DE10304863A1

DE10304863A1 - Radarsystem und Verfahren zum Einstellen dessen Charakteristik

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Publication number: DE10304863A1
Application number: DE10304863A
Authority: DE
Inventors: Motoi Nakanishi; Toru Ishii; Tetsu Nishimura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2003-08-21
Also published as: US6674395B2; JP2003232851A; US20030151543A1; FR2838197A1; FR2838197B1

Abstract

Ein Radarsystem umfaßt eine Sende-/Empfangseinheit, einen spannungsgesteuerten Oszillator zum wiederholten Senden eines dreieckförmigen Sendesignals, wobei das Sendesignal ein Aufwärtsmodulationsintervall mit schrittweise ansteigender Frequenz und ein Abwärtsmodulationssignal mit schrittweise absteigender Frequenz aufweist, und zum Empfangen eines Empfangssignals, das ein von einem Ziel reflektiertes Signal aufweist, eine Frequenzanalyseeinheit, eine Datenspeicherungseinheit zum Speichern von zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte eines D/A-Konverters, die eine Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators zeitlich monoton verändern, in Form von Daten, die einen Ausdruck betreffen, der die zeitvarianten Charakteristika repräsentiert, und eine Datenverarbeitungseinheit zum Bestimmen der Eingangswerte des D/A-Konverters hinsichtlich der Daten. Zumindest eine relative Distanz zu dem Ziel und relative Geschwindigkeit des Ziel wird, basierend auf einem Überlagerungssignal, während des Aufwärtsmodulationsintervalls und dem Überlagerungssignal während des Abwärtsmodulationsintervalls detektiert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Radarsystem zum Detektieren eines Ziels mit Radiowellen hzw. Funkwellen.

FM-CW (FM-CW = frequency-modulated continuous-wave) Radarsysteme sind als In-Fahrzeug-Radarsysteme entwickelt worden, die an beweglichen Körpern wie z. B. Fahrzeuge zum Detektieren von z. B. anderen Fahrzeugen, Menschen oder Behinderungen angebracht werden.

Ein FM-CW-Radarsystem sendet ein frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal als ein Sendesignal, mischt ein Empfangssignal (von einem Ziel reflektiertes Sendesignal) und das Sendesignal, um ein überlagertes Signal zu generieren, und detektiert die relative Position und die relative Geschwindigkeit des Ziels basierend auf der Frequenz des Überlagerungssignals.

Schaltkreise zum Generieren des Sendesignals beinhalten einen spannungsgesteuerten Oszillator (im folgenden mit VCO bezeichnet), in dem eine Oszillationsfrequenz entsprechend einer Steuerspannung variiert. Da der Zusammenhang zwischen der Steuerspannung und der Oszillationsfrequenz in dem VCO bekannt ist, ist es möglich, die gewünschte Frequenzmodulation durch Steuerung der an den VCA angelegten Steuerspannung durchzuführen.

Die Charakteristik der Oszillationsfrequenz bezüglich der an den VCO angelegten Spannung ist jedoch nicht notwendigerweise dieselbe für jeden VCO. Die Charakteristik variiert auch mit Temperatur.

Um die obigen Probleme zu lösen, offenbart Druckschrift (1), japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 7-198833, ein Radarsystem, das eine nicht-lineare Korrektur des VCO durch Vorspeicherung von Daten, die mit der an den VCO angelegten Steuerspannung zusammenhängen, in einem Speicher und Lesen der gespeicherten Daten durchführt. Druckschrift (2), japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 10-197625, offenbart ein Radarsystem, das in einem Speicher Daten speichert, die sich auf eine Korrekturspannung beziehen, die zur Korrektur der an den VCO angelegten Steuerspannung entsprechend der Temperatur verwendet wird, wobei das Radarsystem die Steuerspannung entsprechend der Temperatur des VCO korrigiert.

Bei dem Radarsystem, das in Druckschrift (1) offenbart ist, wird jedoch ein großer Speicher zum Speichern der korrigierten Steuerspannungsdaten benötigt. Bei dem in Druckschrift (2) offenbarten Radarsystem wird ein viel größerer Speicher benötigt, da auch die Temperaturdaten gespeichert sind. Die Schaltkreisgröße steigt daher unvorteilhaft an, was in sehr hohen Kosten der bekannten Radarsysteme resultiert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kompaktes Radarsystem mit einer reduzierten Speichergröße zu viel geringeren Kosten zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Radarsystem gemäß Anspruch 1 oder durch ein Verfahren zum Einstellen von Charakteristika eines Radarsystems gemäß Anspruch 14 gelöst.

