DE10240497A1

DE10240497A1 - Radarmesseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Radarmesseinrichtung

Info

Publication number: DE10240497A1
Application number: DE10240497A
Authority: DE
Inventors: Klaus Voigtlaender
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-11
Also published as: JP2005537485A; EP1537436A1; WO2004023157A1; US20050174279A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine insbesondere für ein Kraftfahrzeug verwendbare Radarmesseinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Radarmesseinrichtung. DOLLAR A Um eine geringe Bandbreite zu belegen, wird eine Radarmesseinrichtung geschaffen mit DOLLAR A einem Hochfrequenzoszillator (14) zum Erzeugen eines Trägerfrequenzsignals (w24), DOLLAR A Sendemitteln (11, 16, 18) zum Erzeugen und Aussenden eines Radarpulssignals (R1), wobei die Sendemittel eine erste Pulsformeinrichtung (11) zum Erzeugen eines ersten Pulssignals (w1) und eine Sendeantenne (18) zum Aussenden eines aus dem ersten Pulssignal (w1) und dem Trägerfrequenzsignal (w24) gebildeten ersten Radarpulssignals (R1) aufweisen, DOLLAR A Empfangsmitteln (19, 21) zum Empfangen eines Radarsignals (R2) und DOLLAR A Verarbeitungsmitteln (12, 21, 22, 23, 25, 26, 29, 30) zum Verarbeiten des empfangenen Radarsignals (R2), wobei die Verarbeitungsmittel eine zweite Pulsformeinrichtung (25) zum Erzeugen eines zweiten Pulssignals (w2) aufweisen, DOLLAR A wobei die Sendemittel eine Einseitenband-Mischeinrichtung (16) zum Mischen des ersten Pulssignals (w1) und des Trägerfrequenzsignals (T) aufweist und das von der Einseitenband-Mischeinrichtung (16) ausgegebene Radarpulssignal (R1) im Wesentlichen in einem Seitenband des Trägerfrequenzsignals (T) liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radarmesseinrichtung, die insbesondere für ein Kraftfahrzeug verwendbar ist, und ein Verfahren zum Betreiben einer Radarmesseinrichtung.

Radarmesseinrichtungen werden in Kraftfahrzeugen insbesondere zur Messung des Abstandes und der Relativgeschwindigkeit zu anderen Objekten eingesetzt. Die Detektion kann grundsätzlich in sämtlichen Winkelbereichen rund um das Fahrzeug erfolgen, wobei die Messsignale insbesondere zur Unfallverhütung (Precrash) bzw. Kollisionsvermeidung, für ein ACC Stop & Go ("Adaptive Cruise Control"), als Einparkhilfe, Stauassistent, zur Detektion des toten Winkels und als Abbiege- und Spurwechselassistent verwendet werden. Vor dem Fahrzeug erfolgt die Detektion eines Nahbereiches bis 10 m (Short Range Radar, SRR) z. B. in Frequenzbereichen bis 40 GHz und die Detektion eines mittleren Bereich bis 40 m und eines Fernbereichs bis 120 m bei höheren Frequenzen von z. B. 77 GHz.

Bei Radar-Puls-Echomessungen können Abstände durch eine Laufzeitmessung und Relativgeschwindigkeiten durch zeitliche Differenzierung des Abstandswertes und/oder Dopplermessung erfolgen. Hierbei wird ein Trägerfrequenzsignal durch einen mit einem Pulssignal angesteuerten Schalter durchgeschaltet, wodurch in Abhängigkeit von der Modulation z. B. 200 ps bis 1000 ps lange Impulse des Trägerfrequenzsignals erzeugt werden. Die Modulation durch den Schalter entspricht einer Multiplikation des Trägerfrequenzsignals mit dem (Rechteck-) Pulssignal. Es ergibt sich ein Sendespektrum mit einer mittleren Trägerfrequenz und einer von der Trägerfrequenz zu beiden Seiten hin abfallenden Leistung. Bei einer Trägerfrequenz von z. B. 24 GHz ergibt sich bei einer Pulslänge von 350 ps und einer Pulswiederholrate im Megahertz-Bereich ein Spektrum von ca. 22-26 GHz.

Die für Pulsradarsysteme erforderlichen Bandbreiten sind jedoch insbesondere bei für den Nahbereich relevanten Frequenzen von 10 bis 40 GHz problematisch. Aufgrund verbotener Bandbereiche (restricted bands), insbesondere der Bänder von sicherheitsrelevanten Flugfunkdiensten und Navigationsfunkdiensten sowie der Radioastronomie, sind im Frequenzbereich zwischen 10 und 40 GHz, insbesondere zwischen 10 und 24 GHz, nur geringe Bandbreiten, zum Teil mit weniger als 1 GHz Bandbreite, zugelassen.

