DE102019127936A1

DE102019127936A1 - Hf-dac-digital-signal-modulation

Info

Publication number: DE102019127936A1
Application number: DE102019127936.4A
Authority: DE
Inventors: Niels Christoffers; Sanaz Hadipour Abkenar; Soumya Krishnapuram Sireesh; Christoph Wagner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-04-23
Also published as: US20200124712A1; US11086004B2

Abstract

Radarfrequenzbereichssignale (z. B. 1 bis 100 Gigahertz) werden häufig durch Aufwärtswandeln einer Referenzfrequenz zu einer Sendefrequenz erzeugt, und ein Empfangssignal kann abwärtsgewandelt werden, um über die Sendung codierte Information via Modulation zu analysieren. Modulation kann via einem fraktionellen Frequenzteiler in einer Phasenregelschleife erreicht werden, aber fraktionelle Störsignale können das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis reduzieren. Zusätzlich kann der Rampenanstieg aufgrund eines Phasenregelschleife-Momentums variieren. Stattdessen kann ein Taktgenerator Taktsignale für ein digitales Frontend erzeugen, umfassend einen digitalen Signalmodulator, der modulierte digitale Werte erzeugt, umfassend Quadraturrepräsentationen eines Radar-Modulationssignals, die durch einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler (HF-DAC) codiert sind. Das HF-DACanaloge Signal kann zu einer Radarfrequenz aufwärtsgewandelt und gesendet werden. Ein Empfänger kann eine Reflexion der Radarsendung empfangen, abwärtswandeln und analysieren, z. B. um eine Entfernungsdetektion basierend auf einer durch die Radarsendung codierten Frequenzrampe auszuführen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Signalverarbeitung und insbesondere auf die Modulation von Radarsignalen.
HINTERGRUND
Innerhalb des Gebiets der Signalverarbeitung können an vielen Szenarien die Erzeugung, Sendung, Detektion und/oder Analyse von Signalen in dem Radarfrequenzbereich, wie beispielsweise 1 Gigahertz bis 100 Gigahertz, beteiligt sein. Signale in diesem Bereich (Entfernung) können erzeugt (produce) werden durch Erzeugen (generate) einer Referenzfrequenz unter Verwendung eines Oszillators, wie beispielsweise eines Kristall- oder eines digital gesteuerten Oszillators (DCO; Digitally Controlled Oscillator), und durch Anwenden einer Frequenzaufwärtswandlung, z. B. durch Mischen eines Signals bei einer anfänglichen (niedrigen) Frequenz mit einer Mischfrequenz, um ein höherfrequentes Signal bei ungefähr der Summe aus der anfänglichen Frequenz und der Mischfrequenz zu erzeugen (produce). Das Anwenden einer Anzahl von Frequenzaufwärtswandlungsstufen kann eine Übersetzung des Referenzfrequenzsignals in ein Radarfrequenzsignal ermöglichen, das durch einen Leistungsverstärker verstärkt und via einer Antenne gesendet werden kann. In entsprechender Weise kann ein bei einer Radarfrequenz detektiertes Radarsignal empfangen und durch eine Anzahl von Abwärtswandlungsstufen übersetzt werden, z. B. durch Mischen eines Signals bei einer anfänglichen (hohen) Frequenz und einer Mischfrequenz, um ein niederfrequentes Signal bei ungefähr der Differenz aus der anfänglichen Frequenz und der Mischfrequenz zu erzeugen. Die Abwärtswandlung kann ermöglichen, dass das Empfangssignal in eine niedrige Frequenz übersetzt wird, die zur Analyse geeignet ist.
Bei vielen Szenarien codiert das erzeugte Signal Information durch Modulation, wie beispielsweise Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation und/oder Phasenmodulation. Die Radarsendung stellt einen Träger für die Information bei einem Radarfrequenzbereich bereit, und das Empfangssignal kann in eine niedrigere Frequenz übersetzt werden, um eine Detektion der durch das Radarträgersignal codierten Information zu ermöglichen. Als beispielhafte Anwendung werden Radarsignale häufig zur Entfernungsdetektion verwendet, z. B. durch Senden eines Radarsignals, Empfangen einer Reflexion des gesendeten Radarsignals und Multiplizieren der Sende-Laufzeit (Sende-Time-of-Flight) mit der Sendegeschwindigkeit durch das Medium. Wenn das Radarsignal ununterbrochen gesendet wird, hängt das Korrelieren des gesendeten periodischen Signals mit der empfangenen Reflexion des periodischen Signals von der Signalmodulation ab. Eine derartige Modulationstechnik ist eine frequenzmodulierte Dauerstrich- (FMCW; Frequency-Modulated Continuous-Wave) Radar-Entfernungsmessung, bei der die Frequenz des gesendeten Radarsignals über einen Frequenzbereich Rampen verursacht. Ein Korrelieren der Rampenfrequenz des Sende- mit der Rampenfrequenz des Empfangs-Signals ermöglicht eine präzise Laufzeitbestimmung und eine entsprechend präzise Entfernungsbestimmung.
ZUSAMMENFASSUNG
Es kann ein Bedarf bestehen zum Bereitstellen eines verbesserten Konzeptes für ein Verfahren zum Detektieren einer Entfernung bei einer Radarfrequenz, einen Radarmodulationssignalgenerator und eine Rampengeneratorvorrichtung.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.
Diese Zusammenfassung ist bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form einzuführen, die unten in der detaillierten Beschreibung ferner beschrieben sind. Diese Zusammenfassung soll keine Schlüsselfaktoren oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, und soll auch nicht verwendet werden, um den Schutzbereich des beanspruchten Gegenstandes einzuschränken.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Detektieren einer Entfernung bei einer Radarfrequenz bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Ausführen einer Übersetzung eines Zeitgebungssignals in ein analoges Signal durch: Erzeugen eines ersten digitalen Wertes und eines zweiten digitalen Wertes, die Quadraturrepräsentationen eines Radarmodulationssignals sind, gemäß dem Zeitgebungssignal, und Übersetzen des ersten digitalen Wertes und des zweiten digitalen Wertes mit einem Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, um das analoge Signal zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner ein Anwenden der Übersetzung um ein Sendesignal bei der Radarfrequenz zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner ein Vergleichen des Sendesignals und eines Empfangssignals, umfassend eine Reflexion des Sendesignals, um eine Entfernung zu bestimmen.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen des Zeitgebungssignals mit einer Phasenregelschleife, umfassend einen ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteiler.
Wiederum optional umfasst das Radarmodulationssignal ferner eine Frequenzrampe.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Radarmodulationssignalgenerator bereitgestellt, der eine Phasenregelschleife umfasst, die ein Zeitgebungssignal bereitstellt. Der Radarmodulationssignalgenerator umfasst ferner einen Taktgenerator, der das Zeitgebungssignal in ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal übersetzt. Der Radarmodulationssignalgenerator umfasst ferner einen digitalen Signalmodulator, der, bei dem ersten Taktsignal, einen ersten digitalen Wert und einen zweiten digitalen Wert erzeugt, die Quadraturrepräsentationen eines Modulationssignals bei einer Modulationsfrequenz sind. Der Radarmodulationssignalgenerator umfasst ferner einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, der unter Verwendung des zweiten Taktsignals den ersten digitalen Wert und den zweiten digitalen Wert umwandelt, um ein Hochfrequenzsignal zu erzeugen. Der Radarmodulationssignalgenerator umfasst ferner einen Sender, der ein Sendesignal bei der Radarfrequenz basierend auf dem Hochfrequenzsignal erzeugt. Der Radarmodulationssignalgenerator umfasst ferner einen Empfänger, der eine Reflexion des Sendesignals empfängt. Der Radarmodulationssignalgenerator umfasst ferner einen Entfernungsbestimmer, der die Reflexion und das Hochfrequenzsignal vergleicht, um eine Entfernung zu bestimmen.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Radarmodulationssignalgenerator, umfassend eine Phasenregelschleife, die ein Zeitgebungssignal bereitstellt; einen Taktgenerator, der das Zeitgebungssignal in ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal übersetzt; einen Radarmodulator, der, bei dem ersten Taktsignal, einen ersten digitalen Wert und einen zweiten digitalen Wert erzeugt, die Quadraturrepräsentationen eines Modulationssignals bei einer Modulationsfrequenz sind; einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, der unter Verwendung des zweiten Taktsignals den ersten digitalen Wert und den zweiten digitalen Wert umwandelt, um ein analoges Signal zu erzeugen; einen Sender, der ein Sendesignal bei der Radarfrequenz basierend auf dem analogen Signal erzeugt; einen Empfänger, der eine Reflexion des Sendesignals empfängt; und einen Entfernungsbestimmer, der die Reflexion und das Sendesignal vergleicht, um eine Entfernung zu bestimmen.
Optional umfasst die Phasenregelschleife ferner einen ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteiler, der das Zeitgebungssignal gemäß einem ganzzahligen Frequenzvervielfacher erzeugt.
Wiederum optional übersetzt der Taktgenerator ferner das Zeitgebungssignal in ein Sende-Aufwärtswandlungs-Taktsignal; und der Sender erzeugt das Sendesignal durch Mischen des Hochfrequenzsignals mit einer Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz gemäß dem Sende-Aufwärtswandlungs-Taktsignal.
Optional erzeugt das Mischen des Hochfrequenzsignals mit der Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz das Sendesignal bei einer Sendefrequenz, die ein nichtganzzahliges fraktionelles Vielfaches einer Zeitgebungssignalfrequenz des Zeitgebungssignals, erzeugt durch die Phasenregelschleife, ist.
Wiederum optional übersetzt der Taktgenerator das Zeitgebungssignal ferner in ein Zwischen-Aufwärtswandlungs-Taktsignal; und der Sender erzeugt ferner das Sendesignal durch Mischen des Hochfrequenzsignals mit einer Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz gemäß dem Aufwärtswandlungs-Taktsignal, um ein Zwischensignal bei einer Zwischenfrequenz zu erzeugen; und Mischen des Zwischensignals mit der Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz gemäß dem Sende-Aufwärtswandlungs-Taktsignal.
Optional ist die Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz aus einem Frequenzbereich von 20 Gigahertz bis 60 Gigahertz ausgewählt; und die Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz ist aus einem Frequenzbereich von 10 Gigahertz bis 20 Gigahertz ausgewählt.
Wiederum optional umfasst der Radarmodulationssignalgenerator ferner einen Bildunterdrückungsfilter, der das Zwischensignal filtert, um ein Niederfrequenzbild zu unterdrücken.
