SE511151C2 - Förfarande och anordning för att kontrollera funktionen hos en bilradar av FMCW-typ - Google Patents

Description

511 151 10 15 20 25 30 35 se mellan erhållna simulerade måldata och motsvarande förväntade màldata. Dessa senare kan vara beräknade eller empiriskt fastställda.

Enligt uppfinningen kan nämnda radarstràlningspåver- kan med fördel innefatta att man i enheten åstadkommer en lokal radarstrålningsreflektion med i förhållande till normal reflektion i enheten distinkt ändrade mikrovågs- parametrar, speciellt amplitud och företrädesvis även fas då man använder en FMCW-radar.

Enligt ett föredraget utförande av uppfinningen innefattar nämnda styrda påverkan att lokalt i enheten förändra en reflekterande dels impedans för radarstrål- ningen. Den åstadkomna impedansändringen kommer att leda till detekterbara sigOnalvariationer i bilradarsystemets mottagardel, vilka variationer kan utvärderas såsom simulerade màldata.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen utnyttjas en FMCW-radar, speciellt med antenn av så kallad Cassegrain-typ, med en fast subreflektor och en rörlig huvudreflektor. Radarns antennenhet sänder ut en radarsignal, som är frekvensmodulerad, dvs dess frekvens varieras linjärt över tiden. Den mottagna, reflekterade radarsignalen blandas med den utsända, varvid en skill- nadsfrekvens uppstår. Denna är ett mått på den mottagna signalens tidsfördröjning och därmed på avståndet till ett reflekterande mål. För signaler som reflekteras nor- malt inifrån antennenheten är gångtiden så kort att skillnadsfrekvensen i praktiken blir noll.

Genom att i antennenhetens strålgångsväg placera en reflekterande del med variabel radarstràlningsimpedans och styrt påverka denna impedans kan man påverka den i antennenheten mottagna signalen till såväl fas som ampli- tud, därigenom simulerande ett mål på avstånd från an- tennnenheten. Den resulterande effekten blir beroende såväl av nämnda dels impedansvariation (resistivt och reaktivt) som av den exakta placeringen av nämnda del i förhållande till antennenhetens mottagarreferensplan. Som 10 15 20 25 30 35 511 151 ett exempel på det senare kan nämnas att i ett bilradar- system som arbetar med 4 mm våglängd kommer en förflytt- ning av nämnda del med varierbar impedans med 0,5 mm att ge en 90° vridning av resulterande upplevd modulation. På motsvarande sätt kommer den upplevda modulationen att ändra fas om vågutbredningen i antennenheten ändras. Det senare är fallet då antennenheten innehåller ett rörligt reflektorelement. Detta förhållande kan då utnyttjas för att vid utvärdering av den simulerade målsignalen kon- trollera om reflektorelementet rör sig på korrekt sätt.

Enligt ett föredraget utförande av uppfinningen moduleras nämnda dels impedansvariation med en frekvens som motsvarar ett simulerat måls skillnadsfrekvens.

Radarsystemet kommer att uppfatta detta som att det finns ett mål på ett motsvarande avstånd från antennenheten.

Genom att man varierar den modulerande frekvensen kan det simulerade målet flyttas i avstånd. Likaså kan olika starka mål simuleras genom att moduleringen amplitudmäs- sigt varieras.

Den reflekterande delen med variabel radarstràl- ningsimpedans är företrädesvis ett diodorgan. Dess impe- dans kan enkelt varieras genom att man leder en växel- ström genom detsamma. Radarstràlning som når diodorganet kommer att reflekteras på olika sätt beroende på diodor- ganets impedans. I radarmottagaren kommer detta att upp- levas som ett varierande mål. Växelströmmens frekvens kan väljas så att den motsvarar skillnadsfrekvensen för ett simulerat mål som befinner sig på ett visst, intressant avstånd.

Diodorganet är med fördel av så kallad PIN-diodtyp.

Diodorganet kan vara monterat på ett kretskort, på vilket elektronik hörande till antennenheten är monterad. I syfte att öka kopplingen mellan diodorganet och den där- emot infallande mikrovàgsstrålningen kan det vara fördel- aktigt att utnyttja ett extra kopplingselement i anslut- ning till diodelementet. Detta kopplingselement kan utformas som ett till mikrovågsfrekvensen avstämt led- 511 151 10 15 20 25 30 35 ningsmönster i kretskortet eller alternativt som ett till mikrovàgsfrekvensen avstämt mekaniskt element som är mon- terat pá kretskortet och som har viss utsträckning i ver- tikalled ovanför kretskortet. Ett sàdant element kan typiskt ha en dimension av storleksordningen 1 till 4 mm.

