DE112021006960T5

DE112021006960T5 - System und verfahren zum emulieren von echosignalen von emulierten zielen mit reduzierter störung durch reflexion

Info

Publication number: DE112021006960T5
Application number: DE112021006960.8T
Authority: DE
Inventors: Gregory S. Lee; Natalie Killeen
Original assignee: Keysight Technologies Inc
Current assignee: Keysight Technologies Inc
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2023-12-14
Also published as: CN116745637A; US20240111023A1; WO2022164434A1; JP2024505037A

Abstract

Ein System und Verfahren emulieren ein Echosignal von einem emulierten Ziel ansprechend auf ein Radarsignal von einem Radar-Testobjekt. Das System umfasst eine Antenne, die konfiguriert ist, das Radarsignal zu empfangen, und einen reflektierten Abschnitt des Radarsignals mit einem vorbestimmten Ablenkwinkel weg von einer Einfallsrichtung des Radarsignals zu richten, um zu verhindern, dass das Radar-Testobjekt den reflektierten Abschnitt empfängt; und ein Sende/Empfangsgerät, das konfiguriert ist, ein HF-Signal mit einer HF-Frequenz bereitzustellen, die von einer Frequenz des Radarsignals um einen Betrag verschoben ist, der einen Abstand zu dem emulierten Ziel anzeigt, und das HF-Signal als ein emuliertes Echosignal an das Radar-Testobjekt zu senden. Ein Antennenmuster umfasst einen Spitzenstrahl, der mit einem Strahlschielwinkel von einem Normalen-Einfall der Antenne abgewinkelt ist, der den vorbestimmten Ablenkwinkel kompensiert, um den Spitzenstrahl zu dem Radar-Testobjekt zu richten.

Description

HINTERGRUND
Moderne Fahrerassistenzsysteme (ADAS; ADAS = advanced driver-assistance system) und autonome Fahrsysteme für Fahrzeuge verlassen sich auf Abstands- und Geschwindigkeitsmesssysteme, die elektromagnetische Abstands- und Geschwindigkeitsmesssignale verwenden, einschließlich beispielsweise Millimeterwellenradarsignale. Die Radarsignale werden verwendet, um beispielsweise vor Vorwärtskollisionen und Rückwärtskollisionen zu warnen, um adaptive Geschwindigkeitsregelung zu implementieren und autonomes Parken und schließlich autonomes Fahren auf Straßen und Autobahnen durchzuführen. ADAS/ADAS sind vielversprechend aufgrund geringer Kosten und der Fähigkeit, nachts oder bei schlechten Witterungsbedingungen (z. B. Nebel, Regen, Schnee, Staub) zu arbeiten.
Herkömmliche Kraftfahrzeugradarsysteme haben typischerweise mehrere Sender und Empfänger an einem Ego-Fahrzeug. Tatsächliche Fahrumgebungen, in denen die Radarsysteme genutzt werden können, können stark variieren und viele solcher Fahrumgebungen können komplex sein. Beispielsweise können tatsächliche Fahrumgebungen zahlreiche Objekte aufweisen, von denen einige komplizierte Reflexions-, Brechungs- und Mehrfach-Reflexion-Charakteristika aufweisen, die Echosignale ansprechend auf die Radarsignale beeinträchtigen. Die unmittelbaren Konsequenzen des falschen Erfassens und/oder Interpretierens von Echosignalen können sein, dass falsche Warnungen oder unsachgemäße Reaktionen ausgelöst werden, oder Warnungen oder Reaktionen, die ausgelöst werden sollten, nicht ausgelöst werden, was wiederum zu Kollisionen führen kann. Daher ist ein zuverlässiges Testen von Radarsystemen wichtig.
Ein Straßentesten von ADAS und autonomen Fahrsystemen kann jedoch problematisch und aufwendig sein. Nur wenige Lokalverwaltungen erlauben das Straßentesten von automatischen Systemen. Daher bietet das Straßentesten keine große Vielfalt hinsichtlich der Fahrszenarien. Außerdem fordern Lokalverwaltungen, die Straßentesten erlauben, typischerweise, dass in dem Fahrersitz ein Notfallfahrer sitzt, falls das automatische System einen kritischen Fehler macht, sowie eine weitere Person in dem vorderen Beifahrersitz, die dabei hilft, die Aktionen des Notfallfahrers zu überwachen und andere Beobachtungen zu protokollieren. Dies erhöht die Kosten des Straßentestens. Folglich bemühen sich Autohersteller und Radarmodulverkäufer, Fahrbedingungen elektronisch zu emulieren, um eine große Vielfalt von Fahrszenarien zu simulieren, ohne eine Erlaubnis von Lokalverwaltungen zu benötigen, und um die Kosten des Notfallfahrers und des zusätzlichen Beifahrers zu sparen.
Allgemein umfassen herkömmliche Systeme zum Emulieren eines Echosignals, das von mehreren emulierten Zielen reflektiert wird, Simulatoren, die versuchen, Physik des Problems zu emulieren. Beispielsweise können herkömmliche Simulatoren ein Radarsignal empfangen, das von einem zu testenden Radar gesendet wird, das Radarsignal um einen Betrag verzögern, der einer Ausbreitungsverzögerung entspricht, die sich von einer Entfernung zu dem emulierten Ziel ergibt, können eine Amplitude des Radarsignals skalieren, um die Entfernung und den Radarquerschnitt (RCS; RCS = radar cross section) des Ziels zu berücksichtigen und dann das skalierte und verzögerte Signal zurück an den zu testenden Radarsenden, wodurch die Übertragung des Radarsignals von dem zu testenden Radar zu dem Ziel und eine Reflexion eines entsprechenden Echosignals emuliert wird.
Zusätzlich zu Rücksignalen (emulierten Echosignalen) von den emulierten Radarzielen erzeugen die herkömmlichen Simulatoren jedoch unerwünschte zusätzliche Signale, die als „Geisterziele“ bezeichnet werden können. Beispielsweise sind Empfangs/Sendeantennen, die physikalisch vor Simulatorpixeln angeordnet sind, keine perfekten Absorber und reflektieren daher Abschnitte des Radarsignals. Die reflektierten Abschnitte stellen nicht Nicht-Null-RCS in dem Einstellbereich dar und Ankunftswinkel (AoA) der Antennen selbst. Beispielsweise erfordern insbesondere Patch-Array-Antennen die Nutzung von Masseebenen, die die Hauptbeitragenden zu den unerwünschten RCS sind. Die Geisterziele können bewirken, dass der zu testende Radar den falschen Schluss zieht, dass emulierte Radarziele an dem Einstellbereich (der weniger als ein Meter von dem zu testenden Radar entfernt sein kann) vorliegen und kann ansonsten eine ordnungsgemäße Erfassung der emulierten Radarziele selbst stören und/oder das Ego-Fahrzeug ansprechend auf die erfassten emulierten Radarziele steuern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beispielhaften Ausführungsbeispiele sind am besten verständlich von der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn dieselbe zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind. In der Tat können die Abmessungen beliebig vergrößert oder verkleinert werden, um die Erörterung zu verdeutlichen. Wo es anwendbar und praktisch ist, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.

1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein System zum Emulieren von Echosignalen für ein Radar-Testobjekt mit reduzierter Störung durch Reflexion gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Patch-Array-Antenne eines Radarzielsimulators (RTS; RTS = Radar Target Simulator) (z. B. erster RTS 121) in einem System zum Emulieren von Echosignalen für ein Radar-Testobjekt gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
3A ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Beispiels einer unsymmetrischen Patch-Array-Antenne eines RTS für horizontales Strahlschielen (beam squinting) gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
3B ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Abschnitts der unsymmetrischen Patch-Array-Antenne in 3A, die eine Implementierung einer Anpassungsschaltung für das horizontale Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
4A ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Beispiels einer symmetrischen Patch-Array-Antenne eines RTS für horizontales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
4B ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Abschnitts der symmetrischen Patch-Array-Antenne in 4A, die eine Implementierung einer Anpassungsschaltung für das horizontale Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
5A ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Beispiels einer unsymmetrischen Patch-Array-Antenne eines RTS für vertikales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
5B ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Abschnitts der unsymmetrischen Patch-Array-Antenne in 5A, die eine Implementierung einer Anpassungsschaltung für das vertikale Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
6A ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Beispiels einer symmetrischen Patch-Array-Antenne eines RTS für vertikales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
6B ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Abschnitts der symmetrischen Patch-Array-Antenne in 6A, die eine Implementierung einer Anpassungsschaltung für das vertikale Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
7 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein System zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Störung gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
8 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines darstellenden RTS von 7 zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Störung durch Reflexion gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
9A ist eine vereinfachte Draufsicht eines Beispiels einer hohlraumgestützen Antenne eines RTS für horizontales oder vertikales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
9B ist eine vereinfachte Querschnittsansicht der hohlraumgestützen Antenne in 9A gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Störung durch Reflexion gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In derfolgenden detaillierten Beschreibung werden zu Erläuterungs- und nicht zu Beschränkungszwecken darstellende Ausführungsbeispiele beschrieben, die spezifische Einzelheiten offenbaren, um ein gründliches Verständnis eines Ausführungsbeispiels gemäß den vorliegenden Lehren bereitzustellen. Beschreibungen bekannter Systeme, Vorrichtungen, Materialien, Betriebsverfahren und Herstellungsverfahren können ausgelassen werden, um das Behindern der Beschreibung der darstellenden Ausführungsbeispiele zu vermeiden. Trotzdem liegen Systeme, Vorrichtungen, Materialien und Verfahren, die innerhalb des Fachwissens eines Durchschnittsfachmanns auf diesem Gebiet liegen, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Lehren und können gemäß darstellenden Ausführungsbeispielen verwendet werden. Es ist klar, dass die hierin verwendete Terminologie nur dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsbeispiele dient und nicht beschränkend sein soll. Die definierten Begriffe sind zusätzlich zu den technischen und wissenschaftlichen Bedeutungen der definierten Begriffe, wie sie üblicherweise verstanden werden und auf dem technischen Gebiet der vorliegenden Lehren anerkannt sind.
Obwohl die Begriffe erste/r, zweite/r, dritte/r, etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente oder Komponenten zu beschreiben, ist klar, dass diese Elemente oder Komponenten nicht durch diese Begriffe begrenzt werden sollten. Die Begriffe werden lediglich verwendet, um ein Element oder eine Komponente von einem anderen Element oder einer anderen Komponente zu unterscheiden. Somit könnte ein erstes Element oder eine erste Komponente, die nachfolgend erörtert werden, als ein zweites Element oder eine zweite Komponente bezeichnet werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht beschränkend sein. Wie sie hierin in der Beschreibung und den angehängten Ansprüchen verwendet werden, sollen die Singularformen von Begriffen „ein“, „eine“ und „der, die das“ sowohl Singular- als auch Pluralformen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt dies eindeutig anderweitig vor. Außerdem spezifizieren die Begriffe „weist auf“ und/oder „aufweisend“ und/oder ähnliche Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen der aufgeführten Merkmale, Elemente und/oder Komponenten, aber schließen das Vorliegen oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Elemente, Komponenten oder Gruppen derselben nicht aus. Wie er hierin verwendet wird, umfasst der Begriff „und/oder“ jede und alle Komponenten von einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Elemente.
Sofern nicht anderweitig angemerkt, wenn ein Element oder eine Komponente als „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ oder „benachbart zu“ einem anderen Element oder einer anderen Komponente bezeichnet wird, ist klar, dass das Element oder die Komponente mit dem anderen Element oder der anderen Komponente direkt verbunden oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente oder Komponenten vorliegen können. Das heißt, diese und ähnliche Begriffe umfassen Fälle, wo ein oder mehrere Zwischenelemente oder Zwischenkomponenten 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 Komponente bezeichnet wird, umfasst dies nur Fälle, wo die zwei Elemente oder Komponenten ohne dazwischenliegende oder dazwischen angeordnete Elemente oder Komponenten verbunden sind.
Die vorliegende Offenbarung soll somit durch einen oder mehrere ihrer verschiedenen Aspekte, Ausführungsbeispiele und/oder spezifischen Merkmale oder Teilkomponenten einen oder mehrere der nachfolgend genauer aufgeführten Vorteile hervorbringen. Zu Erläuterungs- und nicht Beschränkungszwecken werden beispielhafte Ausführungsbeispiele, die spezifische Einzelheiten offenbaren, aufgeführt, um ein gründliches Verständnis eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Lehren zu schaffen. Andere Ausführungsbeispiele, die mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen, die von hierin offenbarten spezifischen Einzelheiten abweichen, bleiben jedoch innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche. Darüber hinaus können Beschreibungen gut bekannter Vorrichtungen und Verfahren ausgelassen werden, um die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele nicht zu überladen. Solche Verfahren und Vorrichtungen liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung.
