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EP3788394A1 - Überwachen eines fmcw-radarsensors - Google Patents

Überwachen eines fmcw-radarsensors

Info

Publication number
EP3788394A1
EP3788394A1 EP19702873.1A EP19702873A EP3788394A1 EP 3788394 A1 EP3788394 A1 EP 3788394A1 EP 19702873 A EP19702873 A EP 19702873A EP 3788394 A1 EP3788394 A1 EP 3788394A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
local oscillator
frequency
signal
radar sensor
fmcw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19702873.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Schoor
Marcel Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3788394A1 publication Critical patent/EP3788394A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01S7/4069—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes using internally generated reference signals, e.g. via delay line, via RF or IF signal injection or via integrated reference reflector or transponder involving a RF signal injection

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring an FMCW radar sensor having a plurality of local oscillators.
  • Radar sensors are increasingly being used in motor vehicles for detecting the traffic environment and provide information about distances, relative speeds and directional angles of located objects to one or more assistance functions that relieve the driver when driving the vehicle or replace the human driver in whole or in part , With increasing autonomy of these assistance functions, not only the performance, but also the reliability of the radar sensors are increasingly demanding.
  • the object of the invention is therefore to increase the reliability of the frequency generation of a radar sensor.
  • the object is achieved according to the invention by a method for monitoring an FMCW radar sensor which has a plurality of local oscillators
  • a first local oscillator signal of a first local oscillator of the local oscillators is mixed with a second local oscillator signal of a second local oscillator of the local oscillators in a mixer to form a baseband signal and the baseband signal is evaluated, based on a result of the evaluation Error is detected.
  • the monitoring can thus be carried out as an internal function of the radar sensor during operation.
  • local oscillator signals which are frequency-modulated ramp-shaped, allows monitoring of the generation of the FMCW frequency ramps.
  • a local oscillator signal constant frequency can be monitored, but also parameters of the FMCW frequency ramps can be monitored without the need for external, expensive measuring devices are required.
  • the evaluation in the baseband signal can also take place via an analog / digital converter for the channels of the radar sensor which is provided anyway in the FMCW radar sensor.
  • an FMCW radar sensor with a plurality of local oscillators, wherein the FMCW radar sensor is set up for carrying out the method described here.
  • the FMCW radar sensor may be, for example, an FMCW radar sensor with a plurality of FM frequency components, each having a transmitting and receiving part and a local oscillator.
  • the method is preferably a method for monitoring an FMCW radar sensor, which has a plurality of radio-frequency components, each of which has a transmitting and receiving part for outputting a transmission signal to at least one antenna assigned to the radio-frequency module and for receiving a reception signal from at least one antenna assigned to the radio-frequency module wherein a first high-frequency component of the FMCW radar sensor comprises the first local oscillator and a second high-frequency component of the FMCW radar sensor comprises the second local oscillator, wherein in the method the first local oscillator signal of the first local oscillator of the first high-frequency component to the second high-frequency component is transmitted and mixed with the second local oscillator signal of the second local oscillator of the second high frequency component in a mixer of the second high frequency component to the baseband signal.
  • the first local oscillator signal and the second local oscillator signal have a frequency offset from each other.
  • a desired value of the frequency offset is constant.
  • the first local oscillator signal and the second local oscillator signal may each be a local oscillator signal in the form of an FMCW frequency ramp, which have the same setpoint of their ramp slope.
  • first and second local oscillator signals with constant frequency can also be used for certain evaluations.
  • a reference clock signal of first and second high-frequency sources of the FMCW signal is generated. Radarsensors supplied, wherein the first high frequency source comprises the first local oscillator and the second high frequency source comprises the second local oscillator.
  • a reference clock signal can be fed to reference clock signal inputs of the first and second high-frequency components for establishing a time reference between start times of the first and second local oscillator signals.
  • the reference clock signal can serve, for example, to set identical start times of FMCW frequency ramps.
  • the reference clock signal may be used to set a time base for driving the first and second local oscillators. For example, the start times of the first and second local oscillator signals can be synchronized.
  • each of the first and second local oscillator signals is a local oscillator signal in the form of an FMCW frequency ramp, wherein the FMCW frequency ramps have an equal setpoint of their slope.
