CN110058203A - 用于处理输入信号的设备和方法和雷达设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理输入信号的设备，该设备具有：本地振荡器，其构造用于产生振荡器信号；减法装置，其构造用于从输入信号中减去经放大的校正信号以便产生经修正的输入信号；下混频器，其构造用于在使用振荡器信号的情况下将经修正的输入信号向下混频到中间频率上以便产生差信号；第一放大器装置，其构造用于放大差信号以便产生输出信号并且输出输出信号；修正装置，其构造用于抑制输出信号的预给定的频率范围以便产生校正差信号；上混频器，其构造用于在使用振荡器信号的情况下将校正差信号向上混频以便产生校正信号；和第二放大器装置，其构造用于放大校正信号以便产生经放大的校正信号。

Description

用于处理输入信号的设备和方法和雷达设备

技术领域

本发明涉及一种用于处理输入信号的设备、一种雷达设备和一种用于处理输入信号的方法。

背景技术

为了产生用于驾驶员辅助系统和驾驶安全系统的数据，雷达设备起着中心的作用。发送雷达信号并且探测反射，以便求取对象的距离、相对速度和角度范围。

经频率调制的连续波雷达(FMCW雷达系统)借助周期性的频率调制工作，这能够实现测量的、时间线性的准确性。周期性地调制所发送的雷达信号的由本地振荡器预给定的频率。在信号序列或者突发(Burst)期间，频率从最低的频率直至最高的频率大多线性地上升。发送信号和接收信号之间的频率间距的量值为对于传播时间的度量并且由此可以被考虑用于距离确定。

在分析处理雷达信号时的挑战在于，可能出现扰动分量，所述扰动分量必须被滤除。由US 6，516，187 B1已知一种用于校正偏移的方法，所述偏移可能由于本地振荡器的频率的自混频而出现。在这里，在中间频率下进行校正。

除了在对象上反射的信号之外，可能出现另外的扰动分量。在使用相互不同的发送天线和接收天线的情况下，可以将由发送天线发送的雷达信号的一部分以直接的路径传输给接收天线。进一步地，雷达设备大多布置在车辆的护板、例如保险杆后方。由发送天线发送的射束的一个另外的部分可以在护板上反射并且从那里出发到达接收天线中。

为了仅仅使在车辆周围环境中的对象上的实际的反射的频率分量分离，必须滤除直接的传输的分量或者在护板上的反射的分量。

发明内容

本发明提供了一种根据本发明的用于处理输入信号的设备、一种根据本发明的雷达设备和一种根据本发明的用于处理输入信号的方法。

因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于处理输入信号的设备，所述设备具有本地振荡器，所述本地振荡器产生振荡器信号。减法装置从输入信号中减去经放大的校正信号，以便产生经修正的输入信号。下混频器在使用振荡器信号的情况下将经修正的输入信号向下混频到中间频率上，以便产生差信号。第一放大器装置放大差信号，以便产生输出信号并且输出所述输出信号。修正装置抑制输出信号的预给定的频率范围，以便产生校正差信号。上混频器在使用振荡器信号的情况下将校正差信号向上混频，以便产生校正信号。第二放大器装置放大校正信号，以便产生经放大的校正信号。

因此，根据第二方面，本发明涉及一种雷达设备，所述雷达设备具有发送接收装置，所述发送接收装置输出雷达信号并且接收被反射的雷达信号，以便产生输入信号。雷达设备进一步包括用于处理由发送接收装置产生的输入信号的设备。

因此，根据第三方面，本发明涉及一种用于处理输入信号的方法。产生振荡器信号。从输入信号中减去经放大的校正信号，以便产生经修正的输入信号。在使用振荡器信号的情况下将经修正的输入信号向下混频到中间频率上，以便产生差信号。放大差信号，以便产生输出信号。输出所述输出信号。抑制输出信号的预给定的频率范围，以便产生校正差信号。在使用振荡器信号的情况下将校正差信号向上混频，以便产生校正信号。放大校正信号，以便产生经放大的校正信号。