Allgemein ist ein Antriebsemulationssystem bereitgestellt, das Echosignale von emulierten Radarzielen emuliert, ansprechend auf Radarsignalübertragungen von einem Radar-Testobjekt, das an einem zu testenden Fahrzeug angeordnet ist, wie z. B. einem Kraftfahrzeug oder einer anderen mobilen Plattform. Die Ausführungsbeispiele minimieren eine Störung durch Geisterziele, wie z. B. Radarsignalen, die von Sende/Empfangsantennen und anderer Systemhardware reflektiert werden, indem die reflektierten Radarsignale von dem Radar-Testobjekt weg gerichtet werden. Dies verhindert, dass das Radar-Testobjekt fälschlicherweise bestimmt, dass die reflektierten Radarsignale emulierte Radarziele darstellen.
Gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel ist ein System zum Emulieren eines Echosignals bereitgestellt, das von einem emulierten Radarziel reflektiert wird, ansprechend auf ein Radarsignal, das durch ein Radar-Testobjekt gesendet wird. Das Echosignalemulationssystem umfasst Antennen, die konfiguriert sind, das Radarsignal über die Luft von dem Radar-Testobjekt zu empfangen. Jede der Antennen reflektiert einen Abschnitt des Radarsignals und ist konfiguriert, den reflektierten Abschnitt des Radarsignals in einem vorbestimmten Ablenkwinkel weg von einer Einfallsrichtung des Radarsignals zu richten, um zu verhindern, dass das Radar-Testobjekt den reflektierten Abschnitt des Radarsignals empfängt. Die Einfallsrichtung ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Wellenfront des Radarsignals, das durch das Radar-Testobjekt gesendet wird. Die Antennen können beispielsweise Patch-Array-Antennen sein, von denen jede Patch-Elemente, die in einem Array angeordnet sind, und einen Masseebenenspiegel umfasst, wobei das Array zusammen mit der Masseebene in einem Blaze-Winkel von der Einfallsrichtung des Radarsignals gekippt ist. Selbstverständlich können andere Arten von Antennen aufgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen.
Das Echosignalemulationssystem umfasst ferner Sende/Empfangsgeräte, die mit den Antennen gekoppelt sind, um das Radarsignal zu empfangen, wobei jedes Sende/Empfangsgerät konfiguriert ist, das empfangene Radarsignal mit einem lokal erzeugten Signal zu mischen, das eine Frequenz aufweist, die als Ausgabe ein Hochfrequenz(HF)-Signal mit einer HF-Frequenz bereitstellt, die von einer Radarfrequenz des Radarsignals um einen Betrag verschoben ist, der einen Abstand zu dem emulierten Ziel anzeigt, und das HF-Signal als emuliertes Echosignal über die Antennen an das Radar-Testobjekt zu senden. Jede Antenne hat ein Antennenmuster, einschließlich eines Spitzenstrahls, der mit einem Strahlschielwinkel von einem Normalen-Einfall der Antenne abgewinkelt ist, wobei der Strahlschielwinkel den vorbestimmten Ablenkwinkel kompensiert, um den Spitzenstrahl zu dem Radar-Testobjekt zu richten, zum Empfangen des Radarsignals und Senden des HF-Signals. In diesem Fall ist der Strahlschielwinkel der gleiche Wert wie der Blaze-Winkel, aber in der entgegengesetzten Richtung ausgerichtet und der vorbestimmte Ablenkwinkel ist etwa zweimal der Blaze-Winkel.
Gemäß einem anderen darstellenden Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Emulieren eines Echosignals bereitgestellt, das von einem emulierten Ziel reflektiert wird, ansprechend auf ein Radarsignal, das durch ein Radar-Testobjekt gesendet wird. Das Verfahren umfasst: Abwinkeln zumindest einer Antenne eines RTS mit einem Blaze-Winkel in Bezug auf eine Einfallsrichtung eines Radarsignals, das durch das Radar-Testobjekt zu senden ist, wobei die zumindest eine Antenne außerhalb eines Nahfelds des Radar-Testobjekts liegt (z. B. in dem Mittelfeld oder Fernfeld); Einstellen eines Antennenmusters der zumindest einen Antenne, um einen Spitzenstrahl des Antennenmusters weg von einem Normalen-Einfall der zumindest einen Antenne in einem Strahlschielwinkel abzuwinkeln; Empfangen eines Radarsignals über die Luft von dem Radar-Testobjekt unter Verwendung des eingestellten Antennenmusters und Reflektieren eines Abschnitts des Radarsignals weg von der Einfallsrichtung des Radarsignals mit einem vorbestimmten Ablenkwinkel aufgrund des Blaze-Winkels der zumindest einen Antenne, um zu verhindern, dass das Radar-Testobjekt den reflektierten Abschnitt des Radarsignals empfängt; Mischen des empfangenen Radarsignals mit einem lokal erzeugten Signal, das eine Frequenz aufweist, die ein HF-Signal mit einer HF-Frequenz bereitstellt, die von einer Radarfrequenz des Radarsignals um einen Betrag verschoben ist, der einen Abstand zu dem emulierten Ziel anzeigt; und Senden des HF-Signals an das Radar-Testobjekt als ein emuliertes Echosignal über die zumindest eine Antenne unter Verwendung des eingestellte Antennenmusters. Der Strahlschielwinkel kompensiert den vorbestimmten Ablenkwinkel, um den Spitzenstrahl zu dem Radar-Testobjekt zu richten, zum Empfangen des Radarsignals und Senden des HF-Signals.
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein System zum Emulieren von Echosignalen für ein Radar-Testobjekt mit reduzierter Störung (z. B. Eliminierung von Geisterzielen) gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Mit Bezugnahme auf 1 umfasst ein System 100 mehrere Radarzielsimulatoren (RTS), die sich an einem Einstellbereich R von einem zu testenden Radar oder Radar-Testobjekt 105 in einer Testkammer befinden, wie z. B. einer reflexionsfreien Kammer. Der Einstellbereich R ist außerhalb des Nahfelds des Radar-Testobjekts 105, z. B. in einem Mittelfeld- oder Fernfeld-Bereich, um die Radarsignale zu empfangen und entsprechende emulierte Echosignale zu senden. Beispielsweise ist der Einstellbereich R zumindest etwa 0,75 Meter von dem Radar-Testobjekt 105 entfernt. Die mehreren RTS umfassen darstellend einen ersten RTS 121, zweiten RTS 122 und n-ten RTS 123, die in Bezug zueinander in einem planaren Array angeordnet sind. Es ist jedoch klar, dass der erste, zweite und n-te RTS 121, 122 und 123 auf nicht planare Weise angeordnet sein können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Beispielsweise können der erste, zweite und n-te RTS 121, 122 und 123 ein gekrümmtes Array bilden, wie z. B. ein zylindrisches oder kugelförmiges Array, in dem das Radar-Testobjekt 105 an der Mitte der Krümmung positioniert ist, wie es beispielsweise in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 17/157,160 von Gregory S. Lee et al. beschrieben ist, eingereicht am 25. Januar 2021, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Jeder des ersten, zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123 umfasst Hardware und Software, die konfiguriert ist, Radarsignale von dem Radar-Testobjekt 105 zu empfangen und emulierte Echosignale (Rücksignale) zu erzeugen, die von emulierten Radarzielen in einer Szenensimulation ansprechend auf die empfangenen Radarsignale reflektiert werden. Beispielsweise kann jeder des ersten, zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123 eine oder mehrere Antennen, ein Sende/Empfangsgerät und einen Signalgenerator umfassen, wie es nachfolgend mit Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, obwohl jede Art von kompatiblem RTS aufgenommen werden kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Die eine oder die mehreren Antennen können beispielsweise Patch-Array-Antennen sein, von denen jede Patch-Elemente umfasst, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel kann jeder des ersten, zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123 eine Empfangs(Rx)-Patch-Array-Antenne zu Empfangen des Radarsignals von dem Radar-Testobjekt und eine Sende(Tx)-Patch-Array-Antenne zum (Zurück-) Senden der emulierten Echosignale an das Radar-Testobjekt 105 umfassen. Es wird angenommen, dass zumindest ein Abschnitt von jedem des ersten, zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123 eine im Wesentlichen planare Fläche darstellt, wie es in 1 angezeigt ist. Beispielsweise umfasst jede der Rx-Patch-Array-Antennen und der Tx-Patch-Array-Antennen einen Masseebenenspiegel, der eine im Wesentlichen planare Fläche darstellt.
Das Radar-Testobjekt 105 sendet ein Radarsignal, angezeigt durch eine Radar-Wellenfront 130, in einer Einfallsrichtung 135 senkrecht zu der Radar-Wellenfront 130. Der erste, zweite und n-te RTS 121, 122 und 123 sind in einem Blaze-Array angeordnet, was bedeutet, dass dieselben mit einem leichten Blaze-Winkel θ gekippt (geneigt) sind, so dass die entsprechenden im Wesentlichen planaren Flächen von der Einfallsrichtung 135 des Radarsignals abgewinkelt sind. Der erste, zweite und n-te RTS 121, 122 und 123 absorbieren nicht alle der Radarsignale von dem Radar-Testobjekt 105 und daher wird ein Abschnitt des Radarsignals, z. B. mit der Trägerfrequenz, von dem ersten, zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123, angezeigt durch die reflektierte Wellenfront 140 in einem Normalen-Einfall 145 von dem zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123 senkrecht zu der reflektierten Wellenfront 140 reflektiert (gestreut). Der reflektierte Abschnitt des Radarsignals wird mit einem vorbestimmten Ablenkwinkel φ, der bei der dargestellten Konfiguration gleich zweimal dem Blaze-Winkel θ ist (2θ) weg von der Einfallsrichtung 135 des Radarsignals gerichtet. Der Blaze-Winkel θ ist groß genug, so dass der reflektierte Abschnitt des Radarsignals nicht empfangen oder anderweitig durch das Radar-Testobjekt 105 erfasst wird und verhindert dadurch das Erscheinen von Geisterzielen basierend auf dem reflektierten Abschnitt. Da beispielsweise der Einstellbereich R den ersten, zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123 in das Mittelfeld oder Fernfeld platziert, kann der Blaze-Winkel θ relativ klein sein, d.h. in dem Bereich von etwa 5 Grad bis etwa 25 Grad. Der Wert des Blaze-Winkels hängt auch von dem Winkelabstand ab, um den Spitzenstrahlen jeweiliger Antennenmuster geschielt werden können, wie es nachfolgend erörtert wird.
Wenn jeder des ersten, zweiten und n-ten RTS 121 und 122 und 123 ein oder mehrere Patch-Array-Antennen umfasst, reflektiert der reflektierte Abschnitt des Radarsignals von der Masseebene, wie es oben erwähnt wurde. Der reflektierte Abschnitt reflektiert jedoch auch von allen Oberflächen parallel zu den Masseebenen, wie z. B. den Patch-Elementen der oberen Oberfläche des Dielektrikums, auf dem die Patch-Elemente angeordnet sind, unvollkommene RDS-Radarkappen und dergleichen.
Ein Nachteil des Kippens des ersten, zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123 besteht darin, dass die jeweiligen Antennenmuster der entsprechenden Antenne gleichermaßen gekippt werden, so dass das Radar-Testobjekt 105 nicht länger innerhalb von Spitzenstrahlen dieser Antennenmuster positioniert sein kann. Das heißt, wenn zu Darstellungszwecken auf den ersten RTS 121 Bezug genommen wird, wenn die Antenne(n) eine Spitzenrichtwirkung bei dem Normalen-Einfall 145 aufweist, führt die Kippung des ersten RTS 121 zu einem Gewinnverlust hinsichtlich des Empfangens des Radarsignals von dem Radar-Testobjekt 105 und/oder des Sendens der emulierten Echosignale an das Radar-Testobjekt 105. Wenn beispielsweise die Einweg-Gewinnreduzierung etwa 2 dB beträgt, beträgt der Nettoemulationsverlust etwa 4 dB aufgrund der reduzierten Signalstärke in sowohl der Empfangs- als auch der Senderichtung.
