CZ2011727A3

CZ2011727A3 - Radar sensor with transmitted continuous wave with additional functions

Info

Publication number: CZ2011727A3
Application number: CZ20110727A
Authority: CZ
Inventors: Hudec@Premysl; Jeník@Vojtech
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2013-04-17
Also published as: CZ303745B6

Abstract

Radarový senzor obsahuje obvod (12) promenného casového zpozdení, kde hodnota nastaveného casového zpozdení je rízena rídící jednotkou (13). Obvod (12) promenného casového zpozdení je zapojen bud v prijímací vetvi mezi výstupem nízkosumového zesilovace (4) a RF vstupem mikrovlnného smesovace (5), nebo v referencní vetvi mezi výstupem delice (2) výkonu a LO vstupem mikrovlnného smesovace (5). Pomocí A/D prevodníku (9) je mereno výstupní sumové napetí v závislosti na nastaveném casovém zpozdení. Nové zapojení je pouzitelné u CW radarových senzoru s jednou spolecnou anténou (10) i se dvema oddelenými anténami (10.1, 10.2). Z merených hodnot závislosti výstupního sumového napetí na casovém zpozdení pocítá rídící jednotka (13) sumové parametry CW radarového senzoru a diagnostikuje jeho stav.The radar sensor includes a variable time delay circuit (12), wherein the set time delay is controlled by the control unit (13). The variable time delay circuit (12) is connected either at the receive branch between the low noise amplifier output (4) and the RF input of the microwave mixer (5), or at the reference branch between the output of the power splitter (2) and the LO input of the microwave mixer (5). The A / D converter (9) measures the output sum voltage depending on the set time delay. The new wiring is applicable to CW radar sensors with one common antenna (10) and two separate antennas (10.1, 10.2). From the measured values of the output sum voltage dependence at the time delay, the control unit (13) counts the CW radar sensor sum parameters and diagnoses its status.

Description

Radarový senzor s vysílanou kontinuální vlnou s přídavnými funkcemiContinuous wave radar sensor with additional functions

Oblast technikyTechnical field

Předkládané řešení se týká radarových senzorů s vysílanou kontinuální vlnou, tzv. CW radarových senzorů se schopností autonomního měření vlastních šumových parametrů, přičemž tato měření jsou použitelná zejména pro automatickou vlastní diagnostiku.The present invention relates to continuous-wave transducer radar sensors, the so-called CW radar sensors capable of autonomous measurement of intrinsic noise parameters, these measurements being particularly useful for automatic self-diagnostics.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

CW radary obecně patří mezi jednodušší typy radarů a používají se velmi často ve formě relativně malých a levných senzorů s malým dosahem. Nicméně pro některé aplikace mají velmi výhodné vlastnosti. Na rozdíl od standardních impulzních radarů, které vysílají krátké vysokofrekvenční nebo mikrovlnné pulzy, vysílají CW radarové senzory kontinuální (CW - Countinuous Wave) VF nebo mikrovlnný signál. V základních variantách těchto radarů, bez přídavných modulací, není ale následně možné odlišit přijatý signál odražený od stacionárních cílů od signálu vysílaného, na rozdíl od impulsních radarů, kde se rozlišuje časový posun mezi vyslanými a přijatými impulsy. Základní verze CW radarových senzorů nejsou proto pro detekci a měření stacionárních cílů vhodné. Podstatně příznivější situace nastává v případě pohybujících se cílů, kdy je odražený signál vlivem Dopplerova posuvu frekvenčně posunut oproti signálu vysílanému. Rozlišení odraženého signálu od vysílaného je možné realizovat ve frekvenční oblasti, přičemž na výstupu CW radarového senzoru je v tomto případě k dispozici nízkofrekvenční signál s frekvencí právě rovnou dopplerovskému posuvu. Protože je hodnota dopplerovského frekvenčního posuvu přímo úměrná radiální rychlosti měřeného tělesa, používají se CW radarové senzory velmi často pro bezkontaktní dálkové měření rychlosti, nebo pro detekci a měření periodických pohybů, například vibrací. Existují i varianty CW radarů, u nichž je na vysílaný signál aplikována vhodná modulace, a to frekvenční či digitální. Radary tohoto typu umí měřit i vzdálenost stacionárních cílů, vždy však jen s malým až středním dosahem.In general, CW radars are among the simpler types of radar and are used very often in the form of relatively small and cheap sensors with a small range. However, they have very advantageous properties for some applications. Unlike standard pulse radars that emit short radio frequency or microwave pulses, CW radar sensors emit a continuous (CW - Countinuous Wave) RF or microwave signal. However, in the basic variants of these radars, without additional modulations, it is not possible subsequently to distinguish the received signal reflected from the stationary targets from the transmitted signal, unlike the pulsed radar, where the time difference between transmitted and received pulses is differentiated. Basic versions of CW radar sensors are therefore not suitable for detecting and measuring stationary targets. A much more favorable situation occurs in the case of moving targets, where the reflected signal is frequency-shifted relative to the transmitted signal due to the Doppler shift. The resolution of the reflected signal from the transmitted signal can be realized in the frequency domain, in which case a low-frequency signal with a frequency just equal to the Doppler shift is available at the CW output of the radar sensor. Because the Doppler frequency shift value is directly proportional to the radial velocity of the measured body, CW radar sensors are often used for non-contact remote velocity measurement or for the detection and measurement of periodic movements, such as vibrations. There are also variants of CW radars where appropriate modulation is applied to the transmitted signal, whether frequency or digital. Radars of this type can also measure the distance of stationary targets, but only with small to medium range.

.! j .: .: .:.:. j.:.:.:.:

• · » · * *» ·····« · · · ·· • · · · ·· • ·· · ··· · ·· · · · · · ·· * * * * * · * · * * * * * * * * * * * * * * *

Jako detektory rychle se pohybujících objektů nebo jako bezkontaktní dálkové měřiče rychlosti se CW radarové senzory používají i ve vojenské technice. Příkladem mohou být detektory protipancéřových střel, používané v systémech aktivní ochrany bojových vozidel. Tyto CW radarové senzory jsou schopné detekovat rychle letící střely a odlišit je od stacionárních nebo pomalu se pohybujících cílů. Jsou dokonce schopné střelu dostatečným způsobem lokalizovat a generovat spouštěcí impulsy pro protistřelu, která ohrožující střelu zničí. Jednou z velmi důležitých podmínek použití jakéhokoliv elektronického zařízení ve vojenské technice je velmi vysoká spolehlivost daného zařízení a schopnost vlastní diagnostiky, která umožňuje automaticky detekovat, lokalizovat a nahlásit závadu.CW radar sensors are also used in military technology as detectors of fast moving objects or as contactless remote speed meters. Examples are armored missile detectors used in active combat vehicle protection systems. These CW radar sensors are capable of detecting fast-flying missiles and distinguishing them from stationary or slow-moving targets. They are even capable of locating the missile sufficiently and generating trigger pulses for the counter-missile that destroys the threatening missile. One of the most important conditions for the use of any electronic device in military technology is the very high reliability of the device and the ability of self-diagnostics, which allows to automatically detect, locate and report a fault.

CW radarové senzory se skládají z vysílače CW vlny a koherentního přijímače. Radarový vysílač je autonomní obvod, tedy obvod, který sám generuje měřitelný signál. Pro účely vlastní diagnostiky je tedy celkem jednoduché kontrolovat jeho funkci. Nejčastěji se k tomuto účelu používá zapojení s vazebním obvodem a měřičem výkonu. Úkolem vazebního obvodu je odbočit z vysílací trasy malou část vysílaného signálu, přičemž tento vzorek vysílaného výkonu se měří měřičem výkonu, nejčastěji VF nebo mikrovlnným detektorem. Na výstupu detektoru je stejnosměrné napětí úměrné měřenému vysílanému výkonu, z hodnoty tohoto napětí lze vyhodnotit funkčnost vysílače.CW radar sensors consist of a CW wave transmitter and a coherent receiver. A radar transmitter is an autonomous circuit, that is, a circuit that itself generates a measurable signal. For the purpose of self-diagnosis it is quite easy to check its function. The most commonly used for this purpose is wiring with coupling circuit and power meter. The purpose of the coupler circuit is to branch off a small portion of the transmitted signal from the transmission path, this transmit power sample being measured by a power meter, most often a RF or microwave detector. At the output of the detector is a DC voltage proportional to the measured transmitted power, from the value of this voltage can be evaluated transmitter functionality.

Vzhledem ktomu, že přijímač je obvod neautonomní, je jeho kontrola a měření podstatně složitější. Bez přítomnosti vnějšího signálu není na výstupu přijímače žádný signál, ze kterého by bylo možné jednoznačně stanovit jeho funkčnost, popřípadě jeho parametry. Jakoukoliv kontrolu nebo měření přijímače je možné provést jen zvnějšku injektovaným signálem.Because the receiver is non-autonomous, it is much more difficult to control and measure. Without the presence of an external signal, there is no signal at the output of the receiver from which it is possible to clearly determine its functionality or its parameters. Any inspection or measurement of the receiver can only be performed externally by an injected signal.

