用于確定可切換的接收放大器的功能性的方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于確定雷達系統的可切換的接收放大器的功能性的方法,該雷達系統具有發射單元、接收單元和壓控的振蕩器,其中在雷達系統投入運行之前進行校準以補償振蕩器所發出的頻率的頻率偏差。根據本發明設計為,在振蕩器校準期間運行至少一個校準循環,該校準循環包括至少至少一個具有第一頻率的第一信號和具有第二頻率的第二信號,其中,第一信號和第二信號通過發射單元發射并且通過接收單元接收,其中接收放大器利用開關時序切換,該開關時序引起第一信號和第二信號的幅值調制并且使用幅值調制來確定接收放大器的功能性。
【專利說明】用于確定可切換的接收放大器的功能性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的用于確定可切換的接收放大器的功能性的方法。此外,本發明也涉及一種根據權利要求9的前序部分所述的用于確定可切換的接收放大器的功能性的設備。
【背景技術】
[0002]在DE 10 2009 047 931 Al中公開了用于確定遠程的對象的距離和相對速度的方法,其中,為了確定所述量使用具有發射單元、接收單元和壓控的振蕩器的雷達系統。發射單元在此發射信號,其中由接收單元接收該信號的回聲。由所接收的信號于是可以通過信號分析測定遠程的對象的距離和相對速度。在所接收的反射信號對于分析而言過弱的情況下,現有技術要通過可切換的接收放大器放大該信號。然而已證明為不利的是,可切換的接收放大器的功能性可僅經由對接收信號進行似然性分析而進行。這意味著:在對足夠強的接收信號錯誤放大的情況下使該信號超調,這會導致整個雷達系統故障。在相反的情況下即在接收放大器錯誤地在信號弱接收的情況下并不被接通時,通過雷達系統對遙遠的對象探測的有效范圍會明顯減小。
【發明內容】
[0003]本發明的任務是提供一種用于確定雷達系統的可切換的接收放大器的功能性的方法和設備,其中,該方法和該設備在測量技術上簡單且可靠地構建,這能夠實現快速且精確地確定接收放大器的可切換性的功能性。
[0004]為了解決該任務,提出了一種具有權利要求1的特征的方法以及一種具有權利要求9的特征的設備,尤其是具有相應特征部分的特征。在從屬權利要求中介紹了優選的改進方案。在此,在權利要求中和在說明書中所提及的特征分別單獨地或組合地反映本發明的實質。結合根據本發明的方法所描述的特征和細節在此當然結合根據本發明的設備也是適用的,反之亦然。在此,在權利要求中和在說明書中所提及的特征分別單獨地或組合地反映本發明的實質。
[0005]本發明公開了一種用于確定雷達系統的接收放大器的可切換性的功能性的方法,該雷達系統具有發射單元、接收單元和壓控的振蕩器,其中,在雷達系統投入運行之前進行校準以補償振蕩器所發出的頻率的頻率偏差。根據本發明,在此規定為,在校準期間運行至少一個校準循環,該校準循環包括至少一個具有第一頻率的第一信號和具有第二頻率的第二信號。在此,第一信號和第二信號通過發射單元發射。所發射的信號通過接收單元來接收,其中,所接收的信號可以在基帶中通過接收放大器放大。接收放大器利用開關時序切換,由此第一信號和第二信號經歷幅值調制。該幅值調制于是用于確定接收放大器的功能性。該方法的優點在于通過可確定的發射信號明確地確定接收放大器的功能性。在此“可確定”意味著:信號和對所述信號進行幅值調制通過調節機構來控制。在現有技術的雷達系統中接收單元的至少一部分在校準期間必須被使用,而這在根據本發明的雷達系統中情況并非如此。根據本發明的雷達系統的校準通過對發射單元所發出的信號直接分析來進行。由此實現的是,接收單元不必被用于校準發射信號。于是,在接收單元上存在發射單元所發射的信號,其用于進一步分析和確定接收放大器的功能性。發射單元所接收的信號通過接收放大器的開關時序來幅值調制。該幅值調制過的信號于是可以與發射單元的實際校準無關地用于分析,以便確定可切換的接收放大器的功能性。由此,與發射單元的校準無關地可以對接收放大器的可切換性進行明確的檢驗。同樣有利的是,通過根據本發明的方法和根據本發明的設備同時可以對發射單元進行校準并且對接收放大器的可切換性進行明確的檢驗。
