EP4702372A1 - Radarsystem und verfahren zum betreiben eines radarsystems - Google Patents

Radarsystem und verfahren zum betreiben eines radarsystems

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EP4702372A1
EP4702372A1 EP24709361.0A EP24709361A EP4702372A1 EP 4702372 A1 EP4702372 A1 EP 4702372A1 EP 24709361 A EP24709361 A EP 24709361A EP 4702372 A1 EP4702372 A1 EP 4702372A1
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EP
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oscillator
local
signal
frequency
radar
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Application number
EP24709361.0A
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Juergen Hasch
Martin Fink
Daniel Schindler
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Ein Radarsystem weist einen globalen Referenzoszillator auf, welcher dazu ausgebildet ist, ein globales Referenzsignal zu erzeugen, und weist eine Vielzahl von Radarvorrichtungen auf, welche mit dem globalen Referenzoszillator gekoppelt sind. Mindestens eine der Radarvorrichtungen weist einen lokalen Referenzoszillator auf, welcher dazu ausgebildet ist, ein lokales Referenzsignal zu erzeugen. Mindestens eine der Radarvorrichtungen weist eine Synchronisierungseinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, den lokalen Referenzoszillator anzusteuern, um den lokalen Referenzoszillator unter Verwendung des globalen Referenzsignals mit dem globalen Referenzoszillator zu synchronisieren.

Description

Beschreibung
Titel
Radarsystem und Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems.
Stand der Technik
Ein Radarsensor sendet ein Signal aus, das von Objekten im Radarkanal reflektiert wird. Das reflektierte Signal wird im monostatischen Fall von demselben Radarsensor empfangen und ausgewertet, um Entfernung, Geschwindigkeit und Winkel des Radarziels relativ zum Radarsensor zu erfassen. Das reflektierte Radarsignal kann im bistatischen Fall auch von einem zweiten, räumlich getrennten Radarsensor empfangen werden.
Der tatsächliche Abstand oder der Winkel zum Radarziel kann anhand des bekannten Abstandes zwischen den Radarsensoren berechnet werden. Wenn das System kohärent, d.h. mit festem Phasenbezug zwischen den beiden Radarsensoren arbeiten soll, muss eine Synchronisation der Sendesignale erfolgen. Dies kann durch eine physikalische Verteilung eines gemeinsamen Lokaloszillator (LO)-Signals erfolgen.
Ohne eine derartige LO-Signal-Verteilung sind die Sendesignale der Radarsensoren weder zeitlich noch in der Phase korreliert. Bei der Signalerzeugung mittels variablem Oszillator und Sweep-Phasenregelschleife (englisch: phase-locked loop, PLL) sind auch die Startzeitpunkte der Rampen, etwa beim frequenzmodulierten Dauerstrichradar (FMCW) nicht präzise eindeutig.
Der Timing-Fehler der Frequenzrampen und der Abtastzeitpunkte der Analog- Digital-Wandler im Empfänger und das unkorrelierte Phasenrauschen bei bistatischen Messungen limitiert somit die Performanz des Systems, etwa bezüglich der Reichweite.
Aus der WO 2017/118621 A1 ist ein Verfahren bekannt, wobei aus den bistatischen Radarsignalen der Phasenbezug mittels Signalverarbeitung wiederhergestellt werden soll.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Radarsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Radarsystem mit einem globalen Referenzoszillator, welcher dazu ausgebildet ist, ein globales Referenzsignal zu erzeugen, und mit einer Vielzahl von Radarvorrichtungen, welche mit dem globalen Referenzoszillator gekoppelt sind. Mindestens eine der Radarvorrichtungen weist einen lokalen Referenzoszillator auf, welcher dazu ausgebildet ist, ein lokales Referenzsignal zu erzeugen. Mindestens eine der Radarvorrichtungen weist eine Synchronisierungseinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, den lokalen Referenzoszillator anzusteuern, um den lokalen Referenzoszillator unter Verwendung des globalen Referenzsignals mit dem globalen Referenzoszillator zu synchronisieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems mit einer Vielzahl von Radarvorrichtungen, wobei mindestens eine der Radarvorrichtungen einen lokalen Referenzoszillator aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, ein lokales Referenzsignal zu erzeugen. Ein globales Referenzsignal wird durch einen globalen Referenzoszillator erzeugt. Der lokale Referenzoszillator der mindestens einen Radarvorrichtung wird mit dem globalen Referenzoszillator unter Verwendung des globalen Referenzsignals synchronisiert.