Optional erzeugt das Mischen des Hochfrequenzsignals mit der Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz das Zwischensignal mit dem Niederfrequenzbild in einem Frequenzbereich, zentriert bei einer Frequenzdifferenz zwischen der Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz und der Modulationsfrequenz.
Wiederum optional vergleicht der Entfernungsbestimmer die Reflexion und das Hochfrequenzsignal durch Mischen der Reflexion des Sendesignals mit dem Hochfrequenzsignal.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Rampengeneratorvorrichtung bereitgestellt, die eine Phasenregelschleife umfasst, die ein Zeitgebungssignal bereitstellt. Die Rampengeneratorvorrichtung umfasst ferner einen Taktgenerator, der das Zeitgebungssignal in ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal übersetzt. Die Rampengeneratorvorrichtung umfasst ferner einen digitalen Rampengenerator, der, bei dem ersten Taktsignal, einen ersten digitalen Wert und einen zweiten digitalen Wert erzeugt, die Quadraturrepräsentationen eines Rampenmodulationssignals sind. Die Rampengeneratorvorrichtung umfasst ferner einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, der unter Verwendung des zweiten Taktsignals den ersten digitalen Wert und den zweiten digitalen Wert umwandelt, um ein analoges Hochfrequenzrampensignal zu erzeugen.
Optional umfasst die Phasenregelschleife ferner einen ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteiler, der das Zeitgebungssignal gemäß einem ganzzahligen Frequenzvervielfacher erzeugt.
Wiederum optional umfasst der digitale Rampengenerator ferner einen ersten Integrator, der einen zunehmenden digitalen Wert erzeugt; und einen numerisch gesteuerten Oszillator, der die Quadraturrepräsentationen des Rampenmodulationssignals bei Frequenzen erzeugt, die proportional zu dem zunehmenden digitalen Wert sind.
Optional umfasst der numerisch gesteuerte Oszillator ferner einen zweiten Integrator, der den zunehmenden digitalen Wert, der durch den ersten Integrator erzeugt wird, integriert, um einen zyklischen digitalen Wert zu erzeugen; und einen Koordinatenrotationsnummerngenerator, der den ersten digitalen Wert als einen Sinus des zyklischen digitalen Wertes erzeugt; und den zweiten digitalen Wert als einen Cosinus des zyklischen digitalen Wertes erzeugt.
Wiederum optional umfasst der zweite Integrator ferner einen Modulus-Integrator, der den zyklischen digitalen Wert als modulares Integral des zunehmenden digitalen Wertes erzeugt.
Optional arbeitet der erste Integrator bei einem dritten Taktsignal bei einer niedrigeren Frequenz als das erste Taktsignal.
Wiederum optional erzeugt der Taktgenerator das erste Taktsignal bei einer Frequenz, die innerhalb eines Frequenzbereichs von 1 Gigahertz bis 10 Gigahertz ausgewählt ist.
Optional erzeugt der Taktgenerator das zweite Taktsignal bei einer Frequenz, die innerhalb eines Frequenzbereichs von 6 Gigahertz bis 10 Gigahertz ausgewählt ist.
Zur Umsetzung von dem Vorangehendem und zugehöriger Zwecke legen die folgende Beschreibung und beigefügten Zeichnungen bestimmte veranschaulichende Aspekte und Implementierungen dar. Diese zeigen nur einige der verschiedenen Weisen auf, in denen ein oder mehrere Aspekte angewendet werden können. Andere Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale der Offenbarung werden bei Betrachtung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen aus der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung eines beispielhaften Szenarios, das eine Erzeugung und Sendung eines frequenzmodulierten Radarsignals und die Detektion eines reflektierten Signals darstellt, um eine Entfernung zu einem Objekt zu bestimmen.
2 ist eine Darstellung eines beispielhaften Szenarios, das eine Erzeugung und Sendung eines frequenzmodulierten Radarsignals und die Detektion eines reflektierten Signals, um eine Entfernung zu einem Objekt zu bestimmen, gemäß den hierin vorgestellten Techniken darstellt.
3 ist eine Darstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Detektieren einer Entfernung bei einer Radarfrequenz gemäß den hierin vorgestellten Techniken.
4 ist ein Komponentenblockdiagramm, das einen beispielhaften Radarmodulationssignalgenerator gemäß den hierin vorgestellten Techniken darstellt.
5 ist ein Komponentenblockdiagramm, das eine beispielhafte Radargeneratorvorrichtung gemäß den hierin vorgestellten Techniken darstellt.
6 ist ein Komponentenblockdiagramm, das ein beispielhaftes Szenario darstellt, das eine Erzeugung eines modulierten digitalen Signals gemäß den hierin vorgestellten Techniken darstellt.
7A-7C sind Datensätze, die die Erzeugung eines modulierten digitalen Signals unter Verwendung eines Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Codierers mit digitalen Werten, die Quadraturrepräsentationen eines modulierten Radarsignals mit einer variablen Bitauflösung darstellen, gemäß den hierin vorgestellten Techniken darstellen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Der beanspruchte Gegenstand wird nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um durchgehend auf gleiche Elemente Bezug zu nehmen. In der folgenden Beschreibung sind zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein tiefgreifendes Verständnis des beanspruchten Gegenstands bereitzustellen. Es kann jedoch offensichtlich sein, dass der beanspruchte Gegenstand ohne diese spezifischen Details praktisch ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform gezeigt, um das Beschreiben des beanspruchten Gegenstandes zu ermöglichen.
Vorbemerkung
Auf dem Gebiet der Signalverarbeitung können an vielen Szenarien eine Erzeugung, Sendung, Detektion und/oder Verarbeitung eines elektromagnetischen Signals in einem Radarbereich von Frequenzen, wie beispielsweise 1 Gigahertz bis 100 Gigahertz, beteiligt sein. Das Signal kann durch einen Oszillator bei einer Referenzfrequenz erzeugt werden und dann unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken, z. B. Mischen, zu einer Radarfrequenz aufwärtsgewandelt werden, die leistungsverstärkt und durch eine Antenne gesendet wird. Während des Signalerzeugungsprozesses kann eine Form von Modulation angewandt werden, um das Radarsignal anzupassen, das ein variables Element einbettet, das als Information dient, die durch einen Träger bei der Radarfrequenz gesendet werden soll. Als einige Beispiele kann die Modulation Frequenzmodulation über einen Frequenzbereich; Amplitudenmodulation über einen Amplitudenbereich; und/oder Phasenmodulation über die Phase eines periodischen Signals umfassen. Das Senden bei der Radarfrequenz kann durch eine Empfangsantenne detektiert werden, zu einer Frequenz heruntergetastet werden, die empfänglich ist für eine Verarbeitung, und kann bewertet werden, um die Modulation des Signals zu entdecken, das die gesendete Information übermittelt.
1 ist eine Darstellung eines beispielhaften Szenarios 100, bei dem ein Radarsignal verwendet wird, um eine Entfernung 140 zwischen einem Sender 124 und einem Empfänger 132 und einem Objekt 128, das das Radarsignal 126 reflektiert, zu bestimmen, und wobei die Entfernung 140 bestimmt wird basierend auf einer Laufzeit-(Time-of-Flight-) Messung und der Geschwindigkeit des Radarsignals 126 in dem Medium zwischen dem Sender 124 und dem Objekt 128. Bei vielen derartigen Szenarien ist das Radarsignal ununterbrochen (continuous) und periodisch, und zusätzlich zum Empfangen eines Empfangssignals 130, das eine Reflexion des Radarsignals 126 umfasst, muss ein Entfernungsdetektor fähig sein zum Korrelieren der periodischen Zyklen des Empfangssignals 130 mit den gesendeten periodischen Zyklen. Eine derartige Technik ist eine Frequenzmodulierter-Dauerstrich- (FMCW-) Radar-Entfernungsmessung, bei der ein periodisches Radarsignal 126 ununterbrochen gesendet wird, aber wo die Frequenz über eine zunehmende Frequenzrampe und eine abnehmende Periodizität stetig erhöht wird. Die Frequenz des Empfangssignals 130 kann dann mit der Frequenz des gesendeten Radarsignals 126 korreliert werden, um die Laufzeit des Radarsignals 126 zu bestimmen. Derartige Techniken ermöglichen, dass das Radarsignal 126 ununterbrochen gesendet wird, was zu einer Hochauflösungs-Abtastung der Laufzeit führt, die eine präzise Bestimmung der Entfernung 140 des Objekts 128 und optional anderer Eigenschaften, z. B. Geschwindigkeitsvektor (velocity), Beschleunigung, Richtung, sowie das Unterscheiden von Reflexionen von Objekten 128 von falschen Positiven und Rauschen erlaubt.
Wie bei dem beispielhaften Szenario 100 von 1 ferner dargestellt ist, umfasst die Erzeugung des Radarsignals 126 die Modulation des Signals, um die Frequenzrampe auf folgende Weise zu erzeugen. Ein Lokaloszillator 102, z. B. ein Kristalloszillator oder ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO, Voltage-Controlled Oscillator) erzeugt eine Referenzfrequenz 104, die an eine Phasenregelschleife 106 bereitgestellt wird. Ein Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteiler 114 schaltet nach einem ausgewählten Schaltplan, um die Phase des Referenzsignals verändern (z. B. das Signal während des Schaltens zu invertieren), um ein höherfrequentes Signal anzunähern. Ein Phasenfrequenzdetektor 108 empfängt sowohl die Referenzfrequenz 104 als auch die geschaltete Ausgabe des Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteilers 114 und detektiert eine Differenz in Phase, und eine Ladungspumpe 110 stellt einen Spannungsversatz bereit, der die Referenzfrequenz 104 basierend auf einer Phasendifferenz übersetzt. Das Mischen der Referenzfrequenz 104 mit der Ausgabe des Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteilers 114 erzeugt (aufprägen; impose) Bilder der Referenzfrequenz 104 bei mehreren Bildfrequenzen, und ein Schleifenfilter 112 (z. B. ein Bandpassfilter) dämpft die Bilder bei unerwünschten Frequenzen, um ein Ausgangssignal bei der höheren Frequenz zu erzeugen, die durch den Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteiler 114 ausgewählt ist. Eine oder mehrere Stufen der weiteren Aufwärtswandlung, z. B. das Mischen mit höherfrequenten Signalen, kann die Frequenz des erzeugten Signals zu einer Radarfrequenz 120, z. B. 1 Gigahertz bis 100 Gigahertz, weiter erhöhen, die durch einen Leistungsverstärker 122 verstärkt und durch einen Sender 124, z. B. eine Antenne, gesendet werden kann.
