WO2022129005A1 - Programmierbare faseroptische verzögerungsstrecke - Google Patents

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WO2022129005A1
WO2022129005A1 PCT/EP2021/085628 EP2021085628W WO2022129005A1 WO 2022129005 A1 WO2022129005 A1 WO 2022129005A1 EP 2021085628 W EP2021085628 W EP 2021085628W WO 2022129005 A1 WO2022129005 A1 WO 2022129005A1
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optical
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delay
terminal
delay line
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Jonathan Watkins
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Dspace Gmbh
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    • G02F2201/205—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 delay line of fibre type

Definitions

  • the invention relates to a programmable fiber optic delay line and a target simulator with a programmable fiber optic delay line.
  • An environmental sensor is understood to mean an electronic control unit with at least one sensor-emitting element for emitting a transmission signal and a sensor-receiving element for receiving a reflection signal.
  • These environmental sensors work with electromagnetic waves using a scanning principle - they emit an electromagnetic transmission signal and register the reflection signal reflected by environmental objects, from which they draw conclusions about the distance and/or speed and other properties of the environmental object. Most of these sensors are radar sensors, but lidar sensors can also be tested. The only fundamental difference between them is the frequency of the electromagnetic radiation used.
  • Generic environment sensors are used, for example, to obtain measurement data from the vehicle environment for emergency braking (AEB - Automatic Emergency Brake), distance control (ACC - Adaptive Cruise Control) and lane change assistants (LCS - Lane Change Support).
  • AEB Automatic Emergency Brake
  • ACC Adaptive Cruise Control
  • LCDS Lane Change Support
  • Typical environmental sensors include one or more emitting and receiving elements - such as radar antennas, logic for measuring and evaluating detected radar signals and interfaces to other control units in the vehicle.
  • the radar device emits suitable electromagnetic waves in the radio frequency range - here the transmission signal - in a certain direction from its surroundings and waits for a reflected echo signal - here the reflection signal.
  • Test benches are known from the prior art, as have been used for some time in the field of control unit tests. Test benches of this type are used, for example, to test automotive control units.
  • the control unit is exposed to a simulated environmental scene with virtual environmental objects and its reaction evaluated.
  • a common test situation is also functional tests and calibration tasks at the end of the production line of environmental sensors.
  • the sensor control unit should be stimulated with real sensor signals so that it cannot distinguish the test situation from a "real" measurement situation. The demands on the accuracy of the simulated signal are high.
  • a simulated environmental scene is calculated using a real-time capable simulator system and physical signals are generated from this using a target simulator, to which the control unit to be tested is exposed.
  • the trigger for the transmission of such a physical echo signal is the reception of the transmission signal transmitted by the control unit on the test bench side.
  • the distance measurement of the environmental sensor is based on the transit time principle, with the environmental sensor measuring the signal transit time from emission to detection of the reflection signal and calculating the distance of the detected object from this.
  • One functionality of the target simulators used for testing environmental sensors is therefore the delay in the scanning signal emitted by the environmental sensors.
  • Various techniques can be used for this, with a particularly advantageous technique being the delay by means of extended signal propagation paths through fiber optic lines in a fiber optic delay link.
  • Such a delay line is known, for example, from WO93/07508.
  • Typical difficulties of the various solutions for delaying signals for simulating distances are regularly offering the smallest possible minimum distance that can be simulated, a large total distance that can be simulated, and a resolution in small steps of the distances that can be simulated between the two end points.
  • the object of the present invention is to further develop the prior art.
  • the object is achieved by a programmable fiber-optic delay line with the features of claim 1 and by a target simulator with the features of claim 9.
  • the fiber-optic delay line according to the invention has a number of optical transfer switches connected in series.
  • An optical transfer switch is generally to be understood as a 2x2 switch with four terminals for coupling in optical signals, the terminals being arranged in pairs at the top and bottom of the switch.
  • Such an optical transfer switch has up to five different switching states: each through-connected upper or lower terminals ("bar state"), or the connection of an upper and a lower terminal crosswise, alternatively in two orientations (left-top to right-bottom or vice versa), and the crosswise connection of the last two variants at the same time ("cross state").
  • bar state through-connected upper or lower terminals
  • cross state cross state
  • optical transfer switch terminals described above are also called “pig-tails". They comprise short lengths of fiber optic cable with an optical coupling element via which an optical signal can be coupled into the switch.
  • the length of these legs plays a role for the invention insofar as they contribute to the total delay of the optical delay line and thus increase the minimum delay that can be imposed.
  • An optimization goal of such structures is therefore always to keep the overall length as short as possible with a minimum set delay. The number of switches placed in the delay line with this setting should therefore be minimized.
  • the delay line is now made up of optical transfer switches connected in series. To put it simply, the switches form a row. Legs that are next to each other will be on one side of the row - for example the lower or the upper, directly connected to each other. The designations "bottom/top” correspond here with the definition made above. The other side of the row is connected to each other by fiber optic delay elements of a predefined length.
  • the outer optical transfer switches in the series now form the input and the output of the delay line.
  • the connection of a first transfer switch in the vicinity of a second transfer switch to a third transfer switch can be made by a delay element of a predefined length, or also directly by connecting the terminals.
  • the advantage of this procedure is that the total number of switches can be reduced by this circumvention, or at least the minimum delay that can be simulated can be reduced.
  • the mode of operation of the delay line is now such that different combinations of delay lengths can be set by setting the switching states of the optical transfer switches.
  • the switching statuses are set by a computer system which is connected to the optical transfer switches with suitable data connections and can influence the switching status of the transfer switches.
  • the length of the fiber-optic delay elements is determined in such a way that the desired different delay values can be set from a desired minimum to a maximum delay value by switching the different switching states. It should be noted that the number of delay increments increases with the number of switches used, but so does the size of the delay that is present anyway due to the delay path.
  • the first switch is connected to the third switch, bypassing the second switch, by means of a delay element with a predefined length.
  • One or more switches can be bypassed.
  • the delay value of the programmable delay line can be adjusted by switching the fiber-optic delay elements in or out of the delay line, in which the optical transfer switches are computer-aided are controlled and the desired switching states of the optical transfer switch can be set.
  • the adjustable delay values of the programmable fiber optic delay line are specifically defined by their length being chosen such that the desired increments of the delay values can be set.
  • the fiber-optic delay line for simulating spatial distances for an environment sensor based on electromagnetic waves, it has at least three optical transfer switches, the transfer switches being connected to one another by a large number of optical fiber sections, so that a continuous delay line with a plurality of different delay values is formed , and wherein different delay values depend on the switch positions of the transfer switches, and wherein a terminal of a first transfer switch is connected to a third transfer switch bypassing at least one second transfer switch.
  • An advantage of this embodiment is that the number of transfer switches can be kept lower than is usual in the prior art when a minimum delay is set.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the programmable fiber-optic delay line has a first set of fiber-optic delay elements, each fiber-optic delay element connecting two transfer switches to one another.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the optical delay line is constructed from a first row of optical transfer switches and a second row of optical transfer switches. It is provided that a switch assumes the function of a breakout switch, and a distributor transfer switch is provided. Breakout switches and splitter transfer switches, like all other switches, are optical transfer switches. They are connected in the fiber optic delay line in such a way that a signal either passes through all switches of the first and second row or only through the first number of transfer switches. This has the advantage that a large number of different delay values can be switched, and yet a minimum total delay, ie a minimum delay value of the programmable ones fiber optic delay line, is achieved.
  • N+1 transfer switches must be used, which then all contribute to the minimum possible delay.
  • the advantage of the invention is that only the transfer switches up to the breakout switch contribute to the minimum delay, while the delay path has a significantly higher number of transfer switches overall—namely the transfer switches of the first and second number together.
  • the choice of the position of the interruption in the delay line depends on the exact configuration of the delay line. For this, it must be considered which requirements are placed on the increment of the adjustable delay values. From this and based on the length of the connections that connect the terminals directly to each other ("pig-tails"), a statistically optimal position of the breakout switches results.
  • the programmable fiber-optic delay line has a first row of optical transfer switches and a second row of optical transfer switches.
