DE102008046162A1

DE102008046162A1 - Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Radarsignalen mit periodisch ein- und ausschaltbarem Hochfrequenz-Empfangsverstärker

Info

Publication number: DE102008046162A1
Application number: DE200810046162
Authority: DE
Inventors: Thomas Wixforth
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2008-09-06
Filing date: 2008-09-06
Publication date: 2010-03-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignalen für Kraftfahrzeuge mit einem frequenzmodulierbaren Hochfrequenz-Oszillator (VCO) zum Erzeugen eines auszustrahlenden frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignals, mit einer Sendeantenne (TxA) zum Ausstrahlen des frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignals, mit einer Empfangsantenne (RxA) zum Empfangen eines Echosignals auf das ausgestrahlte frequenzmodulierte Dauerstrich-Radarsignal, mit einem Hochfrequenz-Empfangsverstärker (AMP) zum Verstärken des empfangenen Echosignals und mit einem Mischer (MXR) zum Herabmischen des empfangenen und verstärkten Echosignals mit dem von dem frequenzmodulierbaren Hochfrequenz-Oszillator erzeugten frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignal. Die Vorrichtung ist geeignet und eingerichtet, den Hochfrequenz-Empfangsverstärker (AMP) periodisch ein- und auszuschalten, um so ein periodisches, mit dem ungemischten Echosignal moduliertes Rechtecksignal zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignalen für Kraftfahrzeuge.
Es ist bekannt, mit frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignalen die Relativgeschwindigkeit zwischen zwei Objekten und den Abstand zwischen den beiden Objekten zu erfassen. Vorrichtungen, die dazu geeignet sind, umfassen in der Regel frequenzmodulierbare Hochfrequenz-Oszillatoren zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignals, das über eine Sendeantenne ausgestrahlt werden kann. Das ausgestrahlte frequenzmodulierte Dauerstrich-Radarsignal wird von einem anderen, gegebenenfalls bewegten Objekt reflektiert. Das zurückgeworfene Signal, d. h. das Echo wird von einer Empfangsantenne empfangen. Das empfangene Echosignal wird einem Hochfrequenz-Empfangsverstärker zugeführt. Dieser verstärkt das empfangene Echosignal bevor es an einen Mischer mit dem von dem Hochfrequenz-Oszillator erzeugten frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignal herabgemischt wird. Durch das Herabmischen mit dem ausgestrahlten Dauerstrich-Radarsignal erfolgt eine Herabmischung auf das Basisband, so dass Zwischenfrequenzkreise entfallen können. Vorteilhaft daran ist, dass der herabgemischten im Basisband vorliegenden Signale mit einer niedrigen Abtastrate abgetastet werden können und für eine digitale Weiterverarbeitung der Signale eine vergleichsweise geringe Rechnerleistung notwendig ist.
Ein Nachteil dieses einfachen Schaltungskonzepts ist allerdings, dass die Auswertung von Signalanteilen im Basisband nahe der Frequenz Null entweder nur sehr eingeschränkt möglich ist oder aufwändige und somit zum Teil kostenträchtige Schaltungsteile erfordert, zum Beispiel für Filter und Verstärker.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignalen der vorbeschriebenen Art so zu verbessern, dass aufwändige Filter und Verstärker für die Verarbeitung bei Frequenzen nahe Null entfallen können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung geeignet und eingerichtet ist, den Hochfrequenz-Empfangsverstärker periodisch ein- und auszuschalten, um so ein, mit dem ungemischten Echosignal moduliertes Rechtecksignal zu erzeugen. Es hat sich gezeigt, dass ein so moduliertes Rechteckssignal oder mit anderen Worten ein so zerhacktes Echosignal Aliase aufweist, die die gleiche Information enthalten wie das ursprüngliche Signal. Wird das so modulierte Rechtecksignal bzw. zerhackte Echosignal dann herabgemischt, bleiben diese Informationen erhalten. Die Informationsanteile, die nach der herkömmlichen Methode nur im Basisband nahe bei Null lagen, liegen bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei Zwischenfrequenzen vor, die der Frequenz entsprechen, mit welcher der Verstärker ein- und ausgeschaltet wird. Ebenso liegen die Signalanteile bei ganzzahligen Vielfachen dieser Schaltfrequenz vor.