Základními parametry každého přijímače jsou zisk a šumové parametry, které rozhodují o schopnosti zpracovávat slabé signály. Pro měření zisku přijímače je možné na vstup přijímače připojit signálový generátor generující sinusový signál vhodné amplitudy, přičemž zisk lze stanovit z poměru výstupního a vstupního výkonu. Pro měření šumových parametrů se obvykle používají kalibrované generátory šumu, obvykle se dvěma různými efektivními šumovými teplotami. Oba generátory je však nutné k měřenému přijímači připojit zvnějšku, a to buď ručně přes propojovací kabel a vstupní konektor přijímače, nebo automaticky pomocí VF nebo mikrovlnných elektronicky řízených přepínačů. Připojení přes vnější kabel a vstupní konektor je zdlouhavé, je možné jej provést spíše jen výjimečně a radar při měření po delší dobu nemůže fungovat. Při připojení pomocí elektronických přepínačů může být měření zcela automatické a může trvat jen velmi krátkou dobu. Nicméně elektronické přepínače mohou vnášet do obvodu nezanedbatelný útlum a zhoršovat jeho šumové parametry. Kromě toho jsou vnější generátory a přepínače obvykle nákladné, rozměrné a mají nemalý příkon a zvyšují tedy rozměry, hmotnost, příkon a cenu předmětných CW radarových senzorů.The basic parameters of each receiver are gain and noise parameters, which determine the ability to process weak signals. To measure the gain of the receiver, it is possible to connect a signal generator to the receiver input generating a sinusoidal signal of appropriate amplitude, and the gain can be determined from the ratio of output to input power. Calibrated noise generators are usually used to measure noise parameters, usually with two different effective noise temperatures. However, both generators must be connected to the measured receiver from the outside, either manually via the connection cable and receiver input connector, or automatically using RF or microwave electronically controlled switches. The connection via the external cable and the input connector is lengthy, it is possible to make it only rarely and the radar cannot work for a long time. When connected via electronic switches, the measurement can be completely automatic and can only take a very short time. However, electronic switches can introduce significant attenuation into the circuit and impair its noise parameters. In addition, external generators and switches are usually costly, bulky, and of considerable power, thus increasing the size, weight, power and cost of the CW radar sensors in question.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nevýhody odstraňuje radarový senzor s vysílanou kontinuální vlnou podle předkládaného řešení. Vysílací větev radarového senzoru je tvořena místním oscilátorem propojeným s děličem výkonu, který je dále svým jedním výstupem spojen s výkonovým zesilovačem. Přijímací větev radarového senzoru je tvořena nízkošumovým zesilovačem, jehož výstup je spojen s RF vstupem mikrovlnného směšovače, na jehož druhý vstup LO je připojen výstup referenčního signálu děliče výkonu. Výstup mikrovlnného směšovače je přes nízkofrekvenční filtr jednak spojen přes zakončovací odpor se zemí a jednak je přes nízkofrekvenční zesilovač připojen na vstup A/D převodníku. Data z převodníku A/D jsou přivedena ke zpracování signálů na datový vstup řídicí jednotky. Radarový senzor je realizován buď se dvěma anténami, a to s vysílací anténou na výstupu výkonového zesilovače a přijímací anténou na vstupu nízkošumového zesilovače_znebo se společnou anténou, propojenou s výstupem výkonového zesilovače a se vstupem nízkošumového zesilovače nejčastěji přes cirkulátor. Podstatou nového řešení je to, že je ve struktuře senzoru navíc zapojen obvod proměnného časového zpoždění. Je zapojen buď v přijímací větvi mezi výstupem nízkošumového zesilovače a RF vstupem mikrovlnného směšovače, nebo v referenční větvi mezi výstupem děliče výkonu a LO vstupem mikrovlnného směšovače. Nastavovací vstup obvodu proměnného časového zpoždění je propojen s řídící jednotkou, a to s nastavovacím výstupem obvodu nastavení proměnného časového zpoždění. Druhý výstup obvodu nastavení proměnného časového zpoždění je spojen s jedním vstupem datové paměti. Datový vstup datové paměti je spojen s datovým výstupem A/D převodníku. Výstup datové • · · · »* ··· · · · · · · * · • · · · * ·« »····· · · · ·· « « · · ·· «·· « ·«· · · ♦ ······ paměti je propojen přes blok hledání minim a maxim v záznamech uložených v datové paměti s blokem výpočtů šumových parametrů, jehož jeden výstup je propojen se vstupem bloku komunikace. Blok komunikace má jeden výstup propojený přes blok spuštění měření se vstupem bloku nastavení proměnného časového zpoždění. Druhý jeho výstup je propojen s pamětí předpokládaných hodnot šumových parametrů, jejíž výstup je spojen s jedním vstupem porovnávacího bloku. Na druhý vstup porovnávacího bloku je připojen druhý výstup bloku výpočtů šumových parametrů. Výstup porovnávacího bloku je propojen přes blok diagnostiky a lokalizace závad s druhým vstupem bloku komunikace, jehož výstup je komunikačním vstupem/výstupem vypočtených parametrů a výsledků diagnostiky řídicí jednotky pro připojení k nadřazenému počítači.The above disadvantages are overcome by the continuous wave radar sensor of the present invention. The transmitter branch of the radar sensor consists of a local oscillator connected to a power divider, which is further connected to a power amplifier via its one output. The receiving branch of the radar sensor consists of a low noise amplifier, the output of which is connected to the RF input of the microwave mixer, to whose second input LO the output signal of the power divider is connected. The microwave mixer output is connected to ground through a terminating resistor via a low-frequency filter and connected to an A / D converter input via a low-frequency amplifier. The data from the A / D converter is applied to the signal processing to the data input of the control unit. The radar sensor is implemented with either two antennas, namely the transmitting antenna at the output of the power amplifier and the receiving antenna at the input of the low-noise amplifier _from or with a common antenna connected to the output of the amplifier and the low-noise amplifier input. The essence of the new solution is that a variable time delay circuit is additionally connected in the sensor structure. It is connected either in the receiving branch between the low noise amplifier output and the RF input of the microwave mixer, or in the reference branch between the power divider output and the LO input of the microwave mixer. The variable time delay circuit setting input is coupled to the control unit, with the variable time delay circuit setting output. The second output of the variable time delay circuit is connected to one input of data memory. The data input of the data memory is connected to the data output of the A / D converter. Data output • Data output • Data output • Data output • Data output • Data output · · ♦ ······ The memory is connected via the block of searching for minima and maxima in records stored in the data memory to the block of calculation of noise parameters, one output of which is connected to the input of the communication block. The communication block has one output connected through the measurement start block to the input of the variable time delay setting block. The second output is connected to a memory of predicted noise parameter values, the output of which is connected to one input of the comparison block. A second output of the noise parameter calculation block is connected to the second input of the comparison block. The output of the comparison block is connected via the diagnostics and fault location block to the second input of the communication block, whose output is the communication input / output of the calculated parameters and the diagnostic results of the control unit for connection to the host computer.

Výhodou tohoto CW radarového senzoru je, že řeší problematiku měření šumových parametrů a vlastní diagnostiky s využitím vlastních signálů a jen s minimem přídavných komponent. Pro měření není potřeba připojovat žádný signál externí. Metoda přitom používá takové postupy, při kterých lze výpočetně jednoduše určit všechny důležité šumové parametry, tedy šumová napětí, šumová čísla nebo ekvivalentní šumové teploty přijímače. Měření výše uvedených parametrů je možné provést velmi rychle, zcela automaticky, a to při jen velmi malém zvýšení rozměrů, příkonu i nákladů. Měřené parametry závisí i na výkonu vysílaném vysílačem a zisku přijímače. Při použití navržené měřicí sestavy a provedení dále popsaných výpočtů lze tedy diagnostikovat správnou funkci celého CW radarového senzoru.The advantage of this CW radar sensor is that it solves the problems of measuring noise parameters and self-diagnostics using its own signals and with only a few additional components. No external signal is required for measurement. The method uses such procedures in which all important noise parameters, ie noise voltages, noise numbers or equivalent noise temperatures of the receiver, can be calculated in a simple way. Measurement of the above parameters can be done very quickly, completely automatically, with only a very small increase in dimensions, power and cost. The measured parameters also depend on the power transmitted by the transmitter and the gain of the receiver. Using the designed measuring set and performing the calculations described below, it is possible to diagnose the correct functioning of the whole CW radar sensor.

