DE102021213426A1

DE102021213426A1 - System und verfahren zum emulieren von echosignalen von emulierten zielen mit reduzierter interferenz

Info

Publication number: DE102021213426A1
Application number: DE102021213426.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Bourde; Gregory Douglas VanWiggeren
Original assignee: Keysight Technologies Inc
Current assignee: Keysight Technologies Inc
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-06-02
Also published as: JP2022087041A; US20220171022A1; US11656331B2

Abstract

Bereitgestellt sind ein System und ein Verfahren zum Emulieren von Echosignalen unter Verwendung einer Prüfeinrichtung, die eine Antenne und einen I/Q-Mischer umfasst, ansprechend auf ein Radarsignal, das durch ein zu prüfendes Radargerät gesendet wird. Das Verfahren umfasst ein Empfangen des Radarsignals von dem zu prüfenden Radargerät, wobei eine Reflexionskomponente des Radarsignals von zumindest der Antenne reflektiert wird; ein Mischen des empfangenen Radarsignals als Lokaloszillator-Signal mit I- und Q-Signalen an dem I/Q-Mischer, um ein Mischprodukt als Hochfrequenzsignal auszugeben, wobei eine Leckkomponente des LO-Signals durch den I/Q-Mischer entweicht; ein weitgehendes Aufheben der Reflexionskomponente des Radarsignals unter Verwendung der Leckkomponente des LO-Signals; und ein Senden des RF-Signals als emuliertes Echosignal an das zu prüfende Radargerät, wobei das emulierte Echosignal dem emulierten Ziel zumindest eine Entfernung anzeigt.

Description

Moderne Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver-Assistance Systems, ADAS) und autonome Fahrsysteme für Fahrzeuge stützen sich auf Erfassungs- und Entfernungsmesssysteme, die elektromagnetische Erfassungs- und Entfernungsmesssignale verwenden, beispielsweise Millimeterwellen-Radarsignale. Die Radarsignale werden verwendet, um beispielsweise vor Kollisionen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu warnen, einen adaptiven Tempomat und autonomes Einparken zu realisieren, und schließlich, um autonomes Fahren auf Straßen und Autobahnen zu ermöglichen. ADAS sind vielversprechend, da sie kostengünstig sind und auch bei Nacht oder widrigen Wetterbedingungen (z. B. Nebel, Regen, Schnee, Staub) eingesetzt werden können.
Herkömmliche Kfz-Radarsysteme weisen in der Regel mehrere Sender und Empfänger am Fahrzeug auf. Die tatsächlichen Fahrumgebungen, bei denen die Radarsysteme zum Einsatz kommen, können sehr unterschiedlich sein, und viele dieser Fahrumgebungen können komplex sein. Zum Beispiel können die tatsächlichen Fahrumgebungen zahlreiche Objekte enthalten, wobei einige der in der tatsächlichen Fahrumgebung anzutreffenden Objekte komplizierte Reflexions-, Beugungs- und Mehrzeit-Reflexionseigenschaften aufweisen können, die die Echosignale als Reaktion auf die Radarsignale beeinflussen. Die unmittelbare Folge einer fehlerhaften Erfassung und/oder Interpretation von Echosignalen kann sein, dass falsche Warnungen oder falsche Reaktionen ausgelöst werden oder Warnungen oder Reaktionen, die ausgelöst werden sollten, nicht erfolgen, was wiederum zu Kollisionen führen kann.
Die Emulation von Zielen für Radartests ist wünschenswert, da der Betrieb eines Fahrzeugradars in der tatsächlichen Fahrumgebung gefährlich, ineffizient, teuer und schwer zu steuern sein kann. So können beispielsweise Straßentests problematisch und teuer sein. Nur in wenigen Orten weltweit sind sogenannte fahrerlose Straßentests zugelassen. Und selbst dann muss in der Regel ein Mensch als Notfallfahrer auf dem Fahrersitz sitzen, falls dem ADAS ein Fehler unterläuft. Viele der frühen Daten sind insbesondere deshalb fragwürdig, weil der Sicherheitsfahrer das Lenkrad aktiv manipulierte.
Im Allgemeinen versuchen herkömmliche Radar-Ziel-Emulatoren, die physikalischen Bedingungen des Problems zu emulieren. Zum Beispiel kann ein herkömmlicher Radar-Ziel-Emulator ein Radarsignal empfangen, das von einem zu prüfenden Radargerät gesendet wird, das Radarsignal um einen Betrag verzögern, der der Ausbreitungsverzögerung entspricht, die sich aus der Entfernung zum emulierten Ziel ergibt, die Amplitude des Radarsignals skalieren, um die Entfernung und den Radarquerschnitt (radar cross section, RCS) des Ziels zu berücksichtigen, und anschließend das skalierte und verzögerte Signal an das zu prüfende Radargerät zurücksenden, wodurch die Übertragung des Radarsignals von dem zu prüfenden Radargerät zu dem Ziel und die Reflexion eines entsprechenden Echosignals emuliert wird.
Einige herkömmliche Emulatorsysteme verwenden eine Einseitenband(SSB)-Modulation und eine Reflexion (Rückübertragung) eines frequenzverschobenen Signals, um z. B. frequenzmodulierte Radare mit kontinuierlicher Welle (FMCW) zu prüfen. Derartige Emulatorsysteme können eine Sende-Empfangs-Sondenantenne umfassen, die mit einem Mikrowellenzirkulator, mit einem SSB-Mischer und einem variablen Dämpfungsglied in dem Rückkopplungsweg verbunden ist. Die herkömmlichen Emulatorsysteme erzeugen reflektierte Signal (emulierte Echosignale) von den emulierten Radarzielen sowie unerwünschte Signale, die als „Geisterziele“ bezeichnet werden. Die Geisterziele resultieren aus fremden Hochfrequenz(RF)-Signalen wie beispielsweise Harmonischen oder Intermodulationsprodukten, Lokaloszillatordurchführungen und/oder Reflexionen der Radarsignale von der Hardware des Emulatorsystems wie beispielsweise der Sondenantenne, einem Mikrowellenzirkulator und/oder anderen nachgelagerten Komponenten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System und ein Verfahren zum Emulieren von Echosignalen mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 oder durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 oder Anspruch 13 gelöst.
Die Ausführungsbeispiele lassen sich am besten anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung verstehen, wenn dieselbe zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es ist zu betonen, dass die verschiedenen Merkmale nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind. In der Tat können die Abmessungen zur Verdeutlichung der Diskussion willkürlich vergrößert oder verkleinert sein. Wo immer es anwendbar und praktisch ist, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein System zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Interferenz gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine Re-Illuminationsvorrichtung des Echosignal-Emulationssystems zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Interferenz gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine Re-Illuminationsvorrichtung des Echosignal-Emulationssystems zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Interferenz zeigt, gemäß einem anderen repräsentativen Ausführungsbeispiel;
4 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Interferenz gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Kalibrierung eines Systems zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Interferenz gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel zeigt;
6A eine graphische Darstellung, die die Auswirkungen der Kalibrierung von Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten bei einer Frequenz auf Leckkomponenten und USBs gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel zeigt; und
6B eine graphische Darstellung, die die Auswirkungen der Kalibrierung von Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten bei mehreren Frequenzen auf Leckkomponenten und USBs gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel zeigt.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung und nicht der Einschränkung repräsentative Ausführungsbeispiele dargelegt, die spezifische Details offenbaren, um ein umfassendes Verständnis eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Lehre zu vermitteln. Beschreibungen von bekannten Systemen, Vorrichtungen, Materialien, Betriebs- und Herstellungsverfahren können weggelassen werden, um die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsbeispiele nicht zu verschleiern. Nichtsdestotrotz fallen Systeme, Vorrichtungen, Materialien und Verfahren, die einem Fachmann mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet bekannt sind, in den Schutzbereich der vorliegenden Lehre und können in Übereinstimmung mit den dargestellten Ausführungsbeispielen verwendet werden. Es versteht sich, dass die hier verwendete Terminologie nur zur Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele dient und nicht als einschränkend zu verstehen ist. Die definierten Begriffe sind zusätzlich zu den technischen und wissenschaftlichen Bedeutungen der definierten Begriffe, wie sie allgemein auf dem technischen Gebiet der vorliegenden Lehre verstanden und akzeptiert werden.
Es versteht sich von selbst, dass, obwohl die Begriffe erstes, zweites, drittes usw. hier zur Beschreibung verschiedener Elemente oder Komponenten verwendet werden können, diese Elemente oder Komponenten durch diese Begriffe nicht eingeschränkt werden sollen. Diese Begriffe werden lediglich verwendet, um ein Element oder eine Komponente von einem anderen Element oder einer anderen Komponente zu unterscheiden. So könnte ein erstes Element oder eine erste Komponente, das bzw. die im Folgenden erörtert wird, als zweites Element oder zweite Komponente bezeichnet werden, ohne dass dies von der Lehre der vorliegenden Offenbarung abweicht.
Die hier verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und ist nicht als einschränkend zu verstehen. Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, sind die Singularformen der Begriffe „ein/eine/eines“ und „der/die/das“ so zu verstehen, dass sie sowohl Singular- als auch Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Darüber hinaus spezifizieren die Begriffe „weist auf“ und/oder „aufweisend“ und/oder ähnliche Begriffe, wenn dieselben in dieser Anmeldung verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, Elemente und/oder Komponenten, schließen jedoch das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente.
Wenn ein Element oder eine Komponente als „verbunden mit“, „gekoppelt mit“ oder „benachbart zu“ einem anderen Element oder einer anderen Komponente bezeichnet wird, kann das Element oder die Komponente direkt mit dem anderen Element oder der anderen Komponente verbunden oder gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Komponenten vorhanden sein, sofern nicht anders angegeben. Das heißt, diese und ähnliche Begriffe umfassen Fälle, in denen ein oder mehrere Zwischenelemente oder -komponenten verwendet werden können, um zwei Elemente oder Komponenten zu verbinden. Wenn jedoch ein Element oder eine Komponente als „direkt verbunden“ mit einem anderen Element oder einer anderen Komponente bezeichnet wird, umfasst dies lediglich Fälle, in denen die beiden Elemente oder Komponenten ohne Zwischenelemente oder -komponenten miteinander verbunden sind.
