EP2813000A1 - Radarsensor - Google Patents

Radarsensor

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Publication number
EP2813000A1
EP2813000A1 EP12809743.3A EP12809743A EP2813000A1 EP 2813000 A1 EP2813000 A1 EP 2813000A1 EP 12809743 A EP12809743 A EP 12809743A EP 2813000 A1 EP2813000 A1 EP 2813000A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
radar sensor
mixer
intermediate frequency
compensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12809743.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Waldschmidt
Dirk Steinbuch
Raik SCHNABEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2813000A1 publication Critical patent/EP2813000A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
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    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/354—Extracting wanted echo-signals

Definitions

  • the invention relates to a radar sensor, in particular a radar sensor for motor vehicles, comprising an oscillator for generating a transmission signal and a mixer for generating an intermediate frequency signal by mixing part of the transmission signal with a reception signal.
  • Radar sensors are used, for example, in motor vehicles for detecting the surroundings of the vehicle and for locating vehicles in front.
  • a driver assistance system comprising a radar sensor which have comfort functions, for example a distance and / or cruise control, such as a cruise control.
  • ACC Adaptive Cruise Control
  • Transmitting and receiving antennas of a radar sensor are usually arranged behind a cover, also referred to as radome, and / or a radar lens.
  • the transmission signal is radiated through a transmission antenna, and a reception signal is received by a reception antenna.
  • a reception antenna In this case, separate transmitting and receiving antennas or a common transmitting / receiving antenna can be used.
  • the received signal is downsampled by mixing with a portion of the transmit signal into an intermediate frequency signal or baseband signal.
  • the intermediate frequency signal of the radar sensor or each channel of the radar sensor is usually amplified in an evaluation circuit by an amplifier and fed to an analog / digital converter.
  • the transmission signal is frequency-modulated, for example according to one or more modulation ramps.
  • Information about the distance and the relative speed of a radar object reflecting the transmitted signal can then be obtained from the intermediate frequency signal based on the received signal in a manner known to the person skilled in the art.
  • the distance of the radar object over the duration of the radar signal in the received signal and causes a difference in frequency between the received signal and the same time, according to the more advanced Modu- lationsrampenverlauf, emitted transmission signal.
  • the relative velocity of the radar object causes a corresponding Doppler shift of the reflected radar signal.
  • Radar objects at a short distance from the radar sensor can lead to received signals whose frequency deviates only slightly from the transmitted signal. It is therefore desirable to evaluate the intermediate frequency signal even in the low frequency range.
  • reflections of the transmission signal directly at the radar sensor or its coverage may cause the reception signal to have a frequency component which is equal to the transmission frequency.
  • Crosstalk within the circuit of the radar sensor between the transmission branch and the reception branch and / or between several channels of the radar sensor can also result in a DC component of the intermediate frequency signal due to the mixture of signal components having the same frequency.
  • Such a DC component of the intermediate frequency signal is undesirable because it can cover low-frequency signal components of the intermediate frequency signal and so, for example, nearby radar objects can not be reliably detected.
  • An intermediate frequency signal evaluation means comprises an adder which sums an offset compensation DC voltage to the intermediate frequency signal before applying the sum to an adjustable frequency intermediate frequency amplifier.
  • the frequency dependence of the DC component is changed in such a way that the variation of the DC component within the frequency interval used becomes as small as possible. Based on the measured waveform, the parameter for the offset compensation voltage can be set.
  • a compensation of a DC component of the intermediate frequency signal by summing a compensation DC voltage to the intermediate frequency signal can be done.
  • the disadvantage here is that the mixer is burdened by the occurrence of the unwanted DC voltage component, so that a degradation of the mixer can occur. Even if a compensation DC voltage is fed into the mixer, the mixer may be degraded. By a Gleichwoodsungsanteilsbedeged degradation of the mixer, the performance and thus the reliability of the radar sensor can be affected.
  • the object of the invention is to provide a novel radar sensor which enables the highest possible reliability of the mixer and good evaluability of the intermediate frequency signal.
  • This object is achieved in a radar sensor of the type mentioned by an offset compensation unit for generating an oscillating compensation signal which is supplied to the mixer in addition to said part of the transmission signal. This makes it possible to reduce a DC voltage component of the intermediate frequency signal generated by the mixer.
  • an oscillating compensation signal is supplied in the transmission mode, which oscillates, for example, with the frequency of an interfering signal component of the received signal, a disturbing signal component, which would otherwise cause a DC component of the intermediate frequency signal at the output of the mixer, already be compensated on the input side of the mixer or in front of the mixer.
  • the mixer can be relieved.
  • the compensation signal oscillates with the frequency of the transmission signal. It is for example coupled to the transmission signal.
  • the compensation signal and the received signal are supplied to the mixer.
  • the oscillating compensation signal is supplied to the mixer by being fed in the receiving path already before the mixer.
  • the oscillating condensation signal may be summed with the received signal before the received signal is fed to the mixer together with the oscillating compensation signal.
  • the supply of the oscillating compensation signal can also be effected directly at the mixer, preferably at a feed-in point in the vicinity of a feed-in point of the received signal.