Die Radarmessvorrichtung nach Anspruch 1 sowie das Verfahren zum Betreiben einer Radarmessvorrichtung nach Anspruch 12 weisen demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, dass eine geringe Bandbreite belegt und eine hohe Störfestigkeit erreicht wird. Weiterhin kann mit relativ geringem apparativem Aufwand, insbesondere ohne Verdoppelung wesentlicher Komponenten der Vorrichtung, einer schmalbandiges System hoher Leistung in einem ISM-Band genutzt werden. Das für die Auswertung der Signale nicht relevante Trägerfrequenzsignal wird bei der Einseitenband-Modulation vorteilhafterweise weitgehend unterdrückt. Bei einer Erhöhung der Bandbreite auf z. B. 24 bis 31,2 GHz ist eine hohe Signalverstärkung (processing gain) möglich. Erfindungsgemäß können auch Richtfunkanlagen, insbesondere im Frequenzbereich von 21,6 bis 23,6 GHz verwendet werden. Da nur ein Seitenband übertragen wird, können Ultra Wide Band (UWB-) Systeme verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die herkömmliche Pulsmodulation, bei der das Trägerfrequenzsignal mittels eines durch das Pulssignal angesteuerten Schalters durchgeschaltet wird, grundsätzlich einer Zweiseitenband-Modulation entspricht, wie sie z. B. im Radiofrequenzbereich bei der Amplitudenmodulation angewendet wird. Eine derartige Zweiseitenband-Modulation ist jedoch bei Pulsradarsystemen bzw. Puls-Echo- Radarsystemen grundsätzlich nicht erforderlich und führt aufgrund der erforderlichen Bandbreite und dem starken Trägerfrequenzsignal, das bei der Signalauswertung keine zusätzlichen Informationen liefert, lediglich zu nachteilhaften Auswirkungen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht hingegen auf überraschend einfache Weise durch die Verwendung einer Einseitenband-Mischeinrichtung anstelle des eine Multiplikation bewirkenden Schalters die Belegung einer geringeren Bandbreite bei hoher Trägertrequenzunterdrückung belegt werden.

Für die Modulation können z. B. SRD (short range detection)-Pulse verwendet werden. Weiterhin ist die Verwendung einer PN (Pseudo-Noise)-Modulation mit einem PN-Code möglich, bei der gemäß dem PN-Code entschieden wird, ob ein Puls gesendet wird oder nicht, und die empfangenen reflektierten Pulssignale aufgrund der bekannten Codierung durch Korrelation zur Detektion des Zielobjektes verarbeitet werden können.

Erfindungsgemäß kann insbesondere ein oberes Seitenband bei unterdrückter Trägerfrequenz übertragen werden. Durch eine gleichspannungsfreie Ankopplung des Pulssignals kann die spektrale Dichte zu höheren Frequenzen verschobenen werden, so dass die Trägerfrequenz noch besser unterdrückt werden kann.