优选的实施方式为相应的以下构型的主题。

本发明的优点

本发明一般性地适合用于校正或者排除确定的频率范围。尤其，本发明可以用于校正雷达信号，所述雷达信号借助FMCW方法产生。因为在FMCW方法中频率基本上线性地上升，所以在用于扰动分量的传播时间期间的频率差相比用于在对象上的实际的反射的传播时间期间的频率差具有更小的量值，因为那具有更小的传播时间。因此，通过排除所述更低的频率范围可以消除扰动部分。

校正、即校正信号从输入信号中的减去不在中间频率范围内进行，而是已经在无线电频率、RF下、即在将输入信号向下混频之前进行。由此可以实现扰动信号的更好的校正。在校正时在中间频率范围内强的干扰通过下混频器附加地放大，这导致附加的噪声，而这类作用可以通过输入信号自身的校正来避免。由此，显著改进输出信号的质量。尤其提高信号增益、线性和敏感性。

根据所述设备的一种优选的扩展方案，修正装置包括低通滤波器。低通滤波器可以抑制信号分量，从而仅仅以上提到的、具有低的频率的扰动分量剩余。在放大之后借助减法装置将所述扰动分量从输入信号中减去。

根据所述设备的一种优选的扩展方案，低通滤波器抑制具有在100千赫兹以上的频率的频率范围。根据另外的实施方式，低通滤波器可以抑制大于1兆赫兹、大于50千赫兹或者大于10千赫兹的频率。在雷达设备中，信号分量可以比振荡器频率高例如10兆赫兹，而在护板上反射的扰动信号的分量可以位于例如10千赫兹的范围内，并且，从发送器向接收器的直接的传输的分量可以位于大约1千赫兹的范围内。因此，借助低通滤波器可以使扰动分量与实际的信号分量分离。

根据所述设备的一种优选的扩展方案，低通滤波器包括模拟放大器与并联连接的第一电容器和串联连接的第一电阻。

根据所述设备的一种优选的扩展方案，第二电阻和第二电容器与第一放大器装置并联连接。第二电阻作为分流电阻起作用。由此提供附加的低通滤波器，所述附加的低通滤波器滤除位于中间频率范围之外的噪声和干扰。由此进一步改进输出信号的质量。

根据所述设备的一种优选的扩展方案，下混频器和/或上混频器构造为无源开关，所述无源开关在使用振荡器信号的情况下被操控。

根据雷达设备的一种优选的扩展方案，发送接收装置构造用于使用本地振荡器的振荡器信号来产生雷达信号。振荡器信号优选可以是FMCW方法的FMCW振荡器信号。尤其，振荡器信号的频率可以在周期性的突发期间在时间上线性地上升。

根据所述方法的一种优选的扩展方案，借助低通滤波器执行输出信号的预给定的频率范围的抑制。

附图说明

图1示出根据本发明的一种实施方式的、用于处理输入信号的设备的示意性的电路图；

图2示出根据本发明的一种另外的实施方式的、用于处理输入信号的设备的示意性的方框图；

图3示出根据本发明的一种实施方式的雷达设备的示意性的方框图；以及

图4示出根据本发明的一种实施方式的、用于处理输入信号的方法的流程图。

在所有的附图中，相同的或者功能相同的元件和设备设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中图解地说明用于处理输入信号的设备1a的示意性的电路图。

设备1a与接收装置9耦合并且从所述接收装置接收输入信号。设备1a尤其可以是雷达设备的一部分，其中，接收装置9接收被反射的雷达波。接收装置9可以同时构造为发送装置，所述发送装置发送雷达波。替代地，可以设置单独的发送装置，其发送雷达波。接收装置9和必要时发送装置分别包括至少一个雷达天线。

设备1a进一步包括低噪声的放大器(Low-Noise Amplifier，LNA)10，所述低噪声的放大器的特征在于无噪声，以便也能够好地放大弱的信号，而不将频带转化成更低的频率。

由低噪声的放大器10放大的输入信号被减法装置3进一步处理，所述减法装置从输入信号中扣除经放大的校正信号并且由此产生经修正的输入信号。在接下来详细地描述的反馈环中计算校正信号。

