DE19744736C1

DE19744736C1 - Radar system, esp. frequency modulated continuous wave system

Info

Publication number: DE19744736C1
Application number: DE1997144736
Authority: DE
Inventors: Claus Engelke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-10-10
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2017-10-11

Abstract

The system has an oscillator (1), an evaluation and control unit (2) which generates an oscillator frequency control signal, at least one signal path (11-17) for feeding the received signal to the evaluation and control unit and an arrangement (40) for generating and supplying a test signal into the received signal path, enabling at least part of the received signal path to be tested in he evaluation and control unit. The test signal is derived from the oscillator control signal

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.The present application relates to a radar system, in particular special according to the FMCW principle, according to the preamble of Main claim. It also concerns an order for a self-test of such a radar system.

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.A generic radar system according to the preamble of The main claim is, for example, in DE 38 30 992 A1 described. This radar system is one Radar altimeter built on the FMCW principle and works in the C-band. According to this document, the device is in MMIC technology with completely digital evaluation and Fashion control designed. There is also an execution described as a self-test facility. In the self The VCO of the radar system sends testmode at a fixed frequency quenz by a high-frequency switching of a switch a switching frequency is superimposed in the receiving branch. This The switching frequency then appears in the digital evaluation of the microcomputer as a simulated height. So that's it possible to cover all occurring distances by varying the To simulate switching frequency. The one proposed here Self-test device used, especially with the called switches, components that also for verbes improvement of an ECM strength with regard to military Applications. For a radar system, however, that on the Measures mentioned here to improve the ECM strength could do without, the realization of this would be described Self-test device an increased or additional wall mean.

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.From US 4,968,968 a system for measuring and is known Correction of waveform modulation errors in a radar system, which frequency-modulated signals and a digital controlled waveform generator used. To correct Amplitude and phase errors in linear frequency modulated The transmission signal becomes a small part in a calibration mode of the transmitter output signal into the receiver input pelt. That mixed down in the receiver during this mode te signal is a nominally constant intermediate frequency signal whose phase and amplitude fluctuations from Ver strains within the radar system. This one described device solves the problem, slowly ver changing amplitude and phase errors within the radar suppress systems. A real self test, especially the radar signal evaluation, using an injected, Simulated radar target is not possible with this.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungs gemäßes Radarsystem anzugeben, welches eine alternative und besonders einfach zu realisierende Selbsttesteinrichtung besitzt. The object of the present invention is a genus according to the radar system, which is an alternative and Self-test device that is particularly easy to implement owns.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem gattungsgemäßen Radarsystem ein Testsignal aus einem Oszillatoransteuersignal abgeleitet ist. Bevorzugte Ausfüh rungen der Erfindung ergeben sich aus den untergeordneten Ansprüchen.According to the invention this object is achieved in that a generic radar system a test signal from a Oscillator drive signal is derived. Preferred execution stungen of the invention result from the subordinate Claims.

Vorteil des erfindungsgemäßen Radarsystems ist, daß die Selbsttesteinrichtung sehr einfach und kostengünstig zu realisieren ist, da sie keine zusätzlichen Funktionsblöcke oder umfangreichen zusätzlichen Schaltungsmaßnahmen erfor dert. Außerdem ist das Testsignal, welches ein Radarziel simuliert, über den gesamten relevanten Frequenzbereich und darüber hinaus auch in seiner Signalform variierbar, so daß Radarziele in verschiedenen Entfernungen und mit verschie denen Rückstreucharakteristiken simulierbar sind. Darüber hinaus ist das Testsignal selbst hinsichtlich seiner Eigen schaften sehr genau bekannt und, da es aus dem vorzugsweise digital erzeugten Oszillatoransteuersignal abgeleitet ist, selbst sehr exakt einstellbar. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß nicht nur der bzw. die Empfangssignal pfade des Radarsystems überprüfbar sind, sondern auch weitere Schaltungsbestandteile. Dies gilt bei der hier bevorzugten Ausführungsform beispielsweise für das Filter mittel 8.The advantage of the radar system according to the invention is that the self-test device can be implemented very simply and inexpensively, since it does not require any additional function blocks or extensive additional circuit measures. In addition, the test signal, which simulates a radar target, can be varied over the entire relevant frequency range and also in its signal form, so that radar targets can be simulated at different distances and with different backscattering characteristics. In addition, the test signal itself is known very precisely with regard to its own properties and, since it is derived from the preferably digitally generated oscillator control signal, is itself very precisely adjustable. Another advantage of the invention is that not only the radar system's received signal path (s) can be checked, but also other circuit components. In the preferred embodiment here, this applies, for example, to the filter medium 8 .

