-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft ein Radargerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Radargerätes.
-
Stand der Technik
-
Ein Radargerät kann elektromagnetische Wellen gebündelt als Primärsignal aussenden und die von einem Objekt reflektierten Signale empfangen und diese entsprechend vielfältiger Anforderungen und Einsatzgebiete auswerten. Hierbei können Informationen über das Objekt gewonnen werden, beispielsweise eine Entfernung zum Objekt, eine Relativbewegung zwischen Sender (Radargerät) und dem Objekt und auch Konturen des Objektes. Radargeräte werden in der Flugüberwachung, als Wetterradar, zu Forschungszwecken in der Astronomie, zur Zielverfolgung in der Luftverteidigung, zur Gebäudeüberwachung und in einem Kraftfahrzeug zur Überwachung des Fahrzeugumfeldes eingesetzt, um nur einige Beispiele zu nennen. Radargeräte können als mobile und stationäre Radargeräte ausgelegt sein.
-
Anforderungen an das in dem Fahrzeugassistenzsystem des Kraftfahrzeugs einsetzbare Radargerät sind vielfältig, insbesondere muss sich das Radargerät problemlos in das Kraftfahrzeug integrieren lassen. Hierbei sind Sensoren des Radargerätes bevorzugt im Bereich der Stoßfänger des Kraftfahrzeuges, beispielsweise hinter dem jeweiligen Stoßfänger angeordnet. Die Überwachung des Fahrzeugumfeldes bedingt die Anforderung an das Radargerät, dass ein Objekt frühzeitig erkannt werden muss, wodurch eine spezifische Anforderung an die Reichweite der eingesetzten Radargeräte gegeben ist. Außerdem ist eine gute Unterscheidung von Objekten notwendig, wodurch eine hohe Anforderung an eine Entfernungsauflösung bedingt ist, insbesondere im Nahbereich.
-
Die Reichweite eines Radargerätes wird durch die mittlere Sendeleistung bestimmt. Schwankungen in der Sendeleistung und/oder ein Drift der eingestellten Sendeleistung können zu einer ungenauen Ermittlung der Entfernung führen und sind zu vermeiden. Deshalb ist es im Betrieb des Radargerätes wichtig, die Sendeleistung zu überwachen und Defekte in der Hardware des Radargerätes rechtzeitig erkennen zu können.
-
Aus der
DE 10 2011 055 693 A1 ist ein Radargerät bekannt, welches einen Sendezweig und einen Empfangszweig mit zwei Empfangskanälen und ein Steuermittel aufweist und eingerichtet ist, einen Kanalausfall des Empfangskanals zu erkennen. Hierbei ist der Eingang eines Oszillators des Sendezweiges mit dem Steuermittel verbunden und der Oszillator ist mittels des Steuermittels zur Erzeugung eines Signals ansteuerbar. Der Empfangskanal ist eingerichtet, das von einem Objekt rückgestreute Signal zu empfangen. Der Kanalausfall kann erkannt werden, da das Steuermittel eingerichtet ist, den Oszillator zur Erzeugung von ersten Signalanteilen anzusteuern, die Signalanteile aufweisen, deren Frequenzen eine untere Eckfrequenz des Frequenzbandes und eine obere Eckfrequenz des Frequenzbandes haben, wobei die Signalfragmente mit der unteren Eckfrequenz und die Signalfragmente mit der oberen Eckfrequenz abwechselnd erzeugbar sind.
-
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Radargerät und ein Verfahren zum Betreiben des Radargerätes zu schaffen.
-
Dies wird erreicht mit einem Radargerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9.
-
Das Radargerät ist eingerichtet zum Senden und Empfangen eines Signals in einem Frequenzband und weist ein Steuermittel, einen Sendezweig mit einer Leistungseinheit zum Erzeugen eines Sendesignals und einer Sendeantenne zum Abstrahlen des Sendesignals auf, und ferner einen Empfangszweig zum Empfangen, Verarbeiten und Weiterleiten eines Empfangssignals, wobei der Sendezweig und das Steuermittel eingerichtet sind, die Sendeleistung durch eine monofrequente Schaltsequenz zu schalten und die Frequenz der Schaltsequenz in dem Empfangszweig zu detektieren. Hierdurch kann die Sendeleistung des Radargerätes überwacht werden. Ein Hardwareausfall kann detektiert werden, indem im Empfangszweig die Frequenz der Schaltfrequenz nicht messbar ist. Die Sendeleistung kann somit im Betrieb des Radargerätes oder in einem separaten Kalibrier- und Diagnosezyklus überwacht werden. Bevorzugt wird hierbei dem Sendesignal, welches im 24 GHz-Bereich liegt, eine Schaltsequenz mit einer von 24 GHz verschiedenen Frequenz überlagert. Hierdurch kann eine Verstellbarkeit der Sendeleistung zuverlässig überprüft werden. Hierbei kann sowohl bei Radargeräten der Generation 2.0 als auch der Generation 3.0 das Überwachungs- und Diagnosekonzept zur Feststellung einer Verstellbarkeit der Sendeleistung angewendet werden.