Die vorliegende Offenbarung soll daher durch einen bzw. eines oder mehrere ihrer verschiedenen Aspekte, Ausführungsbeispiele und/oder spezifischen Merkmale oder Teilkomponenten einen oder mehrere der unten angegebenen Vorteile hervorbringen. Zum Zwecke der Erläuterung und nicht der Einschränkung werden beispielhafte Ausführungsbeispiele mit spezifischen Details angeführt, um ein umfassendes Verständnis eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Lehre zu vermitteln. Andere Ausführungsbeispiele, die mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen und von den hierin offenbarten spezifischen Details abweichen, verbleiben jedoch innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche. Darüber hinaus können Beschreibungen von bekannter Vorrichtungen und Verfahren weggelassen werden, um die Beschreibung der Ausführungsbeispiele nicht zu verschleiern. Derartige Verfahren und Vorrichtungen fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist ein Antriebsemulationssystem in der Lage, Echosignale von emulierten Zielen zu emulieren, ansprechend auf Radarsignalübertragungen von einem zu prüfenden Radargerät, das auf einem zu prüfenden Fahrzeug wie beispielsweise einem Automobil oder einer anderen mobilen Plattform angeordnet ist. Die Ausführungsbeispiele minimieren Interferenzen, z. B. Geisterziele, die an dem zu prüfenden Radargerät beobachtet werden und durch Harmonische und Intermodulationsprodukte, Reflexion des Radarsignals von der Prüfhardware und/oder LO-Leckage (Rest-Radarsignal, das durch einen Mischer verläuft) verursacht werden. Geisterziele von einem Array von Radarreflexionsmodifikationsvorrichtungen können ebenfalls durch Kalibrierung des gesamten Emulatorsystems minimiert werden.
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein System zum Emulieren von Echosignalen für ein zu prüfendes Radargerät mit reduzierter Interferenz (z. B. Eliminierung von Geisterzielen) gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel zeigt. Wie ein Fachmann mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet, der mit der vorliegenden Offenbarung vertraut ist, feststellen wird, ist ein wahrscheinliches Fahrzeugradar ein Automobilradar, das in verschiedenen Funktionen in aktuellen und zukünftigen Automobilanwendungen eingesetzt wird. Es wird jedoch betont, dass das hier beschriebene Echosignal-Emulationssystem nicht auf Automobilradarsysteme beschränkt ist und auf andere Fahrzeugtypen angewendet werden kann, die ein Fahrzeugradarsystem verwenden könnten, z. B. Lastkraftwagen, Busse, Motorräder, Fahrräder, motorisierte Fahrräder (z. B. Roller) und Flugzeuge.
Unter Bezugnahme auf 1 ist das Echosignal-Emulationssystem 100 so angeordnet, dass dasselbe das zu prüfende Radargerät 105 prüft, das dazu konfiguriert sein kann, FMCW-Radarsignale zu senden und reflektierte Signale zu empfangen, einschließlich emulierter Echosignale, die Reflexionen (Echos) des Radarsignals von Zielen in einer Szenenemulation emulieren. Das zu prüfende Radargerät 105 weist einen oder mehrere Radarsender und entsprechende Sendeantennen sowie einen oder mehrere Radarempfänger und entsprechende Empfangsantennen auf. Das gesamte System 100 oder ein Teil davon kann in einer Prüfkammer, z. B. einer schalltoten Prüfkammer, untergebracht sein.
Das System 100 umfasst mehrere Re-Illuminationsvorrichtungen 106, von denen jede zumindest eine Re-Illuminationsantenne 108 und zumindest ein Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110 umfasst, bei dem es sich z. B. um eine modulierte Reflexionsvorrichtung (modulated reflection device, MRD) handeln kann. Die Re-Illuminationsantenne 108 kann z.B. eine Hornantenne (Sondenantenne) sein. Wie im Folgenden näher erläutert, umfasst jedes Sende-Empfangs-Gerät 110 im Allgemeinen eine Empfängerschaltung, eine Senderschaltung, einen In-Phase(I)-Quadratur(Q)-Mischer (I/Q-Mischer) und einen Signalgenerator zum Erzeugen von I- und Q-Signalen, die in den I/Q-Mischer eingegeben und mit einem Lokaloszillator(LO)-Signal gemischt werden. Der I/Q-Mischer kann sowohl als Teil der Empfänger- als auch der Senderschaltung betrachtet werden. Ein empfangenes Radarsignal in den I/Q-Mischer als LO-Signal eingegeben, die I- und Q-Signale von dem Signalgenerator werden in den I/Q-Mischer als Zwischenfrequenz(IF)-Signale eingegeben, und ein Mischprodukt der LO- und IF-Signale wird von dem I/Q-Mischer als RF-Signal ausgegeben. Das RF-Signal wird nach Bedarf verstärkt/gedämpft und durch die Senderschaltung über die Re-Illuminationsantenne 108 als emuliertes Echosignal an das zu prüfende Radargerät 105 übertragen. Im Allgemeinen geben die Frequenz und der Betrag des RF-Signals die emulierten Entfernungen und RCS der emulierten Ziele an. Zum Beispiel gilt für ein FMCW-Radarsignal, das ein Chirp-Signal verwendet, dass, je niedriger die RF-Frequenz des RF-Signals innerhalb des linearen Anstiegs des Chirp-Signals ist, desto näher das emulierte Ziel an dem zu prüfenden Radargerät 105 zu sein scheint.
Bei einer alternativen Konfiguration können die Signalgeneratoren 130 nicht physisch in jeder der Re-Illuminationsvorrichtungen 106 enthalten sein, in welchem Fall ein Signalgenerator 130 die I- und Q-Signale für mehrere Sende-Empfangs-Geräte 110 bereitstellen kann, ohne von dem Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Jeder Signalgenerator 130 kann z.B. als direkter digitaler Synthesizer (direct digital synthesizer, DDS) implementiert sein.
Für jedes emulierte Ziel in der Szenenemulation kann eine Re-Illuminationsvorrichtung 106 vorhanden sein. Alternativ dazu kann eine Re-Illuminationsvorrichtung 106 für mehrere emulierte Ziele verwendet werden, einschließlich eines oder mehrerer diffuser Ziele und/oder eines oder mehrerer nicht-diffuser Ziele. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Re-Illuminationsvorrichtungen 106 in einem 2-D-Array angeordnet sein, wobei jede Re-Illuminationsvorrichtung 106 ein Element in dem 2-D-Array darstellt. In diesem Fall würden die Elemente mit einer räumlichen Position, die einem emulierten Ziel entspricht, ein emuliertes Echosignal erzeugen, das diesem Ziel entspricht.
Das System 100 umfasst außerdem einen Computer 140 mit einer Steuerung 144. Die hier beschriebene Steuerung 144 kann eine Kombination aus einem Speicher 146, der Anweisungen speichert, und einem illustrativen Prozessor 148 umfassen, der die gespeicherten Anweisungen ausführt, um alle oder einen Teil der hier beschriebenen Prozesse zu implementieren. In einer Datenbank 120 können Informationen gespeichert sein, die für die Zielemulation verwendet werden, einschließlich verschiedener vorbestimmter Szenarien, die ein oder mehrere Ziele haben. Zum Beispiel kann die Datenbank 120 gewünschte Charakteristika eines Punktziels speichern, beispielsweise die Entfernung von dem zu prüfenden Radargerät 105, den RCS, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und dergleichen. Die Datenbank 120 kann ferner Informationen über Parameter des spezifischen zu prüfenden Radargeräts 105 speichern, beispielsweise Codes, Leistung, Sichtfelder und dergleichen. Das zu prüfende Radargerät 105 kann über verschiedene Arten von drahtgebundenen und/oder drahtlosen Netzwerkverbindungen mit dem Computer 140 verbunden sein. Die Steuerung 144 ist dazu konfiguriert, den Betrieb von Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten 110 sowie der Signalgeneratoren 130 über Steuersignale zu steuern, was durch Strichlinien angegeben ist.
Die Steuerung 144 kann in einer Arbeitsstation wie einem Computer oder einer anderen Anordnung aus einer oder mehreren Rechenvorrichtungen, einer Anzeige/einem Monitor und einem oder mehreren Eingabevorrichtungen (z. B. einer Tastatur, Joysticks und einer Maus) in Form eines eigenständigen Rechnersystems, eines Clientcomputers eines Serversystems, eines Desktops oder eines Tablets untergebracht oder mit dieser verbunden sein. Der Begriff „Steuerung“ umfasst im weitesten Sinne alle strukturellen Konfigurationen, wie sie im Stand der Technik der vorliegenden Offenbarung verstanden und in der vorliegenden Offenbarung beispielhaft beschrieben werden, bezogen auf eine anwendungsspezifische Hauptplatine oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung zum Steuern einer Anwendung von verschiedenen Prinzipien, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind. Die strukturelle Konfiguration der Steuerung 144 kann einen oder mehrere Prozessoren, ein oder mehrere computernutzbare/computerlesbare Speichermedien, ein Betriebssystem, ein oder mehrere Anwendungsmodule, eine oder mehrere Peripheriegerätesteuerungen, einen oder mehrere Steckplätze und einen oder mehrere Anschlüsse umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, wie nachstehend erläutert wird.