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten erfindungsgemäßen Aus führungsform, jedoch ist die Erfindung nicht allein auf das hierin beschriebene FMCW-Radarprinzip beschränkt. Exemplary embodiments of the invention are described below a drawing explained. The only figure shows one Block diagram of a preferred Aus according to the invention leadership form, however, the invention is not solely based on that FMCW radar principle described herein is limited.

Dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt das bekannte FMCW-Prinzip zugrunde. Der nachfolgend zunächst beschriebene Aufbau des Radarsystems ist dementsprechend an sich bereits bekannt. Das Radarsystem besitzt einen Oszillator 1, der in seiner Frequenz veränderbar ist, sowie eine Auswerte- und Steuereinheit 2. Das Ausgangssignal des Oszillators 1 ist bei dem hier beschriebenen dreistrahligen Radarsystems drei parallel zueinander angeordneten Sende- Empfangsweichen 12, 22, 32 zugeführt. Jede der drei Sende- Empfangsweichen 12, 22, 32 ist mit einem Sende-Empfangs element 11, 21, 31 verbunden. Ein zweiter Ausgang der Sende- Empfangsweichen führt auf jeweils einen Empfangsmischer 13, 23, 33. An einem zweiten Eingang ist den Empfangsmischern 13, 23, 33 jeweils ein Signalanteil des Ausgangssignals des Oszillators 1 zugeführt. Dieser wird mittels eines oder mehrerer Signalkoppler 14, 24, 34 von dem Ausgangssignal des Oszillators 1 ausgekoppelt. Die Ausgänge der Empfangsmischer 13, 23, 33 führen auf Verstärker 15, 25, 35. Diese wiederum sind mit jeweils einem Signalfilter 16, 26, 36 verbunden. Der Ausgang der Signalfilter 16, 26, 36 ist jeweils einem Analog-Digital-Wandler 17, 27, 37 zugeführt. Die Ausgangs signale der Analog-Digital-Wandler gelangen an die Auswerte- und Steuereinheit 2. Die Schaltungselemente angefangen von den Sende-Empfangselementen 11, 21, 31 über die Empfangs mischer 13, 23, 33 bis zu den Analog-Digital-Wandlern 17, 27, 37 bilden drei Empfangssignalpfade des Radarsystems. Selbstverständlich kann die Erfindung jedoch auch bei einem Radarsystem angewendet werden, das nur einen oder mehr als drei Empfangssignalpfade besitzt. Ebenso kann die Erfindung angewendet werden bei einem Radarsystem, das einen sequen tiell umgeschalteten Empfangssignalpfad für mehrere Sende- Empfangselemente verwendet. Über einen Signalkoppler 10 ist ein weiterer Signalanteil des Ausgangssignals des Oszilla tors 1 einem Mischer 4 zugeführt. An einem zweiten Eingang erhält der Mischer 4 ein Referenzsignal, welches in diesem Fall von einem durch einen dielektrischen Resonator (DRO) 5 stabilisierten Oszillator erzeugt wird. Der Ausgang des Mischers 4 ist mit einer Pulsformerstufe 6 verbunden. Das Ausgangssignal der Pulsformerstufe 6 ist einem Frequenz teiler 7 zugeführt. Dessen Ausgangssignal wiederum gelangt als Oszillatorrückführungssignal zur Auswerte- und Steuer einheit 2. In der Auswerte- und Steuereinheit 2 wird ein zunächst digitales Oszillatoransteuersignal erzeugt, welches einem Digital-Analog-Wandler 3 zugeführt ist. Der Digital- Analog-Wandler 3 wandelt das digitale Oszillatoransteuer signal in ein analoges Oszillatoransteuersignal, welches bei diesem Ausführungsbeispiel einem Filtermittel 8 zugeführt ist. Das gefilterte, analoge Oszillatoransteuersignal gelangt sodann über einen Schalter 44 zum Oszillator 1. Der Schalter 44 ist über eine Steuerleitung 9 und einen bei spielhaft eingezeichneten Inverter 43 mit der Auswerte- und Steuereinheit 2 verbunden. Vom Ausgang des Filtermittels 8 ist eine Signalrückführung 20 zur Auswerte- und Steuerein heit 2 vorgesehen. Über die Signalrückführung 20 wird ein Regelkreis für das Oszillatoransteuersignal