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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines FMCW-Radarsensors, der mehrere lokale Oszillatoren aufweist.
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Stand der Technik
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Radarsensoren werden in Kraftfahrzeugen in zunehmendem Umfang zur Erfassung des Verkehrsumfelds eingesetzt und liefern Informationen über Abstände, Relativgeschwindigkeiten und Richtungswinkel georteter Objekte an eine oder mehrere Assistenzfunktionen, die dem Fahrer bei der Führung des Kraftfahrzeugs entlasten oder den menschlichen Fahrer ganz oder teilweise ersetzen. Mit steigender Autonomie dieser Assistenzfunktionen werden nicht nur an die Leistungsfähigkeit, sondern auch an die Zuverlässigkeit der Radarsensoren zunehmend höhere Anforderungen gestellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Zuverlässigkeit der Frequenzerzeugung eines Radarsensors zu erhöhen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Überwachen eines FMCW-Radarsensors, der mehrere lokale Oszillatoren aufweist, bei welchem Verfahren ein erstes lokales Oszillatorsignal eines ersten lokalen Oszillators der lokalen Oszillatoren mit einem zweiten lokalen Oszillatorsignal eines zweiten lokalen Oszillators der lokalen Oszillatoren in einem Mischer zu einem Basisbandsignal gemischt wird und das Basisbandsignal ausgewertet wird, wobei anhand eines Ergebnisses der Auswertung ein Fehlerfall detektiert wird.
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Durch die Mischung des ersten lokalen Oszillatorsignals mit dem zweiten lokalen Oszillatorsignal und Auswertung des Basisbandsignals können im Basisbandsignal Abweichungen von einer erwarteten Frequenzcharakteristik des Basisbandsignals detektiert werden. Die Überwachung kann somit als interne Funktion des Radarsensors im laufenden Betrieb durchgeführt werden.
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Durch die Verwendung von lokalen Oszillatorsignalen, die rampenförmig frequenzmoduliert sind, kann eine Überwachung der Erzeugung der FMCW-Frequenzrampen erfolgen. Somit kann nicht nur ein lokales Oszillatorsignal konstanter Frequenz überwacht werden, sondern es können auch Parameter der FMCW-Frequenzrampen überwacht werden, ohne dass hierzu externe, aufwendige Messgeräte erforderlich sind. Die Auswertung im Basisbandsignal kann zudem über ohnehin im FMCW-Radarsensor vorgesehenem Analog/Digital-Wandler für die Kanäle des Radarsensors erfolgen.
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Weiter wird die Aufgabe gelöst durch einen FMCW-Radarsensor mit mehreren lokalen Oszillatoren, wobei der FMCW-Radarsensor zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Der FMCW-Radarsensor kann beispielsweise ein FMCW-Radarsensor mit mehreren Hochfrequenzbausteinen sein, die jeweils ein Sende- und Empfangsteil und einen lokalen Oszillator aufweisen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorzugsweise ist das Verfahren ein Verfahren zum Überwachen eines FMCW-Radarsensors, der mehrere Hochfrequenzbausteine aufweist, die jeweils ein Sende- und Empfangsteil zum Ausgeben eines Sendesignals an wenigstens eine dem Hochfrequenzbaustein zugeordnete Antenne und zum Empfangen eines Empfangssignals von wenigstens einer dem Hochfrequenzbaustein zugeordneten Antenne aufweisen, wobei ein erster Hochfrequenzbaustein des FMCW-Radarsensors den ersten lokalen Oszillator umfasst und ein zweiter Hochfrequenzbaustein des FMCW-Radarsensors den zweiten lokalen Oszillator umfasst, wobei bei dem Verfahren das erste lokale Oszillatorsignal des ersten lokalen Oszillators des ersten Hochfrequenzbausteins an den zweiten Hochfrequenzbaustein übertragen wird und mit dem zweiten lokalen Oszillatorsignal des zweiten lokalen Oszillators des zweiten Hochfrequenzbausteins in einem Mischer des zweiten Hochfrequenzbausteins zu dem Basisbandsignal gemischt wird.
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Vorzugsweise weisen das erste lokale Oszillatorsignal und das zweite lokale Oszillatorsignal zueinander einen Frequenzversatz auf. Vorzugsweise ist ein Sollwert des Frequenzversatzes konstant. Beispielsweise können das erste lokale Oszillatorsignal und das zweite lokale Oszillatorsignal jeweils ein lokales Oszillatorsignal in Form einer FMCW-Frequenzrampe sein, die einen gleichen Sollwert ihrer Rampensteigung aufweisen. Es können jedoch auch erste und zweite lokale Oszillatorsignale mit konstanter Frequenz für bestimmte Auswertungen verwendet werden.