fázh/ed obrázku na výkracích /Objasnění výkresů/phasesh / ed picture in the drawings / Clarification of drawings /

Pro objasnění daného řešení jsou zařazeny i výkresy týkající se dosavadního stavu techniky, a to $br.1 ukazující základní zapojení CW radarového senzoru se dvěma anténami a 0br.2 znázorňující základní zapojení CW radarového senzoru s jednou anténou. Na 0br.3 je schématicky uvedeno nové zapojení ve variantě se dvěma anténami a se zapojením obvodu proměnného časového zpoždění v přijímací větvi. Na ©br.3a je schématicky uvedeno nové zapojení ve variantě se dvěma anténami a se zapojením obvodu proměnného časového zpoždění v referenční větvi. Obr.4 je příklad naměřené a vypočtené závislosti výstupního šumového napětí V_nrOut jako funkce časového zpožděni τ. Na 0br.5 je nové zapojení s variantou používající ·BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows the basic connection of a CW radar sensor with two antennas and FIG. 2 shows the basic connection of a CW radar sensor with one antenna. Fig. 3 schematically shows a new circuit in a variant with two antennas and a circuit of variable time delay in the receiving branch. Fig.3a shows schematically a new connection in a variant with two antennas and with a circuit of variable time delay in the reference branch. Fig. 4 is an example of measured and calculated output noise voltage dependence V _nrO ut as a function of time delay τ. On Fig.5 is a new wiring with a variant using ·

jednu společnou anténu se zapojením obvodu proměnného časového zpoždění v přijímací větvi. Na $br.5a je nové zapojení s variantou používající jednu společnou anténu se zapojením obvodu proměnného časového zpoždění v referenční větvi. Na »one common antenna with a variable time delay circuit in the receiving branch. On $ br.5a is a new wiring with a variant using one common antenna with a variable time delay circuit in the reference branch. On "

Clbr.6 je blokové schéma řídicí jednotky radarového senzoru.Clbr.6 is a block diagram of a radar sensor control unit.

í vynálezuinvention

Na $br.1 je uvedeno základní zapojení CW radarového senzoru bez přídavných obvodů pro autonomní měření šumových parametrů a vlastní diagnostiku. Základem senzoru je místní oscilátor 1, který generuje nosnou CW vlnu s pracovní frekvencí /₀. Na výstup místního oscilátoru 1 je zapojen dělič 2 výkonu, který dělí výstupní výkon místního oscilátoru 1 na dvě části. Jedna část výstupního výkonu místního oscilátoru 1 je přivedena na vstup výkonového zesilovače 3 a po zesílení je vyslána jako vysílaný signál pomocí vysílací antény 10.1. Část vyslaného signálu se odráží od sledovaného objektu a dopadá na přijímací anténu 10,2. Na přijímací anténu 10.2 paralelně dopadá i část elektromagnetické vlny přímo z blízké vysílací antény 10.1. Tento jev lze popsat jako přeslech respektive parazitní přenos Gaa mezi vysílací anténou 10.1 a přijímací anténou 10.2. Signály přijaté přijímací anténou 10,2 jsou zesíleny nizkošumovým zesilovačem 4 a přivedeny na RF vstup mikrovlnného směšovače 5. Tam se signál násobí s referenčním signálem přivedeným na LO vstup mikrovlnného směšovače 5 z druhého výstupu děliče 2 výkonu. Pokud se sledovaný objekt pohybuje, je na výstupu navazujícího nízkofrekvenčního filtru 6, který odfiltruje všechny VF složky, signál s_NF(ť), jehož amplituda A_NF je úměrná odrazu od sledovaného objektu a frekvence je rovná dopplerovské frekvenci f_d:The $ br.1 shows the basic wiring of the CW radar sensor without additional circuits for autonomous measurement of noise parameters and self-diagnostics. The sensor is based on a local oscillator 1, which generates a carrier CW wave with an operating frequency / ₀ . A power divider 2 is connected to the output of the local oscillator 1, which divides the output power of the local oscillator 1 into two parts. One part of the output power of the local oscillator 1 is applied to the input of the power amplifier 3 and, after amplification, it is transmitted as a transmitted signal by means of a transmitting antenna 10.1. Part of the transmitted signal is reflected from the object to be monitored and falls on the receiving antenna 10.2. A portion of the electromagnetic wave directly from the nearby transmitting antenna 10.1 also falls on the receiving antenna 10.2 in parallel. This phenomenon can be described as crosstalk or parasitic Gaa transmission between the transmitting antenna 10.1 and the receiving antenna 10.2. The signals received by the receiving antenna 10.2 are amplified by the low-noise amplifier 4 and applied to the RF input of the microwave mixer 5. There the signal is multiplied with the reference signal applied to the LO input of the microwave mixer 5 from the second output of the power divider 2. If the object is moving, the output of the downstream low-pass filter 6, which filters out all the RF components, is a signal with _NF ()) whose amplitude _{NF NF} is proportional to the reflection of the object and the frequency equals the doppler frequency f _d :

s_NF(t) = A_NF cos(-2xf_(lt + Ψ) (1)s _NF (t) = _{NF NF} cos (-2xf _(lt + Ψ)) (1)

Přitom dopplerovská frekvence f_tl je úměrná radiální složce rychlosti sledovaného objektu v,.:The doppler frequency f _tl is proportional to the radial component of the velocity of the object under v.

(2)(2)

V těchto rovnicích je f₀ pracovní frekvence daného CW radaru, c je rychlost světla a Tje obecná fáze. Obdobně pracuje i CW radarový senzor s jednou společnou anténou 10, kdy jsou vysílací i přijímací větve spojeny cirkulátorem 11., viz. v dIn these equations, f _{0 is the} operating frequency of a given CW radar, c is the speed of light, and T is the general phase. Similarly, the CW radar sensor works with one common antenna 10, where both the transmitting and receiving branches are connected by a circulator 11. See FIG. vd

ÚJbr. 2. I v případě zapojení dle 0br. 2. je na výstupu radaru signál dle vztahu (1) a « · • « · · * ·9 ««···· « · « I • · · · « · ··· « ··· · · · · « «· t · funkce je ovlivněna přeslechem G_Aa mezi vysílací větvi a přijímací větví. Ten je v tomto případě dán parazitním přenosem cirkulátoru 11 a odrazy od společné antény 10.ÚJbr. 2. Even in case of connection according to 0br. 2. there is a signal at the output of the radar according to (1) and 9 9 «I I I I I I I I I I I I I I I I I I I «· T · the function is influenced by the crosstalk G _A and between the transmitting branch and the receiving branch. This is due to the parasitic transmission of the circulator 11 and reflections from the common antenna 10.

Autonomní měření a vlastní diagnostika CW radarového senzoru, které jsou předmětem tohoto vynálezu, jsou založeny na měření šumových parametrů předmětného radarového senzoru. Vzhledem ktomu, že vlastnosti zapojení dle ď *The autonomous measurements and self-diagnostics of the CW radar sensor of the present invention are based on the measurement of noise parameters of the radar sensor in question. Since the wiring characteristics according to ï *

Síbr. 1 i 0br. 2 jsou z tohoto pohledu stejné, bude princip měření dále popsán na d zapojení se dvěma anténami dle 0br. 1.Síbr. 1 i 0br. 2 are the same from this point of view, the principle of measurement will be further described on the connection with two antennas according to Fig. 1.

Šumové vlastnosti CW radarového senzoru jsou dány celkovým šumovým napětím na zakončovacím odporu 7, standardně 50Ω, který je zapojen na výstupu nízkofrekvenčního filtru 6. Celkové šumové napětí se skládá z šumu lineárních nebo kvazilineárních VF nebo mikrovlnných obvodů, z šumového napětí daného vlivem fázového šumu místního oscilátoru j a z šumového napětí nízkofrekvenčního zesilovače 8 přepočteného na jeho vstup. Šumové napětí V_nLK dané šumem lineárních a kvazilineárních VF nebo mikrovlnných obvodů lze popsat vztahy:The noise characteristics of the CW radar sensor are given by the total noise voltage at the terminating resistor 7, typically 50Ω, which is connected to the output of the low frequency filter 6. The total noise voltage consists of noise of linear or quasi-linear RF or microwave circuits. an oscillator jaz of the noise voltage of the low-frequency amplifier 8 converted to its input. Noise voltage V _nLK given by the noise of linear and quasi-linear RF or microwave circuits can be described as follows:

Vlk. ~ fnLK. ^0 (3) ^hlk ~ _NS2G_MSGnffTas l)B_nkT₀G NS7.G msG nff +Wolf. ~ fnLK. ^ 0 (3) ^ hlk ~ _NS2 G _MS GnffTas 1) B _n kT ₀ G NS7.G msG nff +

MS G NFF ⁺ 0 / G NFF ~WT₀G NFF )MS NFF ⁺ 0 / NFF ~ WT ₀ NFF)