Die Modulation des Radarsignals in diesem Pfad wird erreicht durch Steuerung des Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteiler 114, was ermöglicht, dass das Schalten bei einem wählbaren Bruchteil der Periode der Referenzfrequenz 104 auftritt. Die Auswahl wird erreicht durch einen Frequenzrampengenerator 116, der einen stetig zunehmenden Wert, z. B. einen digitalen Zähler, erzeugt, und einen Sigma-Delta-Modulator, der dem Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteiler 114 signalisiert, wenn eine Integration des stetig zunehmenden Wertes einen Delta-Schwellenwert relativ zu dem vorherigen Signal überschreitet. Die Integration des stetig zunehmenden Wertes verursacht, dass der Sigma-Delta-Modulator dem Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteiler 114 bei einer zunehmenden Rate signalisiert, wodurch der Schaltplan allmählich erhöht wird und die Frequenz der erzeugten Radarfrequenz 120 durch inkrementelle Bruchteile der Referenzfrequenz 104 allmählich erhöht wird. Die durch den Frequenzrampengenerator 116 erzeugte Frequenzrampe kann über einen Frequenzbereich erhöht werden und kann sich periodisch zurücksetzen.
Die Modulation des Radarsignals mit der Frequenzrampe kann der Bewertung des Empfangssignals 130 und der Bestimmung der Entfernung 140 auf folgende Weise helfen. Das Empfangssignal 130 kann durch einen Empfänger 132, z. B. eine Empfangsantenne, empfangen werden, und von der Radarfrequenz 120 zu einem Frequenzbereich abwärtsgewandelt werden, der empfänglich ist für eine weitere Bewertung. Das abwärtsgewandelte Signal wird durch einen Signalbewerter 134 verarbeitet, der die Frequenz des Empfangssignals 130 mit der Frequenz des Frequenzrampengenerators 116 korreliert. Ein Entfernungsbestimmer 136 kann eine Distanz zu einem durch den Entfernungsbestimmer detektierten Objekt und eine Geschwindigkeit des Objekts bestimmen. Zusätzlich können die Komponenten des Senders 124 und die Komponenten des Empfängers 132 bei einer hohen Abtastrate arbeiten, um eine präzise Reihe von Entfernungsmessungen bereitzustellen, die dazu dienen können, die Entfernung 138 zu überprüfen; die Entfernung 138 mit hoher Präzision zu detektieren; Änderungen in der Entfernung 138 zu detektieren, die den Geschwindigkeitsvektor, die Beschleunigung und/oder Richtung des Objekts 128 anzeigen; und/oder die Detektion des Objekts 128 von einer falschen Detektion, z. B. aufgrund von Rauschen, Interferenz und/oder Signalbilderzeugung, zu unterscheiden.
Auf diese Weise ermöglicht das Schalten des Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteilers 114 durch den Frequenzrampengenerator 116 bei einem inkrementell zunehmenden Bruchteil der Periode der Referenzfrequenz 104 die Frequenzmodulation des Radarsignals 126, die eine ideale Frequenzrampe 140 annähert. Jedoch können mehrere Eigenschaften dieser Technik verursachen, dass die erreichte Frequenzrampe 142 von der idealen Frequenzrampe 140 abweicht. Als erstes Beispiel weist die Erzeugung (Aufprägung; imposition) der Modulation durch den Phasenfrequenzdetektor 108 und die Ladungspumpe 110 eine Verzögerung auf, wenn das Modulationssignal sich durch die Phasenregelschleife ausbreitet; d. h. der Phasenfrequenzdetektor 108 und die Ladungspumpe 110 passen das Momentum der Referenzfrequenz 104 allmählich in Richtung des Momentanwertes der idealen Frequenzrampe 140 an. Infolge des Momentums der Phasenregelschleife 106 neigt die erreichte Frequenzrampe 142 dazu, zwischen Überschreiten (overshoot) der idealen Frequenzrampe 140 und Unterschreiten (undershoot) der idealen Frequenzrampe 140 zu zyklieren. Die Diskrepanz kann die Präzision der durch den Signalbewerter 134 erreichten Korrelation vermindern, und somit die erreichbare Präzision der durch den Laufzeit-Bestimmer 136 bestimmten Laufzeit und die durch den Entfernungsbestimmer 138 bestimmte Entfernung 140. Als zweites Beispiel kann das fraktionelle Schalten des Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteilers 114 Diskontinuitäten einführen, die als fraktionelle Störsignale in dem Frequenzspektrum der modulierten Radarfrequenz 120 auftreten. Die Leistung der fraktionellen Störsignale kann erheblich genug sein, um das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis des Radarsignals 126 zu reduzieren. Der Einfall und Betrag von fraktionellen Störsignalen kann durch Betreiben des Frequenzrampengenerators 116 bei einer niedrigeren Rampenfrequenz reduziert werden; jedoch kann die reduzierte Präzision der Frequenzrampe die Diskrepanz zwischen der idealen Frequenzrampe 140 und der erreichten Frequenzrampe 142 verstärken, wodurch die erreichbare Präzision der Entfernungsbestimmung weiter vermindert wird. Als drittes derartiges Beispiel kann die Übereinstimmung zwischen der Frequenz des Lokaloszillators 102 und der Frequenz des sich ergebenden Radarsignals 126 die Leistung von Frequenzen um die Frequenz des sich ergebenden Radarsignals 126 erhöhen. Derartige „Zieh-“ („Pulling“-) Effekte können ein Rauschen verkörpern, das das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis des Radarsignals 126 verringert, und können schwierig zu dämpfen sein aufgrund der Nähe der Frequenz des gezogenen Rauschens zu der Frequenz des Radarsignals 126. Diese und andere Nachteile können sich aus der Modulation des Radarsignals 126 als fraktionelle Anpassung der Referenzfrequenz 104 durch den Multi-Modulus-Frequenzteiler 114 ergeben, wie in dem beispielhaften Szenario 100 von 1 gezeigt ist.
Vorgestellte Techniken
Die gegenwärtig vorgestellten Techniken stellen eine alternative Form der Radarsignalmodulation dar, wie beispielsweise eine Frequenzrampe über einen Frequenzbereich. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann, anstatt eine modulierte Radarfrequenz 120 direkt zu erzeugen, eine Phasenregelschleife 106 stattdessen eine Reihe von Taktsignalen bei einer festen Frequenz für ein digitales Frontend erzeugen, das eine digitale Signalmodulation, z. B. eine digitale Frequenzrampe, erzeugt. Der digitale Signalmodulator kann bei einer ersten Taktfrequenz arbeiten und digitale Repräsentationen des Radarmodulationssignals in Quadratur erzeugen, die durch einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler (HF-DAC) übersetzt werden können, der bei einer zweiten Taktfrequenz arbeitet, um ein analoges Signal 220 zu erzeugen, das die durch den digitalen Signalmodulator erzeugte Modulation umfasst. Die analoge Ausgabe des HF-DAC kann zu dem Radarfrequenzbereich aufwärtsgewandelt werden und als Radarfrequenz gesendet werden, die die Modulation aufweist, die durch den digitalen Signalmodulator und den HF-DAC erzeugt wird.
2 ist eine Darstellung eines beispielhaften Szenarios 200, das eine Modulation eines Radarsignals 126 gemäß den hierin vorgestellten Techniken darstellt. Bei diesem beispielhaften Szenario 200 stellt ein Lokaloszillator 102 (wie beispielsweise ein Kristallozillator oder ein spannungsgesteuerter Oszillator) eine Referenzfrequenz 104 an eine Phasenregelschleife 106 bereit, umfassend einen Phasenfrequenzdetektor 108, eine Ladungspumpe 110 und einen Schleifenfilter 112, sowie ein Rückkopplungssignal, das eine aufwärtswandelnde Frequenzmodulation bereitstellt. Anstatt eines Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteilers 114, der nach einem Plan bei einem fluktuierenden Bruchteil der Periode der Referenzfrequenz 104 schaltet, umfasst die Phasenregelschleife 106 bei dem beispielhaften Szenario 200 von 2 allerdings einen ganzzahligen Rückkopplungsfrequenzteiler 202, der Schalter bei einer statischen Ganzzahl bereitstellt. Die Ausgabe der Phasenregelschleife 106 ist ein Zeitgebungssignal 204 für einen Taktgenerator 206, der das Zeitgebungssignal in ein erstes Taktsignal 208 und ein zweites, höherfrequentes Taktsignal 210 übersetzt. Der Taktgenerator 206 kann mehrere Frequenzteiler umfassen, um das erste Taktsignal und zweite Taktsignal bei Frequenzen bereitzustellen, die niedriger sind als das Zeitgebungssignal 204. Ein digitaler Signalmodulator 212 arbeitet bei dem ersten Taktsignal 208, um ein digitales Signal als einen ersten digitalen Wert 214 und einen zweiten digitalen Wert 216 zu erzeugen, die Quadraturrepräsentationen des zu sendenden Signals umfassen. Ferner erzeugt der digitale Signalmodulator 212 eine Modulation auf das Signal. Als Beispiel kann der digitale Signalmodulator 212 einen Frequenzrampengenerator umfassen, der einen inkrementell zunehmenden Wert erzeugt, und einen Integrator, der eine zyklische Ausgabe erzeugt, die die momentane Phase des Signals repräsentiert, wie beispielsweise eine Ausgabe über den Bereich von 0 bis 360 Grad oder 2π Radianten, wobei der Pro-Abtastwert-Anstieg der zyklischen Ausgabe durch den Integrator allmählich zunimmt, um eine stetig zunehmende Frequenz des Signals zu reflektieren und um eine digitale Frequenzrampe zu erreichen. Die zyklische Ausgabe des Integrators kann durch einen Koordinatenrotationnummerngenerator (einen CORDIC-Generator) verarbeitet werden, der den ersten digitalen Wert als Sinus- und Cosinus-Repräsentationen der zyklischen Ausgabe des Integrators erzeugt, die durch einen I-Abschnitt und einen Q-Abschnitt eines HF-DAC 218 verarbeitet werden können. Wie später beschrieben wird, kann der DAC 218 einen ersten DAC, um die Signaleingabe in den I-Abschnitt in ein analoges Signal umzuwandeln, und einen zweiten DAC, um die Signaleingabe in den Q-Abschnitt in ein analoges Signal umzuwandeln, umfassen. Der DAC 218 kann ferner einen Kombinierer umfassen, um die analogen Ausgangssignale zu kombinieren (summieren), die durch den ersten und zweiten DAC an das analoge Signal 220 bereitgestellt werden.