Vorteile der Erfindung Um ein kooperatives Radarsystem, d.h. ein Netzwerk mit mehreren Radarvorrichtungen, zu betreiben, müssen die Radarvorrichtungen miteinander gekoppelt bzw. synchronisiert werden.
Um eine Synchronisation mittels dezidierten Leitungen zur Übertragung von Takt, Trigger und Lokaloszillator (LO)-Signal zu umgehen und gleichzeitig gute Performanz trotz unkorreliertem Phasenrauschen zu erhalten, werden die lokalen Referenzoszillatoren unter Verwendung eines globalen Referenzsignals mit einem globalen Referenzoszillator synchronisiert.
Die einzelnen Radarvorrichtungen sind derart ausgelegt, dass bei einer Verwendung im kooperativen Radarsystem eine einfachere Synchronisierung der Radarvorrichtungen ohne LO-Signal-Verteilung mittels zusätzlicher Synchronisations- und LO-Leitungen oder zusätzlicher Algorithmik ermöglicht wird.
Um die Radarvorrichtungen möglichst einfach zu synchronisieren, können die Takte aller lokalen, signalerzeugenden oder signalverarbeitenden Komponenten der Radarvorrichtungen, z.B. Sender, Empfänger, Analog-Digital-Wandler oder digitale Signalprozessoren, von dem lokalen Referenzsignal abgeleitet werden. Dadurch ist es ausreichend, das lokale Referenzsignal mit dem globalen Referenzsignal zu synchronisieren.
Unter „Synchronisieren“ kann im Rahmen dieser Erfindung ein Angleichen in Phase und/oder Amplitude verstanden werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Radarsystems ist der globale Referenzoszillator extern zu den Radarvorrichtungen des Radarsystems angeordnet. Bei dieser Ausführungsform kann jede Radarvorrichtung einen lokalen Referenzoszillator aufweisen, welcher mit dem externen globalen Referenzoszillator synchronisiert wird. Vorteilhafter weise können somit alle Radarvorrichtungen gleich aufgebaut sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radarsystems ist der globale Referenzoszillator ein lokaler Referenzoszillator einer der Radarvorrichtungen. Diese ausgezeichnete Radarvorrichtung benötigt keine Synchronisierungseinrichtung. Alle anderen Radarvorrichtungen können eine Synchronisierungseinrichtung aufweisen, um die jeweils eigenen lokalen Referenzoszillatoren mit dem globalen Referenzoszillator, d. h. dem lokalen Referenzoszillator der ausgezeichneten Radarvorrichtung, zu synchronisieren. Vorteilhafterweise ist bei dieser Ausführungsform kein separater globaler Referenzoszillator erforderlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radarsystems weist mindestens eine der Radarvorrichtungen eine Sender-Empfänger-Einrichtung und einen Hochfrequenz-Lokaloszillator auf. Der Hochfrequenz-Lokaloszillator erzeugt unter Verwendung des lokalen Referenzsignals ein Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal und gibt das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal an die Sender-Empfänger- Einrichtung aus. Indem der Hochfrequenz-Lokaloszillator mit dem lokalen Referenzoszillator gekoppelt ist, sind die Sender-Empfänger-Einrichtung der Radarvorrichtungen ebenfalls synchronisiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radarsystems wird der Hochfrequenz-Lokaloszillator bei einer konstanten Frequenz, d.h. mit einem festfrequenten Träger, betrieben, etwa unter Verwendung einer Phasenregelschleife. Das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal des Referenzoszillators kann dabei auch in zeitliche Segmente mit jeweils unterschiedlicher aber innerhalb des zeitlichen Segments konstanter Frequenz unterteilt werden. Dadurch kann ein geringes oder zumindest teilweise kohärentes Phasenrauschen erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radarsystems weist die Sender- Empfänger-Einrichtung einen l-Q- Mischer auf. Der Hochfrequenz-Lokaloszillator ist dazu ausgebildet, das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal an den I-Q-Mischer auszugeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radarsystems weist die Sender- Empfänger-Einrichtung einen Chirp-Generator zum Erzeugen eines Chirp- Signals auf, wobei der Chirp-Generator einen I-Q-Mischer und einen Digital- Analog-Wandler oder eine direkte-digitale-Synthese (DDS)-Einrichtung aufweist. Der Hochfrequenz-Lokaloszillator gibt das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal an den I-Q-Mischer aus. Der Digital-Analog-Wandler oder die DDS-Einrichtung steuert den I-Q-Mischer unter Verwendung