Außerdem können, obwohl der Computer 140 und/oder die Steuerung 144 miteinander vernetzte Komponenten darstellen, mehrere Komponenten in einem einzigen System integriert sein. Zum Beispiel können der Computer 140 und/oder die Steuerung 144 mit einer Anzeige (nicht gezeigt) und/oder mit dem System 100 integriert sein. Andererseits können die vernetzten Komponenten des Computers 140 und/oder der Steuerung 144 auch räumlich verteilt sein, beispielsweise in verschiedenen Räumen oder verschiedenen Gebäuden verteilt sein, wobei die vernetzten Komponenten über Datenverbindungen verbunden sein können. Bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel sind eine oder mehrere der Komponenten des Computers 140 und/oder der Steuerung 144 nicht über eine Datenverbindung mit den anderen Komponenten verbunden, sondern werden stattdessen manuell mit Eingaben und/oder Ausgaben versorgt, beispielsweise durch einen Speicherstick oder eine andere Art von Speicher. Bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel kann die hierin beschriebene Funktionalität auf der Grundlage der Funktionalität der Elemente des Computers 140 und/oder der Steuerung 144, jedoch außerhalb des Systems 100 ausgeführt werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Computer 140 die Steuerung 144, die den Speicher 146, den Prozessor 148 sowie Benutzer- und/oder Netzwerkschnittstellen (nicht gezeigt) und eine Anzeige (nicht gezeigt) umfasst. Der Computer 140 und/oder die Steuerung 144 können als Verarbeitungseinheit implementiert sein. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Verarbeitungseinheit einen oder mehrere Computerprozessoren (z. B. Prozessor 148), digitale Signalprozessoren (DSPs), zentrale Rechnereinheiten (CPUs), feldprogrammierbare Gatter-Arrays (FPGAs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) oder Kombinationen davon umfassen, wobei eine beliebige Kombination von Hardware, Software, Firmware, fest verdrahteten logischen Schaltungen oder Kombinationen davon verwendet wird. Jeder des Computers 140, der Steuerung 144 und/oder des Prozessors 148 kann einen eigenen Verarbeitungsspeicher (z. B. Speicher 146) zum Speichern von computerlesbarem Code (z. B. Software, Softwaremodule) enthalten, der die Ausübung der verschiedenen hier beschriebenen Funktionen ermöglicht. Beispielsweise kann der Verarbeitungsspeicher Softwarebefehle/computerlesbaren Code speichern, die bzw. der von der Verarbeitungseinheit (z. B. dem Computerprozessor) ausgeführt werden können bzw. ausgeführt werden kann, um einige oder alle Aspekte der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen, einschließlich verschiedener Schritte des Verfahrens, das nachstehend unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben ist. Das heißt, die Ausführung der Befehle/des computerlesbaren Codes bewirkt im Allgemeinen, dass die Verarbeitungseinheit des Computers 140 und/oder die Steuerung 144 Echosignale emuliert, die von emulierten Radarzielen ansprechend auf die Radarsignale reflektiert werden, die von dem zu prüfenden Radargerät 105 gesendet werden.
Der Speicher 146 und jeder andere hierin beschriebene Speicher, einschließlich der Datenbank 120, können verschiedene Arten von Direktzugriffsspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM) und/oder andere Speichermedien sein, darunter Flash-Speicher, elektrisch programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), elektrisch löschbarer und programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM), Compact-Disk-Speicher ohne Schreibmöglichkeit (CD-ROM), Digitale Video-Disk (DVD), Register, Latches, Flip-Flops, eine Festplatte, eine Wechselplatte, ein Band, eine Diskette, eine Blu-ray-Disk oder ein Universal-Serial-Bus(USB)-Treiber oder jede andere Form von Speichermedien, die im Stand der Technik bekannt sind, die greifbar und nicht vorübergehend sind (z. B. im Vergleich zu vorübergehenden, sich ausbreitenden Signalen). Speicher können flüchtig oder nicht flüchtig, sicher und/oder verschlüsselt, unsicher und/oder unverschlüsselt sein, ohne dass dies den Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre sprengen würde. Der Speicher 146 und die Datenbank 120 können für einen oder mehrere Speicher und Datenbanken sowie für mehrere Speicher und Datenbanken repräsentativ sein, einschließlich verteilter und vernetzter Speicher und Datenbanken.
Im Allgemeinen sendet das zu prüfende Radargerät 105 im Betrieb RF-Radarsignale (illustrativ Millimeterwellensignale) aus, die auf eine jeweilige der Re-Illuminationsantennen 108 einer der Re-Illuminationsvorrichtungen 106 fokussiert sind, bei denen es sich vorteilhafterweise um Antennen mit vergleichsweise hohem Gewinn handelt. Die Re-Illuminationsantenne 108 kann eine Hornantenne (Sondenantenne) sein, die für die Wellenlänge der Signale, die von dem zu prüfenden Radargerät 105 empfangen werden, ausgewählt ist. Die Re-Illuminationsantenne 108 kann einen variablen Gewinn aufweisen und mit einem Strahlformungselement wie einer Linse gekoppelt sein, um einen Freiheitsgrad des Ankunftswinkels (angle of arrival, AoA) anzupassen. Natürlich können auch andere Antennentypen, beispielsweise Patch-Antennen oder Patch-Antennen-Arrays, in die Re-Illuminationsantenne 108 integriert werden, ohne dass dies von dem Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre abweicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann das System 100 ferner ein diffraktives optisches Element (DOE) umfassen, um das Radarsignal zu den jeweiligen Re-Illuminationsvorrichtungen 106 zu lenken, wie dies in der US-Patentanmeldung Nr. 16/867804 f ür Gregory S. Lee, eingereicht am 6. Mai 2020, beschrieben, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten ist. Das DOE ist dazu konfiguriert, die Radarsignale auf die Re-Illuminationsantennen 108 zu fokussieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel treffen die emittierten Radarsignale auf einer ersten Seite des DOE auf, das die Signale von dem zu prüfenden Radargerät beugt, damit dieselben auf eine der Re-Illuminationsantennen 108 fokussiert werden. So beugt das DOE die auftreffende Welle in einem bestimmten Winkel relativ zu einer zweiten Seite des DOE, und jede gebeugte Welle wird auf eine jeweilige der Re-Illuminationsantennen 108 fokussiert. Natürlich kann das System 100 auch eine andere Einrichtung zum Fokussieren der Radarsignale auf die jeweiligen Re-Illuminationsantennen 108 umfassen, ohne von dem Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Insbesondere stellen die jeweiligen Brennpunkte (alternativ Fokusse) an jeder der Re-Illuminationsantennen 108 ein Ziel dar, das durch das System 100 emuliert wird.
Die Radarsignale, die auf die Re-Illuminationsantennen 108 treffen, werden jeweiligen der Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräte 110 bereitgestellt. Wie hierin ausführlicher beschrieben ist, wird auf Basis eine Eingabe von der Steuerung 144 eine Frequenzverschiebung der auftreffenden Signale in jedem der Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräte 110 bewirkt und in vorteilhafter Weise eine Entfernung eines Ziels von dem zu prüfenden Radargerät 105 oder eine Geschwindigkeit eines Ziels relativ zu dem zu prüfenden Radargerät 105 oder beides emuliert. Zusätzlich werden der Azimut (+x-Richtung in dem Koordinatensystem von 1) und die Elevation (+z-Richtung in dem Koordinatensystem von 1) durch die Re-Illuminationsantennen 108 emuliert. Die Re-Illuminationsantennen 108 können Teil eines elektronisch steuerbaren Antennen-Arrays der Re-Illuminationsvorrichtungen 106 sein. Alternativ können die Re-Illuminationsantennen 108 mechanisch kardanisch aufgehängt sein, mechanisch bewegt werden oder eine Kombination aus mechanischer kardanischer Aufhängung/Bewegung und elektronischer Emulation aufweisen. Ebenso können die Re-Illuminationsvorrichtungen 106 anstelle der Re-Illuminationsantennen 108 oder zusätzlich zu denselben mechanisch bewegt werden. Die von den Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten 110 bereitgestellten Re-Illuminationssignale treffen auf das zu prüfende Radargerät 105 auf. Der Computer 140 empfängt die Signale von dem zu prüfenden Radargerät 105 für eine weitere Analyse der Genauigkeit des zu prüfenden Radargeräts 105.
Im Allgemeinen arbeitet ein Radargerät, das FMCW-Wellenformen verwendet, indem zum Beispiel ein RF-Radarsignal in dem 77-GHz-Band gesendet wird. Das Radarsignal wird so moduliert, dass sich die momentane Frequenz über eine vorbestimmte Zeitspanne linear von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz ändert, was als Chirp-Signal bezeichnet wird. Die RF-Frequenz kann über die vorbestimmte Zeitspanne linear ansteigen (Upchirp), wobei die erste Frequenz (z. B. 77 GHz) niedriger ist als die zweite Frequenz (z. B. 78 GHz), oder die RF-Frequenz kann über die vorbestimmte Zeitspanne linear sinken (Downchirp), wobei die erste Frequenz (z. B. 78 GHz) höher ist als die zweite Frequenz (z. B. 77 GHz). Dieser lineare Anstieg der Frequenzen wird wiederholt, um ein kontinuierliches Wellensignal zu bilden, das von dem Radargerät gesendet wird.
Das gesendete Radarsignal breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit in Richtung eines Ziels aus, wird von dem Ziel reflektiert und kehrt als reflektiertes Echosignal zu dem Radargerät zurück, wobei das Echosignal um die Umlaufzeit zwischen dem Radargerät und dem Ziel verzögert ist. Die Länge dieser Verzögerung entspricht einem Abstand zwischen dem Radargerät und dem Ziel. Das Echosignal wird dann in dem Radargerät mit einem aktuell gesendeten Radarsignal gemischt, ein Vorgang, der als homodyner Empfang bekannt ist. Ein resultierendes IF-Signal weist eine Frequenz auf, die gleich der momentanen Differenz zwischen der Frequenz des empfangenen Echosignals und der Frequenz des aktuell gesendeten Radarsignals in dem Radargerät ist.
Das heißt, dass aufgrund der Verzögerung des empfangenen Echosignals und des linearen Anstiegs der Frequenzen des gesendeten Radarsignals über die vorbestimmte Zeitspanne eine Frequenzdifferenz zwischen dem aktuell gesendeten Radarsignal (dessen Frequenz sich linear verändert hat) und dem empfangenen Echosignal (das die Frequenz des ursprünglich gesendeten Radarsignals hat) besteht. Diese Frequenzdifferenz ist daher proportional zu der Umlaufverzögerung multipliziert mit der Frequenzwobbelrate in Hertz pro Sekunde (Hz/s). Da nah gelegene Ziele weniger verzögert werden als weit entfernte Ziele, führen die nah gelegenen emulierten Ziele beispielsweise zu einer kleineren Frequenzdifferenz und damit zu einer niedrigeren IF-Signalfrequenz als weiter entfernte emulierte Ziele. Wenn das emulierte Ziel ein Punktziel ist, so ist das resultierende IF-Signal ein einzelner Ton mit einer einzigen Frequenz. Wenn das emulierte Ziel mehrere Ziele aufweist, weist das resultierende IF-Signal mehrere Töne mit Frequenzen auf, die den momentanen Entfernungen zu den jeweiligen Zielen entsprechen. Im allgemeinen Fall von N Zielen weist das IF-Signal an dem Radargerät N Töne auf, wobei die Frequenz jedes Tons der Entfernung zu einem entsprechenden Ziel und die Amplitude jedes Tons der relativen Empfangsstärke des Echosignals von diesem Ziel entspricht. Die Empfangsstärke ist eine Funktion der Entfernung von dem Radargerät zu dem Ziel sowie des Reflexionsvermögens des Ziels entsprechend dem RCS des Ziels. Für einen gegebenen Ziel-RCS ist die Stärke im Allgemeinen umgekehrt proportional zu der Entfernung gemäß der Funktion 1/R⁴, wobei R der Abstand zwischen dem Radargerät und dem Ziel ist.