  • the radar sensor preferably comprises a sensor for measuring a DC voltage component of the intermediate frequency signal and at least one control circuit for regulating an amplitude, power and / or phase position of the oscillating compensation signal as a function of a measured DC component of the intermediate frequency signal.
  • at least one of the said parameters of the compensation signal can be readjusted in order to minimize the DC voltage component of the intermediate frequency signal.
  • the object is further achieved by a method for operating a radar sensor, in which an oscillator generates a transmission signal and a mixer mixes a part of the transmission signal with a received signal, characterized in that the mixer in addition to the part of the transmission signal an oscillating signal is supplied such that a DC voltage component of an intermediate frequency signal generated by the mixer is reduced. That is, the DC component is less than it would be without the supply of the oscillating signal.
  • FIG. 1 is a block diagram of a radar sensor according to the invention
  • FIG. 2 shows a control loop of the radar sensor
  • Fig. 3 is a schematic block diagram of a multi-channel radar sensor
  • Fig. 1 shows a FMCW radar sensor for motor vehicles with a monolithic microwave integrated circuit (MMIC) 10 and antenna elements 12, 14 for receiving or transmitting radar signals.
  • MMIC monolithic microwave integrated circuit
  • the radar sensor is connected to an evaluation circuit 16 for the evaluation of intermediate frequency signals IF (Intermediate Frequency) of the radar sensor.
  • IF Intermediate Frequency
  • the MMIC 10 includes a voltage controlled local oscillator (VCO) 18 for generating a radar transmit signal or LO (local oscillator) signal, and at least one transmit / receive channel 20 coupled to at least one receive antenna element 12 and at least one a transmitter antenna element 14 is connected and comprises a mixer 22 for generating an intermediate frequency signal IF from a radar receive signal.
  • VCO voltage controlled local oscillator
  • the operating frequency of the oscillator 18 is about 77 GHz and is controlled for example via a modulation device 24.
  • the modulation device 24 is configured, for example, the oscillation frequency of the oscillator 18, and thus to control the frequency of the LO signal according to a modulation scheme comprising at least one frequency ramp.
  • the LO signal generated by the oscillator 18 is supplied to the transmitting antenna element 14 via an optional buffer amplifier 26. A part of the LO signal is supplied to the mixer 22.
  • the radar signal received by the receiving antenna element 12 is also supplied to the mixer 22 and mixed with the diverted portion of the transmission signal in a conventional manner to produce the intermediate frequency signal IF.
  • the intermediate frequency signal IF is fed to an input of the evaluation circuit 16.
  • the part of the LO signal supplied to the mixer 22 is phase-shifted by means of a phase shifter 28 with respect to the transmission signal.
  • the radar sensor 10 and the evaluation circuit 16 may be part of a driver assistance system, for example.
  • the radar sensor 10 has at least one channel 20, preferably a plurality of channels, for example four channels 20.
  • the LO signal of the oscillator 18 is supplied to each channel 20.
  • Another output of the oscillator 18 is connected to the channels 20 to provide the channels 20 with a reference signal "test".
  • a part of the LO signal of the oscillator 18 is coupled to this.
  • the frequency of the reference signal corresponds to the frequency of the LO signal.
  • the reference signal may be coupled to the LO signal.
  • the channel 20 optionally includes a signal generator 30 configured to generate an oscillating compensation signal.
  • the compensation signal is generated based on the supplied reference signal "test".
  • the compensation signal can be supplied via a controllable buffer amplifier 32 and a controllable phase shifter 34 to the received signal input of the mixer 22.
  • the channel 20 comprises a circuit point 36 spaced from the mixer 22 at which the compensation signal provided at the output of the phase shifter 34 is received by the receiving antenna element 12. NEN received signal is combined or summed and is supplied to the receiving signal to a feed point of the mixer 22.
  • the signal generator 30 can be formed for example by a modulator or by an oscillator coupled to the reference signal. While in the described operating mode of the transmission operation of the radar sensor 10, the signal generator 30 of the channel 20 generates the oscillating compensation signal, for example, in a self-test mode of the radar sensor 10, the signal generator 30 based on the reference signal generate a test signal for simulating the reception case. Thus, the signal generator 30 can take over several functions.
  • the oscillating compensation signal can be provided, for example, in one embodiment with an offset compensation unit without a signal generator 30, by coupling out of the reference signal "test” or from the LO signal via the buffer amplifier 32 and the phase shifter 34, or the reference signal “Test” itself can be made available via the buffer amplifier 32 and the phase shifter 34 of the offset compensation unit as an oscillating compensation signal.
  • the adjustable gain of the buffer amplifier 32 and the adjustable by the phase shifter 34 phase position of the compensation signal makes it possible to generate a compensation signal with which the occurring at the output of the mixer 22 DC component of the intermediate frequency signal IF can be minimized.
  • the signal generator 30, the buffer amplifier 32 and the phase shifter 34 thus form an offset compensation unit 35 for at least partially compensating a DC component of the intermediate frequency signal IF.
  • the compensation signal is fed before the feed point of the mixer 22 in the receive path, the mixer 22 is effectively relieved of occurring DC voltage components. As a result, a degradation of the mixer 22 caused by a DC load can be largely prevented.