经修正的输入信号由下混频器4进一步处理。下混频器4与本地振荡器2连接，其中，本地振荡器2产生具有预给定的时间相关的频率f0、即具有预给定的频率变化过程的振荡器信号。优选地，振荡器信号为具有周期性地线性上升的频率变化过程的FMCW振荡器信号。考虑将振荡器信号用于确定所发送的雷达信号的频率。

下混频器4构造为乘法混频器，所述乘法混频器将经修正的输入信号通过与振荡器信号混频来转换成差信号，所述经修正的输入信号是高频信号，所述差信号相应于中间频率信号。因为所发送的雷达信号的频率由振荡器信号的频率f0确定，所以差信号相应于在所发送的雷达信号和被反射的雷达信号之间的频率差，所述频率差基本上由被反射的雷达信号的各个分量的传播时间确定。

被反射的雷达信号包含第一频率分量f1，所述第一频率分量通过雷达波从发送装置至接收装置9的直接的传输产生。进一步地，被反射的雷达信号包含第二频率分量f2，所述第二频率在雷达波在车辆的护板上反射的情况下出现。最终，被反射的雷达信号包含基于在车辆周围环境中的对象上的反射引起的第三频率分量f3。

借助第一放大器装置5放大差信号，以便产生输出信号。输出信号相应于在第一至第三频率分量f1、f2、f3和振荡器信号的频率f0之间的经放大的差Δf1、Δf2、Δf3。输出信号被输出并且可以由与设备1a连接的分析处理装置分析。分析处理装置也可以是设备1a的元件。尤其，驾驶员辅助系统或者驾驶安全系统可以根据输出信号控制车辆的车辆功能或者向车辆的驾驶员传送信息。

将输出信号进一步向修正装置6传输，所述修正装置抑制输出信号的频率范围。修正装置6可以例如构造为低通滤波器，所述低通滤波器抑制在10千赫兹以上的全部频率。因此，仅仅扰动分量Δf1、Δf2剩余，所述扰动分量作为校正差信号输出。

校正差信号由上混频器7在使用振荡器信号的情况下向上混频，其中，产生校正信号。上混频器7构造为乘法混频器，其中，校正差信号是中间频率信号，并且，校正信号是相应的高频信号。

借助第二放大器装置8放大校正信号，所述第二放大器装置产生并且输出经放大的校正信号。经放大的校正信号如以上描述的那样被减法装置3用于修正输入信号。因此，减法装置3修正已经在高频范围内的输入信号。

在图2中图解地说明一种用于处理输入信号的另外的设备1b的示意性的电路图。设备1b基本上相应于在图1中图解地说明的设备1a，从而接下来仅仅更准确地说明差异。因此，下混频器和上混频器构造为相应的第一无源开关4a和第二无源开关7a。

进一步地，修正装置6构造为低通滤波器，所述低通滤波器包括模拟放大器15与并联连接的第一电容器14和串联连接的第一电阻13。

最后，第二电阻11和第二电容器12与第一放大器装置5并联连接，所述第二电阻和第二电容器构成用于抑制在中间频率范围之外的噪声和干扰的低通滤波器。

在图3中图解地说明根据本发明的一种实施方式的雷达设备100的示意性的方框图。雷达设备100包括发送接收装置101，所述发送接收装置输出雷达信号并且接收被反射的雷达信号。发送接收装置101可以具有多个雷达天线。被发送的雷达信号的频率优选是时间相关的并且可以借助FMCW方法来调制。

雷达设备100与用于处理由发送接收装置101产生的输入信号的设备1耦合。设备1可以涉及以上描述的设备1a、1b中的一个。设备1的本地振荡器2同时确定所发送的雷达信号的频率。