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Vorzugsweise wird für eine Herstellung eines zeitlichen Bezuges zwischen Startzeitpunkten des ersten und des zweiten lokalen Oszillatorsignals ein Referenztaktsignal ersten und zweiten Hochfrequenzquellen des FMCW-Radarsensors zugeführt, wobei die erste Hochfrequenzquelle den ersten lokalen Oszillator umfasst und die zweite Hochfrequenzquelle den zweiten lokalen Oszillator umfasst. Beispielsweise kann für eine Herstellung eines zeitlichen Bezuges zwischen Startzeitpunkten des ersten und des zweiten lokalen Oszillatorsignals ein Referenztaktsignal Referenztaktsignaleingängen der ersten und zweiten Hochfrequenzbausteine zugeführt werden. Das Referenztaktsignal kann beispielsweise dazu dienen, gleiche Startzeitpunkte von FMCW-Frequenzrampen festzulegen. Allgemein kann das Referenztaktsignal zum Festlegen einer Zeitbasis für die Ansteuerung der ersten und zweiten lokalen Oszillatoren dienen. Beispielsweise können die Startzeitpunkte des ersten und des zweiten lokalen Oszillatorsignals synchronisiert werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das erste und das zweite lokale Oszillatorsignal jeweils ein lokales Oszillatorsignal in Form einer FMCW-Frequenzrampe, wobei die FMCW-Frequenzrampen einen gleichen Sollwert ihrer Steigung aufweisen. Vorzugsweise werden bei der Auswertung des Basisbandsignals ein Sollwert eines Frequenzversatzes zwischen den FMCW-Frequenzrampen und eine Frequenzverschiebung, die einer Signallaufzeit des Übertragungsweges entspricht, berücksichtigt. Vorzugsweise ist der Sollwert eines Frequenzversatzes zwischen den FMCW-Frequenzrampen ungleich Null.
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Die Übertragung des ersten lokalen Oszillatorsignals von dem ersten lokalen Oszillator an den Mischer, oder von dem ersten Hochfrequenzbaustein an den zweiten Hochfrequenzbaustein, kann auf unterschiedliche Weisen geschehen. Beispielsweise kann das erste lokale Oszillatorsignal über einen Übertragungsweg mit bekannter Signallaufzeit dem Mischer zugeführt werden. Beispielsweise kann das erste lokale Oszillatorsignal von einem Signalausgang des ersten Hochfrequenzbausteins über eine Signalleitung einem Signaleingang des zweiten Hochfrequenzbausteins zugeführt werden.
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Beispielsweise kann das Basisbandsignal unter Berücksichtigung der Signallaufzeit des Übertragungsweges ausgewertet werden.
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In einem Beispiel kann der FMCW-Radarsensor für einen Normalbetrieb ausgelegt sein, in welchem der erste Hochfrequenzbaustein als Master arbeitet und der zweite Hochfrequenzbaustein als Slave arbeitet und zur Synchronisierung des zweiten Hochfrequenzbausteins mit dem ersten Hochfrequenzbaustein einem Synchronisationssignaleingang des zweiten Hochfrequenzbausteins ein lokales Oszillatorsignal des ersten Hochfrequenzbausteins von einem Synchronisationssignalausgang des ersten Hochfrequenzbausteins zugeführt wird, wobei das Verfahren in einem Messbetrieb ausgeführt wird, und wobei in dem Messbetrieb das erste lokale Oszillatorsignal von dem Synchronisationssignalausgang des ersten Hochfrequenzbausteins über eine Signalleitung dem Synchronisationssignaleingang des zweiten Hochfrequenzbausteins zugeführt wird. In einem anderen Beispiel kann das erste lokale Oszillatorsignal von einem Senderausgang eines Sende- und Empfangsteils des ersten Hochfrequenzbausteins über eine Signalleitung einem Empfängereingang eines Sende- und Empfangsteils des zweiten Hochfrequenzbausteins zugeführt werden. Insbesondere können bei der Verwendung eines Radarsensors mit mehreren identischen Hochfrequenzbausteinen, die jeweils einen lokalen Oszillator enthalten, die für einen Normalbetrieb in einer Master/Slave-Konfiguration in den als Slaves betriebenen Hochfrequenzbausteinen eigentlich unnötigen lokalen Oszillatoren für die Überwachung der Frequenzerzeugung des lokalen Oszillators des als Master betriebenen Hochfrequenzbausteins eingesetzt werden. Durch die Verwendung identischer Hochfrequenzbausteine ergibt sich zudem eine kostengünstigere Realisierung leistungsstarker Radarsensoren.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das erste lokale Oszillatorsignal von einem ersten Sende- und Empfangsteil des FMCW-Radarsensors zu einem Sendesignal weiterverarbeitet, über wenigstens eine ersten Antenne gesendet und durch Übersprechen auf wenigstens eine zweite Antenne einem zweiten Sende- und Empfangsteil des FMCW-Radarsensors zugeführt. Beispielsweise wird das erste lokale Oszillatorsignal von einem Sende- und Empfangsteil des ersten Hochfrequenzbausteins zu einem Sendesignal weiterverarbeitet, über wenigstens eine erste Antenne gesendet und durch Übersprechen auf wenigstens eine zweite Antenne einem Sende- und Empfangsteil des zweiten Hochfrequenzbausteins zugeführt. Das über die Antenne gesendete Signal kann beispielsweise im Sensor oder am Radom des Sensors auf eine dem zweiten Hochfrequenzbaustein zugeordnete Antenne übersprechen.