  • the radar sensor 10 comprises a sensor 38 for detecting a DC voltage component of the intermediate frequency signal IF at the output of the mixer 22.
  • An output value of the sensor 38 which is dependent on the DC component is fed to a control unit 40.
  • the control unit 40 is connected to the buffer amplifier 32, the phase shifter 34 and optionally to the signal generator 30 of the offset compensation unit 35, in order to control them as a function of the DC voltage component measured by the sensor 38.
  • the sensor 38 can measure the DC voltage component, for example, analogously by measuring the DC-coupled IF signal IF. However, the sensor 38 may also be configured to digitize the intermediate frequency signal and to determine the DC voltage component based on the digitized intermediate frequency signal. For example, the sensor 38 may include an A / D converter. The determination of the DC component based on the digitized IF signal may be e.g. by Fourier transformation, in particular by formation of the fast Fourier transformation (FFT).
  • FFT fast Fourier transformation
  • the control unit 40 may be configured to control the amplitude, the power and / or the phase position of the compensation signal based on the measured DC voltage component 38 and optionally further based on the frequency of the LO signal or the reference signal "test". For example, a signal characterizing the frequency of the relevant signal can be supplied to the control unit 40, for example by the modulation device 24.
  • the parameters of the compensation signal for example the amplitude and the phase position, which are selected for minimizing the DC voltage component for a given signal frequency can be determined by test measurements, for example, by setting different parameter values at regular intervals during operation of the radar sensor and measuring the respective DC component of the intermediate frequency signal IF.
  • test measurements for example, by setting different parameter values at regular intervals during operation of the radar sensor and measuring the respective DC component of the intermediate frequency signal IF.
  • deviations of the current parameter values respectively down and up within a small environment around the current parameter values may be used as a test to generate the compensation signal, and those parameter values may be used with the The lowest measured DC voltage component of the intermediate frequency signal IF are defined as new parameter values for the further operation of the radar sensor. In this way, an adaptive tracking of the parameter values can take place if the interference signals occurring in the receiving branch change over time.
  • Fig. 2 shows schematically a control circuit for the compensation signal.
  • a transmission path 42 symbolizes the transmission-reception channel 20 including potential interference signal sources.
  • the MMIC 10 comprises an analog circuit part 10a, a digital circuit part 10b and an interface 44 for driving the analog circuit part 10a and for communication with the digital circuit part 10b.
  • the analog circuit part 10a comprises the oscillator 18 and the channels 20.
  • the transmission signal is supplied to the channels 20 via an optional buffer amplifier 26.
  • the digital circuit part 10b comprises the control unit 40, which may be formed for example by a digital, program-controlled processing unit or CPU (Central Processing Unit).
  • the interface 44 comprises, for example, at least one D / A converter 46 for controlling the oscillator 18, the signal generator 30, the buffer amplifier 32 and / or the phase shifter 34 of the offset compensation device 35 of each channel 20. Furthermore, the interface 44 comprises at least, for example an A / D converter for digitizing the output of the sensor 38 of the respective channel 20.
  • the processing unit may be configured to control further functions of the radar sensor, in particular of the MMIC 10.
  • the processing unit may, for example, in addition to the function of the control unit 40 and the function of the modulator Ons worn 24 take over.
  • the control unit 40 may access an optional non-volatile memory 50 for storing a parameter value of the offset compensation unit 35.
  • the memory 50 for example, the current, above-mentioned parameter values of the compensation signal can be stored so that they are available again even after a temporary switch-off of the radar sensor.
  • the control unit 40 is optionally configured to output an alarm signal AL if the control unit 40 detects a degradation of the relevant mixer 22 on the basis of an exceeding of a limit value for the measured DC voltage component of the intermediate frequency signal IF.
  • the alarm signal AL can for example be supplied to the evaluation circuit 16 via an interrupt input. In this way, monitoring of the offset compensation unit 35 integrated in the MMIC 10 can take place, so that the reliability of the radar sensor is further increased. The reliability of the evaluation of the received radar signals is thus improved. On the whole, not only a degradation of the mixer 22 can be largely prevented by the offset compensation unit 35, but an improved error detection can be made possible by a fast, MMIC-internal detection of an inadmissible high DC voltage component. Both contribute to improved system security of the radar sensor.
  • FIG. 4 shows a variant of the radar sensor according to FIG. 1. Corresponding components are identified by the same reference numerals. While in the example of FIG. 1 the receive signal and the compensation signal at node 36 are merged and fed together to the mixer 22 at a feed point, in the example of FIG. 4 the receive signal and the compensation signal are each fed directly to the mixer 22 at adjacent feed points or (FIG. shown in dashed lines) supplied at a common feed point.

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Abstract

Radarsensor, mit einem Oszillator (18) zum Erzeugen eines Sendesignals und einem Mischer (22) zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals (IF) durch Mischen eines Teils des Sendesignals (LO) mit einem Empfangssignal, und mit einer Offset- Kompensationseinheit (35) zum Erzeugen eines oszillierenden Kompensationssignals, welches zusätzlich zu dem genannten Teil des Sendesignals (LO) dem Mischer (22) zugeführt wird; sowie Verfahren zum Betreiben eines Radarsensors.