des lokalen Referenzsignals an. Die DDS-Einrichtung beziehungsweise der Digital-Analog-Wandler weist dazu zwei Kanäle auf, einen für den I-Pfad und einen für den Q-Pfad. Dadurch können Chirps inklusive Frequenz- und Phasenoffsets auf den HF-Träger moduliert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radarsystems weist der Hochfrequenz-Lokaloszillator eine Phasenregelschleifen-Einrichtung und einen I- Q-Mischer auf. Der I-Q-Mischer ist in einem Rückkopplungspfad der Phasenregelschleifen-Einrichtung angeordnet. Der lokale Referenzoszillator gibt das lokale Referenzsignal an die Phasenregelschleifen-Einrichtung aus. Der I-Q- Mischer wird in Abhängigkeit von dem lokalen Referenzsignal angesteuert. Hierzu können Digital-Analog-Wandler oder eine DDS-Einrichtung vorgesehen sein, welche das Referenzsignal als Taktquelle verwenden und den I-Q-Mischer ansteuern. Dadurch kann eine Frequenzverstimmung aufgeprägt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radarsystems erzeugt der lokale Referenzoszillator ein Vergleichszeit-Signal. Die Synchronisierungseinrichtung vergleicht das Vergleichszeit-Signal mit einem anhand des globalen Referenzsignals erzeugten Referenzzeit-Signal, um den lokalen Referenzoszillator mit dem globalen Referenzoszillator zu synchronisieren. Der lokale Referenzoszillator kann das Vergleichszeit-Signal beispielsweise durch eine Zählereinheit oder einen Time-to-Digital-Converter (TDC) ableiten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radarsystems erzeugt der lokale Referenzoszillator ein Vergleichsfrequenz-Signal. Die Synchronisierungseinrichtung vergleicht das Vergleichsfrequenz-Signal mit einem anhand des globalen Referenzsignals erzeugten Referenzfrequenz-Signal, um den lokalen Referenzoszillator mit dem globalen Referenzoszillator zu synchronisieren. Das Vergleichsfrequenz-Signal kann beispielsweise durch Frequenzteilung erhalten werden. Indem die Synchronisierungseinrichtung die Frequenz des lokalen Referenzsignals auf eine konstante Frequenz synchronisiert, kann erreicht werden, dass das Phasenrauschen sehr gering oder zumindest teilweise kohärent ist Der Oszillator kann nur in einem geringen Bereich durch die Synchronisierungseinrichtung beeinflusst werden. Dies erlaubt die Auslegung des lokale Referenzoszillators mit hoher Stabilität und geringem Phasenrauschen. Die Modulation des Radarsignals wird in einem nachfolgenden Schritt digital erzeugt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 ein Radarsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 ein Empfangspfad des in Figur 1 illustrierten Radarsystems;
Figur 3 ein Radarsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung;
Figur 4 ein Radarsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Figur 5 ein Radarsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Radarsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein Radarsystem 1 a. Das Radarsystem 1a weist einen globalen Referenzoszillator 2 auf, welcher ein globales Referenzsignal erzeugt. Das globale Referenzsignal kann eine Referenzzeit oder eine Referenzfrequenz umfassen.
Das globale Referenzsignal wird einer Vielzahl von Radarvorrichtungen 3a-1 bis 3a-n bereitgestellt. Die Erfindung ist aber nicht auf eine bestimmte Anzahl an Radarvorrichtungen 3a-1 bis 3a-n beschränkt.
Jede der Radarvorrichtungen 3a-1 bis 3a-n ist über eine jeweilige Synchronisierungs-Schnittstelle 6 zum Empfangen des globalen Referenzsignals mit dem globalen Referenzoszillator 2 gekoppelt.
Eine Steuereinrichtung 5 dient dazu, einen lokalen Referenzoszillator 4 der entsprechenden Radarvorrichtung 3a-1 bis 3a-n anzusteuern, um den lokalen Referenzoszillator 4 mit dem globalen Referenzoszillator 2 zu synchronisieren. Die Steuereinrichtung 5 und die Synchronisierungs-Schnittstelle 6 bilden somit eine Synchronisierungseinrichtung.
Der Referenzoszillator 4 erzeugt ein lokales Referenzsignal. Die Steuereinrichtung 5 erzeugt unter Verwendung eines Vergleichs des globalen Referenzsignals mit dem lokalen Referenzsignal ein Steuersignal für den lokalen Referenzoszillator 4.
Der lokale Referenzoszillator 4 wird dadurch so beeinflusst, sodass er synchron mit dem globalen Referenzoszillator 2 läuft. Da so alle Radarvorrichtungen 3a-1 bis 3a-n Zugang zu dem globalen Referenzoszillator 2 haben, sind damit die lokalen Referenzsignale synchron.