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In einem Beispiel wird der erste und der zweite lokale Oszillator jeweils von einer Phasenregelschleife des betreffenden ersten oder zweiten Hochfrequenzbausteins gesteuert, wobei Eingangssignale der Phasenregelschleifen miteinander synchronisiert werden, und wobei das Auswerten des Basisbandsignals umfasst: Bestimmen eines Rauschniveaus in einem Basisbandbereich außerhalb eines Peaks des Basisbandsignals, und Vergleichen des bestimmten Rauschniveaus mit einem erwarteten Rauschniveau.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur gegenseitigen Überwachung der Signalerzeugung des ersten lokalen Oszillators und des zweiten lokalen Oszillators dienen, oder zur gegenseitigen Überwachung der Signalerzeugung des ersten Hochfrequenzbausteins und des zweiten Hochfrequenzbausteins dienen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf den Einsatz von mehr als zwei lokalen Oszillatoren des FMCW-Radarsensors erweitert werden, deren lokale Oszillatorsignale im Basisband separat ausgewertet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise auf den Einsatz von mehr als zwei lokalen Oszillatoren von mehr als zwei Hochfrequenzbausteinen erweitert werden, deren lokale Oszillatorsignale an wenigstens einem Hochfrequenzbaustein im Basisband separat ausgewertet werden. Beispielsweise kann ein drittes lokales Oszillatorsignal einen Sollwert eines Frequenzversatzes zu dem zweiten lokalen Oszillatorsignal aufweisen, der sich von einem Sollwert eines Frequenzversatzes unterscheidet, dem das erste lokale Oszillatorsignal zu dem zweiten lokalen Oszillatorsignal aufweist. In einem Beispiel können das erste lokale Oszillatorsignal des ersten lokalen Oszillators des ersten Hochfrequenzbausteins des FMCW-Radarsensors und ein drittes lokales Oszillatorsignal eines dritten lokalen Oszillators eines dritten Hochfrequenzbausteins des FMCW-Radarsensors an den zweiten Hochfrequenzbaustein des FMCW-Radarsensors übertragen werden und mit dem zweiten lokalen Oszillatorsignal des zweiten lokalen Oszillators des zweiten Hochfrequenzbausteins in dem Mischer des zweiten Hochfrequenzbausteins zu dem Basisbandsignal gemischt werden, wobei ein Frequenzversatz zwischen dem dritten und dem zweiten lokalen Oszillatorsignal sich von einem Frequenzversatz zwischen dem ersten und dem zweiten lokalen Oszillatorsignal unterscheidet.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Skizze eines Radarsensors mit vier Hochfrequenzbausteinen, die über ein Oszillatorsignalnetzwerk miteinander verbunden sind;
- 2 ein Frequenz-Zeit-Diagramm von lokalen Oszillatorsignalen und ein Amplitudenspektrum eines Basisbandsignals;
- 3 ein Frequenz-Zeit-Diagramm von lokalen Oszillatorsignalen und ein Amplitudenspektrum eines Basisbandsignals gemäß einer abgewandelten Ausführungsform; und
- 4 ein Amplitudenspektrum eines Basisbandsignals zur Erläuterung der Auswertung eines Rauschniveaus.
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In 1 sind vier Hochfrequenzbausteine 10, 12, 14, 16 eines Radarsensors gezeigt, die auf einem gemeinsamen Substrat 18 angeordnet sind. Bei den Hochfrequenzbausteinen handelt sich jeweils um eine integrierte Schaltung in Form eines MMIC-Chips (Monolithic Microwave Integrated Circuit). Jeder Hochfrequenzbaustein enthält einen Sende- und Empfangsteil 20, der wenigstens einen Senderausgang 22 und einen Empfängereingang 24 umfasst, die mit zugeordneten Antennen 26, 28 des Radarsensors verbunden sind. Jedem Hochfrequenzbaustein können mehrere Sendeantennen 26 und/oder mehrere Empfangsantennen 28 zugeordnet sein. Exemplarisch sind eine Sendeantenne 26 und eine Empfangsantenne 28 dargestellt. Der Sende- und Empfangsteil 20 kann unter anderem dazu dienen, das Oszillatorsignal, das beispielsweise eine Frequenz in der Größenordnung von 76 GHz hat, zu verstärken und auf die Sendeantennen aufzuteilen. Die Empfangsantennen können mit den Sendeantennen identisch sein. Wahlweise können die Sende- und Empfangsteile 20 auch Schaltungen enthalten, mit denen die den einzelnen Antennen zugeführten Sendesignale in ihrer Phasenlage und gegebenenfalls auch in ihrer Frequenzlage modifiziert werden, um eine geeignete Strahlformung und eine möglichst gute Winkelauflösung des Radarsystems zu erreichen.