  • a desired value of a frequency offset between the FMCW frequency ramps and a frequency shift that corresponds to a signal propagation time of the transmission path are taken into account.
  • the setpoint of a frequency offset between the FMCW frequency ramps is not equal to zero.
  • the transmission of the first local oscillator signal from the first local oscillator to the mixer, or from the first high frequency component to the second high frequency component, can be done in different ways.
  • the first local oscillator signal can be supplied to the mixer via a transmission path with a known signal propagation delay.
  • the first local oscillator signal can be supplied from a signal output of the first high-frequency component via a signal line to a signal input of the second high-frequency component.
  • the baseband signal can be evaluated taking into account the signal transit time of the transmission path.
  • the FMCW radar sensor may be designed for normal operation, in which the first high-frequency component operates as a master and the second high-frequency component operates as a slave and for synchronization of the second high-frequency component with the first high-frequency component of a synchronization signal input of the second high-frequency component, a local one Oscillator signal of the first radio-frequency module is supplied from a synchronization signal output of the first radio-frequency module, wherein the method is carried out in a measuring operation, and wherein in the measuring operation, the first local oscillator signal from the synchronization signal output of the first radio-frequency module via a signal line the synchronization input the second radio-frequency module is supplied.
  • the first local oscillator signal can be supplied from a transmitter output of a transmitting and receiving part of the first high-frequency component via a signal line to a receiver input of a transmitting and receiving part of the second high-frequency component.
  • the normal high-frequency components for normal operation in a master / slave configuration in the high-frequency components operated as slaves can actually be unnecessary local oscillators for the Monitoring the frequency generation of the local oscillator of the operated as a master radio-frequency module can be used.
  • the use of identical high-frequency components also results in a cost-effective realization of powerful radar sensors.
  • the first local oscillator signal is further processed by a first transmitting and receiving part of the FMCW radar sensor into a transmission signal, transmitted via at least one first antenna and supplied by crosstalk to at least a second antenna to a second transmitting and receiving part of the FMCW radar sensor.
  • the first local oscillator signal is further processed by a transmitting and receiving part of the first radio-frequency module to form a transmission signal, transmitted via at least one first antenna and supplied by crosstalk to at least one second antenna to a transmitting and receiving part of the second high-frequency component.
  • the signal transmitted via the antenna can crosstalk in example in the sensor or the radome of the sensor to a second radio-frequency module associated antenna.
  • each of the first and second local oscillators is controlled by a phase locked loop of the respective first or second RF module, synchronizing input signals of the phase locked loops, and wherein evaluating the baseband signal comprises: determining a noise level in one Baseband range outside a peak of the baseband signal, and comparing the determined noise level with an expected noise level.
  • the method according to the invention can also be used for mutual monitoring of the signal generation of the first local oscillator and the second local oscillator, or for mutual monitoring of the signal generation of the first high-frequency component and of the second high-frequency component.
  • the inventive method can also be extended to the use of more than two local oscillators of the FMCW radar sensor whose local oscillator signals are evaluated separately in the baseband.
  • the method according to the invention can be extended, for example, to the use of more than two local oscillators of more than two high-frequency components whose local oscillator signals at at least one high-frequency component in the baseband are evaluated separately.
  • a third local oscillator signal may be a setpoint of a frequency offset to that second local oscillator signal, which is different from a target value of a frequency offset, having the first local oscillator signal to the second local oscillator signal.
  • the first local oscillator signal of the first local oscillator of the first high frequency component of the FMCW radar sensor and a third local oscillator signal of a third local oscillator of a third FM component of the FMCW radar sensor can be transmitted to the second RF component of the FMCW radar sensor and are mixed with the second local oscillator signal of the second local oscillator of the second radio frequency component in the mixer of the second radio frequency component to the baseband signal, wherein a frequency offset between the third and the second local oscillator signal differs from a frequency offset between the first and the second local oscillator signal ,
  • Figure 1 is a sketch of a radar sensor with four high-frequency components, which are connected to each other via an oscillator signal network.