Uppfinningen gör det möjligt att pà ett enkelt sätt och till en mycket liten kostnad lösa problem med kon- troll av ett bilradarsystem under uppnàende av en rad fördelar: En övergripande kontroll av sändare, mottagare och antenn (inklusive antennrörelse) möjliggörs utan extern utrustning; Det är fråga om en inbyggd testanordning som är en integrerad del av systemet; Mycket fà och billiga extrakomponenter behövs; Testanordningen kan vara permanent närvarande utan att störa den ordinarie funktionen; Uppfinningen kommer i fortsättningen att beskrivas närmare genom ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar.

Kort beskrivning av ritningarna Fig l är en schematisk sidosektionsvy av en utfö- ringsform av en bilradars antennenhet inbegripande före- liggande uppfinning.

Fig 2 är en partiell vy ovanifràn, med avlägsnat lock, av antennenheten i fig 1.

Fig 3 är en schematisk vy ovanifràn illustrerande stràlgàngen i en antennenhet enligt fig 1 och 2.

Fig 4 är ett blockschema över ett bilradarsystem inbegripande en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig 5 är ett schematiskt diagram som illustrerar ett màldataförlopp vid funktionskontroll under ett antenn- svep.

Beskrivning av utföringsform I fig l och 2 illustreras ett exempel pà en bilra- dars antennenhet, som är försedd med ett reflektionsorgan 10 15 20 25 30 35 511151 med variabel radarstràlningsimpedans i enlighet med före- liggande uppfinning. Antennenheten är av Cassegrain-typ.

Antennenheten begränsas av ett làdformigt hölje innefattande en bottendel 1 med sidoväggar 2, 3, en välvd frontdel 4 utgörande radom och subreflektor, samt ett lock 5. axel 7 genom ett bärorgan 10 lagrat pà vardera sidan om En reflektor 6 är vridbart anbringad kring en reflektorn i lager 8, 9 av till exempel kullagertyp eller annan lämplig lagerform. Reflektorn 6 vrids runt axeln 7 medelst en drivmotor bestående av en fast motordel 11 och en rörlig motordel eller rotor 12. Reflektorns vridnings- rörelse avkänns av en tachometer med en fast del 13 och en rörlig del eller rotor 14. En fast mikrovàgsmatare 15 i form av ett horn uppbärs av ett stödelement 16 anbring- ad mellan drivmotorn och lagret 8. I anslutning till stödelementet är även antennenhetens mikrovàgsenhet 17 inrymd. I höljets bottendel 1 finns vidare utrymme 19 för elektronik 18. Elektroniken är monterad pà undersidan av ett kretskort 20.

Under drift utsänds en radarsignal i mikrovàgsomrà- Signalen reflekteras mot subreflek- Reflektorn 6 reflekte- det genom mataren 15. torn 4 tillbaka mot reflektorn 6. rar signalen mot subreflektorn 4 som denna gång transmit- terar signalen pà grund av att signalens polarisation ändrats under reflektionsförloppet fràn det att signalen reflekteras mot subreflektorn (se fig 3). En mot radar- anordningen infallande signal följer samma förlopp som den utsända signalen men i omvänd ordning. Genom att medelst en drivmotor 11, 12 vrida reflektorn 6 fram och tillbaka runt vridningsaxeln 7 kan man bringa radarstrà- len att svepa inom ett vinkelomràde som bestäms av reflektorns vridningsrörelse i samverkan med subreflek- torn 4. Tachometern 13, 14 övervakar reflektorns vrid- ningsrörelser och styr via ett icke visat servo drivmo- torn 11, 12 att arbeta inom fastställd svepfrekvens. 511 1-51 10 15 20 25 30 35 Antennenheten är närmare beskriven i publikationen WO 96/36088, vartill härmed hänvisas vad gäller ytterli- gare konstruktionsdetaljer.

Ett reflektionsorgan med variabel impedans i form av en diod 21 är monterat pà kretskortets 20 ovansida nära subreflektorns 4 ena undre änddel. Dioden 21 liksom dess drivorgan, som beskrivs i anslutning till fig 4, kan såsom inses synnerligen enkelt integreras i elektroniken 18.

Såsom torde framgå av fig 3, som schematiskt visar stràlgången i antennenheten, kommer dioden 21 att vara placerad i utkanten av strålgàngsomràdet och icke störa den normala driften. Dioden kommer dock att nås av en del av den strålning som lämnar hornet 15.