In diesem Zusammenhang nutzen die repräsentativen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung Frequenzversätze, die durch die Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräte 110 bereitgestellt werden, um Reichweiten zu emulierten Zielen von dem zu prüfenden Radargerät 105 aus zu emulieren. Bei Verwendung des Frequenzversatzes wird jedes emulierte Ziel durch eine effektive Frequenzverschiebung aufgrund der Ausbreitungsverzögerung angezeigt. Anstatt jedoch die Übertragung des Echosignals zu verzögern, um die Reichweite anzuzeigen, wird die Verzögerung selbst durch das Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät emuliert, das dem Echosignal die erwartete Frequenzverschiebung gemäß der gewünschten Verzögerung verleiht. Zum Beispiel kann, wie weiter unten näher erläutert wird, das von dem zu prüfenden Radargerät 105 gesendete Radarsignal an dem Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110 durch ein Frequenzversatzsignal unter Verwendung eines Einseitenband(SSB)-Mischers gemischt werden. Dieses Frequenzversatzsignal hat eine Frequenz (oder ein Frequenzmuster), die bzw. das der erforderlichen Frequenzverschiebung entspricht, die in dem Echosignal vorhanden wäre, das der Verzögerung (oder der Umlaufzeitdifferenz) entspricht. Tatsächlich hat das Frequenzversatzsignal genau die Form des gewünschten IF-Signals an dem zu prüfenden Radargerät 105, nachdem das Echosignal empfangen und mit dem aktuell gesendeten Radarsignal gemischt wurde. So würde ein einzelnes emuliertes Ziel in einer ersten Entfernung zu einem IF-Signal an dem zu prüfenden Radargerät 105 führen, das aus einem einzelnen Ton bei einer Frequenz besteht, die die Entfernung zu dem einzelnen Ziel darstellt. Dies kann mit Hilfe des SSB-Mischers in dem Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110 erzeugt werden, indem das gewünschte IF-Signal als Frequenzversatzsignal verwendet wird. Mehrere emulierte Ziele würden zu einem IF-Signal führen, das aus mehreren Tönen besteht. Die Verwendung dieses Mehrton-IF-Signals als Versatzsignal führt somit zu einem Echosignal, das die mehreren emulierten Ziele emuliert.
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer repräsentativen Re-Illuminationsvorrichtung (und eines entsprechenden Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräts) von 1 zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Reflexions- und Leckkomponente gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel. Aspekte der in Verbindung mit dem repräsentativen Ausführungsbeispiel beschriebenen Re-Illuminationsvorrichtung können für alle Re-Illuminationsvorrichtungen gleich sein.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst eine Re-Illuminationsvorrichtung 106A eine Re-Illuminationsantenne 108 und ein Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110A, das mit der Re-Illuminationsantenne 108 verbunden ist, wie oben beschrieben ist. Natürlich kann es in der Praxis mehr als ein Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110 in einem System und somit mehr als eine Re-Illuminationsantenne 108 geben (wie z. B. bei dem repräsentativen Ausführungsbeispiel von 1 dargestellt). Die Re-Illuminationsantenne 108 ist dazu konfiguriert, ein Radarsignal 201 Over-the-Air von dem zu prüfenden Radargerät 105 zu empfangen. Das Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110A ist dazu konfiguriert, ein emuliertes Echosignal 220 ansprechend auf das Radarsignal zu erzeugen, das ein emuliertes Ziel anzeigt, wobei das emulierte Echosignal 220 durch die Re-Illuminationsantenne 108 gesendet und durch das zu prüfende Radargerät 105 empfangen wird. Das emulierte Echosignal 220 zeigt die Entfernung von dem zu prüfenden Radargerät 105 zu dem emulierten Ziel auf Basis der Szenenemulation an, die z. B. in der Datenbank 120 gespeichert ist. Zusätzlich wird eine Reflexionskomponente 222 des Radarsignals durch die Re-Illuminationsantenne 108 und das Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110A reflektiert, und eine Leckkomponente 224 des Radarsignals entweicht durch den I/Q-Mischer 203. Wie hier verwendet, umfasst die Reflexionskomponente 222 einen Abschnitt des Radarsignals, der physikalisch von der Systemhardware reflektiert wird, beispielsweise von der Re-Illuminationsantenne 108 und äußeren Strukturen des Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräts 110A, sowie Reflexionen elektrischer Leistung, wie sie durch einen Nicht-Null-Reflexionskoeffizienten (S₁₁) angegeben werden, z. B. als Resultat von Impedanzfehlanpassungen. Die Reflexionskomponente 222 und die Leckkomponente 224 können durch das zu prüfende Radargerät 105 empfangen werden, wodurch das emulierte Echosignal 220 gestört wird, es sei denn, die Reflexionskomponente 222 und die Leckkomponente 224 werden gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung reduziert und/oder minimiert, wie nachstehend erläutert.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110A einen Zirkulator 202, den I/Q-Mischer 203 und den Signalgenerator 130. Der Zirkulator 202 ermöglicht es dem Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110A, eine einzelne Re-Illuminationsantenne 108 zum Empfangen der Radarsignale 201 von dem zu prüfenden Radargerät 105 und zum Senden der emulierten Echosignale 220 an das zu prüfende Radargerät 105 zu verwenden. Alternativ kann die Re-Illuminationsantenne 108 als getrennte Empfangs- und Sendeantennen ausgeführt sein, ohne dass dies von dem Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre abweicht, in welchem Fall der Zirkulator 202 weggelassen werden kann.
Der I/Q-Mischer 203 kann zum Beispiel ein SSB-Mischer mit standardmäßiger 90-Grad-Phaseneinstellung des Radarsignals sein, was entweder zu einer Ausgabe des oberen Seitenbands (upper sideband, USB) oder des unteren Seitenbands (lower sideband, LSB) führt, wobei das LSB bzw. USB verworfen wird. Der Signalgenerator 130 kann beispielsweise mit Hilfe eines direkten digitalen Synthesizers (DDS) oder eines FPGA und eines Digital-Analog-Wandlers (DAC) implementiert werden, obwohl auch andere Arten von steuerbaren Signalgeneratoren eingesetzt werden können, ohne von dem Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Der Signalgenerator 130 ist steuerbar, zum Beispiel durch den Computer 140, um I- und Q-Signale mit verschiedenen Beträgen und Phasen zu erzeugen. Der Signalgenerator 130 ist auch dahingehend steuerbar, DC-Werte (DC-Versatz) der I- und Q-Signale separat einzustellen, wie nachstehend erläutert ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der I/Q-Mischer 203 einen LO-Port, einen RF-Port und einen IF-Port, wobei der LO-Port dazu konfiguriert ist, das Radarsignal 201 von der Re-Illuminationsantenne 108 als LO-Signal zu empfangen, und der IF-Port dazu konfiguriert ist, die I- und Q-Signale von dem Signalgenerator 130 zu empfangen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Radarsignal 201 als LO-Signal betrachtet und in den LO-Port eingegeben werden, da es verstärkt und/oder begrenzt wird, um den I/Q-Mischer 203 mit einem großen Signal zu betreiben. Der I/Q-Mischer 203 mischt das Radarsignal mit den I- und Q-Signalen und gibt das Mischprodukt von dem RF-Port aus als RF-Signal aus, das schließlich als emuliertes Echosignal 220 bereitgestellt werden soll, beispielsweise nach Verstärkung und/oder Dämpfung. Insbesondere weist das RF-Signal zwei Signale mit orthogonalen Phasen auf, die jeweils dem I- bzw. Q-Signal entsprechen. Jedoch wird das RF-Signal hier der Einfachheit halber in der Einzahl beschrieben. Obwohl nicht dargestellt, versteht es sich, dass das Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110A des Weiteren Signalverarbeitungskomponenten, zum Beispiel Filter, Dämpfungsglieder und/oder Verstärker, umfassen kann, um das Radarsignal 201 zu verarbeiten, bevor das Radarsignal 201 als LO-Signal in den I/Q-Mischer eingegeben wird.
Der Signalgenerator 130 stellt die Beträge und Phasen der I- und Q-Signale ein, die in den I/Q-Mischer 203 eingegeben werden, um den Betrag und die Phase des Ausgangs-RF-Signals einzustellen. Beispielsweise kann das RF-Signal, das durch den I/Q-Mischer 203 ausgegeben wird, ein erwünschtes Seitenband (DSB) und ein unerwünschtes Seitenband (USB) umfassen, wobei das DSB eine frequenzverschobene Version des LO-Signals (Radarsignal 201) ist, das als emuliertes Echosignal 220 an das zu prüfende Radargerät 105 gesendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel stellt der Signalgenerator 130 die Beträge und Phasen der I- und Q-Signale ein, um das USB des RF-Signals zu minimieren.
Der Signalgenerator 130 stellt auch die DC-Werte der I- und Q-Signale ein, um den Betrag und die Phase der Leckkomponente 224 des LO-Signals einzustellen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden der Betrag und die Phase der Leckkomponente 224 dahingehend eingestellt, dass die Reflexionskomponente 222 des Radarsignals 201 weitgehend aufgehoben wird. Das heißt, die Leckkomponente 224 ist der Abschnitt des LO-Signals (Radarsignal 201), der durch den I/Q-Mischer 203 verläuft, ohne mit den I- und Q-Signalen des Signalgenerators 130 gemischt zu werden. Da die Leckkomponente 224 den Mischprozess umgeht, weist die Leckkomponente 224 dieselbe RF-Frequenz wie das Radarsignal 201 und damit dieselbe RF-Frequenz wie die Reflexionskomponente 222 auf.
Sowohl die Reflexionskomponente 222 als auch die Leckkomponente 224 sind unerwünschte Signale, die, wenn sie nicht entfernt werden, an das zu prüfende Radargerät 105 gesendet werden, was zu Interferenzen führt. Um dies zu verhindern, werden der Betrag und die Phase der Leckkomponente 224 mit Hilfe des Signalgenerators 130 so eingestellt, dass die Leckkomponente 224 denselben Betrag und die entgegengesetzte Phase zu der Reflexionskomponente 222 aufweist, wodurch die Reflexionskomponente 222 (und auch die Leckkomponente 224 selbst) weitgehend aufgehoben wird. „Weitgehend aufheben“ bedeutet, dass die Leistung der Reflexionskomponente 222 und/oder der Leckkomponente 224 auf einen Pegel reduziert wird, der nicht mehr von Grundrauschen oder „Störflecken“ zu unterscheiden ist. Das Entfernen der Reflexionskomponente 222 (ebenso wie der Leckkomponente 224) auf diese Weise verhindert das Auftreten von Geisterzielen.