Description

RADARSENSOR
Die Erfindung betrifft einen Radarsensor, insbesondere einen Radarsensor für Kraftfahrzeuge, mit einen Oszillator zum Erzeugen eines Sendesignals und einem Mischer zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals durch Mischen eines Teils des Sende- Signals mit einem Empfangssignal.
STAND DER TECHNIK
Radarsensoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Erfassung des Umfelds des Fahrzeugs und zur Ortung vorausfahrender Fahrzeuge eingesetzt. Es sind beispielsweise einen Radarsensor umfassende Fahrerassistenzsysteme bekannt, die Komfortfunktionen aufweisen, beispielsweise einen Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregler wie z.B. ein ACC-System (Adaptive Cruise Control).
Sende- und Empfangsantennen eines Radarsensors sind üblicherweise hinter einer Abdeckung, auch als Radom bezeichnet, und/oder einer Radarlinse angeordnet. Das Sendesignal wird über eine Sendeantenne abgestrahlt, und ein Empfangssignal wird von einer Empfangsantenne empfangen. Dabei können separate Sende- und Empfangsantennen oder eine gemeinsame Sende-/Empfangsantenne verwendet werden. Das Empfangssignal wird durch Mischen mit einen Teils des Sendesignals in ein Zwi- schenfrequenzsignal oder Basisbandsignal heruntergemischt. Das Zwischenfrequenz- signal des Radarsensors bzw. jedes Kanals des Radarsensors wird üblicherweise in einer Auswerteschaltung durch einen Verstärker verstärkt und einem Analog/Digital- Wandler zugeführt.
Bei einem FMCW-Radar (Frequency Modulated Continuous Wave) wird das Sendesignal frequenzmoduliert, beispielsweise gemäß einer oder mehreren Modulationsrampen. Aus dem auf dem Empfangssignal basierenden Zwischenfrequenzsignal kann dann in dem Fachmann bekannter Weise Information über die Entfernung und die Relativgeschwindigkeit eines das gesendete Signal reflektierenden Radarobjekts gewonnen werden. Dabei geht die Distanz des Radarobjektes über die Laufzeit des Radarsignals in das Empfangssignal ein und bewirkt einen Frequenzunterschied zwischen dem Empfangssignal und dem gleichzeitig, gemäß dem weiter fortgeschrittenen Modu- lationsrampenverlauf, ausgestrahlten Sendesignal. Die Relativgeschwindigkeit des Radarobjektes bewirkt eine entsprechende Dopplerverschiebung des reflektierten Radarsignals.
Radarobjekte in geringer Entfernung vom Radarsensor können zu Empfangssignalen führen, deren Frequenz von dem Sendesignal nur geringfügig abweicht. Es ist daher wünschenswert, das Zwischenfrequenzsignal auch im Bereich niedriger Frequenzen auszuwerten.
Es kann jedoch durch Reflektionen des Sendesignals unmittelbar am Radarsensor bzw. dessen Abdeckung dazu kommen, dass das Empfangssignal einen Frequenzan- teil aufweist, der gleich der Sendefrequenz ist. Dies führt am Ausgang des Mischers zu einem Gleichspannungsanteil (DC-Offset) des Zwischenfrequenzsignals. Auch ein Übersprechen innerhalb der Schaltung des Radarsensors zwischen dem Sendezweig und dem Empfangszweig und/oder zwischen mehreren Kanälen des Radarsensors kann dazu führen, dass aufgrund der Mischung von Signalanteilen mit gleicher Fre- quenz ein Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals entsteht. Ein derartiger Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals ist unerwünscht, da er niederfrequente Signalanteile des Zwischenfrequenzsignals überdecken kann und so beispielsweise naheliegende Radarobjekte nicht zuverlässig detektiert werden können.
DE 10 2010 002 800 A1 beschreibt einen Radarsensor, bei dem zwischen einem loka- len Oszillator zur Erzeugung des Sendesignals und einem Mischer ein einstellbares Phasenschiebeglied geschaltet ist, um dem Mischer ein gegenüber dem Sendesignal phasenverschobenes Signal zuzuführen. Eine Auswerteeinrichtung für das Zwischenfrequenzsignal umfasst einen Addierer, der eine Offset-Kompensationsgleichspannung zum Zwischenfrequenzsignal summiert, bevor die Summe einem Zwischenfrequenz- Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor zugeführt wird. Der Ausgang des Zwi- schenfrequenzverstärkers bildet das Eingangssignal für einen Analog-Digital-Wandler. Geeignete Werte für die Phasenverschiebung, den Verstärkungsfaktor und die Offset- Korrekturspannung werden durch Vermessen des Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals ohne Offset-Korrekturspannung ermittelt, indem bei fester Oszil- latorfrequenz ein Parameterbereich der Phasenverschiebung durchgefahren wird und ein Kurvenbereich mit möglichst geringer Variation des Gleichspannungsanteils ermittelt wird. Durch Einstellen einer Phasenverschiebung, die den ermittelten Kurvenbereich in ein für den Betrieb vorgesehenes Frequenzintervall schiebt, wird die Frequenzabhängigkeit des Gleichspannungsanteils derart verändert, dass die Variation des Gleichspannungsanteils innerhalb des benutzten Frequenzintervalls möglichst gering wird. Anhand des gemessenen Kurvenverlaufs kann auch der Parameter für die Offset-Kompensationsspannung festgelegt werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Nach dem Stand der Technik kann eine Kompensation eines Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals durch Summieren einer Kompensations-Gleichspannung zum Zwischenfrequenzsignal erfolgen. Nachteilig ist dabei, dass der Mischer durch das Auftreten des unerwünschten Gleichspannungsanteils belastet wird, so dass eine Degradation des Mischers auftreten kann. Auch im Falle eines Einspeisens einer Kompensations-Gleichspannung in den Mischer kann es zu einer Degradation des Mi- schers kommen. Durch eine gleichspannungsanteilsbedingte Degradation des Mischers kann die Leistung und damit die Zuverlässigkeit des Radarsensors beeinträchtigt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Radarsensor zu schaffen, der eine möglichst hohe Zuverlässigkeit des Mischers und eine gute Auswertbarkeit des Zwi- schenfrequenzsignals ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Radarsensor der eingangs genannten Art gelöst durch eine Offset-Kompensationseinheit zum Erzeugen eines oszillierenden Kompensationssignals, welches zusätzlich zu dem genannten Teil des Sendesignals dem Mischer zugeführt wird. Dies ermöglicht es, einen Gleichspannungsanteil des vom Mischer erzeugten Zwischenfrequenzsignals zu verringern.