-
Bevorzugt ist ein Leistungssensor vorgesehen, der eingerichtet ist, die erzeugte Sendeleistung mittels eines Messsignals zu erfassen. Der Leistungssensor erlaubt eine direkte Rückmessung des erzeugten Sendesignals bevor dieses abgestrahlt wird. Durch das Messsignal kann die tatsächlich in der Leistungseinheit erzeugte und abzustrahlende Leistung des Sendesignals des Radargerätes erfasst werden. Somit kann mittels des Messsignals durch Vergleich zwischen einer vorgegebenen Soll-Leistung und der mittels des Messsignals erfassten tatsächlichen Sendeleistung (Ist-Leistung) eine Drift der Sendeleistung zuverlässig erkennen. Die Drift der Sendeleistung kann beispielsweise durch eine Temperaturänderung in der Umgebung der Leistungseinheit verursacht sein. Hierdurch die eine Überwachung der Funktionalität des Sendezweiges insgesamt und insbesondere der Leistungseinheit ermöglicht.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Leistungssensor mit der Sendeantenne und der Leistungseinheit verbunden. Bevorzugt ist der Leistungssensor zwischen der Leistungseinheit und der Sendeantenne angeordnet. Der Leistungssensor ist ein integrierter Leistungssensor, der in das Radargerät integriert ist, bevorzugt in unmittelbarer Nähe oder benachbart zur Leistungseinheit angeordnet ist. Dies ist im Vergleich zu einem extern angeordneten Leistungssensor vorteilhaft. Dadurch kann sichergestellt sein, dass der Leistungssensor das abzustrahlende Signal direkt erfassen kann und zwar bevor dieses abgestrahlt wird.
-
Bevorzugt ist ein Hochfrequenzschaltkreis vorgesehen, insbesondere ein MMIC (monolithischer Mikrowellenschaltkreis, Monolithic Microwave Integrated Circuit), der eingerichtet ist, die Verarbeitung des Empfangssignals, die Ansteuerung der Leistungseinheit des Sendezweigs und die Verarbeitung des Messsignals des Leistungssensors durchzuführen. Im MMIC sind bevorzugt die wesentlichen Elektronikkomponenten des Radargerätes wie spannungsgesteuerter Oszillator (VCO: Voltage Controlled Oszillator), Leistungseinheit, Leistungssensor und die elektronischen Komponenten des Empfangszweiges integriert. Bevorzugt ist der Hochfrequenzschaltkreis mit dem Steuermittel verbunden.
-
Bevorzugt weist der Hochfrequenzschaltkreis eine MMIC-Ansteuereinheit und einen mit dem Leistungssensor verbundenen Multiplexer auf, wobei die MMIC-Ansteuereinheit mit der Leistungseinheit und dem Multiplexer verbunden ist. Bevorzugt sind die MMIC-Ansteuereinheit und der Multiplexer ebenfalls auf dem MMIC integriert. Dadurch können in der Leistungseinheit eingespeiste oder einprogrammierte Werte die Sendeleistung betreffend als Soll-Wert in den Multiplexer eingespeist werden und mit den gemessenen Messwerten des Leistungssensors (Ist-Wert) verglichen werden. Dadurch ist es möglich, eine Abweichung zwischen dem Soll-Wert und dem gemessenen Ist-Wert zu ermitteln. Somit können die MMIC-Ansteuereinheit und der Leistungssensor einen Steuerzweig des Radargerätes darstellen. Das Radargerät kann mittels des Messsignals des Leistungssensors eine Steuerung des im Sendezweig angeordneten Hochfrequenzschaltkreises, insbesondere MMIC durchführen.
-
Bevorzugt sind der Leistungssensor und der Multiplexer mit dem Steuermittel verbunden. Hierdurch kann eine Steuerung der Leistungseinheit mittels des Steuermittels erfolgen. Zwischen der Steuereinheit und der Leistungseinheit kann ein Digital-Analog-Konverter (DAC) angeordnet sein, der das digitale Ausgangssignal des Steuermittels in ein analoges Signal wandeln kann. Das analoge Signal kann in die Leistungseinheit eingespeist werden.
-
Hierbei ist das Messsignal zur Steuerung des spannungsgesteuerten Oszillator (VCO: Voltage Controlled Oszillator) des MMICs einsetzbar und damit ist das VCO-Ausgangssignal steuer- und regelbar. Das Sendesignal kann bevorzugt in und durch den VCO erzeugt werden, der mit der Leistungseinheit verbunden ist. Hierdurch ist eine Diagnose der Verstellbarkeit der Sendeleistung ermöglicht, eine Überwachung der Messfähigkeit der Sendeleistung kann durchgeführt werden und insgesamt kann die Sendeleistung des gesendeten Signals überwacht werden.
-
Das Steuermittel weist einen digitalen Signalprozessor (DSP: Digital Signal Processor) mit einer Signalprozessorschnittstelle (SPI: Serial Peripheral Interface) auf, die eingerichtet ist, die MMIC-Steuereinheit im Steuerzweig zu programmieren.