[0006]振蕩器的校準有主要兩個任務。第一任務在于補償振蕩器的頻率漂移,該頻率漂移主要由在連續運行中可能的溫度變化引起。其他效應譬如負載牽引或老化由此也可以被考慮。頻率漂移需要補償以便在所有情況下避免超過相應預設的頻帶邊界。其通過振蕩器的調諧壓力范圍的匹配來進行。第二任務在于振蕩器的非線性特征曲線的補償。
[0007]特別有利的是,發射單元耦合到數字信號處理器上,其中,數字信號處理器數字地預設第一信號和第二信號。要發射的信號的數字預設能夠例如實現所發射的信號的數值頻率確定。這已有利地在校準期間進行,在校準中振蕩器所發射的信號通過分頻器傳送給頻率計數器,其中在那里所接收的信號又可數字顯示。由此使得數字信號處理器檢測所發射的信號的頻率。這可以在數字層面上通過比較器來實現或通過將數字值轉換成數值值進行,優選以十進制或十六進制顯示。
[0008]有利的是,對壓控的振蕩器的操控通過數字模擬轉換器進行。由此,可以對通過發射單元待發射的頻率進行精確設定。此外,在例如24GHz的頻率下可以簡單且有效地設定多個單獨的數字模擬轉換器值。此外,精確時間間隔(例如每發射頻率一毫秒)的預設可通過振蕩器精確地保持。
[0009]此外有利的是,接收單元通過模擬數字轉換器耦合在數字信號處理器上,其中接收信號通過模擬數字轉換器來數字化。模擬值變換到數字值能夠實現與所發射的信號進行簡單的數值或數字比較。對所接收的信號分析以確定對象的距離或相對速度由此可以在數字或數值層面上進行。由此有利地可以通過計算單元進行分析。
[0010]有利的是,通過振蕩器周期地重復第一信號和第二信號的發射。由此,測量誤差可以在統計上例如通過求平均值來清除。由于使用雷達系統的環境在校準期間會變化,例如由于雷達系統使用在機動車中,所以發射信號在對象上意外的反射(所述反射通過接收單元接收)同樣可以被清除。由此,可以更為精確地濾除在接收信號中的開關時序的成分。意外反射的信號疊加到接收信號中并且通過開關時序產生的幅值調制由此可以更簡單地彼此分離。
[0011]此外有利的是,接收放大器的開關時序通過數字信號處理器控制。可以為計算單元的數字信號處理器在此可以與數字模擬轉換器上所設定的數字值相協調地切換接收放大器。由此,同樣使得數字信號處理器預設校準循環中的開關時序。由此,模擬接收信號會表現可為例如20kHz的頻率。這意味著:接通和關斷持續時間為25 μ So由此,開關時序的周期為50 μ S。
[0012]此外有利的是,壓控振蕩器所產生的第一和第二信號通過頻率計數器來檢測。使用頻率計數器能夠實現使用模擬信號來通過數字信號處理器進行數字或數值分析。數字信號處理器的通過數字模擬轉換器至振蕩器的所設定的頻率與振蕩器所發出的信號比較由此可以在數值層面上進行。
[0013]由此可以在校準期間停止接收單元的使用。
[0014]特別有利的是,通過快速傅里葉變換將幅值調制映射到頻域中并且由此探測接收放大器的開關時序。由此,由接收放大器的開關時序引起的幅值調制可以借助數字信號處理來探測。通過傅里葉變換將時域映射到頻域在此是通過計算單元測定開關時序的簡單可能性。在此情況下,可以應用例如長度為512的實值快速傅里葉變換。由此,所生成的值譜有256位,其中在40kHz的采樣率的情況下最高位對應于20kHz的頻率。恰好在值譜的該位上可以看到峰值形式的通過接收放大器引起的信號成分。
