用于确定可切换的接收放大器的功能性的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于确定雷达系统的可切换的接收放大器的功能性的方法，该雷达系统具有发射单元、接收单元和压控的振荡器，其中在雷达系统投入运行之前进行校准以补偿振荡器所发出的频率的频率偏差。根据本发明设计为，在振荡器校准期间运行至少一个校准循环，该校准循环包括至少至少一个具有第一频率的第一信号和具有第二频率的第二信号，其中，第一信号和第二信号通过发射单元发射并且通过接收单元接收，其中接收放大器利用开关时序切换，该开关时序引起第一信号和第二信号的幅值调制并且使用幅值调制来确定接收放大器的功能性。
【专利说明】用于确定可切换的接收放大器的功能性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于确定可切换的接收放大器的功能性的方法。此外，本发明也涉及一种根据权利要求9的前序部分所述的用于确定可切换的接收放大器的功能性的设备。
【背景技术】
[0002]在DE 10 2009 047 931 Al中公开了用于确定远程的对象的距离和相对速度的方法，其中，为了确定所述量使用具有发射单元、接收单元和压控的振荡器的雷达系统。发射单元在此发射信号，其中由接收单元接收该信号的回声。由所接收的信号于是可以通过信号分析测定远程的对象的距离和相对速度。在所接收的反射信号对于分析而言过弱的情况下，现有技术要通过可切换的接收放大器放大该信号。然而已证明为不利的是，可切换的接收放大器的功能性可仅经由对接收信号进行似然性分析而进行。这意味着:在对足够强的接收信号错误放大的情况下使该信号超调，这会导致整个雷达系统故障。在相反的情况下即在接收放大器错误地在信号弱接收的情况下并不被接通时，通过雷达系统对遥远的对象探测的有效范围会明显减小。
【发明内容】
[0003]本发明的任务是提供一种用于确定雷达系统的可切换的接收放大器的功能性的方法和设备，其中，该方法和该设备在测量技术上简单且可靠地构建，这能够实现快速且精确地确定接收放大器的可切换性的功能性。
[0004]为了解决该任务，提出了一种具有权利要求1的特征的方法以及一种具有权利要求9的特征的设备，尤其是具有相应特征部分的特征。在从属权利要求中介绍了优选的改进方案。在此，在权利要求中和在说明书中所提及的特征分别单独地或组合地反映本发明的实质。结合根据本发明的方法所描述的特征和细节在此当然结合根据本发明的设备也是适用的，反之亦然。在此，在权利要求中和在说明书中所提及的特征分别单独地或组合地反映本发明的实质。
[0005]本发明公开了一种用于确定雷达系统的接收放大器的可切换性的功能性的方法，该雷达系统具有发射单元、接收单元和压控的振荡器，其中，在雷达系统投入运行之前进行校准以补偿振荡器所发出的频率的频率偏差。根据本发明，在此规定为，在校准期间运行至少一个校准循环，该校准循环包括至少一个具有第一频率的第一信号和具有第二频率的第二信号。在此，第一信号和第二信号通过发射单元发射。所发射的信号通过接收单元来接收，其中，所接收的信号可以在基带中通过接收放大器放大。接收放大器利用开关时序切换，由此第一信号和第二信号经历幅值调制。该幅值调制于是用于确定接收放大器的功能性。该方法的优点在于通过可确定的发射信号明确地确定接收放大器的功能性。在此“可确定”意味着:信号和对所述信号进行幅值调制通过调节机构来控制。在现有技术的雷达系统中接收单元的至少一部分在校准期间必须被使用，而这在根据本发明的雷达系统中情况并非如此。根据本发明的雷达系统的校准通过对发射单元所发出的信号直接分析来进行。由此实现的是，接收单元不必被用于校准发射信号。于是，在接收单元上存在发射单元所发射的信号，其用于进一步分析和确定接收放大器的功能性。发射单元所接收的信号通过接收放大器的开关时序来幅值调制。该幅值调制过的信号于是可以与发射单元的实际校准无关地用于分析，以便确定可切换的接收放大器的功能性。由此，与发射单元的校准无关地可以对接收放大器的可切换性进行明确的检验。同样有利的是，通过根据本发明的方法和根据本发明的设备同时可以对发射单元进行校准并且对接收放大器的可切换性进行明确的检验。