Zusätzlich schaffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Einstellen der Charakteristika eines Radarsystems, bei dem die Linearität in der ansteigenden Phase (Periode) und in der absteigenden Phase (Periode) einer mit der Zeit variierenden Sendefrequenz für das gesamte Radarsystem ohne Beeinflussung durch Variationen in individuellen Komponenten korrigiert werden kann.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Radarsystem eine Sende-/Empfangseinheit zum wiederholten Senden eines dreieckförmigen Sendesignals mit einem Aufwärtsmodulationsintervall, wenn eine Frequenz schrittweise ansteigt, und einem Abwärtsmodulationsintervall, wenn eine Frequenz schrittweise ansteigt, und zum Empfangen eines Empfangssignals, das ein von einem Ziel reflektiertes Signal aufweist. Die Sende-/Empfangseinheit umfaßt einen spannungsgesteuerten Oszillator zum Bestimmen einer Sendefrequenz, wobei dem Oszillator ein Spannungssignal zu einer Frequenzmodulation geliefert ist. Das Radarsystem umfaßt ferner eine Frequenzanalyseeinheit zum Berechnen von Daten, die das Frequenzspektrum eines Überlagerungssignals betreffen, wobei das Überlagerungssignal eine Frequenz aufweist, die im wesentlichen gleich der Differenz zwischen der Frequenz des Sendesignals und der des Empfangssignals ist, eine Datenspeicherungseinheit zum Speichern von zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte eines D/A-Konverters, die eine Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators zeitlich monoton verändern, in Form von Daten, die einen die zeitvarianten Charakteristika repräsentierenden Ausdruck (Formel) betreffen, und eine Datenverarbeitungseinheit zum Bestimmen der Eingangswerte des D/A-Konverters in Bezug auf die Daten. Das Radarsystem detektiert zumindest eine der relativen Distanzen zu dem Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels basierend auf dem Überlagerungssignal während des Aufwärtsmodulationsintervalls und dem Überlagerungssignal während des Abwärtsmodulationsintervalls.

Eine solche Struktur reduziert die Anzahl von Daten, die die zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters repräsentieren, wodurch ein kompaktes Radarsystem zu niedrigen Kosten realisiert wird.

Der Ausdruck kann ein Polynominalausdruck und die Daten, die den Ausdruck betreffen, können ein Koeffizient eines jeden Terms des Polynominalausdrucks sein. Zum Beispiel kann eine Verwendung eines kubischen Polynominalausdrucks (einer kubischen Gleichung) die Genauigkeit erhöhen, mit der die Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators sich zeitlich monoton verändert.

Die Datenverarbeitungseinheit führt bevorzugt eine Zeitintegration von Differentialgleichungen durch, die durch die Ableitung erster Ordnung und durch die Ableitung n-ter Ordnung gegeben sind, wobei n die Ordnung des Polynominalausdrucks repräsentiert, um die zeitvarianten Eingangswerte des D/A-Konverters zu bestimmen. In diesem Fall können die Daten unter Verwendung von nur Additionen und Subtraktionen verarbeitet werden, wobei keine Multiplikationen oder Divisionen verwendet werden. Dementsprechend können einfache logische Schaltkreise wie CPLDs, FPGAs usw. anstatt schneller Mikrocomputer oder DSPs verwendet werden, wodurch die Kosten reduziert werden.

Bevorzugt kann der Ausdruck bei verschiedenen Temperaturen zur Verfügung gestellt werden und die Datenverarbeitungseinheit kann sich auf einen Ausdruck entsprechend der detektierten Temperatur beziehen, um die zeitvarianten Eingangswerte des D/A-Konverters zu bestimmen. Die Charakteristika werden daher stabil über einen weiteren Temperaturbereich.

Bevorzugt kann der Ausdruck auch bei verschiedenen diskreten Temperaturen zur Verfügung gestellt werden und die Datenverarbeitungseinheit kann Daten entsprechend der detektierten Temperatur durch ein Interpolations- oder Extrapolationsverfahren bestimmen. In diesem Fall kann eine Korrektur mit einer höheren Genauigkeit bezogen auf die Temperatur erreicht werden, wobei die Menge der Daten bezogen auf den Ausdruck bei verschiedenen Temperaturen reduziert wird.

Ein Radarsystem umfaßt bevorzugt einen Zähler zum monotonen Zählen eines Taktsignals mit einer vorbestimmten Frequenz inkremental während des Aufwärtsmodulationsintervalls und dekremental während des Abwärtsmodulationsintervalls. Die Datenverarbeitungseinheit bestimmt bevorzugt die Eingangswerte des D/A-Konverters entsprechend dem Zählwert des Zählers. Eine solche Struktur erlaubt eine Bestimmung der zeitvarianten Eingangswerte des D/A-Konverters während des Aufwärtsmodulationsintervalls und erlaubt ebenfalls eine Bestimmung für das Abwärtsmodulationsintervalls durch die Verwendung eines einzigen Ausdrucks, wodurch die Schaltungsgröße reduziert wird.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Einstellen der Charakteristika eines Radarsystems die Schritte eines Messens der Frequenz des Sendesignals mit beispielsweise einem Spektrumanalysator während die Eingangswerte des D/A- Konverters variert werden, um eine Beziehung zwischen den Eingangswerten des D/A-Konverters und der Frequenz des Sendesignals zu bestimmen, eines Bestimmens der Daten bezüglich des Ausdrucks, der die zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters repräsentiert aus der Beziehung und eines Speicherns der Daten in der Datenspeicherungseinheit.