[0015]根據本發明的任務同樣通過根據權利要求9所述的用于確定雷達系統的接收放大器的功能性的設備來解決。該雷達系統在此具有發射單元、接收單元和壓控的振蕩器,其中在雷達系統投入使用之前進行校準以補償振蕩器所發出的頻率的頻率偏差。為此根據本發明設計為,在校準振蕩器期間可實施至少一個校準循環,所述校準循環包括至少一個具有第一頻率的第一信號和具有第二頻率的第二信號。第一信號和第二信號可通過發射單元發射并且可通過接收單元接收。接收放大器以如下開關時序切換,該開關時序引起第一信號和第二信號的幅值調制。在此,幅值調制可用于確定接收放大器的功能性。
[0016]附圖描述
[0017]本發明的其他措施和優點從權利要求、以下的描述和附圖中得到。在此,在權利要求中和在說明書中所提及的特征可分別單獨地或任意組合地反映本發明的實質。在附圖中:
[0018]圖1示出了雷達系統的示意性結構,
[0019]圖2示出了第一信號和第二信號的示意性曲線圖,
[0020]圖3不出了開關時序的不意性曲線圖,
[0021]圖4示出了在開關時序激活時接收信號的示意性曲線圖,
[0022]圖5高分辨地示出了在開關時序激活時接收信號的示意性曲線圖,以及
[0023]圖6示出了接收單元的信號的值譜的示意性曲線圖。
【具體實施方式】
[0024]在圖1中示意性示出了雷達系統的結構。發射單元13具有壓控振蕩器16,其中為了校準雷達系統1,可以由發射單元13發射具有第一頻率的第一信號11和具有第二頻率的第二信號12。振蕩器16在此通過數字模擬轉換器17來操控,該數字模擬轉換器又通過數字信號處理器20的接口 38來操控。振蕩器16的第一信號11和第二信號12通過分頻器36輸送至安裝在數字信號處理器20中的頻率計數器26。由此,實現可以是計算單元的數字信號處理器20經由通過頻率計數器26接收的信號分析振蕩器16所發出的第一信號11和第二信號12。校準循環以其第一信號11和其第二信號12在此基本上滿足兩個任務。第一任務在于補償振蕩器16的頻率漂移,該頻率漂移主要可由在連續運行中的溫度變化引起。但振蕩器16的頻率漂移也可能通過其他效應譬如負載牽引或老化而形成。在此,頻率漂移需要補償以便在所有情況下避免超過相應預設的頻帶邊界。其可以在校準循環中通過振蕩器16的調諧電壓范圍或數字模擬轉換器17的相應數字值的適配進行。第二任務在于振蕩器16的非線性特征曲線的補償。在此,可由雷達系統設置LFMSK發射方法。LFMSK發射方法設置嵌套地發射三個子信號A、B和C,其中三個子信號的每個都設置了具有等距的頻率階梯的頻率變化曲線。保持子信號的兩個相鄰的頻率之間的該恒定間距對于目標探測而言是迫切的。由于振蕩器特征曲線(關于調諧電壓的頻率)的非線性,對于等距的頻率階梯的設定而言形成非等距的調諧電壓或數字模擬轉換器值。非等距的調諧電壓或數字模擬轉換器值必須在每個校準循環中對要設定的發射頻率的每個重新計算,因為振蕩器特征曲線的變化曲線可以取決于許多因素譬如溫度、負載牽引或老化并且因此在連續運行中持續改變。在此變得明顯的是,在校準循環期間雷達系統I的接收單元14盡管存在且能夠運行,但對于振蕩器16的校準而言并不必要。由此,接收單元14的至少一部分可以在校準期間予以使用,以確定接收放大器10的功能性。由發射單元13發射的信號可以通過接收單元14來接收。通過接收單元14接收的信號通過第一放大器級30 (低噪聲放大器,LNA)輸送至混頻器32。在那里,通過與振蕩器輸出信號相干混合而形成基帶信號,該基帶信號的幅值變化過程在理想混頻器的情況下僅通過接收信號相對于振蕩器信號的相位來確定。連接在混頻器32上的模擬濾波構成為帶通34,用于一方面抑制高頻率噪聲成分以及另一方面抑制低頻寄生混合產物。模擬濾波可以作為模擬電路集成在接收放大器10中。接收放大器10用于提高接收器動態性,其中例如在接收單元14受到非常強的信號危險超調時放大率會降低到較小的值。可以實施兩個放大因數,其中通過獨立的控制線路40進行切換,該控制線路通過數字信號處理器20的通用1管腳(GP1)可以驅動。高放大率與低放大率之間的差可以對應于大約17dB。通過可集成在數字信號處理器20中的模擬數字轉換器24將經由接收單元14所接收的模擬信號轉換成數字值。模擬數字轉換器24在此例如可以具有12比特的分辨率。