-
Ferner ist bevorzugt ein Multiplexer (MUX) im Steuerzweig vorgesehen, der mit einem Analog Digital Converter (ADC: Analog Digital Converter)) des digitalen Signalprozessors (DSP) verbunden ist und eingerichtet ist, das durch den Leistungssensor erzeugte Messsignal in den digitalen Signal Prozessor (DSP) einzuspeisen. Hierdurch kann das Messsignal zur Ansteuerung des MMIC-Steuereinheit verwendet werden. Das Messsignal kann dabei in ein analoges Signal gewandelt werden, welches weiterverarbeitet werden kann.
-
Bevorzugt kann die Sendeleistung in acht diskreten Stufen eingestellt werden. Somit kann eine ausreichende Genauigkeit gewährleistet sein.
-
Hierbei ist der Mulitplexer (MUX) mit der MMIC-Steuereinheit verbunden und mittels der MMIC-Steuereinheit ansteuerbar. Hiermit kann ein Soll-Wert für die Sendeleistung, die mittels der MMIC-Steuereinheit in die Leistungseinheit eingespeist wird, gleichzeitig in den Multiplexer eingespeist werden, ein Soll-Wert-/Ist-Wert-Vergleich durchgeführt werden und das Ergebnis dieses Vergleichs in die DSP eingespeist werden und durch die SPI an die MMIC-Steuereinheit zur Ansteuerung der Leistungseinheit weiter vermittelt werden. Somit ist eine Nachführung der Sendeleistung mittels des Messsignals ermöglicht.
-
Das Verfahren zum Betreiben eines Radargerätes, insbesondere zur Überwachung der Sendeleistung des Radargerätes weist die Anwendung einer monofrequenten Schaltsequenz auf das Sendesignal auf und die Detektion der Frequenz der Schaltsequenz im Empfangszweig. Hiermit kann zuverlässig festgestellt werden, ob eine vorgesehene Nachregelung der Sendeleistung auch tatsächlich erfolgt ist. Die Nachregelung kann hierbei auf unterschiedliche Art und Weise erfolgt sein. Sie kann einerseits mittels einer im Radargerät einprogrammierten Funktion zur Regelung der Sendeleistung, beispielsweise einer Temperatur-Sendeleistungs-Funktion oder durch aktives Nachfahren auf Grund der Analyse der erzeugten Sendeleistung des Sendesignals erfolgen. Hierdurch kann die Einstellbarkeit der Sendeleistung des Radargerätes zuverlässig verifiziert und überprüft werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass ein Verfahren geschaffen wurde, mittels dem eine konstante Sendeleistung sichergestellt sein kann. Insbesondere kann eine konstante Sendeleistung über den gesamten spezifischen Temperaturbereich des Radargerätes im Betreib sichergestellt sein.
-
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird mittels einer Messung einer Sendesignalleistung vor dem Abstrahlen des Sendesignals ein Messsignal erzeugt und die Verwendung des Messsignals der gemessenen Sendesignalleistung zur Steuerung und Regelung der Sendesignalleistung verwendet. Dies ermöglicht eine explizite Rückmessung der aktuell anliegenden Sendeleistung. Somit kann die Messfähigkeit der Sendeleistung zuverlässig verifiziert und überwacht werden.
-
Bevorzugt kann ein Hardwareausfall mittels der Analyse des Messsignals erkannt werden, insbesondere indem ein Ausbleiben des Messsignals des Leistungssensors registriert wird. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren eine Ergänzung der Diagnose eines Hardwareausfalls mittels des Diagnosemoduls „Kanalausfall“ der eingangs zitierten
DE 10 2011 055 693 A1 sein. Durch die Detektion des Messsignals kann ein Hardwareausfall ausgeschlossen werden. Es kann sowohl ein Hardware-Defekt im Sendezweig, wie auch im Empfangszweig erkannt werden.
-
Bevorzugt kann hierbei ein Hardwareausfall festgestellt werden kann, indem ein Ausbleiben der Schaltsequenz im Empfangskanal detektiert wird.
-
Im Einzelnen kann das Verfahren zur Messfähigkeit der Sendeleistung die folgenden Schritte umfassen:
- – Erzeugen eines Sendesignals mit einer Sendefrequenz und einer Sendesignalleistung in einer Leistungseinheit eines Radargerätes,
- – Messen der Sendesignalleistung mit einem Leistungssensor,
- – Vergleichen der gemessenen Signalleistung mit der eingestellten Signalleistung (Soll-/Ist-Wert-Vergleich),
- – Falls eine Differenz zwischen der Ist- und der Soll-Sendesignalleistung detektiert wird, Nachregeln der Sendesignalleistung auf den Sollwert.
-
Das Sendesignal weist neben der konstanten 24 GHz VCO-Frequenz eine amplitudenmodulierten Komponente bei Frequenzen oberhalb und unterhalb der VCO-Frequenz auf, wobei die Abstände dieser Frequenzen von VCO +/–N × 10 kHz, N = 1, 2, 3, .... betragen. Die Sendesignalleistung wird bevorzugt zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert alterniert, wobei die Sendefrequenz selbst fest eingestellt ist. Eine typische Dauer einer einzelnen eingestellten Sendeleistung beträgt 50 µs.