Bei diesem Verfahren können die Charakteristika für jedes Radarsystem durch Bestimmen der zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters, die monoton die Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators zeitlich ändern, richtig eingestellt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Radarsystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 einen Graph, der eine Frequenzverschiebung eines empfangenen Signals von der eines gesendeten Signals aufgrund der relativen Distanz zu dem Ziel und dessen relativer Geschwindigkeit verdeutlicht;
Fig. 3 eine Beziehung zwischen der zeitvarianten Charakteristik eines Spannungssignals, das einem VCO geliefert ist, und der zeitvarianten Charakteristik einer Sendefrequenz;
Fig. 4A einen Graph, der die Beziehung zwischen den Eingangswerten eines D/A-Konverters und der Oszillationsfrequenz (Sendefrequenz) des VCOs zeigt;
Fig. 4B einen Graph, der die zeitvariante Charakteristik der Eingangswerte des D/A-Konverters zeigt;
Fig. 4C einen Graph, der zeigt, wie sich die Oszillationsfrequenz des VCO mit Zeit verändert;
Fig. 5 einen Graph, der zeigt, wie sich die Eingangswerte des D/A-Konverters bei gegebenen Temperaturen zeitlich verändern; und
Fig. 6 ein Flußdiagramm, das den Prozeß einer Bestimmung der Koeffizienten eines Ausdrucks, der die zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters repräsentiert, zeigt.
Im folgenden wird ein Radarsystem und ein Verfahren zum Einstellen der Charakteristika entsprechend den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm mit der Struktur eines Radarsystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Radarsystem umfaßt bevorzugt einen RF-Block 1 (radio frequency) und einen Signalverarbeitungsblock 2. Der RF-Block 1 sendet/empfängt Radiowellen zur Radardetektion und gibt ein Überlagerungssignal zu dem Signalverarbeitungsblock 2 aus, das durch Mischen der gesendeten und der empfangenen Wellen erzeugt wird. Ein Modulationszähler 12, der in dem Signalverarbeitungsblock 2 angeordnet ist, konvertiert die Zählwerte in einen dreieckförmigen Signalverlauf unter der Steuerung eines Mikroprozessors 15. Ein EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory = elektrisch löschbarer, programmierbarer Nur-Lese-Speicher) 17 ist ein Speicher, in welchem Daten, die zum monotonen Ändern der Oszillationsfrequenz während eines Aufwärtsmodulationsintervalls und eines Abwärtsmodulationsintervalls benötigt werden, gespeichert werden. Ein Signalverlaufdatengenerator 11 liefert einen Ausgangswert zu einem D/A-Konverter 10 basierend auf Daten, die von dem EEPROM 17 gelesen werden, und dem Ausgangswert des Modulationszählers 12. Der D/A-Konverter 10 wandelt den Ausgangswert von dem Signalverlaufdatengenerator 11 in ein analoges Signal und speist das gewandelte Signal in einen VCO 8 in dem RF-Block 1 ein. Als ein Ergebnis, erzeugt der VCO 8 ein Oszillationssignal, das in dem dreieckförmigen Signalverlauf frequenzmoduliert ist.
Die in dem VCO 8 generierten Oszillationssignale werden in einen primären Strahler 4 durch einen Isolator 7, einen Koppler 6 und einen Zirkulator 5 eingespeist. Der primäre Strahler 4 ist auf oder in der Nähe der Brennebene einer dielektrischen Linse 3 angeordnet. Die dielektrische Linse 3 sendet ein Millimeterwellensignal, das von dem Primärstrahler 4 ausgestrahlt wird, als schmale Strahlen. Reflektierte Wellen, die von einem Ziel, wie z. B. einem Fahrzeug, stammen, erreichen den Primärstrahler 4 durch die dielektrische Linse 3, wonach das empfangene Signal in einen Mixer 9 über den Zirkulator 5 eingespeist wird. Der Mixer 9 empfängt das Signal von dem Zirkulator 5 und ein lokales Signal, das ein Teil des von dem Koppler 6 gesendeten Signal ist, und gibt ein Überlagerungssignal, das eine Frequenz aufweist, die im wesentlichen gleich der Frequenzdifferenz zwischen dem empfangenen Signal und dem lokalen Signal ist, zu einem A/D-Konverter 13 in dem Signalverarbeitungsblock 2 als ein Zwischenfrequenzsignal aus. Der A/D- Konverter 13 wandelt das Zwischenfrequenzsignal in digitale Daten um. Ein DSP (digital signal processor) 14 verarbeitet die von dem A/D-Konverter 13 empfangene Datensequenz durch eine FFT (schnelle Fouriertransformation), um das Frequenzspektrum des Überlagerungssignals zu berechnen oder zu erhalten.