Um diese unerwünschte Konsequenz zu kompensieren, werden die Antennenmuster von dem ersten, zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123 unter Verwendung von Strahlschielen modifiziert. Das Strahlschielen ist das absichtliche Spitzenbilden der Richtwirkung eines Antennenmusters mit einem Winkel, der von dem Normalen-Einfall der Antenne abweicht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde Strahlschielen an dem ersten RTS 121 durchgeführt, so dass der Spitzenstrahl 125 des Antennenmusters von dem Normalen-Einfall 145 der Antenne in dem ersten RTS 121 mit einem Strahlschielwinkel θ_s abgewinkelt ist, wodurch der Blaze-Winkel θ_b des ersten RTS 121 kompensiert wird und schließlich der vorbestimmte Ablenkwinkel φ des reflektierten Abschnitts des Radarsignals. Der Strahlschielwinkel θ_s richtet den Spitzenstrahl 125 zu dem Radar-Testobjekt 105 zum Empfangen des Radarsignals und Senden des emulierten Echosignals. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Strahlschielwinkel θ_s gleich dem Blaze-Winkel θ_b in der Kompensationsrichtung. Der Spitzenstrahl 125 ist darstellend für sowohl das Empfangs- als auch das Sendeantennenmuster, unabhängig davon, ob der erste RTS 121 eine Antenne sowohl für Empfangen als auch Senden aufweist, oder getrennte RX- und TX-Antennen aufweist, wie oben erörtert wurde. Entsprechend empfängt der erste RTS 121 in der Richtung des Radar-Testobjekts 105 und sendet vorteilhafterweise (zurück), während derselbe nach wie vor das Erscheinen von Geisterzielen verhindert. Bei der dargestellten Konfiguration wird angenommen, dass der erste, zweite und n-te RTS 121, 122 und 123 das gleiche Antennenmuster aufweisen und um den gleichen Betrag gekippt sind. Daher wäre das Strahlschielen für den ersten, zweiten und n-ten RTS 121, 122 und 123 gleich.
Wenn die Antenne des ersten RTS 121 eine Patch-Array-Antenne ist, kann das Strahlschielen durchgeführt werden durch Einstellen einer strategischen Phasenbeziehung zwischen benachbarten Reihen von Patch-Elementen, um eine Strahlung in einer gewünschten Richtung zu erhöhen. Die Phasenbeziehung kann unter Verwendung von Phasenschiebern gesteuert werden, beispielsweise um den Spitzenstrahl 125 zu lenken, oder die Phasenbeziehung kann fest bleiben. Zu Darstellungszwecken wird angenommen, dass die Phasenbeziehung der Patch-Array-Antenne fest ist.
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Patch-Array-Antenne eines RTS (z. B. ersten RTS 121) in einem System zum Emulieren von Echosignalen für ein Radar-Testobjekt gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
Mit Bezugnahme auf 2 ist eine Patch-Array-Antenne 121 so gezeigt, dass dieselbe drei darstellende Patch-Elemente umfasst, ein erstes Patch-Element 231, zweites Patch-Element 232, drittes Patch-Element 233 und n-tes Patch-Element 234, in einer einzelnen Reihe von einem Patch eines Arrays zu Darstellungszwecken. Es ist klar, dass die Patch-Array-Antenne 221 weniger oder mehr als drei Patch-Elemente umfassen kann, die in verschieden großen Arrays angeordnet sein können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Außerdem sind zu Darstellungszwecken das erste, zweite, dritte und n-te Patch-Element 231, 232, 233 und 234 in einer horizontalen Anordnung und durch einen vorbestimmten Abstand d getrennt.
Das erste Patch-Element 231 hat eine Phase φ₀, die eine Eingabephase des empfangenen oder gesendeten Signals ist, und jedes nachfolgende benachbarte Patch-Element in der gleichen Reihe ist konfiguriert zu einer iterativen Phasenänderung von Δφ. Das heißt, das zweite Patch-Element 232 hat eine Phase φ0+Δφ, das dritte Patch-Element 233 hat eine Phase φ₀+2Δφ und das dritte Patch-Element 233 hat eine Phase φ₀+(n-1)Δφ. Wenn die Phasenänderung von Δφ Null beträgt (d.h. alle die Patch-Elemente haben die gleiche Phase) ist ein Spitzenstrahl der Patch-Array-Antenne 221 im Wesentlichen senkrecht (Breitseite) zu dem Masseebenenspiegel 210 der Patch-Array-Antenne 221, angezeigt durch Pfeil 240, in welchem Fall es kein Schielen des Spitzenstrahls gibt. Wenn die Phasenänderung von Δφ ungleich Null ist, ist der Spitzenstrahl der Patch-Array-Antenne 221 durch einen Strahlschielwinkel θ_s gemäß der Gleichung (1) geschielt: $Δ φ = \frac{2 π}{λ} d s i n θ_{S}$
In Gleichung (1) ist λ die Wellenlänge der Mittenfrequenz des empfangenen Radarsignals oder des gesendeten emulierten Echosignals, und d ist der Abstand zwischen benachbarten Patch-Elementen in der gleichen Reihe des Arrays. Wenn die Phasenänderung Δφ positiv ist (wie es in dem Beispiel von 2 gezeigt ist), ist der Strahlschielwinkel θ_s ebenfalls positiv (rechts von dem Breitseitenpfeil 240), angezeigt durch Pfeil 245. Wenn die Phasenänderung Δφ negativ ist, ist auch der Strahlschielwinkel θ_s negativ (links von dem Breitseitenpfeil 240).
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Patch-Elemente in parallele Mikrostreifen angeordnet, die sich von einer oder mehreren Speiseleitungen erstrecken, wobei die Mikrostreifen Spalten bereitstellen, und die Patch-Elemente benachbart zueinander auf entsprechenden Mikrostreifen Reihen der Patch-Array-Antenne bereitstellen. Die Phasenänderungen an den unterschiedlichen Mikrostreifen können durch ein Anpassungsnetzwerk implementiert werden, das unterschiedliche Leitungslängen aufweist, die jeweils die unterschiedlichen Mikrostreifen speisen.
3A ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Beispiels einer unsymmetrischen Patch-Array-Antenne eines RTS für horizontales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. 3B ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Abschnitts der unsymmetrischen Patch-Array-Antenne in 3A, die eine Implementierung einer Anpassungsschaltung für horizontales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Mit Bezugnahme auf 3A umfasst die unsymmetrische Patch-Array-Antenne 300 eine Speiseleitung 310, eine Anpassungsschaltung 350 und Patch-Elemente P₁₁ bis P₄₅, die entlang vier Mikrostreifen 341, 342, 343 und 344 mit der Anpassungsschaltung 350 verbunden sind. Die Patch-Elemente P₁₁ bis P₄₅ sind in einem Arrayformat angeordnet, das zu Darstellungszwecken vier parallele Spalten C1, C2, C3 und C4 (entsprechend der Mikrostreifen 341-344) aufweist, und fünf parallele Reihen R1, R2, R3, R4 und R5. Selbstverständlich können alternative Arraygrößen aufgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Die Speiseleitung 310 stellt ein unsymmetrisches Signal für die unsymmetrische Patch-Array-Antenne 300 bereit. Die Speiseleitung 310 verbindet mit der Anpassungsschaltung 350, die Anpassungsspeiseleitungen umfasst, die jeweils mit den Mikrostreifen 341-344 verbinden. Die Anpassungsspeiseleitungen haben unterschiedliche Längen, um unterschiedliche Phasen bereitzustellen, wie es nachfolgend erörtert wird. Benachbarte Patch-Elemente in der gleichen Reihe (z. B. Patch-Elemente P₃₂ und P₄₂ in der Reihe R2) sind gleichermaßen um den Abstand d beabstandet und benachbarte Patch-Elemente in der gleichen Spalte (z. B. Patch-Elemente P₄₁ und P₄₂ in der Spalte C4) sind gleichermaßen getrennt um die Länge 1. Die Länge 1 ist die gleiche wie für eine unsymmetrische Patch-Array-Antenne, die konfiguriert ist, eine Breiteseite-Strahlspitze bereitzustellen. Somit ist das horizontale Schielen, das durch die unsymmetrische Patch-Array-Antenne 300 bereitgestellt wird, eine Funktion der unterschiedlichen Phasen, die durch die Mikrostreifen 341-344 durch die Anpassungsschaltung 350 bereitgestellt werden.
Mit Bezugnahme auf 3B umfasst die Anpassungsschaltung 350 mehrere Phasenschieber, die mit den Mikrostreifen 341-344 verbunden sind, die den Spalten C1, C2, C3 bzw. C4 entsprechen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die unsymmetrische Speiseleitung 310 in einen ersten Phasenschieber 351, der eine beliebige Phase φ₁ bereitstellt, und einen zweiten Phasenschieber 352 aufgeteilt, der die beliebige Phase φ₁ mit der Phasenänderung 2Δφ (φ₁+2Δφ) bereitstellt. Der erste Phasenschieber 351 ist mit dem dritten Phasenschieber 353 verbunden, der die Phase φ₀ bereitstellt, und dem vierten Phasenschieber 354, der die eingestellte Phase φ₀+Δφ bereitstellt. Der zweite Phasenschieber 352 ist gleichermaßen verbunden mit dem fünften Phasenschieber 355, der die Phase φ₀ bereitstellt, und dem sechsten Phasenschieber 365, der die eingestellte Phase φ₀+Δφ bereitstellt. Die Phase und/oder Phaseneinstellung, die durch jeden des ersten bis sechsten Phasenschiebers 351-356 bereitgestellt wird, ist eine Funktion der Leitungslänge von jeder der Anpassungsspeiseleitungen in der Anpassungsschaltung 350, wie es oben erwähnt ist. Diese Leitungslängen sind in 3A durch gestrichelte Ovale gezeigt, die gekennzeichnet sind, um dem ersten bis sechsten Phasenschieber 351-356 zu entsprechen.
Bei dem in 3A und 3B dargestellten beispielhaften Ausführungsbeispiel wird der Spitzenstrahl der unsymmetrischen Patch-Array-Antenne 300 mit einem Schielwinkel (positives Schielen) nach rechts geschielt, da die Spalten C1-C4 der Patch-Elemente P₁₁-P₄₅ zunehmende Gesamtphaseneinstellungen (zunehmende Länge von Anpassungsleitungen) von links nach rechts aufweisen, wie beispielsweise in 2. Alternativ wird der Spitzenstrahl der unsymmetrischen Patch-Array-Antenne 300 mit einem Schielwinkel (negatives Schielen) nach links geschielt, durch Erhöhen der Gesamtphaseneinstellungen der Spalten C1-C4 von rechts nach links. Allgemein gilt für jede Schielrichtung, je größer der Betrag der Phaseneinstellung Δφ zwischen benachbarten Spalten C1-C4, umso größer ist der resultierende Schielwinkel.
4A ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Beispiels einer symmetrischen Patch-Array-Antenne eines RTS für horizontales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. 4B ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Abschnitts der symmetrischen Patch-Array-Antenne in 4A, die eine Implementierung einer Anpassungsschaltung für horizontales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Mit Bezugnahme auf 4A umfasst die symmetrische Patch-Array-Antenne 400 Speiseleitungen 411 und 412, eine Anpassungsschaltung 450 und Patch-Elemente P₁₁-P₄₅, die mit der Anpassungsschaltung 450 entlang vier Mikrostreifen 341, 342, 343 und 344 verbunden sind. Die Speiseleitungen 411 und 412 stellen ein Differenzsignal für die symmetrische Patch-Array-Antenne 400 bereit. Die Speiseleitungen 411 und 412 verbinden mit der Anpassungsschaltung 450, die Anpassungsspeiseleitungen umfasst, die jeweils mit den Mikrostreifen 341-344 verbinden. Wie in 3A und 3B ist das horizontale Schielen, das durch die symmetrische Patch-Array-Antenne 400 bereitgestellt wird, eine Funktion der unterschiedlichen Phasen, die den Mikrostreifen 341-344 durch die Anpassungsschaltung 400 bereitgestellt werden.
Mit Bezugnahme auf 4B umfasst die Anpassungsschaltung 450 mehrere Phasenschieber, die mit den Mikrostreifen 341-344 verbunden sind, die den Spalten C1, C2, C3 bzw. C4 entsprechen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verbindet die symmetrische Speiseleitung 411 mit dem ersten Phasenschieber 451, der eine beliebige Phase φ₁ bereitstellt, und die symmetrische Speiseleitung 412 verbindet den zweiten Phasenschieber 452, der die beliebige Phase φ₁ bereitstellt, mit der Phasenänderung 2Δφ plus 180 Grad, um das Differenzsignal zu berücksichtigen (φ₁+2Δφ+180°). Der erste Phasenschieber 451 ist mit dem dritten Phasenschieber 453 verbunden, der die Phase φ₀ bereitstellt, und dem vierten Phasenschieber 454, der die eingestellte Phase φ₀+Δφ bereitstellt. Der zweite Phasenschieber 452 ist gleichermaßen verbunden mit dem fünften Phasenschieber 455, der die Phase φ₀ bereitstellt, und dem sechsten Phasenschieber 456, der die eingestellte Phase φ₀+Δφ bereitstellt. Die Leitungslängen von jedem des ersten bis sechsten Phasenschiebers 451-456 sind in 4A gezeigt, durch gestrichelte Ovale, die gekennzeichnet sind, um dem ersten bis sechsten Phasenschieber 451-456 zu entsprechen.