Anstelle einer Auswertung des Signals im Basisband kann damit eine Auswertung des Signals an einer der Zwischenfrequenzen erfolgen. Für die Auswertung und Verarbeitung können daher einfachere Filter und Verstärker genutzt werden. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass, bei Betrachtung im Frequenzbereich, zur eindeutigen Auswertung der in dem Signal enthaltenen Informationen lediglich positive Frequenzen betrachtet werden müssen. Bei einer Auswertung im Basisband hingegen, müssen für den vollen Erhalt der Informationen, wiederum bezogen auf den Frequenzbereich, sowohl Signalanteile mit negativen Frequenzen als auch mit positiven Frequenzen betrachtet werden. Dieses machte bislang eine komplexe Herabmischung und die Abtastung in zwei Signalpfade mit zwei Analog-Digital-Umsetzern notwendig. Wird dagegen das Signal an einer Zwischenfrequenz betrachtet, wie es durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich wird, kann auf einen zweiten Analog-Digital-Umsetzer verzichtet werden. Es ist nur ein Analog-Digital-Umsetzer notwendig, der allerdings mit einer höheren Abtastrate betrieben werden muss.
Gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung ein Filter, insbesondere ein Bandpassfilter zum Filtern des gemischten Signals auf. Durch das Bandpassfilter können für die Auswertung der Informationen nicht notwendige oder gar unerwünschte Signalanteile unterdrückt werden.
Mit einem Analog-Digital-Umsetzer einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das gefilterte Signal digitalisiert werden, um dann vorteilhaft einer digitalen Signalverarbeitungseinheit zugeführt werden zu können. Auf eine Digitalisierung kann allerdings auch verzichtet werden, wenn eine analoge Signalverarbeitungseinheit vorgesehen ist.
Es ist möglich, dass der Analog-Digital-Umsetzer integraler Bestandteil der digitalen Signalverarbeitungseinheit ist.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern der Frequenz des Hochfrequenz-Oszillators geeignet und eingerichtet sein. Die digitale Signalverarbeitungseinheit ist dann vorzugsweise zum Ansteuern des Hochfrequenz-Oszillators mit demselben verbunden.
Der Hochfrequenz-Empfangsverstärker einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden sein, damit zum Zweck des periodischen Ein- und Ausschaltens ein von der Signalverarbeitungseinheit erzeugbares Schaltsignal an den Hochfrequenz-Empfangsverstärker übermittelt werden kann. Ebenso kann die digitale Signalverarbeitungseinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Abtastsignals geeignet und eingerichtet sein. Mit dem Abtastsignal wird dem Analog-Digital-Umsetzer zum Abtasten des gefilterten Signals zugeführt.
Das Schaltsignal und das Abtastsignal können Frequenzen haben, die in einer mathematischen Beziehung zueinander stehen. Sie können beispielsweise der Gleichung fz = (N ± ¼)fs genügen, wobei mit f_z die Frequenz des Schaltsignals, mit
f_s die Frequenz des Abtastsignals und N eine natürliche Zahl bezeichnet ist.
Das Schaltsignal und das Abtastsignal können vorzugsweise aus einem Taktsignal, vorzugsweise aus einem Quarztaktsignal durch Frequenzteilung erzeugt werden. Vorzugsweise ist die digitale Signalverarbeitungseinheit dazu eingerichtet. Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann das Schaltsignal und das Abtastsignal phasenstarr gekoppelt erzeugen.
Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden und Empfangen von frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignalen für Kraftfahrzeuge ist anhand er Zeichnungen näher dargestellt.