  • Fig. 2 is a frequency-time diagram of local oscillator signals and an amplitude spectrum of a baseband signal
  • FIG. 3 shows a frequency-time diagram of local oscillator signals and an amplitude spectrum of a baseband signal according to a modified embodiment
  • FIG. 4 shows an amplitude spectrum of a baseband signal for explaining the evaluation of a noise level.
  • FIG. 1 shows four high-frequency components 10, 12, 14, 16 of a radar sensor, which are arranged on a common substrate 18. Each of the high-frequency components is an integrated circuit in the form of an MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) chip.
  • Each high-frequency module contains a transmitting and receiving part 20 which comprises at least one transmitter output 22 and one receiver input 24, which are connected to associated antennas 26, 28 of the radar sensor.
  • Each radio frequency module may have a plurality of transmission antennas 26 and / or a plurality of reception antennas 28 assigned to it. By way of example, a transmitting antenna 26 and a receiving antenna 28 are shown.
  • the transmitting and receiving part 20 can serve to amplify and divide the oscillator signal, which for example has a frequency of the order of 76 GHz, and to divide it into the transmitting antennas.
  • the receiving antennas can be identical to the transmitting antennas.
  • the transmitting and receiving parts 20 can also contain circuits with which the transmitting signals to the individual antennas are modified in their phase position and possibly also in their frequency position, in order to ensure suitable beam shaping and the best possible angular resolution of the radar system to reach.
  • each high-frequency component contains a high-frequency source 30 which comprises a local oscillator 32 with a phase-locked loop 34 and is set up to generate a local oscillator signal which can be supplied to the transmitting and receiving unit 20 via a switching network 36.
  • the phase locked loop 34 comprises a frequency divider.
  • the local oscillator signal is mixed at a mixer 38 of the transmitting and receiving part 20 with a received signal to form a baseband signal and fed to an evaluation via an A / D converter 40 in a manner known per se.
  • Several such receiving channels may be provided with a respective mixer and A / D converter. , g.
  • the local oscillator signal can also be supplied to an HF distributor 42 operating as a synchronization signal output.
  • the RF distributor of the high-frequency components which can work as a synchronization signal output or synchronization signal input, are connected to one another via an oscillator signal network 44.
  • each high-frequency module comprises a reference clock signal input 46 for a reference clock signal, which is supplied via a reference clock signal line 48 from a reference clock source 50 and serves to synchronize the frequency generation of the high-frequency sources 30 with one another.
  • the antennas 26, 28 of the radar sensor are arranged behind a radome 52.
  • the radio-frequency source 30 is configured to generate a frequency-modulated local oscillator signal in the form of an FMCW frequency ramp.
  • the frequency modulation can also take place within each individual transmitting and receiving part 20.
  • the switching networks 36 are configured to configure the radar sensor for a master / slave configuration in normal operation. In a normal mode with a master / slave configuration, the local oscillator signal of the local oscillator 32 of the first radio-frequency module 10 from the HF distributor 42 operating as a synchronization signal output via a signal line of the oscillator signal network 44 to the other high-frequency components 12, 14 configured as a slave 16 fed.
  • the first radio-frequency module 10 is configured as a master.
  • the local oscillator signal supplied externally via the oscillator signal network 44 is transmitted to the transmitting and receiving amplifier via the HF distributor 42, which operates as the synchronization signal input, and the switching network 36. is used to generate the transmission signals for one or more associated radar antennas 26.
  • the high-frequency module operate synchronously using the local oscillator signal of the first radio-frequency module 10th
  • Measuring cycles of normal operation of the radar sensor temporarily switched to a measuring operation which can also be referred to as monitoring measurement operation.
  • the measuring mode differs from the normal mode.
  • For the measuring operation there is a reconfiguration of the generation and distribution of the local oscillator signals.
  • the local oscillator signal of the other high frequency component is supplied via a transmission path with a defined signal propagation time and mixed with its own local oscillator signal and digitized in the AD converter and a further evaluation fed.
  • a frequency shift resulting from the signal propagation time of the transmission path of the received baseband signal can be taken into account and, for example, eliminated.
  • the consideration allows a particularly accurate monitoring of the frequency of the generated local oscillator signals. This will be explained below by way of example with reference to the first and second high-frequency components 10, 12.