[0006]振荡器的校准有主要两个任务。第一任务在于补偿振荡器的频率漂移，该频率漂移主要由在连续运行中可能的温度变化引起。其他效应譬如负载牵引或老化由此也可以被考虑。频率漂移需要补偿以便在所有情况下避免超过相应预设的频带边界。其通过振荡器的调谐压力范围的匹配来进行。第二任务在于振荡器的非线性特征曲线的补偿。
[0007]特别有利的是，发射单元耦合到数字信号处理器上，其中，数字信号处理器数字地预设第一信号和第二信号。要发射的信号的数字预设能够例如实现所发射的信号的数值频率确定。这已有利地在校准期间进行，在校准中振荡器所发射的信号通过分频器传送给频率计数器，其中在那里所接收的信号又可数字显示。由此使得数字信号处理器检测所发射的信号的频率。这可以在数字层面上通过比较器来实现或通过将数字值转换成数值值进行，优选以十进制或十六进制显示。
[0008]有利的是，对压控的振荡器的操控通过数字模拟转换器进行。由此，可以对通过发射单元待发射的频率进行精确设定。此外，在例如24GHz的频率下可以简单且有效地设定多个单独的数字模拟转换器值。此外，精确时间间隔(例如每发射频率一毫秒)的预设可通过振荡器精确地保持。
[0009]此外有利的是，接收单元通过模拟数字转换器耦合在数字信号处理器上，其中接收信号通过模拟数字转换器来数字化。模拟值变换到数字值能够实现与所发射的信号进行简单的数值或数字比较。对所接收的信号分析以确定对象的距离或相对速度由此可以在数字或数值层面上进行。由此有利地可以通过计算单元进行分析。
[0010]有利的是，通过振荡器周期地重复第一信号和第二信号的发射。由此，测量误差可以在统计上例如通过求平均值来清除。由于使用雷达系统的环境在校准期间会变化，例如由于雷达系统使用在机动车中，所以发射信号在对象上意外的反射(所述反射通过接收单元接收)同样可以被清除。由此，可以更为精确地滤除在接收信号中的开关时序的成分。意外反射的信号叠加到接收信号中并且通过开关时序产生的幅值调制由此可以更简单地彼此分离。
[0011]此外有利的是，接收放大器的开关时序通过数字信号处理器控制。可以为计算单元的数字信号处理器在此可以与数字模拟转换器上所设定的数字值相协调地切换接收放大器。由此，同样使得数字信号处理器预设校准循环中的开关时序。由此，模拟接收信号会表现可为例如20kHz的频率。这意味着:接通和关断持续时间为25 μ So由此，开关时序的周期为50 μ S。
[0012]此外有利的是，压控振荡器所产生的第一和第二信号通过频率计数器来检测。使用频率计数器能够实现使用模拟信号来通过数字信号处理器进行数字或数值分析。数字信号处理器的通过数字模拟转换器至振荡器的所设定的频率与振荡器所发出的信号比较由此可以在数值层面上进行。
[0013]由此可以在校准期间停止接收单元的使用。
[0014]特别有利的是，通过快速傅里叶变换将幅值调制映射到频域中并且由此探测接收放大器的开关时序。由此，由接收放大器的开关时序引起的幅值调制可以借助数字信号处理来探测。通过傅里叶变换将时域映射到频域在此是通过计算单元测定开关时序的简单可能性。在此情况下，可以应用例如长度为512的实值快速傅里叶变换。由此，所生成的值谱有256位，其中在40kHz的采样率的情况下最高位对应于20kHz的频率。恰好在值谱的该位上可以看到峰值形式的通过接收放大器引起的信号成分。