Der Mikroprozessor 15 gibt direkt einen spezifizierten Wert zu dem D/A-Konverter 10 aus, wenn die Charakteristika des Radarsystems eingestellt werden. Gewöhnlich berechnet der Mikroprozessor 15 die relative Distanz zu dem Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels und liefert die Ergebnisse zu einer Haupteinheit (Host-Vorrichtung).
Eine Abtasteinheit 16 in dem RF-Block 1 bewegt den primären Strahler 4 innerhalb der Brennebene der dielektrischen linse 3 oder einer Ebene, die parallel zu derselben ist. Ein beweglicher Teil und ein unbeweglicher Teil mit dem primären Strahler 4 bilden einen 0-dB Koppler. Ein Antriebsmotor M treibt den 0-dB Koppler an.
In Fig. 2 ist ein Graph dargestellt, der eine Verschiebung der Frequenz des empfangenen Signals von der eines gesendeten Signals aufgrund der relativen Distanz zu dem Ziel und der relativen Geschwindigkeit des Ziels veranschaulicht. Bezug nehmend auf Fig. 2, stellt eine Aufwärts- Überlagerungsfrequenz f_BU die Frequenzdifferenz zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal während des Aufwärtsmodulationsintervalls des gesendeten Signals dar. Eine Abwärts-Überlagerungsfrequenz F_BD repräsentiert die Frequenzdifferenz zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal während des Abwärtsmodulationsintervalls des gesendeten Signals. Die Zeitdifferenz der dreieckförmigen Signalverläufe zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal entspricht der Zeitperiode, während welcher die Radiowellen von der Antenne zu dem Ziel emittiert und von dem Ziel zu der Antenne reflektiert werden. Die Frequenzdifferenz zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal entspricht dem Betrag der Dopplerverschiebung, die durch die relative Geschwindigkeit des Ziels in Bezug auf die Antenne verursacht wird. Die Aufwärts-Überlagerungsfrequenz f_BU und die Abwärts- Überlagerungsfrequenz f_BD variieren mit der Zeitdifferenz und mit dem Betrag der Dopplerverschiebung. Mit anderen Worten werden die Distanz von dem Radarsystem zu dem Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels bezüglich des Radarsystems aus der Aufwärts-Überlagerungsfrequenz und der Abwärts-Überlagerungsfrequenz berechnet.
In Fig. 3 ist eine Beziehung zwischen der zeitvarianten Charakteristik eines Spannungssignals zur Frequenzmodulation dargestellt, wobei das Spannungssignal dem VCO 8 geliefert wird, sowie die zeitvariante Charakteristik einer Sendefrequenz. Dabei repräsentieren die horizontale Achse die Zeit, die vertikale Achse V ein Spannungssignal zur Frequenzmodulation, das dem VCO 8 geliefert wird, und die vertikale Achse f die Oszillationsfrequenz des VCO 8. Das Oszillationssignal, das von dem VCO 8 generiert wird, wird vorzugsweise frequenzmoduliert in einen dreieckförmigen Signalverlauf basierend auf dem Prinzip der FM-CW- Radarsysteme. Die Beziehung zwischen dem Spannungssignal zur Frequenzmodulation, das dem VCO 8 geliefert wird, und der Oszillationsfrequenz des VCO 8 kann jedoch generell nicht durch einen linearen Ausdruck oder Formel repräsentiert werden, so daß die zeitvariante Charakteristik des Spannungssignals zur Frequenzmodulation nicht exakt als ein dreieckförmiger Signalverlauf repräsentiert ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
In den Fig. 4A bis 4C sind die zeitvariante Charakteristik einer Sendefrequenz sowie weitere Größen während des Aufwärtsmodulationsintervalls aus Fig. 3 gezeigt. Fig. 4A ist ein Graph, der die Beziehung zwischen Eingangswerten zu dem D/A-Konverter und der Oszillationsfrequenz (Sendefrequenz) des VCO demonstriert. Wenn die Eingangswerte des D/A- Konverters monoton variieren, so variiert die Oszillationsfrequenz des VCO nicht linear. In Fig. 4B ist ein Graph der zeitvarianten Charakteristik der Eingangswerte des D/A- Konverters gezeigt. Fig. 4C ist ein Graph, der demonstriert, wie die Oszillationsfrequenz des VCO mit der Zeit variiert. Eine Korrektur der zeitvarianten Charakteristik der Eingangswerte zu dem D/A-Konverter entsprechend der Beziehung zwischen den Eingangswerten des D/A-Konverters und der Oszillationsfrequenz des VCO, die in Fig. 4A gezeigt ist, erlaubt ein monotones Ansteigen der Oszillationsfrequenz des VCO mit der Zeit, wie es in Fig. 4C veranschaulicht ist.
Die zeitvariante Charakteristik der Eingangswerte zu dem D/A-Konverter, der in Fig. 4B gezeigt ist, die zum monotonischen Ändern der Oszillationsfrequenz des VCO mit der Zeit erforderlich ist, wird durch einen Näherungsausdruck oder Formel, wie beispielsweise die folgende polynomiale Gleichung, ausgedrückt:

x(t) = at³ + bt² + ct + d (1)

wobei t die Zeit und x einen Eingangswert des D/A- Konverters repräsentieren. Die Kurve, die demonstriert, wie sich die Eingangswerte des D/A-Konverters mit Zeit verändern, wird durch Bestimmen der Koeffizienten a, b, c und d in dem Ausdruck gezeichnet. Diese Koeffizienten werden basierend auf der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt.
Wenn die Spannungsfrequenzcharakteristik als eine monoton ansteigende und absteigende Kurve ohne einen Wendepunkt (der Punkt, wo eine zweifache Ableitung einen Nullwert ergibt) innerhalb des Bereichs von Steuerspannungen, die an den VCO angelegt werden, ausgedrückt wird, kann eine genügende Korrekturgenauigkeit mit einem kubischen Ausdruck erreicht werden. Anders ausgedrückt ist der Bereich der Steuerspannungen, die an den VCO angelegt werden, derart spezifiziert, daß die Spannungsfrequenzcharakteristik des VCO keinen Wendepunkt aufweist, und Näherungen werden mit einem kubisch polynomialen Ausdruck berechnet.
Fig. 5 ist ein Graph, der zeigt, wie die Eingangswerte des D/A-Konverters sich mit der Zeit bei gegebenen Temperaturen verändern. Da die Spannungsfrequenzcharakteristik des VCO mit der Temperatur variiert, sollte die zeitvariante Charakteristik der Eingangswerte des D/A-Konverters bei verschiedenen Temperaturen bestimmt werden, um die Stabilität bei Temperaturveränderungen zu erhöhen.
Bezug nehmend auf Fig. 5 zeigen zwei durchgehend gezeichnete Verläufe die Charakteristik bei Temperaturen von etwa 40°C bzw. etwa 20°C. Obwohl die Veränderungscharakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters in, Fig. 5 bei zwei Temperaturen gemessen sind, kann es möglich sein, die Eingangswerte des D/A-Konverters bei mehreren Temperaturen zu messen, beispielsweise bei Temperaturen von näherungsweise -40°C, -20°C, ±0°C, +20°C, +40°C, +60°C, und +80°C.
Die Veränderungscharakteristika der Eingangswerte des D/A- Konverters bei Temperaturen, die anders als die gemessenen Temperaturen sind, können bevorzugt durch ein Interpolationsverfahren oder ein Extrapolationsverfahren bestimmt werden. Zum Beispiel werden bei einer Temperatur von etwa 30°C Zwischenwerte aus den Kurven bei einer Temperatur von etwa 40°C und bei einer Temperatur von etwa 20°C interpoliert oder erhalten. Dies bedeutet, daß die Koeffizienten a, b, c und d derart bestimmt werden, daß die Kurve, die durch die Zwischenwerte verläuft, gezeichnet wird. Darüber hinaus werden die Werte bei einer Temperatur von etwa 10°C aus den Kurven bei etwa 40°C und etwa 20°C extrapoliert oder erhalten, um die Koeffizienten a, b, c und d zu bestimmen.
Zum Beispiel wird der Koeffizient a₊₃₀ bei einer Temperatur von etwa 30°C mit Hilfe der folgenden Gleichung linear interpoliert:

a₊₃₀ = (a₊₄₀ + a₊₂₀)/((40-20)/(40-30))

wobei a₊₄₀ den Koeffizienten bei etwa 40°C und a₊₂₀ den Koeffizienten bei etwa 20°C repräsentieren.
Interpolations- oder Extrapolationsverfahren sind nicht beschränkt auf eine Benutzung der linearen Interpolation und Extrapolation. Auch andere geeignete Verfahren, wie beispielsweise eine Spline-Interpolation und Extrapolation, polynomiale Interpolation und Extrapolation, können verwendet werden.
Wenn die Koeffizienten a, b, c und d des oben beschriebenen kubisch polynomialen Ausdrucks bestimmt sind, können die Eingangswerte des D/A-Konverters von dem Ausdruck berechnet werden. Anstatt einer direkten Berechnung des kubisch polynomialen Ausdrucks kann jedoch nur eine Addition oder eine Subtraktion durchgeführt werden. Im folgenden wird das Verfahren einer solchen Operation beschrieben. Die Differentialgleichung gemäß Formel (1) lautet wie folgt:

x'''(t) = 6a (2)
Die Anfangswerte sind wie folgt:

x(0) = d (3)

x'(0) = c (4)

x"(0) = 2b (5)
Gleichzeitig werden die folgenden Gleichungen aus der Definition der Ableitung abgeleitet:

x'(t) = lim [Δt → 0] {x(t + Δt) - x(t)}/Δt (6)

x"(t) = lim [Δt → 0] {x'(t + Δt) - x'(t)}/Δt (7)

x'''(t) = lim [Δt → 0] {x"(t + Δt) - x(t)}/Δt (8)
Wenn in den Formeln (6) bis (8) Δt = 1 ist, werden diese Gleichungen in die folgenden Differentialgleichungen überführt:

x'(t) = x(t + 1) - x(t) (9)

x"(t) = x'(t + 1) - x' (t) (10)

x'''(t) = x"(t + 1) - x" (t) (11)
Dabei werden die Formeln (9) bis (11) basierend auf der Gleichung (2) in die folgenden Gleichungen transformiert:

x(t+1) = x(t) + x'(t) (12)

x'(t+1) = x'(t) + x"(t) (13)