I den visade utföringsformen är såsom nämnts huvud- reflektorn 6 rörlig. kommer den Då denna reflektor vrids, totala strålvägen till dioden 21 att ändras, vilket kom- mer att medföra att det resulterande fasläget hos den på grund av reflektion hos dioden mottagna signalen också kommer att ändras. Härigenom kommer reflektorns rörelse att kunna kontrolleras, såsom kommer att framgå.

I fig 4 visas ett blockschema över en utföringsform av ett bilradarsystem som inbegriper föreliggande uppfin- ning. En oscillator 41 alstrar en mikrovågssignal, vars frekvens typiskt är 77 GHz. Denna signal matas via en riktkopplare 42 och en cirkulator 43 till antennenhetens horn 15. Oscillatorns 41 frekvensmoduleras av en modula- tor 40. Modulatorn matar en styrsignal till oscillatorn så att denna periodiskt linjärt ändrar sin frekvens mel- lan två värden, varigenom önskat radarfrekvenssvep erhål- les.

Den i antennenhetens stràlgàng befintliga dioden 21 matas med växelström från en signalgenerator 44. Frekven- sen för den erhållna växelströmsmoduleringen av dioden 21 kan typiskt vara 200 kHz. Signalgeneratorn 44 synkronise- ras med frekvenssvepet via en ledning 45 fràn frekvensmo- dulatorn 40. 10 15 20 25 30 35 511 151 Av hornet 15 mottagna reflekterade radarsignaler matas via cirkulatorn 43 till en blandare 46, där de blandas med den fràn riktkopplaren 42 erhållna utsända signalen. Skillnadsfrekvenssignalen som fàs làgpassfilt- reras i ett filter 47. Den filtrerade signalen förstärks i en förstärkare 48. Den förstärkta signalen analog- digitalomvandlas i en AD-omvandlare 49 och matas därefter till en frekvensanalysator 50 för FFT (Fast Fourier Transform) - spektrumberäkning. Ytterligare konventionell behandling av erhàllna resultat sker i en mikroprocessor 51, där radarmáldata tas fram och utvärderas. Dà utvärde- ringen i samband med funktionskontroll visar någon fel- funktion ges signal härom, t ex medelst en signallampa 52. Mikroprocessorn 51 utmatar vid normal drift màldata- information pà en utgàngsledning 53 för sedvanligt utnyttjande.

Efter FFT-kretsen 50 erhålls en datamängd som motsvarar spektrum av signalen efter làgpassfiltret 47.

Denna består av ett komplext tal för varje frekvens. Dà frekvensen hos signalgeneratorn 44 ändras, kommer man att fà en motsvarande ändring i spektrumet.

Efter FFT-beräkning bestäms sålunda amplitud och fas för den frekvenskomponent som motsvarar signalgeneratorns frekvens. Detta upprepas för varje radarfrekvenssvep.

Sàsom tidigare beskrivits utför huvudreflektorn 6 en periodisk, fram- och àtergàende vridrörelse, som ger ett antennsvep. Under varje antennsvep genomlöps ett antal radarfrekvenssvep. I samband med funktionskontroll modu- leras dioden 21 under ett valt antennsvep, och FFT-beräk- ning och utvärdering sker för varje radarfrekvenssvep. Då huvudreflektorn vrids fràn sitt ena ändläge till det andra, kommer det tidigare nämnda komplexa talet att variera, dvs spektralkomponenten för diodens modulations- komponent kommer att ändra fas och amplitud i direkt mot- svarighet till huvudreflektorns vridningsvinkel. I fig 5 illustreras schematiskt ett sàdant förlopp. I figuren motsvarar varje pil 61, 62, ... 69 en viss vinkel hos 511 151 10 huvudreflektorn. Såsom torde utan vidare inses ger en utvärdering i mikroprocessorn 51 av nämnda förlopp i relation till ett exempelvis tidigare lagrat, förväntat förlopp en enkel möjlighet att kontrollera reflektorns vridrörelse liksom radarsystemets hela signalväg inklu- sive sändare, mottagare och antenn.

