FR2965062A1 - Capteur radar a oscillateur a regulation de phase - Google Patents
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Abstract
Capteur radar comportant un oscillateur (10) commandé par une boucle de régulation de phase et un filtre (30) dans la boucle de régulation de phase. Un circuit de surveillance (36) ayant une source de courant (40) qui peut être coupée par un signal de fréquence de test (TF) appliqué au filtre (30), et un circuit d'exploitation (42, 44) exploite la réaction du filtre au signal de fréquence de test.
Description
1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un capteur radar comportant un oscillateur commandé par une boucle de régulation de phase et un filtre dans la boucle de régulation de phase.
L'invention se rapporte notamment à un capteur radar destiné à des véhicules automobiles servant par exemple dans un système ACC (système de commande automatique de vitesse de croisière) ou dans un système de pré-collision pour mesurer la distance par rapport au véhicule qui précède et la vitesse relative pour permettre une régulation automatique de distance ou la détection anticipée d'une col- lision. L'oscillateur génère un signal radar qui, dans le cas d'un radar FMCW (radar à onde continue modulée en fréquence), est à fréquence modulée avec des rampes alternées, croissantes et décrois- santes, rayonnée par une antenne. L'écho radar réfléchi par les objets localisés est reçu par l'antenne pour être mélangé dans un mélangeur au signal fourni par un oscillateur et donner un signal de fréquence intermédiaire ; la fréquence de ce signal donne une information concernant la distance et la vitesse relative de l'objet. Dans le cas d'un capteur radar à résolution angulaire ayant plusieurs éléments d'antenne décalés par rapport à l'axe optique, en comparant les phases et les amplitudes fournies par les différents éléments d'antenne pour l'écho radar reçu, on pourra également obtenir une information de l'angle d'azimut de l'objet détecté.
La boucle de régulation de phase sert à stabiliser la phase et la fréquence de l'oscillateur en verrouillant la fréquence de l'oscillateur sur la fréquence d'un oscillateur de référence. La fonction de transfert du filtre dans la boucle de régulation de phase détermine la réaction de l'oscillateur aux différences de phase par rapport à l'oscillateur de référence. Avant d'installer le capteur radar dans un véhicule, on teste les composants électroniques du capteur radar, y compris le filtre. Actuellement aucun test du filtre n'est plus possible lorsque le capteur radar est installé dans le véhicule. Un défaut du filtre, par exemple ré- sultant d'un court-circuit ou d'une rupture de ligne, détériore la stabili-
2 té de fréquence et de phase de l'oscillateur et ainsi le fonctionnement et la fiabilité du capteur radar. Cela détériore en particulier le rapport signal/bruit de sorte que des objets caractéristiques, notamment du point de vue de la sécurité, peuvent facilement être couverts par le spectre de bruit. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un capteur radar assurant une meilleure fiabilité. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un capteur radar du type défini ci-dessus caractérisé par un circuit de surveillance ayant une source de courant qui peut être coupée par un signal de fréquence de test appliqué au filtre, et un circuit d'exploitation pour exploiter la réaction du filtre au signal de fréquence de test.
Le circuit de surveillance permet de tester de temps en temps le filtre pendant que le capteur radar est utilisé dans le véhicule automobile, ce qui permet de déceler d'éventuels défauts et d'arrêter le système. L'utilisation d'un signal de fréquence de test généré par une source de courant propre, prévue à cet effet, a l'avantage de pouvoir effectuer le test à une fréquence indépendante de la fréquence de référence. Cela permet de déceler un défaut dans le filtre avec une plus grande fiabilité. La mesure de test peut se faire lorsque la boucle de régulation de phase est fermée.