  • the local oscillator 32 of the first radio-frequency module 10 generates a local oscillator signal, which is supplied to the second radio-frequency module 12 on a transmission path to be described in more detail.
  • the local oscillator 32 of the second high-frequency module 12 simultaneously and in synchronism with the local oscillator 32 of the first high-frequency module 10 generates its own local oscillator signal.
  • Both local oscillator signals are transmitted in a mixer, for example a mixer 38 of the transmitter and receiver. 20, mixed into a baseband signal and supplied to the A / D converter 40.
  • the two active signal sources 30 of the first and second RF components 10, 12 are configured such that the generated FMCW ramps have an identical start time and an identical ramp slope, but the center frequency is slightly offset.
  • the signal generation is synchronized, for example, via the reference clock signal.
  • FIG. 2 schematically shows the frequency ramp 54 of the local oscillator signal of the first flocc frequency component and the frequency ramp 56 of the local oscillator of the second high-frequency component 12 shifted by a frequency offset Fa.
  • the local oscillator signal of the first high-frequency component is released with a time delay - Speaking of a signal delay tb obtained, which corresponds to a frequency shift Fb due to the ramp slope.
  • a resulting frequency shift Fab which corresponds for example to the sum of Fa + Fb.
  • a peak is obtained at the corresponding frequency shift Fab. This is stored in a corresponding bin of the spectrum.
  • the spectrum is calculated in a manner known per se by Fourier transformation of the digitized baseband signal.
  • the shift Fa of the center frequency is selected within the bandwidth of the base band. For example, with a sampling rate of 10 MHz, corresponding to a baseband width of 5 MHz, a frequency offset Fa of 2.5 MHz is selected.
  • the transmission of the local oscillator signal from the first high-frequency component 10 to the second high-frequency component 12 can be done in various ways.
  • the local oscillator signal of the first high-frequency component can be supplied via a signal output, for example the RF distributor 42, and via a signal line, in particular via the oscillator signal network 44, to a signal input, somewhat to the RF components 42 of the second high-frequency component 12.
  • the oscillator signal network 44 via which the synchronization of the slaves with the master takes place in normal operation, used.
  • a separate signal line for supplying the local oscillator signal of a high-frequency component to another high-frequency component may also be provided.
  • a transmitter output 22 of the first radio-frequency module 10 can be connected to a receiver input 24 of the second radio-frequency module 12 via a correspondingly connected signal line.
  • the effect can be used that in the radar sensor or on the radome 52 of the radar sensor crosstalk of a signal transmitted via an antenna 26 takes place on a receiving antenna 28 of another high-frequency module.
  • This transmission path between a first high-frequency component and a second high-frequency component also has a defined signal propagation time, which can be taken into account as a frequency shift Fb in the evaluation. If a transmission occurs by crosstalk, there are no dedicated signal lines for connecting the first radio-frequency module 10 to the second radio-frequency module 12 is required.
  • Monitoring the ramp center frequency of the local oscillator signal or the frequency offset between two local oscillators can be done as follows. Since in the example of FIG. 2 the expected frequency of the signal (peak 58) in the baseband signal is known and corresponds to the configured or desired frequency offset Fa combined with the expected frequency shift Fb due to the transit time of the crosstalk or the signal transport between the high frequency components, the expected frequency to be compared with the measured, resulting frequency offset Fab. If a difference of the compared values exceeds a threshold value, then the error case is detected. In particular, a faulty frequency offset is detected, and thus an erroneous frequency of a frequency ramp is detected, such as a faulty ramp center frequency.
  • the accuracy of the estimate of the measured baseband frequency depends on the duration of the signal to be evaluated, i. of the duration of a frequency ramp. Even with a fast ramp of, for example, 15 ps duration and a corresponding width of an FFT bins of 20 kHz, the high signal strength can cause a high
  • Deviations in the frequency generation between the two local oscillators of the first and second high-frequency components 10, 12 can thus be determined very accurately. Thus, it is even possible to monitor the generation of fast ramps.
  • a monitoring of the ramp slope of a frequency ramp can be done as follows.