Bei dem in 4A und 4B dargestellten darstellenden Ausführungsbeispiel ist der Spitzenstrahl der symmetrischen Patch-Array-Antenne 400 mit einem Schielwinkel nach rechts geschielt (positives Schielen), da die Spalten C1-C4 der Patch-Elemente P₁₁-P₄₅ zunehmende Phaseneinstellungen von links nach rechts aufweisen. Alternativ wird der Spitzenstrahl der symmetrischen Patch-Array-Antenne 400 mit einem Schielwinkel nach links geschielt (negatives Schielen), durch Erhöhen der Phaseneinstellungen der Spalten C1-C4 von rechts nach links.
5A ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Beispiels einer unsymmetrischen Patch-Array-Antenne eines RTS für vertikales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. 5B ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Abschnitts der unsymmetrischen Patch-Array-Antenne in 5A, die eine Implementierung einer Anpassungsschaltung für vertikales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Mit Bezugnahme auf 5A umfasst eine unsymmetrische Patch-Array-Antenne 500 eine Speiseleitung 510, eine Anpassungsschaltung 550 und Patch-Elemente P₁₁ bis P₄₄, die entlang der Mikrostreifen C1, C2, C3 und C4 mit der Anpassungsschaltung 550 verbunden sind. Die Patch-Elemente P₁₁ bis P₄₄ sind in einem Arrayformat angeordnet, das zu Darstellungszwecken vier parallele Spalten C1, C2, C3 und C4 (entsprechend den Mikrostreifen 541-544) und fünf parallele Reihen R1, R2, R3 und R4 aufweist. Selbstverständlich können alternative Arraygrößen aufgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die Speiseleitung 510 stellt ein unsymmetrisches Signal für die unsymmetrische Patch-Array-Antenne 500 bereit. Die Speiseleitung 510 verbindet mit der Anpassungsschaltung 550, die Anpassungsspeiseleitungen umfasst, die jeweils mit den Mikrostreifen 541-544 verbunden sind. Benachbarte Patch-Elemente in der gleichen Reihe (z. B. Patch-Elemente P₃₂ und P₄₂ in der Reihe R3) sind gleichermaßen um den Abstand d getrennt und benachbarte Patch-Elemente in der gleichen Spalte (z. B. Patch-Elemente P₄₁ und P₄₂ in Spalte C4) sind gleichermaßen um die Länge l getrennt. Das heißt, die Reihen R1, R2, R3 und R4 sind parallel über die Mikrostreifen 541-544 angeordnet, wo benachbarte Reihen um einen elektrischen Gradabstand voneinander versetzt sind (angezeigt durch Länge l), um einen Phasengradienten zwischen den benachbarten Reihen zu erzeugen, um den vertikalen Strahlschielwinkel der Patch-Array-Antenne 500 bereitzustellen.
Es ist zu anzumerken, dass die Länge l, die die benachbarten Patch-Elemente in der gleichen Spalte trennt, den Betrag des Aufwärts- oder Abwärtsschielens bestimmt, der durch die unsymmetrische Patch-Array-Antenne 500 bereitgestellt wird. Das heißt, wenn die Länge I länger ist als eine Nominallänge (wie es in 5A gezeigt ist), die die benachbarten Patch-Elemente trennt, die erforderlich sind, um eine Breitseite-Srahlspitze bereitzustellen, stellt die unsymmetrische Patch-Array-Antenne 500 ein Aufwärts(positives)-Strahlschielen bereit. Umgekehrt, wenn die Länge l kürzer ist als die Nominallänge, stellt die unsymmetrische Patch-Array-Antenne 500 ein Abwärts(negatives)-Strahlschielen bereit. Damit ist das vertikale Schielen, das durch die unsymmetrische Patch-Array-Antenne 500 bereitgestellt wird, eine Funktion des Werts der Länge l, die die Patch-Elemente an jedem der Mikrostreifen 541-544 trennt.
Mit Bezugnahme auf 5B umfasst die Anpassungsschaltung 550 mehrere Phasenschieber, die mit den Mikrostreifen 541-544 verbunden sind, die den Spalten C1, C2, C3 bzw. C4 entsprechen. In dem Mikrostreifen 541 ist beispielsweise das Patch-Element P₁₁ von dem Patch-Element P₁₂ um die Länge x+Δx getrennt und das Patch-Element P₁₂ ist auch von dem Patch-Element P₁₃ um die Länge x+Δx getrennt, wobei x die nominale volle Leiterwellenlänge λ_g ist, z. B. des Mikrostreifens oder koplanaren Wellenleiters (CPW; CPW = coplanar waveguide). Der Wert von x ist kürzer als eine Freiraumwellenlänge λ, da die dielektrische Konstante des Substrats größer als 1 ist. Dann ist Δx = λ_g * Δφ/2π, wobei Δφ gleich ist wie oben mit Bezugnahme auf Gleichung (1), erörtert für horizontales Strahlschielen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die unsymmetrische Speiseleitung 510 aufgeteilt in den ersten Phasenschieber 541 und den zweiten Phasenschieber 552, von denen jeder eine beliebige Phase φ₁ bereitstellt. Der erste Phasenschieber 551 ist mit dem dritten Phasenschieber 553 und dem vierten Phasenschieber 554 verbunden, von denen jeder die Phase φ₀ bereitstellt. Gleichermaßen ist der zweite Phasenschieber 521 mit dem fünften Phasenschieber 555 und dem sechsten Phasenschieber 556 verbunden, von denen jeder ebenfalls die Phase φ₀ bereitstellt. Die Phasen der verschiedenen Sätze von Phasenschiebern sind gleich, um die Phasenanpassung bereitzustellen. Die Phasen werden durch Leitungslängen bereitgestellt, die in 5A durch gestrichelte Ovale gezeigt sind, die gekennzeichnet sind, um dem ersten bis sechsten Phasenschieber 551-556 zu entsprechen. Das vertikale Schielen, das durch die unsymmetrische Patch-Array-Antenne 500 bereitgestellt wird, ist eine Funktion der Länge l, wie es oben angemerkt ist.
Wie oben beschrieben, wird bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel, das in 5A und 5B gezeigt ist, der Spitzenstrahl der unsymmetrischen Patch-Array-Antenne 500 um einen Schielwinkel nach oben geschielt, da die Länge l, die die benachbarten Patch-Elemente P₁₁-P₄₄ auf den Mikrostreifen 541-544 trennt, länger ist als eine Nominallänge, die ansonsten kein Schielen bereitstellen würde. Alternativ kann der Spitzenstrahl der unsymmetrischen Patch-Array-Antenne 500 mit einen Schielwinkel nach unten geschielt werden durch Reduzieren der Länge l, so dass dieselbe kürzer ist als die Nominallänge, die kein Schielen bereitstellen würde. Allgemein gilt für jede Schielrichtung, je größer die Differenz zwischen der Länge l und der Nominallänge, umso größer ist der resultierende Aufwärts- oder Abwärtsschielwinkel.
6A ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Beispiels einer symmetrischen Patch-Array-Antenne eines RTS für vertikales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. 6B ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Abschnitts der symmetrischen Patch-Array-Antenne in 6A, die eine Implementierung einer Anpassungsschaltung für vertikales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Mit Bezugnahme auf 6A umfasst die symmetrische Patch-Array-Antenne 600 Speiseleitungen 611 und 612, eine Anpassungsschaltung 650 und Patch-Elemente P₁₁ bis P₄₄, die entlang vier Mikrostreifen 541, 542, 543 und 544 mit der Anpassungsschaltung 650 verbunden sind. Die Speiseleitungen 611 und 612 liefern ein Differenzsignal für die symmetrische Patch-Array-Antenne 600. Die Speiseleitungen 611 und 612 verbinden mit der Anpassungsschaltung 650, die Anpassungsspeiseleitungen umfasst, die jeweils mit den Mikrostreifen 541-544 verbinden, um die gewünschte Phase bereitzustellen. Erneut ist das vertikale Schielen, das durch die symmetrische Patch-Array-Antenne 600 bereitgestellt wird, eine Funktion der Länge I zwischen benachbarten Patch-Elementen P₁₁ bis P₄₄ auf den Mikrostreifen 541-544. Das heißt, wenn die Länge l länger als eine Nominallänge ist (wie es in 6A gezeigt ist), die die benachbarten Patch-Elemente trennt, die erforderlich sind, um eine Breitseite-Srahlspitze bereitzustellen, stellt die symmetrische Patch-Array-Antenne 600 ein Aufwärts(positives)-Strahlschielen bereit. Umgekehrt, wenn die Länge l kürzer als die Nominallänge ist, stellt die symmetrische Patch-Array-Antenne 600 ein Abwärts(negatives)-Strahlschielen bereit.
Mit Bezugnahme auf 6B umfasst die Anpassungsschaltung 650 mehrere Phasenschieber, die mit den Mikrostreifen 541-544 verbunden sind, die den Spalten C1, C2, C3 bzw. C4 entsprechen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die symmetrische Speiseleitung 611 mit dem ersten Phasenschieber 651 verbunden, der eine beliebige Phase φ₁ bereitstellt. Die symmetrische Speiseleitung 612 ist mit dem zweiten Phasenschieber 652 verbunden, der die beliebige Phase φ₁ plus 180 Grad bereitstellt, um das Differenzsignal (φ₁+180) zu berücksichtigen. Der erste Phasenschieber 651 ist mit dem dritten Phasenschieber 653 und vierten Phasenschieber 654 verbunden, von denen jeder die Phase φ₀ bereitstellt. Gleichermaßen ist der zweite Phasenschieber 621 mit dem fünften Phasenschieber 655 und dem sechsten Phasenschieber 656 verbunden, von denen jeder ebenfalls die Phase φ₀ bereitstellt. Die Phasen werden durch Leitungslängen bereitgestellt, die in 6A als gestrichelte Ovale gezeigt sind, die gekennzeichnet sind, um dem ersten bis sechsten Phasenschieber 651-656 zu entsprechen. Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel, das in 6A und 6B gezeigt ist, ist der Spitzenstrahl der symmetrischen Patch-Array-Antenne 600 nach oben geschielt (positives Strahlschielen), da die Länge I, die die benachbarten Patch-Elemente P₁₁-P₄₅ auf den Mikrostreifen 541-544 trennt, länger ist als eine Nominallänge, die ansonsten kein Schielen bereitstellen würde. Alternativ kann der Spitzenstrahl der symmetrischen Patch-Array-Antenne 600 nach unten geschielt werden (negatives Strahlschielen), durch Reduzieren der Länge l, so dass dieselbe kürzer ist als die Nominallänge, die kein Schielen bereitstellen würde.
Wie oben angemerkt, die RTS und entsprechende eine oder mehrere Antennen können in ein Antriebsemulationssystem eingebaut sein, das Echosignale von emulierten Radarzielen emuliert, ansprechend auf Radarsignalübertragungen von einem Radar-Testobjekt. 7 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein darstellendes System zum Emulieren von Echosignalen für ein Radar-Testobjekt mit reduzierter Störung (z. B. Eliminierung von Geisterzielen) gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt. Wie es für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet, dem die Vorteile der vorliegenden Offenbarung vorliegen, klar ist, ist ein wahrscheinlicher Fahrzeugradar ein Kraftfahrzeugradar, der in verschiedenen Kapazitäten bei aktuellen und zukünftigen Kraftfahrzeuganwendungen verwendet wird. Ein weiteres Emulationsbeispiel sind In-Fahrzeug-Personenerfassungssysteme, bei denen der Radar konfiguriert ist, die Präsenz oder die Abwesenheit von Menschen/Kindern/Haustieren in potenziell schädlichen Situationen zu erfassen wie z. B. in einem geparkten Auto mit geschlossenen Fenstern an einem heißen, sonnigen Tag. Es wird jedoch betont, dass das aktuell beschriebene Echosignalemulationssystem nicht auf Kraftfahrzeugradarsysteme beschränkt ist und auch auf andere Arten von Fahrzeugen angewendet werden kann, die ein Fahrzeugradarsystem verwenden könnten, einschließlich beispielsweise LKWs, Busse, Motorräder, Fahrräder, motorisierte Zweiräder (z. B. Roller) und ein Flugzeug.
Mit Bezugnahme auf 7 ist das Echosignalemulationssystem 700 angeordnet, um Radar-Testobjekte 105 zu testen, die konfiguriert sein können, um frequenzmodulierte Dauerstrich(FMCW)-Radarsignale zu senden und Rücksignale zu empfangen, einschließlich emulierte Echosignale, die Reflexionen (Echos) der Radarsignale von Zielen in einer Szenenemulation emulieren. Das Echosignalemulationssystem 700 kann auch mit einigen phasenmodulierten Dauerstrich(PMCW)-Systemen funktionieren. Das Radar-Testobjekt 105 hat ein oder mehrere Radarsender und entsprechende Sendeantennen sowie einen oder mehrere Radarempfänger und entsprechende Empfangsantennen. Das gesamte oder ein Teil des Systems 700 kann in einer Testkammer enthalten sein, wie z. B. einer reflexionsfreien Testkammer.