[0025]在圖2中示意性示出了第一信號11和第二信號12的曲線圖。第一信號11和第二信號12的持續時間在此為一毫秒。第一信號11和第二信號12的頻率間隔在此為80MHz。在此,為了校準可以使用通過頻率計數器26的頻率計數方法,該頻率計數器可以設計為設定多個單獨的數字模擬轉換器值或例如24GHz的頻率。每個單獨的頻率在此在例如一毫秒的持續時間上保持恒定。在該時間中,對與所設定的數字模擬轉換器值相對應的頻率進行有效計數。為了實現校準,在校準循環內需要設定并且接著計數分布在發射頻帶上的多個所謂的支持頻率。相應地,對接收單元14的針對性激勵也通過恰好在振蕩器16上在校準循環中所設定的信號,具體而言通過具有頻率跳變的信號來實現,該頻率跳變可以在10MHz的帶寬下直至80MHz或在200MHz的帶寬下直至180MHz的量級上進行。通過混頻器偏置的效應將發射信號直接耦合輸入接收單元14中并且在那里在如下不利情況下還引起一些信號,在所述不利情況下不存在雷達目標并且因此也沒有信號通過接收單元到達。通過探測這些信號也可以在不利的情況下關于信道故障對接收單元進行可靠診斷。在校準循環中,現在在所有環境情況下可以將交變信號饋入雷達系統I的接收器單元14中,使得在接收單元14的帶通濾波器34的輸出端上可能存在不等于零伏特的電壓變化曲線。接收放大器10在高放大率與低放大率之間快速且有目的地切換(即開關時序15)造成帶通濾波器34的輸出信號的相應的幅值調制18。
[0026]在圖3中示意性地示出了接收放大器10的開關時序15的變化曲線。接收放大器10的有目的的且快速的切換引起幅值調制。在此,例如每25 μ s可以使接收放大器10在尚放大率與低放大率之間進行切換。通過該過程可以使不同的接收單元14的模擬接收信號分別表現具有20kHz的頻率的頻率成分。現在借助在各個信道的接收單元14中對該信號成分的探測可以推測出相應的接收放大器10的功能性。接著對接收信號即數字信號通過模擬數字轉換器24進行處理可以由此推斷出接收放大器10的功能性,其中數字信號由此提供給數字信號處理器20。在所闡述的頻率序列和所描述的開關時序15存在的持續時間中,可以利用40kHz的速率對接收信號進行采樣,使得對于每個接收單元14而言每個放大器位置存在一個米樣值。
[0027]在圖4中示意性地示出了在開關時序15激活時的接收信號的變化曲線。該曲線圖示例性地示出實際雷達系統I的接收單元14的所確定的可能的信號。通過接收單元14對接收信號的激勵通過在圖2和圖3中出現的信號或開關時序15來進行。在此,可以明顯看到這兩個所述的激勵的效果。一方面,振蕩器發射信號的成分根據圖2呈現,其為周期持續時間為80個采樣值或重復頻率為500Hz的緩慢改變的信號成分。另一方面,該信號成分調制接收單元14的開關時序的成分,可看到兩個采樣值的周期持續時間或20kHz的重復頻率。圖5在此以高時間分辨率示意性示出了在開關時序15激活時的接收信號。借助數字信號處理對高頻率信號成分的探測現在能夠實現推測出放大器的功能性和切換至接收器支路中。借助該高頻信號成分明顯表現可看到能夠以簡單方式和方法進行探測。