  • the local oscillator signals according to the example game of Fig. 2 are used. If the ramp gradient of the local oscillators of the first and second high-frequency components 10, 12 is different, a baseband signal is produced which corresponds to a frequency chirp. The baseband signal has a time-varying frequency. If a shift in the frequency position of the peak 58 is detected in the temporal course of the local oscillator signals, the error is detected. In particular, then a faulty ramp slope is detected. A frequency chirp can be detected based on the obtained baseband signal and detected as an error case.
  • a parametric estimation method can be used, a chirpet transformation, or sections of the frequency ramps can be separately transformed into spectra over the course of time so that a temporal profile of a peak in the baseband signal can be detected.
  • phase noise of the high-frequency source 30 can be done as follows.
  • the two high-frequency sources 30 of the first high-frequency component 10 and of the second high-frequency component 12 are synchronized with their respective phase locked loop, PLL, 34 to a common reference clock of a reference clock signal.
  • the reference clock signal is supplied via the reference clock signal line 48, for example.
  • the local oscillator signal of the first radio-frequency module 10 is transmitted to the second radio-frequency module 12 and in turn mixed with a mixer 38 with the local oscillator signal of the second radio-frequency module 12 into the base band.
  • the transmission paths described above can optionally be used as a transmission path.
  • the noise received in the baseband signal is examined.
  • Fig. 4 shows schematically an amplitude spectrum of the baseband signal.
  • the phase-locked loop 34 Within the loop bandwidth of the phase-locked loop 34 is the Phasenrau- see the individual local oscillator of the noise of the reference clock dominated.
  • the phase noise of the local oscillators 32 of the high-frequency components is strongly correlated.
  • the phase noise 60 within the loop bandwidth around the carrier signal (the peak 58 in the frequency spectrum) in the baseband signal is strongly suppressed.
  • the frequency of the peak 58 in the frequency spectrum again corresponds to the frequency offset between the first and second local oscillator signals present at the mixer.
  • the expected frequency offset again corresponds to an optional nominal frequency offset between the two local oscillators, combined with the frequency shift resulting from the transit time of the transmission path.
  • the loop bandwidth can correspond, for example, to a frequency range of 300 kHz around the carrier signal. Outside the loop bandwidth, the phase noise of the individual local oscillator 32 is dominated by the noise behavior of the voltage-controlled oscillator 32. In the baseband signal, therefore, outside the loop bandwidth, the phase noise 62 is uncorrelated and therefore comparatively strong.
  • the evaluation of the baseband signal may include, for example: determining a noise level in a band area out of a peak of the baseband signal; and comparing the particular one
  • Noise levels with an expected noise level For example, within a bandwidth around a peak of the baseband signal, which corresponds to the bandwidth of the loop bandwidth of the phase locked loops of the local oscillators, the noise level can be determined and compared with a corresponding, expected noise level. For example, outside a bandwidth around a peak of the baseband signal, which corresponds to the bandwidth of the loop bandwidth of the phase locked loops of the local oscillators, the noise level may be determined and a corresponding expected one
  • No noise level can be compared. If an expected noise level is exceeded or exceeded by more than a threshold, the fault is detected. In particular, a faulty phase-locked loop is then detected.
  • the evaluation of the baseband signal may include, for example:
  • Noise level in a band area outside a peak 58 of the baseband signal
  • Noise level within a surrounding area with a higher one
  • a difference of the compared values exceeds a threshold value, then the error case is detected. In particular, a faulty phase locked loop is then detected. Thus, a check of the loop bandwidth can take place. A deviation of the width of the low noise level from a width which is expected for the desired value of the loop bandwidth of the phase locked loops can thus be detected and detected as an error case.
  • the monitoring of the phase noise of a local oscillator phase-locked loop can usually only be performed in CW operation of a radar sensor, i. at a constant frequency, but not when generating an FMCW ramp. By means of the method described, a noise level of the phase noise can also be evaluated and monitored when an FMCW frequency ramp is generated.
  • FIG. 3 differs from the example of FIG. 2 in that different ramp slopes of the FMCW frequency ramps 54, 56 are selected for the two local oscillators.
  • Frequency offset is then possible in the time domain, in which the time is determined at which intersect the frequency ramps of the mixed signals.
  • the time point S at which the ramp of the local oscillator of the second flocc frequency component intersects with the frequency ramp of the local oscillator of the first high-frequency component 10 obtained at the mixer of the second high-frequency component i. has the same frequency.