Indem im Sendebetrieb ein oszillierendes Kompensationssignal zugeführt wird, welches beispielsweise mit der Frequenz eines störenden Signalanteils des Empfangssignals oszilliert, kann ein störender Signalanteil, der ansonsten einen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals am Ausgang des Mischers herrufen würde, bereits eingangsseitig am Mischer oder vor dem Mischer kompensiert werden. Der Mischer kann dadurch entlastet werden. Beispielsweise oszilliert das Kompensationssignal mit der Frequenz des Sendesignals. Es ist beispielsweise an das Sendesignal gekoppelt.
Das Kompensationssignal und das Empfangssignal werden dem Mischer zugeführt. Vorzugsweise wird das oszillierende Kompensationssignal dem Mischer zugeführt, indem es im Empfangspfad bereits vor dem Mischer eingespeist wird. Beispielsweise kann das oszillierende Kondensationssignal zu dem Empfangssignal summiert werden, bevor das Empfangssignal zusammen mit dem oszillierenden Kompensationssignal dem Mischer zugeführt wird. Die Zuführung des oszillierenden Kompensationssignals kann aber auch unmittelbar am Mischer, vorzugsweise an einem Einspeisepunkt in der Nähe eines Einspeisepunktes des Empfangssignals, erfolgen.
Vorzugsweise umfasst der Radarsensor einen Sensor zum Messen eines Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals und wenigstens einen Regelkreis zum Regeln einer Amplitude, einer Leistung und/oder einer Phasenlage des oszillierenden Kompensationssignals in Abhängigkeit von einem gemessenen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals. Auf diese Weise kann beispielsweise während des Durchfahrens einer Modulationsrampe eines FMCW-Radarsensors wenigstens einer der genannten Parameter des Kompensationssignals nachgeregelt werden, um den Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals zu minimieren. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsensors, bei dem ein Oszillator ein Sendesignal erzeugt und ein Mischer einen Teil des Sendesignals mit einem empfangenen Signal mischt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mischer zusätzlich zu dem Teil des Sendesignals ein oszillierendes Signal zugeführt wird, so dass ein Gleichspannungsanteil eines vom Mischer erzeugten Zwischenfrequenzsignals verringert wird. Das heißt, der Gleichspannungsanteil ist geringer, als er ohne die Zuführung des oszillierenden Signals wäre. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Radarsensors; Fig. 2 einen Regelkreis des Radarsensors;
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines Mehrkanal-Radarsensors; und
Fig. 4 eine Variante des Radarsensors nach Fig. 1. BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Fig. 1 zeigt einen FMCW-Radarsensor für Kraftfahrzeuge mit einem monolithischen integrierten Mikrowellenschaltkreis (MMIC) 10 und Antennenelementen 12, 14 zum Empfangen bzw. Senden von Radarsignalen. Der Radarsensor ist mit einer Auswerteschaltung 16 zur Auswertung von Zwischenfrequenzsignalen IF (Intermediate Fre- quency) des Radarsensors verbunden.
Der MMIC 10 umfasst einen spannungsgesteuerten lokalen Oszillator 18 (VCO, Volta- ge Controlled Oszillator) zum Erzeugen eines Radar-Sendesignals oder LO-Signals (local oscillator), und wenigstens einen Sende-/Empfangskanal 20, der mit wenigstens einem Empfangsantennenelement 12 und wenigstens einem Sendeantennenelement 14 verbunden ist und einen Mischer 22 zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals IF aus einem Radar-Empfangssignal umfasst.
Die Arbeitsfrequenz des Oszillators 18 liegt bei etwa 77 GHz und wird beispielsweise über eine Modulationseinrichtung 24 gesteuert. Die Modulationseinrichtung 24 ist beispielsweise dazu eingerichtet, die Oszillationsfrequenz des Oszillators 18, und damit die Frequenz des LO-Signals, gemäß einem Modulationsschema zu steuern, welches wenigstens eine Frequenzrampe umfasst.