  • the transfer switches of the first row are in each case lined up by connecting pairs of terminals, in that two terminals of two optical transfer switches are connected to one another by an optical delay element.
  • two further terminals of these optical transfer switches are connected, e.g. as directly as possible via the connection of their pigtails.
  • their transfer switches are also lined up by connecting pairs of terminals by first terminals of two optical transfer switches being connected to one another by an optical delay element, and second terminals of these optical transfer switches are connected to each other.
  • the delay line has a distribution transfer switch which is assigned neither to the first nor to the second.
  • a first terminal of the distribution transfer switch is connected to a third terminal of a second-row optical transfer switch, and a second terminal of the distribution transfer switch is connected to a third terminal of a first-row optical transfer switch provided as a breakout switch, so that the first-row optical transfer switches bypass the second Series is connectable to the distribution transfer switch.
  • the distribution transfer switch has connections to both rows.
  • first row of optical transfer switches is connected to the second row of optical transfer switches by connecting a fourth terminal of a first row optical transfer switch to a third terminal of a second row optical transfer switch, and wherein a third terminal of a first row optical transfer switch and a third terminal of the distribution transfer switch are designed as signal interfaces for coupling/decoupling optical signals.
  • a preferred embodiment of the invention provides that two of the fiber optic delay elements are chosen to be of the same length. This procedure is based on the knowledge that the production of optical fiber sections is subject to an inaccuracy that is in the range of the desired increment. Choosing two delay elements with the same length can make sense if the requirements placed on the maximum delay are lower than can be achieved with the number of switches and the delay elements selected. The goal is to achieve the same adjusted overall delay with several switching state combinations of the transfer switches. It is then possible, by duplicating two delay elements in the region of the larger delays, to create a possibility of calibrating the delay line before use in such a way that it meets the desired requirements for accuracy of the step size and accuracy of the simulated distance.
  • all combinations possible with the delay line are set, subjected to a test signal and measured one after the other.
  • the test signal is generated and measured back by an external device.
  • the measurement results are then sorted according to the size of the delay and the delay distance is programmed in such a way that the selected - exact - delays can be set.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the delay line is used in a target simulator.
  • the environmental sensor to be tested can be a radar distance sensor, an ultrasonic sensor, or a lidar sensor.
  • the target simulator has suitable simulator emission and reception elements. In the case of a radar distance sensor, these two elements are provided by radar antennas on the simulator side.
  • a down-converter is provided, which down-converts the scanning signal emitted by the environmental sensor to be tested and received by the simulator receiving element to an intermediate frequency, as well as an optocoupler for converting the electrical Intermediate frequency signal into an optical signal.
  • This signal can be coupled into the delay line according to the invention and the desired delay can be applied to it by program-controlled setting of the optical transfer switches.
  • a further optocoupler which can convert the delayed signal into an electrical intermediate frequency signal.
  • an amplifier can optionally be provided, with which the signal can be attenuated or amplified.
  • the advantage of such a component is that more realistic echo signals can be generated. For example, a distant object is usually detected with a weaker echo signal than a closer object. The simulated echo signal can therefore be generated more realistically with an amplifier/attenuator component.
  • a Doppler generator can be provided, which is set up to impress the signal with a Doppler frequency for simulating a relative speed with respect to the environmental sensor to be tested.
  • an up-converter which up-converts the signal from the intermediate frequency to an RF frequency and makes it available for emission by the simulator emission element.
  • the order of the components described here does not necessarily have to be adhered to - other combinations are also conceivable. Provision can also be made for the Doppler generator and the up-converter to be implemented in one component.
  • the target simulator has a self-test function. It is provided here that the target simulator has a test signal generation component to generate a test signal and to couple it in at a point in the signal path within the target simulator—e.g. at the optocoupler, which converts the electrical signal into an optical signal, or at the down-converter.
  • the test signal can be a laser, for example, or an electrical signal source.
  • a signal detection component is provided, which measures the test signal and determines its signal propagation time. This measurement can be made at various points in the signal path, for example at the optocoupler, which converts the optical signal into an electrical signal, or at the upconverter.
  • the advantage of a self-test function is that when using the target simulator it can be determined at any time whether the deceleration value provided by the delay line is the desired value.
  • changes in the internal components can occur over time, which can falsify the simulated echo signal.
  • a high degree of accuracy and reliability is particularly important for tests at the end of production lines (“end of line” tests). of the simulation signal plays a role, since environmental sensors basically have safety-critical functionalities.
  • the possibility of feeding in a test signal at different points in the signal path of the target simulator and being able to measure it back offers a flexible and time-saving possibility to keep the test quality constant.
  • the target simulator is installed in a test bench structure.
  • This also includes means for bringing the simulator radiation elements of the target simulator to predetermined positions within the scenery perceived by the environmental sensor to be tested and, starting from these positions, to make an echo signal perceptible by the environmental sensor to be tested. This can be ensured by moving/rotating the environmental sensor under test relative to statically arranged simulator radiating elements, but also by moving the simulator radiating elements relative to a statically positioned environmental sensor under test, or by driving a plurality of simulator radiating elements arranged within the backdrop.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an optical delay line according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic view of a first embodiment according to the invention of a programmable delay path with three delay stages
  • FIG. 3 shows a schematic view of a second embodiment according to the invention of a programmable delay line with 14 delay stages
  • FIG. 4 shows a schematic view of a third embodiment according to the invention of a programmable delay line with 14 delay stages
  • FIG. 5 shows a schematic view of a simulator device with a target simulator according to the invention
  • FIG. 1 shows a fiber-optic delay line as is known from the prior art. It includes four optical transfer switches SW1, SW2, SW3, SW4, which are arranged side by side. Adjacent lower terminals are connected to each other, respectively, while adjacent upper terminals are connected by Delay A, Delay B, and Delay C connectors. A signal can be coupled into the delay line through port 1 or port 2.
  • the various switching states are shown in Figures 1A-1H. There are eight different delay stages and a minimum total delay "Minimum Delay", which is generated by the four transfer switches.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a delay line according to the invention with the various switching states, here having three transfer switches FS1, FS2, FS3 (3 bits). Adjacent switches are connected at their lower terminals and at their upper terminals to fiber optic delay elements A, B of a predefined length. The terminals at the top outside in the delay line are connected to each other with the delay element C in the vicinity of the transfer switch FS2.
  • Figures 2A to 2E show the five different adjustable switching states of the three transfer switches FS1, FS2, FS3. Depending on the switching state, a signal injected through one of the input ports Port 1, Port 2 is delayed by the set amount. In Figure 2A, all switches are in the lower bar state - the connection between the lower terminals is through-connected.
  • the delay line provides the minimum possible delay, which results from three switches in this embodiment, not from four, as described in the example for FIG.
  • Other switching states include switching states with the "cross state” - one or both terminal pairs are cross-connected.
  • Figures 2B and 2C show two switches with a simple "cross state” and a “bar state” connections. They each provide the minimum delay plus the delay through delay element A (Figure 2B) or through delay element B ( Figure 2C). This is indicated in the drawing by “minimum delay+delay A” in FIG. 2B and “minimum delay+delay B” in FIG. 2C, and there are comparable markings in the other figures.
  • the maximum possible delay in this example is shown in Figure 2E, in which the switches each connect cross-terminal pairs through.
  • the total delay here includes twice the minimum delay, since the signal traverses the three switches twice, and the delay through the fiber optic delay elements A, B, C of predefined length.
  • the choice of the length of the various delay elements depends on the application for which the delay line is to be used. Depending on the application, more delays with a small amount may be desired - for example, if the environmental situation to be simulated mainly has objects in the vicinity of the environmental sensor to be tested. Conversely, it may be desirable to be able to set a minimum delay but still a large maximum delay for testing a long-range environmental sensor, such as a long-range radar.
  • FIG. 3 shows a delay line with 14 fiber-optic delay elements A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N and a total of 17 transfer switches FS1 up to FS17 (14 bit).
  • the delay line is divided into two parts, one part having switches FS1 to FS7 and delay elements A to F, and the other part having switches FS8 to FS16 and delay elements G to N, and transfer switch FS17.