-
Das Verfahren umfasst bevorzugt nach der Detektion der Messsignale durch den Leistungssensor eine Fouriertransformation. Dies erlaubt eine Analyse des Messsignals und ein Herausfiltern einzelner Frequenz-Komponenten.
-
Bei dem Verfahren kann ein außerdem Hardwareausfall mittels des Messsignal erkannt werden, indem ein Ausbleiben des Messsignals registriert wird.
-
Hierbei ist vorteilhaft, dass die abgestrahlte Sendeleistung sehr zuverlässig und unabhängig von der Sensorumgebung überwacht werden kann. Außerdem kann die Sendeleistung angepasst eingestellt werden, also immer dann, wenn sich die Sendeleistung auf Grund von Umgebungseinflüssen wie einer Temperaturänderung verändert hat, kann dies zuverlässig erfasst und detektiert werden und die Leistungseinheit kann nachgeführt und nachgeregelt werden. Somit kann eine konstante Sendesignalleistung erreicht werden, insbesondere über einen weiten Temperaturbereich. Im Vergleich zu den fest einprogrammierten Nachfahralgorithmen der bekannten Radargeräte, kann mit dem neuen Verfahren auch bei einem Ausfall von Hardware oder einem Hardwaredefekt, dieser zuverlässig erkannt werden.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren der Zeichnung und durch die Unteransprüche gegeben.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Radargerät der Generation 2.0 der Anmelderin,
-
2 ein Diagramm, welches eine Abhängigkeit einer Sendeleistung eines Radargerätes von einer Umgebungstemperatur darstellt,
-
3 ein Aufbau eines Radargerätes der Generation 3.0 und 3.5 der Anmelderin,
-
4 ein Schema einer Schaltsequenz in einem Diagnosezyklus,
-
5 ein Diagramm eines Messsignals eines Empfangskanals,
-
6 ein Diagramm einer Spannung, die dem Messsignal der Sendeleistung entspricht.
-
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
-
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau eines Radargerätes 1. Das Radargerät 1 hat beispielsweise den Aufbau eines an sich bekannten Radargerätes der Generation 2.0 der Anmelderin. Das Radargerät 1 wird auch als Radarsensor 1 bezeichnet. Das Radargerät 1 weist einen Sendezweig 2 und einen Empfangszweig 3 mit mindestens zwei Empfangskanälen 3a und 3b auf. Ferner ist ein Steuerzweig 4 vorgesehen. Der Steuerzweig 4 weist eine Ansteuereinrichtung 5 (externe MMIC-Steuerung: Monolithic Microwave Integrated Circuit) für einen Hochfrequenzschaltkreis 6, insbesondere MMIC 6 (monolithischer Mikrowellen-Schaltkreis, Monolithic Microwave Integrated Circuit) auf, der einen spannungsgesteuerten Oszillator 7, bevorzugt einen 24 GHz-VCO-Oszillator (VCO: Voltage Controlled Oszillator) und einige Peripheriekomponenten, insbesondere eine Leistungseinheit 8 aufweist. Im Sendezweig 2 ist ferner ein DAC (Digital Analog Converter) 9 angeordnet. Im Empfangskanalzweig 3 ist in jedem der Empfangskanäle 3a, 3b jeweils ein LNA (LAN: Low Noise Amplifier) 10 (LNA 10a, LNA 10b), ein Mischer 11 (Mischer 11a, Mischer 11b) und ein Bandpassfilter 12 (Bandpassfilter 12a, Bandpassfilter 12b) angeordnet.
-
Der Steuerungszweig 4, der Sendezweig 2 und der Empfangszweig 3 sind mit einem DSP (Digital Signal Processor) 13 verbunden, wobei der Steuerungszweig 4 mit einer SPI 1-Schnittstelle 14, der Sendezweig mit einem SPI 2-Schnittstelle 15 und der Empfangszweig 3 mit einem Analog Digital Converter 16 (ADC: Analog Digital Converter) des DSP 13 verbunden ist.
-
2 zeigt die in der Leistungseinheit 8 erzeugte Sendeleistung PTx in dBm aufgetragen auf der y-Achse 17 als Funktion der Temperatur in °C, die auf der x-Achse 18 aufgetragen ist. Die Temperatur ist die Temperatur des MMIC 6 und damit die Umgebungstemperatur eines Radarsensors 1. Bei 0° C beträgt die Sendeleistung ca. 20 dBm und steigt bei niedrigeren Temperaturen bis auf 22 dBm bei –40°C. Zu höheren Temperaturen sinkt die Sende leistung auf ca. 19 dBm ab. Bei der Referenztemperatur von 20°C wird ein S endesignal mit einer Sendeleistung von 19 dBm erzeugt. Im Betrieb ist ein Temperatursensor (nicht gezeigt in 1) auf einer Hauptplatine angeordnet und misst kontinuierlich die Temperatur. Der Steuerspannungswert wird aus der Temperaturdifferenz zur Referenztemperatur von 20°C sowie dem Referenzspannungswert bei 20°C ermittelt. Bevorzugt wird hierbei als Näherungsfunktion eine quadratische Funktion gewählt, welche die in 2 dargestellte Temperaturabhängigkeit gut widerspiegelt. Diese Näherungsfunktion weist drei Koeffizienten auf, die in der Software des DSP 13 gespeichert sind.