Beim Empfang der reflektierten Radarsignale und der Verarbeitung der Radarsignale kann erfindungsgemäß zum einen das empfangene Radarsignal in an sich bekannter Weise mit einem zeitverzögert pulsmodulierten Trägerfrequenzsignal in einem IQ-Mischer gemischt werden, um das Inphasen-Signal und Quadratur-Signal zu ermitteln. Weiterhin kann anstelle der Schalteinrichtung auch auf der Empfangsseite eine Einseitenband-Mischeinrichtung verwendet werden. Die Korrelation kann hierbei im Basisband (z. B. 0 bis 2 GHz oder 0 bis 4 GHz) erfolgen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Radarmesseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Einseitenband-Mischeinrichtung auf der Sendeseite;
2 ein Blockschaltbild einer Radarmesseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Einseitenband-Mischeinrichtungen auf der Sende- und Empfangsseite.
Eine Radarmesseinrichtung 1 weist eine NF-Stufe 2 und eine HF-Stufe 3 auf. Eine Steuereinrichtung 4 der NF-Stufe 2, z. B. ein Mikrocontroller oder ein digitaler Signalprozessor (DSP), ist über einen Bus 5 mit einer externen Steuereinrichtung 6 eines Kraftfahrzeuges verbunden. Ein DC-DC-Wandler 7 wandelt eine Gleichspannung von 8 V in eine für die Radarmessvonrichtung geeignete Gleichspannung 5V um. Von einem Taktgeber 9 wird ein Taktsignal einer Taktfrequenz von 5 MHz unter anderem an die Steuereinrichtung 7 und weiterhin an einen Gleichspannungswandler 10, eine erste Pulsformeinrichtung 11 und eine Zeitverzögerungseinrichtung 12 ausgegeben, deren Zeitverzögerung Δt über einen analogen Ausgang der Steuereinrichtung 7 einstellbar ist.
Das Ausgangssignal des Gleichspannungswandlers 10 wird als Bias-Spannung einem HF-Oszillator 14 mit einer Frequenz von 24 GHz eingegeben. Das von der ersten Pulsformeinrichtung 11 ausgegebene Pulssignal w1 und ein HF-Trägersignal w24 des HF-Oszillators 14 werden in einem Einseitenband-Mischer 16 gemischt, wodurch ein moduliertes Radarpulssignal R1 erzeugt wird. Als Einseitenband-Mischer 16 kann grundsätzlich eine aus der Amplitudenmodulation bekannte Mischeinrichtung verwendet werden. Hierbei werden das Trägerfrequenzsignal w24 und das Pulssignal w1 um jeweils 90° verschoben und der gebildete Produktterm mit dem unverschobenen Wert addiert, so dass sich ergibt: 2a∙cos(t∙w1)∙cos(t∙w24) – 2a∙sin(t∙w1)∙sin(t∙w24) Hieraus ergibt sich durch trigonometrische Umformung: [a∙cos(t∙w24 + t∙w1) + a∙cos(t∙w24 - t∙w1)] -[a∙cos(t∙w24 - t∙w1) - a∙cos(t∙w24 + t∙w1)]
und schließlich: 2∙a∙cos(t∙w24 + t∙w1)
Somit werden durch die Multiplikation und Summation bzw. Subtraktion zwei Seitenbänder erzeugt, von denen sich das untere durch Interferenz aufhebt. Hierbei wird auch die Trägerfrequenz unterdrückt. Das so gebildete Radarpulssignal R1 mit der von der Pulsformeinrichtung wird von dem Mischer 16 zu der Sendeantenne 18 ausgegeben und ausgesendet.
Ein von einem Objekt reflektiertes Radarsignal R2 wird von einer Empfangsantenne 19 empfangen und über einen Verstärker 21 einem IQ-Mischer 22, 23 zugeführt. Die Sende- und Empfangsantennen 18, 19 können getrennt oder auch als kombinierte Sende- und Empfangsantennen ausgebildet sein. Das Taktsignal wird über die Zeitverzögerungseinrichtung 12 um den Wert Δt zeitverschoben und einer zweiten Pulsformeinrichtung 25 zugeführt, die gleiche Impulse wie die erste Pulsformeinrichtung 12 mit der vorgegebenen Zeitverschiebung Δt erzeugt. Das so gebildete zeitverschobene Pulssignal wird einer Schalteinrichtung 26 zur Pulsmodulation zugeführt, die das Trägerfrequenzsignal w24 des HF-Oszillators 14 in Abhängigkeit von dem zeitverzögerten Pulssignal w2 durchschaltet und so gebildete verzögerte gepulste Radarsignal ebenfalls dem IQ-Mischer 22, 23 zuführt.
Der IQ-Mischer weist zwei Multiplikationseinrichtungen 22, 23 auf, denen die beiden Radarsignale direkt bzw. mit einer Phasenverschiebung von π/2 (90°) zugeführt werden. Hieraus werden ein Inphasen-Signal I und ein Quadratur-Signal Q gebildet, aus denen ein Signalprozessor 29 eine geometrische Summe ermittelt. Das Ausgangssignal des Prozessors 29 wird über einen Verstärker 30 mit durch die Steuereinrichtung 4 steuerbarer Verstärkung v der Steuereinrichtung 4 zugeführt, die wiederum aus der Zeitverschiebung zwischen empfangenem Radarsignal R2 und gesendetem Radarpulssignal R1 einen Abstand ermittelt.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wird auch auf der Empfangsseite anstelle der Schalteinrichtung 19 ein Einseitenband-Mischer 32 verwendet. Der Einseitenband-Mischer 32 mischt das von der Verstärkungseinrichtung 21 ausgegebene verstärkte empfangene Radarsignal mit dem Trägerfrequenzsignal des HF-Oszillators 14 und gibt ein Signal an den IQ-Mischer 22, 23 aus, der weiterhin das zeitverzögerte Pulssignal w2 der zweiten Pulsformeinrichtung 25 aufnimmt.