Das durch den HF-DAC 218 erzeugte, analoge Signal 220 kann aufwärtsgewandelt 222 werden, z. B. durch Mischen (optional durch höherfrequente Taktsignale, die durch den Taktgenerator 206 erzeugt werden), um ein Radarsignal 126 zu erzeugen, das in dem Radarfrequenzbereich, z. B. 1 Gigahertz bis 100 Gigahertz, ist. Das Radarsignal 126 wird durch einen Sender 124, wie beispielsweise einen Leistungsverstärker und eine Sendeantenne, gesendet und durch ein Objekt 128 reflektiert. Die Reflexion des Radarsignals 126 wird durch einen Empfänger 132, z. B. eine Empfangsantenne, detektiert und das Empfangssignal 130 wird ferner abwärtsgewandelt und verarbeitet (z. B. durch einen Signalbewerter 134, einen Laufzeit-Bestimmer 136 und einen Entfernungsbestimmer 138), um die durch das Radarsignal 126 zurückgelegte Distanz von dem Sender 124 zu dem Objekt 128 und zurück zu dem Empfänger 132 und somit die Entfernung 140 zwischen dem Sender 124 und Empfänger 132 und dem Objekt 128 zu bestimmen. Auf diese Weise ermöglicht das Radarsignal 126, moduliert mit einer Frequenzrampe durch die Zusammenwirkung der Phasenregelschleife 106, des Taktgenerators 206, des digitalen Signalmodulators 212 und des HF-DAC 218 die Radarentfernungsdetektion gemäß den hierin vorgestellten Techniken. Sende- und Empfangsantennen können bei einigen Ausführungsbeispielen in einer Antenne implementiert sein.
Technische Effekte
Einige Ausführungsbeispiele der Modulation eines Radarsignals 16 gemäß den hierin vorgestellten Techniken können eine Vielzahl von technischen Merkmalen in Bezug auf andere Ausführungsbeispiele ermöglichen, die die hierin vorgestellten Techniken nicht verwenden.
Ein erster technischer Effekt, den ein gemäß den hierin vorgestellten Techniken moduliertes Radarsignal 126 aufweisen kann, umfasst die Vermeidung von fraktionellen Störsignalen , die durch den fraktionellen Schaltplan des Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteilers 114 eingeführt werden. Anstatt die Referenzfrequenz 104 nach einem variablen Schaltplan und mit einem variablen Bruchteil der Periode der Referenzfrequenz 104 zu schalten, arbeitet die Phasenregelschleife 106 bei dem beispielhaften Szenario 200 von 2 bei einer relativ festen Frequenz wie durch den ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteiler 202 bereitgestellt, der nicht verantwortlich ist für das Erstellen einer Modulation wie beispielsweise einer Frequenzrampe, sondern nur für das Aufwärtswandeln der Referenzfrequenz 104 zu der erwünschten Frequenz des Zeitgebungssignals 204. Die Auswahl des Schaltplans des ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteilers 202 als Oktave der Referenzfrequenz 104 kann die Erzeugung von fraktionellen Störsignalen vermeiden.
Ein zweiter technischer Effekt, den ein gemäß den hierin vorgestellten Techniken moduliertes Radarsignal 126 aufweisen kann, umfasst die Übereinstimmung der Modulation in Bezug auf eine ideale Modulation, wie beispielsweise die Übereinstimmung zwischen einer erreichten Frequenzrampe 142 mit einer idealen Frequenzrampe 140. Ein digitaler Signalmodulator 212 und HF-DAC 218 können eine Modulation auf das Signal erzeugen, das nicht der Rückkopplungsverzögerung und den Momentumscharakteristika der Phasenregelschleife 106 unterliegt, sondern eher die Phasenverschiebung anwendet, die eine inkrementelle Frequenzerhöhung der Frequenz bei den für den HF-DAC 218 erzeugten, digitalen Werten repräsentiert. Die sich ergebende Modulation, z. B. eine Frequenzrampe 142, kann daher eine erreichte Frequenzrampe 142 mit gedämpfter Überschreitung und Unterschreitung aufweisen. Beispielsweise kann der Näherungsfehler, der sich aus der Betriebsfrequenz und Abtastrate des digitalen Frontends ergibt, deutlich geringer sein als der Näherungsfehler, der sich aus dem Momentum der Phasenregelschleife 106 ergibt. Ferner kann der Näherungsfehler durch das Erhöhen der Betriebsfrequenz und Abtastrate des digitalen Signalmodulators 212 und HF-DAC 218 ohne Erzeugen von zusätzlichen fraktionellen Störsignalen reduziert werden, die das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis des Radarsignals 126 vermindern. Ferner erzeugen die Modulationstechniken keinen unterwünschten Ausgleich zwischen Modulationspräzision und der Reduzierung von Rauschen aufgrund von fraktionellen Störsignalen.
Ein dritter technischer Effekt, den ein gemäß den hierin vorgestellten Techniken moduliertes Radarsignal 126 aufweisen kann, ist die architekturbezogene Flexibilität der Frequenzmodulatorvorrichtung. Als erstes derartiges Beispiel im Vergleich mit der in dem beispielhaften Szenario 100 von 1 dargestellten Frequenzmodulationstechnik kann die Verwendung eines relativ präzisen Lokaloszillators 102 eine Referenzfrequenz 104 an eine Phasenregelschleife 106 mit verengter Bandbreite bereitstellen, wodurch die Auswirkung von Phasenrauschen auf das Radarsignal 126 reduziert wird. Alternativ kann ein rauscharmer Oszillator durch eine Phasenregelschleife 106 mit hoher Bandbreite verarbeitet werden, was zu einem Breitband-Radarsignal 126 mit geringem Phasenrauschen führen kann. Als zweites derartiges Beispiel kann die Modulation des Signals unter Verwendung der Bereitstellung von digitalen Werten an einen HF-DAC die Programmierbarkeit der Signalmodulationsvorrichtung fördern; z. B. kann der digitale Modulator eine Vielzahl von Modulationstechniken aufweisen und kann die Anpassung der Parameter der Modulationstechnik (z. B. den Bereich oder die Rate einer Frequenzrampe), die Auswahl einer bestimmten Modulationstechnik und/oder die Spezifikation einer neuen Modulationstechnik ermöglichen und kann die ausgewählte Modulation auf nahezu sofortige Weise auf das modulierte Signal anwenden, das dadurch erzeugt und gesendet wird. Diese und andere technische Effekte können bei verschiedenen Ausführungsbeispielen der hierin vorgestellten Techniken erreicht werden.
Primäre Ausführungsbeispiele
3 ist eine Darstellung eines ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels der hierin vorgestellten Techniken, das als ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Erzeugen eines modulierten Radarsignals dargestellt ist. Jeweilige Abschnitte des beispielhaften Verfahrens 300 können eine Vorrichtung umfassen, und können implementiert sein, z. B. als ein Satz von diskreten oder integrierten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten; als eine programmierbare Logikschaltung, z. B. ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA; Field-Programmable Gate Array); und/oder als in einem Speicher der Vorrichtung gespeicherte Anweisungen, z. B. Firmware, Systemspeicher, ein Festplattenlaufwerk, eine Solid-State-Speicherkomponente oder ein magnetisches oder optisches Medium, wobei die Ausführung der Anweisungen durch einen Prozessor der Vorrichtung verursacht, dass die Vorrichtung gemäß den hierin vorgestellten Techniken arbeitet.
Das beispielhafte Verfahren 300 beginnt bei 302 und umfasst ein Ausführen 304 einer Übersetzung eines Zeitgebungssignals 204 in ein analoges Signal 220 durch ein Erzeugen 306 eines ersten digitalen Wertes 214 und eines zweiten digitalen Wertes 216, die Quadraturrepräsentationen eines Radarmodulationssignals sind, gemäß dem Zeitgebungssignal 204 und ein Übersetzen 308 des ersten digitalen Wertes 214 und des zweiten digitalen Wertes 216 mit einem Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler 218, um das analoge Signal 220 zu erzeugen. Das beispielhafte Verfahren 300 umfasst auch ein Anwenden 310 der Übersetzung, um ein Radarsignal 126 bei der Radarfrequenz zu erzeugen. Das beispielhafte Verfahren 300 umfasst auch ein Vergleichen 312 des Radarsignals 126 und eines Empfangssignals 130, umfassend eine Reflexion des Radarsignals 126, um eine Entfernung 140 zu bestimmen. Gemäß einem Beispiel wird das Vergleichen des Radarsignals 126 und Empfangssignals 130 implementiert durch Mischen oder Demodulieren des gesendeten Radarsignals 126 (oder einer Replik des gesendeten Signals mit dem gleichen Signalverlauf) mit dem Empfangssignal 130 unter Verwendung eines Mischers oder eines IQ-Demodulators. Auf diese Weise ermöglicht das beispielhafte Verfahren 300 die Bestimmung einer Entfernung 140 unter Verwendung eines modulierten Radarsignals, das gemäß den hierin vorgestellten Techniken erzeugt wird, und endet somit bei 314.
4 ist eine Darstellung eines beispielhaften Szenarios 400, da ein zweites beispielhaftes Ausführungsbeispiel der hierin vorgestellten Techniken umfasst, wobei das zweite beispielhafte Ausführungsbeispiel einen beispielhaften Radarmodulationssignalgenerator 402 umfasst. Der beispielhafte Radarmodulationssignalgenerator 402 umfasst einen Lokaloszillator 102, der ein Signal bei einer Referenzfrequenz 104 erzeugt, und eine Phasenregelschleife 106, die ein Zeitgebungssignal 204 basierend auf der Referenzfrequenz 104 bereitstellt. Der beispielhafte Radarmodulationssignalgenerator 402 umfasst ferner einen Taktgenerator 206, der das Zeitgebungssignal 204 in ein erstes Taktsignal 208 und ein zweites Taktsignal 210 übersetzt. Der beispielhafte Radarmodulationssignalgenerator 402 umfasst ferner einen digitalen Signalmodulator 212, der bei dem ersten Taktsignal 208 einen ersten digitalen Wert 214 und einen zweiten digitalen Wert 216 erzeugt, die Quadraturrepräsentationen eines Modulationssignals bei einer Modulationsfrequenz sind. Der beispielhafte Radarmodulationssignalgenerator 402 umfasst ferner einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler 218, der unter Verwendung des zweiten Taktsignals 210 den ersten digitalen Wert 214 und den zweiten digitalen Wert 216 umwandelt, um ein analoges Signal 220 zu erzeugen. Der beispielhafte Radarmodulationssignalgenerator 402 umfasst ferner einen Sender 124, der ein Sendesignal 404 bei einer Radarfrequenz 406 basierend auf dem analogen Signal 220 erzeugt. Der beispielhafte Radarmodulationssignalgenerator 402 umfasst ferner einen Empfänger 132, der ein Empfangssignal 130 empfängt, das eine Reflexion des Sendesignals 404 umfasst. Der beispielhafte Radarmodulationssignalgenerator 402 umfasst ferner einen Entfernungsbestimmer 138, der die Reflexion des Sendesignals 404 und das Sendesignal 404 vergleicht, um eine Entfernung 140 zu bestimmen. Auf diese Weise erzeugt der Radarmodulationssignalgenerator 402 ein moduliertes Sendesignal 404 bei der Radarfrequenz 406, um die Entfernung 140 gemäß den hierin vorgestellten Techniken zu bestimmen.