-
Wünschenswert ist es, eine konstante Sendeleistung von 20 dBm für den laufenden Betrieb des Radarsensors 1 abzustrahlen. Aus diesem Grund wird eine MMIC-Steuerspannung im Betrieb in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur eingestellt. Die in 2 gezeigte Abhängigkeit der Sendeleistung von der Temperatur ist hierfür die Grundlage für die Nachführung der Sendeleistung mittels der MMIC-Steuerspannung.
-
3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Radargerätes 20. Das Radargerät 20 ist ein Radargerät der Generation 3.0 und 3.5 der Anmelderin, das einen Sendezweig 21 zur Sendesignalerzeugung und einen Empfangszweig 22 zur Empfangssignalaufnahme aufweist. Der Empfangszweig 22 weist mindestens zwei Empfangskanäle, hier dargestellt einen ersten Empfangskanal 22a und einen zweiten Empfangskanal 22b auf.
-
Der Sendezweig 21 und der Empfangszweig 22 sind mit einem digitalen Signalprozessor (DSP: Digital Signal Processor) 24 verbunden. Im Verfahren zum Betreiben des Radargerätes 20 ist vorgesehen, das ausgehende Leistungssignal mittels eines Leistungssensors 25 zu messen und ein aufbereitetes Messsignal in eine MMIC-Steuereinheit (Monolithic Microwave Integrated Circuit) 26 eines Hochfrequenz-Schaltkreises (MMIC: Monolithic Microwave Integrated Circuit) 27 einzuspeisen.
-
Der Empfangszweig 22 weist in jedem Empfangskanal 22a und 22b jeweils einen LNA (LNA: Low Noise Amplifier) 28a, 28b und einen Mischer 29a, 29b auf. Der Mischer 29a, 29b ist jeweils mit einem Bandpassfilter 30a, 30b verbunden. Das Empfangssignal kann nach dem Bandpassfilter 30a, 30b in den digitalen Signalprozessor 24 eingespeist werden, wobei das Messsignal in jeweils in einem ADC (Analog Digital Converter) 31a, 31b des DSP 24 in ein digitales Signal gewandelt wird. Der Sendezweig 21 wird über eine Digital-Analog-Converter-Ansteuerung 32 und einen DAC 33 angesteuert. Das Signal wird in den Hochfrequenzschaltkreis 27 eingespeist und in einem VCO (VCO: Voltage Modulated Oszillator) 34 in ein Ansteuersignal für eine Leistungseinheit 35 gewandelt. Der VCO 34 weist einen Hochfrequenz-Oszillator, insbesondere einen 24 GHz-Oszillator auf. An einem Ausgang 36 der Leistungseinheit 35 liegt ein frequenzmoduliertes, abzustrahlendes Sendesignal an, welches über eine Sendeantenne 37 abgestrahlt werden kann. Zwischen der Leistungseinheit 35 und der Sendeantenne 37 ist eine Verbindung 38 zum Leistungssensor 25 angeordnet, sodass das abzustrahlende Sendesignal direkt gemessen werden kann. Das Messsignal wird hierbei in eine analoge Messspannung umgewandelt. Das Messsignal kann in einem mit dem Leistungssensor 25 verbundenen Multiplexer 39 eingespeist werden. Der Ausgang von Multiplexer 39 ist mit einem ADC (ADC: Analog Digital-Converter) 40 des Signalprozessors 24 verbunden, mittels dem das Messsignal in den Signalprozessor 24 eingespeist werden kann und zur Ansteuerung der MMIC-Ansteuereinheit 26 zur Verfügung steht. Die Ansteuerung der MMIC-Ansteuereinheit erfolgt über eine dem Signalprozessor 24 zugeordnete Schnittstelle 41 (SPI: Signal Prozessor Interface). Die MMIC-Steuerungseinheit 26 ist sowohl mit dem Multiplexer 39 verbunden, als auch mit dem Sendezweig, insbesondere mit der Leistungseinheit 35. Der Multiplexer 39 kann hierbei durch die MMIC-Ansteuereinheit 26 konfiguriert werden. Die abzustrahlende Leistung kann mittels einer analogen Eingangsspannung an der Leistungseinheit 35 die Sendeleistung um etwa 10 dB variieren.