Uppfinningen är självfallet icke inskränkt till det beskrivna utförandet, utan ändringar och modifikationer är möjliga inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (18)

lO 15 20 25 30 9 511 151 PATENTKRAV

1. Förfarande för att kontrollera funktionen hos en bilradar av FMCW-typ, k ä n n e t e c k n a t av att man i strålgången i bilradarns sändar/mottagarantennenhet genom styrd påverkan av radarstrålningen däri simulerar ett på avstånd från enheten beläget mål och att man utvärderar i bilradarn därigenom erhållna måldata.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda utvärdering innefattar jämförelse mellan erhållna màldata för det simulerade målet och i förväg bestämda màldata svarande mot nämnda styrda påverkan.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att nämnda styrda påverkan innefattar att i enheten lokalt åstadkomma en radarstrålnings- reflektion med i förhållande till ordinär reflektion i enheten förändrad amplitud och företrädesvis även fas.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda styrda påverkan innefattar att lokalt i enheten förändra en reflekterande dels impedans för radarstrålningen.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att förändringen sker periodiskt med en frekvens svarande mot ett visst avstånd för det simulerade målet.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att frekvensen varieras för simulering av mål på olika avstånd.

7. Förfarande enligt krav 5 eller 6, k ä n n e - t e c k n a t av att storleken på förändringen varieras för simulering av olika starka mål.

8. Förfarande för att kontrollera funktionen hos en bilradar av FMCW-typ, k ä n n e t e c k n a t av att man i strålgången i bilradarns sändar/mottagarantenn- enhet styrt åstadkommer en radarstrålningspåverkan, så att en reflekterad radarsignal erhålls, vilken representerar ett simulerat, på avstånd från enheten 511 151 10 10 15 20 25 30 35 befintligt mål svarande mot nämnda styrda radarstrål- ningspåverkan, och att man utvärderar den sålunda erhållna målsignalen och relaterar erhållna måldata till föväntade, mot den styrda radarstrålningspåverkan svarande måldata.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att man i radarstrålgången anordnar ett organ med styrbar radarstrålningsimpedans och att nämnda styrda radarstrål- ningspàverkan innefattar att styra nämnda radarstrålnings- impedans för åstadkommande av en radarstrålningsreflektion svarande mot det simulerade målet.

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att man varierar nämnda impedans med en frekvens, som svarar mot ett simulerats màls målsignalfrekvens, och utvärderar fas och företrädesvis även amplitud för motsvarande erhållna målsignal av nämnda frekvens.

11. ll. Förfarande enligt krav 10, då sändar/mottagar- antennenheten har ett rörligt reflektorelement för styr- ning av den utgående radarstålningen i olika riktningar, k ä n n e t e c k n a t av att man anordnar organet med styrbar radarstrålningsimpedans, så att dess elektriska avstånd från enhetens strålningsmottagningsställe varie- rar med reflektorelementets rörelse, och att man utvärde- rar den mottagna simulerade målsignalens fas och amplitud för kontroll av reflektorelementets rörelse.

12. Anordning för att kontrollera funktionen hos en bilradar av FMCW-typ, som innefattar en sändar/mottagar- antennenhet, organ för att mata enheten med signaler så att denna utsänder radarstrålning och organ för att behandla signaler fràn enheten härrörande från av enheten mottagen, reflekterad radarstrålning i och för framtagande av radar- måldata, k ä n n e t e c k n a t av att den innefattar ett i nämnda enhet i radarstrålgången anordnat reflektions- organ med styrbara radarstrålningsreflekterande egenskaper, organ för att styra nämnda reflektionsorgan till att reflektera radarstrålning svarande mot ett simulerat, på 10 15 20 25 11 avstånd från enheten befintligt mål, 511151 samt organ för att utvärdera radarmáldata svarande mot det simulerade målet.

13. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda reflektionsorgan har styrt varierbar radar- stràlningsimpedans.

14. Anordning enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda reflektionsorgan är ett diodelement, varvid nämnda styrorgan är anordnade att växelströmmata diod- elementet.

15. Anordning enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda styrorgan är anordnade att växelströmmata diodelementet med varierbar frekvens och/eller varierbar amplitud.

16. dar/mottagarantennenheten har ett och ett rörligt reflektorelement, Cassegrain-typ, Anordning enligt något av kraven 12-15, k ä n n e t e c k n a d då sän- fast reflektorelement speciellt av så kallad av att reflek- tionsorganet är anordnat mellan det fasta reflektor- elementet och det rörliga reflektorelementet, företrädes- vis vid ena änden av det fasta reflektorelementet.

17. mottagarantennenhets strålgång inbyggt, Användning av ett i en FMCW-bilradars sändar/ simulerat avståndsmàl för kontroll av bilradarns funktion.

18. Användning enligt krav 17, varvid det simulerade målet innefattar ett strålningsreflekterande organ med varierbar radarstrålningsimpedans, organ. företrädesvis ett diod-