Claims

Radarmesseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Hochfrequenzoszillator (14) zum Erzeugen eines Trägerfrequenzsignals (w24), Sendemitteln (11, 16, 18) zum Erzeugen und Aussenden eines Radarpulssignals (R1), wobei die Sendemittel eine erste Pulsformeinrichtung (11) zum Erzeugen eines ersten Pulssignals (w1) und eine Sendeantenne (18) zum Aussenden eines aus dem ersten Pulssignal (w1) und dem Trägertrequenzsignal (w24) gebildeten ersten Radarpulssignals (R1) aufweisen, Empfangsmitteln (19, 21) zum Empfangen eines Radarsignals (R2), und Verarbeitungsmitteln (12, 21, 22, 23, 25, 26, 29, 30) zum Verarbeiten des empfangenen Radarsignals (R2), wobei die Verarbeitungsmittel eine zweite Pulsformeinrichtung (25) zum Erzeugen eines zweiten Pulssignals (w2) aufweisen, wobei die Sendemittel eine Einseitenband-Mischeinrichtung (16) zum Mischen des ersten Pulssignals (w1) und des Trägerfrequenzsignals (T) aufweisen und das von der Einseitenband-Mischeinrichtung (16) ausgegebene Radarpulssignals (R1) im wesentlichen in einem Seitenband des Trägerfrequenzsignals (T) liegt.
Radarmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Einseitenband-Mischeinrichtung (16) ausgebebene Radarpulssignal (R1) ein oberes Seitenbandsignal mit unterdrückter Trägerfrequenz ist, dessen Signalfrequenzen im Wesentlichen oberhalb der Trägerfrequenz des Trägerfrequenzsignals (w24) liegen.
Radarmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pulssignal (w1) zumindest im Wesentlichen gleichspannungsfrei in die Einseitenband-Mischeinrichtung (16) eingegeben wird.
Radarmesseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz des Trägerfrequenzsignals (w24) im Bereich von 10 bis 40 GHz, vorzugsweise 22 bis 26 GHz, z. B. bei 24 GHz, liegt, und das erste und zweite Pulssignal (w1, w2) 200 ps bis 1000 ps, vorzugsweise etwa 350 ps lange Pulse aufweisen.
Radarmesseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsmittel (12, 21, 22, 23, 25, 26, 29, 30) eine Schalteinrichtung (26) aufweisen, die das Trägerfrequenzsignal (w24) in Abhängigkeit von dem zweiten Pulssignal (w2) durchschaltet und ein zweites Radarpulssignal ausgibt, und das zweite Radarpulssignal und das empfangene Radarsignal (R2) an eine IQ-Mischeinrichtung (22, 23) zur Ermittlung eines Inphasen-Signals (1) und eines Quadratur-Signals (Q) ausgegeben werden.
Radarmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsmittel eine zweite Einseitenband-Mischeinrichtung (32) zum Mischen des Trägerfrequenzsignals (w24) und des empfangenen Radarsignals (R2) und Ausgeben eines zweiten Seitenbandsignals aufweisen.
Radarmesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einseitenband-Mischeinrichtung (29) das zweite Seitenbandsignal an eine IQ-Mischeinrichtung (22, 23) zur Ermittlung eines Inphasen-Signals (I) und eines Quadratur-Signals (Q) ausgibt.
Radarmesseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation im Basisband, vorzugsweise bei 0 GHz bis 2 GHz oder 0 GHz bis 4 GHz, erfolgt.
Radarmesseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitverzögerungseinrichtung (12) zur Aufnahme eines Taktsignals (C) und Ausgabe eines um eine variable Zeitdifferenz (Δt) verzögerten Taktsignals an die zweite Pulsformeinrichtung (25) vorgesehen ist, und das von der zweiten Pulsformeinrichtung (25) ausgegebene zweite Pulssignal (w2) eine gleiche Pulslänge und Pulswiederholungsfrequenz wie das erste Pulssignal (w1) aufweist.
Radarmesseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinrichtung (4), vorzugsweise einen Mikrocontroller (4) oder einen digitalen Signalprozessor, zur Ansteuerung der Zeitverzögerungseinrichtung (12) aufweist.
Radarmesseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) eine Signallaufzeit aus der Phasendifferenz des empfangenen Radarsignals (R2) gegenüber den ausgesendeten gepulsten Radarsignal (R1) ermittelt.
Verfahren zum Betreiben einer Radarmesseinrichtung, mit den Schritten: Erzeugen eines Trägerfrequenzsignals, Formen von ersten Pulssignalen, Erzeugen von Radarpulssignalen aus dem Pulssignal und dem Trägerfrequenzsignal, Aussenden der Radarpulssignale(R1), Empfangen von Radarpulssignalen (R2), Verarbeiten der empfangenen Radarpulssignale unter Ermittlung eines Inphasen-Signals (I) und Quadratur-Signals (Q), wobei die Radarpulssignale durch Einseitenband-Mischen des ersten Pulssignals und der Trägerfrequenzsignals erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einseitenband-Mischung ein oberes Seitenband mit unterdrückter Trägerfrequenz erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus den empfangenen Radarsignalen (R2) und dem Trägerfrequenzsignal (w24) durch Einseitenband-Mischung ein Seitenbandsignal, vorzugsweise eines oberhalb der Trägerfrequenz liegenden oberen Seitenbandes, erzeugt wird, und aus dem Seitenbandsignal und einem zweiten Radarpulssignal durch eine IQ-Mischung ein Inphasen-Signal und eine Quadratur-Signal ermittelt werden.