-
Das Radargerät 20, welches in 3 dargestellt ist unterscheidet sich neben der zusätzlichen Komponente des Leistungssensors 25 auch durch einen höheren Integrationsgrad des MMIC 27. Die LNAs 28a und 28b und die Mischer 29a und 29b des Empfangszweiges 22 sind auf dem MMIC 27 integriert. Die auf dem MMIC 27 integrierte MMIC-Steuerungseinheit 26 kann außerdem direkt durch die SPI 41 des DSP 24 programmiert und angesteuert werden. Es können zusätzlich mehrere MMIC-Module (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die durch den DSP 24 konfiguriert werden können. Hierdurch ist die Sendeleistung des Radargerätes 20 in acht diskreten Stufen einstellbar, wodurch eine Kompensation einer verstellten oder durch Drift geänderten Sendeleistung erfolgen kann analog der fest programmierten Einstellung der Sendeleistung mittels der im DSP 14 abgelegten Temperatur-Sendeleistungs-Kurve. Eine solche einprogrammierte Kurve ist in DSP 24 nicht erforderlich, da die Sendeleistung hier direkt gemessen werden kann.
-
4 zeigt ein beispielhaftes Schema von einstellbaren Sendeleistungsstufen mit maximalen Werten 42 und mit minimalen Werte 43. Die Sendeleistung des Sendesignals kann somit zwischen der minimalen Leistung 43 und der maximalen Leistung 42 alternieren. Das Sendesignal hat neben der vorab durch den VCO 34 eingestellten konstanten VCO-Frequenz von 24 GHz eine amplitudenmodulierte Komponente bei Frequenzen oberhalb und unterhalb der VCO-Frequenz aufweisen. Die Abstände der maximalen und der minimalen Frequenz des Sendesignals von der eingestellten VCO-Frequenz (24 GHz) sind hierbei ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz der Schaltsequenz, hier +/–N·10 kHz, mit N = 1, 2, 3, ....
-
Das auf diese Weise modulierte Sendesignal kann teils durch direkte Überkopplung zwischen der Sendeantenne 37 und Empfangsantennen 44a und 44b (für zwei Empfangskanäle) und teils durch Reflexion am Random des Sensors (nicht gezeigt) in die Empfangskanäle 22a und 22b eingespeist werden und mit dem modulierten VCO-Signal oder dem unmodulierten Signal des VCO in das Basisband gemischt werden. Die so entstehenden Basisbandsignale enthalten in beiden Fällen neben vom Mischer abhängigen Gleichanteilen bei der intakten Schaltbarkeit der Sendeleistung gerade die eingestellten Frequenzen bei +/–N·10 kHz, N = 1, 2, 3, ....
-
Diese Messsignale können nach dem Durchlaufen der Bandpassfilter 30a und 30b durch den ADC 31a und 31b des DSP 24 abgetastet und durch eine spezielle Signalverarbeitung analysiert werden.
-
5 zeigt ein mittels einer Empfangsantenne 44 aufgenommenes, beispielhaftes Messsignal 45 des Empfangskanals 22a, 22b des Radargerätes 20. Das Messsignal 45 ist ein frequenzmoduliertes Signal und weist eine Amplitude 46 auf, die eine Leistung P des Messsignals 45 beschreibt und auf der y-Achse 47 als Funktion der Zeit aufgetragen ist, wobei die Zeit t auf der x-Achse 49 aufgetragen ist. Ferner weist das Messsignal 45 eine Alternierungsfrequenz 48. Die Alternierungsfrequenz 48 der Amplitude 46 entspricht der eingestellten Frequenz von 10 kHz. Durch die Alternierung des Messsignals 45 zwischen einem Maximum und einem Minimum, entsprechend dem Maximum 42 und dem Minimum 43 der Schaltsequenz der Sendeleistung, weist das Signal eine große Dynamik auf, die eine robuste Detektion des Frequenzanteils ermöglicht. Unter robuster Detektion ist hierbei zu verstehen, dass die Detektion nicht störanfällig ist. Das Messsignal 45 kann mittels Anwendung einer Fouriertransformation bearbeitet und analysiert werden.
-
Ein Ausfall einer Hardwarekomponente, beispielsweise eines Defekts, durch den die Sendeleistung nicht mehr veränderbar, insbesondere schaltbar ist (Leistungseinheit 35), kann durch die Analyse des Messsignals 45 detektiert werden. Die Schaltfrequenz, die in 4 dargestellt ist, würde bei einem Hardwareausfall im Messsignal 45 der Empfangskanäle 22 entfallen.
-
6 zeigt eine Darstellung ein Messsignal 50 des Leistungssensors 25, welches eine Spannung 51 auf der y-Achse 52 als Funktion der Zeit 53 aufgetragen auf seiner x-Achse 54 zeigt, die der Sendeleistung des Messsignals 50 entspricht. Die Detektion einer Schaltsequenz des Messsignals 50 kann hierbei mittels einer Fouriertransformation des Messsignals 50 erfolgen. Ist die Messfähigkeit der Sendeleistung gegeben, so kann im Spektrum des Messsignals 50 eine starke Frequenzkomponente bei der Alternierungsfrequenz der Sendeleistung, beispielsweise 10 kHz, erfasst werden. Ist eine Messfähigkeit des Signals – das heißt, wenn kein Messsignal mehr durch den Leistungssensor 25 gemessen wird, bedingt beispielsweise durch einen Hardware-Defekt oder Ausfall einer Hardware-Komponente des MMIC 27, ist in dem Messsignal 50 der Anteil der in 4 dargestellten Schaltsequenz nicht mehr sichtbar.