Das vom Oszillator 18 erzeugte LO-Signal wird über einen optionalen Bufferverstärker 26 dem Sende-Antennenelement 14 zugeführt. Ein Teil des LO-Signals wird dem Mi- scher 22 zugeführt.
Das vom Empfangs-Antennenelement 12 empfangene Radarsignal wird ebenfalls dem Mischer 22 zugeführt und mit dem abgezweigten Teil des Sendesignals in an sich bekannter Weise gemischt, um das Zwischenfrequenzsignal IF zu erzeugen. Das Zwi- schenfrequenzsignal IF wird einem Eingang der Auswerteschaltung 16 zugeführt. Opti- onal wird der dem Mischer 22 zugeführte Teil des LO-Signals über einen Phasenschieber 28 gegenüber dem Sendesignal phasenverschoben.
Der Radarsensor 10 und die Auswerteschaltung 16 können beispielsweise Teil eines Fahrerassistenzsystems sein.
Der Radarsensor 10 weist wenigstens einen Kanal 20, vorzugsweise mehrere Kanäle, beispielsweise vier Kanäle 20 auf. Das LO-Signal des Oszillators 18 wird jedem Kanal 20 zugeführt. Ein weiterer Ausgang des Oszillators 18 ist mit den Kanälen 20 verbunden, um den Kanälen 20 ein Referenzsignal "Test" zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise wird dazu ein Teil des LO-Signals des Oszillators 18 ausgekoppelt. Die Frequenz des Referenzsignals entspricht der Frequenz des LO-Signals. Beispielsweise kann das Referenzsignal mit dem LO-Signal gekoppelt sein.
Der Kanal 20 umfasst optional einen Signalgenerator 30, der dazu eingerichtet ist, ein oszillierendes Kompensationssignal zu erzeugen. Im gezeigten Beispiel wird das Kompensationssignal basierend auf dem zugeführten Referenzsignal "Test" erzeugt. Das Kompensationssignal ist über einen steuerbaren Bufferverstärker 32 und einen steuer- baren Phasenschieber 34 dem Empfangssignaleingang des Mischers 22 zuführbar. Beispielsweise umfasst der Kanal 20 einen vom Mischer 22 beabstandeten Schaltungspunkt 36, an dem das am Ausgang des Phasenschiebers 34 zur Verfügung gestellte Kompensationssignal mit dem vom Empfangsantennenelement 12 empfange- nen Empfangssignal zusammengeführt oder summiert wird und mit dem Empfangssignal einem Einspeisepunkt des Mischers 22 zugeführt wird.
Der Signalgenerator 30 kann beispielsweise durch einen Modulator oder durch einen mit dem Referenzsignal gekoppelten Oszillator gebildet werden. Während im beschrie- benen Betriebsmodus des Sendebetriebs des Radarsensors 10 der Signalgenerator 30 des Kanals 20 das oszillierende Kompensationssignal erzeugt, kann beispielsweise in einem Selbsttestmodus des Radarsensors 10 der Signalgenerator 30 basierend auf dem Referenzsignal ein Testsignal zur Simulierung des Empfangsfalls erzeugen. Somit kann der Signalgenerator 30 mehrere Funktionen übernehmen. Das oszillierende Kompensationssignal kann, beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel mit einer Offset-Kompensationseinheit ohne einen Signalgenerator 30, auch durch Auskoppeln aus dem Referenzsignal "Test" oder aus dem LO-Signal über den Bufferverstärker 32 und den Phasenschieber 34 zur Verfügung gestellt werden, oder das Referenzsignal "Test" selbst kann über den Bufferverstärker 32 und den Phasen- Schieber 34 der Offset-Kompensationseinheit als oszillierendes Kompensationssignal zur Verfügung gestellt werden.
Die einstellbare Verstärkung des Bufferverstärkers 32 und die durch den Phasenschieber 34 einstellbare Phasenlage des Kompensationssignals ermöglicht es, ein Kompensationssignal zu erzeugen, mit dem der am Ausgang des Mischers 22 auftretende Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals IF minimiert werden kann. Der Signalgenerator 30, der Bufferverstärker 32 und der Phasenschieber 34 bilden somit eine Offset-Kompensationseinheit 35 zum wenigstens teilweisem Kompensieren eines Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals IF. Indem das Kompensationssignal bereits vor dem Einspeisepunkt des Mischers 22 im Empfangspfad eingespeist wird, wird der Mischer 22 von auftretenden Gleichspannungsanteilen wirksam entlastet. Dadurch kann eine durch eine Gleichstrombelastung hervorgerufene Degradation des Mischers 22 weitestgehend verhindert werden. Insbesondere kann das Kompensationssignal bezüglich seiner Phasenlage und seiner Amplitude einem im Empfangssignal unerwünschten Störsignal gleicher Frequenz entgegengerichtet sein und das Stör- Signal somit kompensieren. Der Radarsensor 10 umfasst einen Sensor 38 zum Erfassen eines Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals IF am Ausgang des Mischers 22. Ein vom Gleichspannungsanteil abhängiger Ausgangswert des Sensors 38 wird einer Steuereinheit 40 zugeführt. Die Steuereinheit 40 ist mit dem Bufferverstärker 32, dem Pha- senschieber 34 und optional mit dem Signalgenerator 30 der Offset- Kompensationseinheit 35 verbunden, um diese in Abhängigkeit des vom Sensor 38 gemessenen Gleichspannungsanteils anzusteuern.