(5)(5)

V těchto vztazích je význam jednotlivých proměnných následující:In these relationships, the meaning of each variable is as follows:

k Boltzmanova konstanta 1,38.10^-23 [J/K]k Boltzman constant 1,38.10 ^-23 [J / K]

T_Q standardní šumová teplota 290 [K]T _Q standard noise temperature 290 [K]

T_A šumová teplota okolí, obvykle 300 [K]T _A ambient noise temperature, typically 300 [K]

T_AS celková šumová teplota anténního systému [K]T _AS total noise temperature of the antenna system [K]

L_A Jouleovy ztráty v přijímací anténě [-] «·* ·· ·« 4 4·» • · · · · «« : ··:· · : : · ::L _A Joule Loss in Receiving Antenna [-] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

a « » · ··· e · · · 4 ····a «» · ··· 4 ····

L_v útlum vedení mezi anténou a vstupem přijímače [-]L _v line attenuation between antenna and receiver input [-]

R_o hodnota zakončovaciho odporu, většinou 50 [Ω]R _o value of terminating resistance, mostly 50 [Ω]

B_n šumová šířka pásma [Hz]B _n Noise bandwidth [Hz]

G_nsz zisk nízkošumového zesilovače [-]G _nsz low noise amplifier gain [-]

F_NSZ šumové číslo nízkošumového zesilovače [-]F _NSZ Noise Amplifier Noise Number [-]

G_ms konverzní zisk mikrovlnného směšovače [-]G _ms microwave mixer gain [-]

G_nff zisk nízkofrekvenčního filtru, uvažuje se konst. v pásmu B_n [-] p„_LK výkon šumu do zakončovaciho odporu R_o daný šumem lineátních a kvazilineárních VF nebo mikrovlnných obvodů [W]G _nff gain of low-frequency filter, const. in the band B _n [-] p „ _LK the noise output to the terminating resistor R _o given _by the noise of linear and quasi-linear RF or microwave circuits [W]

Výše uvedené vztahy ukazují, že tato složka šumového napětí je funkcí obvodových parametrů radaru a při bezchybném provozu ji lze považovat za konstantní. Šumové napětí Gfs na zakončovacím odporu 7 dané vlivem fázového šumu místního oscilátoru 1, lze popsat pomocí následujících vztahů:The above relationships show that this noise voltage component is a function of the radar circuit parameters and can be considered constant during faultless operation. The noise voltage Gfs at the terminating resistor 7 given by the phase noise of the local oscillator 1 can be described by the following formulas:

VnFS ~ ^Pnl'S^P0 (6)VnFS ~ ^P nl'S ^P 0

Λ ^Phfs ⁼\6PTxGmSGnffGaaGnsz^{71 τ s}’ⁿ |(α0/ + a^df (7)Λ ^P hfs ⁼ \ 6PTxGmSGnffGaaGnsz ^{71 τ s} ' ⁿ | (α0 / + a ^ df (7)

Λ (8)8 (8)

τ τ časové zpoždění mezi referenčním signálem a přeslechnutým signálem v rovině vstupů LO a RF mikrovlnného směšovače [s] time delay between the reference signal and the crosstalk signal in the LO and RF input level of the microwave mixer [s] ^S<p(f)^X“0 ⁺ ^.2 ^S <p (f) ^Xn0 ⁺ ^ .2 aproximace frekvenčního průběhu fázového šumu daného MO, ci\ a a₂ jsou koeficienty této aproximaceapproximation of the frequency waveform of phase noise given by MO, ci \ aa ₂ are coefficients of this approximation Ptx Ptx vysílaný výkon [W] transmitted power [W] G.u G.u přeslech (parazitní přenos) mezi vysílací a přijímací anténou [-] crosstalk between the transmitting and receiving antenna [-]

p_nFS výkon šumu do zakončovacího odporu 7?₀ daný vlivem fázového šumu místního oscilátoru [W] f_d dolní frekvence nízkofrekvenčního filtru [Hz] horní frekvence nízkofrekvenčního filtru [Hz]p _nFS power noise to terminating resistor 7? ₀ given by local oscillator phase noise [W] f _d low frequency filter low frequency [Hz] low frequency filter high frequency [Hz]

Výše uvedené vztahy ukazují, že tato složka šumového napětí je silnou funkcí parametru τ, tedy časového zpoždění mezi referenčním signálem na LO vstupu mikrovlnného směšovače 5 a přeslechnutým signálem na RF vstupu stejného směšovače. Tento jev je dále využíván v předmětném vynálezu. Poslední uvažovaná složka šumového napětí V_nNF7in je dána šumem nízkofrekvenčního zesilovače 8 přepočteným na jeho vstup, tedy také do roviny zakončovacího odporu 7. Nízkofrekvenční zesilovač 8 je obvykle realizován pomocí operačních zesilovačů stím, že dle potřebného zisku A_NFZ, viz. vztah (13), a parametrů použitých operačních zesilovačů se skládá z jednoho operačního zesilovače nebo z kaskády za sebou zapojených operačních zesilovačů. Přitom se alespoň na vstupu nízkofrekvenčního zesilovače 8, který dominantně určuje šumové vlastnosti celého zesilovače, předpokládá použití nízkošumového operačního zesilovače, například LT1028 od výrobce Linear Technology. Pro neinvertující zapojení tohoto operačního zesilovače publikuje tento výrobce následující vztahy pro výpočet V_nNF7in:The above relationships show that this noise component is a strong function of the parameter τ, that is, the time delay between the reference signal at the LO input of the microwave mixer 5 and the crosstalk signal at the RF input of the same mixer. This phenomenon is further utilized in the present invention. The last considered component of the noise voltage V _nNF7in is given by the noise of the low-frequency amplifier 8 recalculated to its input, ie also to the terminating resistor plane 7. The low-frequency amplifier 8 is usually realized by operational amplifiers, so that according to the required gain A _NFZ . relationship (13), and the parameters of the operational amplifiers used consist of a single operational amplifier or a cascade of sequentially connected operational amplifiers. At the same time, at least at the input of the low-frequency amplifier 8, which predominantly determines the noise characteristics of the whole amplifier, it is envisaged to use a low-noise operational amplifier, for example LT1028 from the manufacturer Linear Technology. For the non-inverting connection of this operational amplifier, this manufacturer publishes the following formulas for the calculation of V _nNF7in :

^VnNF7.in = ^Bn [^en ^{+ e}nR + (^eq Ý ] (⁹) ^enR= ^4kT0^R.„ ^In nNF7.in = ^B n [ ^e n ^{+ e} n R + (^ eq Ý) ( ⁹ ) ^e n R = 4 ^kT 0 ^R. "

= R_n/2 += _Rn / 2 +

R_tR, + R, (10) (11)R _t R + R (10) (11)

e„ vstupní ekvivalentní šumové napětí, parametr uvedený v katalogovém listu daného operačního zesilovače [ V/ Hz ] i_n vstupní ekvivalentní šumový proud, parametr uvedený v katalogovém listu daného operačního zesilovače [A! Hz} ·e "input equivalent noise voltage, parameter given in datasheet of the given operational amplifier [V / Hz] i _n input equivalent noise current, parameter specified in datasheet of the given operational amplifier [A! Hz} ·

• · šumové napětí dané odpory v daném zapojeni operačního zesilovače [V/ Hz] odpory použité ve zpětné vazbě neinvertujícího zapojeni operačního zesilovače [Ω] hodnota ekvivalentního odporu daná kombinací výstupního odporu zdroje signálu a odporů ve zpětné vazbě [Ω]• the noise voltage given by the resistors in a given operational amplifier wiring [V / Hz] the resistors used in the non-inverting operational amplifier wiring feedback [Ω] the equivalent resistance value given by the combination of the output resistance of the signal source and the feedback resistors [Ω]

Výše uvedené vztahy ukazují, že tato složka šumového napětí je pro dané zapojení CW radaru konstantní. Při použití nízkošumového OZ od jiného výrobce je vhodné použít vztahy pro V_nNFZin a parametry udávané tímto jiným výrobcem. Výsledné šumové napětí V„_ri„ v rovině zakončovacího odporu 7 je dáno součtem výše popsaných složek s tím, že pro součet je nutné použít vztah pro součet efektivních hodnot, daný následujícím vztahem:The above relationships show that this noise voltage component is constant for a given CW radar circuit. When using low noise OZ from another manufacturer, it is appropriate to use the relations for V _nNFZin and the parameters given by that other manufacturer. The resulting noise voltage V " _ri " in the terminating resistor plane 7 is given by the sum of the components described above, and for the sum it is necessary to use the formula for the sum of the rms values given by the following formula:

Kirin ⁼ KiLK ⁺ VnNFZin ⁺ ^nFS (12)Kirin ⁼ KiLK ⁺ VnNFZin ⁺ ^ nFS

Výstupní šumové napětí V_nrout na výstupu nízkofrekvenčního zesilovače 8 s napěťovým ziskem A_NFZ měřené A/D převodníkem 9 je potom:The output noise voltage V _nrout at the output of the low-frequency amplifier 8 with voltage gain A _NFZ measured by the A / D converter 9 is then:

(B)(B)

Na výstupu převodníku A/D 9 je k dispozici datový tok reprezentující signál s_NF{t) pro zpracování v nadřízeném počítači.At the output of the A / D converter 9, there is a data stream representing the signal with _NF (t) for processing in the master computer.