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Weiter enthält jeder Hochfrequenzbaustein eine Hochfrequenzquelle 30, die einen lokalen Oszillator 32 mit einer Phasenregelschleife 34 umfasst und zur Erzeugung eines lokalen Oszillatorsignals eingerichtet ist, das über ein Schaltnetzwerk 36 der Sende- und Empfangseinheit 20 zugeführt werden kann. Die Phasenregelschleife 34 umfasst einen Frequenzteiler. Das lokale Oszillatorsignal wird an einem Mischer 38 des Sende- und Empfangsteils 20 mit einem Empfangssignal zu einem Basisbandsignal gemischt und über einen A/D-Wandler 40 in an sich bekannter Weise einer Auswertung zugeführt. Es können mehrere derartige Empfangskanäle mit einem jeweiligen Mischer und A/D-Wandler vorgesehen sein.
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Über das Schaltnetzwerk 36 kann das lokale Oszillatorsignal außerdem einem als Synchronisationssignalausgang arbeitenden HF-Verteiler 42 zugeführt werden. Die HF-Verteiler der Hochfrequenzbausteine, die als Synchronisationssignalausgang oder Synchronisationssignaleingang arbeiten können, sind über ein Oszillatorsignalnetzwerk 44 miteinander verbunden.
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Im weiteren umfasst jeder Hochfrequenzbaustein einen Referenztaktsignaleingang 46 für ein Referenztaktsignal, das über eine Referenztaktsignalleitung 48 von einer Referenztaktquelle 50 zugeführt wird und dazu dient, die Frequenzerzeugung der Hochfrequenzquellen 30 miteinander zu synchronisieren.
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Die Antennen 26, 28 des Radarsensors sind hinter einem Radom 52 angeordnet.
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Die Hochfrequenzquelle 30 ist dazu eingerichtet, ein frequenzmoduliertes lokales Oszillatorsignal in Form einer FMCW-Frequenzrampe zu erzeugen. Wahlweise kann jedoch die Frequenzmodulation auch innerhalb jedes einzelnen Sende- und Empfangsteils 20 erfolgen.
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Die Schaltnetzwerke 36 sind dazu eingerichtet, in einem Normalbetrieb den Radarsensor für eine Master/Slave-Konfiguration zu konfigurieren. In einem Normalbetrieb mit einer Master/Slave-Konfiguration wird das lokale Oszillatorsignal des lokalen Oszillators 32 des ersten Hochfrequenzbausteins 10 von dem als Synchronisationssignalausgang arbeitenden HF-Verteiler 42 über eine Signalleitung des Oszillatorsignalnetzwerks 44 den als Slave konfigurierten anderen Hochfrequenzbausteinen 12, 14, 16 zugeführt. Der erste Hochfrequenzbaustein 10 ist als Master konfiguriert. Bei jedem als Slave konfigurierten Hochfrequenzbaustein wird das von extern über das Oszillatorsignalnetzwerk 44 zugeführte lokale Oszillatorsignal über den als Synchronisationssignaleingang arbeitenden HF-Verteiler 42 und das Schaltnetzwerk 36 dem Sende- und Empfangsteil 20 zugeführt und dient zur Erzeugung der Sendesignale für eine oder mehrere zugeordnete Radarantennen 26. Auf diese Weise arbeiten die Hochfrequenzbaustein synchron unter Verwendung des lokalen Oszillatorsignals des ersten Hochfrequenzbausteins 10.
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Zur Durchführung einer Überwachung der Frequenzerzeugung der Hochfrequenzquelle 30 im laufenden Betrieb des Radarsensors wird zwischen Messzyklen des Normalbetriebs der Radarsensor zeitweise in einen Messbetrieb umgeschaltet, der auch als Überwachungs-Messbetrieb bezeichnet werden kann. Der Messbetrieb unterscheidet sich vom Normalbetrieb. Für den Messbetrieb erfolgt eine Umkonfigurierung der Erzeugung und Verteilung der lokalen Oszillatorsignale. Im Messbetrieb werden wenigstens zwei der Hochfrequenzbausteine als Signalquelle betrieben, und wenigstens einem davon wird das lokale Oszillatorsignal des anderen Hochfrequenzbausteines über einen Übertragungsweg mit definierter Signallaufzeit zugeführt und mit dem eigenen lokalen Oszillatorsignal gemischt und im AD-Wandler digitalisiert und einer weiteren Auswertung zugeführt. Dadurch kann eine sich aus der Signallaufzeit des Übertragungsweges ergebende Frequenzverschiebung des erhaltenen Basisbandsignals berücksichtigt und beispielsweise herausgerechnet werden. Die Berücksichtigung ermöglicht eine besonders genaue Überwachung der Frequenz der erzeugten lokalen Oszillatorsignale. Dies wird nachfolgend exemplarisch anhand der ersten und zweiten Hochfrequenzbausteine 10, 12 erläutert.