Das RF-Signal, das von dem I/Q-Mischer 203 ausgegeben wird, wird einem Verstärker mit variabler Verstärkung (variable gain amplifier, VGA) 204 zugeführt, der einen Verstärkungssteuerungseingang 205 aufweist. Wie bereits erwähnt, kann der Verstärkungssteuerungseingang 205 des VGA 204 durch den Computer 140 gesteuert werden. Der VGA 204 ermöglicht eine ordnungsgemäße Emulation des Echosignals 220 ansprechend auf das Radarsignal 201 von dem zu prüfenden Radargerät 105 an der Re-Illuminationsantenne 108. Insbesondere ist die Leistung des emulierten Echosignals 220 von der Re-Illuminationsantenne 108 ein Hinweis auf den RCS eines emulierten Ziels und auf den emulierten Abstand zwischen dem emulierten Ziel und dem zu prüfenden Radargerät 105. Daher wird die Verstärkung, die durch den VGA 204 bereitgestellt wird, an dem Verstärkungssteuerungseingang 205 auf Basis der Leistung des Radarsignals, das auf die Re-Illuminationsantenne 108 einfällt, und der erwünschten Emulationsentfernung des emulierten Ziels ausgewählt.
3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer weiteren repräsentativen Re-Illuminationsvorrichtung (und eines entsprechenden Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräts) von 1 zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Reflexions- und Leckkomponente gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel. Aspekte der in Verbindung mit dem repräsentativen Ausführungsbeispiel beschriebenen Re-Illuminationsvorrichtung können für alle oben beschriebenen Re-Illuminationsvorrichtungen gleich sein.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst eine Re-Illuminationsvorrichtung 106B eine Re-Illuminationsantenne 108 und ein Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110B, das mit der Re-Illuminationsantenne 108 verbunden ist, wie oben beschrieben ist. Die Re-Illuminationsantenne 108 ist dazu konfiguriert, ein Radarsignal 201 Over-the-Air von dem zu prüfenden Radargerät 105 zu empfangen. Das Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110B ist dazu konfiguriert, ein emuliertes Echosignal 220 ansprechend auf das Radarsignal zu erzeugen, das ein emuliertes Ziel anzeigt, wobei das emulierte Echosignal 220 durch die Re-Illuminationsantenne 108 gesendet und durch das zu prüfende Radargerät 105 empfangen wird. Zusätzlich wird die Reflexionskomponente 222 von einer Testhardware reflektiert, und die Leckkomponente 224 entweicht durch den I/Q-Mischer 203, wobei die Reflexionskomponente 222 und die Leckkomponente 224 das emulierte Echosignal 220 stören können.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110B den Zirkulator 202, den I/Q-Mischer 203 und den Signalgenerator 130. Der I/Q-Mischer 203 umfasst den LO-Port, den RF-Port und den IF-Port, wobei der LO-Port das Radarsignal 201 von der Re-Illuminationsantenne 108 als LO-Signal empfängt, der IF-Port die I- und Q-Signale von dem Signalgenerator 130 zum Mischen mit dem LO-Signal empfängt und der RF-Port das Mischprodukt als RF-Signal ausgibt, das als emuliertes Echosignal 220 verwendet werden soll. Der Signalgenerator 130 ist dazu konfiguriert, die I- und Q-Signale zu erzeugen und die Beträge und Phasen der I- und Q-Signale dahingehend einzustellen, zum Beispiel unter der Steuerung des Computers 140, dass der Betrag und die Phase des Ausgangs-RF-Signals eingestellt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel stellt der Signalgenerator 130 die DC-Werte der I- und Q-Signale nicht ein, da der Betrag und die Phase der Leckkomponente 224 des LO-Signals mit Hilfe einer Dämpfungsgliedschaltung eingestellt werden, die weiter unten erläutert wird, um die Reflexionskomponente 222 weitgehend aufzuheben.
Insbesondere umfasst das Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110B des Weiteren einen RF-Teiler 211, einen RF-Kombinierer 212, ein erstes Dämpfungsglied 213, ein zweites Dämpfungsglied 214 und einen Phasenschieber 215. Der RF-Teiler 211 empfängt das Radarsignal 201 von der Re-Illuminationsantenne 108 über den Zirkulator 202 und teilt das Radarsignal 201 auf, um eine geteilte Komponente des Radarsignals 201 bereitzustellen. Der Rest des Radarsignals 201 wird als LO-Signal in den I/Q-Mischer 203 eingegeben und wird mit den I- und Q-Signalen gemischt, um das RF-Signal zu erhalten. Die Ausgabe des I/Q-Mischers 203 umfasst das RF-Signal und die Leckkomponente 224 bei derselben RF-Frequenz wie das Radarsignal 201. Die geteilte Komponente des Radarsignals 201 wird in das erste Dämpfungsglied 213 eingegeben, um ein erstes gedämpftes Signal bereitzustellen, und die Ausgabe des I/Q-Mischers 203 wird in das zweite Dämpfungsglied 214 eingegeben, um ein zweites gedämpftes Signal bereitzustellen, wobei das erste und das zweite gedämpfte Signal bei der RF-Frequenz des Radarsignals gedämpft werden. Das erste und das zweite gedämpfte Signal werden seitens des RF-Kombinierers 212 kombiniert, um ein kombiniertes Signal bereitzustellen, das das emulierte Echosignal 220 und die Leckkomponente 224 umfasst, und Phasenschieber 215 führt eine Phasenverschiebung des kombinierten Signals durch.
Die Dämpfung durch das erste und das zweite Dämpfungsglied 213 und 214 wird zum Beispiel durch den Computer 140 so gesteuert, dass die Leckkomponente 224 in dem kombinierten Signal denselben Betrag wie die Reflexionskomponente 222 aufweist. Die Phasenverschiebung durch den Phasenschieber 215 wird zum Beispiel durch den Computer 140 so gesteuert, dass die Leckkomponente 224 eine zu der Reflexionskomponente 222 entgegengesetzte Phase aufweist. Die Leckkomponente 224 hebt damit die Reflexionskomponente 222 weitgehend auf. Obwohl nicht gezeigt, kann das in 3 dargestellte Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110B auch einen VGA und einen Verstärkungssteuerungseingang wie oben beschrieben umfassen, ohne dass dies von dem Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre abweicht. Außerdem kann, obwohl der Phasenschieber 215 als hinter dem RF-Kombinierer 212 befindlich dargestellt ist, der Phasenschieber 215 sich auch vor dem RF-Kombinierer 212 in einem oder beiden Signalwegen befinden, die das erste und das zweite Dämpfungsglied 213 bzw. 214 umfassen, ohne von dem Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen.
Im Allgemeinen wird die Steuerung der rückübertragenen Leistung verwendet, um einen konsistenten RCS zu emulieren. Der RCS kann zum Beispiel in Tabellen in der Datenbank 120 nachgeschlagen werden. Zu diesem Zweck ist bekannt, dass für eine gegebene Entfernung R zu einem emulierten Ziel der Betrag (die Stärke) des reflektierten Echosignals proportional zu dem RCS ist und gemäß 1/R⁴ abnimmt. Ein Fahrzeug wird in der Regel mit 10 dBsm angegeben, was eine Messfläche ist, d. h. 10 dB bezogen auf einen Quadratmeter (squaremeter, sm), oder einfach ausgedrückt, 10 Quadratmeter. Viele Objekte wurden bereits erfasst (Fahrzeuge, Fußgänger, Fahrräder, Gebäude usw.), und diejenigen, die noch nicht erfasst wurden, können mit Hilfe von Raytracing-Techniken berechnet werden. In der vorliegenden Lehre liegt der Schwerpunkt darauf, dem zu prüfenden Radargerät 105 eine Reflektiertes-Echosignal-Stärke bereitzustellen, die mit der Entfernung R (gemäß dem bekannten Radarabklinggesetz 1/R⁴) und dem akzeptierten RCS-Wert für das jeweilige Objekt in Einklang ist. Gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel wird die Signalstärke (und damit die Leistung) durch Einstellen der Stärke der I- und Q-Signale eingestellt, wobei schwächere I- und Q-Signale vergleichsweise schwächere emulierte Echosignale bereitstellen. Insbesondere berechnet der Computer 140 bei bestimmten repräsentativen Ausführungsbeispielen vorab das konsistente reflektierte Echosignal, das dem einzelnen Fokuspunkt an dem zu prüfenden Radargerät 105 bereitgestellt wird, und die Steuerung 144 stellt dann die Stärke der I- und Q-Signale ein, um diese SSB-Stärke zu erreichen. Alternativ und vorteilhaft kann die Verstärkung von VGA 204 eingestellt werden, um die SSB-Stärke des reflektierten Echosignals zu steuern.
Wenn das zu prüfende Radargerät 105 ein FMCW-Gerät ist, wird der Abstand/die Geschwindigkeit elektronisch mit Hilfe des Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräts 110 emuliert. Zu diesem Zweck verwenden FMCW-Radarsysteme gechirpte Wellenformen, wie oben beschrieben, wobei die Korrelation der ursprünglichen Sendewellenform (Tx) des zu prüfenden Radargeräts 105 mit der empfangenen (Rx) Echowellenform den Zielabstand erkennen lässt. Bei Upchirp/Downchirp-Systemen mit Chirp-Raten von ±k_sw (gemessen in Hz/s) führt beispielsweise ein Ziel in einem Abstand d und einer relativen Geschwindigkeit von null zu dem zu prüfenden Fahrzeug mit dem zu prüfenden Radargerät 105 zu einer Frequenzverschiebung (δf) gemäß Gleichung (1), wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist und der Faktor 2 auf die Umlaufausbreitung des Signals von dem zu prüfenden Radargerät 105 zurückzuführen ist: $δ f = \pm (2 k_{sw} d/c)$
Das Vorzeichen der Verschiebung hängt davon ab, welcher Teil der Wellenform, Upchirp oder Downchirp, verarbeitet wird. Im Gegensatz dazu manifestieren sich Dopplerverschiebungen zum Beispiel zeigt eine Nettoverschiebung nach oben über beide Hälften der Wellenform an, dass sich das zu prüfende Radargerät dem Ziel nähert. Die Korrelation wird in dem IF/Basisband-Prozessor des zu prüfenden Radargeräts durchgeführt; Bandbreiten von einigen MHz sind typisch.