aufgebaut. Über das Oszillatoransteuersignal und das Oszillatorückführungs signal ist ein zweiter Regelkreis gebildet, über den die Ausgangsfrequenz des Oszillators 1 durch die Auswerte- und Steuereinheit 2 auf einen gewünschten Wert regelbar ist. Über den Schalter 44 ist der Oszillator 1, beispielsweise für eine Sendepause, abschaltbar.The embodiment described here is based on the known FMCW principle. The structure of the radar system described below is accordingly already known per se. The radar system has an oscillator 1 whose frequency can be changed, and an evaluation and control unit 2 . In the three-beam radar system described here, the output signal of the oscillator 1 is fed to three transceiver switches 12 , 22 , 32 arranged parallel to one another. Each of the three transceivers 12 , 22 , 32 is connected to a transceiver element 11 , 21 , 31 . A second output of the transmit / receive switches leads to a respective receive mixer 13 , 23 , 33 . A signal component of the output signal of the oscillator 1 is fed to the reception mixers 13 , 23 , 33 at a second input. This is decoupled from the output signal of the oscillator 1 by means of one or more signal couplers 14 , 24 , 34 . The outputs of the receiving mixers 13 , 23 , 33 lead to amplifiers 15 , 25 , 35 . These in turn are each connected to a signal filter 16 , 26 , 36 . The output of the signal filters 16 , 26 , 36 is fed to an analog-digital converter 17 , 27 , 37 , respectively. The output signals of the analog-digital converters are sent to the evaluation and control unit 2 . The circuit elements, starting from the transceiver elements 11 , 21 , 31 via the receiving mixer 13 , 23 , 33 up to the analog-digital converters 17 , 27 , 37 form three receive signal paths of the radar system. Of course, the invention can, however, also be applied to a radar system which has only one or more than three received signal paths. The invention can also be applied to a radar system which uses a sequentially switched reception signal path for a plurality of transmission / reception elements. Via a signal coupler 10 , a further signal component of the output signal of the oscillator 1 is fed to a mixer 4 . At a second input, the mixer 4 receives a reference signal, which in this case is generated by an oscillator stabilized by a dielectric resonator (DRO) 5 . The output of the mixer 4 is connected to a pulse shaper stage 6 . The output signal of the pulse shaping stage 6 is fed to a frequency divider 7 . Whose output signal in turn reaches the evaluation and control unit 2 as an oscillator feedback signal. A first digital oscillator control signal is generated in the evaluation and control unit 2 , which is fed to a digital-to-analog converter 3 . The digital-to-analog converter 3 converts the digital oscillator control signal into an analog oscillator control signal, which is fed to a filter means 8 in this exemplary embodiment. The filtered, analog oscillator control signal then passes to the oscillator 1 via a switch 44 . The switch 44 is connected to the evaluation and control unit 2 via a control line 9 and an inverter 43 , which is shown as an example. From the output of the filter means 8 , a signal feedback 20 to the evaluation and control unit 2 is provided. A control loop for the oscillator control signal is set up via the signal feedback 20 . A second control loop is formed via the oscillator control signal and the oscillator feedback signal, via which the output frequency of the oscillator 1 can be regulated to a desired value by the evaluation and control unit 2 . The oscillator 1 can be switched off via the switch 44 , for example for a transmission pause.

