通过经由在发送支路2中的数模转换器9(DAC)对在单片微波集成电路7(Monolithic Microwave Integrated Circuit或者MMIC)中集成的压控振荡器8(VoltageControlled Oscillator或者VCO)的控制实现。数模转换器9的控制通过数模转换器控制器10借助于数字信号处理器(DSP)11来实现。单片微波集成电路7(MMIC)是所谓的TX-RX-MMIC，在单片微波集成电路中在接收侧也集成有一条或多条接收信道3的放大器12(所谓的低噪声放大器LNA)和混频器13。所述发送信号6借助于发送天线36来发送或者说发射。
此外，在MMIC 7中集成有控制单元14，所述控制单元可以通过信号16来控制通/断开关15，以便对发送信号6进行控制。控制单元14能由信号处理器11的所谓的SPI接口17来控制。因此，所述控制单元14能经由SPI接口17通过信号处理器11来编程。所述TX-RX-MMIC7将所述发送支路2和一个接收支路3集成。可选地，也可以集成多于一条接收支路。
此外，另一MMIC 18设置为所谓的2RX-MMIC，其中集成有两条接收信道4、5。在所述MMIC 18中每条接收信道4、5分别集成一个放大器22、23(LNA或Low Noise Amplifier)和一个相应的混频器24、25。
等效于通过数模转换器9所产生的模拟电压曲线，出现一种在以GHz范围中(例如大约24GHz)的具有相应的频率序列的信号。一方面该信号是发送信号6(TX信号)，另一方面其同时也是传输到接收信道3、4、5的混频器13、24、25的LO信号26。通过所述LO信号26实现将所述通过接收天线27、28、29所接收的信号19、20、21混频到基带中。首先借助于放大器12、22、23(LNA)来放大所述信号。在混频之后紧跟着借助于滤波器30、31、32进行这些信号的滤波和通过在数字信号处理器11(DSP)中集成的模数转换器33、34、35(ADC)进行这些信号的采样并且通过在数字信号处理器11(DSP)中的数字信号处理进行紧接着的目标探测。
在此，雷达传感器1的控制通过数字信号处理器11(DSP)来实现。另外，所述控制包括产生发送信号和时间上与此关联地对接收天线27至29的接收信号19至21的采样。
所述在雷达传感器1中安装的新型的MMIC显示高的集成度。所述接收侧的放大器(LNA)12和混频器13——也如可以经由SPI接口17来编程的控制单元14那样——同样集成在MMIC 7中。通过该控制单元可以配置一系列集成在TX-RX-MMIC 7中的模块，如通/断开关15。因此存在如下的可能性，通过通/断开关5使发送信号6(TX信号)衰减至少20dB并且由此实际上使发送信号关断。现在特点在于，所述衰减仅局限于发送信号6(TX信号)。然而，用于对接收信号19、20、21混频的MMIC内部的LO信号26却没有衰减，因此该LO信号保持不受衰减的影响。
利用这样的配置来实施对上述所提及的Ego雷达传感器1的信号与另外的其它雷达传感器的信号的干扰识别。
在衰减的、即在实际上关断的发送信号6的情况下实现对接收信号19、20、21正常的接收，通过放大器12、22、23在发送频率的GHz范围中(例如在24GHz中)实现对接收信号的放大，利用存在的LO信号26来实现借助于混频器13、24、25到基带中的混频，借助于带通滤波器30、31、32实现带通滤波以及利用模数转换器33、34、35实现采样。
如果不存在干扰，那么在接收天线27、28、29的输入端上的接收信号19、20、21同样近似为零并且因此在放大器12、22、23上的输出信号以及在混频器13、24、25的输出端上的信号也是这样(近似为零)。在采样过的信号中仅可预料由于带通滤波器30、31、32的重新加载过程产生的效应。除了非常低频的信号曲线之外不能预料信号成分。
然而，如果存在由例如具有恒定频率的干扰信号产生的干扰，那么在振荡器8(VCO)和干扰源之间足够小的频率间隔时在模数转换器33、34、35的ADC信道的输入端上出现比之前所描述的情况具有明显更高幅值的接收信号。由此可以识别干扰。
因此可能的是，根据合适的数字信号处理将其中一种情况与另一种情况相区分。在此，振荡器频率(VCO频率)或振荡器8的频率曲线的选择产生一定的意义，因为仅在振荡器的频率和干扰源的——首先未知和任意的——频率之间很小间隔的情况下才能预料在采样过的信号中相应的信号成分。
因此，振荡器的频率曲线应尽量覆盖Ego雷达传感器1的整个要监控的频率范围并且该频率曲线可以有利地如此选择，使得对于干扰源的一个任意的频率序列存在一个大于Ego传感器的采样率的倒数的时间间隔，其中，两个传感器的频率间隔对于Ego雷达传感器1中的探测来说是足够小的。