Das System 700 umfasst mehrere Rück-Illuminatoren 706, von denen jeder zumindest eine Antenne 708 und zumindest einen RTS 710 umfasst. Der RTS 710 kann beispielswese ein Frequenzversatz-Sende/Empfangsgerät oder ein Mini-RTS (mRTS) sein. Die Antenne 708 kann beispielsweise ein Patch-Antennen-Array oder eine hohlraumgestütze Antenne sein, wie es oben erörtert ist. Wie nachfolgend näher erörtert, umfasst jeder RTS (Frequenzversatz-Sende/Empfangsgerät) 710 im Allgemeinen eine Empfängerschaltung, eine Senderschaltung, einen In-Phase(I)-Quadratur(Q)-Mischer (I/Q-Mischer). Ein Signalgenerator 730 erzeugt I- und Q-Signale, die in den I/Q-Mischer eingegeben werden und mit dem Radarsignal gemischt werden. Der Signalgenerator 730 kann ein beispielsweise ein direkter digitaler Synthesizer (DDS) oder ein feldprogrammierbares Gatterarray (FPGA) und ein Digital-Analog-Wandler (DAC) sein. Der I/Q-Mischer kann als Teil sowohl der Empfänger- als auch Senderschaltung angesehen werden. Ein empfangenes Radarsignal kann in den I/Q-Mischer als Lokaloszillator(LO)-Signal an einem LO-Tor eingegeben werden und die I- und Q-Signale, die durch den Signalgenerator 730 erzeugt werden, können als ein Zwischenfrequenz(ZF)-Signal beispielsweise an einem ZF-Tor in den I/O-Mischer eingegeben werden. Ein Mischprodukt der LO- und ZF-Signale kann durch den I/Q-Mischer als HF-Signal beispielsweise an einem HF-Tor ausgegeben werden, wobei das HF-Signal eine HF-Frequenz aufweist, die von der Trägerfrequenz des Radarsignals leicht versetzt ist. Das HF-Signal wird nach Bedarf verstärkt/gedämpft und durch die Senderschaltung als das emulierte Echosignal über die Antenne 708 an das Radar-Testobjekt 105 gesendet. Für FMCW-Radarsignale zeigen die Frequenz und Größe des emulierten Echosignals emulierte Bereiche und RCS der emulierten Ziele an. Beispielsweise gilt für ein FMCW-Radarsignal, das ein Chirp-Signal verwendet, je geringer die Frequenzdifferenz zwischen der HF-Frequenz des emulierten Echosignals in der linearen Rampe des Chirp-Signals und des emulierten Echosignals ist, umso näher erscheint das emulierte Ziel zu dem Radar-Testobjekt 105 zu sein. Allgemein werden Abstandsinformationen von der Frequenzdifferenz extrahiert und RCS-Informationen werden durch die Größe des emulierten Echosignals bereitgestellt.
Bei einer alternativen Konfiguration kann es sein, dass die Signalgeneratoren 730 nicht physikalisch in jedem der Rück-Illuminatoren 706 enthalten sind, in diesem Fall kann ein Signalgenerator 730 die I- und Q-Signale für mehrere RTS 710 bereitstellen, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Bei dieser Konfiguration kann der Signalgenerator 730 unter Verwendung einer einzelnen Quelle implementiert sein, die in der Lage ist, unabhängige I- und Q-Signalfrequenzen für jeden RTS 710 zu erzeugen, wie z. B. den FPGA und DAC.
Es kann einen Rück-Illuminator 706 für jedes emulierte Ziel in der Szenenemulation geben. Alternativ kann ein Rück-Illuminator 706 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 Rück-Illuminatoren 706 in einem 2D-Array angeordnet sein, wobei jeder Rück-Illuminator 706 ein Element in dem 2D-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 700 umfasst auch einen Computer 740 mit einer Steuerung 744. Die hierin beschriebene Steuerung 744 kann eine Kombination eines Speichers 746, der Anweisungen speichert, und eines darstellenden Prozessors 748 umfassen, der die gespeicherten Anweisungen ausführt, um alle oder einen Teil der hierin beschriebenen Prozesse zu implementieren. Eine Datenbank 720 kann Informationen speichern, die für Zielemulation zu verwenden sind, einschließlich verschiedener vorbestimmten Szenarien, die ein oder mehrere Ziele aufweisen. Beispielsweise kann die Datenbank 720 gewünschte Charakteristika eines Punktziels speichern, wie z. B. die Entfernung von dem Radar-Testobjekt 105, RCS, Geschwindigkeit, Beschleunigung und dergleichen. Die Datenbank 720 kann ferner Informationen bezüglich Parametern des bestimmten Radar-Testobjekts 105 speichern, wie z. B. Codes, Leistung, Sichtfelder und dergleichen. Das Radar-Testobjekt 105 kann mit dem Computer 740 über verschiedene Arten von verdrahteten und/oder drahtlosen Netzwerkverbindungen verbunden sein. Die Steuerung 744 ist konfiguriert, um Operationen des RTS 710 sowie der Signalgeneratoren 730 über Steuersignale zu steuern, die durch gestrichelte Linien angezeigt sind.
Die Steuerung 744 kann in einem Arbeitsplatzrechner untergebracht oder mit derselben verbunden sein, wie z. B. einem Computer oder einer anderen Anordnung von einem oder mehreren Rechenvorrichtungen, einer Anzeige/Bildschirm und ein oder mehreren Eingabegeräten (z. B. eine Tastatur, Joysticks und Maus) in der Form eines unabhängigen Rechensystems, eines Client-Computers eines Serversystems, eines Desktops oder eines Tablets. Der Begriff „Steuerung“ umfasst breit alle Strukturkonfigurationen, wie sie auf dem Gebiet der vorliegenden Offenbarung bekannt sind und beispielhaft in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, einer anwendungsspezifischen Hauptplatine oder einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung zum Steuern einer Anwendung verschiedener Prinzipien, wie sie in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind. Die Strukturkonfiguration der Steuerung 144 kann umfassen, ist aber nicht beschränkt auf, Prozessoren), computernutzbare(s)/computerlesbare(s) Speichermedium/medien, ein Betriebssystem, Anwendungsmodul(e), Peripheriegerätsteuerung(en), Schlitz(e) und Tor(e), wie es nachfolgend erörtert wird.
Obwohl der Computer 740 und/oder die Steuerung 744 Komponenten zeigen, die miteinander vernetzt sind, können außerdem mehrere Komponenten in einem einzelnen System integriert sein. Beispielsweise können der Computer 740 und/oder die Steuerung 744 mit einer Anzeige (nicht gezeigt) und/oder mit dem System 700 integriert sein. Andererseits können die vernetzten Komponenten des Computers 740 und/oder der Steuerung 740 räumlich verteilt sein, wie z. B. in unterschiedlichen Räumen oder unterschiedlichen Gebäuden verteilt sein, in welchem Fall die vernetzten Komponenten über Datenverbindungen verbunden sein können. Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine oder mehrere der Komponenten des Computers 740 und/oder der Steuerung 744 nicht mit den anderen Komponenten über eine Datenverbindung verbunden und ist stattdessen manuell mit einer Eingabe und/oder Ausgabe versehen, wie z. B. einem Speicherstift oder einer anderen Form von Speicher. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann hierin beschriebene Funktionalität durchgeführt werden basierend auf Funktionalität der Elemente des Computers 740 und/oder der Steuerung 744, aber außerhalb des Systems 700.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Computer 740 die Steuerung 744, die einen Speicher 746, Prozessor 748 sowie Nutzer- und/oder Netzwerkschnittstellen (nicht gezeigt) und eine Anzeige (nicht gezeigt) umfasst. Der Computer 740 und/oder die Steuerung 744 kann als eine Verarbeitungseinheit implementiert sein. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Verarbeitungseinheit einen oder mehrere Computerprozessoren (z. B. Prozessor 748), Digitalsignalprozessoren (DSB), zentrale Verarbeitungseinheiten (CPU), feldprogrammierbare Gatterarrays (FPGA), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC) oder Kombinationen davon verwenden, unter Verwendung jeder Kombination von Hardware, Software, Firmware, festverdrahteten Logikschaltungen oder Kombinationen davon. Jeder des Computers 740, der Steuerung 744 und/oder des Prozessors 748 kann seinen eigenen Verarbeitungsspeicher (z. B. Speicher 746) zum Speichern von computerlesbarem Code (z. B. Software, Softwaremodule) umfassen, der eine Leistung der hierin beschriebenen verschiedenen Funktionen ermöglicht. Beispielsweise kann der Arbeitsspeicher Softwareanweisungen/computerlesbaren Code speichern, der durch die Verarbeitungseinheit (z. B. Computerprozessor) ausführbar ist, zum Durchführen einiger oder aller Aspekte der hierin beschriebenen Verfahren einschließlich verschiedener Schritte des Verfahrens, das nachfolgend mit Bezugnahme auf 9 beschrieben ist. Das heißt, die Ausführung der Anweisungen/des computerlesbaren Codes bewirkt allgemein, dass die Verarbeitungseinheit des Computers 740 und/oder der Steuerung 744 Echosignale emuliert, die von den emulierten Radarzielen reflektiert werden, ansprechend auf die Radarsignale, die durch das Radar-Testobjekt 105 gesendet werden.
Der Speicher 746 und jeder andere Speicher, der hierin beschrieben ist, einschließlich der Datenbank 720, können verschiedene Arten von Direktzugriffsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM) und/oder andere Speichermedien sein, einschließlich Flash-Speicher, elektrisch programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), elektrisch löschbarer und programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM), Kompakt-Disk-Nur-Lese-Speicher (CDROM), digitale vielseitige Platte (DVD), Register, Latches, Flip-Flops, eine Festplatte, eine entfernbare Platte, Band, Floppy-Disk, Blu-ray-Disk oder Universeller-Serieller-Bus(USB)-Treiber oder jede andere Form von Speichermedium, die in der Technik bekannt ist, die greifbar und nichtflüchtig sind (z. B. im Vergleich zu flüchtigen Ausbreitungssignalen). Speicher können flüchtig oder nichtflüchtig sein, sicher und/oder verschlüsselt, unsicher und/oder unverschlüsselt, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Der Speicher 746 und die Datenbank 720 können darstellend sein für einen oder mehrere Speicher und Datenbanken sowie mehrere Speicher und Datenbanken einschließlich verteilte und vernetzte Speicher und Datenbanken.
Allgemein emittiert das Radar-Testobjekt 105 beim Betrieb HF-Radarsignale (darstellend mm-Wellensignale), die an einer jeweiligen der Antennen 708 fokussiert sind, die vorteilhafterweise Antennen mit vergleichsweise hohem Gewinn sind, von einem der Rück-Illuminatoren 706. Die Antenne 708 kann eine Patch-Array-Antenne oder eine hohlraumgestütze Antenne sein, die für die Wellenlänge von Signalen ausgewählt wird, die von dem Radar-Testobjekt 105 empfangen werden. Selbstverständlich können andere Arten von Antennen als die Antenne 708 aufgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen.
Wie oben erörtert, ist jede der Antennen 708 gekippt (zusammen mit dem entsprechenden Rück-Illuminator 706), um einen Abschnitt des Radarsignals zu reflektieren, der durch das Radar-Testobjekt 105 gesendet wird, wodurch der reflektierte Abschnitt des Radarsignals mit einem vorbestimmten Ablenkwinkel weg von einer Einfallsrichtung des Radarsignals gerichtet wird, um zu verhindern, dass das Radar-Testobjekt 105 den reflektierten Abschnitt des Radarsignals empfängt. Die Antennenmuster der Antennen 708 sind modifiziert, um die Kippungen der Antennen 708 zu kompensieren, so dass der Spitzenstrahl jeder Antenne 708 mit einem Winkel geschielt wird, der sich zu dem Radar-Testobjekt 105 richtet, um einen Gewinn der Antenne 708 in dieser Richtung zu erhöhen.
Die Radarsignale, die auf die Antennen 708 auftreffen, werden jeweiligen der RTS 710 bereitgestellt. Basierend auf einer Eingabe von der Steuerung 744 wird Frequenzverschieben der einfallenden Radarsignale in jedem der RTS 710 bewirkt und vorteilhafterweise ein Abstand eines Ziels von dem Radar-Testobjekt 105 oder eine Geschwindigkeit eines Ziels relativ zu dem Radar-Testobjekt 105 oder beides emuliert. Außerdem werden der Azimut (+x-Richtung des Koordinatensystems von 7) und die Elevation (+z-Richtung in dem Koordinatensystem von 7) durch die Antennen 708 emuliert. Die Antennen 708 können Teil eines elektronisch lenkbaren Antennenarrays des Rück-Illuminators 706 sein. Gleichermaßen können die Rück-Illuminatoren 706 mechanisch bewegt werden, anstatt oder zusätzlich zu den Antennen 708. Die emulierten Echosignale, die durch die RTS 710 bereitgestellt werden, treffen auf das Radar-Testobjekt 105 auf. Der Computer 740 empfängt die Signale von dem Radar-Testobjekt 105 für eine weitere Analyse der Genauigkeit des Radar-Testobjekts 105.
