DE19744731A1 - Radarsystem, insbesondere nach dem FMCW-Prinzip - Google Patents

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Radarsystem, insbe­ sondere nach dem FMCW-Prinzip, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Sie betrifft darüber hinaus eine Anordnung für einen Selbsttest eines solchen Radarsystems.

Stand der Technik

Ein gattungsgemäßes Radarsystem gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist beispielsweise in der DE 38 30 992 A1 beschrieben. Bei diesem Radarsystem handelt es sich um einen Radar-Höhenmesser, der nach dem FMCW-Prinzip aufgebaut ist und im C-Band arbeitet. Gemäß dieser Schrift ist das Gerät in MMIC-Technik mit vollständig digitaler Auswertung und Modekontrolle konzipiert. Dabei ist auch eine Ausführungs­ form einer Selbsttesteinrichtung beschrieben. Im Selbst­ testmode sendet der VCO des Radarsystems bei einer Festfre­ quenz, der durch ein hochfrequentes Schalten eines Schalters im Empfangszweig eine Schaltfrequenz überlagert wird. Diese Schaltfrequenz erscheint dann in der digitalen Auswerteein­ heit des Mikrocomputers als simulierte Höhe. Damit ist es möglich, alle auftretenden Entfernungen durch Variation der Schaltfrequenz zu simulieren. Die hier vorgeschlagene Selbsttesteinrichtung verwendet, insbesondere mit dem genannten Schalter, Komponenten, die außerdem zur Verbes­ serung einer ECM-Festigkeit im Hinblick auf militärische Anwendungen dienen. Für ein Radarsystem jedoch, das auf die hier genannten Maßnahmen zur Verbesserung der ECM-Festigkeit verzichten kann, würde die Realisierung dieser beschriebenen Selbsttesteinrichtung einen erhöhten oder zusätzlichen Auf­ wand bedeuten.

Aus der US 4,968,968 ist ein System bekannt zur Messung und Korrektur von Wellenformmodulationsfehlern in einem Radar­ system, welches frequenzmodulierte Signale und einen digital gesteuerten Wellenformgenerator verwendet. Zur Korrektur von Amplituden- und Phasenfehlern im linear frequenzmodulierten Sendesignal wird in einem Kalibriermodus ein kleiner Teil des Senderausgangssignals in den Empfängereingang eingekop­ pelt. Das während dieses Modes im Empfänger heruntergemisch­ te Signal ist ein nominell konstantes Zwischenfrequenz­ signal, dessen Phasen- und Amplitudenschwankungen von Ver­ zerrungen innerhalb des Radarsystems herrühren. Die hier beschriebene Vorrichtung löst das Problem, langsam sich ver­ ändernde Amplituden- und Phasenfehler innerhalb des Radar­ systems zu unterdrücken. Ein echter Selbsttest, insbesondere der Radarsignalauswertung, anhand eines eingekoppelten, simulierten Radarziels ist hiermit jedoch nicht möglich.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungs­ gemäßes Radarsystem anzugeben, welches eine alternative und besonders einfach zu realisierende Selbsttesteinrichtung besitzt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Radarsystem dadurch gelöst, daß ein Testsignal aus einem Oszillatorrückführungssignal abgeleitet ist. Besonders einfach zu realisieren und damit vorteilhaft ist es, wenn das Testsignal und das genannte Oszillatorrückführungssignal näherungsweise form- und frequenzgleich sind. Eine weitere einfach zu realisierende und damit vorteilhafte Ausgestal­ tung der Erfindung besteht darin, Signalleitungen zur Signalführung des Oszillatorrückführungssignals wenigstens an einer Stelle derart dicht an Signalleitungen des Empfangssignalpfades heranzuführen, daß eine auswertbar starke Signalüberkopplung des Oszillatorrückführungssignals in den Empfangssignalpfad erfolgt. Auf diese Weise kann ein simuliertes Radarziel zur Durchführung eines Selbsttestes sehr einfach und kostengünstig in den Empfangssignalpfad des Radarssystems eingekoppelt werden. Hierbei ist es vorteil­ haft, wenn das Oszillatorrückführungssignal abschaltbar oder unterdrückbar ist. Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Oszillatorrückführungssignal mittels eines Schaltungsnetzwerkes in den Empfangssignalpfad ein­ koppelbar ist. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der Oszil­ lator, aus dessen Oszillatorrückführungssignal das Test­ signal abgeleitet ist, zur Erzeugung des Sendesignals des Radarsystems dient. Dies beinhaltet, daß kein zusätzlicher Oszillator zur Erzeugung eines Testsignals benötigt wird. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren untergeordneten Ansprüchen.