  • the side-by-side switches of both parts are each connected to one another as already described for Figure 2 via their lower facing terminals, and to the delay elements via their upper facing terminals.
  • transfer switch FS7 The transition to the next part of the delay line begins with transfer switch FS7.
  • transfer switch FS7 is the bottom terminal of Transfer switch FS7 connected to transfer switch FS17 bypassing the second part of the delay line, while the upper terminal is connected to the lower terminal of transfer switch FS8.
  • Unnecessary terminals at switches FS1, FS8, FS16 and FS17 remain open here.
  • a total of 40,960 different combinations are possible with the delay line based on the 14 fiber optic delay elements. With the division of the delay section into two parts, the result when setting the minimum delay is that seven transfer switches instead of 15 transfer switches contribute to this.
  • FIG. 4 shows an example of the delay line according to the invention, which was already described in FIG.
  • the figure also shows the coupling points FIBER RX and FIBER TX (corresponds to the designations port 1 and port 2 in the previous figures), via which the signal to be delayed is coupled into the delay line and coupled out again.
  • the designation here indicates that the signal received by a simulator receiving element such as a radar receiving antenna and to be delayed is received by the FIBER RX coupling point and is coupled out through the FIBER TX coupling point or coupling point and is radiated again by the simulator radiation element.
  • the connections between the transfer switches are drawn with different types of lines: dashed lines indicate fiber optic delay elements with a predefined length, dotted and solid lines indicate connections of the terminals of the transfer switches to each other.
  • the transfer switches FS1 to FS7 through which a signal to be delayed passes in succession in the delay line, are arranged next to one another, as already described in connection with FIG.
  • the length of the connecting elements T1 and T2 between the transfer switches FS1 and FS2 and FS2 and FS3 are selected such that, matching the length of the delay elements D1, D2, D3, there is a constant increment between the delay values at the start of the delay path, while maintaining the minimum possible smallest delay. This allows the step size to be smaller than the length of the delay elements.
  • the transfer switches FS8 to FS16 are interwoven here.
  • the transfer switches that follow one after the other within the delay line are in not next to each other in this part of the delay line. This arrangement is chosen to keep the connection between FS7 and FS17 as small as possible.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a simulator device with an environmental sensor to be tested SEN, which has a sensor emission and reception element S_ANT.
  • the environmental sensor SEN is a radar distance measuring device that works with a frequency in the RF range.
  • the environmental sensor SEN determines a distance between the environmental sensor SEN and an object from the total propagation time of a signal.
  • a transit time of the scanning signal SSEN to the object and a transit time of an echo signal reflected on the object back to the environmental sensor SSEN contribute to the overall transit time of the signal.
  • the schematic representation in Figure 5 includes a target simulator RTS, comprising a simulator emission and reception element SIM_ANT, a down-conversion mixer MIX1 suitable for down-conversion of an RF signal to an intermediate frequency, an optocoupler OPT1, the delay line according to the invention, an amplifier/attenuator AMP, a Doppler generator DOPP (optional, device for impressing a Doppler frequency), and an upconverter MIX2 suitable for upconverting an RF signal.
  • the Doppler generator DOPP and the upconverter MIX2 can optionally also be implemented in one component.
  • the receiver is designed to receive a scanning signal SSEN emitted by the distance measuring device SEN in the form of electromagnetic waves SSEN via the simulator antenna SIM_ANT, to downconvert it to an intermediate frequency using the downmixer MIX1, the downconverted electrical signal using the optocoupler OPT1 in to transform an optical signal (for example to a frequency in the infrared range) and to couple it into the delay line DEL.
  • the simulator device RTS is designed to transform the delayed signal by means of the optocoupler OPT2 into an electrical signal, which is amplified or attenuated to the desired power in the amplifier/attenuator AMP.
  • the resulting signal can then be charged with a Doppler frequency and upconverted to the original RF frequency using the upconverter MIX2 and radiated using the simulator antenna SIM_ANT.
  • a computer system COM is provided, which carries out an environment simulation and which is set up to control the delay line DEL and the optical transfer switch located therein and to set a delay predetermined by the simulation. This delay then corresponds to the relative distance of a simulated virtual object from the environmental sensor SEN to be tested.

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Abstract

Programmierbare faseroptische Verzögerungsstrecke zur Simulation von räumlichen Abständen für ein auf elektromagnetischen Wellen basierendes Umgebungssensor, welche wenigstens drei optische Transferschalter aufweist, und die Transferschalter durch eine Vielzahl optischer Faserabschnitte untereinander verbunden sind, so dass eine durchgehende Verzögerungsstrecke mit mehreren unterschiedlichen Verzögerungswerten gebildet ist, wobei unterschiedliche Verzögerungswerte von den Schalterstellungen der Transferschalter abhängen, und wobei ein Terminal eines ersten Transferschalters unter Umgehung wenigstens eines zweiten Transferschalters mit einem dritten Transferschalter verbunden ist.

Description

Programmierbare faseroptische Verzögerungsstrecke
Die Erfindung betrifft eine programmierbare faseroptische Verzögerungsstrecke und einen Zielsimulator mit einer programmierbaren faseroptischen Verzögerungsstrecke.
Unter einem Umgebungssensor wird ein elektronisches Steuergerät mit wenigstens einem Sensor-Abstrahlelement zum Abstrahlen eines Sendesignals und einem Sensor- Empfangselement zum Empfangen eines Reflexionssignals verstanden. Diese Umgebungssensoren arbeiten dabei mit elektromagnetischen Wellen mit einem Abtastprinzip - sie senden ein elektromagnetisches Sendesignal aus und registrieren das an Umweltobjekten reflektierte Reflexionssignal, aus welchem sie Rückschlüsse über Abstand und/oder Geschwindigkeit und weitere Eigenschaften des Umweltobjekts ziehen. Bei diesen Sensoren handelt es sich überwiegend um Radarsensoren, aber es können durchaus auch Lidar-Sensoren getestet werden. Sie unterscheiden sich ganz grundsätzlich nur durch die verwendete Frequenz der elektromagnetischen Strahlung.
Gattungsgemäße Umgebungssensoren werden zum Beispiel eingesetzt, um Messdaten aus der Fahrzeugumgebung für Notbrems- (AEB - Automatic Emergency Brake), Abstandregel- (ACC - Adaptive Cruise Control) und Spurwechselassistenten (LCS - Lane Change Support) zu erhalten. Diese sicherheitsrelevanten Regelautomaten benötigen Echtzeitinformationen über Position und Geschwindigkeit herannahender Hindernisse wie zum Beispiel Verkehrsteilnehmer oder ortsfeste Objekte in der Fahrzeugumgebung, um rechtzeitig in die Fahrzeugführung einzugreifen und Kollisionen zu vermeiden.
Typische Umgebungssensoren umfassen eine oder mehrere Abstrahl- und Empfangselemente - also beispielsweise Radarantennen, eine Logik zum Messen und Auswerten detektierter Radarsignale und Schnittstellen zu anderen Steuergeräten des Fahrzeugs. Das Radargerät sendet geeignete elektromagnetische Wellen im Radiofrequenzbereich - hier das Sendesignal - in eine bestimmte Richtung seiner Umgebung ab und wartet auf ein reflektiertes Echosignal - hier das Reflexionssignal.
Sensoren dieser Art sind vergleichsweise aufwändig zu testen. Aus dem Stand der Technik bekannt sind Prüfstände, wie sie seit einiger Zeit im Bereich der Steuergerätetests eingesetzt werden. Prüfstände dieser Art werden beispielsweise verwendet, um automotive Steuergeräte zu testen. Dabei wird das Steuergerät einer simulierten Umweltszene mit virtuellen Umgebungsobjekten ausgesetzt und dessen Reaktion ausgewertet. Eine übliche Testsituation sind auch Funktionstests und Kalibrieraufgaben am Ende der Produktionslinie von Umgebungssensoren. Um in diesen Testsituationen eine möglichst realistische Situation zu schaffen soll das Sensorsteuergerät mit realen Sensorsignalen stimuliert werden, so dass es die Prüfsituation nicht von einer „echten“ Messsituation unterscheiden kann. Die Anforderungen an die Genauigkeit des simulierten Signals sind dabei hoch.