Eine häufig eingesetzte Variante von FMCW-Radarsystemen verwendet sich wiederholende Upchirps oder sich wiederholende Downchirps, aber nicht beides (mit dazwischen liegenden Totzeiten). Der Abstand zu einem emulierten Ziel wird wie im vorherigen Absatz beschrieben bestimmt, allerdings ohne das Vorzeichenthema. Die relative Geschwindigkeit wird durch Messen der Phasenverschiebung zwischen aufeinanderfolgenden Rahmen-IF-Korrelationssignalen bestimmt, wobei Rahmen ein Begriff für eine Periode der Wellenform ist. Bei vielen FMCW-Radaranwendungen liegt die Rahmenwiederholrate typischerweise bei einigen kHz bis einigen zehn kHz.
Nach der Verstärkung/Dämpfung an dem Zirkulator 202 stellt das Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110A, 110B ein verstärktes/gedämpftes SSB-Signal bereit, das von der Re-Illuminationsantenne 108 an das zu prüfende Radargerät 105 rückübertragen wird. Insbesondere führt eine Verringerung der Modulationsstärke der I- und Q-Antriebssignale zu einer Verringerung der Ausgangs-Tonstärke und damit zu einer Verringerung des RCS. In der Praxis wird mit diesem Verfahren allein durch die Modulationsansteuerung möglicherweise nicht mehr als 15-20 dB an dynamischer Reichweite erzielt. Der VGA 204 gleicht jedoch das Defizit aus, um die gewünschte RCS-dynamische-Reichweite zu erreichen, und eine variable Verstärkung von 10-50 dB kann leicht durch eine Kombination aus variablen Dämpfungsgliedern und Verstärkervorspannungseinstellung erreicht werden.
4 ist ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Emulieren von Echosignalen von Zielen mit reduzierter Reflexions- und Leckkomponente unter Verwendung eines Echosignal-Emulationssystems gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel zeigt. Das Verfahren kann z.B. durch das oben beschriebene System 100 unter der Steuerung des Computers 140 implementiert werden.
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Radarsignal von einem zu prüfenden Radargerät an einer Frequenzversatzvorrichtung (z. B. Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110) durch eine Sondenantenne (z. B. Re-Illuminationsantenne 108) in dem Block S411 empfangen. Das Radarsignal kann z. B. ein FMCW-Radarsignal sein. Ein Abschnitt des Radarsignals (Reflexionskomponente) wird von der Prüfeinrichtung reflektiert, die die Sondenantenne und die Frequenzversatzvorrichtung umfasst, die zum Emulieren des Echosignals verwendet werden. Wie bereits erwähnt, kann die Reflexionskomponente sowohl physikalische Reflexionen von einer Systemhardware als auch reflektierte Leistung umfassen, wie beispielsweise durch den Reflexionskoeffizienten (S₁₁) angegeben ist. Ohne Korrektur kann die Reflexionskomponente von dem zu prüfenden Radargerät als Interferenz empfangen werden, die z. B. Geisterziele anzeigt.
In Block S412 wird das empfangene Radarsignal als LO-Signal mit I- und Q-Signalen an einem I/Q-Mischer (z.B. I/Q-Mischer 203) gemischt, der das Mischprodukt als RF-Signal ausgibt. Es versteht sich, dass das empfangene Radarsignal vor der Eingabe in den I/Q-Mischer als LO-Signal verarbeitet, z. B. gefiltert, gedämpft und/oder verstärkt werden kann. Ein Abschnitt des LO-Signals (Leckkomponente) entweicht durch den I/Q-Mischer, ohne mit den I- und Q-Signalen gemischt zu werden. Ohne Korrektur kann die Leckkomponente auch durch das zu prüfende Radargerät als Interferenz empfangen werden, z. B. um Geisterziele anzuzeigen.
In Block S413 wird die Reflexionskomponente des Radarsignals (LO-Signal) mit Hilfe der Leckkomponente des LO-Signals weitgehend aufgehoben. Beispielsweise können DC-Werte der I- und Q-Signale, die in den I/Q-Mischer eingegeben werden, so eingestellt werden, dass Betrag und Phase der Leckkomponente des LO-Signals auf einen selben Betrag und eine entgegengesetzte Phase zu der Reflexionskomponente des Radarsignals eingestellt werden. Alternativ kann das Radarsignal mit Hilfe eines RF-Teilers geteilt werden, bevor das LO-Signal mit den I- und Q-Signalen an dem I/Q-Mischer gemischt wird, um eine geteilte Komponente des Radarsignals bereitzustellen, und die geteilte Komponente des Radarsignals kann gedämpft werden. Der Rest des Radarsignals wird als das LO-Signal an dem I/Q-Mischer gemischt, wie in Block S412 beschrieben ist, und die Leckkomponente des LO-Signals wird ebenfalls gedämpft. Die gedämpfte geteilte Komponente des Radarsignals und die gedämpfte Leckkomponente des LO-Signals werden mit Hilfe eines RF-Kombinierers kombiniert, um eine kombinierte Leckkomponente des LO-Signals bereitzustellen. Zumindest eine der gedämpften geteilten Komponenten des Radarsignals, der gedämpften Leckkomponente des LO-Signals oder der kombinierten Leckkomponente des LO-Signals wird mit Hilfe eines Phasenschiebers phasenverschoben, so dass die kombinierte Leckkomponente des LO-Signals denselben Betrag und die entgegengesetzte Phase zu der Reflexionskomponente des Radarsignals aufweist.
In Block S414 wird das RF-Signal nach Bedarf verstärkt/gedämpft, um ein emuliertes Ziel genau darzustellen, und als emuliertes Echosignal an das zu prüfende Radargerät gesendet. Das zu prüfende Radargerät empfängt das emulierte Echosignal ohne Interferenzen, die anderenfalls durch die Reflexionskomponente des Radarsignals und/oder die Leckkomponente des LO-Signals verursacht werden. Wie oben beschrieben, umfasst das zu prüfende Radargerät zumindest einen homodynen Empfänger, der das empfangene emulierte Echosignal mit dem Radarsignal mischt, das aktuell durch das zu prüfende Radargerät gesendet wird, um ein entsprechendes Radar-IF-Signal zu erzeugen. Das Radar-IF-Signal hat eine Frequenz, die einen Abstand zu dem emulierten Ziel anzeigt, und eine Amplitude, die einen RCS des emulierten Ziels anzeigt.
In Block S415 kann ein USB in dem RF-Signal, das als emuliertes Echosignal an das zu prüfende Radargerät gesendet wird, (optional) minimiert werden, indem Betrag und Phase der I- und Q-Signale, die in den I/Q-Mischer eingegeben werden, eingestellt werden. Das heißt, das RF-Signal umfasst ein DSB, bei dem es sich um die frequenzverschobene Version des LO-Signals handelt, wobei der Betrag der Frequenzverschiebung einer Entfernung des emulierten Ziels von dem zu prüfenden Radargerät entspricht. Das RF-Signal umfasst auch das USB, das typischerweise bei einer Harmonischen des DSB auftritt.
Das unter Bezugnahme auf 4 beschriebene Verfahren ist in einem engen Frequenzbereich des Radarsignals am effektivsten. Im Allgemeinen wird, wenn die Frequenz des Radarsignals (und damit des LO-Signals) von der kalibrierten Frequenz abweicht, die Frequenz nachgespurt und die Phase, Amplitude und DC-Pegel der I- und Q-Signale angepasst, um die Aufhebung der Reflexionskomponente des Radarsignals aufrechtzuerhalten, wie oben beschrieben ist, oder die Aufhebung wird nicht optimal sein. Dies ist insbesondere dann ausreichend, wenn die Leckkomponente des LO-Signals in der Mitte des vom Radarsignal abgedeckten Frequenzbereichs minimiert wird. Alternativ kann die Lösung, die ein Teilen des Radarsignals, ein Dämpfen der geteilten Komponente und des Ausgangs-RF-Signals sowie eine Kombination der geteilten Komponente und des RF-Signals umfasst, eine breitere Anwendbarkeit bieten.
Um die Kalibrierung einzelner emulierter Ziele zu umgehen, insbesondere wenn es mehrere solcher Ziele gibt, die durch mehrere Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräte emuliert werden, und um dennoch Reflexionskomponenten aufzuheben, kann eine Gruppenkalibrierung in situ in demselben Echosignal-Emulationssystem in einer Prüfkammer durchgeführt werden. Im Allgemeinen werden die Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräte mit unterschiedlichen IF-Frequenzen angetrieben, während die Prüfkammer mit einem Millimeterwellensignal von einer Quell-Sondenantenne geflutet wird, das zum Beispiel durch einen Signalgenerator oder einen VNA (Vector Network Analyzer) bereitgestellt wird. Das heißt, jedes Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät würde von seinem I/Q-Mischer aus ein RF-Signal ausgeben, das eine andere Frequenz als die RF-Signale von den anderen Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten hat, wodurch unterschiedliche DSB-, USB- und Harmonischen-Signale erzeugt werden. Gleichzeitig ist das LO-Signal (das Millimeterwellensignal von der Quell-Sondenantenne) für alle gleich, wodurch es möglich wird, dass die Leckkomponente des LO-Signals durch jeden I/Q-Mischer gemeinsam eingestellt wird.
5 ist ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Kalibrierung eines Systems zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Interferenz gemäß einem repräsentativen Ausführungsbeispiel zeigt. Das Verfahren kann beispielsweise durch das oben beschriebene System 100 unter der Steuerung des Computers 140 implementiert werden, wobei das System 100 mehrere Re-Illuminationsvorrichtungen 106 umfasst, von denen jede zumindest eine Re-Illuminationsantenne 108 und zumindest ein Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät 110 umfasst.
Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Kalibrierungssignal mit einer Millimeterwellenfrequenz eines Radarsignals von einem Signalgenerator an mehreren Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten (Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten 110) durch entsprechende Sondenantennen (z. B. Re-Illuminationsantennen 108) in Block S511 empfangen. Das Kalibrierungssignal kann durch eine Quell-Sondenantenne, die mit dem Signalgenerator verbunden ist, in die Prüfkammer geflutet werden. Ein Abschnitt des Kalibrierungssignals wird von jeder der Re-Illuminationsvorrichtungen, z. B. zumindest der Antenne, als Reflexionskomponente des Kalibrierungssignals reflektiert, das dieser Re-Illuminationsvorrichtung entspricht.