Allgemein arbeitet der Radar, der FMCW-Signalverläufe verwendet, durch Senden eines HF-Radarsignals, beispielsweise in dem 77-GHz-Band. Das Radarsignal wird moduliert, so dass die momentane Frequenz sich über eine vorbestimmte Zeitperiode, die als ein Chirp-Signal bezeichnet wird, von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz linear ändert. Die HF-Frequenz kann sich linear erhöhen (Aufwärts-Chirp) über die vorbestimmte Zeitperiode, wo die erste Frequenz (z. B. 77 GHz) geringer ist als die zweite Frequenz (z. B. 78 GHz), oder die HF-Frequenz kann sich linear verringern (Abwärts-Chirp) über die vorbestimmte Zeitperiode, wo die erste Frequenz (z. B. 78 GHz) größer ist als die zweite Frequenz (z. B. 77 GHz). Diese lineare Rampe in den Frequenzen wird wiederholt, um ein Dauerstrich-Signal zu bilden, das von dem Radar gesendet wird.
Das gesendete Radarsignal breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit zu einem Ziel aus, reflektiert von dem Ziel und kehrt als reflektiertes Echosignal zu dem Radar zurück, wo das Echosignal durch die Umlaufzeit zwischen dem Radar und dem Ziel verzögert wird. Die Länge dieser Verzögerung entspricht einem Abstand zwischen dem Radar und dem Ziel. Das Echosignal wird dann mit einem aktuell gesendeten Radarsignal in dem Radar gemischt, ein Vorgang, der als Homodynempfang bekannt ist. Ein resultierendes ZF-Signal hat eine Frequenz gleich der momentanen Differenz zwischen der Frequenz des empfangenen Echosignals und der Frequenz des aktuell gesendeten Radarsignals an dem Radar.
Das heißt, aufgrund der Verzögerung in dem empfangenen Echosignal und der linearen Rampe in den Frequenzen des gesendeten Radarsignals über die vorbestimmte Zeitperiode gibt es eine Frequenzdifferenz zwischen dem aktuell gesendeten Radarsignal (das sich in der Frequenz linear geändert hat) und dem empfangenen Echosignal (das bei der Frequenz des original gesendeten Radarsignals liegt). Diese Frequenzdifferenz ist daher proportional zu der Umlaufverzögerung multipliziert mit der Frequenzdurchlaufrate in Hertz pro Sekunde (Hz/s). Da beispielsweise nahe Ziele weniger verzögert sind als entfernte Ziele, führen die nahen emulierten Ziele zu einer kleineren Frequenzdifferenz und somit einer niedrigeren ZF-Signalfrequenz führen als weiter entfernte emulierte Ziele. Wenn das emulierte Ziel ein Punktziel ist, ist das resultierende ZF-Signal ein einzelner Ton bei einer einzelnen Frequenz. Wenn das emulierte Ziel mehrere Ziele aufweist, hat das resultierende ZF-Signal mehrere Töne mit Frequenzen, die den momentanen Entfernungen zu jeweiligen Zielen entsprechen. In dem allgemeinen Fall, der N Ziele berücksichtigt, weist das ZF-Signal an dem Radar N Töne auf, wobei die Frequenz jedes Tons der Entfernung zu einem entsprechenden Ziel entspricht, und die Amplitude jedes Tons der relativen empfangenen Stärke des Echosignals von diesem Ziel entspricht. Es ist anzumerken, dass die empfangene Stärke eine Funktion einer Entfernung zu dem Ziel von dem Radar ist, sowie ein Reflexionsvermögen des Ziels pro RCS des Ziels. Für einen bestimmten Ziel-RSC ist die Stärke im Allgemeinen invers proportional zu der Entfernung gemäß der Funktion I/R⁴, wobei R der Abstand zwischen dem Radar und dem Ziel ist.
In diesem Zusammenhang verwenden die darstellenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung Frequenzversätze, die durch die RTS 710 bereitgestellt werden, um Entfernungen zu emulierten Zielen von dem Radar-Testobjekt 105 zu emulieren. Unter Verwendung eines Frequenzversatzes ist jedes emulierte Ziel angezeigt durch eine effektive Frequenzverschiebung aufgrund der Ausbreitungsverzögerung. Anstatt eine Übertragung des Echosignals zu verzögern, um die Entfernung anzuzeigen, wird die Verzögerung selbst emuliert durch das Frequenzversatz-Sende/Empfangsgerät, das die erwartete Frequenzverschiebung, die der gewünschten Verzögerung entspricht, zu dem Echosignal überträgt. Wie es beispielsweise nachfolgend näher erörtert wird, kann das Radarsignal, das von dem Radar-Testobjekt 105 gesendet wird, an dem RTS 710 gemischt werden durch ein Frequenzversatzsignal, das einen Einseitenband(SSB)-Mischer verwendet. Dieses Frequenzversatzsignal hat eine Frequenz (oder ein Muster von Frequenzen) gleich der erforderlichen Frequenzverschiebung, die in dem Echosignal vorliegen würde, die der Verzögerung (oder einer Umlaufdifferenz) entspricht. In der Tat ist das Frequenzversatzsignal genau von der Form des gewünschten ZF-Signals an dem Radar-Testobjekt 105 beim Empfangen des Echosignals und Mischen desselben mit dem aktuell gesendeten Radarsignal. Somit würde ein einzelnes emuliertes Ziel in einer ersten Entfernung zu einem ZF-Signal an dem Radar-Testobjekt 105 führen, das aus einem einzelnen Ton besteht mit einer Frequenz, die die Entfernung zu dem einzelnen Ziel darstellt. Dies kann erzeugt werden unter Verwendung des SSB-Mischers in dem RTS 710 durch Verwenden des gewünschten ZF-Signals als das Frequenzversatzsignal. Mehrere emulierte Ziele würden zu einem ZF-Signal führen, das aus mehreren Tönen besteht. Das Verwenden dieses Mehrton-ZF-Signals als Versatzsignal führt somit zu einem Echosignal, das die mehreren emulierten Ziele emuliert.
8 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines darstellenden Rück-Illuminators (und entsprechendem RTS oder Frequenzversatz-Sende/Empfangsgerät) von 7, zum Emulieren von Echosignalen mit reduzierter Störung durch Reflexion gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Aspekte des RTS, der in Verbindung mit dem darstellenden Ausführungsbeispiel beschrieben wird, können allen RTS gemeinsam sein.
Mit Bezugnahme auf 8 umfasst der Rück-Illuminator 706 eine Antenne 708 und den RTS 710, der mit der Antenne 708 verbunden ist, wie es oben beschrieben ist. Selbstverständlich kann es in der Praxis mehr als einen RTS 710 in einem System geben und somit mehr als eine Antenne 708 (z. B. wie es in dem darstellenden Ausführungsbeispiel von 7 dargestellt ist). Die Antenne 708 ist konfiguriert, um ein Radarsignal 801 über die Luft von dem Radar-Testobjekt 105 zu empfangen. Der RTS 710 ist konfiguriert, ein emuliertes Echosignal 820 zu erzeugen, ansprechend auf das Radarsignal, das ein emuliertes Ziel anzeigt, wobei das emulierte Echosignal 820 durch die Antenne 708 gesendet wird und durch das Radar-Testobjekt 105 empfangen wird. Das emulierte Echosignal 820 zeigt eine Entfernung zu dem emulierten Ziel von dem Radar-Testobjekt 105, basierend auf der Szenenemulation an, z. B. gespeichert in der Datenbank 720. Außerdem wird ein reflektierter Abschnitt 822 des Radarsignals durch die Antenne 708 und den RTS 710 reflektiert. Falls er nicht korrigiert wird, kann der reflektierte Abschnitt 822 durch das Radar-Testobjekt 105 empfangen werden, was ein Geisterziel erzeugt und das emulierte Echosignal 820 stört.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der RTS 710 einen Zirkulator 802, den I/Q-Mischer 803 und den Signalgenerator 730. Der Zirkulator 802 ermöglicht es dem RTS 110, eine einzelne Antenne 708 zum Empfangen der Radarsignale 801 von dem Radar-Testobjekt 105 und Senden der emulierten Echosignale 820 an das Radar-Testobjekt 105 zu verwenden. Alternativ kann die Antenne 708 als getrennte Empfangs- und Sendeantenne implementiert sein, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen, in welchem Fall der Zirkulator 802 ausgelassen werden kann.
Der I/Q-Mischer 803 kann beispielsweise ein SSB-Mischer sein, mit einer Standard-90-Grad-Phasenbildung des Radarsignals, was zu einer Ausgabe entweder des oberen Seitenbands (USB) oder des unteren Seitenbands (LSB) führt, wobei LSB bzw. USB zurückgewiesen werden. Der Signalgenerator 730 kann unter Verwendung eines direkten digitalen Synthesizers (DDS) oder eines FPGA und eines Digital-Analog-Wandlers (DAC) implementiert werden, obwohl andere Typen kontrollierbarer Signalgeneratoren aufgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Der Signalgenerator 730 ist steuerbar, z. B. durch den Computer 740, um I- und Q-Signale verschiedener Größen und Phasen bereitzustellen. Der Signalgenerator 730 ist auch steuerbar, um Gleichsignalwerte (Gleichsignalversätze) der I- und Q-Signale, wie oben erörtert, getrennt einzustellen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der I/Q-Mischer 803 ein LO-Tor, ein HF-Tor und ein ZF-Tor, wobei das LO-Tor konfiguriert ist, das Radarsignal 801 von der Antenne 708 zu empfangen und das ZF-Tor konfiguriert ist, die I- und Q-Signale von dem Signalgenerator 730 zu empfangen. Der I/Q-Mischer 803 mischt das Radarsignal mit den I- und Q-Signalen und gibt das Mischprodukt als ein HF-Signal von dem HF-Tor aus, das schließlich als emuliertes Echosignal 820 bereitgestellt werden soll, z. B. nach Verstärkung und/oder Dämpfung. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist klar, dass der RTS 710 ferner Signalverarbeitungskomponenten umfassen kann, z. B. Filter, Dämpfungsglieder und/oder Verstärker zum Verarbeiten des Radarsignals 801, bevor das Radarsignal 801 als das LO-Signal in den I/Q-Mischer eingegeben wird.
Das HF-Signal, das von dem I/Q-Mischer 203 ausgegeben wird, kann einer Gewinnsteuerung 804 bereitgestellt werden, wie z. B. einem Verstärker mit variablem Gewinn (VGA) oder einem Ausgabedämpfungsglied, das einen Gewinnsteuereingang aufweist. Wie oben angemerkt, kann der Gewinnsteuereingang 805 der Gewinnsteuerung 804 durch den Computer 740 gesteuert werden. Die Gewinnsteuerung 804 ermöglicht ferner eine ordnungsgemäße Emulation des Echosignals 820 ansprechend auf das Radarsignal 801 von dem Radar-Testobjekt 105 an der Antenne 708. Es ist anzumerken, dass die Leistung des emulierten Echosignals 820 von der Antenne 708 eine Anzeige des RCS eines emulierten Ziels ist. Daher wird der Gewinn oder die Dämpfung, die durch die Gewinnsteuerung 804 bereitgestellt wird, an dem Gewinnsteuereingang 805 ausgewählt, basierend auf der Leistung des Radarsignals, das auf die Antenne 708 auftrifft, und dem RCS an dem gewünschten Emulationsabstand des emulierten Ziels.
Das HF-Signal wird durch den RTS 710 durch die Antenne 708 zurück an das Radar-Testobjekt 105 gesendet. Wie oben erörtert, ist das Antennenmuster 824 der Antenne 708 eingestellt, so dass der Spitzenstrahl 825 des Antennenmusters 824 mit einem Winkel geschielt wird, der den Spitzenstrahl 825 in einer Richtung zu dem Radar-Testobjekt 105 richtet. Dieses Strahlschielen kompensiert den Blaze-Winkel der Antenne 708, so dass der Maximalgewinn des Antennenmusters zu dem Radar-Testobjekt 105 gerichtet wird, zum Empfangen des Radarsignals 801 und zum Senden des emulierten Echosignals 820, selbst wenn die Antenne 708 abgewinkelt ist von der Einfallsrichtung des Radarsignals 801 zum Ablenken des reflektierten Abschnitts 822 weg von dem Radar-Testobjekt 105.