5 ist eine Darstellung eines beispielhaften Szenarios 500, das ein drittes beispielhaftes Ausführungsbeispiel der hierin vorgestellten Techniken umfasst, wobei das dritte beispielhafte Ausführungsbeispiel eine beispielhafte Rampengeneratorvorrichtung 502 umfasst. Die beispielhafte Rampengeneratorvorrichtung 504 umfasst einen Lokaloszillator 102, der eine Referenzfrequenz 104 erzeugt. Die beispielhafte Rampengeneratorvorrichtung 504 umfasst ferner eine Phasenregelschleife 106, die ein Zeitgebungssignal 204 basierend auf der Referenzfrequenz 104 bereitstellt. Die beispielhafte Rampengeneratorvorrichtung 504 umfasst ferner einen Taktgenerator 206, der das Zeitgebungssignal 204 in ein erstes Taktsignal 208 und ein zweites Taktsignal 210 übersetzt. Die beispielhafte Rampengeneratorvorrichtung 504 umfasst ferner einen digitalen Rampengenerator 504, der bei dem ersten Taktsignal 208 einen ersten digitalen Wert 214 und einen zweiten digitalen Wert 216 erzeugt, die Quadraturrepräsentationen eines Rampenmodulationssignal 506 sind. Die beispielhafte Rampengeneratorvorrichtung 504 umfasst ferner einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler 218, der unter Verwendung des zweiten Taktsignals 210 den ersten digitalen Wert 214 und den zweiten digitalen Wert 216 umwandelt, um ein analoges Hochfrequenzrampensignal 508 zu erzeugen. Auf diese Weise erzeugt die Rampengeneratorvorrichtung 502 ein analoges Hochfrequenzrampensignal 508 gemäß den hierin vorgestellten Techniken.
Variationen
Die hierin erörterten Techniken können mit Variationen in vielen Aspekten ausgearbeitet sein, und einige Variationen können zusätzliche Vorteile präsentieren und/oder Nachteile im Hinblick auf andere Variationen dieser und anderer Techniken reduzieren. Ferner können einige Variationen in Kombination implementiert sein, und einige Kombinationen können zusätzliche Vorteile aufweisen und/oder Nachteile durch synergistische Kooperation reduzieren. Die Variationen können bei verschiedenen Ausführungsbeispielen eingebracht sein, um individuelle und/oder synergistische Vorteile auf derartige Ausführungsbeispiele zu übertragen.
E1. Szenarien
Ein erster Aspekt, der zwischen Szenarien variieren kann, bei denen die Techniken verwendet werden können, bezieht sich auf die Vorrichtungen, mit denen solche Techniken verwendet werden können.
Als erste Variation dieses ersten Aspekts können Ausführungsbeispiele der Techniken eine Vielzahl von modulierten Signalen erzeugen. Als erstes derartiges Beispiel können die modulierten Signale bei einer Vielzahl von Frequenzen, z. B. einem Radarfrequenzbereich (z. B. 1 Gigahertz bis 100 Gigahertz), oder anderen Frequenzbereichen des elektromagnetischen Spektrums erzeugt werden. Als zweites derartiges Beispiel können die Signale eine Vielzahl von periodischen Funktionen aufweisen, z. B. Sinusoide, Reckteckwellen und Dreieckswellen und/oder Kombinationen derselben. Als drittes derartiges Beispiel können die modulierten Signale auf vielfältige Weise moduliert werden, z. B. Frequenzmodulation, Amplitudenmodulation und Phasenmodulation und/oder Kombinationen derselben. Als viertes derartiges Beispiel können die modulierten Signale in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, z. B. Distanz- und/oder Lagenschätzung; Richtungsschätzung; Geschwindigkeitsvektorschätzung; und analoge oder digitale Kommunikation.
Als zweite Variation dieses ersten Aspekts können die Ausführungsbeispiele der hierin vorgestellten Techniken eine Vielzahl von Technologien verwenden, um eine oder mehrere Komponenten zu implementieren. Als erstes derartiges Beispiel kann ein Element einer Vorrichtung, die zumindest einen Teil der hierin vorgestellten Techniken nutzt, elektrische oder elektronische aktive oder passive Komponenten, z. B. eine Kombination aus Widerständen, Kondensatoren, Induktivitäten (Spulen), Transformatoren und Transistoren, verwenden. Derartige Komponenten können als Kombination von diskreten Komponenten; einer integrierten Schaltung, z. B. einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC; Application-Specific Integrated Circuit); oder einer Kombination derselben organisiert sein. Als zweites derartiges Beispiel kann ein Element einer Vorrichtung, die zumindest einen Teil der hierin vorgestellten Techniken nutzt, eine programmierbare Schaltung, z. B. ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), umfassen. Als drittes derartiges Beispiel kann ein Element einer Vorrichtung, die zumindest einen Teil der hierin vorgestellten Techniken nutzt, einen Mikroprozessor umfassen, der Anweisungen ausführt, die in einem Speicher gespeichert sind (z. B. einer flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicherschaltung; einer Platte eines Festplattenlaufwerks; einer Solid-State-Speichervorrichtung, einer Flash-Speicher-Vorrichtung wie beispielsweise einen ROM, einen EPROM oder einen EEPROM; oder einer optischen oder magnetischen Speichervorrichtung z. B. einen CD-ROM, DVD-ROM oder BD-ROM), wobei die Ausführung der Anweisungen durch den Prozessor verursacht, dass die Vorrichtung zumindest einen Teil der hierin vorgestellten Techniken implementiert.
Als dritte Variation dieses ersten Aspekts können Ausführungsbeispiele der vorgestellten Vorrichtungen eine Vielzahl von Systemarchitekturen aufweisen. Als erstes derartiges Beispiel kann ein Ausführungsbeispiel der hierin vorgestellten Techniken eine einzelne Vorrichtung umfassen, die eine Anwendung implementiert, z. B. eine Entfernungsmessungsvorrichtung, die ein moduliertes Radarsignal verwendet, um die Entfernung zu bestimmen, optional umfassend eine Benutzerschnittstelle, die die Entfernung an einen Benutzer berichtet. Als zweites derartiges Beispiel kann ein Ausführungsbeispiel der hierin vorgestellten Techniken eine Komponente einer anderen Vorrichtung umfassen, z. B. ein Ausführungsbeispiel, umfassend eine Entfernungsmessungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug eingesetzt wird, und die eine Entfernung zwischen dem Fahrzeug und einem anderen Fahrzeug bestimmt, z. B. in einer Anwendung wie beispielsweise einer autonomen Fahrzeugnavigation oder einer anwenderunterstützten Fahrzeugnavigation. Als drittes derartiges Beispiel kann ein Ausführungsbeispiel der hierin vorgestellten Techniken über eine Menge von zusammenwirkenden Vorrichtungen implementiert sein, die über eine drahtgebundene Verbindung (z. B. einen Bus, ein Kabel, eine Menge von in einer Oberfläche integrierten konnektiven Leiterbahnen, eine Netzwerkverbindung z. B. Ethernet) und/oder drahtlose Verbindungen (z. B. eine Infrarot-, Bluetooth- oder WiFi-Verbindung) kommunizieren, wobei jeweilige Vorrichtungen einen Teil der hierin vorgestellten Techniken implementieren, und die Menge von zusammenwirkenden Vorrichtungen ein Ausführungsbeispiel der hierin vorgestellten Techniken implementieren. Viele Szenarien können ausgearbeitet sein, bei denen ein Ausführungsbeispiel der vorgestellten Techniken verwendet wird.
E2. Sendesignalmodulation
Ein zweiter Aspekt, der unter Ausführungsbeispielen der hierin vorgestellten Techniken variieren kann, umfasst die Modulation des Sendesignals.
Als erste Variation dieses zweiten Aspekts können Ausführungsbeispiele der hierin vorgestellten Techniken eine Vielzahl von Phasenregelschleifen einbringen, um das Zeitgebungssignal 204 zu erzeugen. Bei einigen derartigen Ausführungsbeispielen kann die Phasenregelschleife 106 einen ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteiler 202 umfassen, der die Referenzfrequenz 104 (z. B. die Ausgabe des Schleifenfilters 112) nach einem programmierbaren Schaltplan gemäß einem ganzzahligen Frequenzvervielfacher schaltet. Der ganzzahlige Rückkopplungs-Frequenzteiler 202 kann die Ausgabe des Schleifenfilters 112 empfangen und ein Schaltsignal erzeugen, dass verursacht, dass der Phasenfrequenzdetektor 108 die Referenzfrequenz 104 verändert, z. B. durch Invertieren der Referenzfrequenz 104 bei ausgewählten Abschnitten der Periode der Referenzfrequenz 104, wodurch die Referenzfrequenz 104 aufwärtsgewandelt wird, um ein Zeitgebungssignal 204 zu erzeugen, das einer Betriebs- oder Grundfrequenz der Modulationskomponenten entspricht. Bei einigen Ausführungsbeispielen stellt der ganzzahlige Rückkopplungs-Frequenzteiler 202 eine feste Frequenzteilung bereit, z. B. einen festen Schaltplan, der während der gesamten Sendung des analogen Signals 220 aufrechterhalten wird. Alternativ kann der Schaltplan des ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteiler 202 geändert werden, z. B. um zwischen einem ersten Zeitgebungssignal 204 bei einer ersten Betriebsfrequenz und einem zweiten Zeitgebungssignal 204 bei einer zweiten Betriebsfrequenz überzugehen. Während ein variables Schalten ein Rauschen einführen kann, kann derartiges Rauschen kurzlebig und/oder gelegentlich sein, und kann daher für das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis des Sendesignals unbedeutend sein im Vergleich mit den fraktionellen Störsignalen, die durch den hochgradig variablen Schaltplan eines Multi-Modulus-Rückkopplungs-Frequenzteilers 114 verursacht sind, wie beispielsweise bei dem beispielhaften Szenario 100 von 1 dargestellt ist.
