DE10142172A1

DE10142172A1 - Pulsradaranordnung

Info

Publication number: DE10142172A1
Application number: DE10142172A
Authority: DE
Inventors: Frank Gottwald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-20
Also published as: WO2003027707A2; EP1423729A2; WO2003027707A3; JP2005504297A; US20040263382A1; US6956522B2; WO2003027707A8; JP4264352B2

Abstract

Eine Pulsradaranordnung weist eine ein kontinuierliches Hochfrequenzsignal liefernde Hochfrequenzquelle (1) auf, die einerseits mit einem sendeseitigen Pulsmodulator (3) und andererseits mit mindestens einem Mischer (4, 5) in mindestens einem Empfangszug in Verbindung steht. Dem Mischer (4, 5) ist bzgl. seiner Anbindung an eine Empfangsantenne (6) ein Pulsmodulator vorgeschaltet. Der Mischer (4, 5) wertet einen an einem Objekt reflektierten Radarpuls zusammen mit dem Signal der Hochfrequenzquelle (1) aus. DOLLAR A Diese Anordnung benötigt keinen LO-Schalter und ist unempfindlich gegen Störungen.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Pulsradaranordnung insbesondere für Nahbereichs-Pulsradaranwendungen bei Kraftfahrzeugen.

Stand der Technik

In der Kraftfahrzeugtechnik werden Radarsensoren für die Messung des Abstandes zu Zielen und/oder der Relativgeschwindigkeit bezüglich solcher Ziele außerhalb des Kraftfahrzeuges eingesetzt. Als Ziele kommen z. B. vorausfahrende oder parkende Kraftfahrzeuge, Fußgänger, Radfahrer oder Einrichtungen im Umfeld des Kraftfahrzeugs in Frage. Das Pulsradar arbeitet bspw. bei 24,125 GHz und ist für die Funktionen Stop & Go, Precrash, Tote-Winkel- Detektion, Park-Assistent und Rückfahrhilfe verwendbar.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Radareinrichtung mit einem Korrelationsempfänger des Standes der Technik. Ein Sender 300 wird durch eine Pulserzeugung 302 veranlaßt, über eine Antenne 304 ein Sendesignal 306 abzustrahlen. Das Sendesignale 306 trifft auf ein Zielobjekt 308 wo es reflektiert wird. Das Empfangssignal 310 wird von der Antenne 312 empfangen. Diese Antenne 312 kann mit der Antenne 304 identisch sein. Nach dem Empfang des Empfangssignals 310 durch die Antenne 312 wird dieses dem Empfänger 314 übermittelt und nachfolgend über eine Einheit 316 mit Tiefpaß und Analog/-Digitalwandlung einer Signalauswertung 318 zugeführt. Die Besonderheit bei einem Korrelationsempfänger besteht darin, daß der Empfänger 314 von der Pulserzeugung 302 ein Referenzsignal 320 erhält. Die von dem Empfänger 314 empfangenen Empfangssignale 310 werden in dem Empfänger 314 mit dem Referenzsignal 320 gemischt. Durch die Korrelation kann auf der Grundlage der zeitlichen Verzögerung vom Aussenden bis zum Empfangen der Radarimpulse bspw. auf die Entfernung eines Zielobjektes geschlossen werden.
Aus der DE 199 26 787 ist eine ähnliche Radareinrichtung bekannt. Dabei wird ein Sendeschalter durch die Impulse eines Generators ein- und ausgeschaltet, so daß während der Pulsdauer eine von einem Oszillator generierte und über eine Gabelschaltung auf den Sendeschalter geleitete Hochfrequenzwelle zur Sendeantenne durchschaltet. Ein Empfangsteil erhält ebenfalls das Ausgangssignal des Generators. Das Empfangssignal, d. h. ein an einem Objekt reflektierter Radarpuls, wird mit dem Oszillatorsignal, das über einen Empfangsschalter zu einem Mischer gelangt, während eines vorgegebenen Zeittores gemischt und ausgewertet.
Auch die US 6,067,040 arbeitet mit einem Sendeschalter, der durch Impulse eines Generators ein- und ausgeschaltet wird. Für den Empfang der reflektierten Radarpulse sind getrennte Züge für I- und Q-Signale vorgesehen. Auch hier wird das Empfangssignal nur während eines vorgegebenen Zeittores gemischt und ausgewertet. Sowohl bei der Radareinrichtung gemäß der DE 199 26 787 also auch bei der US 6,067,040 gelangt das Generatorsignal zuerst auf einen Empfangsschalter/Pulsmodulator.