图4示出用于处理输入信号的方法的流程图。所述方法尤其可以借助以上描述的设备1、1a、1b来执行。

在第一方法步骤S1中，产生振荡器信号，所述振荡器信号具有预给定的时间相关的频率f0。发送具有频率f0的FMCW雷达信号，接收反射并且产生相应的输入信号。

在方法步骤S2中，修正输入信号，其方式是，从输入信号中扣除经放大的校正信号并且由此产生经修正的输入信号。

在方法步骤S3中，借助下混频器4在使用振荡器信号的情况下将经修正的输入信号变换到中间频率上，其中，产生差信号。

在步骤S4中，放大差信号，以便产生输出信号。输出信号被输出并且可以被进一步分析处理，例如以便求取在车辆周围环境中的对象和对象的特性。

在步骤S5中，抑制输出信号的预给定的频率范围，以便产生校正差信号。例如可以借助低通滤波器抑制具有在预给定的阈值——例如10千赫兹——以上的频率的频率范围。

在步骤S6中，借助上混频器在使用振荡器信号的情况下变换校正差信号，其中，产生校正信号。

最后，在步骤S7中，放大校正信号，以便产生经放大的校正信号。在步骤S2中，经放大的校正信号在负反馈环中被用于产生经修正的输入信号。

经放大的校正信号基本上仅仅包含扰动部分f1、f2，从输入信号中减去所述扰动部分，从而基本上仅仅实际的信号部分f3剩余。还剩余的扰动部分已经在下混频器4的输入端上被强烈地抑制，从而剩余的干扰对输出信号的敏感性和线性具有小得多的影响。

Claims (10)

1.一种用于处理输入信号的设备(1；1a；1b)，其具有：

本地振荡器(2)，所述本地振荡器构造用于产生振荡器信号；

减法装置(3)，所述减法装置构造用于从所述输入信号中减去经放大的校正信号以便产生经修正的输入信号；

下混频器(4)，所述下混频器构造用于在使用所述振荡器信号的情况下将经修正的输入信号向下混频到中间频率上以便产生差信号；

第一放大器装置(5)，所述第一放大器装置构造用于放大所述差信号以便产生输出信号并且输出所述输出信号；

修正装置(6)，所述修正装置构造用于抑制所述输出信号的预给定的频率范围以便产生校正差信号；

上混频器(7)，所述上混频器构造用于在使用所述振荡器信号的情况下将所述校正差信号向上混频以便产生校正信号；和

第二放大器装置(8)，所述第二放大器装置构造用于放大所述校正信号以便产生经放大的校正信号。

2.根据权利要求1所述的设备(1；1a；1b)，其中，所述修正装置(6)包括低通滤波器。

3.根据权利要求2所述的设备(1；1a；1b)，其中，所述低通滤波器抑制大于100kHz的频率的频率范围。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的设备(1；1b)，其中，所述低通滤波器包括模拟放大器(15)与并联连接的第一电容器(14)和串联连接的第一电阻(13)。

5.根据以上权利要求中任一项所述的设备(1；1b)，其进一步具有第二电阻(11)和第二电容器(12)，所述第二电阻和第二电容器与所述第一放大器装置(5)并联连接。

6.根据以上权利要求中任一项所述的设备(1；1a；1b)，其中，所述下混频器(4)和/或所述上混频器(7)构造为无源开关。

7.一种雷达设备(100)，其具有：

发送接收装置(101)，所述发送接收装置构造用于输出雷达信号并且接收被反射的雷达信号以便产生输入信号；和

根据以上权利要求中任一项所述的、用于处理由所述发送接收装置(101)产生的输入信号的设备(1；1a；1b)。

8.根据权利要求7所述的雷达设备(1；1a；1b)，其中，所述发送接收装置(101)构造用于使用所述本地振荡器(2)的振荡器信号来产生所述雷达信号。

9.一种用于处理输入信号的方法，其具有以下步骤：

产生(S1)振荡器信号；

从所述输入信号中减去(S2)经放大的校正信号以便产生经修正的输入信号；

在使用所述振荡器信号的情况下将经修正的输入信号向下混频(S3)到中间频率上，以便产生差信号；

放大(S4)所述差信号，以便产生输出信号并且输出所述输出信号；

抑制(S5)所述输出信号的预给定的频率范围，以便产生校正差信号；

在使用所述振荡器信号的情况下将所述校正差信号向上混频(S6)，以便产生校正信号；并且

放大(S7)所述校正信号，以便产生经放大的校正信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，借助低通滤波器执行所述输出信号的预给定的频率范围的抑制。