Na J2tbr.3 je uvedeno zapojení CW radarového senzoru se dvěma anténami a s možností autonomního měření šumových parametrů a provádění vlastní diagnostiky, které je předmětem tohoto patentu, a to ve variantě se zapojením obvodu proměnného časového zpoždění v přijímací větvi.J2tbr.3 shows the connection of a CW radar sensor with two antennas and the possibility of autonomous measurement of noise parameters and self-diagnostics, which is the subject of this patent, in a variant with connection of a variable time delay circuit in the receiving branch.

Zapojení je shodné se zapojením na JÓbr.1, avšak je doplněno o další bloky.The wiring is identical to the wiring on JOB1, but is supplemented with additional blocks.

V přijímací větvi je mezi výstupem nízkošumového zesilovače 4 a RF vstupem > * « « i 9 • » • · » »There is a>> «« i 9 • »• ·» »in the receiving branch between the low noise amplifier output 4 and the RF input

• · · · 4 mikrovlnného směšovače 5 zapojen obvod 12 proměnného časového zpoždění. Jeho nastavovací vstup je propojen s řídicí jednotkou 13, a to s nastavovacím výstupem bloku 13.1 nastavení proměnného časového zpoždění, jehož druhý výstup je spojen s jedním vstupem datové paměti 13.2. Datový vstup datové paměti 13.2 je spojen s datovým výstupem A/D převodníku 9. Výstup datové paměti 13.2 je propojen přes blok 13.3 hledání minim a maxim v záznamech uložených v datové paměti 13.2 s blokem 13.4 výpočtů šumových parametrů, jehož jeden výstup je propojen se vstupem bloku 13.5 komunikace. Blok 13.5 komunikace má jeden výstup je propojený přes blok 13.6 spuštění měření se vstupem bloku 13.1 nastavení proměnného časového zpoždění. Druhý jeho výstup je propojen s pamětí 13.7 předpokládaných hodnot šumových parametrů, jejíž výstup je spojen s jedním vstupem porovnávacího bloku 13.8. Na druhý vstup porovnávacího bloku 13.8 je připojen druhý výstup bloku 13.4 výpočtů šumových parametrů. Výstup porovnávacího bloku 13.8 je propojen přes blok 13.9 diagnostiky a lokalizace závad s druhým vstupem bloku 13.5 komunikace, jehož výstup VDÁT je komunikačním vstupem/výstupem vypočtených šumových parametrů a výsledků diagnostiky řídicí jednotky 13 pro připojení k nadřazenému počítači.4 of the microwave mixer 5 connected a variable time delay circuit 12. Its setting input is coupled to the control unit 13 with the setting output of the variable time delay block 13.1, the other output of which is connected to one input of the data memory 13.2. The data input of the data memory 13.2 is connected to the data output of the A / D converter 9. The output of the data memory 13.2 is connected via block 13.3 searching for minima and maxima in records stored in data memory 13.2 with block 13.4 of noise parameters calculations. block 13.5 communication. Communication block 13.5 has one output and is connected via block 13.6 to start measurement with the input of variable time delay block 13.1. Its second output is coupled to a predicted noise parameter memory 13.7, the output of which is coupled to one input of the comparator block 13.8. A second output of the noise parameter calculation block 13.4 is connected to the second input of the comparator block 13.8. The output of comparator block 13.8 is coupled via the diagnostics and fault location block 13.9 to the second input of the communication block 13.5 whose VDAT output is the communication input / output of calculated noise parameters and diagnostic results of the control unit 13 for connection to the host computer.

Pro zabezpečení výše uvedených funkcí je CW radarový senzor tedy doplněn řídicí jednotkou 13, A/D převodníkem 9 a obvodem 12 proměnného časového zpoždění, jehož časové zpoždění τ je nastavitelné řídicí jednotkou 13. Tento obvod je možné umístit obecně kamkoliv do vysílací větve mezi výstup děliče 2 výkonu a vstup vysílací antény 10.1 , do přijímací větve mezi výstup přijímací antény 10.2 a RF vstup mikrovlnného směšovače 5, nebo do referenční větve mezi výstup děliče 2 výkonu a LO vstup mikrovlnného směšovače 5. Ve vysílací větvi však obvod 12 proměnného časového zpoždění snižuje výstupní výkon, v přijímací větvi mezi výstupem přijímací antény 10,2 a vstupem nízkošumového zesilovače 4 zhoršuje šumové parametry CW radarového senzoru. Proto nejvýhodnější místo pro jeho zapojení je v přijímací větvi, a to mezi výstupem nízkošumového zesilovače 4 a RF vstupem mikrovlnného směšovače 5, kde je vliv útlumu obvodu 12 proměnného časového zpoždění obvykle zanedbatelný nebo jednoduše kompenzovatelný ziskem nízkošumového zesilovače 4, nebo v referenční větvi mezi výstupem děliče 2 výkonu a LO vstupem mikrovlnného směšovače 5.To provide the above functions, the CW radar sensor is thus complemented by a control unit 13, an A / D converter 9 and a variable time delay circuit 12, the time delay τ of which is adjustable by the control unit 13. This circuit can generally be placed anywhere 2 and the output of the transmitting antenna 10.1, into the receiving branch between the output of the receiving antenna 10.2 and the RF input of the microwave mixer 5, or into the reference branch between the output of the power divider 2 and the LO input of the microwave mixer 5. power, in the receiving branch between the output of the receiving antenna 10.2 and the input of the low noise amplifier 4 worsens the noise parameters of the CW radar sensor. Therefore, the most convenient location for its connection is in the receiving branch, between the output of the low noise amplifier 4 and the RF input of the microwave mixer 5, where the attenuation effect of the variable time delay circuit 12 is usually negligible or easily compensated by the gain power divider 2 and LO input of microwave mixer 5.

<*« *· * · *· * · • · · · · «· «··»« · v · *· • « · · ·· •·· · «·· ··· ······<* * V v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v

Pomoci změny r a odečtem závislosti výstupního šumového napětí na tomto parametru V_nrout=f(r} lze následně výpočetně určit všechny důležité šumové parametry. Podmínkou provedení tohoto měření je to, že se při měření nesmí v dosahu radarového senzoru pohybovat žádné těleso, nebo se radarový senzor nesmí pohybovat vůči jinému tělesu v dosahu. V praxi je splnění podmínek měření celkem běžné, například stav mimo bojové nasazení, kdy vozidlo s radarovým senzorem stojí a je jisté, že na něj neletí žádná ohrožující střela, takže provedení měření šumových parametrů a vlastní diagnostiky je velmi často proveditelné. V plném bojovém nasazení stejně není možné senzory ani na krátkou chvíli vypnout a diagnostika se provádí před ním. Všechny vypočtené parametry a výsledky diagnostiky jsou k dispozici na datovém výstupu VDÁT.By using r and subtracting the dependence of the output noise voltage on this parameter V _nrout = f (r} it is then possible to calculate all important noise parameters. The precondition for this measurement is that no solids move within the radar sensor range or In practice, it is quite common to meet the measurement conditions, such as an out-of-combat situation, when the vehicle with the radar sensor is stationary, and it is certain that no threatening missile is flying, so noise measurements and self-diagnostics In full combat deployment, it is not possible to switch off the sensors even for a short while and the diagnostics are performed in front of it.All the calculated parameters and diagnostic results are available on the VDÁT data output.

Postup měření šumových parametrů CW radarového senzoru vychází z výše uvedených vztahů (3)-(13), ze kterých vyplývá, že při měření bez užitečného signálu, kdy se v okolí radarového senzoru nepohybuje žádný objekt, měří radarový senzor jen šumové napětí. Toto šumové napětí přitom významně závisí na přeslechu mezi vysílací a přijímací anténou Gaa a na časovém zpoždění r mezi referenčním signálem na LO vstupu mikrovlnného směšovače 5 a přeslechnutém signálu na jeho RF vstupu. Toto šumové napětí má konstantní složku danou šumem lineárních a kvazilineárních VF a NF obvodů a proměnnou složku danou fázovým šumem místního oscilátoru 1, která je periodickou funkcí časového zpoždění r. Na Obr. 4 je uveden příklad této závislosti změřené, vyznačeno křížky, pro několik hodnot r ve srovnání s průběhem vypočteným, vyznačeno plnou čárou, dle vztahů (3) - (13).The procedure for measuring the noise parameters of the radar sensor CW is based on the above formulas (3) - (13), which implies that when measuring without a useful signal when no object is moving around the radar sensor, the radar sensor only measures the noise voltage. This noise voltage is significantly dependent on the crosstalk between the transmit and receive antenna Gaa and the time delay r between the reference signal at the LO input of the microwave mixer 5 and the crosstalk signal at its RF input. This noise voltage has a constant component given by the noise of linear and quasi-linear RF and NF circuits and a variable component given by the phase noise of the local oscillator 1, which is a periodic function of the time delay r. 4 shows an example of this dependence measured, indicated by crosses, for several r values compared to the calculated curve, indicated by a solid line, according to formulas (3) - (13).