Le circuit de surveillance se réalise de manière simple avec des composants électroniques qui sont déjà utilisés dans les capteurs radar usuels et qu'il suffit de dupliquer pour réaliser le circuit de surveillance. Suivant un développement avantageux, on peut modifier la fréquence de test, ce qui permet de mesurer la courbe de fréquence des composants du filtre. Le circuit d'exploitation peut être constitué par un convertisseur analogique/numérique suivi d'un étage de transformation de Fourier qui exécute une transformation rapide de Fourier (transforma- tion FFT) du spectre de fréquence du filtre sollicité par le signal de fré-
3 quence de test. Par l'analyse de ce spectre, par exemple par la comparaison entre la valeur de consigne et la valeur réelle de cette fréquence de test ou pour une harmonique de cette fréquence, on pourra détecter en toute sécurité les défauts du filtre.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un capteur radar représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma des composants principaux du capteur radar selon l'invention, - la figure 2 montre les résultats d'un calcul de simulation illustrant le fonctionnement d'un circuit de surveillance. Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre un capteur radar selon l'invention avec ses composants principaux. Un oscillateur commandé en tension (oscillateur VCO) 10 génère un signal radar injecté dans l'antenne 14 à travers un mélangeur 12. L'écho radar reçu par l'antenne est mélangé au signal de l'oscillateur 10 dans le mélangeur 12 donnant un signal de fréquence intermédiaire ZF. Ce signal est numérisé par un convertis- Beur analogique/numérique 16 ; un étage de transformation de Fourier (étage FFT) 18 le décompose en son spectre permettant de déterminer de manière connue les intervalles et les vitesses relatives des objets localisés. La fréquence de l'oscillateur 10 est régulée dans une boucle de régulation de phase. Un oscillateur de référence 20 tel qu'un oscillateur à quartz génère une fréquence de référence stable divisée par un diviseur de fréquence 22 par un certain coefficient de division R pour être appliquée à l'entrée d'un comparateur de phase 24. Le signal de sortie de l'oscillateur 10 est divisé dans un autre diviseur de fré- quence 26 par un autre coefficient de division N pour être appliqué à l'autre entrée du comparateur de phase 24. Le résultat de la comparai-son sert à commander une source de courant 28 (pompe de charge) qui génère la tension de commande de l'oscillateur 10. En plus l'entrée de l'oscillateur 10 peut recevoir un signal de modulation M pour moduler la tension d'entrée et ainsi la fréquence de l'oscillateur.
4 Un filtre 30 est interposé entre la sortie de la source de courant 28 et l'entrée de l'oscillateur 10 et le cas échéant un amplificateur 32 et un filtre d'ondulation 34. Le filtre de l'exemple présenté est formé des condensateurs C 1, C2 et d'une résistance R.
En fonction de la différence de phase constatée dans le comparateur de phase 24, on augmente ou on diminue la tension appliquée à l'oscillateur 10 et ainsi sa fréquence de façon qu'à long terme, on puisse faire concorder la fréquence de sortie de l'oscillateur 10 divisée par N et la fréquence de l'oscillateur de référence 16 divisée par R.
Le circuit décrit ci-dessus correspond à la structure d'un capteur radar usuel. L'invention prévoit un circuit de surveillance 36 supplémentaire qui permet à tout instant, pendant l'utilisation du capteur radar dans le véhicule, de tester le circuit de filtre 30 et de détecter d'éventuels défauts qui pourraient se produire pendant le fonctionne- ment du filtre. Le circuit de surveillance 36 comporte un diviseur de fréquence 38 qui divise la fréquence de référence de l'oscillateur de référence 16 par le coefficient F et une source de courant 40 supplémentaire qui est réalisée en principe comme la source de courant 28 de la boucle de régulation de phase et dont les deux entrées reçoivent le signal de sortie du diviseur de fréquence 38 et le signal de sortie inversé de ce diviseur de fréquence. A la sortie de la source de courant 40, on obtient le signal de fréquence de test TF (formé d'impulsions rec- tangulaires) et dont la fréquence (fréquence de test) se règle par le coefficient de division F du diviseur de fréquence 38. Ce signal de fréquence de test TF est appliqué au circuit de filtre 30 qui le combine au signal généré par la source de courant 40 dans la boucle de régulation de phase.
La chute de tension aux bornes du filtre 30 est numérisée avec une résolution suffisante dans le temps dans un convertisseur analogique/numérique 42. A partir du signal de temps, numérique, un étage de transformation de Fourier 44 génère un spectre qui permet de déceler d'éventuelles perturbations de fonctionnement du circuit de filtre 30 avec une très grande fiabilité. Un défaut du circuit de filtre 30 a également une certaine influence sur la suppression de la référence dans la boucle de régulation de phase, c'est-à-dire une influence sur la forme du spectre fourni par l'étage de transformation de Fourier 44 au niveau de la fréquence de 5 référence. Cette suppression de la référence dépend toutefois de nombreux autres facteurs tels que par exemple la dispersion des composants. Ces facteurs cachent dans une très large mesure l'effet qu'un défaut du circuit de filtre 30 produit dans le spectre de sorte que la suppression de la référence ne permet pas une évaluation fiable du filtre ou du moins la rendent douteuse. Le circuit de surveillance 36 selon l'invention permet en revanche de tester avec une fréquence de référence indépendante de la fréquence de test et qui aura été choisie pour permettre une évaluation fiable du filtre. De plus, l'invention offre la possibilité de faire varier la fréquence de test et de mesurer ainsi la courbe de fréquence du circuit de filtre 30. Pour cela, le circuit de surveillance 36 de l'exemple de réalisation présenté reçoit deux signaux d'ordre S1 et S2 d'une installation de commande principale (cette installation n'est pas représentée). Le signal d'ordre S1 commande la mise en marche et l'arrêt de la source de courant 40 et lance ainsi un test du circuit de filtre et termine le test. Pendant la phase de test, la boucle de régulation de phase reste fermée. Le signal d'ordre S2 commute le diviseur de fréquence 36 sur un autre rapport de division et modifie ainsi la fréquence de test. A la place de prendre la tension aux bornes du filtre 30, le convertisseur analogique/numérique 42 on peut également prendre sélectivement la tension à la sortie de l'amplificateur 32 et/ou à la sortie du filtre d'ondulation 34 si bien que ses composants sont également pris en compte dans la surveillance. Les prises de tension correspondantes sont représentées en traits interrompus à la figure 1.