Der lokale Referenzoszillator 4 kann beispielweise ein Referenzsignal erzeugen, welches zumindest innerhalb vorgegebener Zeitabschnitte eine im Wesentlichen konstante Frequenz aufweist.
Im Folgenden wird nur eine Radarvorrichtung 3a-1 beschrieben, während die anderen Radarvorrichtungen 3a-2 bis 3a-n identisch oder im Wesentlichen identisch aufgebaut sein können.
Die Radarvorrichtung 3a-1 weist eine Sender-Empfänger-Einrichtung 9a und einen Hochfrequenz-Lokaloszillator 7a auf.
Der Hochfrequenz-Lokaloszillator 7a weist eine Hochfrequenz-Quelle 8 auf, welche unter Verwendung des lokalen Referenzsignals ein Hochfrequenz- Lokaloszillatorsignal erzeugt. Die Hochfrequenz-Quelle 8 kann insbesondere eine festfrequente oder zeitweise festfrequente (z.B. bei stufenweisen Signalen) Hochfrequenz-Quelle sein, beispielsweise bei 20 GHz.
Der Hochfrequenz-Lokaloszillator 7a gibt das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal an die Sender-Empfänger-Einrichtung 9a aus. Optional kann vorgesehen sein, dass die Radarvorrichtung 3a-1 eine Vielzahl von Sender-Empfänger- Einrichtungen 9a aufweist, wobei der Hochfrequenz-Lokaloszillator 7a über Leitungen 16 das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal den Sender-Empfänger- Einrichtungen bereitstellt.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Sender-Empfänger-Einrichtung 9a beschrieben. Die Sender-Empfänger-Einrichtung 9a umfasst einen Frequenzmultiplizierer 10, um das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal in das gewünschte Frequenzband zu transformieren, z.B. bei 80 GHz.
Die Sender-Empfänger-Einrichtung 9a umfasst weiter einen Sendepfad 20a und einen Empfangspfad 19a. Der Sendepfad 20a umfasst einen Splitter 11 , welcher das transformierte Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal aufteilt, wobei die erhaltenen Signale zueinander um 90 Grad in der Phase verschoben sind. Weiter umfasst der Sendepfad 20a einen l-Q- Mischer 12. Das durch den I-Q-Mischer 12 erzeugte Signal wird durch einen Verstärker 13 verstärkt und über (nicht gezeigter) Antennenelemente ausgesendet.
In weiteren Ausführungsformen wird anstelle des I-Q-Mischers 12 ein regulärer Mischer verwendet.
Die Sender-Empfänger-Einrichtung 9a umfasst weiter einen ersten Digital- Analog-Wandler 14 und einen zweiten Digital-Analog-Wandler 15, welche das von dem lokalen Referenzoszillator 4 bereitgestellte lokale Referenzsignal empfangen, das lokale Referenzsignal bzw. ein davon abgeleitetes Signal als Sampling-Takt verwenden und entsprechend den I-Pfad bzw. den Q-Pfad des I- Q-Mischers 12 ansteuern. Da der lokale Referenzoszillator 4 mit dem globalen Referenzoszillator 2 gekoppelt ist, sind auch die Sendesignale synchron.
Figur 2 zeigt den Empfangspfad 19a des in Figur 1 illustrierten Radarsystems 1 a. Der Empfangspfad 19a umfasst ebenfalls einen Splitter 21 , einen I-Q-Mischer 22 und einen Verstärker 23. Weiter umfasst der Empfangspfad mit dem I-Pfad bzw. Q-Pfad gekoppelte Analog-Digital-Wandler 51 bzw. 52.
Optional umfasst die Sender-Empfänger-Einrichtung 9a weitere Sendepfade 20a und Empfangspfade 19a, die identisch oder auch unterschiedlich ausgeführt sein können. Das durch den Frequenzmultiplizierer 10 transformierte Hochfrequenz- Lokaloszillatorsignal wird über entsprechende Leitungen 17 den weiteren Sendepfaden 20a und Empfangspfaden 19a bereitgestellt.
Während in Figur 1 sowohl Sendepfade 20a als auch Empfangspfade 19a gezeigt sind, können in weiteren Ausführungsformen auch entweder nur Sendepfade 20a oder Empfangspfade 19a vorhanden sein.
Weiter kann die Radarvorrichtung 3a-1 andere digitale Komponenten 18 aufweisen, etwa Analog-Digital-Wandler, welchen ebenfalls das von dem lokalen Referenzoszillator 4 erzeugte lokale Referenzsignal bereitgestellt wird, und verwenden das lokale Referenzsignal oder ein davon abgeleitetes Signal als Takt.