Obr. 4 ukazuje, že výstupní šumové napětí ť_nroul vykazuje závislost typu + K₂sin²(X’₃.r), s tím, že K_},K₂,jsou konstanty a pro určitá τ dosahuje průběh maxim a pro určitá r dosahuje minim. Při nastavení dostatečně jemného kroku τ lze pomocí řídící jednotky 13 a obvodu 12 proměnného časového zpoždění tato minima a maxima snadno najít. Vzhledem k tomu, že se jedná o odečet šumových napětí, tedy náhodných signálů, je velmi vhodné načíst do záznamu vždy několik period a hledat výsledné minimum a maximum z delšího záznamu.Giant. 4 shows that the output noise voltage _{n nroul} shows a dependence of the type + K ₂ sin ² (X ' ₃ .r), with K _} , K ₂ being constants and for certain τ reaching the course of maxima and for certain r reaching the minimum . By setting a sufficiently fine step τ, these minima and maxima can be easily found by the control unit 13 and the variable time delay circuit 12. Given that it is a reading of noise voltages, ie random signals, it is very useful to read into the record several periods and look for the resulting minimum and maximum of a longer record.

i · « «i · ««

V minimech funkce je sin²(/f₃r) = O, a tedy minimální hodnoty výstupního šumového napětí Κ,_{ΓΟίγ/π1ίη} odpovídají jen vlivu lineárních a kvazilineárních VF a NF obvodů:In the minima of the function, sin ² (/ f ₃ r) = O and thus the minimum values of the output noise voltage Κ, _{ΓΟίγ / π1ίη} correspond only to the influence of linear and quasi-linear RF and NF circuits:

22

Κ/ΌΗ/min ^{= =} A_nfz ^nNFZin ⁺ ^nl.K (14)Κ / ΌΗ / min ⁼ A _NFZ nNFZin ^ ⁺ ^ nl.K (14)

Vzhledem ktomu, že hodnota šumového napětí NF obvodů, operačních zesilovačů, V_nNF7in je obvykle velmi dobře definovaná a jednoduše vypočítatelná dle vztahů (9) - (11), lze z naměřených hodnot K„_TOM/min snadno vypočítat šumové napětí CkK > které odpovídá šumu lineárních a kvazilineárních VF obvodů.Given that the value of noise voltage NF circuits, operational amplifiers, in _nNF7in is usually well defined and easily calculated according to equations (9) - (11), from the measured values K _{'TOM / min} to calculate the noise voltage CKK> corresponding noise of linear and quasi-linear RF circuits.

KtLK ~ nrout min _ r/2 .2 'nNFZin ^NFZ (15)KtLK ~ nrout min _ r / 2.2 'nNFZin ^ NFZ (15)

Hodnota KiLK závisí dle vztahů (3) - (5) na parametrech všech obvodů přijímače. Vypočtenou hodnotu ^nLK může porovnávací blok 13.8 v řídicí jednotce 13 porovnávat s hodnotou předpokládanou uloženou v paměti 13.7 předpokládaných hodnot šumových parametrů a diagnostikovat tak stav všech obvodů v přijímací větvi.KiLK depends on (3) - (5) depending on the parameters of all receiver circuits. The calculated value ^nLK can be compared by the comparison block 13.8 in the control unit 13 with the predicted value stored in the predicted noise parameter value 13.7 and thus diagnose the state of all circuits in the receiving branch.

Maximální hodnota výstupního šumového napětí P„_routmax odpovídá případu, kdy jsou ve vztazích (12)-(13) aktivní všechny 3 složky šumového napětí s tím, že vliv fázového šumu místního oscilátoru 1 dosahuje maxima. Tento stav odpovídá nejhoršímu možnému případu, z hodnoty K„_roi((max je tedy možné vypočítat nejhorší možný případ šumového napětí K„_ramax daného fázovým šumem místního oscilátoru:The maximum value of the output noise voltage P ' _routmax corresponds to the case when all 3 components of the noise voltage are active in the relations (12) - (13) with the effect of the phase noise of the local oscillator 1 reaching the maximum. This state corresponds to the worst case case, from the value K k of _{roi ((max} is thus possible to calculate the worst case case of the noise voltage K _{i ramax} given by the phase noise of the local oscillator:

'nWmax .2 . nrout max 'nrout min V^{1 υ}/ ^A NFZ'nWmax .2. nrout max 'nrout min V ^{1 υ} / ^A NFZ

I tuto hodnotu lze porovnat s hodnotou předpokládanou a diagnostikovat tak stav CW radarového senzoru. Zvýšení K„_raniax může být způsobeno buď závadou místního oscilátoru 1, nebo zvýšením přeslechu mezi vysílací anténou 10.1 a přijímací anténou 10.2. Ze známých hodnot šumových napětí lze vypočítat i šumové • · 4 číslo přijímače v předmětném CW radarovém senzoru. Podle složek šumových napětí, které jsou přitom brány v úvahu, je definováno i odpovídající šumové číslo nebo ekvivalentní šumová teplota. Pokud je bráno v úvahu minimum výstupního šumového napětí V_nroillmjn, odpovídají šumové číslo F_RXLK resp. ekvivalentní šumová teplota T_eRXLK vlivu lineárních a kvazilineárních VF a NF obvodů, přičemž obě hodnoty se shoduji s minimálními možnými hodnotami F^^ , resp. T_eRXmin:Even this value can be compared with the predicted value and diagnose the CW status of the radar sensor. The increase in K _raniax may be caused either by a fault in the local oscillator 1 or by an increase in crosstalk between the transmitting antenna 10.1 and the receiving antenna 10.2. From the known values of the noise voltages, it is also possible to calculate the noise • 4 number of the receiver in the CW radar sensor. The corresponding noise number or equivalent noise temperature is also defined according to the noise voltage components to be considered. If the minimum output noise voltage V _nroillmjn is taken into account, the noise number F corresponds to _RXLK resp. the equivalent noise temperature T _{eRXLK of the} influence of linear and quasi-linear RF and NF circuits, both of which coincide with the minimum possible values of F ^^, respectively. T _eRXmin :

V² V ²

P -P — ' nroutmm z₁₇, ^rRXLK ~^rRXmi_n ~ , _{2 R r r r} ( ¹ ')P -P - 'nroutmm of ₁₇ , ^r RXLK ~ ^r RXmi _n ~, _{2 R yyyy} ( ¹ ')

X i o Λ_ο A _Νρχ ΰ„ ^J_NSZ GmS ^NFFX io _Λ ο A _{Ν ρχ ΰ} "^ J ^ _NS OF GMS NFF

TeRXLK ~ TeRXmin ~ ^RXLK (18)TeRXLK ~ TeRXmin ~ ^ RXLK (17)

Pokud je brána v úvahu maximální hodnota výstupního šumového napětí ύ,,-oH/max odpovídají šumové číslo F_RXmax resp. ekvivalentní šumová teplotaIf the maximum value of the output noise voltage ύ ,, - oH / max corresponds to the noise number F _RXmax resp. equivalent noise temperature

DftYmax vlivu všech obvodů v CW radarovém senzoru, a to i s uvažováním vlivu fázového šumu při nejvíce nepříznivé hodnotě τ :DftYmax of the influence of all circuits in the CW radar sensor, even considering the effect of phase noise at the most unfavorable τ:

V² p· _ nront max ^TqRq A_nfz B_n G_nsz G_ms G_nff (19) ^e/tťmax (^/řA'max (20)V ² · P _ ^ max nront TqRq _NFZ A B G _N G _m G _NSZ _NFF (19) ^ e / tťmax (^ / řA'max (20)

V praxi při provozu předmětného CW radarového senzoru budou hodnoty F_rx resp. T_eRX ležet vždy mezi výše uvedenými minimálními a maximálními hodnotami. Zejména jejich zvýšení nad hodnoty maximální indikuje nějaký problém v senzoru s tím, že jej lze dle jednotlivých hodnot šumových napětí do jisté míry i lokalizovat. Důležité je, že parametry se měří zcela automaticky s použitím vlastních signálů senzoru. Měřeni prověřuje parametry vysílače i přijímače, a to včetně antén. Jedná se o velmi komplexní a citlivou metodu vlastní diagnostiky.In practice, the operation of the CW radar sensor, the values of F _RX, respectively. T _{eRX should} always be between the above minimum and maximum values. Especially their increase above the maximum value indicates some problem in the sensor, and it can be localized to some extent according to the individual noise voltage values. Importantly, the parameters are measured automatically using the sensor's own signals. The measurement verifies the parameters of the transmitter and receiver, including the antennas. This is a very complex and sensitive method of self-diagnosis.