Das bisher beschriebene, an sich bekannte Radarsystem weist nun erfindungsgemäß Mittel auf, mit denen ein Testsignal, das aus dem Oszillatoransteuersignal abgeleitet ist, in wenigstens einen Teil des bzw. in diesem Fall der Empfangs signalpfade einkoppelbar ist. Die genannten Mittel umfassen hier einen Schalter 40, einen Spannungsteiler 41 sowie Kapa zitäten 42. Der Schalter 40 ist über die Steuerleitung 9 von der Auswerte- und Steuereinheit 2 einschaltbar. Er verbindet dann den Spannungsteiler 41 mit dem analogen Oszillatoran steuersignal am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 3. Das Ausgangssignal des Spannungsteilers 41 ist über die Kapazi täten 42 in die Empfangssignalpfade des Radarsystems ein koppelbar.The previously described, known radar system now has, according to the invention, means with which a test signal, which is derived from the oscillator control signal, can be coupled into at least part of, or in this case, the receive signal paths. The means mentioned here comprise a switch 40 , a voltage divider 41 and capacities 42 . The switch 40 can be switched on by the evaluation and control unit 2 via the control line 9 . It then connects the voltage divider 41 with the analog oscillator control signal at the output of the digital-to-analog converter 3 . The output signal of the voltage divider 41 can be coupled via the capacities 42 into the received signal paths of the radar system.

Im Normalbetrieb arbeitet das hier beschriebene Radarsystem in einer an sich bekannten Weise. Vorzugsweise findet hier eine Zielauswertung, das heißt eine Bestimmung von Entfer nung, Winkel und Geschwindigkeit eines detektierten Radar ziels nach einer Fouriertransformation im Frequenzbereich statt. Zur Durchführung eines Selbsttestes wird erfindungs gemäß über die Steuerleitung 9 der Schalter 40 geschlossen und aufgrund des Inverters 43 der Schalter 44 geöffnet. Dadurch ist der Oszillator 1 abgeschaltet und es wird kein Sendesignal mehr abgegeben. Gleichzeitig steht der Digital- Analog-Wandler 3 zur Erzeugung eines nahezu beliebig erzeug baren Testsignals zur Verfügung. Hierzu wird in der Aus werte- und Steuereinheit 2 ein digitales Testsignal gene riert, welches durch den Digital-Analog-Wandler 3 in ein analoges Testsignal umgewandelt wird. Dieses wird dann über den Schalter 40, den Spannungsteiler 41 und die Kapazitäten 42 in die Empfangssignalpfade des Radarsystems eingekoppelt und so verarbeitet, wie ein Echosignal eines detektierten Radarziels. Aufgrund der bekannten Eigenschaften des Test signals kann dann auf eine korrekte oder nicht korrekte Funktion von Schaltungskomponenten im Empfangssignalpfad, insbesondere der Verstärker 15, 25, 35 und der Filter 16, 26, 36 geschlossen werden. Ergeben sich bei der Auswertung des Testsignals nicht akzeptierbare Fehler oder Störungen, wird das Radarsystem vorzugsweise abgeschaltet und es wird eine auslesbare oder auswertbare Fehlermeldung erzeugt. In normal operation, the radar system described here works in a manner known per se. A target evaluation preferably takes place here, that is to say a determination of the distance, angle and speed of a detected radar target after a Fourier transformation in the frequency domain. To perform a self-test, switch 40 is closed according to the invention via control line 9 and switch 44 is opened due to inverter 43 . As a result, the oscillator 1 is switched off and a transmission signal is no longer emitted. At the same time, the digital-to-analog converter 3 is available for generating a test signal that can be generated in almost any manner. For this purpose, a digital test signal is generated in the evaluation and control unit 2 , which is converted by the digital-to-analog converter 3 into an analog test signal. This is then coupled into the received signal paths of the radar system via the switch 40 , the voltage divider 41 and the capacitances 42 and processed in the same way as an echo signal of a detected radar target. Based on the known properties of the test signal, correct or incorrect functioning of circuit components in the received signal path, in particular amplifiers 15 , 25 , 35 and filters 16 , 26 , 36 , can then be concluded. If there are unacceptable errors or faults during the evaluation of the test signal, the radar system is preferably switched off and a readable or evaluable error message is generated.