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Der lokale Oszillator 32 des ersten Hochfrequenzbausteins 10 erzeugt ein lokales Oszillatorsignal, das auf einem noch näher zu beschreibenden Übertragungsweg dem zweiten Hochfrequenzbaustein 12 zugeführt wird. Der lokale Oszillator 32 des zweiten Hochfrequenzbausteins 12 erzeugt gleichzeitig und synchron mit dem lokalen Oszillator 32 des ersten Hochfrequenzbausteins 10 ein eigenes lokales Oszillatorsignal. Beide lokalen Oszillatorsignale werden in einem Mischer, beispielsweise einem Mischer 38 des Sende- und Empfangsteils 20, zu einem Basisbandsignal gemischt und dem A/D-Wandler 40 zugeführt.
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Die zwei aktiven Signalquellen 30 des ersten und zweiten Hochfrequenzbausteins 10, 12 werden so konfiguriert, dass die erzeugten FMCW-Rampen einen identischen Startzeitpunkt besitzen und eine identische Rampensteigung, jedoch die Mittenfrequenz leicht versetzt ist. Eine Synchronisation der Signalerzeugung erfolgt beispielsweise über das Referenztaktsignal.
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2 zeigt schematisch die Frequenzrampe 54 des lokalen Oszillatorsignals des ersten Hochfrequenzbausteins sowie die um einen Frequenzversatz Fa verschobene Frequenzrampe 56 des lokalen Oszillators des zweiten Hochfrequenzbausteins 12. Am zweiten Hochfrequenzbaustein 12 wird das lokale Oszillatorsignal des ersten Hochfrequenzbausteins mit einer Zeitverzögerung entsprechend einer Signallaufzeit tb erhalten, die aufgrund der Rampensteigung einer Frequenzverschiebung Fb entspricht. Bei den dem Mischer zugeführten Signalen liegt somit eine resultierende Frequenzverschiebung Fab vor, die beispielsweise der Summe Fa + Fb entspricht. Im auf der rechten Seite der 2 gezeigten Amplitudenspektrum des Basisbandsignals wird ein Peak bei der resultierenden Frequenzverschiebung Fab erhalten. Dieser wird in einem entsprechen Bin des Spektrums abgelegt. Das Spektrum wird in an sich bekannter Weise durch Fouriertransformation des digitalisierten Basisbandsignals berechnet.
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Die Verschiebung Fa der Mittenfrequenz wird innerhalb der Bandbreite des Basisbandes gewählt. Bei einer Abtastrate von beispielsweise 10 MHz, entsprechend einer Basisband-Breite von 5 MHz, wird beispielsweise ein Frequenzversatz Fa von 2,5 MHz gewählt.
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Die Übertragung des lokalen Oszillatorsignals vom ersten Hochfrequenzbaustein 10 zum zweiten Hochfrequenzbaustein 12 kann auf verschiedene Weisen geschehen.
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Beispielsweise kann das lokale Oszillatorsignal des ersten Hochfrequenzbausteins über einen Signalausgang, beispielsweise dem HF-Verteiler 42, und über eine Signalleitung, insbesondere über das Oszillatorsignalnetzwerk 44, einem Signaleingang, etwas dem HF-Verteile 42, des zweiten Hochfrequenzbausteins 12 zugeführt werden. Als Signalleitung wird somit das Oszillatorsignalnetzwerk 44, über welches im Normalbetrieb die Synchronisation der Slaves mit dem Master erfolgt, genutzt. Wahlweise kann jedoch auch eine separate Signalleitung zum Zuführen des lokalen Oszillatorsignals eines Hochfrequenzbausteines zu einem anderen Hochfrequenzbaustein vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Senderausgang 22 des ersten Hochfrequenzbausteins 10 mit einem Empfängereingang 24 des zweiten Hochfrequenzbausteins 12 über eine entsprechend geschaltete Signalleitung verbunden werden. Wahlweise können jedoch auch einfache ausgeführte Signaleingänge und Signalausgänge der Hochfrequenzbausteine vorgesehen sein, die beispielsweise für eine geringere Signalleistung ausgelegt sein können als die Senderausgänge 22 bzw. Empfängereingänge 24.