因此本发明的构思规定，上述介绍的按照本发明的方法或者按照本发明的装置、如雷达传感器使用明确地为干扰识别的目的而设计的VCO信号。
在按照本发明的构思的框架内，对于雷达传感器1(Ego雷达传感器)的控制提出一种LO信号分布曲线，所述LO信号分布曲线是在整个要监控的频率范围上振荡器信号(VCO信号)或LO信号26的线性频率曲线。该LO信号分布曲线在图2中与相应的配置时间点一起示例性地示出。
图2示出一张图表100，在该图表中以GHz的单位的频率——示例性地在大约24GHz的频率范围中——描绘为以毫秒(ms)为单位的时间t的函数。在此，在时间点T0和T3之间示出LO信号分布曲线101，该LO信号分布曲线在时间点T0时在24.05GHz处开始(24.05GHz相当于在24GHz范围中允许的频带的下界限)，直到时间点T1保持恒定并且接着从T1至T2线性增加到数值24.25GHz(24.25GHz相当于在24GHz范围中允许的频带的上界限)，在T2时数值再次阶跃状地减少到24.05GHz并且直到时间点T3保持恒定在24.05GHz。LO信号26因此示出一种锯齿曲线并且所述LO信号经历从允许的频带的下界限到允许的频带的上界限的相关频率范围。因此，所述由LO信号分布曲线所覆盖的频率范围有利地在整个允许的频带上延伸。在此不存在频带受损，因为所述VCO信号没有经由传感器的发送支路发射，而是仅在传感器或MMIC内部作为LO信号存在。
此外，在图2中示出干扰信号102，所述干扰信号在示出的时间窗中从大约24.16GHz下降到24.1GHz。LO信号101的分布曲线在T1和T2之间与干扰信号102交叉，并且两个信号在交叉点上具有大约相同的频率。
分布曲线101的特点可以有利的是，所述分布曲线的与正常的雷达测量周期的增加相比更高的斜率。用于覆盖所允许的频带的持续时间T2-T1约为11ms。在此，所述增加也可以处于更大或更小的时间范围内，例如从5到50ms。
将两个特性相结合引起，对于干扰信号的几乎任意的频率曲线在所研究的频带内得到两个频率101、102的短时间的近似，从而在接收侧能探测干扰信号。特别地，显示出较缓的频率分布曲线的干扰信号102——如在图2中示出地那样——可以通过描述的LO信号分布曲线101可靠地识别。
除了从T1至T2的实际分布曲线之外，设有前运行阶段T0至T1以及后运行阶段T2至T3，这两个运行阶段同样在图2中示出。如果在时间点T0发射发送信号6并且调节分布曲线的初始频率，那么前运行阶段T1-T0在分布曲线开始和接收相应的接收信号之前是有利的，以便减少VCO频率的振荡过程的影响以及在接收侧的带通滤波器30至32的重新加载过程的影响。
后运行阶段T2至T3同样是有利的，以便减少在时间点T2由于对发送信号6的重新接通以及由于对振荡器(VCO)的重复频率的调节所引起的效应。所述作为前运行时间或后运行时间而设定的持续时间对于前运行时间T0至T1为大约1ms并且对于后运行时间T2至T3为大约3ms。
在LO信号分布曲线期间所接收的典型的接收信号200在图3中示出。在图3中能在图表中识别如下信号200，该信号除了低频的信号成分201之外(所述低频的信号成分与指数函数相似并且由于带通滤波器的重新加载过程作为在时间T0时切换过程的结果而引起)能识别干扰信号的脉冲形的成分202。在此，多个干扰脉冲的存在可以作如下说明，即测试性地使用另一非同步化的雷达传感器作为干扰源，该另一非同步化的雷达传感器发送复杂的频率模式的频率并且因此与按照图2的LO信号分布曲线关联地在一个狭窄的时间间隔中发生在所述频率范围中的多个近似值。
通过信号200的处理——如特别是借助于数字信号处理的工具——能容易地探测干扰信号202的成分并且由此探测干扰信号的存在。因此例如在第一步骤中求得在图3中示出的信号200的第一导数。从图3的信号200的导数得到的信号的数值在图4中示出。
在图4中示出如下的图表，该图表示出图3的信号200的时间导数300。可很好地看到低频的信号成分301相对于干扰成分302的衰减，该低频的信号成分的衰减在小的时间中轻微减少。
从经处理的信号300出发，可以在以下步骤中例如通过常规的峰值识别算法(Peak-Detection-Algorithmus)来进行由干扰引起的信号峰值302的探测。
因此可以例如使用OSCFAR算法(Ordered Statistics Constant False AlarmRate)方法作为峰值识别方法。利用该方法例如可以实现干扰信号的鲁棒性的探测。
在对Ego雷达传感器1中的干扰源成功探测之后可以高效地实施用于修正受干扰的信号的方法。然而——如在大多数情况下那样——如果不存在干扰并且通过所提出的方法同样地识别出缺乏干扰，则也不必实施用于修正受干扰的信号的方法并且由此所节省的计算时间可以用于改善对雷达目标探测的信号处理。