Dabei zeigt:
1 Ein Blockschaltbild in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2a bis 2f Frequenzdarstellungen verschiedener Signale.
Die erfindungsgemäße in der 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Hochfrequnez-Oszillator VCO auf, mit dem ein Dauerstrich-Radarsignal erzeugt werden kann. Dieses Dauerstrich-Radarsignal (2a) wird über eine Sendeantenne TxA ausgestrahlt. Das ausgestrahlte Dauerstrich-Radarsignal wird durch Objekte im Verkehrsraum, beispielsweise von vorausfahrenden oder entgegenkommenden Fahrzeugen, reflektiert. Über eine Empfangsantenne RxA kann das Echo auf das ausgestrahlte Dauerstrich-Radarsignal (2b) empfangen werden.
Der Hochfrequenz-Oszillator VCO kann verstimmt werden, um eine Frequenzmodulation des ausgestrahlten Dauerstrich-Radarsignals zu erreichen. Der Hochfrequenz-Oszillator VCO kann dazu von einer digitalen Signalverarbeitungseinheit DSP angesteuert werden. Die digitale Signalverarbeitungseinheit DSP kann dem Hochfrequenz- Oszillator die Frequenz vorgeben, mit welcher das Dauerstrich-Radarsignal ausgesendet werden soll. Diese Frequenz wird Momentanfrequenz f_RF(t) genannt. In der Regel wird die Frequenz des ausgestrahlten Dauerstrich-Radarsignals während einer vorgegebenen Zeiteinheit linear vergrößert. Derartige frequenzmodulierte Dauerstrich-Radarsignale werden im englischen Sprachgebrauch mit der Abkürzung FMCW bezeichnet.
Das von der Empfangsantenne RxA Echosignal wird in einem Hochfrequenz-Empfangsverstärker AMP verstärkt (2c) und anschließend einem Mischer MXR zugeführt. In dem Mischer wird das Echosignal mit den vom frequenzmodulierbaren Hochfrequenz-Oszillator VCO erzeugten Dauerstrich-Radarsignal herabgemischt. Das herabgemischte Signal (2d) wird einem Filter BPF zugeführt. Das gefilterte Signal (2e) wird in einem Analog-Digital-Umsetzer ADC digitalisiert (2f) und schließlich in der digitalen Signalverarbeitungseinheit DSP ausgewertet.
Das besondere an der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nun, dass der Hochfrequenz-Empfangsverstärker AMP periodisch an- und ausgeschaltet wird. Dazu ist der Hochfrequenz-Empfangsverstärker AMP mit der digitalen Signalverarbeitungseinheit DSP verbunden, die ein Schaltsignal zum Ein- und Ausschalten des Hochfrequenzverstärkers AMP erzeugt.
Die digitaler Signalverarbeitungseinheit DSP ist ferner mit dem Analog-Digital-Umsetzer ADC verbunden, und stellt dem Analog-Digital-Umsetzer ADC ein Abtastsignal zur Verfügung. Das Abtastsignal hat die Frequenz f_s während das Schaltsignal die Frequenz f_z hat. Die beiden Frequenzen stehen in folgendem Zusammenhang: fz = (N ± ¼)fs.N bezeichnet in dieser Gleichung eine natürliche Zahl.
Durch das periodische Ein- und Ausschalten des Hochfrequenz-Empfangsverstärkers AMP mittels des Schaltsignals mit der Frequenz f_z wird das im Wesentlichen monofrequente Echosignal in ein – im Zeitbereich betrachtet – pulsförmiges Signal (2c) zerhackt. Der Vorgang kann als Modulation eines Rechtecksignals mit dem Echosignal, das über die Frequenz-Empfangsantenne RxA empfangen worden ist, betrachtet werden. Durch das Zerhacken des Echosignals oder das Modulieren eines Rechtecksignals mit dem Echosignal entstehen – im Frequenzbereich betrachtet – Aliase oder Oberwellenanteile des Echosignals in Abständen von der Frequenz f_z des Schaltsignals. Diese Aliase sind auch im herabgemischten Signal (2d) im gleichen Abstand im Basisband vorhanden.