x"(t+1) = x"(t) + 6a (14)
Die Werte des kubisch polynomialen Ausdrucks können daher unter Verwendung von nur Additionen und Subtraktionen durch eine sequentielle Bestimmung der Eingangswerte unter Verwendung der Anfangswerte berechnet werden, die durch die Formeln (3) bis (5) gegeben sind, wenn t in einem Bereich t = 0, 1, 2, . . . 1023 in den Formeln (12) bis (14) veränderlich ist.
Da Multiplikationen und Divisionen eine wesentlich höhere Rechenleistung als Addition und Subtraktion benötigen, kann unter Verwendung von nur Additionen oder Subtraktionen zum Berechnen der Werte eine kurze Rechenzeit erzielt und es können Hardwareressourcen gespart werden. Einfache logische Schaltkreise, wie CPLD (complex programmable logic devices), FPGA (field programmable gate arrays) usw. können anstelle von Mikrocomputern zum Aufbau der Hardware verwendet werden, so daß die Hardwaregröße wesentlich reduziert werden kann, um Hochgeschwindigkeitskompaktoperationen bei niedrigen Kosten zu realisieren.
Der Modulationszähler 12 in Fig. 1 zählt monoton die Taktsignale mit einer gegebenen Frequenz während des Aufwärtsmodulationsintervalls ansteigend und zählt monoton die Taktsignale während des Abwärtsmodulationsintervalls absteigend, und liefert die gezählten Werte zu dem Signalverlaufdatengenerator 11. Der Signalverlaufdatengenerator 11 braucht daher die jeweiligen Daten für das Aufwärtsmodulationsintervall und für das Abwärtsmodulationsintervall nicht zu speichern, wodurch die erforderliche Speichergröße reduziert wird.
Der Prozeß einer Bestimmung der Koeffizienten eines Ausdrucks, der die zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters repräsentiert, wird im folgenden Bezug nehmend auf Fig. 6 detailliert beschrieben.
Zunächst wird ein Spektrumanalysator zum Empfangen eines gesendeten Signals, das von dem Radarsystem ausgegeben wird, und zum Messen der Frequenz des empfangenen Signals installiert. In einem Schritt n1, wird die Umgebungstemperatur (die Betriebstemperatur des VCO 8) das Radarsystems gemessen. In den Schritten n2 bis n5 wird eine Sendefrequenz mit dem Spektrumanalysator gemessen, während ein Eingangswert Din des D/A-Konverters 10 schrittweise von dem minimalen Wert Dmin zum maximalen Wert Dmax variiert wird. Die Schritte n2 bis n5 werden wiederholt, um eine Beziehung zwischen den Eingangswerten des D/A-Konverters 10 und der Sendefrequenz zu bestimmen. In einem Schritt n6 werden die Koeffizienten des Polynominalausdrucks bestimmt.
Der Bereich, in dem die geforderte Größe der Frequenzverschiebung auftritt, wird basierend auf der Beziehung zwischen Sendefrequenz und den Eingangswerten des D/A- Konverters 10 selektiert, und der selektierte Frequenzbereich wird durch eine geforderte Zahl (die Zahl der Taktperioden, die zur Modulation während des Abwärtsmodulations- oder Abwärtsmodulationsintervalls verwendet wird) geteilt. Zum Beispiel wird der Frequenzbereich, der sich bis etwa 150 MHz oberhalb und unterhalb der Frequenz bei dem mittleren Wert der hingangswerte des D/A-Konverters erstreckt, wird durch 2¹⁰ -1 = 1024 geteilt, um die entsprechenden Oszillationsfrequenzen zu bestimmen. Danach werden die Eingangswerte des D/A-Konverters 10, die eine Frequenz aufweisen, die der bestimmten Oszillationsfrequenz am nähesten ist, bestimmt und die Sequenz von Zahlen wird durch einem kubisch polynomialen Ausdruck näherungsweise bestimmt.
Die obigen Schritte werden wiederholt, wenn die Umgebungstemperatur des Radarsystems innerhalb eines gegebenen Temperaturbereichs (n7 → n1 → . . .) verändert wird. In einem Schritt n8 wird jeder Koeffizient des Polynorninalausdrucks bei jeder gemessenen Temperatur in dem EEPROM 17 gespeichert. Der Eingangswert Din wird von dem Mikroprozessor 15 direkt zu dem D/A-Konverter 10 geliefert.
Anstelle des Korrigierens der Frequenzcharakteristik der an dem VCO 8 anliegenden Spannungen, erlaubt eine Bestimmung der zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters 10 basierend auf der Beziehung zwischen der Sendefrequenz und den Eingangswerten des D/A-Konverters eine Korrektur der Oszillationsfrequenz des VCO für verschiedene veränderliche Faktoren, wie beispielsweise:

1. Veränderungen einer Versorgungsspannung des Radarsystems,
2. Veränderungen einer Referenzspannung des D/A- Konverters,
3. Veränderungen in den dem VCO nachgeschalteten Schaltkreisen (Lasten) des VCO, und
4. Veränderungen einer Ausgangsfrequenz, wenn die Temperatur verändert wird, einschließlich der Effekte der Versorgungsspannung, der Referenzspannung des D/A- Konverters, und der dem VCO nachgeschalteten Schaltkreisen wie auch des VCO selbst. Dementsprechend hat sich der Detektionsperformance des FM-CW Radarsystems wesentlich verbessert.