附图标记列表
1 雷达传感器
2 发送支路
3 接收支路
4 接收支路
5 接收支路
6 发送信号
7 MMIC、单片微波集成电路
8 振荡器
9 数模转换器
10 数模转换器控制器
11 数字信号处理器
12 放大器(LNA)
13 混频器
14 控制单元
15 通/断开关
16 信号
17 SPI接口
18 MMIC、单片微波集成电路
19 接收信号
20 接收信号
21 接收信号
22 放大器(LNA)
23 放大器(LNA)
24 混频器
25 混频器
26 LO信号
27 接收天线
28 接收天线
29 接收天线
30 滤波器
31 滤波器
32 滤波器
33 模数转换器
34 模数转换器
35 模数转换器
36 发送天线
100 图表
101 LO信号
102 干扰信号
200 接收信号
201 信号成分
202 脉冲型的成分
300 时间导数
301 低频的信号成分的时间导数
302 干扰成分的时间导数

Claims (12)

1.一种用于产生和发送在一个频带中的发送信号(6)的雷达传感器(1)，该雷达传感器包括：
控制器(11)；
振荡器(8)，其中，振荡器(8)的输入端通过转换器(9)与控制器(11)相连接，振荡器(8)能借助于控制器(11)被控制以便产生信号(6)，并且借助于振荡器(8)所产生的所述信号(6)能在振荡器(8)的输出端上获取；
至少一个发送天线(36)，用于发送施加在振荡器(8)的输出端上的信号(6)，其中，所述发送天线(36)与振荡器(8)的输出端相连接；
至少一条接收信道(3、4、5)，用于接收接收信号(19、20、21)、用于处理接收信号(19、20、21)以及用于将处理过的接收信号传输到控制器(11)，
其中，接收信道(3、4、5)具有至少一条接收天线(27、28、29)和至少一个用于将接收信号与施加在振荡器(8)的输出端上的信号(26)进行混频的混频器(13、24、25)，其中，混频器(13、24、25)与振荡器(8)的输出端相连接，
其特征在于，可控的通/断开关(15)设置在发送支路(2)中以用于衰减或中断在振荡器(8)的输出端上的信号(26)向发送天线(36)的传输，其中，在向发送天线(36)的传输衰减或中断的情况下能实施对振荡器(8)的控制以用于干扰探测。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，所述通/断开关(15)在发送支路(2)中设置在振荡器(8)和发送天线(36)之间。
3.根据权利要求1或2所述的雷达传感器，其特征在于，所述通/断开关能由控制单元(14)来控制以用于衰减或中断在振荡器(8)和发送天线(36)之间的信号连接。
4.根据权利要求3所述的雷达传感器，其特征在于，所述通/断开关能由控制单元(14)来控制以用于控制所述衰减或中断。
5.根据权利要求3或4所述的雷达传感器，其特征在于，所述控制单元(14)能经由控制器(11)的接口(17)来控制。
6.根据上述权利要求之一所述的雷达传感器，其特征在于，对振荡器(8)的用于干扰探测的控制包括产生用于传输到具有频率变化的至少一个混频器上的内部的信号。
7.根据上述权利要求之一所述的雷达传感器，其特征在于，所述频率变化包括在一个可给定的频率宽度上的频率分布。
8.根据上述权利要求之一所述的雷达传感器，其特征在于，所接收的接收信号在干扰探测的阶段期间能与内部的信号混频并且能对这样处理过的信号进行分析，以用于识别干扰。
9.根据上述权利要求之一所述的雷达传感器，其特征在于，在识别干扰时能清除在识别到干扰期间的接收信号。
10.用于运行根据上述权利要求之一所述的雷达传感器的方法，其特征在于，监控接收信号是否存在干扰并且在识别到干扰时清除所述接收信号，其中，为了识别干扰而衰减或中断发送信号，其中，在衰减的或中断的发送信号(6)时实施对振荡器(8)的用于干扰探测的控制。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，为了干扰探测而对振荡器(8)的控制包括产生用于传输到具有频率变化的所述至少一个混频器上的内部的信号，其中，所接收的接收信号在干扰探测的阶段期间能与内部的信号混频并且对这样处理过的信号进行分析，以用于识别干扰。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在识别干扰时在识别到干扰期间对接收信号进行清除。
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