Vorteile der Erfindung

Mit den Maßnahmen der Erfindung ist eine kontinuierliche Ansteuerung des/der empfangsseitigen Mischers möglich, was den Vorteil hat, daß Änderungen der Radarpulse bzw. deren Tastung sich nicht nachteilig auf die Mischer bzw. deren Arbeitspunkte auswirken.
Da der/die Mischer direkt von einer Hochfrequenzquelle kontinuierlich angesteuert wird/werden, entfällt gegenüber den Lösungen gemäß der DE 199 26 787 oder der US 6,067,040 ein LO (Local Oscillator)- Modulator oder LO-Hochfrequenzschalter und es gibt keine LO-Pulse. Änderungen von Pulsmodulatoren, bzw. deren Ansteuerung, wirken sich somit nicht auf die Mischer bzw. deren Arbeitspunkte aus.
Die Pulsradaranordnung gemäß der Erfindung ist auf einfache Weise auf mehrere Empfangszüge erweiterbar, wobei die Hochfrequenzquelle zur Ansteuerung der empfangsseitigen Mischer nur einmal vorgesehen sein muß.
Durch die Ausgestaltung mit mehreren Empfangszügen können verschiedene Entfernungszellen gleichzeitig ausgewertet werden. Es kann eine flexible Änderung der Betriebsweise vorgenommen werden:

- Es können mehrere Empfangskanäle parallel betrieben werden,
- es ist IQ-Demodulatorbetrieb und Einzelbetrieb möglich,
- es können mehrere Antennen parallel betrieben werden (Multiempfänger-Prinzip),
- die Tastverhältnisse im Sende- und Empfangszug können unterschiedlich gewählt sein,
- das Tastverhältnis im Empfangsbereich kann eins sein (reines Pulsdopplerradar),
- die Radarpulse können in ihrer Wiederholfrequenz und/oder Pulsdauer zur Erhöhung der Störsicherheit variiert werden,
- bei zu starken Zielen im Nahbereich kann die Leistung der Empfangspulse auf mehrere Empfangszüge aufgeteilt werden, um nachfolgende Empfangssignalverstärker nicht zu übersteuern,
- es kann eine PN-Codierung vorgesehen sein mit einer zur eingestellten Entfernung korrespondierenden Empfangsfolge,
- es ist eine Kreuzechoauswertung möglich,
- im Sendezug kann die Überlagerung zweier orthogonaler Codes vorgesehen sein und empfangsseitig eine Auswertung jeweils nur eines der gesendeten orthogonalen Codes pro Empfangszug.