In Block S512 wird das Kalibrierungssignal als LO-Signal mit I- und Q-Signalen gemischt, die in den I/Q-Mischer eingegeben werden, um jeweils Mischprodukte als RF-Signale auszugeben. Aufgrund von Unterschieden in den I- und Q-Signalen für die verschiedenen Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräte umfassen die RF-Signale jeweils unterschiedliche Frequenzen, unterschiedliche DSBs, unterschiedliche USBs und unterschiedliche Harmonischen. Ein Abschnitt des LO-Signals, der durch jeden der I/Q-Mischer verläuft, ist eine entsprechende Leckkomponente des LO-Signals für diesen I/Q-Mischer. Das LO-Signal kann eine LO-Frequenz in der Mitte des Chirp-Frequenzbereichs eines FMCW-Radarsignals aufweisen. Zum Beispiel kann die LO-Frequenz 76,5 GHz für ein FMCW-Radarsignal betragen, das zwischen 76,0 GHz und 77,0 GHz chirpt. Es können jedoch auch andere LO-Frequenzen gewählt werden, ohne dass dies von dem Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre abweicht.
Die DC-Werte der I- und Q-Signale, die in die I/Q-Mischer eingegeben werden, werden in Block S513 nacheinander eingestellt, um die entsprechenden Leckkomponenten des LO-Signals jeweils durch die I/Q-Mischer zu minimieren und die Harmonischen der RF-Signale wie die oberen Harmonischen, die mit den entsprechenden Leckkomponenten des LO-Signals mitlaufen, zu minimieren. Das heißt, die DC-Werte können für die I/Q-Mischer individuell oder nacheinander eingestellt werden. Beispielsweise können die Leckkomponente des LO-Signals und die Harmonischen des RF-Signals unter Verwendung eines VNA oder Spektrumanalysators überwacht werden, während die DC-Werte der I- und Q-Signale eingestellt werden, bis die jeweiligen Mindestwerte erreicht werden. Bei einem Ausführungsbeispiel werden, wenn die DC-Werte eines I/Q-Mischers in einem Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Gerät eingestellt werden, alle anderen Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräte abgeschaltet. Die DC-Werte der I- und Q-Signale für die Gruppe der Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräte werden dann entsprechend eingestellt. Das anfängliche Minimieren der Leckkomponenten des LO-Signals ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Leckkomponenten die Ausgaben des I/Q-Mischers dominieren.
In Block S514 werden die Beträge und Phasen der I- und Q-Signale, die in die I/Q-Mischer eingegeben werden, nacheinander eingestellt, um die USBs der jeweiligen RF-Signale, die durch die I/Q-Mischer ausgegeben werden, jeweils zu minimieren. Das heißt, die Beträge und Phasen können für die I/Q-Mischer individuell oder nacheinander eingestellt werden. Beispielsweise kann das USB des RF-Signals unter Verwendung des VNA oder des Spektrumanalysators überwacht werden, während die Beträge und Phasen der I- und Q-Signale eingestellt werden, bis das jeweilige minimale USB erreicht wird. Die Beträge und Phasen der I- und Q-Signale werden dann entsprechend eingestellt.
In Block S515 werden die DC-Werte der I- und Q-Signale, die in die mehreren I/Q-Mischer eingegeben werden, gleichzeitig eingestellt, um ein Aufhebungssignal aus den entsprechenden Leckkomponenten der LO-Signale von den I/Q-Mischern in allen Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten zu erzeugen. Das heißt, da die Re-Illuminationsvorrichtungen und die entsprechenden Re-Illuminationsantennen und Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräte sich im Wesentlichen in derselben Entfernung von einem zu prüfenden Radargerät oder der Quell-Sondenantenne befinden, werden dieselben gemeinsam ein großes Reflexionssignal bereitstellen, das als zusammengesetzte Reflexionskomponente des Kalibrierungssignals bezeichnet wird. Um die zusammengesetzte Reflexionskomponente weitgehend aufzuheben, wird das Aufhebungssignal mit demselben Betrag und der entgegengesetzten Phase zu der zusammengesetzten Reflexionskomponente erzeugt.
Sobald die DC-Werte der I- und Q-Signale, die in die mehreren I/Q-Mischer eingegeben werden, zusammen mit den Betrags- und Phasenwerten der I- und Q-Signale eingestellt wurden, die zuvor in Block S514 eingestellt wurden, kann das Echosignal-Emulationssystem zum Prüfen eines zu prüfenden Radargeräts verwendet werden. Das Prüfen kann z. B. gemäß dem in 4 dargestellten Verfahren durchgeführt werden.
Die oben beschriebene Kalibrierung funktioniert besonders gut, wenn dieselbe bei jeder Frequenz durchgeführt wird, die für mögliche Radarsignale von Interesse ist. Dazu werden die Frequenzen des Chirps nachgespurt und die I/Q-Einstellungen für DC-Werte sowie Betrag und Phase als Funktion der Zeit über den Chirp verändert. Dies kann arbeitsintensiv sein. Alternativ kann die Kalibrierung lediglich bei einer Frequenz in der Mitte des Frequenzbandes des Chirps durchgeführt werden. Obwohl die Kalibrierung unter Verwendung lediglich einer Mittenfrequenz weniger gründlich sein kann, reduziert dieselbe dennoch den Betrag der unerwünschten Terme drastisch, die Leckkomponenten des LO-Signals und der USBs der RF-Signale umfassen.
6A ist eine graphische Darstellung, die die Auswirkungen der Kalibrierung von Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten bei einer Frequenz auf Leckkomponenten und USBs zeigt, und 6B ist zu Vergleichszwecken ein Diagramm, das die Auswirkungen der Kalibrierung von Frequenzversatz-Sende-Empfangs-Geräten bei mehreren Frequenzen auf Leckkomponenten und USBs gemäß repräsentativen Ausführungsbeispielen zeigt.
In 6A wurde die Kalibrierung mit Hilfe eines Kalibrierungssignals mit einer einzelnen Frequenz von 76,5 GHz durchgeführt, die die Mittenfrequenz eines illustrativen FMCW-Radarsignals ist, das zwischen 76,0 GHz und 77,0 GHz chirpt. Spur 611 zeigt das DSB des RF-Signals, Spur 612 zeigt die Leckkomponente des LO-Signals, und Spur 613 zeigt das USB des RF-Signals, das sich aus der Kalibrierung ergibt. In 6B wurde die Kalibrierung mit Hilfe von Kalibrierungssignalen bei mehreren Frequenzen über das Frequenzband des Chirps durchgeführt, darunter 76,0 GHz, 76,1 GHz, 76,2 GHz, 76,3 GHz, 76,4 GHz, 76,5 GHz, 76,6 GHz, 76,7 GHz, 76,8 GHz, 76,9 GHz und 77,0 GHz. Spur 631 zeigt das DSB des RF-Signals, Spur 632 zeigt die Leckkomponente des LO-Signals, und Spur 633 zeigt das USB des RF-Signals, das sich aus der Kalibrierung ergibt.
Der Vergleich der Spuren 611 und 631 zeigt, dass das DSB des RF-Signals unabhängig von der Kalibrierungstechnik konstant ist. Der Vergleich der Spuren 612 und 632 zeigt, dass die Leckkomponenten um etwa 20 dB ansteigen (von etwa -70 dBm auf etwa - 50 dBm), je weiter sie sich von der als Kalibrierpunkt verwendeten Mittenfrequenz befinden. Dies ist in der Regel ein akzeptabler Unterschied, da sich ein Radarsignal die meiste Zeit in dem mittleren Abschnitt des Chirp-Frequenzbandes befindet, so dass es nur während eines Teils des Chirps zu Gleichstromreflexionen kommen kann. Der Vergleich der Spuren 613 und 633 zeigt, dass das USB bei einer Einzelfrequenzkalibrierung genauso wirksam unterdrückt wird.
Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung ausführlich dargestellt und beschrieben wurde, ist eine derartige Darstellung und Beschreibung als illustrativ oder beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt. Andere Variationen der offenbarten Ausführungsbeispiele können von Fachleuten mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet anhand des Studiums der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „einer/eine/eines“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die reine Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt werden, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft sein kann.
Aspekte der vorliegenden Erfindung können als ein Apparat, ein Verfahren oder ein Computerprogrammprodukt verkörpert sein. Dementsprechend können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines reinen Hardware-Ausführungsbeispiels, eines reinen Software-Ausführungsbeispiels (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode usw.) oder eines Ausführungsbeispiels annehmen, das Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, die hier alle allgemein als „Schaltung“, „Modul“ oder „System“ bezeichnet werden können. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das in einem oder mehreren computerlesbaren Medien mit darauf verkörpertem computerausführbarem Code verkörpert ist.
Während hier repräsentative Ausführungsbeispiele offenbart werden, erkennt der Fachmann mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet, dass zahlreiche Variationen, die mit der vorliegenden Lehre übereinstimmen, möglich sind und in den Anwendungsbereich des beigefügten Anspruchssatzes fallen. Die Erfindung ist daher nicht zu beschränken, außer im Rahmen der beigefügten Ansprüche.
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

US 16/867804 f [0027]

Claims

System (100) zum Emulieren eines Echosignals, das von einem emulierten Ziel reflektiert wird, ansprechend auf ein Radarsignal, das durch ein zu prüfendes Radargerät (105) gesendet wird, wobei das System folgende Merkmale aufweist: eine Sondenantenne (108), die dazu konfiguriert ist, das Radarsignal Over-the-Air von dem zu prüfenden Radargerät (105) zu empfangen, wobei eine Reflexionskomponente des Radarsignals von zumindest der Sondenantenne reflektiert wird; einen Empfänger (110), der einen I/Q-Mischer (203) aufweist, der dazu konfiguriert ist, das empfangene Radarsignal als Lokaloszillator(LO)-Signal einzugeben, um das LO-Signal mit I- und Q-Signalen zu mischen, und das Hochfrequenz(RF)-Signal auszugeben, wobei eine Leckkomponente des LO-Signals durch den I/Q-Mischer (203) entweicht; einen Signalgenerator (130), der dazu konfiguriert ist, die I- und Q-Signale zu erzeugen, die an dem I/Q-Mischer mit dem LO-Signal gemischt werden; und einen Sender (110), der dazu konfiguriert ist, das RF-Signal als emuliertes Echosignal an das zu prüfende Radargerät (105) zu senden, wobei das emulierte Echosignal dem emulierten Ziel zumindest eine Entfernung anzeigt, wobei Betrag und Phase der Leckkomponente des LO-Signals auf einen selben Betrag und eine entgegengesetzte Phase zu der Reflexionskomponente des Radarsignals festgelegt sind, wodurch die Reflexionskomponente des Radarsignals, das durch das zu prüfende Radargerät (105) empfangen wird, weitgehend aufgehoben wird.