[0028]在圖6中示意性地示出了接收器單元14的信號的值譜。該值譜示例性為頻率范圍中的探測。為此,可以應用快速傅里葉變換(FFT)。在長度為512的情況下,實值FFT可以應用于每個接收單元14的信號。要探測的具有20kHz的頻率的信號成分也在圖6的值譜中清楚地觀察到,其中該信號成分已在圖4和圖5中可清楚地看到。由此,通過512長度的FFT所生成的值譜有256位,其中在40kHz的采樣率的情況下最高位對應于20kHz的頻率。恰好在值譜的該位上在圖6中可以看到為峰值42形式的通過切換放大器引起的信號成分。其他峰值在那里都通過振蕩器發射信號的具有500Hz的基頻的信號成分和其高次諧波以及其調制產物引起。放大器切換的診斷可以集中于在接收信道的值譜的位256處對峰值的存在性探測。由此不僅定性地而且定量地非常簡單實現在信號處理技術上確定接收放大器10的功能性。
【權利要求】
1.一種用于確定雷達系統(I)的可切換的接收放大器(10)的功能性的方法,該雷達系統具有發射單元(13)、接收單元(14)和壓控的振蕩器(16),其中,在雷達系統(I)投入運行之前進行校準以補償振蕩器(16)所發出的頻率的頻率偏差, 其特征在于, 在振蕩器校準期間運行至少一個校準循環,該校準循環包括至少一個具有第一頻率(11)的第一信號和具有第二頻率(12)的第二信號,其中,第一信號(11)和第二信號(12)通過發射單元(13)發射并且通過接收單元(14)接收,其中,接收放大器(10)利用開關時序(15)切換,該開關時序引起第一信號(11)和第二信號(12)的幅值調制(18)并且使用幅值調制(18)來確定接收放大器(10)的功能性。
2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,發射單元(13)耦合到數字信號處理器(20)上,其中,數字信號處理器(20)數字地預設第一信號(11)和第二信號(12)。
3.根據權利要求1或2所述的方法,其特征在于,通過數字模擬轉換器(17)對壓控的振蕩器(16)進行操控。
4.根據權利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,接收單元(14)通過模擬數字轉換器(24)耦合到數字信號處理器(20)上,其中,接收信號通過模擬數字轉換器(24)來數字化。
5.根據上述權利要求之一所述的方法,其特征在于,對第一信號(11)和第二信號(12)的發送通過振蕩器(16)周期性地重復。
6.根據上述權利要求之一所述的方法,其特征在于,接收放大器(10)的開關時序通過數字信號處理器(20)來控制。
7.根據上述權利要求之一所述的方法,其特征在于,壓控的振蕩器(16)的所產生的第一信號(11)和第二信號(12)通過頻率計數器(26)來檢測。
8.根據上述權利要求之一所述的方法,其特征在于,通過快速傅里葉變換將幅值調制映射到頻域中并且由此探測接收放大器(10)的切換頻率。
9.用于確定雷達系統(I)的可切換的接收放大器(10)的功能性的設備,該雷達系統具有發射單元(13)、接收單元(14)和壓控的振蕩器(16),其中,在雷達系統(I)投入運行之前進行校準以補償振蕩器(16)所發出的頻率的頻率偏差, 其特征在于, 在振蕩器校準期間可運行至少一個校準循環,該校準循環包括至少一個具有第一頻率(11)的第一信號和具有第二頻率(12)的第二信號,其中,第一信號(11)和第二信號(12)能夠通過發射單元(13)發射并且能夠通過接收單元(14)接收,其中,接收放大器(10)利用開關時序(15)切換,該開關時序引起第一信號(11)和第二信號(12)的幅值調制(18)并且使用幅值調制(18)來確定接收放大器(10)的功能性。
10.根據權利要求9所述的設備,其能夠按照根據權利要求1至8之一所述的方法來運行。
【文檔編號】G01S7/40GK104471435SQ201380037898
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年6月29日 優先權日:2012年7月18日
【發明者】T·黑塞 申請人:黑拉許克聯合股份有限公司