Gemäß einer Ausführungsform des in Figur 1 illustrierten Radarsystems 1 a erzeugt der lokale Referenzoszillator 4 ein Vergleichszeit-Signal, beispielsweise durch eine Zählereinheit oder einen Time-to-Digital-Converter (TDC). Die Steuereinrichtung 5 der Synchronisierungseinrichtung 5, 6 vergleicht das Vergleichszeit-Signal mit einem anhand des globalen Referenzsignals erzeugten Referenzzeit-Signal, um den lokalen Referenzoszillator 4 mit dem globalen Referenzoszillator 2 zu synchronisieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des in Figur 1 illustrierten Radarsystems 1 a erzeugt der lokale Referenzoszillator 4 ein Vergleichsfrequenz-Signal. Die Steuereinrichtung 5 der Synchronisierungseinrichtung 5, 6 vergleicht das Vergleichsfrequenz-Signal mit einem anhand des globalen Referenzsignals erzeugten Referenzfrequenz-Signal, um den lokalen Referenzoszillator 4 mit dem globalen Referenzoszillator 2 zu synchronisieren.
In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform des Radarsystems 1 a ist der globale Referenzoszillator 2 extern zu den Radarvorrichtungen 3a-1 bis 3a-n des Radarsystems 1 a angeordnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der globale Referenzoszillator 2 ein lokaler Referenzoszillator 4 einer der Radarvorrichtungen 3a-1 bis 3a-n ist. Diese Radarvorrichtung 3a-1 bis 3a-n benötigt dann keine Synchronisierungseinrichtung 5, 6.
Indem der Träger eine feste Frequenz aufweist, die über den lokalen Referenzoszillator 4 an den globalen Referenzoszillator 2 gekoppelt ist, ist die Startphase statisch. Da die Modulation mittels Digital-Analog- Konvertern 14, 15 oder DDS-Einrichtungen 31 erzeugt wird, kann die Startphase der Modulationen festgelegt werden und ist auch statisch.
Durch die festfrequente HF-Träger- Architektur kann die Signalerzeugung auf geringes Phasenrauschen optimiert werden.
Figur 3 zeigt ein weiteres Radarsystem 1 b. Das Radarsystem 1 b unterscheidet sich von dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Radarsystem 1 a dadurch, dass anstelle des ersten Digital-Analog-Wandlers 14 und des zweiten Digital-Analog- Wandlers 15 eine direkte-digitale-Synthese (DDS)-Einrichtung 31 vorgesehen ist Die DDS-Einrichtung weist zwei Kanäle auf, einen für den I-Pfad und einen für den Q-Pfad. Im Übrigen kann das Radarsystem 1 b dem in Figuren 1 und 2 gezeigten Radarsystem 1 a entsprechen, sodass die Beschreibung der weiteren Komponenten hier nicht wiederholt werden muss.
Figur 4 zeigt ein weiteres Radarsystem 1c, welches sich durch den Aufbau der Sender-Empfänger-Einrichtung 9c von den in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Radarsystemen 1 a, 1 b unterscheidet.
Die Sender-Empfänger-Einrichtung 9c weist demnach einen Chirp-Generator 41 zum Erzeugen eines Chirp-Signals auf, wobei der Chirp-Generator 41 einen Splitter 42 aufweist, welcher, wie oben beschrieben, das empfangene Signal in zwei zueinander um 90° in der Phase verschobene Signale aufteilt.
Weiter umfasst der Chirp-Generator 41 einen l-Q- Mischer 43 und eine DDS- Einrichtung 45. Die DDS-Einrichtung 45 empfängt von dem lokalen Referenzoszillator 4 das lokale Referenzsignal und steuert den I-Q-Mischer 43 unter Verwendung des lokalen Referenzsignals an.
Optional umfasst der Chirp-Generator 41 weiter einen Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter 44, um das von dem I-Q-Mischer 43 ausgegebene Signal zu filtern.
Der Sendepfad 20c umfasst einen Modulator 46 und einen Verstärker 13, wobei der Modulator 46 das von dem Chirp-Generator 41 empfangene Signal moduliert und der Verstärker 13 das von dem Modulator 46 ausgegebene Signal verstärkt und an (nicht gezeigte) Antennenelemente zum Aussenden der Radarstrahlung ausgibt.