Dafür wird mittels eines echtzeitfähigen Simulatorsystems eine simulierte Umweltszene berechnet und aus dieser mittels eines Zielsimulators physikalische Signale generiert, denen das zu testenden Steuergerät ausgesetzt wird. Auslöser für das Aussenden eines solchen physikalischen Echosignals ist der prüfstandseitige Empfang des vom Steuergerät ausgesendeten Sendesignals.
Damit der zu testende Umgebungssensor anhand eines empfangenen simulierten Echosignals die gewünschten Messergebnisse erzielt, muss dem Echosignal, neben anderen Parametern wie zum Beispiel einer Dopplerverschiebung, eine zeitliche Verzögerung aufgeprägt werden. Die Abstandsmessung des Umgebungssensors basiert auf dem Laufzeitprinzip, wobei der Umgebungssensor die Signallaufzeit von Abstrahlung bis Detektion des Reflektionssignals misst und daraus den Abstand des detektierten Objekts errechnet.
Eine Funktionalität der für den Test von Umgebungssensoren eingesetzten Zielsimulatoren ist daher die Verzögerung des durch den Umgebungssensor abgestrahlten Abtastsignals. Hierfür können verschiedene Techniken verwendet werden, wobei eine besonders vorteilhafte Technik die Verzögerung mittels verlängerter Signallaufwege durch faseroptische Leitungen ist in einer faseroptischen Verzögerungsstrecke ist.
Eine solche Verzögerungsstrecke ist beispielsweise aus W093/07508 bekannt. Typische Schwierigkeiten der verschiedenen Lösungen für die Verzögerung von Signalen zur Simulation von Abständen sind regelmäßig, einen möglichst kleinen minimalen simulierbaren Abstand anzubieten, einen großen simulierbaren Gesamtabstand und eine kleinschrittige Auflösung der zwischen den beiden Endpunkten simulierbaren Abstände.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik weiterzubilden. Die Aufgabe wird durch eine programmierbare faseroptische Verzögerungsstrecke mit den Merkmalen des Anspruch 1 , sowie durch einen Zielsimulator mit den Merkmalen des Anspruch 9 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße faseroptische Verzögerungsstrecke weist eine Anzahl hintereinander geschalteter optischer Transferschalter auf. Ein optischer Transferschalter ist dabei in der Regel zu verstehen als 2x2-Schalter mit vier Terminals zur Einkopplung von optischen Signalen, wobei die Terminals in Paaren oben und unten am Schalter angeordnet sind. Ein solcher optischer Transferschalter hat dabei bis zu fünf verschiedene Schaltzustände: Jeweils durchverbundene obere oder untere Terminals („bar state“), oder die Verbindung eines oberen und eines untern Terminals kreuzweise, jeweils alternativ in zwei Orientierungen (links-oben nach rechts-unten oder umgekehrt), und die kreuzweise Verbindung der beiden letzten Varianten gleichzeitig („cross state“). Hierbei ist zu beachten, dass die Bezeichnung „oben“ und „unten“ willkürlich gewählt ist, um die spiegelsymmetrische Topologie zu beschreiben. Die Bezeichnungen haben demzufolge nichts damit zu tun, wie der Schalter bezüglich der Erdoberfläche angeordnet ist. Ebenfalls zu beachten ist, dass auch andere Varianten von Transferschaltern verwendet werden können, und dass nicht alle oben benannten Schaltzustände verwendet werden müssen.
Die oben beschriebenen Terminals der optischen Transferschalter werden auch Beinchen oder „pig-tails“ genannt. Sie umfassen kurze Stückchen von einer faseroptischen Leitung mit einem optischen Koppelelement, über das ein optisches Signal in den Schalter eingekoppelt werden kann. Die Länge dieser Beinchen spielt für die Erfindung insofern eine Rolle, als dass sie zur Gesamtverzögerung der optischen Verzögerungsstrecke beitragen und damit die minimal aufprägbare Verzögerung vergrößern. Ein Optimierungsziel solcher Aufbauten ist daher immer, die Gesamtlänge bei minimal eingestellter Verzögerung möglichst gering zu halten. Die Anzahl der Schalter, die bei dieser Einstellung in der Verzögerungsstrecke platziert sind, soll daher minimiert werden.
Die Verzögerungsstrecke ist nun aus hintereinandergeschalteten optischen Transferschaltern aufgebaut. Die Schalter bilden vereinfacht gesagt eine Reihe. Nebeneinander liegende Beinchen werden an einer Seite der Reihe - beispielsweise der unteren oder der oberen, direkt miteinander verbunden. Die Bezeichnungen „unten/oben“ korrespondieren hier mit der oben getroffenen Festlegung. Die jeweils andere Seite der Reihe ist untereinander durch faseroptische Verzögerungselemente einer vordefinierten Länge verbunden.
Die in der Reihe liegenden äußeren optischen Transferschalter bilden jetzt den Eingang bzw. den Ausgang der Verzögerungsstrecke. Die Verbindung eines ersten Transferschalters unter Umgebung eines zweiten Transferschalters mit einem dritten Transferschalters kann durch ein Verzögerungselement einer vordefinierten Länge erfolgen, oder auch direkt durch Verbindung der Terminals. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass durch diese Umgehung die Gesamtzahl der Schalter verringert werden kann, oder wenigstens die simulierbare minimale Verzögerung verkleinert werden kann.
Die Funktionsweise der Verzögerungsstrecke ist jetzt so, dass durch Setzen der Schaltzustände der optischen Transferschalter unterschiedliche Kombinationen von Verzögerungslängen eingestellt werden können. Die Schaltzustände werden dabei durch ein Computersystem gesetzt, welches mit geeigneten Datenverbindungen an die optischen Transferschalter angeschlossen ist und den Schaltzustand der Transferschalter beeinflussen kann.
Die Länge der faseroptischen Verzögerungselemente wird bei der Auslegung der Verzögerungsstrecke so festgelegt, dass die durch Schalten der unterschiedlichen Schaltzustände die gewünschten unterschiedlichen Verzögerungswerte von einem gewünschten minimalen bis zu einem maximalen Verzögerungswert einstellbar sind. Dabei ist zu beachten, dass mit der Anzahl der eingesetzten Schalter zwar die Anzahl der Verzögerungsinkremente größer wird, aber auch die Größe der durch die Verzögerungsstrecke sowieso vorhandene Verzögerung.
In dieser Ausführungsform erfolgt die Verbindung des ersten mit dem dritten Schalter unter Umgehung des zweiten Schalters mittels eines Verzögerungselements mit vordefinierter Länge. Es können dabei ein oder mehrere Schalter umgangen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Verzögerungswert der programmierbaren Verzögerungsstrecke einstellbar ist, indem die faseroptischen Verzögerungselemente in oder aus der Verzögerungsstrecke hinein oder herausgeschaltet werden, in dem die optischen Transferschalter computer-gestützt angesteuert werden und die gewünschten Schaltzustände der optischen Transferschalter setzbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die einstellbaren Verzögerungswerte der programmierbaren faseroptischen Verzögerungsstrecke gezielt definiert werden, indem deren Länge so gewählt wird, dass die gewünschten Inkremente der Verzögerungswerte einstellbar sind.