[0015]根据本发明的任务同样通过根据权利要求9所述的用于确定雷达系统的接收放大器的功能性的设备来解决。该雷达系统在此具有发射单元、接收单元和压控的振荡器，其中在雷达系统投入使用之前进行校准以补偿振荡器所发出的频率的频率偏差。为此根据本发明设计为，在校准振荡器期间可实施至少一个校准循环，所述校准循环包括至少一个具有第一频率的第一信号和具有第二频率的第二信号。第一信号和第二信号可通过发射单元发射并且可通过接收单元接收。接收放大器以如下开关时序切换，该开关时序引起第一信号和第二信号的幅值调制。在此，幅值调制可用于确定接收放大器的功能性。
[0016]附图描述
[0017]本发明的其他措施和优点从权利要求、以下的描述和附图中得到。在此，在权利要求中和在说明书中所提及的特征可分别单独地或任意组合地反映本发明的实质。在附图中:
[0018]图1示出了雷达系统的示意性结构，
[0019]图2示出了第一信号和第二信号的示意性曲线图，
[0020]图3不出了开关时序的不意性曲线图，
[0021]图4示出了在开关时序激活时接收信号的示意性曲线图，
[0022]图5高分辨地示出了在开关时序激活时接收信号的示意性曲线图，以及
[0023]图6示出了接收单元的信号的值谱的示意性曲线图。
【具体实施方式】
[0024]在图1中示意性示出了雷达系统的结构。发射单元13具有压控振荡器16，其中为了校准雷达系统1，可以由发射单元13发射具有第一频率的第一信号11和具有第二频率的第二信号12。振荡器16在此通过数字模拟转换器17来操控，该数字模拟转换器又通过数字信号处理器20的接口 38来操控。振荡器16的第一信号11和第二信号12通过分频器36输送至安装在数字信号处理器20中的频率计数器26。由此，实现可以是计算单元的数字信号处理器20经由通过频率计数器26接收的信号分析振荡器16所发出的第一信号11和第二信号12。校准循环以其第一信号11和其第二信号12在此基本上满足两个任务。第一任务在于补偿振荡器16的频率漂移，该频率漂移主要可由在连续运行中的温度变化引起。但振荡器16的频率漂移也可能通过其他效应譬如负载牵引或老化而形成。在此，频率漂移需要补偿以便在所有情况下避免超过相应预设的频带边界。其可以在校准循环中通过振荡器16的调谐电压范围或数字模拟转换器17的相应数字值的适配进行。第二任务在于振荡器16的非线性特征曲线的补偿。在此，可由雷达系统设置LFMSK发射方法。LFMSK发射方法设置嵌套地发射三个子信号A、B和C，其中三个子信号的每个都设置了具有等距的频率阶梯的频率变化曲线。保持子信号的两个相邻的频率之间的该恒定间距对于目标探测而言是迫切的。由于振荡器特征曲线(关于调谐电压的频率)的非线性，对于等距的频率阶梯的设定而言形成非等距的调谐电压或数字模拟转换器值。非等距的调谐电压或数字模拟转换器值必须在每个校准循环中对要设定的发射频率的每个重新计算，因为振荡器特征曲线的变化曲线可以取决于许多因素譬如温度、负载牵引或老化并且因此在连续运行中持续改变。在此变得明显的是，在校准循环期间雷达系统I的接收单元14尽管存在且能够运行，但对于振荡器16的校准而言并不必要。由此，接收单元14的至少一部分可以在校准期间予以使用，以确定接收放大器10的功能性。由发射单元13发射的信号可以通过接收单元14来接收。通过接收单元14接收的信号通过第一放大器级30 (低噪声放大器，LNA)输送至混频器32。在那里，通过与振荡器输出信号相干混合而形成基带信号，该基带信号的幅值变化过程在理想混频器的情况下仅通过接收信号相对于振荡器信号的相位来确定。连接在混频器32上的模拟滤波构成为带通34，用于一方面抑制高频率噪声成分以及另一方面抑制低频寄生混合产物。模拟滤波可以作为模拟电路集成在接收放大器10中。接收放大器10用于提高接收器动态性，其中例如在接收单元14受到非常强的信号危险超调时放大率会降低到较小的值。可以实施两个放大因数，其中通过独立的控制线路40进行切换，该控制线路通过数字信号处理器20的通用1管脚(GP1)可以驱动。高放大率与低放大率之间的差可以对应于大约17dB。通过可集成在数字信号处理器20中的模拟数字转换器24将经由接收单元14所接收的模拟信号转换成数字值。模拟数字转换器24在此例如可以具有12比特的分辨率。