-
Somit ist ein Verfahren zum Betreiben des Radargerätes 1, 20 mit einem zweistufigen Diagnosekonzept realisiert, welches sowohl die Diagnose der Verstellbarkeit der Sendeleistung (für Radargeräte 1, 20 der Konfigurationen von 1 und 3) als auch die Überwachung der Messfähigkeit der Sendeleistung (für Radargeräte 20 der Konfiguration von 3) erlaubt.
-
Dieses zweistufige Diagnosekonzept soll im Folgenden an Hand der einzelnen Verfahrensschritte näher erläutert werden. Zur Diagnose der Verstellbarkeit der Sendeleistung des Ausgangssignals wird ein Diagnose- und/oder Kalibrierzyklus gefahren. Der Diagnosezyklus ist typischerweise 56 ms lang. Während des Diagnose- und/oder Kalibrierzyklus erfolgt keine durch Radarsignal basierte Abtastung der Fahrzeugumgebung. Der Diagnose- und/oder Kalibrierzyklus dient der Frequenzkalibrierung und der Sensor-Eigendiagnose. Im ersten Verfahrensschritt wird eine konstante Sendefrequenz eingestellt. Die Einstellung der konstanten Sendefrequenz erfolgt über den DAC 9, 33, der vom DSP 13, 24 angesteuert wird. Die Sendeleistung mit der am VCO 7, 34 eingestellten, konstanten Sendefrequenz von beispielsweise 24 GHz alterniert zwischen dem Minimalwert 43 und dem Maximalwert 42. Die Schaltsequenz hierzu ist in gezeigt. Das Sendesignal weist neben der konstanten Frequenz im Bereich von 24 GHz eine amplitudenmodulierte Komponente bei Frequenzen ober- und unterhalb der VCO-Frequenz auf. Die Abstände der Frequenzen ober- bzw. unterhalb der VCO-Frequenz betragen ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz der Schaltsequenz von: +/–N·10 kHz, wobei N = 1, 2, 3, ... beträgt.
-
Das so modulierte Signal wird mittels der Sendeantenne 37a bzw. entsprechend in 1 abgestrahlt, mittels der Empfangsantenne 44 bzw. entsprechend in 1 aufgenommen. Hierbei kann das Sendesignal direkt durch Überkopplung zur Empfangsantenne 44 bzw. entsprechend in 1 gelangen oder als am Random des Radargerät 1, 20 gestreut sein. Das Empfangssignal wird im jeweiligen Mischer 11a, 11b (Radargerät 1) und 29a, 29b (Radargerät 20) in das Basisband gemischt, wobei bei dem Radargerät 1 der Generation 2.0 das MMIC-interne Mischersignal moduliert ist und bei dem Radargerät 20 der Generation 3.0 das Signal unmoduliert ist. Die Basisbandsignale enthalten in beiden Fällen neben den vom Mischer abhängigen Gleichanteilen die Frequenzanteile, die durch die Schaltsequenz eingestellt sind (+/–N·10 kHz, N = 1, 2, 3, ..). Nach Durchlaufen des jeweiligen Bandpassfilters 12a, 12b (Radargerät 1) und 30a, 30b (Radargerät 20) wird das jeweilige Messsignal (das Messsignal betrifft hierbei das Empfangssignal nach dem Mischer und dem Bandpassfilter) mittels des im DSP 13 (Radargerät 1) und 24 (Radargerät 20) angeordneten ADCs 16 (Radargerät 1) und 31a, 31b (Radargerät 20) abgetastet und durch intern gespeicherte Programme analysiert. Ein derartiges Messsignal ist in für ein Radargerät 20 gezeigt. Die Alternierungsfrequenz der Amplitude 46 entspricht der Frequenz von 10 kHz. Die gespeicherten Programme zur Analyse des Messsignals weisen bevorzugt eine Fouriertransformation auf.
-
Ist durch einen Hardwaredefekt beispielsweise die Schaltbarkeit der Sendeleistung nicht gegeben, fehlen diese Frequenzanteile von 10 kHz. Insbesondere kann erkannt werden, ob in einem der Empfangskanäle 3a, 3b (Radargerät 1) oder 22a, 22b (Radargerät 20) eine der Komponenten LNA 10a, 10b oder 28a, 28b, Mischer 11a, 11b oder 29a, 29b, Bandpassfilter 12a, 12b oder 30a, 30b defekt ist, da in diesem Fall das Empfangssignal nicht als Messsignal an dem ADC 16 oder 31a, 31b des DSP 13 oder 24 anliegen würde. Wenn das Empfangssignals Messsignal am jeweiligen ADC 16 oder 31a, 31b anliegt kann umgekehrt die Schlussfolgerung getroffen werden, dass die Empfangskanäle 3a, 3b oder 22a, 22b funktionstüchtig sind und ein Ausfall kann ausgeschlossen werden.