Vorteil des erfindungsgemäßen Radarsystems ist, daß es eine Selbsttesteinrichtung aufweist, die einfach und kosten­ günstig zu realisieren ist, da sie weitgehend oder sogar ausschließlich auf Schaltungsbestandteilen beruht, die prinzipiell bei einem gattungsgemäßen Radarsystem vorhanden sind. Es sind somit keine zusätzlichen Funktionsblöcke oder neue umfangreiche Schaltungsmaßnahmen erforderlich. Darüber hinaus ist das Testsignal, insbesondere bei dem hier bevor­ zugten Ausführungsbeispiel, über den gesamten relevanten Frequenzbereich variierbar. Somit lassen sich ebenfalls Radarziele in beliebigen Entfernungen simulieren. Weiterhin ist das Testsignal hinsichtlich seiner eigenen Eigenschaften sehr genau bekannt, da es ausschließlich aus im Radarsystem selbst vorhandenen und im bevorzugten Fall sehr hochwertigen Schaltungskomponenten erzeugt wird. Schließlich bietet die Erfindung eine Alternative zu der Selbsttesteinrichtung des aus der DE 38 30 992 A1 bekannten Radar-Höhenmessers, die nicht auf ein Vorhandensein von Komponenten zur Stärkung einer ECM-Festigkeit angewiesen ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungs­ beispiels und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungs­ beispiels.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen, in diesem Fall dreistrahligen Radarsystems nach dem FMCW-Prinzip. Das Ausgangssignal eines in seiner Frequenz ver­ änderlichen Oszillators (VCO) 1 ist drei, parallel zuein­ ander angeordneten Sende-Empfangsweichen 12, 22 und 32 zuge­ führt. Von dort gelangt es an drei, parallel zueinander angeordnete Sende-Empfangselemente 11, 21 und 31. Ein zweiter Ausgang der Sende-Empfangsweichen 12, 22, 32 ist drei, parallel zueinander angeordneten Empfangsmischern 13, 23 und 33 zugeführt. An einem zweiten Eingang erhält jeder der genannten Empfangsmischer dem bekannten Aufbau eines homodynen FMCW-Radarsystems entsprechend einen geringen Anteil des Ausgangssignals des Oszillators 1. Dieser Signal­ anteil ist den Empfangsmischern 13, 23, 33 über Signal­ koppler 14, 24 und 34 zugeführt. Die Ausgangssignale der drei Empfangsmischer 13, 23, 33 sind jeweils einem Ver­ stärker 15, 25, 35 zugeführt. Die Ausgangssignale der Ver­ stärker 15, 25, 35 gelangen über Filter 16, 26, 36 an je einen Analog-Digital-Wandler 17, 27, 37. Von dort gelangen dann digitalisierte Empfangssignale an eine Auswerte- und Steuereinheit 2. Die Schaltungsbestandteile angefangen von den Sende-Empfangselementen 11, 21, 31 über die Empfang­ smischer 13, 23, 33 bis zu den Analog-Digital-Wandlern 17, 27, 37 bilden drei parallel zueinander aufgebaute Empfangs­ signalpfade. Der Oszillator 1 wird bei dem hier bevorzugten Ausführungsbeispiel in seiner Frequenz durch die Auswerte- und Steuereinheit 2 geregelt. Zu diesem Zweck wird in der Auswerte- und Steuereinheit 2 ein zunächst digitales Oszil­ latoransteuersignal gebildet, welches über einen Digital- Analog-Wandler 3 in ein analoges Oszillatoransteuersignal umgewandelt und sodann dem Oszillator 1 zugeführt ist. Vom Ausgangssignal des Oszillators 1 wird über einen Signal­ koppler 10 ein geringer Signalanteil ausgekoppelt. Dieser wird bevorzugt in eine niedrigere Frequenzlage umgesetzt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies dadurch, daß der von dem Oszillator 1 ausgekoppelte Signalanteil in einem Mischer 4 heruntergemischt wird. Hierzu ist dem Mischer 4 ein über einen dielektrischen Resonator (DRO) 5 stabilisiertes Referenzsignal zugeführt. Das Ausgangssignal des Mischers 4 wird einer Pulsformung 6 unterzogen und sodann einem Frequenzteiler 7 zugeführt. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 7 bildet das Oszillator­ rückführungssignal 8, welches der Auswerte- und Steuerein­ heit 2 zugeführt ist. Über eine Steuerleitung 9 kann die Auswerte- und Steuereinheit 2 beispielsweise den Frequenz­ teiler 7 hochohmig schalten, wodurch das Oszillatorrück­ führungssignal 8 abgeschaltet bzw. unterdrückt wird. Die Erzeugung des Oszillatorrückführungssignals 8 ist hier gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt. Alterna­ tiv könnte hier auch, wie zum Beispiel in der DE 38 30 992 A1 gezeigt, allein eine Frequenzteilerkette vorhanden sein. Je nach verwendeter Frequenzlage, das heißt wenn die Auswerte- und Steuereinheit 2 die von dem Oszillator 1 erzeugte Frequenz direkt verarbeiten kann, kann ein Herabsetzen der Oszillatorfrequenz auch vollständig entfallen. In diesem Fall entspräche das Oszillatorrück­ führungssignal 8 identisch dem über den Signalkoppler 10 ausgekoppelten Ausgangssignal des Oszillators 1.