Claims

1. Ein Radarsystem, mit folgenden Merkmalen:
eine Sende-/Empfangseinheit (1) zum wiederholten Senden eines dreieckförmigen Sendesignals, das ein Aufwärtsmodulationsintervall mit schrittweise ansteigender Frequenz und ein Abwärtsmodulationsintervall mit schrittweise absteigender Frequenz aufweist, und zum Empfangen eines Empfangssignals, das ein reflektiertes Signal von einem Ziel aufweist, wobei die Sende-/Empfangseinheit (1) einen spannungsgesteuerten Oszillator (8) zum Bestimmen einer Sendefrequenz aufweist, wobei an den spannungsgesteuerten Oszillator (8) zur Frequenzmodulation ein Spannungssignal anlegbar ist;
eine Frequenzanalyseeinheit (14) zum Berechnen von Daten, die ein Spektrum eines Überlagerungssignals betreffen, wobei das Überlagerungssignal eine Frequenz aufweist, die im wesentlichen gleich einer Differenz zwischen einer Frequenz des Sendesignals und einer Frequenz des Empfangssignals ist;
eine Datenspeicherungseinheit (17) zum Speichern der zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte eines D/A-Konverters (10), die eine Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators (8) monoton mit der Zeit ändern, in der Form von Daten, die einen Ausdruck betreffen, der die zeitvarianten Charakteristika darstellt; und
eine Datenverarbeitungseinheit (15) zum bestimmen der Eingangswerte des D/A-Konverters Bezug nehmend auf die Daten, die einen Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika darstellt, betreffen;
wobei zumindest eine relative Distanz zu dem Ziel und eine relative Geschwindigkeit des Ziels basierend auf dem Überlagerungssignal während des Aufwärtsmodulationsintervalls und dem Überlagerungssignal während des Abwärtsmodulationsintervalls detektiert werden.

2. Ein Radarsystem gemäß Anspruch 1, bei dem der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika repräsentiert, ein polynomialer Ausdruck ist, und die Daten, die den Ausdruck betreffen, Koeffizienten eines jeden Terms des polynomialen Ausdrucks sind.

3. Ein Radarsystem gemäß Anspruch 2, bei dem die Datenverarbeitungseinheit (15) eine Zeitintegration von Differentialgleichungen durchführt, wobei die Differentialgleichungen durch die Ableitung erster Ordnung bis n-ter Ordnung gegeben sind, wobei n die Ordnung des polynomialen Ausdrucks ist.

4. Ein Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika repräsentiert, bei verschiedenen Temperaturen geliefert wird, und wobei sich die Datenverarbeitungseinheit (15) auf den Ausdruck bezieht, der einer detektierten Temperatur entspricht.

5. Ein Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika darstellt, bei verschiedenen diskreten Temperaturen geliefert wird, und wobei die Datenverarbeitungseinheit (15) ausgebildet ist, um die Daten entsprechend der detektierten Temperaturen durch ein Interpolationsverfahren oder durch ein Extrapolationsverfahren zu bestimmen.

6. Ein Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner einen Zähler (12) zum monotonen Zählen eines Taktsignals, das eine vorbestimmte Frequenz aufweist, aufweist, wobei der Zähler während des Aufwärtsmodulationsintervalls aufwärts und während des Abwärtsmodulationsintervalls abwärts zählt, wobei die Datenverarbeitungseinheit (15) ausgebildet ist, um die Eingangswerte des D/A-Konverters (8) gemäß einem Zählwert des Zählers zu bestimmen.

7. Ein Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Datenspeicherungseinheit (17) einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher aufweist.

8. Ein Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner einen primären Strahler (4), einen Isolator (7), einen Koppler (6) und einen Zirkulator (5) aufweist, wobei die Oszillationssignale, die in dem spannungsgesteuerten Oszillator (8) erzeugt werden, in den primären Strahler (4) über den Isolator (7), den Koppler (6) und den Zirkulator (5) eingespeist werden.

9. Ein Radarsystem gemäß Anspruch 8, das ferner eine dielektrische Linse (3) umfaßt, wobei der primäre Strahler (4) auf oder in der Nähe einer Brennebene der dielektrischen Linse (3) angeordnet ist, und wobei die dielektrische Linse (3) ausgebildet ist, um ein Millimeterwellen-Signal, das von dem von dem primären Strahler (4) abgestrahlt wird, als schmale Strahlen zu senden.

10. Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Oszillationssignale, die durch den spannungsgesteuerten Oszillator (8) erzeugt werden, basierend auf dem Prinzip der frequenzmodulierten Dauer-Radarsysteme in einen dreieckförmigen Signalverlauf frequenzmoduliert werden.

11. Ein Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, bei dem der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika repräsentiert, ein kubisch polynomialer Ausdruck ist.

12. Ein Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11, bei dem der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika repräsentiert, wie folgt ist:

x(t) = at³ + bt² + ct + d,

wobeit die Zeit und x einen Eingangswert des D/A- Konverters (8) darstellen, und a, b, c und d Koeffizienten sind, die durch eine Methode der kleinsten Quadrate bestimmt werden.