[0025]在图2中示意性示出了第一信号11和第二信号12的曲线图。第一信号11和第二信号12的持续时间在此为一毫秒。第一信号11和第二信号12的频率间隔在此为80MHz。在此，为了校准可以使用通过频率计数器26的频率计数方法，该频率计数器可以设计为设定多个单独的数字模拟转换器值或例如24GHz的频率。每个单独的频率在此在例如一毫秒的持续时间上保持恒定。在该时间中，对与所设定的数字模拟转换器值相对应的频率进行有效计数。为了实现校准，在校准循环内需要设定并且接着计数分布在发射频带上的多个所谓的支持频率。相应地，对接收单元14的针对性激励也通过恰好在振荡器16上在校准循环中所设定的信号，具体而言通过具有频率跳变的信号来实现，该频率跳变可以在10MHz的带宽下直至80MHz或在200MHz的带宽下直至180MHz的量级上进行。通过混频器偏置的效应将发射信号直接耦合输入接收单元14中并且在那里在如下不利情况下还引起一些信号，在所述不利情况下不存在雷达目标并且因此也没有信号通过接收单元到达。通过探测这些信号也可以在不利的情况下关于信道故障对接收单元进行可靠诊断。在校准循环中，现在在所有环境情况下可以将交变信号馈入雷达系统I的接收器单元14中，使得在接收单元14的带通滤波器34的输出端上可能存在不等于零伏特的电压变化曲线。接收放大器10在高放大率与低放大率之间快速且有目的地切换(即开关时序15)造成带通滤波器34的输出信号的相应的幅值调制18。
[0026]在图3中示意性地示出了接收放大器10的开关时序15的变化曲线。接收放大器10的有目的的且快速的切换引起幅值调制。在此，例如每25 μ s可以使接收放大器10在尚放大率与低放大率之间进行切换。通过该过程可以使不同的接收单元14的模拟接收信号分别表现具有20kHz的频率的频率成分。现在借助在各个信道的接收单元14中对该信号成分的探测可以推测出相应的接收放大器10的功能性。接着对接收信号即数字信号通过模拟数字转换器24进行处理可以由此推断出接收放大器10的功能性，其中数字信号由此提供给数字信号处理器20。在所阐述的频率序列和所描述的开关时序15存在的持续时间中，可以利用40kHz的速率对接收信号进行采样，使得对于每个接收单元14而言每个放大器位置存在一个米样值。
[0027]在图4中示意性地示出了在开关时序15激活时的接收信号的变化曲线。该曲线图示例性地示出实际雷达系统I的接收单元14的所确定的可能的信号。通过接收单元14对接收信号的激励通过在图2和图3中出现的信号或开关时序15来进行。在此，可以明显看到这两个所述的激励的效果。一方面，振荡器发射信号的成分根据图2呈现，其为周期持续时间为80个采样值或重复频率为500Hz的缓慢改变的信号成分。另一方面，该信号成分调制接收单元14的开关时序的成分，可看到两个采样值的周期持续时间或20kHz的重复频率。图5在此以高时间分辨率示意性示出了在开关时序15激活时的接收信号。借助数字信号处理对高频率信号成分的探测现在能够实现推测出放大器的功能性和切换至接收器支路中。借助该高频信号成分明显表现可看到能够以简单方式和方法进行探测。
[0028]在图6中示意性地示出了接收器单元14的信号的值谱。该值谱示例性为频率范围中的探测。为此，可以应用快速傅里叶变换(FFT)。在长度为512的情况下，实值FFT可以应用于每个接收单元14的信号。要探测的具有20kHz的频率的信号成分也在图6的值谱中清楚地观察到，其中该信号成分已在图4和图5中可清楚地看到。由此，通过512长度的FFT所生成的值谱有256位，其中在40kHz的采样率的情况下最高位对应于20kHz的频率。恰好在值谱的该位上在图6中可以看到为峰值42形式的通过切换放大器引起的信号成分。其他峰值在那里都通过振荡器发射信号的具有500Hz的基频的信号成分和其高次谐波以及其调制产物引起。放大器切换的诊断可以集中于在接收信道的值谱的位256处对峰值的存在性探测。由此不仅定性地而且定量地非常简单实现在信号处理技术上确定接收放大器10的功能性。