Zeichnungen

Anhand der weiteren Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Pulsradaranordnung nach der Erfindung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Pulsradaranordnung mit gemeinsamer Pulsaufbereitung,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Pulsradaranordnung nach der Erfindung mit mehreren Empfangszügen.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Der in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Radarsensor weist eine Hochfrequenzquelle 1 auf, die ein kontinuierliches Hochfrequenzsignal (CW-Signal) liefert. Über einen Signalteiler in Form einer Gabelschaltung 2gelangt dieses Hochfrequenzsignal einerseits an den Eingang eines sendeseitigen Pulsmodulators 3 zur Abgabe von Radarpulsen an die Sendeantenne 61 und andererseits über einen weiteren Signalteiler 8 direkt an die Eingänge zweier Mischer 4 und 5. Die weiteren Eingänge dieser Mischer sind über einen Leistungsteiler 9, z. B. einen 3 dB Signalteiler mit der Empfangsantenne 6 verbunden. Es sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Mischer 4 und 5 vorgesehen, um eine I/Q (Inphase/Quadraturphase)- Fähigkeit der Radaranordnung zu erreichen. Der Signalteiler 9 dient zur empfangsseitigen Aufteilung des Antennensignals in die Quadraturkomponentensignale I und Q. Wenn man auf die I/Q- Fähigkeit verzichten will, genügt ein Mischer. Selbstverständlich erübrigen sich dann auch die Baueinheiten 8 und 9. Die Mischer 4 und 5 sind bspw. als balancierte Mischer in Form eines RAT-RACE-Hybrides realisiert (vgl. hierzu insbesondere die EP 685930 A1, die den Aufbau eines solchen RAT-RACE-Hybrides beschreibt).
Die Ansteuerung des sendeseitigen Pulsmodulators/-Schalters 3 geschieht über eine Pulssignalquelle 10 und eine Sendetorschaltung 101. Den beiden Mischern 4 und 5 ist ein gemeinsamer Pulsmodulator 7 zugeordnet, der im Empfangszug zwischen der Antenne 6 und dem weiteren Signalteiler 9 angeordnet ist. Die Steuerung dieses Pulsmodulators 7 erfolgt von der Pulssignalquelle 111 aus über eine Verzögerungsschaltung 211 und eine Empfangstorschaltung 212.
Ist ein an einem Objekt reflektierter Radarpuls von der Antenne 6 über den Leistungsteiler 9 zum Mischer 4 bzw. 5 gelangt, so wird aus dem kontinuierlichen Signal der Hochfrequenzquelle 1 und dem reflektierten Radarpuls die Hüllkurve des Empfangspulses (ZF-Signal) gebildet. Diese/s Mischsignal/Hüllkurve wird durch den breitbandigen ZF- Verstärker 411 bzw. 412 einer Bandbreite von z. B. 1 MHz bis 1 GHz verstärkt und einen Empfangsabtaster 413 bzw. 414 zugeführt. Dies geschieht für den I- und den Q-Kanal getrennt (getrennte Empfangs- und Auswertezweige für das I- und Q- Empfangssignal). Der Mischer 4 bzw. gegebenenfalls auch der Mischer 5 muß dabei eine ZF-Bandbreite von ebenfalls 1 GHz haben, um den reflektierten Radarpuls nicht zu verbreitern und damit Objektauflösung zu verlieren.
Um die Laufzeit des empfangenen Radarpulses vergleichen zu können und daraus eine Entfernungsinformation zu erhalten, ist die Verzögerungsschaltung 211 erforderlich. Nach einer definierten Zeit nach der Generierung des Sendepulses, die der Pulslaufzeit für die gewünschte Entfernungszelle entspricht, wird ein breitbandiger Abtaster 413 bzw. 414 mit einem sehr kurzen Abtastpuls beaufschlagt und tastet das Ausgangssignal des ZF-Verstärkers 411 bzw. 412 in der gewählten Entfernungszelle ab. Die Länge des Abtastpulses ist dabei in der Größenordnung der Sendepuls- und ZF- Pulsbreite. Dies geschieht in der Rate der Erzeugung der Sendepulse, nur entsprechend verzögert. Die Variation der Verzögerungszeit erlaubt das Abtasten des gewünschten Entfernungsbereiches identisch dem SRR (Short Range Radar) Der Abtaster detektiert von 0 verschiedene Spannungen und erkennt damit die Pulsrückkehr nach der gewünschten Laufzeit. Nicht kohärente Pulsintegration ist möglich, die das Signalrauschverhältnis proportional zu SQRT (n) verbessert, wobei n die Anzahl der integrierten Pulse ist.
Die Aufbereitung der Abtastpulse für die Abtaster 413 und 414 sowie die Steuerpulse für die Pulsmodulatoren 3 und 7 kann gemäß Fig. 3 auch gemeinsam durch eine gemeinsame Pulssignalquelle 100 erfolgen.
Durch die Architektur der erfindungsgemäßen Pulsradaranordnung ergeben sich folgende weitere Vorteile:
Dadurch, daß das Signal der Hochfrequenzquelle 1 als CW- Signal ständig am Mischer 4 bzw. 5 anliegt und nicht, wie beim SRR gepulst wird, ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Rauschzahl und damit die Möglichkeit den Detektionsbereich effektiv zu erweitern. Außerdem können sich keine nachteiligen Verschiebungen der Arbeitspunkte der Mischer durch vorgeschaltete Pulsmodulatoren/-Schalter ergeben.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Empfangszügen, hier speziell zwei. Die einzelnen Empfangszüge können wie in Fig. 2 oder 3 ausgestaltet sein. Um jedoch noch eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung aufzuzeigen, weisen die in Fig. 4 dargestellten Empfangszüge abweichend von Fig. 2 und 3 folgende Unterschiede auf:
Anstelle eines gemeinsamen empfangsseitigen Pulsmodulator 7 weist jeder Mischer 4, 5 bzw. 41, 51 einen separaten Pulsmodulator 71, 72 bzw. 711, 721 auf, der unabhängig vom jeweiligen anderen Mischer des gleichen Empfangszuges über eine entsprechende Pulssignalquelle 11, 12 bzw. 111, 121, Verzögerungsschaltung 21, 22 bzw. 211, 221 und Empfangstor 212, 213 bzw. 214, 215 steuerbar ist. Die einzelnen Empfangszüge können entweder über eine gemeinsame Empfangsantenne 61 verfügen oder jeweils über separate Empfangsantennen 61, 62, 63. Um die Mischer 41, 51 der weiteren Empfangszüge an die allen Empfangszügen gemeinsame Hochfrequenzquelle 1 anzubinden, sind nachgeordnete weitere Signalteiler 81, 82 erforderlich.
Durch die mindestens zwei Empfangszüge und separate Steuerung der empfangsseitigen Pulsmodulatoren 71, 72 bzw. 711, 712 mit jeweils einstellbaren Verzögerungsschaltungen 21, 22, 211, 221 auf unterschiedliche Verzögerungszeiten sind unterschiedliche Betriebsarten möglich und auch ein schneller Wechsel zwischen diesen unterschiedlichen Betriebsarten je nach den Bedürfnissen des Fahrzeugführers möglich. Es können damit insbesondere