Eine zusätzliche Erörterung von Echosignalemulationssystemen findet sich beispielsweise in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 17/148203 an Christian Bourde u.a., eingereicht am 31. Januar 2021, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Allgemein wird die Steuerung der neu gesendeten Leistung verwendet, um einen übereinstimmenden RCS zu emulieren. Der RCS kann beispielsweise in Nachschlagtabellen in der Datenbank 720 gespeichert sein. Zu diesem Zweck ist es für eine bestimmte Entfernung R zu einem emulierten Ziel bekannt, dass die Größe (Stärke) des Rückechosignals proportional zur RCS ist und als I/R⁴ fällt. Ein Fahrzeug wird typischerweise als 10 dBsm bezeichnet, was ein Messbereich ist, der 10 dB relativ zu einem Quadratmeter oder 10 Quadratmeter bedeutet. Viele Objekte (Fahrzeuge, Fußgänger, Fahrräder, Gebäude usw.) wurden tabelliert und diejenigen, die nicht tabelliert wurden, können durch Strahlverfolgungstechniken berechnet werden. Die vorliegenden Lehren legen einen Schwerpunkt auf das Bereitstellen einer Rückechosignalstärke an das Radar-Testobjekt 105, das dem Abstand R entspricht (unter Befolgung des gut bekanntem I/R⁴-Radarzerfallsgesetzes) und dem akzeptierten Wert von RCS für das bestimmte Objekt. Gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel wird die Signalstärke (und somit Leistung) durch Einstellen der Stärke der I- und Q-Signale eingestellt, wobei ein schwächeres I- und Q-Signal vergleichsweise schwächere emulierte Echosignale bereitstellt. Es ist anzumerken, dass bei bestimmten darstellenden Ausführungsbeispielen der Computer 740 das übereinstimmende Rückechosignal vorberechnet, das dem einzelnen Fokuspunkt an dem Radar-Testobjekt 105 bereitgestellt wird und die Steuerung 744 stellt dann die Stärke der I- und Q-Signale ein, um diese SSB-Stärke zu erreichen. Alternativ und vorteilhafterweise können der Gewinn oder die Dämpfung einer Gewinnsteuerung des RTS 710 eingestellt werden, um eine SSB-Stärke des Rückechosignals zu steuern.
Wenn das Radar-Testobjekt 105 eine FMCW-Vorrichtung ist, wird der Abstand/Geschwindigkeit unter Verwendung des RTS 710 elektronisch emuliert. Zu diesem Zweck verwenden FMCW-Radarsysteme Chirp-Signalverläufe, wie oben erörtert, wobei die Korrelation des ursprünglichen Sende(Tx)-Signalverlaufs von dem Radar-Testobjekt mit dem Empfangs(Rx)-Echosignalverlauf den Zielabstand offenbart. Bei Aufwärts-Chirp/Abwärts-Chirp-Systemen mit Chirp-Raten von ±k_sw (gemessen in Hz/s) führt ein Ziel an einem Abstand d und 0 relativer Geschwindigkeit zu dem Ego-Fahrzeug mit dem Radar-Testobjekt 105 zu einer Frequenzverschiebung (δf), gegeben durch die Gleichung (2), wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist und der Faktor von 2 an der Umlaufausbreitung des Signals von dem Radar-Testobjekt 105 liegt: $δ f = \pm (2 k_{sw} d/c)$
Das Vorzeichen der Verschiebung hängt davon ab, welcher Teil des Signalverlaufs, Aufwärts-Chirp gegenüber Abwärts-Chirp, verarbeitet wird. im Gegensatz dazu manifestieren sich Dopplerverschiebungen aufgrund einer relativen Geschwindigkeit als „Gleichtakt“ -Frequenzverschiebungen, z. B. zeigt eine Nettoaufwärtsverschiebung über beide Hälften des Signalverlaufs an, dass das Radar-Testobjekt sich dem Ziel annähert. Korrelation wird in dem ZF/Basisband-Prozessor des Radar-Testobjekts durchgeführt; Bandbreiten von einigen wenigen MHz sind typisch.
Eine üblicherweise verwendete Variation von FMCW-Radarsystemen verwendet sich wiederholende Aufwärts-Chirps oder sich wiederholende Abwärts-Chirps, aber nicht beide (mit dazwischenliegenden Totzeiten). Daher wird der Abstand zu einem emulierten Ziel bestimmt, wie bei dem vorhergehenden Absatz, jetzt aber ohne das Vorzeichenthema. Eine relative Geschwindigkeit wird bestimmt durch Messen der Phasenverschiebung zwischen aufeinanderfolgenden Rahmen-ZF-Korrelationssignalen, wo Rahmen ein Kunstbegriff für eine Periode des Signalverlaufs ist. in vielen FMCW-Radaranwendungen ist die Rahmenwiederholungsrate typischerweise einige wenige kHz bis einige zehn kHz.
Selbstverständlich können Antennentypen mit lenkbaren Spitzenstrahlen außer Patch-Array-Antennen für die Verwendung mit den RTS aufgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Beispielsweise können bei alternativen Ausführungsbeispielen die Antenne(n) jedes RTS eine hohlraumgestütze Antenne sein, einschließlich eines plattierten Lufthohlraums in einem Substrat und einer Dipolantenne, die auf dem Substrat über dem Lufthohlraum angeordnet ist, so dass der Lufthohlraum als ein Reflektor wirkt. 9A ist eine vereinfachte Draufsicht eines Beispiels einer hohlraumgestützen Antenne eines RTS für vertikales Strahlschielen gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel und 9B ist eine vereinfachte Querschnittsansicht der hohlraumgestützen Antenne in 9A entlang der Linie A-A' gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
Mit Bezugnahme auf 9A und 9B umfasst eine Plattierter-Hohlraum-gestützte Antenne 900 Speiseleitungen 911 und 912, die mit einer Dipolantenne 920 verbunden sind, die vier darstellende Antennenelemente 921, 922, 923 und 924 umfasst, die auf einem Antennendielektrikum 940 (in 9A durchsichtig) über einem reflektierenden Lufthohlraum 950 gebildet sind. Selbstverständlich können alternative Antennentypen, die konfigurierbar sind, um in den Lufthohlraum 950 nach unten abzustrahlen und/oder Anzahlen von Antennenelementen aufgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen. Die Plattierter-Hohlraum-gestützte Antenne 900 umfasst ferner eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB) 930, wo der Lufthohlraum 950 an einer Tiefe D in der PCB 930 gebildet ist. Die PCB 930 kann aus drei Schichten gebildet sein, einschließlich beispielsweise einer unteren Kupferschicht, einer Dielektrikschicht und einer oberen Kupferschicht und der Lufthohlraum 950 kann durch die obere Kupferschicht und Dielektrikschicht gebildet sein. Der Lufthohlraum 950 ist mit leitfähiger Plattierung plattiert, die beispielsweise aus Kupfer gebildet sein kann, die einen Hohlraumboden 951 und Hohlraumseitenwände 955 bereitstellt, die es dem Lufthohlraum 950 ermöglichen, als Reflektor für die Dipolantenne 920 zu wirken. Bei der dargestellten Konfiguration strahlt die Dipolantenne 920 durch das Antennendielektrikum 940 in den Lufthohlraum 950 ab und wird an dem Hohlraumboden 951 und den Seitenwänden 955 reflektiert, um zurück nach oben durch das Antennendielektrikum 940 zu strahlen.
Das Antennenmuster der Plattierter-Hohlraum-gestützten Antenne 900, die die Richtung des Spitzenstrahls umfasst, ist eine Funktion der Position der Dipolantenne 920 relativ zu dem Lufthohlraum 950. Die Form und Tiefe des Lufthohlraums 950 beeinflussen im Allgemeinen die Gesamtleistung der Plattierter-Hohlraum-gestützten Antenne 900. Daher kann das Antennenmuster der Dipolantenne 920 geändert werden, durch Ändern der relativen Position der Dipolantenne 920, um einen gewünschten Strahlschielwinkel bereitzustellen. Die Form und die Tiefe des Lufthohlraums 950 beeinflussen im Allgemeinen die Gesamtleistung der Plattierter-Hohlraum-gestützten Antenne 900.
Wenn beispielsweise eine Plattierter-Hohlraum-gestützte Antenne entworfen ist, um ohne Schielwinkel abzustrahlen, ist die Phasenmitte der Dipolantenne über der physikalischen Mitte des Hohlraums platziert. Wenn die Phasenmitte der Dipolantenne irgendwo sonst in dem Hohlraum positioniert ist, hat das resultierende Antennenmuster einen Spitzenstrahl, der in einer Richtung geschielt wird und einen Betrag, bestimmt durch die Beziehung zwischen der Phasenmitte und der physikalischen Mitte des Hohlraums. Beispielsweise ist in 9A die Antennenphasenmitte 926 (die Mitte der Antennenelemente 921, 922, 923 und 924) in Bezug auf die physikalische Hohlraummitte 956 näher zu der Hohlraumvorderseite CF positioniert. Daher wird die Dipolantenne 920 mit einem Schielwinkel entgegengesetzt zu der Richtung reflektiert, in der die Antennenphasenmitte 926 von der physikalischen Hohlraummitte 956 versetzt ist, was bei dem dargestellten Beispiel zu der Hohlraumrückseite CB wäre. Allgemein, je stärker die Antennenphasenmitte 926 von der physikalischen Hohlraummitte 956 versetzt ist, umso größer ist der Betrag des Strahlschielens.
Gleichartig dazu kann die Dipolantenne 920 mit einem Schielwinkel zu der Hohlraumvorderseite CF reflektiert werden, durch Versetzen der Antennenphasenmitte 926 von der physikalischen Hohlraummitte 956 zu der Hohlraumrückseite CB. Außerdem kann die Dipolantenne 920 mit Schielwinkeln nach rechts und links von dem Hohlraum reflektiert werden, durch Versetzen der Antennenphasenmitte 926 von der physikalischen Hohlraummitte 956 nach links bzw. rechts. Somit kann allgemein die Richtung des Strahlschielens effektiv in unterschiedlichen Richtungen gelenkt werden, die etwa 180 Grad entgegengesetzt sind zu der jeweiligen Versatzrichtung, in der die Antennenphasenmitte 926 von der physikalischen Hohlraummitte 956 positioniert ist. Die Richtungen und Beträge des Strahlschielens können empirisch bestimmt werden.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Emulieren von Echosignalen ansprechend auf ein Radarsignal, das durch ein Radar-Testobjekt mit reduzierter Störung durch Reflexion gesendet wurde, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt. Das Verfahren kann durch das System 100 und/oder das System 700 implementiert werden, die oben erörtert sind, beispielsweise unter der Steuerung des Computers 740.
Mit Bezugnahme auf 1 ist in Block S1011 zumindest eine Antenne eines RTS (z. B. RTS 121, 122, 123) abgewinkelt von einer Einfallsrichtung eines Radarsignals, das durch das Radar-Testobjekt zu senden ist. Der Winkel kann als ein Blaze-Winkel bezeichnet werden. Der Blaze-Winkel ist groß genug, so dass ein reflektierter Abschnitt des Radarsignals, emittiert in einer Einfallsrichtung von dem Radar-Testobjekt, von der zumindest einen Antenne und anderen Oberflächen des RTS reflektiert wird, die sich in einem Mittenfeld oder Fernfeld (d. h. außerhalb eines Nahfelds) des Radar-Testobjekts befinden, in einer Richtung, die bewirkt, dass der reflektierte Abschnitt das Radar-Testobjekt umgeht.
Bei Block S1012 wird das Antennenmuster der zumindest einen Antenne eingestellt (geschielt), um einen Spitzenstrahl des Antennenmusters mit einem Strahlschielwinkel weg von einem Normalen-Einfall der zumindest einen Antenne und zu dem Radar-Testobjekt hin abzuwinkeln. Der Strahlschielwinkel kompensiert somit, dass die zumindest eine Antenne von der Einfallsrichtung des Radarsignals abgewinkelt ist, so dass der Maximalgewinn des Antennenmusters immer noch zu dem Radar-Testobjekt gerichtet ist.
Bei Block S1013 wird ein Radarsignal über die Luft von dem Radar-Testobjekt an der zumindest einen Antenne empfangen, die das eingestellte Antennenmuster verwendet. Ein reflektierter Abschnitt des Radarsignals wird durch die zumindest eine Antenne sowie andere Oberflächen des RTS weg von der Einfallsrichtung des Radarsignals mit einem vorbestimmten Ablenkwinkel reflektiert, der durch den Blaze-Winkel der zumindest einen Antenne bestimmt wird. Der vorbestimmte Ablenkwinkel ist zweimal der Blaze-Winkel.