Das Filter, welches das in dem Mischer MXR herabgemischte Signal (2d) filtert, ist als Bandpass ausgelegt, welches einen der Aliase hindurchlässt. Das Filter BPF lässt somit ein Zwischenfrequenzsignal (2e) passieren, das den Informationsgehalt hat, wie das von der Hochfrequenzantenne empfangene Echosignal.
Die Signalanteile, die vor dem Zerhacken des Echosignals im Basisband nahe Null lagen, liegen somit auch bei den Zwischenfrequenzen vor. Es ist nun ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass Zwischenfrequenzen mit einfachen Bauelementen verarbeitet werden können.

VCO: Hochfrequenz-Oszillator
TxA: Sendeantenne
RxA: Empfangsantenne
AMP: Hochfrequenz-Empfangsverstärker
MXR: Mischer
BPF: Bandpassfilter
ADC: Analog-Digital-Umsetzer
DSP: digitale Signalverarbeitungseinheit

Claims

Vorrichtung zum Senden und Empfangen von frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignalen für Kraftfahrzeuge mit – einem frequenzmodulierbaren Hochfrequenz-Oszillator (VCO) zum Erzeugen eines auszustrahlenden frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignals, – einer Sendeantenne (TxA) zum Ausstrahlen des frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignals, – einer Empfangsantenne (RxA) zum Empfangen eines Echosignals auf das ausgestrahlte frequenzmodulierte Dauerstrich-Radarsignal, – einem Hochfrequenz-Empfangverstärker (AMP) zum Verstärken des empfangenen Echosignals und – einem Mischer (MXR) zum Herabmischen des empfangenen und verstärkten Echosignals mit dem von dem frequenzmodulierbaren Hochfrequenz-Oszillator erzeugten frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsignal, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorrichtung geeignet und eingerichtet ist den Hochfrequenz-Empfangsverstärker (AMP) periodisch Ein- und Auszuschalten, um so ein, mit dem ungemischten Echosignal moduliertes Rechtecksignal zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Filter (BPF) zum Filtern des gemischten Signals aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) zum Digitalisieren des gemischten Signals aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) zum Verarbeiten des digitalisierten Signals aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) einschließlich eines Analog-Digital-Umsetzer (ADC) zum Digitalisieren des gemischten Signals zum Verarbeiten des digitalisierten Signals aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern der Frequenz (f_RF(t)) des Hochfrequenz-Oszillators (VCO) geeignet und eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenz-Empfangsverstärker (AMP) mit der Signalverarbeitungseinheit (DSP) verbunden ist, damit zum Zwecke des periodischen Ein- und Ausschaltens ein von der Signalverarbeitungseinheit (DSP) erzeugbares Schaltsignal an den Hochfrequenz-Empfangsverstärker (AMP) übermittelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) zum Erzeugen eines Abtastsignals zum Abtasten des gefilterten Signals mit dem Analog-Digital-Umsetzer (ADC) geeignet und eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) geeignet und eingerichtet, dass Schaltsignal und das Abtastsignal mit Frequenzen (f_z, f_s) zu erzeugen, die der Gleichung: fz = (N ± ¼)fs genügen, wobei f_z die Frequenz des Schaltsignals, f_s die Frequenz des Abtastsignals und N eine natürliche Zahl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8 oder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) geeignet und eingerichtet ist das Schaltsignal und das Abtastsignal aus einem Taktsignal, vorzugsweise einem Quarztaktsignal zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, nach Anspruch 9 oder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) geeignet und eingerichtet ist das Schaltsignal und das Abtastsignal phasenstarr gekoppelt zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine analoge Signalverarbeitungseinheit zum Verarbeiten des gemischten Signals aufweist.