Der Sensor 38 kann den Gleichspannungsanteil beispielsweise analog durch Messung des gleichspannungsgekoppelten Zwischenfrequenzsignals IF messen. Der Sensor 38 kann aber auch dazu eingerichtet sein, das Zwischenfrequenzsignal zu digitalisieren und den Gleichspannungsanteil anhand des digitalisierten Zwischenfrequenzsignals zu bestimmen. Beispielsweise kann der Sensor 38 einen A/D-Wandler umfassen. Die Bestimmung des Gleichspannungsanteils anhand des digitalisierten Zwischenfrequenzsignals kann z.B. durch Fourier-Transformation, insbesondere durch Bildung der schnellen Fourier-Transformation (FFT) erfolgen.
Die Steuereinheit 40 kann dazu eingerichtet sein, basierend auf dem gemessenen Gleichspannungsanteil 38 und optional weiter basierend auf der Frequenz des LO- Signals oder des Referenzsignals "Test" die Amplitude, die Leistung und/oder die Phasenlage des Kompensationssignals zu steuern. Beispielsweise kann ein die Frequenz des betreffenden Signals charakterisierendes Signal der Steuereinheit 40 zugeführt werden, etwa von der Modulationseinrichtung 24.
Die zur Minimierung des Gleichspannungsanteils bei gegebener Signalfrequenz gewählten Parameter des Kompensationssignals, beispielsweise die Amplitude und die Phasenlage, können etwa durch Testmessungen bestimmt werden, indem während des Betriebs des Radarsensors in regelmäßigen Zeitabständen unterschiedliche Parameterwerte eingestellt und der jeweils resultierende Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals IF gemessen wird. Insbesondere können Abweichungen der aktuellen Parameterwerte jeweils nach unten und nach oben innerhalb einer kleinen Umgebung um die aktuellen Parameterwerte herum testweise zur Erzeugung des Kompensationssignals verwendet werden, und diejenigen Parameterwerte mit dem geringsten gemessenen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals IF werden als neue Parameterwerte für den weiteren Betrieb des Radarsensors festgelegt. Auf diese Weise kann einen adaptive Nachführung der Parameterwerte erfolgen, wenn sich die im Empfangszweig auftretenden Störsignale im Laufe der Zeit ändern. Fig. 2 zeigt schematisch einen Regelkreis für das Kompensationssignal. Der Sensor 38, die Steuereinheit 40 und die Offset-Kompensationseinheit 35 bilden einen Regelkreis, um den gemessenen Gleichspannungsanteil DCact des Zwischenfrequenzsignals IF eines Kanals 20 auf einen möglichst geringen Sollwert DCset zu regeln, beispielsweise DCset = 0. Dies ist schematisch in Fig. 2 dargestellt, wobei eine Übertragungsstrecke 42 den Sende-Empfangskanal 20 einschließlich potentieller Störsignalquellen symbolisiert.
Im in Fig. 3 gezeigten Beispiel des Radarsensors gemäß Fig. 1 mit mehreren Kanälen 20 umfasst der MMIC 10 einen analogen Schaltungsteil 10a, einen digitalen Schaltungsteil 10b und eine Schnittstelle (Interface) 44 zum Ansteuern des analogen Schaltungsteils 10a und zur Kommunikation mit dem digitalen Schaltungsteil 10b. Der analoge Schaltungsteil 10a umfasst den Oszillator 18 und die Kanäle 20. Das Sendesignal wird den Kanälen 20 über einen optionalen Bufferverstärker 26 zugeführt. Der digitale Schaltungsteil 10b umfasst die Steuereinheit 40, die beispielsweise durch eine digitale, programmgesteuerte Verarbeitungseinheit oder CPU (Central Processing Unit) gebildet sein kann.
Die Schnittstelle 44 umfasst beispielsweise wenigstens einen D/A-Wandler 46 zur An- steuerung des Oszillators 18, des Signalgenerators 30, des Bufferverstärkers 32 und/oder des Phasenschiebers 34 der Offset-Kompensationseinrichtung 35 jedes Kanals 20. Weiter umfasst die Schnittstelle 44 beispielsweise mindestens einen A/D- Wandler zum Digitalisieren des Ausgangssignals des Sensors 38 des jeweiligen Kanals 20.
Die Verarbeitungseinheit kann dazu eingerichtet sein, weitere Funktionen des Radarsensors, insbesondere des MMIC 10 zu steuern. Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise neben der Funktion der Steuereinheit 40 auch die Funktion der Modulati- onseinrichtung 24 übernehmen. Die Steuereinheit 40 kann auf einen optionalen nichtflüchtigen Speicher 50 zum Speichern eines Parameterwertes der Offset- Kompensationseinheit 35 zugreifen. Im Speicher 50 können beispielsweise die aktuellen, oben genannten Parameterwerte des Kompensationssignals gespeichert werden, so dass diese auch nach einem zeitweiligen Abschalten des Radarsensors wieder zur Verfügung stehen.