  • this corresponds to a DC pass of the peak, that is, the difference frequency of the signals is zero.
  • a deviation of a ramp slope from a target value of the ramp slope also leads to a time offset of the ramp intersection point and can thus be detected. If successive measurements are carried out with several frequency ramps of different ramp slopes, a deviation of the ramp slope from a deviation of the ramp center frequency can be distinguished.
  • monitoring of the first radio-frequency module can be carried out by using the second radio-frequency module as the reference signal source. However, it is also conceivable to provide a mutual monitoring of the high-frequency components in a corresponding manner.
  • the described embodiments also make it possible to monitor the frequency generation of a local oscillator with regard to parameters which are difficult to determine with measuring instruments, such as phase noise, center frequency of the ramp and ramp slope.
  • monitoring is enabled during operation of the radar sensor.
  • more than two high-frequency components can also be operated simultaneously as signal sources during measurement operation. For example, monitoring can be done in pairs.
  • a frequency offset of, for example, 1 MHz between the first high-frequency module 10 and the second high-frequency module 12 can be selected, which differs from a frequency offset of, for example, 1.2 MHz between the second high-frequency component 12 and the third high-frequency component 14 as well as from one Frequency offset between the first high-frequency component and the third high-frequency component 14 is different.
  • the respective mixed baseband signals at the corresponding positions of the frequency offsets are then obtained in the baseband of an evaluating high-frequency module and can be evaluated separately.
  • signals at 1 MHz and 2.2 MHz can then be received at the first radio-frequency module, signals from 1 MHz and 1.2 MHz can be received at the second radio-frequency module, and signals from 1, 2 MHz and 2 at the third radio-frequency module, 2 MHz can be received.
  • high-frequency components 10, 12, 14, 16 instead of separate high-frequency components 10, 12, 14, 16 with respective local oscillators 32, it is also possible to provide high-frequency components which each contain a plurality of local oscillators 32 or a high-frequency component which contains a plurality of local oscillators 32.
  • two or more high-frequency sources 30, respective mixers 36, transmitting and receiving parts 20 and A / D converter 40 may be integrated in a high-frequency component.
  • the oscillator signal network 44 may be, for example, an internal network.

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Abstract

Verfahren zum Überwachen eines FMCW-Radarsensors sowie FMCW-Radarsensor, der mehrere lokale Oszillatoren (32) aufweist, bei welchem Verfahren ein erstes lokales Oszillatorsignal eines ersten lokalen Oszillators (32) der lokalen Oszillatoren mit einem zweiten lokalen Oszillatorsignal eines zweiten lokalen Oszillators (32) der lokalen Oszillatoren in einem Mischer (38) zu einem Basisbandsignal gemischt wird und das Basisbandsignal ausgewertet wird, wobei anhand eines Ergebnisses der Auswertung ein Fehlerfall detektiert wird. Insbesondere Verfahren zum Überwachen eines FMCW-Radarsensors sowie FMCW-Radarsensor, der mehrere Hochfrequenzbausteine (10, 12, 14, 16) aufweist, die jeweils ein Sende- und Empfangsteil (20) zum Ausgeben eines Sendesignals an wenigstens eine dem Hochfrequenzbaustein zugeordnete Antenne (26) und zum Empfangen eines Empfangssignals von wenigstens einer dem Hochfrequenzbaustein zugeordneten Antenne (28) aufweisen.

Description

Beschreibung
Titel
Überwachen eines FMCW-Radarsensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines FMCW- Radarsensors, der mehrere lokale Oszillatoren aufweist.
Stand der Technik
Radarsensoren werden in Kraftfahrzeugen in zunehmendem Umfang zur Erfas- sung 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 Kraftfahr- zeugs 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. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Zuverlässigkeit der Frequenzerzeugung eines Radarsensors zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Überwa- chen eines FMCW-Radarsensors, der mehrere lokale Oszillatoren aufweist, bei welchem Verfahren ein erstes lokales Oszillatorsignal eines ersten lokalen Os- zillators der lokalen Oszillatoren mit einem zweiten lokalen Oszillatorsignal ei- nes 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.