- mehrere Kanäle (Mischer) parallel betrieben werden,
- mehrere Antennen parallel betrieben werden (Multiempfänger-Prinzip),
- die Tastverhältnisse im Sende- und dem/den Empfangszug/- zügen kann unterschiedlich gewählt werden,
- das Tastverhältnis kann eins sein (reines Pulsdopplerradar),
- die Sendepulse können in ihrer Wiederholfrequenz und/oder Pulsdauer insbesondere zur Erhöhung der Störsicherheit variiert werden,
- es ist I/Q- Demodulatorbetrieb und Einzelkanalbetrieb möglich,
- beim Einsatz der doppelten oder dreifachen Sendepulsleistung können bei gleicher Empfindlichkeit mehrere Empfangszellen gleichzeitig ausgewertet werden mit entsprechenden Algorithmen zum Auffinden von Zielen,
- die Entfernungszellen können durch Tasten bzw. Ausblenden des Empfangssignals eingestellt werden,
- bei zu starken Zielen im Nahbereich kann die Empfangspulsleistung geteilt werden, um insbesondere nachfolgende Verstärker nicht zu übersteuern,
- es ist eine Kreuzechoauswertung möglich.

Werden codierte Folgen von Pulsen (PN-Codierung) ausgesendet, werden die Modulatoren in den Empfangszügen, in diesem Falle z. B. Phasendreher, mit einer der eingestellten Entfernung korrespondierenden Empfangsfolge angesteuert. Dies trägt in hohem Maße zur Unterdrückung von Falschzielen bei. Die Kanäle überwachen verschiedene Entfernungsbereiche.
Wird eine empfangsseitige Einrichtung auf den PN-Code einer benachbarten Einrichtung eingestellt, ist eine Kreuzechoauswertung möglich.
Im Sendezug kann eine Überlagerung zweier orthogonaler Codes vorgesehen sein und pro Empfangszug jeweils nur eines der gesendeten orthogonalen Signale ausgewertet werden.
Die sendeseitigen und empfangsseitigen Pulssignalquellen 10, 100, 11, 12, 111, 121 oder nur die empfangsseitigen Pulssignalquellen 11, 12, 111, 121 untereinander sind insbesondere bei mehreren Empfangszügen miteinander phasengekoppelt, um definierte Zeitbeziehungen insbesondere für die gleichzeitige Überwachung mehrerer Empfangszellen zu erzielen.