In einer Ausführungsform der faseroptischen Verzögerungsstrecke zur Simulation von räumlichen Abständen für ein auf elektromagnetischen Wellen basierendes Umgebungssensor weist diese wenigstens drei optische T ransferschalter auf, wobei die Transferschalter durch eine Vielzahl optischer Faserabschnitte untereinander verbunden sind, so dass eine durchgehende Verzögerungsstrecke mit mehreren unterschiedlichen Verzögerungswerten gebildet ist, und wobei unterschiedliche Verzögerungswerte von den Schalterstellungen der Transferschalter abhängen, und wobei ein Terminal eines ersten Transferschalters unter Umgehung wenigstens eines zweiten Transferschalters mit einem dritten Transferschalter verbunden ist.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist es, dass die Anzahl der Transferschalter bei Einstellung einer minimalen Verzögerung geringer gehalten werden kann als im Stand der Technik üblich.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die programmierbare faseroptische Verzögerungsstrecke eine erste Menge faseroptischer Verzögerungselemente aufweist, wobei je ein faseroptisches Verzögerungselement jeweils zwei Transferschalter miteinander verbindet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die optische Verzögerungsstrecke aus einer ersten Reihe von optischen Transferschaltern und einer zweiten Reihe von optischen Transferschaltern aufgebaut ist. Dabei ist vorgesehen, dass ein Schalter die Funktion eines Breakoutschalters übernimmt, und ein Verteilertransferschalter vorgesehen ist. Breakoutschalter und Verteilertransferschalter sind ebenso wie alle anderen Schalter optische Transferschalter. Sie sind so in die faseroptische Verzögerungsstrecke geschaltet, dass ein Signal entweder alle Schalter der ersten und zweiten Reihe durchläuft oder nur durch die erste Anzahl der Transferschalter. Dies bringt den Vorteil, dass eine hohe Anzahl unterschiedlicher Verzögerungswerte geschaltet werden kann, und dennoch eine minimale Gesamtverzögerung, d.h. ein minimaler Verzögerungswert der programmierbaren faseroptischen Verzögerungsstrecke, erzielt wird. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass für eine Verzögerungsstrecke mit N verschiedenen Verzögerungselementen N+1 Transferschalter eingesetzt werden müssen, die dann alle zur minimal möglichen Verzögerung beitragen. Der Vorteil der Erfindung ist, dass lediglich die Transferschalter bis zum Breakoutschalter zur minimalen Verzögerung beitragen, während die Verzögerungsstrecke insgesamt eine wesentlich höhere Anzahl Transferschalter aufweist - nämlich die Transferschalter der ersten und zweiten Anzahl zusammen.
Die Wahl der Position der Unterbrechung der Verzögerungsstrecke hängt dabei von der genauen Ausgestaltung der Verzögerungsstrecke ab. Dafür muss betrachtet werden, welche Anforderung an die Schrittweite der einstellbaren Verzögerungswerte gestellt werden. Daraus und basierend auf der Länge der Verbindungen, die die Terminals direkt miteinander verbinden („Pig-tails“) ergibt sich eine statistisch optimale Position der Breakoutschalter.
Dabei ist vorgesehen, dass die programmierbare faseroptische Verzögerungsstrecke eine erste Reihe optischer Transferschalter und eine zweite Reihe optischer T ransferschalter aufweist. Die T ransferschalter der ersten Reihe sind dabei jeweils durch Verbindung von Terminalpaaren aufgereiht, indem jeweils zwei Terminals zweier optischer Transferschalter durch ein optisches Verzögerungselement miteinander verbunden sind. Zusätzlich sind jeweils zwei weitere Terminals dieser optischen Transferschalter verbunden sind, z.B. möglichst direkt über die Verbindung ihrer Pigtails. Das gleiche gilt für die zweite Reihe: deren Transferschalter sind ebenfalls jeweils durch Verbindung von Terminalpaaren aufgereiht sind indem jeweils erste Terminals zweier optischer Transferschalter durch ein optisches Verzögerungselement miteinander verbunden, und es sind jeweils zweite Terminals dieser optischen Transferschalter verbunden sind.
Die Verzögerungsstrecke weist dabei einen Verteilertransferschalter auf, der weder der ersten noch der zweiten zugerechnet ist. Dabei ist ein erstes Terminal des Verteilertransferschalters mit einem dritten Terminal eines optischen Transferschalter der zweiten Reihe verbunden, und ein zweites Terminal des Verteilertransferschalters mit einem dritten Terminal eines als Breakoutschalter gegebenen optischen Transferschalters der ersten Reihe so dass die optischen Transferschalter der ersten Reihe unter Umgehung des zweiten Reihe mit dem Verteilertransferschalters verbindbar ist. Anders gesagt hat also der Verteilertransferschalter Verbindungen zu beiden Reihen. Weiterhin ist die erste Reihe optischer Transferschalter mit der zweiten Reihe optischer Transferschalter verbunden, in dem ein viertes Terminal eines optischen Transferschalters der ersten Reihe mit einem dritten Terminal eines optischen Transferschalters der zweiten Reihe verbunden ist, und wobei ein drittes Terminal eines optischen Transferschalters der ersten Reihe und ein drittes Terminal des Verteilertransferschalters als Signalschnittstellen zum Ein-/Auskoppeln optischer Signale ausgebildet sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwei der faseroptischen Verzögerungselemente mit der gleichen Länge gewählt werden. Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Fertigung von optischen Faserabschnitte eine Ungenauigkeit unterworfen ist, die im Bereich der gewünschten Schrittweite liegt. Zwei Verzögerungselemente mit derselben Länge zu wählen, kann dann sinnvoll sein, wenn es die an die maximale Verzögerung gestellten Anforderungen niedriger sind als mit der Anzahl der Schalter und den gewählten Verzögerungselementen erreicht werden kann. Das Ziel ist es, die gleiche eingestellte Gesamtverzögerung mit mehreren Schaltzustandskombinationen der Transferschalter zu erreichen. Dann ist es möglich, durch Duplizieren zweier Verzögerungselemente im Bereich der größeren Verzögerungen eine Möglichkeit zu schaffen, die Verzögerungsstrecke vor Benutzung so zu kalibrieren, dass sie die gewünschten Anforderungen an Genauigkeit der Schrittweite und Genauigkeit des simulierten Abstands erfüllt. Dazu werden alle mit der Verzögerungsstrecke möglichen Kombinationen eingestellt, mit einem Testsignal beaufschlagt und nacheinander durchgemessen. Das Testsignal wird dabei von einer externen Vorrichtung erzeugt und zurückgemessen. Die Messergebnisse werden dann nach Größe der Verzögerung sortiert und die Verzögerungsstrecke so programmiert, dass die gewählt - exakten - Verzögerungen einstellbar sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Verzögerungsstrecke in einem Zielsimulator verwendet wird. Ganz allgemein kann der zu testende Umgebungssensor ein Radarabstandssensor, ein Ultraschallsensor, oder ein Lidar-Sensor sein. Der Zielsimulator weist dabei geeignete Simulatorabstrahl- und - empfangselemente auf. Bei einem Radarabstandssensor sind diese beiden Elemente durch simulatorseitige Radarantennen gegeben. Weiterhin ist ein Abwärtsmischer vorgesehen, der das vom zu testenden Umgebungssensor abgestrahlte und vom Simulatorempfangselement empfangen Abtastsignal auf eine Zwischenfrequenz herabgemischt wird, sowie ein Optokoppler zur Umwandlung des elektrischen Zwischenfrequenzsignals in ein optisches Signal. Dieses Signal kann in die erfindungsgemäße Verzögerungsstrecke eingekoppelt werden und durch programmgesteuerte Einstellung der optischen Transferschalter mit der gewünschten Verzögerung beaufschlagt werden. Weiterhin ist ein weiterer Optokoppler vorgesehen, welcher das verzögerte Signal in ein elektrisches Zwischenfrequenzsignal umwandeln kann. Weiterhin kann optional ein Verstärker vorgesehen sein, mit dem das Signal abgeschwächt oder verstärkt werden kann. Der Vorteil einer solchen Komponente ist, dass realistischere Echosignale erzeugt werden können. So wird beispielsweise ein entfernt liegendes Objekt üblicherweise mit einem schwächeren Echosignal detektiert als ein näher liegendes. Mit einer Verstärker-/Abschwächungskomponente kann das simulierte Echosignal also realistischer generiert werden. Weiterhin kann ein Dopplergenerator vorgesehen sein, welche eingerichtet ist, dem Signal eine Dopplerfrequenz zur Simulation einer Relativgeschwindigkeit bezüglich zum zu testenden Umgebungssensor aufzuprägen. Weiterhin ist ein Aufwärtsmischer vorgesehen, welcher das Signal von der Zwischenfrequenz auf eine RF-Frequenz hochmischt und zur Abstrahlung durch das Simulatorabstrahlelement bereitstellt. Die Reihenfolge der hier beschriebenen Komponenten muss nicht zwingend so eingehalten werden - andere Kombinationen sind ebenfalls denkbar. Auch kann vorgesehen sein, dass der Dopplergenerator und der Aufwärtsmischer in einer Komponente realisiert sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Zielsimulator eine