Dadurch, daß das Testsignal in alle Empfangssignalpfade gleichzeitig einkoppelbar ist, kann auch eine Symmetrie zwischen den Empfangssignalpfaden überprüft werden.Because the test signal in all received signal paths can be coupled in at the same time, symmetry can also be achieved be checked between the received signal paths.

Über die Signalrückführung 20 und das erzeugte Testsignal ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel auch der Frequenzverlauf des Filtermittels 8 überprüfbar.In the exemplary embodiment shown here, the frequency response of the filter means 8 can also be checked via the signal feedback 20 and the generated test signal.

Da das Testsignal durch eine digitale Zahlenfolge sowie den Digital-Analog-Wandler 3 gebildet wird, sind nahezu beliebige Signalformen mit unterschiedlichen Frequenzen als Testsignal erzeugbar.Since the test signal is formed by a digital sequence of numbers and the digital-to-analog converter 3 , almost any waveform with different frequencies can be generated as a test signal.

Über das hier beschriebene Ausführungsbeispiel hinaus ist die Erfindung auch bei jedem anderen Radarsystem anwendbar, welches ein Oszillatoransteuersignal 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.In addition to the exemplary embodiment described here, the invention can also be used with any other radar system which has an oscillator control signal 8 . This can also be present, for example, in the case of a pulse radar, in particular if pulse compression is used. In addition, the invention can in principle also be used in a laser radar or in an ultrasonic sensor.

Claims

1. radar system,

1. with an oscillator ( 1 ) and
2. with an evaluation and control unit ( 2 ),
3. an oscillator control signal can be generated by means of the evaluation and control unit ( 2 ) and
4. the frequency of the oscillator ( 1 ) can be regulated via the oscillator control signal,
5, is supplied with at least one receive signal path (11-17, 21- 27, 31-37) through which a reception signal of the evaluation and control unit (2) and
6. with means for generating and feeding ( 18 , 40 ) a test signal into at least part of the received signal path, with the test and at least part of the received signal path being able to be checked for its function in the evaluation and control unit ( 2 ) on the basis of this test signal,

characterized in that the test signal is derived from said oscillator drive signal.

2. Radar system according to claim 1, characterized in

1. that in the signal path between the evaluation and control unit ( 2 ) and the oscillator ( 1 ), a digital-to-analog converter ( 3 ) is present, by means of which a digital oscillator control signal generated by the evaluation and control unit ( 2 ) analog oscillator control signal is convertible and
2. that a signal based on the output signal of the digital-to-analog converter ( 3 ) can be coupled as a test signal in the at least part of the received signal path.

3. Radar system according to claim 1 or 2, characterized in that a first switching means ( 40 ) is provided with which a coupling of the test signal in the at least part of the received signal path can be switched on or off.

4. Radar system according to claim 1 or 2, characterized in that a second switching means ( 44 ) is provided with which the oscillator ( 1 ) can be switched off.

5. Radar system according to claim 1, characterized in that the high-frequency output signal of the oscillator ( 1 ) is used to generate the transmission signal.

6. Radar system according to claim 1, characterized in that the radar system has at least two received signal paths has and that the test signal in all reception signal paths can be coupled in simultaneously.

7. Radar system according to claim 1, characterized in that between the digital-to-analog converter ( 3 ) and the oscillator ( 1 ) a filter means ( 8 ) is present and that an output signal of the filter means ( 8 ) via a signal feedback ( 20 ) Evaluation and control unit is supplied.