Die Steuereinheit 40 ist optional dazu eingerichtet, ein Alarmsignal AL auszugeben, wenn die Steuereinheit 40 anhand einer Überschreitung eines Grenzwertes für den gemessenen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals IF eine Degradation des betreffenden Mischers 22 erkennt. Das Alarmsignal AL kann beispielsweise der Auswerteschaltung 16 über einen Interrupteingang zugeführt werden. Auf diese Weise kann eine im MMIC 10 integrierte Überwachung der Offset-Kompensationseinheit 35 erfolgen, so dass die Zuverlässigkeit des Radarsensors weiter erhöht ist. Die Zuverlässigkeit der Auswertung der empfangenen Radarsignale wird damit verbessert. Insge- samt kann somit durch die Offset-Kompensationseinheit 35 nicht nur eine Degradation des Mischers 22 weitestgehend verhindert werden, sondern durch eine schnelle, MMIC-interne Erkennung eines unzulässig hohen Gleichspannungsanteils eine verbesserte Fehlererkennung ermöglicht werden. Beides trägt zu einer verbesserten Systemsicherheit des Radarsensors bei. Fig. 4 zeigt eine Variante des Radarsensors gemäß Fig. 1. Einander entsprechende Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Während beim Beispiel der Fig. 1 das Empfangssignal und das Kompensationssignal am Schaltungspunkt 36 zusammengeführt und gemeinsam dem Mischer 22 an einem Einspeisepunkt zugeführt werden, werden bei dem Beispiel der Fig. 4 das Empfangssignal und das Kompensationssignal jeweils direkt dem Mischer 22 an benachbarten Einspeisepunkten oder (gestrichelt dargestellt) an einem gemeinsamen Einspeisepunkt zugeführt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Radarsensor, mit einem Oszillator (18) zum Erzeugen eines Sendesignals und einem Mischer (22) zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals (IF) durch Mischen eines Teils des Sendesignals (LO) mit einem Empfangssignal, gekennzeichnet durch eine Offset-Kompensationseinheit (35) zum Erzeugen eines oszillierenden Kompensationssignals, welches zusätzlich zu dem genannten Teil des Sendesignals (LO) dem Mischer (22) zugeführt wird.
2. Radarsensor nach Anspruch 1 , bei dem das oszillierende Kompensationssignal dem Mischer (22) zugeführt wird, indem es im Empfangspfad bereits vor dem Mischer
(22) eingespeist wird.
3. Radarsensor nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Steuereinheit (40) zum Einstellen wenigstens eines Parameters des Kompensationssignals aus einer Amplitude, einer Leistung und einer Phasenlage gegenüber dem Sendesignal (LO).
4. Radarsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Sensor (38) zum Messen eines Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals (IF).
5. Radarsensor nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei die Steuereinheit (40) dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Parameter des Kompensationssignals einzustellen basierend auf einem gemessenen Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenz- Signals (IF).
6. Radarsensor nach Anspruch 4 oder 5, mit einem Regelkreis zum Regeln von wenigstens einem Parameter des Kompensationssignals aus einer Amplitude des Kompensationssignals, einer Leistung des Kompensationssignals und einer Phasenlage des Kompensationssignals gegenüber dem Sendesignal (LO) in Abhängigkeit von einem durch den Sensor (38) gemessenen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals.
7. Radarsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem monoliti- schen integriertem Mikrowellenschaltkreis (10), der den Oszillator (18), Mischer (22), wenigstens einen Sensor (38) zum Messen eines Gleichspannungsanteils des Zwi- schenfrequenzsignals (IF), die Offset-Kompensationseinheit (35) und wenigstens eine Steuereinheit (40) umfasst, wobei die Steuereinheit (40) dazu eingerichtet ist, die Offset-Kompensationseinheit (35) in Abhängigkeit von einem vom Sensor (38) gemessenen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals (IF) zur Einstellung eines Parameters des oszillierenden Kompensationssignals anzusteuern.
8. Radarsensor nach Anspruch 3, 5 oder 7, bei dem die Steuereinheit (40) durch wenigstens einen Teil einer digitalen, programmgesteuerten Verarbeitungseinheit gebildet wird.
9. Radarsensor nach Anspruch 7 oder 8, wobei der monolithische integrierte Mikrowellenschaltkreis (10) wenigstens einen nichtflüchtigen Speicher (50) zum Speichern eines Parameterwertes der Offset-Kompensationseinheit (35) umfasst.
10. Radarsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Steuereinheit (40), die dazu eingerichtet ist, ein Alarmsignal auszugeben, wenn ein von einem Sensor (38) des Radarsensors gemessener Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals (IF) einen Grenzwert überschreitet.
1 1. Verfahren zum Betreiben eines Radarsensors, bei dem ein Oszillator (18) ein Sendesignal erzeugt und ein Mischer (22) einen Teil des Sendesignals mit einem empfangenen Signal mischt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mischer (22) zusätzlich zu dem Teil des Sendesignals ein oszillierendes Signal zugeführt wird, so dass ein Gleichspannungsanteil eines vom Mischer (22) erzeugten Zwischenfrequenzsignals (IF) verringert wird.
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