Der bisher beschriebene Aufbau ist für sich genommen bereits bekannt. Erfindungsgemäß sind nun jedoch Mittel 18 vor­ gesehen, durch die das Oszillatorrückführungssignal 8 in wenigstens einen Teil des bzw. in diesem Fall der Empfangs­ signalpfade einkoppelbar ist. In einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel ist dies dadurch realisiert, daß Signal­ leitungen 50, welche das Oszillatorrückführungssignal 8 führen, wenigstens an einer Stelle derart dicht an Signal­ leitungen 51 des bzw. der Empfangssignalpfade herangeführt sind, daß eine auswertbar starke Signalüberkopplung des Oszillatorrückführungssignals in den Empfangssignalpfad erfolgt. Die Einkopplung geschieht bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen den Empfangsmischern 13, 23, 33 und den Verstärkern 15, 25, 35. Dies bietet sich bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel an, da die Frequenzlage des Oszillatorrückführungssignals 8 der Frequenzlage der heruntergemischten Empfangssignale entspricht. Gegebenen­ falls muß die Frequenzlage des Oszillatorrückführungssignals 8 durch eine geeignet gewählte Herabmischung im Mischer 4 bzw. eine geeignete Frequenzteilung im Frequenzteiler 7 eingestellt werden. Während des Radarbetriebs, das heißt beim Senden und beim Empfangen von Radarsignalen ist das Oszillatorrückführungssignal 8 vorteilhafterweise über die Steuerleitung 9 abgeschaltet bzw. unterdrückt, damit es sich nicht den Empfangssignalen überlagert und diese stört. In einer Betriebspause des Sende- bzw. Empfangszweiges des Radarsystems, beispielsweise wenn empfangene Radarsignale ausgewertet werden, wird das Oszillatorrückführungssignal 8 über die Steuerleitung 9 freigegeben. Es kann dann in der Auswerte- und Steuereinheit 2 in an sich bekannter Weise ausgewertet werden, um die Frequenz des Oszillators 1 zu regeln. Parallel dazu erfolgt die Einkopplung des Oszilla­ torrückführungssignals 8 in den Empfangssignalpfad des Radarsystems. Dadurch wird der Auswerte- und Steuereinheit 2 ein Radarziel simuliert, dessen Entfernung durch die Fre­ quenz des Oszillators 1 bestimmt ist. Durch eine Änderung der Ausgangsfrequenz des Oszillators 1 können verschiedene simulierte Entfernungen eingestellt werden. Da das Oszilla­ torrückführungssignal 8 parallel in alle vorhandenen Empfangssignalpfade einkoppelbar ist, kann neben einer Aus­ wertung und Überprüfung der grundsätzlichen Funktionsweise des Empfangspfades auch eine Symmetrie zwischen den Empfangssignalpfaden überprüft werden. Wichtig ist insbe­ sondere die Überprüfung der Charakteristiken der Verstärker­ 15, 25, 35 und der Filter 16, 26 und 36.