Výše popsané výpočetní a diagnostické funkce jsou realizovány pomocí obvodových a programových bloků uvnitř řídící jednotky 13. Měření šumových parametrů a provedení vlastní diagnostiky jsou inicializovány nadřízeným počítačem přes blok 13.5 komunikace a blok 13.6 spuštění měření. Blok 13.6 spuštění měření ·«« · · *· ♦ · ·· • · · · · ·· ··«··· « 4 « »· • · · · ·» * · · « ··· ··· ···· · · inicializuje nastavení množiny hodnot časového zpoždění τ , a to pomocí bloku 13.1 nastavení časového zpoždění. Nastavovací výstup tohoto bloku řídí obvod 12 proměnného časového zpoždění, množina nastavených hodnot se paralelně ukládá do datové paměti 13.2. Do této datové paměti 13.2 se ukládají i odpovídající hodnoty výstupního šumového napětí V_nrmit změřené pomocí A/D převodníku 9. Po nasnímání dostatečně dlouhého záznamu V_nrou, jako funkce časového zpoždění τ je záznam v datové paměti 13.2 zpracován v bloku 13.3 hledání minim a maxim, kde jsou odečteny hodnoty ť„_roulmin a V„_rotllmuí. Z těchto hodnot jsou v bloku 13.4 výpočtu šumových parametrů vypočteny šumové parametry popsané vztahy (15) - (20). Vypočtené šumové parametry jsou přes blok 13.5 komunikace a komunikační vstup/výstup VDÁT k dispozici nadřízenému počítači. Vedle toho jsou v porovnávacím bloku 13.8 porovnávány s předpokládanými hodnotami šumových parametrů uložených v paměti 13.7 předpokládaných hodnot šumových parametrů. Předpokládané hodnoty šumových parametrů je možné zadat do paměti 13.7 předpokládaných hodnot šumových parametrů z nadřízeného počítače přes komunikační vstup/výstup VDÁT a blok 13.5 komunikace. Výsledek porovnání naměřených a předpokládaných hodnot šumových parametrů je dále zpracován v bloku 13.9 diagnostiky a lokalizace závad. V tomto bloku 13.9 diagnostiky a lokalizace závad je prováděna diagnostika předmětného CW radarového senzoru, tedy stanovení míru odchylky od požadovaných parametrů a provedení rozhodnutí, zda je tato odchylka ještě přijatelná nebo již nepřijatelná a senzor vyžaduje urgentní nebo méně urgentní opravu. Po provedení diagnostiky lze posouzením hodnot vypočtených parametrů do určité míry provést i lokalizaci závady, tedy stanovení nejvíce pravděpodobného obvodu nebo obvodů, které způsobují diagnostikovanou závadu. Výsledky diagnostiky a lokalizace závady jsou nadřízenému počítači k dispozici na komunikačním vstupu/výstupu VDÁT, a to přes blok 13.5 komunikace.The above described computational and diagnostic functions are realized by means of circuit and program blocks inside the control unit 13. The noise parameters measurement and self-diagnostics are initiated by the master computer via the communication block 13.5 and the measurement start block 13.6. Block 13.6 to start a measurement 4 4 4 4 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 ··· · · Initializes the set of the time delay set τ, using block 13.1 of the time delay setting. The setting output of this block controls the variable time delay circuit 12, the set of set values being stored in parallel in the data memory 13.2. This data memory 13.2 are stored corresponding values of output noise voltage V _nrmit measured via A / D converter 9. When scanning a sufficiently long recording _nrou V as a function of the time delay τ is a record in the data memory block processed 13.2 13.3 finding minimums and maximums where the values of ' _roulmin and V' are _read . From these values, the noise parameters described in formulas (15) - (20) are calculated in block 13.4 of the noise parameter calculation. The calculated noise parameters are available to the master computer via communication block 13.5 and communication input / output VDAT. In addition, in comparison block 13.8, they are compared with predicted noise parameter values stored in the predicted noise parameter values memory 13.7. Estimated values of noise parameters can be entered into the memory 13.7 of predicted values of noise parameters from the master computer via communication input / output VDÁT and communication block 13.5. The result of the comparison of the measured and assumed values of the noise parameters is further processed in block 13.9 of fault diagnosis and localization. In this block 13.9 of fault diagnosis and localization, the subject CW radar sensor is diagnosed, determining the degree of deviation from the required parameters and making a decision as to whether this deviation is still acceptable or no longer acceptable and the sensor requires urgent or less urgent repair. After diagnosis, it is possible to assess the calculated parameters to some extent to locate the fault, ie to determine the most likely circuit or circuits that cause the fault to be diagnosed. Diagnostic and fault localization results are available to the master computer at the communication input / output VDÁT via block 13.5 of communication.

Obdobná zapojení a výpočetní postupy je možné použít i v případě radaru s gf a # jednou společnou anténou, viz. Qbr. 5, resp. ‘©br. 5a. Zapojení na @br. 5 obsahuje obvod 12 proměnného časového zpoždění, kdy lze hodnotu r nastavit v jemných krocích pomocí řídicí jednotky 13, zapojený v přijímací větvi mezi výstupem nízkošumového zesilovače 4 a RF vstupem mikrovlnného směšovače 5. Zapojení na *Similar connections and computational procedures can be used in the case of radar with gf and # one common antenna, see. Qbr. 5, respectively. ‘© br. 5a. Connection to @br. 5 contains a variable time delay circuit 12 where the r value can be adjusted in fine increments by means of the control unit 13, connected in the receiving branch between the output of the low noise amplifier 4 and the RF input of the microwave mixer 5.

· «· «

« • » * · · ««•»

<s<s

Obr. 5a obsahuje obvod 12 proměnného časového zpoždění zapojený v referenční větvi mezi výstupem děliče výkonu 2 a LO vstupem mikrovlnného sméšovače 5. Funkce obou variant je identická s verzí se dvěma anténami stím, že tato verze vykazuje obvykle vyšší hodnotu přeslechu Gaa danou izolací mezi branami cirkulátoru 11 a odrazem od společné antény 10.Giant. 5a includes a variable time delay circuit 12 wired in the reference branch between the power divider 2 output and the LO input of the microwave mixer 5. The function of both variants is identical to the two antenna version except that this version usually has a higher Gaa crosstalk value given by the insulation between and reflection from the common antenna 10.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

CW radarový senzor s autonomním měřením šumových parametrů a vlastní diagnostikou lze použít všude tam, kde je důležitá vysoká spolehlivost zařízení a kde se jedná o měření pohybujících se cílů v malé nebo střední vzdálenosti. Příkladem může být měřič rychlosti automobilů pro policejní účely nebo pro detekce vitálních pohybů těla (dýchání, tlukot srdce) pro zdravotní účely. Mezi důležité obory použití patří i vojenské aplikace. Například v systémech aktivní ochrany bojových vozidel, kde se CW radarové senzory používají pro detekci a měření ohrožujících protipancéřových střel. Možnost provádění vlastní diagnostiky patři mezi základní požadavky na každé vojenské elektronické zařízeni.CW radar sensor with autonomous measurement of noise parameters and self-diagnostics can be used wherever high reliability of the equipment is important and where it is a measurement of moving targets at a small or medium distance. An example might be a car speed meter for police purposes or for detecting vital body movements (breathing, heartbeat) for medical purposes. Important applications include military applications. For example, in active combat vehicle combat systems, where CW radar sensors are used to detect and measure threatening armored missiles. The ability to perform self-diagnostics is one of the basic requirements for any military electronic device.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