-
Ein zweiter Teil des Betriebskonzeptes weist den zweiten Teil des Diagnosekonzeptes auf, mittels dem die Sendeleistung des Radargerätes 20 überwacht und nachgeregelt werden kann. Die Überwachung kann hierbei unabhängig von einer Temperaturmessung mittels eines Temperatursensors wie in den Radargeräten 1 der Generation 2.0 erfolgen. Die Sendeleistung wird hierbei direkt gemessen und zwar insbesondere bevor das Sendesignal abgestrahlt wird. Die Messung erfolgt mittels eines Leistungssensors 25, der zwischen der Leistungseinheit 35 und der Sendeantenne 37 angeordnet ist. Insbesondere kann die Messung der Sendeleistung parallel zum ersten Teil des Diagnosekonzeptes erfolgen. . Während des Durchfahrens der in 4 gezeigten Schaltsequenz zwischen dem Maximalwert 42 und dem Minimalwert 43 der Sendeleistung wird das Analogsignal des auf dem MMIC 27 integrierten Leistungssensors 25 über den Multiplexer 39 dem ADC 40 des DSP 24 zugeführt. Hierzu weist der MMIC 27 einen separaten PIN (nicht gezeigt in 3) auf. Im DSP 24 wird das Leistungsmesssignal mit einer Abtastrate von beispielsweise 40 kHz abgetastet. Das entstehende Signal ist beispielsweise das in gezeigte Spannungssignal 50. Die Alternierungsfrequenz 48 entspricht hierbei genau der Schaltsequenz des Sendesignals. Die Analyse des Leistungsmesssignals kann eine Fouriertransformation umfassen.
-
Ist eine Messfähigkeit des Sendesignals gegeben, so ist im Leistungsmesssignal eine starke Frequenzkomponente bei der Alternierungsfrequenz der Sendeleistung, beispielsweise die bereits erwähnten 10 kHz gegeben. Ist die Messfähigkeit des Sendesignals nicht gegeben, dies kann beispielsweise durch einen Defekt in der Hardware, beispielsweise der Leistungseinheit bedingt sein, so entfällt der Anteil der Schaltsequenz in der in 6 dargestellten Messsignal 50.
-
Insgesamt ist auf Grund der großen Dynamik zwischen dem Minimalwert 43 und dem Maximalwert 42 eine störungsunanfällige Diagnose der Sendeleistung gewährleistet und eine robuste Diagnose der Messfähigkeit der Sendeleistung des Radargerätes.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Radargerät
- 2
- Sendezweig
- 3
- Empfangszweig
- 4
- Steuerungszweig
- 5
- MMIC-Steuerungseinheit
- 6
- Monolithic Microwave Integrated Circuit: MMIC
- 7
- Spannungsgesteuerter Oszillator: VCO
- 8
- Leistungseinheit
- 9
- Digital Analog Converter: DAC
- 10a, 10b
- Low Noise Amplifier: LNA
- 11a, 11b
- Mischer
- 12a, 12b
- Bandpassfilter
- 13
- Digitaler Signalprozessor: DSP
- 14
- Signalprozessorschnittstelle: SPI 1
- 15
- Signalprozessorschnittstelle: SPI 2
- 16
- Analog Digital Converter: ADC
- 17
- y-Achse von 2, Leistung PTX 18 x-Achse von 2, Temperatur
- 20
- Radargerät der Generation 3.0, 3.5
- 21
- Sendezweig
- 22
- Empfangszweig
- 24
- Digitaler Signalprozessor: DSP
- 25
- Leistungssensor
- 26
- MMIC-Steuereinheit
- 27
- Monolithic Microwave Integrated Circuit: MMIC
- 28a, 28b
- Low Noise amplifier: LAN
- 29a, 29b
- Mischer
- 30a, 30b
- Bandpassfilter
- 31a, 31b
- Analog Digital Converter: ADC
- 32
- DAC-Ansteuerung
- 33
- Digital Analog Converter: DAC
- 34
- Spannungsgesteuerter Oszillator: VCO
- 35
- Leistungseinheit
- 36
- Ausgang der Leistungseinheit
- 37a
- Sendeantenne
- 38
- Leitung zwischen Leistungseinheit 35 und Leistungssensor 25
- 39
- Multiplexer
- 40
- Analog Digital Converter: ADC
- 41
- Signalprozessorschnittstelle: SPI
- 42
- Maximalwert
- 43
- Minimalwert
- 44
- Empfangsantenne
- 45
- Messsignal
- 46
- Amplitude des Messsignals 45
- 47
- y-Achse von 5
- 48
- Frequenzanteil des Messsignals 45
- 49
- x-Achse von 5, Zeit t
- 50
- Messsignal, Spannungs-Messsignal
- 51
- Amplitude des Messsignals 50
- 52
- y-Achse von 6
- 53
- Frequenzanteil des Messsignals 50
- 54
- x-Achse von 6, Zeit t
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011055693 A1 [0005, 0021]