Bei Block S1014 wird das empfangene Radarsignal durch ein Frequenzversatz-Sende/Empfangsgerät mit einem erzeugten ZF-Signal gemischt, um ein HF-Signal mit einer HF-Frequenz bereitzustellen, die von einer Radarfrequenz des Radarsignals um einen Betrag verschoben ist, der einen Abstand zu dem emulierten Ziel anzeigt, wie es oben erörtert ist. Das HF-Signal kann nach Bedarf verstärkt/gedämpft werden, um einen RCS des emulierten Ziels genau darzustellen.
Bei Block S1015 wird das HF-Signal als emuliertes Echosignal über die zumindest eine Antenne unter Verwendung des eingestellten Antennenmusters an das Radar-Testobjekt gesendet. Der Strahlschielwinkel des eingestellten Antennenmusters kompensiert den vorbestimmten Ablenkwinkel, um den Spitzenstrahl zu dem Radar-Testobjekt zu richten zum Empfangen des Radarsignals und Senden des HF-Signals. Der zu testende Radar empfängt das emulierte Echosignal ohne Störung, die ansonsten durch den reflektierten Abschnitt des Radarsignals verursacht wird und vermeidet dadurch das Erscheinen von Geisterzielen.
Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der obigen Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, sollen diese Darstellung und Beschreibung als darstellend oder beispielhaft und nicht beschränkend angesehen werden; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt. Andere Variationen der offenbarten Ausführungsbeispiele können für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet beim Praktizieren der beanspruchten Erfindung von einer Studie der Zeichnungen der Offenbarung und der angehängten Ansprüche klar werden und umgesetzt werden. in den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ keine anderen Elemente oder Schritte aus und der unbestimmte Artikel „ein/eine“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in zueinander unterschiedlichen abhängigen Ansprüchen aufgezählt sind, zeigt nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann.
Aspekte der vorliegenden Erfindung können als eine Vorrichtung, ein Verfahren oder ein Computerprogrammprodukt ausgeführt werden. Entsprechend können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines vollständigen Hardwareausführungsbeispiels, eines vollständigen Softwareausführungsbeispiels (einschließlich Firmware, systemeigene Software, Mikrocode, usw.) oder eines Ausführungsbeispiels annehmen, das Software- und Hardwareaspekte kombiniert, die alle allgemein hierein als „Schaltung“, „Modul“ oder „System“ bezeichnet werden. Ferner können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts haben, das in einem oder mehreren computerlesbaren Medien ausgeführt ist, die computerausführbaren Code darauf ausgeführt haben.
Obwohl hierin darstellende Ausführungsbeispiele offenbart sind, erkennt ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet, dass viele Variationen, die gemäß den vorliegenden Lehren sind, möglich sind, und innerhalb des Schutzbereichs des angehängten Anspruchssatzes bleiben. Die Erfindung soll daher nicht beschränkt sein, außer innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 17/157160 [0017]
US 17148203 B [0069]

Claims

Ein System zum Emulieren eines Echosignals, das von einem emulierten Ziel reflektiert wird, ansprechend auf ein Radarsignal, das von einem Radar-Testobjekt gesendet wird, wobei das System folgende Merkmale aufweist: zumindest eine Antenne, die außerhalb eines Nahfelds des Radar-Testobjekts positioniert ist und konfiguriert ist, das Radarsignal über die Luft von dem Radar-Testobjekt zu empfangen, wobei die zumindest eine Antenne einen Abschnitt des Radarsignals reflektiert und konfiguriert ist, den reflektierten Abschnitt des Radarsignals mit einem vorbestimmten Ablenkwinkel weg von einer Einfallsrichtung des Radarsignals zu richten, um zu verhindern, dass das Radar-Testobjekt den reflektierten Abschnitt des Radarsignals empfängt, wobei die Einfallsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Wellenfront des Radarsignals ist; und ein Sende/Empfangsgerät, das mit der zumindest einen Antenne gekoppelt ist, um das Radarsignal zu empfangen, wobei das Sende/Empfangsgerät konfiguriert ist, das empfangene Radarsignal mit einem erzeugten Signal zu mischen mit einer Frequenz, die ein Hochfrequenz(HF)-Signal mit einer HF-Frequenz bereitstellt, die von einer Radarfrequenz des Radarsignals um einen Betrag verschoben ist, der einen Abstand zu dem emulierten Ziel anzeigt, und das HF-Signal als ein emuliertes Echosignal über die zumindest eine Antenne an das Radar-Testobjekt zu senden, wobei die zumindest eine Antenne ein Antennenmuster aufweist, das einen Spitzenstrahl aufweist, der mit einem Strahlschielwinkel von einem Normalen-Einfall der zumindest einen Antenne abgewinkelt ist, wobei der Strahlschielwinkel den vorbestimmten Ablenkwinkel kompensiert, um den Spitzenstrahl zu dem Radar-Testobjekt zu richten, zum Empfangen des Radarsignals und Senden des ZF-Signals.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem die zumindest eine Antenne eine Patch-Array-Antenne aufweist, wobei die Patch-Array-Antenne einen Masseebenenspiegel aufweist, der mit einem Blaze-Winkel von der Einfallsrichtung des Radarsignals gekippt ist, wobei der vorbestimmte Ablenkwinkel etwa zweimal der Blaze-Winkel ist.
Das System gemäß Anspruch 2, bei dem der Blaze-Winkel der gleiche Wert wie der und entgegengesetzt zu dem Schielwinkel ist.
Das System gemäß Anspruch 2, bei dem die Patch-Array-Antenne ferner folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Mikrostreifen, die sich von zumindest einer Speisequelle parallel erstrecken; und eine Mehrzahl von Patch-Elementen, die mit der Mehrzahl von Mikrostreifen verbunden sind, und in parallelen Reihen über der Mehrzahl von Mikrostreifen angeordnet sind, wobei benachbarte Reihen der Mehrzahl von Reihen um einen elektrischen Gradabstand voneinander versetzt sind, um einen Phasengradienten zwischen den benachbarten Reihen zu erzeugen, um den Strahlschielwinkel der Patch-Array-Antenne bereitzustellen.
Das System gemäß Anspruch 4, bei dem die zumindest eine Speisequelle ein unsymmetrisches Tor aufweist.
Das System gemäß Anspruch 4, bei dem die zumindest eine Speisequelle symmetrische Differenztore aufweist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem die zumindest eine Antenne eine Plattierter-Hohlraum-gestützte Antenne, die einen plattierten Lufthohlraum in einem Substrat aufweist, und eine Dipolantenne aufweist, die auf dem Substrat über dem Lufthohlraum angeordnet ist, so dass der Lufthohlraum als ein Reflektor wirkt, und wobei eine Position der Dipolantenne relativ zu einer physikalischen Hohlraummitte des Lufthohlraums das Antennenmuster der Dipolantenne ändert, um den Strahlschielwinkel der hohlraumgestützen Antenne bereitzustellen.
Das System gemäß Anspruch 7, bei dem der Strahlschielwinkel in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Versatzposition einer Antennenphasenmitte der Dipolantenne von der physikalischen Hohlraummitte liegt.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem der vorbestimmte Ablenkwinkel und der Schielwinkel in Bezug auf die Einfallsrichtung des Radarsignals in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene liegen.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem der vorbestimmte Ablenkwinkel und der Schielwinkel in Bezug auf die Einfallsrichtung des Radarsignals in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene liegen.
Ein Verfahren zum Emulieren eines Echosignals, das von einem emulierten Ziel reflektiert wird, ansprechend auf ein Radarsignal, das von einem Radar-Testobjekt gesendet wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Abwinkeln zumindest einer Antenne eines Radarzielsimulators mit einem Blaze-Winkel in Bezug auf eine Einfallsrichtung eines Radarsignals, um durch das Radar-Testobjekt gesendet zu werden, wobei die zumindest eine Antenne außerhalb eines Nahfelds des Radar-Testobjekts liegt; Einstellen eines Antennenmusters der zumindest einen Antenne, um einen Spitzenstrahl des Antennenmusters mit einem Strahlschielwinkel weg von einem Normalen-Einfall der zumindest einen Antenne abzuwinkeln; Empfangen eines Radarsignals über die Luft von dem Radar-Testobjekt unter Verwendung des eingestellten Antennenmusters und Reflektieren eines Abschnitts des Radarsignals weg von der Einfallsrichtung des Radarsignals mit einem vorbestimmen Ablenkwinkel aufgrund des Blaze-Winkels der zumindest einen Antenne, um zu verhindern, dass das Radar-Testobjekt den reflektierten Abschnitt des Radarsignals empfängt; Mischen des empfangenen Radarsignals mit einem lokal erzeugten Signal, das eine Frequenz aufweist, die ein Hochfrequenz(HF)-Signal mit einer HF-Frequenz bereitstellt, die von einer Radarfrequenz des Radarsignals um einen Betrag verschoben ist, der einen Abstand zu dem emulierten Ziel anzeigt; und Senden des HF-Signals an das Radar-Testobjekt als emuliertes Echosignal über die zumindest eine Antenne unter Verwendung des eingestellten Antennenmusters, wobei der Strahlschielwinkel den vorbestimmten Ablenkwinkel kompensiert, um den Spitzenstrahl zu dem Radar-Testobjekt zu richten, zum Empfangen des Radarsignals und Senden des HF-Signals.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die zumindest eine Antenne eine Patch-Array-Antenne mit einem Masseebenenspiegel aufweist, der mit dem Blaze-Winkel von der Einfallsrichtung des Radarsignals gekippt ist, wobei der vorbestimmte Ablenkwinkel etwa zweimal der Blaze-Winkel ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Blaze-Winkel der gleiche Wert wie der und entgegengesetzt zu dem Schielwinkel ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die zumindest eine Antenne eine Plattierter-Hohlraum-gestützte Antenne, die einen plattierten Lufthohlraum in einem Substrat aufweist, und eine Dipolantenne aufweist, die auf dem Substrat über dem Lufthohlraum angeordnet ist, so dass der Lufthohlraum als ein Reflektor wirkt, und wobei eine Position der Dipolantenne relativ zu einer physikalischen Hohlraummitte des Lufthohlraums das Antennenmuster der Dipolantenne ändert, um den Strahlschielwinkel der hohlraumgestützen Antenne bereitzustellen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der Strahlschielwinkel in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Versatzposition einer Antennenphasenmitte der Dipolantenne von der physikalischen Hohlraummitte liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem der vorbestimmte Ablenkwinkel und der Schielwinkel in Bezug auf die Einfallsrichtung des Radarsignals in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene liegen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem der vorbestimmte Ablenkwinkel und der Schielwinkel in Bezug auf die Einfallsrichtung des Radarsignals in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene liegen.
Ein Antennensystem zum Empfangen eines Radarsignals, das durch ein Radar-Testobjekt außerhalb eines Nahfelds des Radar-Testobjekts gesendet wird, und Senden eines emulierten Echosignals, das ansprechend auf das Radarsignal von einem emulierten Ziel zu dem Radar-Testobjekt reflektiert wird, wobei das Antennensystem folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Mikrostreifen, die sich von zumindest einer Speisequelle parallel erstrecken; eine Mehrzahl von Anpassungsspeiseleitungen, die mit der Mehrzahl von Mikrostreifen verbunden sind; eine Mehrzahl von Patch-Elementen, die mit der Mehrzahl von Mikrostreifen verbunden sind und in parallelen Reihen über der Mehrzahl von Mikrostreifen angeordnet sind; und eine Masseebene für die Mehrzahl von Patch-Elementen, wobei zumindest die Masseebene abgewinkelt ist, um einen Abschnitt des Radarsignals mit einem vorbestimmen Ablenkwinkel weg von einer Einfallsrichtung des Radarsignals zu reflektieren, um zu verhindern, dass das Radar-Testobjekt den reflektierten Abschnitt des Radarsignals empfängt, wobei die Einfallsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Wellenfront des Radarsignals ist, wobei ein Antennenmuster des Antennensystems einen Spitzenstrahl aufweist, der mit einem Strahlschielwinkel von einem Normalen-Einfall der Masseebene abgewinkelt ist, wobei der Strahlschielwinkel den vorbestimmten Ablenkwinkel kompensiert, um den Spitzenstrahl zu dem Radar-Testobjekt zu richten, zum Empfangen des Radarsignals und Senden des emulierten Echosignals.
Das Antennensystem gemäß Anspruch 18, bei dem der Schielwinkel in Bezug auf die Einfallsrichtung des Radarsignals in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene liegt und eine Funktion jeweiliger Längen der Mehrzahl von Anpassungsspeiseleitungen ist.
Das Antennensystem gemäß Anspruch 18, bei dem der Schielwinkel in Bezug auf die Einfallsrichtung des Radarsignals in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene liegt, und eine Funktion von Längen zwischen benachbarten Patch-Elementen auf jedem der Mehrzahl von Mikrostreifen ist.