Der Modulator 46 kann beispielsweise ein digitaler Phasenschieber und/oder Variable-Gain-Amplifier (VGA) sein. Der Modulator 46 im Sendepfad 20c erlaubt zusätzliche Phasenmodulation und/oder Amplitudenmodulation der Sendepfade 20c relativ zueinander und kann ebenfalls an den lokalen Referenzoszillator 4 gekoppelt sein.
Der Empfangspfad 19c kann analog zum Sendepfad 20c aufgebaut sein. Der Empfangspfad 19c kann einem klassischen Empfangspfad entsprechen. Er kann wahlweise als reeller Empfangspfad oder als I-Q-Empfangspfad ausgeführt sein.
Mithilfe des Chirp-Generators 41 können bei dieser Ausführungsform Chirps inklusive Frequenzoffsets auf den HF-Träger moduliert werden.
Figur 5 zeigt ein weiteres Radarsystem 1 d. Das Radarsystem 1 d unterscheidet sich von den in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Radarsystemen 1a bis 1c durch den Aufbau des Hochfrequenz-Lokaloszillator 7d.
Der Hochfrequenz-Lokaloszillator 7d weist eine Phasenregelschleifen-Einrichtung 51 und einen I-Q-Mischer 54 auf. Die Phasenregelschleifen-Einrichtung 51 erzeugt in Abhängigkeit von dem lokalen Referenzsignal ein Ausgangssignal, welches einer Hochfrequenz-Quelle 52 bereitgestellt wird, die das Hochfrequenz- Lokaloszillatorsignal erzeugt.
Der I-Q-Mischer 54 ist in einem Rückkopplungspfad der Phasenregelschleifen- Einrichtung 51 angeordnet. Hierzu wird das von der Hochfrequenz-Quelle 52 erzeugte Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal zunächst durch einen Frequenzteiler 56 in ein gewünschtes Frequenzband transformiert und anschließend durch einen Splitter 55 geteilt, wobei die dadurch erhaltenen Signale zueinander um 90 Grad in der Phase verschoben werden. Die beiden Signale werden dem I-Q-Mischer 54 bereitgestellt. Das Ausgangssignal des l-Q- Mischers 54 wird der Phasenregelschleifen-Einrichtung 51 bereitgestellt.
Der lokale Referenzoszillator 4 stellt das lokale Referenzsignal einem Digital- Analog-Wandler oder einer DDS-Einrichtung 53 bereit, wobei ein Ausgangssignal dem I-Q-Mischer 54 bereitgestellt wird.
Durch den I-Q-Mischer 54 im Rückkopplungspfad der Phasenregelschleifen- Einrichtung 51 kann eine Frequenzverstimmung mittels des Digital-Analog- Wandlers oder der DDS-Einrichtung 53 aufgeprägt werden. Da der Digital- Analog-Wandler bzw. die DDS-Einrichtung 53 ebenfalls an den lokalen Referenzoszillator 4 gekoppelt ist, ist auch diese Quelle synchron zu anderen Komponenten.
Bei den oben beschriebenen Radarsystemen 1a bis 1d kann durch den jeweils beschriebenen Aufbau erreicht werden, dass das Hochfrequenz- Lokaloszillatorsignal ein geringes oder (teilweise) kohärentes Phasenrauschen aufweist (etwa durch Verwendung von Festfrequenzoszillatoren), und dass ein stabiler Zustand der relativen Phasen verschiedener Radarvorrichtungen zueinander erreicht wird, insbesondere innerhalb einer Messung, z.B. auch bei einem Frequenzsprung. Dies ist insbesondere für eine bistatische Messung mit verteilten Radarvorrichtungen vorteilhaft.
Die gezeigten Ausführungsformen können auch kombiniert werden. Insbesondere kann der in Figur 5 gezeigte Hochfrequenz-Lokaloszillator 7d auch in einem der Radarsysteme 1 a bis 1 c der Figuren 1 bis 4 zur Anwendung kommen. Der Hochfrequenz-Lokaloszillator 7d kann dabei einen Rampengenerator ersetzen, welcher den Frequenzmultiplizierer 10, den Splitter 42, den I-Q-Mischer 43, das Bandpassfilter 44, und die DDS-Einrichtung 45 umfasst.
Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Radarsystems mit einer Vielzahl von Radarvorrichtungen. Insbesondere kann das Radarsystem eines der oben beschriebenen Radarsysteme 1a bis 1d sein. Mindestens eine der Radarvorrichtungen weist einen lokalen Referenzoszillator auf, welcher dazu ausgebildet ist, ein lokales Referenzsignal zu erzeugen.