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Wahlweise kann als eine weitere Möglichkeit der Signalübertragung der Effekt genutzt werden, dass im Radarsensor oder am Radom 52 des Radarsensors ein Übersprechen eines über eine Antenne 26 gesendeten Signals auf eine Empfangsantenne 28 eines anderen Hochfrequenzbausteins stattfindet. Auch dieser Übertragungsweg zwischen einem ersten Hochfrequenzbaustein und einem zweiten Hochfrequenzbaustein weist eine definierte Signallaufzeit auf, die als Frequenzverschiebung Fb bei der Auswertung berücksichtigt werden kann. Wenn eine Übertragung durch Übersprechen erfolgt, sind somit keine dezidierten Signalleitungen zur Verbindung des ersten Hochfrequenzbausteins 10 mit dem zweiten Hochfrequenzbaustein 12 erforderlich.
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Im folgenden werden Beispiele der Überwachung der Frequenzerzeugung näher erläutert.
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Eine Überwachung der Rampenmittenfrequenz des lokalen Oszillatorsignals oder des Frequenzversatzes zwischen zwei lokalen Oszillatoren kann wie folgt erfolgen. Da im Beispiel der 2 die erwartete Frequenz des Signals (Peak 58) im Basisbandsignal bekannt ist und dem konfigurierten oder Soll-Frequenzversatz Fa kombiniert mit der erwarteten Frequenzverschiebung Fb aufgrund der Laufzeit des Übersprechens bzw. des Signaltransports zwischen den Hochfrequenzbausteinen entspricht, kann die erwartete Frequenz mit dem gemessenen, resultierenden Frequenzversatz Fab verglichen werden. Übersteigt ein Unterschied der verglichenen Werte einen Schwellwert, so wird der Fehlerfall detektiert. Insbesondere wird ein fehlerhafter Frequenzversatz detektiert, und somit eine fehlerhafte Frequenz einer Frequenzrampe detektiert, etwa eine fehlerhafte Rampenmittenfrequenz. Die Genauigkeit der Schätzung der gemessenen Basisbandfrequenz hängt von der Dauer des auszuwertenden Signals ab, d.h. von der Dauer einer Frequenzrampe. Selbst bei einer schnellen Rampe von beispielsweise 15 µs Dauer und einer entsprechenden Breite eines FFT-Bins von 20 kHz kann aufgrund der großen Signalstärke eine hohe Schätzgenauigkeit von beispielsweise deutlich kleiner als 1 kHz erreicht werden. Abweichungen in der Frequenzerzeugung zwischen den beiden lokalen Oszillatoren der ersten und zweiten Hochfrequenzbausteine 10, 12 können somit sehr genau bestimmt werden. Somit ist sogar eine Überwachung der Erzeugung von schnellen Rampen möglich.
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Eine Überwachung der Rampensteigung einer Frequenzrampe kann wie folgt erfolgen. Es können wiederum die lokalen Oszillatorsignale gemäß dem Beispiel der 2 genutzt werden. Sind die Rampensteigung der lokalen Oszillatoren der ersten und zweiten Hochfrequenzbausteine 10, 12 unterschiedlich, so entsteht ein Basisbandsignal, das einem Frequenz-Chirp entspricht. Das Basisbandsignal weist eine sich zeitlich ändernde Frequenz auf. Wird eine Verschiebung der Frequenzlage des Peaks 58 im zeitlichen Verlauf der lokalen Oszillatorsignale detektiert, so wird der Fehlerfall detektiert. Insbesondere wird dann eine fehlerhafte Rampensteigung detektiert. Ein Frequenz-Chirp kann anhand des erhaltenen Basisbandsignals detektiert werden und als Fehlerfall detektiert werden. Dazu kann beispielsweise ein parametrisches Schätzverfahren genutzt werden, eine Chirplet-Transformation, oder es können im zeitlichen Verlauf Teilstücke der Frequenzrampen separat in Spektren transformiert werden, so dass ein zeitlicher Verlauf eines Peaks im Basisbandsignal erkannt werden kann.
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Eine Auswertung des Phasenrauschens der Hochfrequenzquelle 30 kann folgendermaßen erfolgen. Dazu werden die beiden Hochfrequenzquellen 30 des ersten Hochfrequenzbausteins 10 und des zweiten Hochfrequenzbausteins 12 mit ihrer jeweiligen Phasenregelschleife, PLL, 34 auf einen gemeinsamen Referenztakt eines Referenztaktsignals synchronisiert. Das Referenztaktsignal wird beispielsweise über die Referenztaktsignalleitung 48 zugeführt. Das lokale Oszillatorsignal des ersten Hochfrequenzbausteins 10 wird an den zweiten Hochfrequenzbaustein 12 übertragen und wiederum mit einem Mischer 38 mit dem lokalen Oszillatorsignal des zweiten Hochfrequenzbausteins 12 in das Basisband gemischt. Die oben beschriebenen Übertragungswege können wahlweise als Übertragungsweg genutzt werden. Das im Basisbandsignal erhaltene Rauschen wird untersucht.