Als zweite Variation dieses zweiten Aspekts kann der digitale Signalmodulator 212 unter Verwendung einer Vielzahl von Komponenten Modulationssignale erzeugen. Als Beispiel kann eine digitale Rampe erzeugt werden durch eine Kombination eines ersten Integrators, der einen zunehmenden digitalen Wert erzeugt, und eines numerisch gesteuerten Oszillators, der Quadraturrepräsentationen des Rampenmodulationssignals bei Frequenzen erzeugt, die proportional zu dem zunehmenden digitalen Wert sind. Der numerisch gesteuerte Oszillator kann z. B. einen zweiten Integrator umfassen, der den durch den ersten Integrator erzeugten, zunehmenden digitalen Wert integriert, um einen zyklischen digitalen Wert zu erzeugen, z. B. digitale Werte, die Graden über den Bereich von 0 bis 360 Grad oder Radianten über den Bereich von 0 bis 2 π entsprechen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel umfasst der zweite Integrator ferner einen Modulus-Integrator, der den zyklischen digitalen Wert als modulares Integral des zunehmenden digitalen Wertes erzeugt. Beispielsweise kann der zweite Integrator ein Acht-Bit-Register umfassen, das iterativ den zunehmenden Wert des ersten Integrators hinzufügt, wobei der Wert des Acht-Bit-Registers Grade über den Bereich von 0 (dargestellt als 0x00) bis 359 Grad (dargestellt als 0xFF) repräsentiert. Eine Hinzufügung von inkrementellen Werten, die den höchsten Wert des Acht-Bit-Registers überschreiten, verursacht einen Überfluss, der ein Modulus von 360 auf die hinzugefügten Werte anwendet (z. B. erzeugt das Hinzufügen von 0x04 zu einem Registerwert 0xFC, der 357 Grad oder 6,23 Radianten entspricht, einen neuen Registerwert von 0x02, was 3 Grad oder 0,05 Radianten entspricht). Auf diese Weise wird der zyklische digitale Wert als modulares Integral des durch den ersten Integrator erzeugten, zunehmenden Wertes erzeugt.
Als dritte Variation dieses zweiten Aspekts können ein digitaler Signalmodulator 212 und der HF-DAC 218 eine Vielzahl von Modulationssignalen aufweisen. Als erstes derartiges Beispiel kann das Inkrementieren des durch den ersten Integrator erzeugten, zunehmenden digitalen Wertes, den der zweite Integrator zu dem zyklischen digitalen Wert hinzufügt, verursachen, dass die Frequenz des erzeugten Signals stetig über eine Frequenzrampe ansteigt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der erste Integrator den zunehmenden digitalen Wert bei einer ausgewählten Rate erhöhen, was eine lineare Frequenzrampe erzeugt. Alternativ kann der erste Integrator den zunehmenden digitalen Wert bei einer variablen Rate erhöhen, was eine nichtlineare Frequenzrampe erzeugt, wie beispielsweise eine exponentielle oder sinusförmige Frequenzrampe; einen abnehmenden digitalen Wert erzeugen kann, wie beispielsweise eine negative Frequenzrampe; zwischen einer ansteigenden Frequenzrampe und einer abfallenden Frequenzrampe zyklieren kann; etc. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann sich der zunehmende digitale Wert gelegentlich zurücksetzen, was verursacht, dass die Frequenzrampenmodulation eine zyklische oder Sägezahn-Rampe aufweist. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der numerisch gesteuerte Oszillator einen Koordinatenrotationsnummerngenerator (Coordinate Rotation Digital Generator) (z. B. eine Schaltung, die eine CORDIC-Technik implementiert) umfassen, der einen zyklischen digitalen Wert empfängt und den ersten digitalen Wert 214 als Sinus des zyklischen digitalen Wertes und den zweiten digitalen Wert 216 als Cosinus des zyklischen digitalen Wertes erzeugt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der HF-DAC 218 den ersten digitalen Wert 214 und den zweiten digitalen Wert 216 verwenden, um die Frequenz des Sendesignals, z. B. als Frequenzrampe, zu verändern. Alternativ kann der HF-DAC den ersten digitalen Wert 214 und den zweiten digitalen Wert 216 verwenden, um andere Eigenschaften des Sendesignals, z. B. Amplitude und/oder Phase, zu modulieren. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die digitalen Werte, die durch den digitalen Signalmodulator 212 erzeugt und durch den HF-DAC 218 verwendet werden, Ganzzahlen umfassen, die eine Bit-Auflösung aufweisen, z. B. 6-Bit-, 7-Bit-, 8-Bit- oder 9-Bit-Ganzzahlen, oder irgendein anderes Zahlenformat oder irgendeine andere Bit-Auflösung.
Als vierte Variation dieses zweiten Aspektes können die Komponenten des digitalen Signalmodulators 212 bei einer Vielzahl von Betriebsfrequenzen arbeiten. Als erstes derartiges Beispiel kann der Taktgenerator 206 das erste Taktsignal 208 bei einer ersten Taktfrequenz erzeugen, die ausgewählt ist innerhalb eines Frequenzbereichs von 1 Gigahertz bis 10 Gigahertz, z. B. um die Frequenzen am oberen Ende und am unteren Ende einer Frequenzrampe anzupassen. Als zweites derartiges Beispiel kann der Taktgenerator 206 das zweite Taktsignal 210 bei einer zweiten Taktfrequenz erzeugen, die innerhalb eines Frequenzbereichs von 6 Gigahertz bis 10 Gigahertz ausgewählt ist. Eine Frequenzrampe, die sich aus der Auswahl des ersten Taktsignals 208, das eine zweite Taktfrequenz f_d (verwendet durch den digitaln Signalmodulator 212) aufweist, und des zweiten Taktsignals 210, das eine zweite Taktfrequenz f_s (verwendet durch den HF-DAC 218) aufweist, ergibt, kann zu einer Frequenzrampe über den Frequenzbereich führen: $f_{s} - \frac{f_{d}}{2} < f < f_{s} + \frac{f_{d}}{2}$
Als Beispiel, wenn f_s als 8 Gigahertz ausgewählt ist und f_d als 4 Gigahertz ausgewählt ist, weist das sich ergebende modulierte Signal eine Frequenzrampe zwischen 6 Gigahertz und 10 Gigahertz auf. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Taktfrequenz zu zumindest 60 % ausgewählt als die erste Taktfrequenz, die die Bildung von fraktionellen Störsignalen reduzieren kann. Als drittes derartiges Beispiel kann der numerisch gesteuerte Oszillator bei dem ersten Taktsignal 208 und gemäß einer ersten Taktfrequenz arbeiten, und der erste Integrator kann bei einem dritten Taktsignal arbeiten, das eine niedrigere Frequenz ist als die erste Taktfrequenz des ersten Taktsignals 208. Als viertes derartiges Beispiel kann die Phasenregelschleife 202 bei einer vergleichsweise niedrigen Frequenz arbeiten, wodurch die Zieh-Effekte reduziert werden, die durch den Betrieb der Phasenregelschleife 202 bei hoher Frequenz verursacht werden können. Viele derartige Variationen können bei der Erzeugung des modulierten Signals gemäß den hierin vorgestellten Techniken umfasst sein.
E3. Signalaufwärtswandlung und -sendung
Ein dritter Aspekt, der bei Ausführungsbeispielen der hierin vorgestellten Techniken variieren kann, umfasst die Aufwärtswandlung und Sendung des durch den HF-DAC 218 erzeugten, analogen Signals, um ein Sendesignal 404 bei einer Radarfrequenz 406 bereitzustellen.
Als erste Variation dieses dritten Aspekts kann der Taktgenerator 206 ferner das Zeitgebungssignal 204 in ein Sende-Aufwärtswandlungs-Taktsignal übersetzen, das mit dem analogen Signal 220 kombiniert (z. B. gemischt) werden kann, um das analoge Signal 220 von Frequenzen in den Betriebsbereichen des digitalen Signalmodulators 212 und/oder des HF-DAC 218 zu der Radarfrequenz 406 innerhalb des Radarfrequenzbereichs aufwärtszuwandeln. Bei einigen derartigen Ausführungsbeispielen erzeugt das Mischen des analogen Signals mit der Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz das Sendesignal bei einer Sendefrequenz, die ein nichtganzzahliges fraktionelles Vielfaches einer Zeitgebungssignalfrequenz des durch die Phasenregelschleife 106 erzeugten Zeitgebungssignals 204 ist, wodurch die Übereinstimmung der Frequenz des Lokaloszillators 102 mit der Frequenz des Sendesignals 404 und rauschinduzierte „Zieh“-Effekte, die sich daraus ergeben können, reduziert werden. Als weiteres Beispiel kann der Taktgenerator 296 ferner das Zeitgebungssignal 204 in ein Zwischen-Aufwärtswandlungs-Taktsignal übersetzen, und der Sender 124 kann ferner das Sendesignal 404 erzeugen durch Mischen des analogen Signals 220 mit einer Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz, f₁, gemäß dem Aufwärtswandlungstaktsignal, um ein Zwischensignal bei einer Zwischenfrequenz zu erzeugen, und dann Mischen des Zwischensignals mit der Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz gemäß dem Sende-Aufwärtswandlungs-Taktsignal. Das Zwischenmischen kann zu einem niederfrequenten Bild bei $f_{1} - f_{s} + \frac{f_{d}}{2}$
und einem höherfrequenten Bild bei $f_{1} + f_{s} - \frac{f_{d}}{2}$
führen. Das höherfrequente aufwärtsgewandelte Bild ist erwünscht und das niederfrequente abwärtsgewandelte Bild ist wünschenswert gedämpft; dementsprechend kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein Bildunterdrückungsfilter umfasst sein, der das Zwischensignal filtert, um das niederfrequente Bild zu unterdrücken. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Bildunterdrückungsfilter ein Bandpassfilter zweiter Ordnung, z. B. eine Resonanz-LC-Tank-Schaltung. Als Beispiel kann die Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz aus einem Frequenzbereich von 20 Gigahertz bis 60 Gigahertz ausgewählt sein, und die Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz ist aus einem Frequenzbereich von 10 Gigahertz bis 20 Gigahertz ausgewählt. Als Beispiel kann das Mischen einer analogen Signalrampe zwischen 6 und 10 Gigahertz mit einer Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz bei 10 Gigahertz und einer Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz von 60 Gigahertz zu einem Sendesignal 404 führen, das eine Frequenzrampe zwischen 76 Gigahertz und 80 Gigahertz aufweist.