1. Radarový senzor s vysílanou kontinuální vlnou, jehož vysílací větev je tvořena místním oscilátorem (1) propojeným s děličem (2) výkonu, který je dále svým jedním výstupem spojen s výkonovým zesilovačem (3) a jehož přijímací větev je tvořena nízkošumovým zesilovačem (4), jehož výstup je spojen s RF vstupem mikrovlnného směšovače (5), na jehož druhý vstup LO je připojen výstup referenčního signálu z děliče (2) výkonu a výstup mikrovlnného směšovače (5) je přes nízkofrekvenční filtr (6) jednak spojen přes zakončovací odpor (7) se zemí a jednak je přes nízkofrekvenční zesilovač (8) připojen na vstup A/D převodníku (9), jehož datový výstup je výstupem pro zpracování signálů řídící jednotkou (13), přičemž radarový senzor je realizován buď se dvěma anténami, a to s vysílací anténou (10.1) na výstupu výkonového zesilovače (3) a přijímací anténou (10.2) na vstupu nízkošumového zesilovače (4), nebo se společnou anténou (10), propojenou s výstupem výkonového zesilovače (3) a se vstupem nízkošumového zesilovače (4) přes cirkulátor (11), vyznačující se tím, že v přijímací větvi je mezi výstupem nízkošumového zesilovače (4) a RF vstupem mikrovlnného směšovače (5) zapojen obvod (12) proměnného časového zpoždění, jehož nastavovací vstup je propojen s řídící jednotkou (13), a to s nastavovacím výstupem bloku (13.1) nastavení proměnného časového zpoždění, jehož druhý výstup je spojen s jedním vstupem datové paměti (13.2), jejíž druhý, datový vstup je spojen s datovým výstupem A/D převodníku (9) a jejíž výstup je propojen přes blok (13.3) hledání minim a maxim v záznamech uložených v datové paměti (13.2) s blokem (13.4) výpočtů šumových parametrů, jehož jeden výstup je propojen se vstupem bloku (13.5) komunikace, který má jeden výstup je propojený přes blok (13.6) spuštění měření se vstupem bloku (13.1) nastavení proměnného časového zpoždění a druhý jeho výstup je propojen s pamětí (13.7) předpokládaných hodnot šumových parametrů jejíž výstup je spojen s jedním vstupem porovnávacího bloku (13.8) na jehož druhý vstup je připojen druhý výstup bloku (13.4) výpočtů šumových parametrů a výstup porovnávacího bloku (13.8) je propojen přes blok (13.9) diagnostiky a ··· »« «· «·t * « · « · · »· ······ · « · ·· • · ♦ · *♦ « · · « ··· ··· * · · ··· lokalizace závad s druhým vstupem bloku (13.5) komunikace, jehož výstup (VDÁT) je komunikačním vstupem/výstupem vypočtených parametrů a výsledků diagnostiky řídicí jednotky (13) pro připojení k nadřazenému počítači.1. A continuous-wave radar sensor, the transmitting branch of which is formed by a local oscillator (1) connected to a power divider (2), which is further connected to a power amplifier (3) by its one output and whose receiving branch consists of a low noise amplifier ), whose output is connected to the RF input of the microwave mixer (5), to whose second input LO is connected the reference signal output from the power divider (2) and the microwave mixer output (5) is connected via a terminating resistor (7) with ground and secondly, via a low-frequency amplifier (8), connected to the input of an A / D converter (9), the data output of which is the signal processing output of the control unit (13), the radar sensor being implemented with two antennas; with the transmit antenna (10.1) at the power amplifier output (3) and the receive antenna (10.2) at the low noise amplifier input (4) or a common antenna (10) connected to the output of the power amplifier (3) and the input of the low noise amplifier (4) via a circulator (11), characterized in that there is a low noise amplifier (4) and a variable time delay circuit (12) is connected to the RF input of the microwave mixer (5), the setting input of which is coupled to the control unit (13), with the setting output of the variable time delay setting block (13.1). an input of a data memory (13.2), the second data input of which is connected to the data output of the A / D converter (9) and whose output is connected via the block (13.3) of searching for minima and maxima in records stored in the data memory (13.2) 13.4) calculations of noise parameters, one output of which is connected to the input of communication block (13.5), which has one output, is connected through the measurement start block (13.6) with the input of the variable time delay block (13.1) and its second output is connected to a predicted noise parameter memory (13.7) whose output is connected to one input of the comparator block (13.8) to the other input of the second noise calculation block (13.4) The parameters and the output of the comparison block (13.8) are connected via the diagnostics block (13.9) and the control panel (13.9). Localization of faults with the second communication block input (13.5), whose output (VDAT) is the communication input / output of the calculated parameters and the diagnostic results of the control unit (13) for connection to the parent computer.

2. Radarový senzor s vysílanou kontinuální vlnou, jehož vysílací větev je tvořena místním oscilátorem (1) propojeným s děličem (2) výkonu, který je dále svým jedním výstupem spojen s výkonovým zesilovačem (3) a jehož přijímací větev je tvořena nízkošumovým zesilovačem (4), jehož výstup je spojen s RF vstupem mikrovlnného směšovače (5), na jehož druhý vstup LO je připojen výstup referenčního signálu z děliče (2) výkonu a výstup mikrovlnného směšovače (5) je přes nízkofrekvenční filtr (6) jednak spojen přes zakončovací odpor (7) se zemí a jednak je přes nízkofrekvenční zesilovač (8) připojen na vstup A/D převodníku (9), jehož datový výstup je výstupem pro zpracování signálů řídicí jednotkou (13), přičemž radarový senzor je realizován buď se dvěma anténami, a to s vysílací anténou (10.1) na výstupu výkonového zesilovače (3) a přijímací anténou (10.2) na vstupu nízkošumového zesilovače (4),nebo se společnou anténou (10), propojenou s výstupem výkonového zesilovače (3) a se vstupem nízkošumového zesilovače (4) přes cirkulátor (11), vyznačující se tím, že v referenční větvi je mezi výstupem děliče (2) výkonu a LO vstupem mikrovlnného směšovače (5) zapojen obvod (12) proměnného časového zpoždění, jehož nastavovací vstup je propojen s řídící jednotkou (13), a to s nastavovacím výstupem bloku (13.1) nastavení proměnného časového zpoždění, jehož druhý výstup je spojen s jedním vstupem datové paměti (13.2), jejíž druhý, datový vstup je spojen s datovým výstupem A/D převodníku (9) a jejíž výstup je propojen přes blok (13.3) hledání minim a maxim v záznamech uložených v datové paměti (13.2) s blokem (13.4) výpočtů šumových parametrů, jehož jeden výstup je propojen se vstupem bloku (13.5) komunikace, který má jeden výstup je propojený přes blok (13.6) spuštění měření se vstupem bloku (13.1) nastavení proměnného časového zpoždění a druhý jeho výstup je propojen s pamětí (13.7) předpokládaných hodnot šumových parametrů jejíž výstup je spojen s jedním vstupem porovnávacího bloku (13.8) na jehož druhý vstup je připojen druhý výstup bloku (13.4) výpočtů šumových parametrů a výstup porovnávacího bloku (13.8) je propojen přes blok (13.9) diagnostiky a lokalizace závad • · « · ·· * · 4 ·· ♦ · * · · · » · · · · ·· ···»·· · · · ·· • · · · ♦· ··· « · · · ·«* ® · · · · · s druhým vstupem bloku (13.5) komunikace, jehož výstup (VDÁT) je komunikačním vstupem/výstupem vypočtených parametrů a výsledků diagnostiky řídící jednotky (13) pro připojení k nadřazenému počítači.2. A continuous-wave radar sensor whose transmission branch is formed by a local oscillator (1) connected to a power divider (2), which is further connected to a power amplifier (3) by its one output and whose receiving branch is a low-noise amplifier (4). ), whose output is connected to the RF input of the microwave mixer (5), to whose second input LO is connected the reference signal output from the power divider (2) and the microwave mixer output (5) is connected via a terminating resistor (7) with ground and secondly via a low-frequency amplifier (8) connected to the input of the A / D converter (9), the data output of which is the signal processing output of the control unit (13), the radar sensor being implemented with either two antennas; with the transmit antenna (10.1) at the power amplifier output (3) and the receive antenna (10.2) at the low noise amplifier input (4) or with a common antenna (10) connected to the output of the power amplifier (3) and to the input of the low noise amplifier (4) via a circulator (11), characterized in that the reference branch is between the output of the power divider (2) and the LO input of the microwave mixer (5) connects a variable time delay circuit (12) whose setting input is coupled to the control unit (13) with the setting output of the variable time delay setting block (13.1), the other output of which is connected to one an input of a data memory (13.2), the second data input of which is connected to the data output of the A / D converter (9) and whose output is connected via the block (13.3) of searching for minima and maxima in records stored in the data memory (13.2) 13.4) calculating noise parameters, one output of which is connected to the input of the communication block (13.5), which has one output of the output is connected to the input of the block (13.6) (13.1) setting the variable time delay and the second output thereof is coupled to a predicted noise parameter memory (13.7) whose output is coupled to one input of the comparator block (13.8) to the other input of which the second output of the noise parameter calculation block (13.4) is connected; the output of the comparison block (13.8) is connected via the diagnostics and fault location block (13.9). With the second input of the communication block (13.5), whose output (VDAT) is the communication input / output of the calculated parameters and the diagnostic results of the control unit. (13) to connect to the host computer.