Selbsttest-Funktion aufweist. Hierbei ist vorgesehen, dass der Zielsimulator eine Testsignalerzeugungskomponente aufweist, ein Testsignal zu erzeugen und an einer Stelle im Signallauf innerhalb des Zielsimulators - etwa am Optokoppler, der das elektrische Signal in ein optisches Signal wandelt, oder am Abwärtsmischer, einzukoppeln. Das Testsignal kann beispielsweise ein Laser, oder eine elektrische Signalquelle sein. Weiterhin ist eine Signaldetektionskomponente vorgesehen, welche das Testsignal misst und seine Signallaufzeit feststellt. Diese Messung kann an verschiedenen Stellen im Signallauf erfolgen, beispielsweise am Optokoppler, welcher das optische Signal in ein elektrisches umwandelt, oder am Aufwärtsmischer. Der Vorteil einer Selbsttest-Funktion ist, dass bei Gebrauch des Zielsimulator jederzeit festgestellt werden kann, ob der Verzögerungswert, der durch die Verzögerungsstrecke bereitgestellt wird, der gewünschte Wert ist. Während des Betriebs des Geräts können sich mit der Zeit Veränderungen an den internen Komponenten ergeben, die das simulierte Echosignal verfälschen können. Insbesondere bei Tests am Ende von Produktionsstraßen („End of line“ Tests) spielt eine hohe Genauigkeit und Verlässlichkeit des Simulationssignals eine Rolle, da Umgebungssensoren grundsätzlich sicherheitskritische Funktionalitäten haben. Die Möglichkeit, ein Testsignal an verschiedenen Stellen im Signallauf des Zielsimulators einspeisen und zurückmessen zu können bietet eine flexible und zeitökonomische Möglichkeit, die Testqualität gleichbleibend zu halten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zielsimulator in einem Prüfstandsaufbau eingebaut ist. Dieser umfasst weiterhin Mittel, um die Simulatorabstrahlelemente des Zielsimulators innerhalb der durch den zu testenden Umgebungssensor wahrgenommenen Kulisse an vorbestimmte Positionen zu bringen und ausgehend von diesen Positionen ein Echosignal durch den zu testenden Umgebungssensor wahrnehmbar zu machen. Dies kann durch Bewegen/Drehen des zu testenden Umgebungssensor relativ zu statisch angeordneten Simulatorabstrahlelementen sichergestellt werden, aber auch durch Bewegen der Simulatorabstrahlelemente relativ zu einem statisch positionierten zu testenden Umgebungssensor, oder durch Ansteuern einer Vielzahl innerhalb der Kulisse angeordneten Simulatorabstrahlelemente.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die laterale und die vertikale Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrische Relationen zueinander auf. Darin zeigt:
Figur 1 eine schematische Ansicht auf eine optische Verzögerungsstrecke gemäß dem Stand der Technik
Figur 2 eine schematische Ansicht auf eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer programmierbaren Verzögerungsstrecke mit drei Verzögerungsstufen
Figur 3 eine schematische Ansicht auf einer zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer programmierbaren Verzögerungsstrecke mit 14 Verzögerungsstufen Figur 4 eine schematische Ansicht auf eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform einer programmierbaren Verzögerungsstrecke mit 14 Verzögerungsstufen
Figur 5 eine schematische Ansicht auf einen Simulatorvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Zielsimulator
Figur 1 zeigt eine faseroptische Verzögerungsstrecke, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Sie umfasst vier optische Transferschalter SW1 , SW2, SW3, SW4, die nebeneinander angeordnet sind. Nebeneinander liegende untere Terminals sind jeweils miteinander verbunden, während nebeneinander liegende obere T erminals durch Verbindungsstücke Delay A, Delay B und Delay C verbunden sind. Ein Signal kann in die Verzögerungsstrecke durch Port 1 oder Port 2 eingekoppelt werden. Die verschiedenen Schaltzustände sind in den Figuren 1A-1 H dargestellt. Es ergeben sich acht verschiedene Verzögerungsstufen und eine minimale Gesamtverzögerung „Minimum Delay“, die durch die vier Transferschalter erzeugt wird.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verzögerungsstrecke mit den verschiedenen Schaltzuständen, hier aufweisend drei Transferschalter FS1 , FS2, FS3 (3 Bit). Nebeneinander liegende Schalter sind an ihren unteren Terminals verbunden und an ihren oberen Terminals mit faseroptischen Verzögerungselemente A, B mit einer vordefinierten Länge verbunden. Die in der Verzögerungsstrecke oben außen liegenden Terminals sind mit dem Verzögerungselement C unter Umgebung des Transferschalters FS2 miteinander verbunden. Die Figuren 2A bis 2E zeigen die fünf verschiedenen einstellbaren Schaltzustände der drei Transferschalter FS1 , FS2, FS3. Je nach Schaltzustand wird ein durch eins der Eingangsports Port 1 , Port 2 eingekoppeltes Signal um das eingestellte Maß verzögert. In Figur 2A sind alle Schalter im unteren „bar state“ - die Verbindung zwischen den unteren Terminals ist durchverbunden. In dieser Einstellung liefert die Verzögerungsstrecke die minimal mögliche Verzögerung, die sich in dieser Ausführungsform aus drei Schaltern ergibt, nicht aus vier, wie im Beispiel zu Figur 1 beschrieben. Weitere Schaltzustände umfassen Schaltzustände mit dem „cross state“ - ein oder beide Terminalpaare sind kreuzweise durchverbunden. Figuren 2B und 2C zeigen zwei Schalter mit einem einfachen „cross state“ und einer „bar state“- Verbindungen. Sie liefern jeweils die minimale Verzögerung plus die Verzögerung durch das Verzögerungselement A (Figur 2B) oder durch das Verzögerungselement B (Figur 2C). Dies ist in der Zeichnung jeweils durch „Minimum Delay + Delay A“ in Figur 2B und „Minimum Delay + Delay B“ in Figur 2C angedeutet, in den weiteren Figuren erfolgen vergleichbare Markierungen. Die maximal mögliche Verzögerung in diesem Beispiel ist in Figur 2E dargestellt, in der die Schalter jeweils kreuzweise Terminalpaare durchverbinden. Die Gesamtverzögerung umfasst hier die zweifache minimale Verzögerung, da das Signal zweimal die drei Schalter durchläuft, und die Verzögerung durch die faseroptischen Verzögerungselemente A, B, C mit vordefinierter Länge. Die Wahl der Länge der verschiedenen Verzögerungselemente hängt von der Anwendung ab, für die die Verzögerungsstrecke eingesetzt werden soll. Je nach Anwendung können vermehrt Verzögerungen mit geringem Betrag gewünscht sein - etwa, wenn die zu simulierende Umgebungssituation hauptsächlich Objekte im Nahbereich des zu testenden Umgebungssensors aufweist. Umgekehrt kann gewünscht sein, eine minimale Verzögerung einstellen zu können, aber dennoch eine große maximale Verzögerung für den Test eines Umgebungssensors mit großer Reichweite, zum Beispiel ein Long-Range Radar. Hier sei ein Beispiel genannt: mit einer minimalen Verzögerung von 1 Meter werden für die Verzögerungselemente folgende Werte gewählt: A = 5 Meter, B = 49 Meter, C = 100 Meter. Damit ergeben sich die verschiedenen einstellbaren Gesamtverzögerungen von 1 Meter, 6 Meter, 50 Meter, 56 Meter, 156 Meter. Zu beachten ist, dass die Verzögerung, die sich durch die Kombination von Verzögerungselementen A und B ergibt - hier die 56 Meter - durch die Wahl von A und B ergibt und nicht weiter modifiziert werden kann. Im Gegensatz zu dieser als parasitär bezeichneten Verzögerung sind alle anderen Verzögerungswerte in diesem Beispiel durch Wahl der Länger der Verzögerungselemente beeinflussbar.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 enthalten, welches hier eine Verzögerungsstrecke mit 14 faseroptischen Verzögerungselementen A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N und insgesamt 17 Transferschaltern FS1 bis FS17 aufweist (14 Bit). In diesem Beispiel teilt sich die Verzögerungsstrecke in zwei Teile auf, wobei der eine Teil die Schalter FS1 bis FS7 und die Verzögerungselemente A bis F aufweist, und der andere Teil die Schalter FS8 bis FS16 und die Verzögerungselemente G bis N, sowie den Transferschalter FS17. Die nebeneinanderliegenden Schalter beider Teile sind jeweils bereits für Figur 2 beschreiben über ihre unteren zugewandten Terminals verbunden, und mit den Verzögerungselementen über ihren oberen zugewandten Terminals miteinander verbunden. Mit Transferschalter FS7 beginnt der Übergang zum nächsten Teil der Verzögerungsstrecke. Hier ist das untere Terminal von Transferschalter FS7 unter Umgehung des zweiten Teils der Verzögerungsstrecke mit Transferschalter FS17 verbunden, während das obere Terminal mit dem unteren Terminal von Transferschalter FS8 verbunden ist. Nicht benötige Terminals an den Schaltern FS1 , FS8, FS16 und FS17 bleiben hier offen. In diesem Beispiel sind mit der Verzögerungsstrecke basierend auf den 14 faseroptischen Verzögerungselementen insgesamt 40.960 verschiedene Kombinationen möglich. Mit der Aufteilung der Verzögerungsstrecke in zwei Teile ergibt sich bei der Einstellung der minimalen Verzögerung, dass sieben Transferschalter statt 15 Transferschalter dazu beitragen.
Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Beispiel der Verzögerungsstrecke, die bereits in Figur 3 beschrieben wurde. Die Figur zeigt weiterhin die Einkopplungspunkte FIBER RX und FIBER TX (entspricht den Bezeichnungen Port 1 und Port 2 in den vorhergehenden Figuren), über die das zu verzögerndes Signal in die Verzögerungsstrecke eingekoppelt bzw. wieder ausgekoppelt wird. Die Bezeichnung deuten hier an, dass das durch ein Simulatorempfangselement wie zum Beispiel eine Radarempfangsantenne empfangenes - und zu verzögerndes Signal durch den Einkopplungspunkt FIBER RX empfangen wird, und durch den Einkopplungspunkt bzw. Auskopplungspunkt FIBER TX ausgekoppelt und durch das Simulatorabstrahlelement wieder abgestrahlt wird. Die Verbindungen zwischen den Transferschaltern sind mit verschieden Linienarten gezeichnet: Gestrichelte Linien zeigen faseroptische Verzögerungselement mit einer vordefinierten Länge, gepunktete und durchgezogene Linien bezeichnen Verbindungen der Terminals der Transferschalter miteinander.
Die Transferschalter FS1 bis FS7, die von einem zu verzögernden Signal in der Verzögerungsstrecke nacheinander durchlaufen werden, sind wie bereits zu Figur 3 beschrieben nebeneinander angeordnet. Die Länge der Verbindungselemente T1 und T2 zwischen den Transferschaltern FS1 und FS2 und FS2 und FS3 sind so gewählt, dass sich passend zu Länge der Verzögerungselemente D1 , D2, D3 am Anfang der Verzögerungsstrecke eine konstante Schrittweite zwischen den Verzögerungswerten ergibt, unter Beibehaltung der minimal möglichen kleinsten Verzögerung. Dies ermöglicht, dass die Schrittweite geringer sein kann als die Länge der Verzögerungselemente. Als Beispiel seien folgende Werte genannt: Für eine Schrittweite von 2,5 cm werden D1 = 12,5 cm, D2 = 15 cm und D3 = 10 cm gewählt. Daraus ergibt sich dann, dass T1 = 10 cm und T2 = 10 cm gewählt werden muss.
Die Transferschalter FS8 bis FS16 sind hier untereinander verwoben angeordnet. Innerhalb der Verzögerungsstrecke hintereinander folgende Transferschalter liegen in diesem Teil der Verzögerungsstrecke nicht nebeneinander. Diese Anordnung wird gewählt, um die Verbindung zwischen FS7 und FS17 möglichst klein zu halten.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Simulatorvorrichtung mit einem zu testenden Umgebungssensor SEN, der ein Sensorabstrahl- und -empfangselement S_ANT aufweist. Der Umgebungssensor SEN ist hier ein Radarabstandmessgerät, welches mit einer Frequenz im RF-Bereich arbeitet. Der Umgebungssensor SEN bestimmt im Betrieb außerhalb eines Simulators einen Abstand zwischen dem Umgebungssensors SEN und einem Objekt aus der Gesamtlaufzeit eines Signals. Zur Gesamtlaufzeit des Signals tragen insbesondere eine Laufzeit des Abtastsignals SSEN zu dem Objekt und eine Laufzeit eines am Objekt reflektierten Echosignals zurück zum Umgebungssensor SSEN bei.
Weiterhin umfasst die schematische Darstellung in Figur 5 einen Zielsimulator RTS, umfassend ein Simulatorabtrahl- und -empfangselement SIM_ANT, einen Abwärtsmischer MIX1 geeignet zum Abwärtsmischen eines RF-Signals auf einen Zwischenfrequenz, einen Optokoppler OPT1 , die erfindungsgemäße Verzögerungsstrecke, einen Verstärker/Abschwächer AMP, einen Dopplergenerator DOPP (optional, Vorrichtung zur Aufprägung einer Dopplerfrequenz), und einen Aufwärtsmischer MIX2 geeignet zum Aufwärtsmischen eines RF-Signals. Der Dopplergenerator DOPP und der Aufwärtsmischer MIX2 können optional auch in einer Komponente realisiert sein.
In der Simulatorvorrichtung RTS ist der Empfänger ausgebildet, ein vom Abstandsmessgerät SEN abgestrahltes Abtastsignal SSEN in Form von elektromagnetischen Wellen SSEN über die Simulatorantenne SIM_ANT zu empfangen, auf mittels des Abwärtsmischer MIX1 auf einer Zwischenfrequenz herunterzumischen, das heruntergemischte - elektrische -Signal mittels des Optokopplers OPT1 in ein optisches Signal zu transformieren (beispielsweise auf eine Frequenz im Infrarot- Bereich) und in die Verzögerungsstrecke DEL einzukoppeln. Weiterhin ist die Simulatorvorrichtung RTS ausgebildet, das verzögerte Signal mittels des Optokopplers OPT2 in ein elektrisches Signal zu transformieren, welches im Verstärker/Abschwächer AMP auf die gewünschte Leistung verstärkt oder abgeschwächt wird. Das resultierende Signal kann dann mit einer Dopplerfrequenz beaufschlagt werden und mittels des Aufwärtsmischers MIX2 auf die ursprüngliche RF-Frequenz hochgemischt und mittels der Simulatorantenne SIM_ANT abgestrahlt werden. Weiterhin ist ein Computersystem COM vorgesehen, welches eine Umgebungssimulation ausführt und das eingerichtet ist, die Verzögerungsstrecke DEL und die darin befindlichen optischen Transferschalter anzusteuern und eine durch die Simulation vorgegebene Verzögerung einzustellen. Diese Verzögerung entspricht dann dem relativen Abstand eines simulierten virtuellen Objekts zum zu testenden Umgebungssensor SEN.