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4 zeigt schematisch ein Amplitudenspektrum des Basisbandsignals. Innerhalb der Schleifenbandbreite der Phasenregelschleife 34 ist das Phasenrauschen des einzelnen lokalen Oszillators vom Rauschen des Referenztaktes dominiert. Innerhalb der Schleifenbandbreite um das lokale Oszillatorsignal ist daher das Phasenrauschen der lokalen Oszillatoren 32 der Hochfrequenzbausteine stark korreliert. Dadurch ist das Phasenrauschen 60 innerhalb der Schleifenbandbreite um das Trägersignal (dem Peak 58 im Frequenzspektrum) im Basisbandsignal stark unterdrückt. Die Frequenz des Peak 58 im Frequenzspektrum entspricht wiederum dem Frequenzversatz zwischen den am Mischer vorliegenden ersten und zweiten lokalen Oszillatorsignalen. Der erwartete Frequenzversatz entspricht wiederum einem optionalen Soll-Frequenzversatz zwischen den beiden lokalen Oszillatoren, kombiniert mit der aus der Laufzeit des Übertragungsweges resultierenden Frequenzverschiebung. Die Schleifenbandbreite kann beispielsweise einen Frequenzbereich von 300 kHz um das Trägersignal entsprechen. Außerhalb der Schleifenbandbreite ist das Phasenrauschen des einzelnen lokalen Oszillators 32 vom Rauschverhalten des spannungsgesteuerten Oszillators 32 dominiert. Im Basisbandsignal ist somit außerhalb der Schleifenbandbreite das Phasenrauschen 62 nicht korreliert und daher vergleichsweise stark. Das Auswerten des Basisbandsignals kann beispielsweise umfassen: Bestimmen eines Rauschniveaus in einem Bandbereich außerhalb eines Peaks des Basisbandsignals; und Vergleichen des bestimmten Rauschniveaus mit einem erwarteten Rauschniveau. Beispielsweise kann innerhalb einer Bandbreite um einen Peak des Basisbandsignals, welche Bandbreite der Schleifenbandbreite der Phasenregelkreise der lokalen Oszillatoren entspricht, das Rauschniveau bestimmt und mit einem entsprechenden, erwarteten Rauschniveau verglichen werden. Beispielsweise kann außerhalb einer Bandbreite um einen Peak des Basisbandsignals, welche Bandbreite der Schleifenbandbreite der Phasenregelkreise der lokalen Oszillatoren entspricht, das Rauschniveau bestimmt und mit einem entsprechenden, erwarteten Rauschniveau verglichen werden.
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Wird ein erwartetes Rauschniveau überschritten oder um mehr als einen Schwellwert überschritten, so wird der Fehlerfall detektiert. Insbesondere wird dann eine fehlerhafte Phasenregelschleife detektiert.
Das Auswerten des Basisbandsignals kann beispielsweise umfassen:
- - Bestimmen einer Breite B eines Bereichs mit einem niedrigeren Rauschniveau (in einem Bandbereich außerhalb eines Peaks 58 des Basisbandsignals) innerhalb eines umgebenden Bereichs mit einem höheren Rauschniveau, und
- - Vergleichen der bestimmten Breite B mit einer erwarteten Breite, wobei die erwartete Breite der Schleifenbandbreite der Phasenregelkreise der lokalen Oszillatoren entspricht.
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Übersteigt ein Unterschied der verglichenen Werte einen Schwellwert, so wird der Fehlerfall detektiert. Insbesondere wird dann eine fehlerhafte Phasenregelschleife detektiert. Somit kann eine Überprüfung der Schleifenbandbreite erfolgen. Eine Abweichung der Breite des niedrigen Rauschniveaus von einer für den Sollwert der Schleifenbandbreite der Phasenregelschleifen erwarteten Breite kann somit detektiert werden und als Fehlerfall detektiert werden. Die Überwachung des Phasenrauschens einer Phasenregelschleife eines lokalen Oszillators kann üblicherweise nur im CW-Betrieb eines Radarsensors, d.h. bei konstanter Frequenz, bestimmt werden, jedoch nicht bei Erzeugung eines FMCW-Rampe. Durch das beschriebene Verfahren kann ein Rauschniveau des Phasenrauschens auch bei Erzeugung einer FMCW-Frequenzrampe ausgewertet und überwacht werden.