Fig. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel in der Art, wie das Oszillatorrück­ führungssignal 8 in den bzw. die Empfangssignalpfade ein­ gekoppelt wird. Der grundsätzliche Aufbau des Radarsystems entspricht dem aus Fig. 1, so daß gleiche Bezugszeichen auch gleiche Schaltungsbestandteile kennzeichnen. Im Unter­ schied zu Fig. 1 ist hier nun jedoch ein Schaltungsnetzwerk 40 vorhanden, über welches das Oszillatorrückführungssignal 8 in den bzw. die Empfangssignalpfade einkoppelbar ist. Weiterhin ist ein Schalter 41 vorgesehen, der über das Steuersignal 9 angesteuert ist und über den die Einkopplung des Oszillatorrückführungssignals 8 in den bzw. die Empfangssignalpfade einschaltbar oder unterdrückbar ist. Bei diesem beschriebenen Ausführungsbeispiel steht das Oszilla­ torrückführungssignal 8 der Auswerte- und Steuereinheit 2 zur Regelung der Frequenz unabhängig von einer Einkopplung in den bzw. die Empfangssignalpfade zur Verfügung.

Über die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele hinaus ist die Erfindung auch bei jedem anderen Radarsystem anwendbar, welches ein Oszillatorrückführungssignal 8 besitzt. Dies kann beispielsweise auch bei einem Pulsradar vorhanden sein, insbesondere wenn dabei eine Pulskompression verwendet ist Darüber hinaus kann die Erfindung prinzipiell auch bei einem Laserradar oder bei einem Ultraschallsensor Anwendung finden.

Claims (8)

1. Radarsystem, insbesondere nach dem FMCW-Prinzip,

• - mit einem Oszillator (1), der in seiner Frequenz ver­ änderbar ist,
• - mit einer Auswerte- und Steuereinheit (2) und
• - mit wenigstens einem Empfangssignalpfad (11-17, 21-27, 31-37), über den ein aufgenommenes Empfangssignal der Auswerte- und Steuereinheit (2) zuführbar ist,
• - wobei der Auswerte- und Steuereinheit (2) getrennt von dem Empfangssignalpfad ein Oszillatorrückführungs­ signal (8) zugeführt ist, welches repräsentativ ist für die momentane Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators (1) und
• - mit Mitteln zur Erzeugung und zur Einspeisung (18, 40) eines Testsignals in wenigstens einen Teil des Empfangssignalpfades, wobei anhand dieses Testsignals wenigstens ein Teil des Empfangssignalpfades auf seine Funktion hin überprüfbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Testsignal aus dem genannten Oszillatorrückführungssignal abgeleitet ist.

2. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Testsignal und das genannte Oszillatorrückführungs­ signal (8) näherungsweise form- und frequenzgleich sind.

3. Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Signalleitungen (50) zur Signalführung des Oszillatorrückführungssignals wenigstens an einer Stelle derart dicht an Signalleitungen (51) des Empfangssignal­ pfades herangeführt sind, daß eine auswertbar starke Signalüberkopplung des Oszillatorrückführungssignals (8) in den Empfangssignalpfad erfolgt.

4. Radarsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (9) vorgesehen sind, mit denen das Oszillator­ rückführungssignal (8) abschaltbar oder unterdrückbar ist.

5. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltungsnetzwerk (40) vorhanden ist, mittels dem das Oszillatorrückführungssignal (8) in den Empfangs­ signalpfad einkoppelbar ist.

6. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Frequenzumsetzung (4, 5, 7) vorhanden sind, mit denen das Oszillatorrückführungssignal (8) und/oder das Testsignal in eine gegenüber dem hochfrequenten Aus­ gangssignal des Oszillators (1) niedrigere Frequenz umsetzbar sind.

7. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente Ausgangssignals des Oszillators (1) zur Erzeugung des Sendesignals dient.

8. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Radarsystem wenigstens zwei Empfangssignalpfade aufweist und daß das Testsignal in alle Empfangs­ signalpfade gleichzeitig einkoppelbar ist.