In einem ersten Schritt S1 wird ein globales Referenzsignal durch einen globalen Referenzoszillator erzeugt. Der globale Referenzoszillator kann extern zu den Radarvorrichtungen des Radarsystems angeordnet sein. Der globale Referenzoszillator kann auch ein lokaler Referenzoszillator einer der Radarvorrichtungen sein. In einem zweiten Schritt S2 wird der lokale Referenzoszillator der mindestens einen Radarvorrichtung mit dem globalen Referenzoszillator unter Verwendung des globalen Referenzsignals synchronisiert.
Mindestens eine der Radarvorrichtungen kann dabei eine Sender-Empfänger- Einrichtung und einen Hochfrequenz-Lokaloszillator aufweisen. Der Hochfrequenz-Lokaloszillator erzeugt unter Verwendung des lokalen Referenzsignals ein Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal und gibt das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal an die Sender-Empfänger-Einrichtung aus. Der Hochfrequenz-Lokaloszillator kann dabei ein bei einer (zumindest abschnittsweise) konstanten Frequenz betriebener Oszillator sein.
Die Sender-Empfänger-Einrichtung kann weiter pro Sende-/Empfangskanal einen I-Q-Mischer aufweisen, welcher mit dem Hochfrequenz-Lokaloszillator gekoppelt ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Sender-Empfänger-Einrichtung einen Chirp-Generator zum Erzeugen eines Chirp-Signals aufweist, wobei der Chirp- Generator einen I-Q-Mischer und eine DDS-Einrichtung aufweist. Der Hochfrequenz-Lokaloszillator gibt das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal an den I-Q-Mischer aus. Die DDS-Einrichtung steuert den I-Q-Mischer unter Verwendung des lokalen Referenzsignals an.
Der Hochfrequenz-Lokaloszillator kann auch eine Phasenregelschleifen- Einrichtung und einen I-Q-Mischer aufweisen. Der I-Q-Mischer ist in einem Rückkopplungspfad der Phasenregelschleifen-Einrichtung angeordnet. Der lokale Referenzoszillator gibt das lokale Referenzsignal an die Phasenregelschleifen- Einrichtung sowie an die Digital-Analog-Wandler oder DDS-Einrichtungen aus, welche den I-Q-Mischer ansteuern.
Der lokale Referenzoszillator kann ein Vergleichszeit-Signal oder ein Vergleichsfrequenz-Signal erzeugen. Die Synchronisierungseinrichtung vergleicht das Vergleichszeit-Signal oder das Vergleichsfrequenz-Signal mit einem anhand des globalen Referenzsignals erzeugten Referenzzeit-Signal bzw. Referenzfrequenz-Signal, um den lokalen Referenzoszillator mit dem globalen Referenzoszillator zu synchronisieren.

Claims

Ansprüche
1 . Radarsystem (1 a bis 1 d) mit: einem globalen Referenzoszillator (2), welcher dazu ausgebildet ist, ein globales Referenzsignal zu erzeugen; und einer Vielzahl von Radarvorrichtungen (3a-1 bis 3a-n; 3b-1 bis 3b-n; 3c-1 bis 3c-n; 3d-1 bis 3d-n), welche mit dem globalen Referenzoszillator (2) gekoppelt sind; wobei mindestens eine der Radarvorrichtungen (3a-1 bis 3a-n; 3b-1 bis 3b-n; 3c-1 bis 3c-n; 3d-1 bis 3d-n) einen lokalen Referenzoszillator (4) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, ein lokales Referenzsignal zu erzeugen; und wobei mindestens eine der Radarvorrichtungen (3a-1 bis 3a-n; 3b-1 bis 3b-n; 3c-1 bis 3c-n; 3d-1 bis 3d-n) eine Synchronisierungseinrichtung (5, 6) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, den lokalen Referenzoszillator (4) anzusteuern, um den lokalen Referenzoszillator (4) unter Verwendung des globalen Referenzsignals mit dem globalen Referenzoszillator (2) zu synchronisieren.
2. Radarsystem (1 a bis 1 d) nach Anspruch 1 , wobei mindestens eine der Radarvorrichtungen (3a-1 bis 3a-n; 3b-1 bis 3b-n; 3c-1 bis 3c-n; 3d-1 bis 3d-n) eine Sender-Empfänger-Einrichtung (9a bis 9c) und einen Hochfrequenz-Lokaloszillator (7a; 7d) aufweist; wobei der Hochfrequenz-Lokaloszillator (7a; 7d) dazu ausgebildet ist, unter Verwendung des lokalen Referenzsignals ein Hochfrequenz- Lokaloszillatorsignal zu erzeugen und an die Sender-Empfänger- Einrichtung (9a bis 9c) auszugeben.