13. Ein Radarsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters (10) basierend auf einer Beziehung zwischen der Sendefrequenz und den Eingangswerten des D/A-Konverters (10) bestimmt werden.

14. Verfahren zum Einstellen von Charakteristika eines Radarsystems, das eine Sende-/Empfangseinheit (1) zum wiederholten Senden eines dreieckförmigen Sendesignals aufweist, wobei das Sendesignal ein Aufwärtsmodulationsintervall mit schrittweise ansteigender Frequenz und ein Abwärtsmodulationssignal mit schrittweise absteigender Frequenz aufweist, und zum Empfangen eines Empfangssignals, das ein von einem Ziel reflektiertes Signal aufweist, wobei die Sende-/Empfangseinheit (1) einen spannungsgesteuerten Oszillator zum Bestimmen einer Sendefrequenz, wobei an den spannungsgesteuerten Oszillator (8) für eine Frequenzmodulation ein Spannungssignal anlegbar ist, eine Frequenzanalyseeinheit (14) zum Berechnen von Daten, die ein Frequenzspektrum eines Überlagerungssignals betreffen, wobei das Überlagerungssignal eine Frequenz aufweist, die im wesentlichen gleich einer Differenz zwischen einer Frequenz des Sendesignals und einer Frequenz des Empfangssignals ist, eine Datenspeicherungseinheit (17) zum Speichern von zeitvarianten Charakteristika von Eingangswerten eines D/A-Konverters (10), wobei die Eingangswerte eine Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators (8) zeitlich monoton verändern, in der Form von Daten, die einen Ausdruck betreffen, der die zeitvarianten Charakteristika darstellt, und eine Datenverarbeitungseinheit (15) zum Bestimmen der Eingangswerte des D/A-Konverters (10) Bezug nehmend auf die Daten, die einen Ausdruck betreffen, der die zeitvarianten Charakteristika betrifft, aufweist, wobei zumindest eine relative Distanz zu dem Ziel und eine relative Geschwindigkeit des Ziels basierend auf dem Überlagerungssignal während des Aufwärtsmodulationsintervalls und dem Überlagerungssignal während des Abwärtsmodulationsintervalls detektiert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Messen der Frequenz des Sendesignals während die Eingangswerte des D/A-Konverters (10) verändert werden, um eine Beziehung zwischen den Eingangswerten des D/A- Konverters und der Frequenz des Sendesignals zu bestimmen;
Bestimmen von Daten, die einen Ausdruck betreffen, der die zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters (10) darstellt, aus der Beziehung; und
Speichern der Daten in der Datenspeicherungseinheit (17).

15. Verfahren gemäß Axxspruch 14, bei dem die zeitvarianten Charakteristika der Eingangswerte des D/A-Konverters (10) basierend auf einer Beziehung zwischen der Sendefrequenz und den Eingangswerten des D/A-Konverters bestimmt werden.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika darstellt, ein polynomialer Ausdruck ist, und bei dem die Daten, die den Ausdruck betreffen, Koeffizienten eines jeden Terms des polynomialen Ausdrucks sind.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Datenverarbeitungseinheit (15) eine Zeitintegration von Differentialgleichungen durchführt, wobei die Differentialgleichungen durch die Ableitung erster Ordnung bis n-ter Ordnung gegeben sind, wobei n die Ordnung des polynomialen Ausdrucks repräsentiert.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika repräsentiert, bei verschiedenen Temperaturen geliefert wird, und wobei die Datenverarbeitungseinheit (15) sich auf den Ausdruck bezieht, der einer detektierten Temperatur entspricht.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika repräsentiert, bei verschiedenen diskreten Temperaturen geliefert wird, und bei dem die Datenverarbeitungseinheit (15) Daten entsprechend der detektierten Temperaturen basierend auf einem Interpoiationsverfahren oder einem Extrapolationsverfahren bestimmt werden.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, das ferner einen Schritt eines monotonen Zählens eines Taktsignals umfaßt, wobei das Taktsignal eine vorbestimmte Frequenz aufweist, die während des Aufwärtsmodulationsintervalls aufsteigend und während des Abwärtsmodulationsintervalls absteigend ist, wobei die Datenverarbeitungseinheit (15) die Eingangswerte des D/A-Konverters (10) entsprechend einem Zählwert des Zählers bestimmt.

21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem ein Oszillationssignal, das von dem spannungsgesteuerten Oszillator (8) erzeugt wird, in einen dreieckförmigen Signalverlauf basierend auf dem Prinzip der frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsysteme frequenzmoduliert wird.

22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika darstellt, ein kubisch polynomialer Ausdruck ist.

23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der Ausdruck, der die zeitvarianten Charakteristika darstellt, wie folgt ist:

x(t) = at³ + bt² + ct + d,

wobei t eine Zeit und x einen Eingangswert des D/A- Konverters repräsentieren, und a, b, c und d Koeffizienten sind, die durch ein Verfahren der kleinsten Quadrate bestimmt werden.