Claims

Patentansprüche:
1. Programmierbare faseroptische Verzögerungsstrecke (DEL) zur Simulation von räumlichen Abständen für einen auf elektromagnetischen Wellen basierenden Umgebungssensor (SEN), welche wenigstens drei optische Transferschalter aufweist, wobei ein erstes faseroptisches Verzögerungselement (A) ein erstes Terminal des ersten Transferschalter (FS1) mit einem ersten Terminal des zweiten Transferschalters (FS2) verbindet, und ein zweites faseroptisches Verzögerungselement (B) ein zweites Terminal des zweiten Transferschalters (FS2) mit einem ersten Terminal des dritten Transferschalters (FS3) verbindet, und ein drittes faseroptisches Verzögerungselement (C) ein zweites Terminal des dritten optischen Transferschalters (FS3) mit einem zweiten Terminal des ersten optischen Transferschalters (FS1) verbindet, so dass der dritte optische Transferschalter (FS3) unter Umgehung des zweiten optischen Transferschalters (FS2) mit dem ersten optischen Transferschalters (FS1) verbunden ist, und wobei ein drittes Terminal des ersten Transferschalters (FS1) mit einem dritten Terminal des zweiten Transferschalters (FS2) verbunden ist, und wobei ein viertes Terminal des zweiten Transferschalters (FS2) mit einem dritten Terminal des dritten Transferschalters (FS3) verbunden ist, und wobei ein viertes Terminal des ersten Transferschalters (FS1) und ein viertes Terminal eines dritten Transferschalters (FS3) als Eingangs- oder Ausgangsports (Port 1 , Port 2) der Verzögerungsstrecke ausgebildet sind, so dass eine zwischen den Signalschnittstellen (Porti , Port 2) zum Ein- /Auskoppeln optischer Signale eine durchgehende Verzögerungsstrecke mit mehreren unterschiedlichen Verzögerungswerten gebildet ist, wobei die Verzögerungswerte von den Schalterstellungen der Transferschalter gegeben sind.
2. Programmierbare Verzögerungsstrecke (DEL) nach Anspruch 1 , wobei die optischen Transferschalter (FS1 , FS2, FS3) mehrere Schaltzustände aufweisen, und wobei ein Verzögerungswert der Verzögerungsstrecke durch computergestütztes Ansteuern der optischen Transferschalter (FS1 , FS2, FS3) einstellbar ist, wobei durch das Ansteuern der optischen Transferschalter jeweils einer der möglichen Schaltzustände setzbar ist.
3. Programmierbare Verzögerungsstrecke (DEL) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die faseroptischen Verzögerungselemente (A, B, C) eine definierte Länge aufweisen, und wobei die Inkremente der einstellbaren Verzögerungswerte durch die Wahl der Länge beeinflussbar ist.
4. Programmierbare Verzögerungsstrecke (DEL) nach einem der vorigen Ansprüche, die faseroptischen Verzögerungselemente (A, B, C) von unterschiedlicher Länge sind.
5. Programmierbare faseroptische Verzögerungsstrecke (DEL) nach einem der vorigen Ansprüche, umfassend eine erste Reihe optischer T ransferschalter (FS1 , FS2, FS3, FS4, FS5, FS6, FS7) und eine zweite Reihe optischer Transferschalter (FS8, FS9, FS10, FS11 , FS12, FS13, FS14, FS15, FS16), wobei die Transferschalter (FS1 , FS2, FS3, FS4, FS5, FS6, FS7) der ersten Reihe jeweils durch Verbindung von Terminalpaaren aufgereiht sind indem jeweils erste Terminals zweier optischer Transferschalter (FS1 , FS2, FS3, FS4, FS5, FS6, FS7) durch ein optisches Verzögerungselement (A, B, C, D, E, F) miteinander verbunden sind und jeweils zweite Terminals zweier optischer Transferschalter (FS1 , FS2, FS3, FS4, FS5, FS6, FS7) verbunden sind, wobei die Transferschalter (FS8, FS9, FS10, FS11 , FS12, FS13, FS14, FS15, FS16) der zweiten Reihe jeweils durch Verbindung von Terminalpaaren aufgereiht sind indem jeweils erste Terminals zweier optischer Transferschalter (FS8, FS9, FS10, FS11 , FS12, FS13, FS14, FS15, FS16) durch ein optisches 17
Verzögerungselement (G, H, I, J, K, L, M, N) miteinander verbunden sind und jeweils zweite Terminals zweier optischer Transferschalter (FS8, FS9, FS10, FS11 , FS12, FS13, FS14, FS15, FS16) verbunden sind, und wobei die Verzögerungsstrecke (DEL) einen Verteilertransferschalter (FS17) aufweist, wobei ein erstes Terminal des Verteilertransferschalters (FS17) mit einem dritten Terminal eines optischen Transferschalter (FS16) der zweiten Reihe verbunden ist, und wobei ein zweites Terminal des Verteilertransferschalters (FS17) mit einem dritten Terminal eines als Breakoutschalter gegebenen optischen Transferschalters (FS7) der ersten Reihe (FS1 , FS2, FS3, FS4, FS5, FS6, FS7), so dass die optischen Transferschalter der ersten Reihe unter Umgehung des zweiten Reihe (FS2) mit dem Verteilertransferschalters (FS17) verbindbar ist, und wobei die erste Reihe optischer Transferschalter (FS1 , FS2, FS3, FS4, FS5, FS6, FS7) mit der zweiten Reihe optischer Transferschalter (FS8, FS9, FS10, FS11 , FS12, FS13, FS14, FS15, FS16) verbunden ist, in dem ein viertes Terminal eines optischen Transferschalters (FS7) der ersten Reihe mit einem dritten Terminal eines optischen Transferschalters (FS8) der zweiten Reihe verbunden ist, und wobei ein drittes Terminal eines optischen Transferschalters (FS1) der ersten Reihe und ein drittes Terminal des Verteilertransferschalters (FS17) als Signalschnittstellen (Porti , Port2) zum Ein-/Auskoppeln optischer Signale ausgebildet sind.
6. Programmierbare optische Verzögerungsstrecke (DEL) nach Anspruch 5, wobei in einem ersten Betriebsmodus der Verzögerungsstrecke (DEL) der Breakouttransferschalter (FS7) so angesteuert ist, dass ein optisches Signal unter Umgehung der zweiten Reihe optischer Transferschalter (FS8, FS9, FS10, FS11 , FS12, FS13, FS14, FS15, FS16) durch die Verzögerungsstrecke (DEL) leitbar ist, in dem der Schaltzustand des Breakouttransferschalters (FS7) so gesetzt ist, dass das dritte Terminal des Breakouttransferschalters (FS7) entweder mit dem ersten oder zweiten Terminal des Breakouttransferschalters (FS7) verbunden ist.
7. Programmierbare optische Verzögerungsstrecke (DEL) nach Anspruch 6, wobei in einem zweiten Betriebsmodus der Verzögerungsstrecke (DEL) der wobei der 18
Breakouttransferschalter (FS7) so angesteuert ist, dass ein optisches Signal durch die erste und die zweite Reihe optischer Transferschalter (FS1 , FS2, FS3, FS4, FS5, FS6, FS7, FS8, FS9, FS10, FS11 , FS12, FS13, FS14, FS15, FS16) leitbar ist, in dem der Schaltzustand des Breakouttransferschalters (FS7) so gesetzt ist, dass das vierte Terminal des Breakouttransferschalters (FS7) entweder mit dem ersten oder zweiten Terminal des Breakouttransferschalters (FS7) verbunden ist. Programmierbare optische Verzögerungsstrecke (DEL) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei der faseroptischen Verzögerungselemente (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N) die gleiche Länge aufweisen. Zielsimulator (RTS) zum Test eines auf elektromagnetischen Wellen basierenden Umgebungssensor (SEN), umfassend eine optische Verzögerungsstrecke (DEL) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend wenigstens ein Simulatorempfangselement (SIM_ANT), wenigstens ein Simulatorabstrahlelement (SIM_ANT), ein Computersystem (COM), wobei die Verzögerungsstrecke (DEL) an der einen Seite mit dem Simulatorempfangselement (SIM_ANT), und auf der anderen Seite mit dem Simulatorabstrahlelement (SIM_ANT) verbunden ist, und ein Abtastsignal (SSEN) des Umgebungssensors durch ein Umgebungssensorempfangselement (S_ANT) empfangbar ist, und wobei der Zielsimulator eingerichtet ist, das Abtastsignal oder ein frequenzmodifiziertes Abtastsignal (SSEN, SSEN‘) mittels der optischen Verzögerungsstrecke (DEL) zu verzögern, wobei die Schaltzustände der Transferschalter und damit der Verzögerungswert des Verzögerungsstrecke (DEL) durch das Computersystem (COM) beeinflussbar sind, und wobei der Zielsimulator (RTS) eingerichtet ist, das verzögerte Abtastsignal (SSIM) mittels des Simulatorabstrahlelements (SIM_ANT) an das Umgebungssensorempfangselement (S_ANT) zu senden.
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