3. Radarsystem (1 a bis 1 d), nach Anspruch 2, wobei der Hochfrequenz- Lokaloszillator (7a; 7d) ein bei einer zumindest abschnittsweise konstanten Frequenz betriebener Oszillator ist
4. Radarsystem (1 a; 1 b), nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Sender- Empfänger-Einrichtung (9a; 9b) einen l-Q- Mischer (12) aufweist, und wobei der Hochfrequenz-Lokaloszillator (7a; 7d) dazu ausgebildet ist, das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal an den I-Q-Mischer (12) auszugeben.
5. Radarsystem (1c), nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Sender-Empfänger- Einrichtung (9c) einen Chirp-Generator (41) zum Erzeugen eines Chirp- Signals aufweist, wobei der Chirp-Generator (41) einen I-Q-Mischer (43) und Digital-Analog-Wandler oder eine direkte-digitale-Synthese, DDS,- Einrichtung (45) aufweist; wobei der Hochfrequenz-Lokaloszillator (7a; 7d) dazu ausgebildet ist, das Hochfrequenz-Lokaloszillatorsignal an den I-Q-Mischer (43) auszugeben; und wobei die Digital-Analog-Wandler oder die DDS-Einrichtung (45) dazu ausgebildet sind, unter Verwendung des lokalen Referenzsignals den I-Q- Mischer (43) anzusteuern.
6. Radarsystem (1 d), nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hochfrequenz-Lokaloszillator (7d) eine Phasenregelschleifen-Einrichtung (51) und einen I-Q-Mischer (54) aufweist; wobei die Sender-Empfänger-Einrichtung (9c) Digital-Analog-Wandler oder eine direkte-digitale-Synthese, DDS, -Einrichtung (45) aufweist; wobei der I-Q-Mischer (54) in einem Rückkopplungspfad der Phasenregelschleifen-Einrichtung (51) angeordnet ist; und wobei der lokale Referenzoszillator (4) dazu ausgebildet ist, das lokale Referenzsignal an die Phasenregelschleifen-Einrichtung (51) und die Digital-Analog-Wandler oder die DDS-Einrichtung (45) auszugeben, wobei Ausgangssignale der Digital-Analog-Wandler oder der DDS-Einrichtung (45) den I -Q- Mischer (54) ansteuern.
7. Radarsystem (1 a bis 1 d), nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der lokale Referenzoszillator (4) dazu ausgebildet ist, ein Vergleichszeit-Signal zu erzeugen; und wobei die Synchronisierungseinrichtung (5, 6) dazu ausgebildet ist, das Vergleichszeit-Signal mit einem anhand des globalen Referenzsignals erzeugten Referenzzeit-Signal zu vergleichen, um den lokalen Referenzoszillator (4) mit dem globalen Referenzoszillator (2) zu synchronisieren.
8. Radarsystem (1 a bis 1 d), nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der lokale Referenzoszillator (4) dazu ausgebildet ist, ein Vergleichsfrequenz-Signal zu erzeugen; und wobei die Synchronisierungseinrichtung (5, 6) dazu ausgebildet ist, das Vergleichsfrequenz-Signal mit einem anhand des globalen Referenzsignals erzeugten Referenzfrequenz-Signal zu vergleichen, um den lokalen Referenzoszillator (4) mit dem globalen Referenzoszillator (2) zu synchronisieren.
9. Radarsystem (1 a bis 1 d), nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der lokale Referenzoszillator (4) ein bei einer zumindest abschnittsweise konstanten Frequenz betriebener Oszillator ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems (1 a bis 1 d) mit einer Vielzahl von Radarvorrichtungen (3a-1 bis 3a-n; 3b-1 bis 3b-n; 3c-1 bis Sens 3d-1 bis 3d-n), wobei mindestens eine der Radarvorrichtungen (3a-1 bis 3a-n; 3b-1 bis 3b-n; 3c-1 bis 3c-n; 3d-1 bis 3d-n) einen lokalen Referenzoszillator (4) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, ein lokales Referenzsignal zu erzeugen, mit den Schritten:
Erzeugen (S1) eines globalen Referenzsignals durch einen globalen Referenzoszillator (2); und Synchronisieren (S2) des lokalen Referenzoszillators (4) der mindestens einen Radarvorrichtung (3a-1 bis 3a-n; 3b-1 bis 3b-n; 3c-1 bis 3c-n; 3d-1 bis 3d-n) mit dem globalen Referenzoszillator (2), unter Verwendung des globalen Referenzsignals.
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