【权利要求】
1.一种用于确定雷达系统(I)的可切换的接收放大器(10)的功能性的方法，该雷达系统具有发射单元(13)、接收单元(14)和压控的振荡器(16)，其中，在雷达系统(I)投入运行之前进行校准以补偿振荡器(16)所发出的频率的频率偏差， 其特征在于， 在振荡器校准期间运行至少一个校准循环，该校准循环包括至少一个具有第一频率(11)的第一信号和具有第二频率(12)的第二信号，其中，第一信号(11)和第二信号(12)通过发射单元(13)发射并且通过接收单元(14)接收，其中，接收放大器(10)利用开关时序(15)切换，该开关时序引起第一信号(11)和第二信号(12)的幅值调制(18)并且使用幅值调制(18)来确定接收放大器(10)的功能性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发射单元(13)耦合到数字信号处理器(20)上，其中，数字信号处理器(20)数字地预设第一信号(11)和第二信号(12)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过数字模拟转换器(17)对压控的振荡器(16)进行操控。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，接收单元(14)通过模拟数字转换器(24)耦合到数字信号处理器(20)上，其中，接收信号通过模拟数字转换器(24)来数字化。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对第一信号(11)和第二信号(12)的发送通过振荡器(16)周期性地重复。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，接收放大器(10)的开关时序通过数字信号处理器(20)来控制。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，压控的振荡器(16)的所产生的第一信号(11)和第二信号(12)通过频率计数器(26)来检测。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过快速傅里叶变换将幅值调制映射到频域中并且由此探测接收放大器(10)的切换频率。
9.用于确定雷达系统(I)的可切换的接收放大器(10)的功能性的设备，该雷达系统具有发射单元(13)、接收单元(14)和压控的振荡器(16)，其中，在雷达系统(I)投入运行之前进行校准以补偿振荡器(16)所发出的频率的频率偏差， 其特征在于， 在振荡器校准期间可运行至少一个校准循环，该校准循环包括至少一个具有第一频率(11)的第一信号和具有第二频率(12)的第二信号，其中，第一信号(11)和第二信号(12)能够通过发射单元(13)发射并且能够通过接收单元(14)接收，其中，接收放大器(10)利用开关时序(15)切换，该开关时序引起第一信号(11)和第二信号(12)的幅值调制(18)并且使用幅值调制(18)来确定接收放大器(10)的功能性。
10.根据权利要求9所述的设备，其能够按照根据权利要求1至8之一所述的方法来运行。
【文档编号】G01S7/40GK104471435SQ201380037898
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年6月29日 优先权日:2012年7月18日
【发明者】T·黑塞 申请人:黑拉许克联合股份有限公司