6 ist eine Darstellung einer beispielhaften modulierten Radarsignalerzeugung und -sendung gemäß den hierin vorgestellten Techniken. Bei diesem beispielhaften Szenario 600 erzeugt eine Phasenregelschleife 106 ein Zeitgebungssignal 204 (z. B. übersetzt von einer durch einen Lokaloszillator 102 bereitgestellten Referenzfrequenz 104) für einen Taktgenerator 206, der vier Taktsignale erzeugt: das erste Taktsignal 208, das durch den digitalen Signalmodulator verwendet wird; das zweite Taktsignal 210, das durch den HF-DAC 218 verwendet wird, der einen I-Abschnitt 602 und einen Q-Abschnitt 604 umfasst; ein Zwischen-Aufwärtswandlungs-Taktsignal 618 bei einer Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz 620; und ein Sende-Aufwärtswandlungs-Taktsignal 626 bei einer Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz 628. Der digitale Signalmodulator 212 umfasst einen ersten Integrator 606, der einen zunehmenden digitalen Wert 608 erzeugt, und einen zweiten Integrator 610, der den zunehmenden digitalen Wert 608 integriert, um einen zyklischen digitalen Wert 612 zu erzeugen. Der zyklische digitale Wert 612 wird an einen Koordinatenrotationsnummerngenerator 614 (z. B. einen CORDIC-Generator) bereitgestellt, der den ersten digitalen Wert 214 (z. B. einen Sinus-Wert) und den zweiten digitalen Wert 216 (z. B. einen Cosinus-Wert) erzeugt, die jeweils an den I-Abschnitt 602 und den Q-Abschnitt 604 des HF-DAC bereitgestellt werden. Die Ausgabe des I-Abschnitts 602 und des Q-Abschnitts 604 wird hinzugefügt 616 (z. B. durch einen Spannungsaddierer), um ein Quadratursignal zu erzeugen, das mit der Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz 620 gemischt 622 wird, um ein Zwischenaufwärtswandlungssignal bereitzustellen. Das Zwischenaufwärtswandlungssignal wird durch einen Bildfilter 624 geschickt, um das niederfrequente Bild zu dämpfen, und die Ausgabe des Bildfilters 624 wird einem zweiten Mischen 640 mit der Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz 628 unterzogen, um das Sendesignal 404 bei einer Radarfrequenz 406 zu erzeugen. Das Sendesignal 404 kann dann durch einen Leistungsverstärker 632 verstärkt werden und an einen Sender 124, z. B. eine Antenne, zum Senden geliefert werden. Auf diese Weise kann ein Sendesignal 404 in dem Radarfrequenzbereich, aufweisend eine Modulation, in der Form einer Frequenzrampe gemäß den hierin vorgestellten Techniken erzeugt und gesendet werden.
Unterstützende Daten
7A-7C stellen Datensätze bereit, die die Auswahl des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses des Sendesignals 404 bei verschiedenen Frequenzen als Funktion der Bit-Auflösung des digitalen Signalmodulators 212 und des HF-DAC 218 nachweisen. Bei dem beispielhaften Datensatz 700 von 7A führt das Erzeugen von Werten durch einen CORDIC-Generator für einen HF-DAC mit einer 7-Bit-Auflösung, um Sendesignale 404 in dem Radarfrequenzbereich zu erzeugen, zu einem erheblichen Hintergrundrauschpegel 706 bei allen ausgewählten Frequenzen. Bei dem beispielhaften Datensatz 702 von 7B führt das Erzeugen von Werten durch einen CORDIC-Generator für einen HF-DAC mit einer 8-Bit-Auflösung zu einem reduzierten Hintergrundrauschpegel 706 bei allen ausgewählten Frequenzen; und bei dem beispielhaften Datensatz 704 von 7C führt das Erzeugen von Werten durch einen CORDIC-Generator für einen HF-DAC mit einer 9-Bit-Auflösung zu einem noch weiter reduzierten Hintergrundrauschpegel 706 bei allen ausgewählten Frequenzen. Das angezielte Signal-zu-Rauschen-Verhältnis einer Anwendung, das durch die verschiedenen Bit-Auflösungen erreichbar ist, kann daher in Richtung Komponentenauswahl einer Bit-Auflösung für den digitalen Signalmodulator 212 und den HF-DAC 218 informieren, der ein adäquates Signal-zu-Rauschen-Verhältnis für eine ausgewählte Anwendung bereitstellt (z. B. ein durchschnittliches Rauschen unter einem Grundrauschen 708) bei gleichzeitiger Reduzierung von Komponentenkosten und Leistungsverbrauch.
Zusammenfassung der Ansprüche
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegend offenbarten Techniken umfasst ein Verfahren zum Detektieren einer Entfernung bei einer Radarfrequenz. Das Verfahren umfasst: Ausführen einer Übersetzung eines Zeitgebungssignals in ein analoges Signal durch: Erzeugen eines ersten digitalen Wertes und eines zweiten digitalen Wertes, die Quadraturrepräsentationen eines Radarmodulationssignals sind, gemäß dem Zeitgebungssignal, und Übersetzen des ersten digitalen Wertes und des zweiten digitalen Wertes mit einem Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, um das analoge Signal zu erzeugen; Anwenden der Übersetzung um ein Sendesignal bei der Radarfrequenz zu erzeugen; und Vergleichen des Sendesignals und eines Empfangssignals, umfassend eine Reflexion des Sendesignals, um eine Entfernung zu bestimmen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegend offenbarten Techniken umfasst eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Entfernung bei der Radarfrequenz. Die Vorrichtung umfasst: ein Mittel zum Ausführen einer Übersetzung eines Zeitgebungssignals in ein analoges Signal durch: Erzeugen eines ersten digitalen Wertes und eines zweiten digitalen Wertes, die Quadraturrepräsentationen eines Radarmodulationssignals sind, gemäß dem Zeitgebungssignal, und Übersetzen des ersten digitalen Wertes und des zweiten digitalen Wertes mit einem Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, um das analoge Signal zu erzeugen; ein Mittel zum Anwenden der Übersetzung um ein Sendesignal bei der Radarfrequenz zu erzeugen; und ein Mittel zum Vergleichen des Sendesignals und eines Empfangssignals, umfassend eine Reflexion des Sendesignals, um eine Entfernung zu bestimmen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegend offenbarten Techniken umfasst einen Radarmodulationssignalgenerator, umfassend eine Phasenregelschleife, die ein Zeitgebungssignal bereitstellt; einen Taktgenerator, der das Zeitgebungssignal in ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal übersetzt; einen Radarmodulator, der, bei dem ersten Taktsignal, einen ersten digitalen Wert und einen zweiten digitalen Wert erzeugt, die Quadraturrepräsentationen eines Modulationssignals bei einer Modulationsfrequenz sind; einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, der unter Verwendung des zweiten Taktsignals den ersten digitalen Wert und den zweiten digitalen Wert umwandelt, um ein analoges Signal zu erzeugen; einen Sender, der ein Sendesignal bei der Radarfrequenz basierend auf dem analogen Signal erzeugt; einen Empfänger, der eine Reflexion des Sendesignals empfängt; und einen Entfernungsbestimmer, der die Reflexion und das Sendesignal vergleicht, um eine Entfernung zu bestimmen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegend offenbarten Techniken umfasst eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Rampe. Die Vorrichtung umfasst: ein Mittel zum Bereitstellen eines Zeitgebungssignals; ein Mittel zum Übersetzen des Zeitgebungssignal in ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal; ein Mittel zum Erzeugen, bei dem ersten Taktsignal, eines ersten digitalen Wertes und eines zweiten digitalen Wertes, die Quadraturrepräsentationen eines Rampenmodulationssignals sind; und ein Mittel zum Umwandeln des ersten digitalen Wertes und des zweiten digitalen Wertes unter Verwendung des zweiten Taktsignals, um ein analoges Hochfrequenzrampensignal erzeugen.
Verwendung von Begriffen
Obwohl der Gegenstand in einer Sprache beschrieben wurde, die spezifisch für strukturelle Merkmale und/oder methodische Schritte ist, versteht sich, dass der in den beigefügten Ansprüchen definierte Gegenstand nicht notwendigerweise auf die spezifischen, vorstehend beschriebenen Merkmale oder Schritte beschränkt ist. Vielmehr werden die spezifischen, vorstehend beschriebenen Merkmale und Schritte als beispielhaften Formen zum Implementieren der Ansprüche offenbart.
Gemäß der Verwendung in dieser Anwendung sollen sich die Begriffe „Komponente“, „Modul“, „System“, „Schnittstelle“ und Ähnliches allgemein auf eine computerbezogene Entität beziehen, sei es Hardware, eine Kombination aus Hardware und Software, Software oder Software bei der Ausführung. Eine oder mehrere Komponenten können sich auf einem Computer befinden und/oder zwischen zwei oder mehr Computern verteilt sein.
Ferner kann der beanspruchte Gegenstand als ein Verfahren, eine Vorrichtung oder ein Herstellungsartikel unter Verwendung standardmäßiger Programmierungs- und/oder Konstruktions-Techniken zur Herstellung von Software, Firmware, Hardware oder jeglicher Kombination derselben implementiert sein, um einen Computer zu steuern, um den offenbarten Gegenstand zu implementieren. Der Ausdruck „Herstellungsartikel“ soll gemäß hiesiger Verwendung ein Computerprogramm einschließen, das von jeglicher computerlesbaren Vorrichtung, einem Träger oder Medium aus zugänglich ist. Selbstverständlich erkennt der Fachmann, dass an dieser Konfiguration viele Modifikationen vorgenommen werden können ohne von dem Sinn und Schutzbereich des beanspruchten Gegenstands abzuweichen.