System (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Signalgenerator (130) ferner dazu konfiguriert ist, DC-Werte der I- und Q-Signale einzustellen, die an dem I/Q-Mischer mit dem LO-Signal gemischt werden, um den Betrag und die Phase der Leckkomponente des LO-Signals auf denselben Betrag und die entgegengesetzte Phase zu der Reflexionskomponente des Radarsignals festzulegen, wodurch die Reflexionskomponente des Radarsignals, das durch das zu prüfende Radargerät (105) empfangen wird, weitgehend aufgehoben wird.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen RF-Teiler (211), der dazu konfiguriert ist, das Radarsignal, das von der Sondenantenne (108) empfangen wird, zu teilen, um eine geteilte Komponente des Radarsignals bereitzustellen, wobei ein Rest des Radarsignals als LO-Signal in den I/Q-Mischer (203) eingegeben wird; ein erstes Dämpfungsglied (213), das dazu konfiguriert ist, die geteilte Komponente des Radarsignals zu dämpfen, um ein erstes gedämpftes Signal bereitzustellen; ein zweites Dämpfungsglied (214), das dazu konfiguriert ist, das RF-Signal zu dämpfen, um ein zweites gedämpftes Signal bereitzustellen, wobei das erste und das zweite gedämpfte Signal bei einer Frequenz des Radarsignals gedämpft werden; einen RF-Kombinierer (212), der dazu konfiguriert ist, das erste und das zweite gedämpfte Signal zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal bereitzustellen, das das RF-Signal und die Leckkomponente des LO-Signals umfasst; und einen Phasenschieber (215), der dazu konfiguriert ist, eine Phasenverschiebung für zumindest eines des ersten gedämpften Signals, des zweiten gedämpften Signals oder des kombinierten Signals durchzuführen, um die Leckkomponente mit demselben Betrag und der entgegengesetzten Phase zu der Reflexionskomponente des Radarsignals bereitzustellen, wodurch die Reflexionskomponente des Radarsignals, das durch das zu prüfende Radargerät (105) empfangen wird, weitgehend aufgehoben wird.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Signalgenerator (130) einen direkten digitalen Synthesizer (DDS) aufweist.
System gemäß Anspruch 4, bei dem der Signalgenerator ein feldprogrammierbares Gatterarray (FPGA) und einen Digital-Analog-Wandler (DAC) aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das RF-Signal ein erwünschtes Nebenband (DSB), das eine frequenzverschobene Version des LO-Signals ist, und ein unerwünschtes Nebenband (USB) aufweist und bei dem der Signalgenerator (130) Betrag und Phase der I- und Q-Signale einstellt, um das USB des RF-Signals zu minimieren.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Radarsignal ein frequenzmoduliertes Radarsignal mit kontinuierlicher Welle (FMCW) aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Mischer einen Einseitenbandmischer aufweist.
Verfahren zum Emulieren von Echosignalen unter Verwendung einer Prüfeinrichtung, die eine Antenne und einen I/Q-Mischer (203) umfasst, ansprechend auf ein Radarsignal, das durch ein zu prüfendes Radargerät (105) gesendet wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Empfangen des Radarsignals von dem zu prüfenden Radargerät (105), wobei eine Reflexionskomponente des Radarsignals von zumindest der Antenne reflektiert wird (S411); Mischen des empfangenen Radarsignals als Lokaloszillator(LO)-Signal mit I- und Q-Signalen an dem I/Q-Mischer (203), um ein Mischprodukt als Hochfrequenz(RF)-Signal auszugeben, wobei eine Leckkomponente des LO-Signals durch den I/Q-Mischer entweicht (S412); weitgehendes Aufheben der Reflexionskomponente des Radarsignals unter Verwendung der Leckkomponente des LO-Signals (S413); und Senden des RF-Signals als emuliertes Echosignal an das zu prüfende Radargerät (105), wobei das emulierte Echosignal dem emulierten Ziel zumindest eine Entfernung anzeigt (S414).
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das weitgehende Aufheben der Reflexionskomponente des Radarsignals folgenden Schritt aufweist: Einstellen von DC-Werten der I- und Q-Signale, die in den I/Q-Mischer eingegeben werden, um Betrag und Phase der Leckkomponente des LO-Signals auf einen selben Betrag und eine entgegengesetzte Phase zu der Reflexionskomponente des LO-Signals festzulegen.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das weitgehende Aufheben der Reflexionskomponente des Radarsignals folgende Schritte aufweist: Teilen des Radarsignals unter Verwendung eines RF-Teilers (211), vor dem I/Q-Mischer (203), um eine geteilte Komponente des Radarsignals bereitzustellen; Dämpfen der geteilten Komponente des Radarsignals; Dämpfen der Leckkomponente des LO-Signals; Kombinieren der gedämpften geteilten Komponente des Radarsignals und der gedämpften Leckkomponente des LO-Signals unter Verwendung eines RF-Kombinierers (212), um eine kombinierte Leckkomponente des LO-Signals bereitzustellen; und Phasenverschieben zumindest einer der gedämpften geteilten Komponente des Radarsignals, der gedämpften Leckkomponente des LO-Signals oder der kombinierten Leckkomponente des LO-Signals unter Verwendung eines Phasenschiebers (215) derart, dass die kombinierte Leckkomponente des LO-Signals einen selben Betrag und eine entgegengesetzte Phase zu der Reflexionskomponente des Radarsignals aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das RF-Signal ein erwünschtes Nebenband (DSB), bei dem es sich um eine frequenzverschobene Version des LO-Signals handelt, und ein unerwünschtes Nebenband (USB) aufweist, wobei das Verfahren ferner folgenden Schritt aufweist: Einstellen von Betrag und Phase der I- und Q-Signale, die in den I/Q-Mischer eingegeben werden, um das USB in dem RF-Signal zu minimieren, das als emuliertes Echosignal an das zu prüfende Radargerät (105) gesendet wird.
Verfahren zur Kalibrierung einer Mehrzahl von Sende-Empfangs-Geräten zum Emulieren von Echosignalen ansprechend auf ein Radarsignal, das durch ein zu prüfendes Radargerät (105) gesendet wird, wobei die Mehrzahl von Sende-Empfangs-Geräten eine Mehrzahl von Antennen beziehungsweise eine Mehrzahl von I/Q-Mischern (203) umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Empfangen eines Kalibrierungssignals an der Mehrzahl von Antennen, wobei ein Abschnitt des Kalibrierungssignals von zumindest jeder der Mehrzahl von Antennen als Reflexionskomponente des Kalibrierungssignals reflektiert wird (S511); Mischen des Kalibrierungssignals als LO-Signal mit I- und Q-Signalen, die in jeden der Mehrzahl von I/Q-Mischern eingegeben werden, um jeweils Mischprodukte als Hochfrequenz(RF)-Signale auszugeben, wobei die RF-Signale unterschiedliche RF-Frequenzen, unterschiedliche erwünschte Nebenbänder (DSBs), unterschiedliche unerwünschte Nebenbänder (USBs) und unterschiedliche Harmonische aufweisen und wobei ein Abschnitt des LO-Signals durch jeden I/Q-Mischer der Mehrzahl von I/Q-Mischern als entsprechende Leckkomponente des LO-Signals verläuft (S512); aufeinanderfolgendes Einstellen von DC-Werten der I- und Q-Signale, die in die Mehrzahl von I/Q-Mischern eingegeben werden, um die entsprechenden Leckkomponenten des LO-Signals durch die Mehrzahl von I/Q-Mischern beziehungsweise die Harmonischen, die mit den entsprechenden Leckkomponenten des LO-Signals mitlaufen, zu minimieren (S513); aufeinanderfolgendes Einstellen von Beträgen und Phasen der I- und Q-Signale, die in die Mehrzahl von I/Q-Mischern eingegeben werden, um die USBs der jeweiligen RF-Signale, die durch die Mehrzahl von I/Q-Mischern ausgegeben werden, jeweils zu minimieren (S514); und gleichzeitiges Einstellen von DC-Werten der I- und Q-Signale, die in die Mehrzahl von I/Q-Mischern eingegeben werden, um ein Aufhebungssignal aus den entsprechenden Leckkomponenten der LO-Signale zu erzeugen, wobei das Aufhebungssignal einen selben Betrag und eine entgegengesetzte Phase zu einer zusammengesetzten Reflexionskomponente des Kalibrierungssignals aufweist, um die zusammengesetzte Reflexionskomponente des LO-Signals weitgehend aufzuheben (S515).
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das aufeinanderfolgende Einstellen der DC-Werte der I- und Q-Signale, die in die Mehrzahl von I/Q-Mischern eingegeben werden, um die entsprechenden Leckkomponenten des LO-Signals durch die Mehrzahl von I/Q-Mischern beziehungsweise die Harmonischen, die mit den entsprechenden Leckkomponenten des LO-Signals mitlaufen, zu minimieren, folgenden Schritt aufweist: Überwachen der Leckkomponente des LO-Signals und der Harmonischen des RF-Signals unter Verwendung eines VNA oder eines Spektrumanalysators, während die DC-Werte der I- und Q-Signale eingestellt werden, bis die jeweiligen Mindestwerte erhalten werden.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das aufeinanderfolgende Einstellen der Beträge und Phasen der I- und Q-Signale, die in die Mehrzahl von I/Q-Mischern eingegeben werden, um die USBs der jeweiligen RF-Signale, die durch die Mehrzahl von I/Q-Mischern ausgegeben werden, jeweils zu minimieren, folgenden Schritt aufweist: Überwachen des USB des RF-Signals unter Verwendung des VNA oder des Spektrumanalysators, während die Beträge und Phasen der I- und Q-Signale eingestellt werden, bis das jeweilige minimale USB erhalten wird.