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Anhand von 3 wird eine abgewandelte Ausführungsform für die Überwachung des Frequenzversatzes und/oder der Rampensteigung beschrieben. Das Beispiel der 3 unterscheidet sich vom Beispiel der 2 dadurch, dass für die beiden lokalen Oszillatoren unterschiedliche Rampensteigungen der FMCW-Frequenzrampe 54, 56 gewählt werden. Die Auswertung des letzten Frequenzversatzes ist dann im Zeitbereich möglich, in dem der Zeitpunkt bestimmt wird, an dem sich die Frequenzrampen der zusammengemischten Signale schneiden. Bei der Auswertung des Basisbandsignals wird dann der Zeitpunkt S bestimmt, an dem die Rampe des lokalen Oszillators des zweiten Hochfrequenzbausteins sich mit der am Mischer des zweiten Hochfrequenzbausteins erhaltenen Frequenzrampe des lokalen Oszillators des ersten Hochfrequenzbausteins 10 schneidet, d.h. die gleiche Frequenz aufweist. Im Frequenzspektrum entspricht dies einem Gleichspannungs-Durchgang des Peaks, d.h., die Differenzfrequenz der Signale ist gleich Null. Anhand eines Vergleichs des gemessenen Zeitpunktes S mit dem erwarteten Zeitpunkt unter Berücksichtigung der Zeitverschiebung tb des Übertragungsweges ermöglichst somit die Detektion einer vom Sollwert abweichenden Rampenmittenfrequenz. Dies wird als Fehlerfall detektiert. Eine Abweichung einer Rampensteigung von einem Sollwert der Rampensteigung führt ebenfalls zu einem Zeitversatz des Rampenschnittpunktes und kann somit detektiert werden. Wenn nacheinander Messungen mit mehreren Frequenzrampen unterschiedlicher Rampensteigungen durchgeführt werden, kann eine Abweichung der Rampensteigung von einer Abweichung der Rampenmittenfrequenz unterschieden werden.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann eine Überwachung des ersten Hochfrequenzbausteins erfolgen, indem der zweite Hochfrequenzbaustein als Referenzsignalquelle verwendet wird. Es ist jedoch auch denkbar, in entsprechender Weise eine gegenseitige Überwachung der Hochfrequenzbausteine vorzusehen.
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Durch die beschriebenen Ausführungsformen wird die Überwachung der Frequenzerzeugung eines lokalen Oszillators auch hinsichtlich der mit Messinstrumenten nur schwierig zu bestimmenden Parameter wie Phasenrauschen, Rampenmittenfrequenz und Rampensteigung ermöglicht. Insbesondere wird die Überwachung im laufenden Betrieb des Radarsensors ermöglicht.
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Weiter können im Messbetrieb auch mehr als zwei Hochfrequenzbausteine als Signalquellen gleichzeitig betrieben werden. So kann beispielsweise paarweise eine Überwachung stattfinden. Es ist aber auch denkbar, mehrere Hochfrequenzbausteine gleichzeitig zu betreiben, deren Signale zu dem einem auswertenden Hochfrequenzbaustein übertragen und dort mit einem eigenen lokalen Oszillatorsignal gemischt werden. So kann beispielsweise ein Frequenzversatz von z.B. 1 MHz zwischen dem ersten Hochfrequenzbaustein 10 und dem zweiten Hochfrequenzbaustein 12 gewählt werden, der sich von einem Frequenzversatz von z.B. 1,2 MHz zwischen dem zweiten Hochfrequenzbaustein 12 und dem dritten Hochfrequenzbaustein 14 sowie von einem Frequenzversatz zwischen dem ersten Hochfrequenzbaustein und dem dritten Hochfrequenzbaustein 14 unterscheidet. Für mehrere gleichzeitig als Signalquelle dienende Hochfrequenzbausteine werden im Basisband eines auswertenden Hochfrequenzbausteins dann die jeweiligen gemischten Basisbandsignale an den entsprechenden Positionen der Frequenzversatze erhalten und können separat ausgewertet werden. Beispielsweise können dann am ersten Hochfrequenzbaustein Signale bei 1 MHz und 2,2 MHz empfangen werden, am zweiten Hochfrequenzbaustein können Signale von 1 MHz und 1,2 MHz empfangen werden, und am dritten Hochfrequenzbaustein können Signale von 1,2 MHz und 2,2 MHz empfangen werden.
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Anstelle separater Hochfrequenzbausteine 10, 12, 14, 16 mit jeweiligen lokalen Oszillatoren 32 können auch Hochfrequenzbausteine vorgesehen sein, die jeweils mehrere der lokalen Oszillatoren 32 enthalten, oder ein Hochfrequenzbaustein, der mehrere lokale Oszillatoren 32 enthält. Beispielsweise können zwei oder mehr Hochfrequenzquellen 30, jeweilige Mischer 36, Sende- und Empfangsteile 20 und A/D-Wandler 40 in einem Hochfrequenzbaustein integriert sein. Beispielsweise kann anstelle separater Hochfrequenzbausteine 10, 12 eine entsprechende Anzahl von entsprechenden Hochfrequenzeinheiten in einem Hochfrequenzbaustein, d.h. auf einem gemeinsamen Chip, integriert sein. Das Oszillatorsignalnetzwerk 44 kann beispielsweise ein internes Netzwerk sein.