Le convertisseur analogique/numérique 42 et l'étage de transformation de Fourier 44 sont représentés ici comme constituant une partie du circuit de surveillance 36 ; toutefois, ces éléments peu-vent également se trouver dans un composant externe ou dans un microcontrôleur qui existe de toute façon ou encore ils peuvent être implémentés dans un circuit dédié ASIC.
6 Le test du filtre 30 se fait de préférence pendant la phase de fonctionnement au cours de laquelle le capteur radar fonctionne certes, mais il n'y a pas d'exploitation des signaux de localisation. Le fonctionnement de l'étage de transformation de Fourier 44 peut le cas échéant être également assuré par l'étage de transformation de Fourier 18 qui sert normalement à exploiter les signaux de localisation. Ainsi, à l'aide d'un multiplexeur et du convertisseur analogique/numérique 16, on peut assurer également la fonction du convertisseur analogique/numérique 42.
La figure 2 illustre un spectre tel que fourni par l'étage de transformation de Fourier 44. En abscisses, on a représenté la fréquence en unité MHz et en ordonnées, on a représenté l'intensité du signal A (en unité dB), qui correspond à la chute de tension aux bornes du filtre 30, c'est-à-dire à la sortie de l'amplificateur 32 ou du filtre d'ondulation 34. Le diagramme de la figure 2 correspond à un calcul de simulation pour une fréquence de référence de 1 MHz et une fréquence de test de 100 kHz. Les points noirs 46 donnent pour chaque fréquence la valeur de consigne qui correspondrait à un filtre 30 fonctionnant parfaitement. On reconnaît un pic significatif pour la fréquence de réfé- rence de 1 MHz et chaque fois des amplitudes de signal plus élevées pour les harmoniques d'ordre supérieur de la fréquence de test de 100 kHz. Les barres verticales 48 de la figure 2 représentent le spectre dans le cas d'un filtre 30 de la figure 1 dont le condensateur C 1 serait court-circuité. A titre d'exemple, pour la fréquence de 300 kHz, on a également une troisième harmonique de la fréquence de test, c'est-à-dire une distance entre la valeur de consigne et la valeur réelle, K qui est de l'ordre de 15 dB. A l'aide de cette distance significative entre la valeur de consigne et la valeur réelle, on peut reconnaître de manière fiable le court-circuit du condensateur C 1 dans le filtre 30. Pour d'autres types de défaut dans le filtre 30, on aura des écarts analogues, significatifs, dans le spectre. Si l'analyse du spectre montre que le circuit de filtre 30 ou l'amplificateur 32 et le filtre d'ondulation 34 ne fonctionnent pas cor- rectement, on génère un signal de défaut et on neutralise le capteur ra-
7 dar et le système d'assistance lié à celui-ci (par exemple le système ACC). Le conducteur est informé qu'il doit passer en atelier pour corriger ce défaut.5 NOMENCLATURE
10 Oscillateur 12 Mélangeur 16 Convertisseur analogique/ numérique 18 Etage de transformation de Fourier (FFT) 20 Oscillateur de référence 22 Diviseur de fréquence 24 Comparateur de phase io 28 Diviseur de fréquence 30 Filtre 32 Amplificateur 34 Filtre d'ondulation 36 Circuit de surveillance 15 38 Diviseur de fréquence 40 Source de courant 42 Convertisseur analogique/numérique 44 Etage de transformation de Fourier (FFT)
20 F Coefficient de division N Coefficient division M Signal de modulation R Coefficient division S1 Signal d'ordre 25 S2 Signal d'ordre
Claims (1)
- REVENDICATIONS1 °) Capteur radar comportant un oscillateur (10) commandé par une boucle de régulation de phase et un filtre (30) dans la boucle de régulation de phase, capteur caractérisé par - un circuit de surveillance (36) ayant une source de courant (40) qui peut être coupée par un signal de fréquence de test (TF) appliqué au filtre (30), et - un circuit d'exploitation (42, 44) pour exploiter la réaction du filtre au signal de fréquence de test. 2°) Capteur radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence du signal de fréquence de test (TF) est variable. 3°) Capteur radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle de régulation de phase comporte d'autres composants de filtre ou d'amplification (32, 34) dont la sortie peut être appliquée sélective- ment au circuit d'exploitation (42, 44). 4°) Capteur radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation comporte un convertisseur analo- Bique/numérique (42) et un étage de transformation de Fourier (44) en aval.30
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