Verschieden Operationen von Ausführungsbeispielen sind hier bereitgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel können eine oder mehrere der beschriebenen Operationen computerlesbare Anweisungen darstellen, die auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien gespeichert sind, die bei Ausführung durch eine Rechenvorrichtung verursachen, dass die Rechenvorrichtung die beschriebenen Operationen ausführt. Die Reihenfolge, in der einige oder alle der Operationen beschrieben sind, sollte jedoch nicht so aufgefasst werden, dass sie impliziert, dass diese Operationen notwendigerweise von der Reihenfolge abhängig sind. Eine alternative Reihenfolge erkennt der Fachmann im Sinne dieser Beschreibung. Ferner versteht es sich, dass nicht alle Operationen notwendigerweise in jedem, hierin bereitgestellten Ausführungsbeispiel vorliegen.
Jeglicher, hierin als „Beispiel“ beschriebener Aspekt oder Entwurf ist nicht zwingend als vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Entwürfen auszulegen. Vielmehr soll die Verwendung des Wortes „Beispiel“ einen möglichen Aspekt und/oder eine mögliche Implementierung vorstellen, der/die sich auf die hierin vorgestellten Techniken beziehen kann. Derartige Beispiele sind für derartige Techniken nicht notwendig und sollen nicht einschränkend sein. Verschiedene Ausführungsbeispiele derartiger Techniken können ein derartiges Beispiel, alleine oder in Kombinationen mit anderen Merkmalen, umfassen, und/oder können das dargestellte Beispiel variieren und/oder auslassen.
Gemäß der Verwendung in dieser Anmeldung ist der Begriff „oder“ als ein einschließendes „oder“ anstatt eines ausschließenden „oder“ zu verstehen. Das heißt, s sofern dies nicht anderweitig angegeben ist oder aus dem Zusammenhang eindeutig hervorgeht, soll „X verwendet A oder B“ jegliche der natürlichen inklusiven Permutationen umfassen. D. h., wenn X verwendet A; X verwendet B; oder X verwendet sowohl A als auch B, dann ist „X verwendet A oder B“ im Rahmen von jeglichem der vorangehenden Fälle erfüllt. Zusätzlich sind die unbestimmten Artikel „einer, eine, eines“ gemäß der Verwendung in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen im Allgemeinen als „ein oder mehrere“ zu verstehen, sofern dies nicht anderweitig angegeben ist oder aus dem Zusammenhang eindeutig hervorgeht, dass sie auf eine Singularform gerichtet sind.
Obgleich diese Offenbarung in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen gezeigt und beschrieben wurde, sind äquivalente Veränderungen und Modifikationen für den Fachmann beim Lesen und Verstehen dieser Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen offensichtlich. Die Offenbarung umfasst alle derartigen Modifikationen und Veränderungen und ist nur durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche eingeschränkt. Insbesondere in Bezug auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten (z. B. Elemente, Ressourcen etc.) ausgeführt werden, sollen die Begriffe die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschrieben, sofern nicht anderweitig angezeigt, irgendeiner Komponente entsprechen, welche die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (z. B. die funktional äquivalent ist), obwohl sie strukturell nicht äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion bei den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung ausführt. Auch wenn ein bestimmtes Merkmal der Offenbarung möglicherweise im Hinblick auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart wurde, kann ein solches Merkmal zusätzlich mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für irgendeine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Insoweit die Ausdrücke „umfassen“, „umfasst“, „haben“, „hat“, „mit“ oder Varianten derselben entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen solche Ausdrücke ferner umfassend sein, auf eine Weise ähnlich zu dem Ausdruck „aufweisen“.

Claims

Ein Verfahren zum Detektieren einer Entfernung bei einer Radarfrequenz, das Verfahren umfassend: Ausführen einer Übersetzung eines Zeitgebungssignals in ein analoges Signal durch: Erzeugen eines ersten digitalen Wertes und eines zweiten digitalen Wertes, die Quadraturrepräsentationen eines Radarmodulationssignals sind, gemäß dem Zeitgebungssignal, und Übersetzen des ersten digitalen Wertes und des zweiten digitalen Wertes mit einem Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, um das analoge Signal zu erzeugen; Anwenden der Übersetzung um ein Sendesignal bei der Radarfrequenz zu erzeugen; und Vergleichen des Sendesignals und eines Empfangssignals, umfassend eine Reflexion des Sendesignals, um eine Entfernung zu bestimmen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: Erzeugen des Zeitgebungssignals mit einer Phasenregelschleife, umfassend einen ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteiler.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Radarmodulationssignal ferner eine Frequenzrampe umfasst.
Ein Radarmodulationssignalgenerator, umfassend eine Phasenregelschleife, die ein Zeitgebungssignal bereitstellt; einen Taktgenerator, der das Zeitgebungssignal in ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal übersetzt; einen Radarmodulator, der, bei dem ersten Taktsignal, einen ersten digitalen Wert und einen zweiten digitalen Wert erzeugt, die Quadraturrepräsentationen eines Modulationssignals bei einer Modulationsfrequenz sind; einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, der unter Verwendung des zweiten Taktsignals den ersten digitalen Wert und den zweiten digitalen Wert umwandelt, um ein analoges Signal zu erzeugen; einen Sender, der ein Sendesignal bei der Radarfrequenz basierend auf dem analogen Signal erzeugt; einen Empfänger, der eine Reflexion des Sendesignals empfängt; und einen Entfernungsbestimmer, der die Reflexion und das Sendesignal vergleicht, um eine Entfernung zu bestimmen.
Der Radarmodulationssignalgenerator gemäß Anspruch 4, wobei die Phasenregelschleife ferner einen ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteiler umfasst, der das Zeitgebungssignal gemäß einem ganzzahligen Frequenzvervielfacher erzeugt.
Der Radarmodulationssignalgenerator gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei: der Taktgenerator ferner das Zeitgebungssignal in ein Sende-Aufwärtswandlungs-Taktsignal übersetzt; und der Sender das Sendesignal durch Mischen des Hochfrequenzsignals mit einer Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz gemäß dem Sende-Aufwärtswandlungs-Taktsignal erzeugt.
Der Radarmodulationssignalgenerator gemäß Anspruch 6, wobei das Mischen des Hochfrequenzsignals mit der Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz das Sendesignal bei einer Sendefrequenz erzeugt, die ein nicht-ganzzahliges fraktionelles Vielfaches einer Zeitgebungssignalfrequenz des Zeitgebungssignals, erzeugt durch die Phasenregelschleife, ist.
Der Radarmodulationssignalgenerator gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei: der Taktgenerator das Zeitgebungssignal ferner in ein Zwischen-Aufwärtswandlungs-Taktsignal übersetzt; und der Sender ferner das Sendesignal erzeugt durch: Mischen des Hochfrequenzsignals mit einer Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz gemäß dem Aufwärtswandlungs-Taktsignal, um ein Zwischensignal bei einer Zwischenfrequenz zu erzeugen; und Mischen des Zwischensignals mit der Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz gemäß dem Sende-Aufwärtswandlungs-Taktsignal.
Der Radarmodulationssignalgenerator gemäß Anspruch 8, wobei: die Sende-Aufwärtswandlungs-Frequenz aus einem Frequenzbereich von 20 Gigahertz bis 60 Gigahertz ausgewählt ist; und die Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz aus einem Frequenzbereich von 10 Gigahertz bis 20 Gigahertz ausgewählt ist.
Der Radarmodulationssignalgenerator gemäß Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend: einen Bildunterdrückungsfilter, der das Zwischensignal filtert, um ein Niederfrequenzbild zu unterdrücken.
Der Radarmodulationssignalgenerator gemäß Anspruch 10, wobei das Mischen des Hochfrequenzsignals mit der Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz das Zwischensignal mit dem Niederfrequenzbild in einem Frequenzbereich erzeugt, zentriert bei einer Frequenzdifferenz zwischen der Zwischen-Aufwärtswandlungs-Frequenz und der Modulationsfrequenz.
Der Radarmodulationssignalgenerator gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei der Entfernungsbestimmer die Reflexion und das Hochfrequenzsignal durch Mischen der Reflexion des Sendesignals mit dem Hochfrequenzsignal vergleicht.
Eine Rampengeneratorvorrichtung, umfassend: eine Phasenregelschleife, die ein Zeitgebungssignal bereitstellt; einen Taktgenerator, der das Zeitgebungssignal in ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal übersetzt; einen digitalen Rampengenerator, der, bei dem ersten Taktsignal, einen ersten digitalen Wert und einen zweiten digitalen Wert erzeugt, die Quadraturrepräsentationen eines Rampenmodulationssignals sind; und einen Hochfrequenz-Digital-zu-Analog-Wandler, der unter Verwendung des zweiten Taktsignals den ersten digitalen Wert und den zweiten digitalen Wert umwandelt, um ein analoges Hochfrequenzrampensignal zu erzeugen.
Die Rampengeneratorvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Phasenregelschleife ferner einen ganzzahligen Rückkopplungs-Frequenzteiler umfasst, der das Zeitgebungssignal gemäß einem ganzzahligen Frequenzvervielfacher erzeugt.
Die Rampengeneratorvorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei der digitale Rampengenerator ferner umfasst: einen ersten Integrator, der einen zunehmenden digitalen Wert erzeugt; und einen numerisch gesteuerten Oszillator, der die Quadraturrepräsentationen des Rampenmodulationssignals bei Frequenzen erzeugt, die proportional zu dem zunehmenden digitalen Wert sind.
Die Rampengeneratorvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei der numerisch gesteuerte Oszillator ferner umfasst: einen zweiten Integrator, der den zunehmenden digitalen Wert, der durch den ersten Integrator erzeugt wird, integriert, um einen zyklischen digitalen Wert zu erzeugen; und einen Koordinatenrotationsnummerngenerator, der: den ersten digitalen Wert als einen Sinus des zyklischen digitalen Wertes erzeugt; und den zweiten digitalen Wert als einen Cosinus des zyklischen digitalen Wertes erzeugt.
Die Rampengeneratorvorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei der zweite Integrator ferner einen Modulus-Integrator umfasst, der den zyklischen digitalen Wert als modulares Integral des zunehmenden digitalen Wertes erzeugt.
Die Rampengeneratorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der erste Integrator bei einem dritten Taktsignal bei einer niedrigeren Frequenz als das erste Taktsignal arbeitet.
Die Rampengeneratorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der Taktgenerator das erste Taktsignal bei einer Frequenz erzeugt, die innerhalb eines Frequenzbereichs von 1 Gigahertz bis 10 Gigahertz ausgewählt ist.
Die Rampengeneratorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei der Taktgenerator das zweite Taktsignal bei einer Frequenz erzeugt, die innerhalb eines Frequenzbereichs von 6 Gigahertz bis 10 Gigahertz ausgewählt ist.