Claims

1. Pulsradaranordnung insbesondere für Nahbereichs- Pulsradaranwendungen bei Kraftfahrzeugen mit folgenden Merkmalen:

- eine Hochfrequenzquelle (1) zur Abgabe eines kontinuierlichen Hochfrequenzsignals ist mit einem Signalteiler (2) beschaltet, welcher einerseits mit einem sendeseitigen Pulsmodulator (3) zur Abgabe von Radarpulsen in Verbindung steht und andererseits mit mindestens einem Mischer (4, 5) in mindestens einem Empfangszug, der von dem kontinuierlichen Signal der Hochfrequenzquelle (1) ansteuerbar ist, zur Auswertung mindestens eines Empfangssignals, welches aus mindestens an einem Objekt reflektierten Radarpulses besteht,

- dem mindestens einen Mischer (4, 5) ist bezüglich seiner Anbindung an eine Empfangsantenne (6) ein empfangsseitiger Pulsmodulator (7) vorgeschaltet.

2. Pulsradaranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfangszug zwei Mischer (4, 5) vorgesehen sind, denen ein gemeinsamer empfangsseitiger Pulsmodulator (7) bzgl. ihrer Anbindung an eine Empfangsantenne (6) vorgeschaltet ist, und daß die beiden Mischer (4, 5) über einen weiteren Signalteiler (8) an die Hochfrequenzquelle (7) angeschlossen sind.

3. Pulsradaranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Mischern (4, 5) bezüglich ihrer Anbindung an eine Empfangsantenne (6) ein Signalteiler (9) insbesondere zur Abgabe von Quadraturkomponentensignalen (I/Q) vorgeschaltet ist.

4. Pulsradaranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Mischern (4, 5) im Empfangszug jeweils ein separater empfangsseitiger Pulsmodulator (71, 72) bezüglich ihrer Anbindung an eine Empfangsantenne (6) vorgeschaltet ist.

5. Pulsradaranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangsseitigen Pulsmodulatoren (71, 72) über insbesondere separate Pulssignalquellen (11, 12) ansteuerbar sind, wobei zwischen den Pulssignalquellen (11, 12) und ihren entsprechenden empfangsseitigen Pulsmodulatoren (71, 72) Verzögerungsglieder (21, 22) mit insbesondere unterschiedlicher Verzögerungszeit vorgesehen sind.

6. Pulsradaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sendeseitige Pulsmodulator (3) von einer Pulssignalquelle (10) ansteuerbar ist, deren Wiederholfrequenz und/oder Pulsdauer insbesondere zur Erhöhung der Störsicherheit variierbar ist.

7. Pulsradaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Empfangszug mit entsprechenden Empfangsantennen (62, 63, . . .), empfangsseitigen Mischern (41, 51, . . .), empfangsseitigen Pulsmodulatoren (711, 722, . . .) sowie gegebenenfalls erforderlichen Signalteilern (91, 81, . . .) und Pulssignalquellen (111, 121, . . .) vorgesehen ist.

8. Pulsradaranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbindung der empfangsseitigen Mischer (41, 51, . . .) der weiteren Empfangszüge über zusätzliche Signalteiler (81, 82, . . .) erfolgt, die der Hochfrequenzsignalquelle (1) nachgeordnet sind.

9. Pulsradaranordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Empfangszügen mehrere Entfernungszellen über entsprechende Auswerteeinrichtungen gleichzeitig auswertbar sind.

10. Pulsradaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitigen und empfangsseitigen Pulssignalquellen (10, 100, 11, 12, 111, 121) oder nur die empfangsseitigen Pulssignalquellen (111, 121) untereinander, insbesondere wenn mehrere Empfangszüge vorgesehen sind, miteinander phasengekoppelt sind.

11. Pulsradaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastverhältnisse der Radarpulse im Sendezug und im Empfangszug, bzw. den Empfangszügen, unterschiedlich gewählt sind.

12. Pulsradaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer PN-Codierung der Radarpulse die empfangsseitigen Pulsmodulatoren (71, 72, 711, 721) mit einer zur eingestellten Entfernung korrespondierenden Empfangsfolge ansteuerbar sind.

13. Pulsradaranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kreuzechoauswertung vorgesehen ist, d. h. bei mehreren Empfangszügen ist eine empfangsseitige Einrichtung auf den PN-Code einer benachbarten Einrichtung eingestellt.

14. Pulsradaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Sendezug die Überlagerung zweier orthogonaler Codes vorgesehen ist und ein Empfangszug jeweils nur eines der gesendeten orthogonalen Signale auswertet.