Durch die Mischung des ersten lokalen Oszillatorsignals mit dem zweiten loka- len Oszillatorsignal und Auswertung des Basisbandsignals können im Basis- bandsignal Abweichungen von einer erwarteten Frequenzcharakteristik des Ba- sisbandsignals detektiert werden. Die Überwachung kann somit als interne Funktion des Radarsensors im laufenden Betrieb durchgeführt werden.
Durch die Verwendung von lokalen Oszillatorsignalen, die rampenförmig fre- quenzmoduliert 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 Ana- log/Digital-Wandler für die Kanäle des Radarsensors erfolgen.
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 bei spielsweise ein FMCW-Radarsensor mit mehreren Flochfrequenzbausteinen sein, die jeweils ein Sende- und Empfangsteil und einen lokalen Oszillator auf- weisen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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 zu- geordneten 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 Hochfre- quenzbaustein 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.
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 lo- kale 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 Auswer- tungen verwendet werden.
Vorzugsweise wird für eine Herstellung eines zeitlichen Bezuges zwischen Startzeitpunkten des ersten und des zweiten lokalen Oszillatorsignals ein Refe- renztaktsignal ersten und zweiten Hochfrequenzquellen des FMCW- Radarsensors zugeführt, wobei die erste Hochfrequenzquelle den ersten loka- len 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 Oszilla- torsignals 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.
In einem Ausführungsbeispiel ist das erste und das zweite lokale Oszillatorsig- nal jeweils ein lokales Oszillatorsignal in Form einer FMCW-Frequenzrampe, wobei die FMCW-Frequenzrampen einen gleichen Sollwert ihrer Steigung auf- weisen. 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 Frequenzversat- zes zwischen den FMCW-Frequenzrampen ungleich Null.
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 Übertragungs- weg mit bekannter Signallaufzeit dem Mischer zugeführt werden. Beispielswei- se kann das erste lokale Oszillatorsignal von einem Signalausgang des ersten Hochfrequenzbausteins über eine Signalleitung einem Signaleingang des zwei- ten Hochfrequenzbausteins zugeführt werden. Beispielsweise kann das Basisbandsignal unter Berücksichtigung der Signal- laufzeit des Übertragungsweges ausgewertet werden.
In einem Beispiel kann der FMCW-Radarsensor für einen Normalbetrieb ausge- legt 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 ei- nem Synchronisationssignaleingang des zweiten Hochfrequenzbausteins ein lokales Oszillatorsignal des ersten Hochfrequenzbausteins von einem Synchro- nisationssignalausgang des ersten Hochfrequenzbausteins zugeführt wird, wo- bei das Verfahren in einem Messbetrieb ausgeführt wird, und wobei in dem Messbetrieb das erste lokale Oszillatorsignal von dem Synchronisationssignal- ausgang des ersten Hochfrequenzbausteins über eine Signalleitung dem Syn- chronisationssignaleingang des zweiten Hochfrequenzbausteins zugeführt wird. In einem anderen Beispiel kann das erste lokale Oszillatorsignal von einem Senderausgang eines Sende- und Empfangsteils des ersten Hochfrequenzbau- steins über eine Signalleitung einem Empfängereingang eines Sende- und Empfangsteils des zweiten Hochfrequenzbausteins zugeführt werden. Insbe- sondere können bei der Verwendung eines Radarsensors mit mehreren identi- sehen Hochfrequenzbausteinen, die jeweils einen lokalen Oszillator enthalten, die für einen Normalbetrieb in einer Master/Slave-Konfiguration in den als Sla- ves betriebenen Hochfrequenzbausteinen eigentlich unnötigen lokalen Oszilla- toren für die Überwachung der Frequenzerzeugung des lokalen Oszillators des als Master betriebenen Hochfrequenzbausteins eingesetzt werden. Durch die Verwendung identischer Hochfrequenzbausteine ergibt sich zudem eine kos- tengünstigere Realisierung leistungsstarker Radarsensoren.
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 wenigs- tens eine zweite Antenne einem Sende- und Empfangsteil des zweiten Hoch- frequenzbausteins zugeführt. Das über die Antenne gesendete Signal kann bei spielsweise im Sensor oder am Radom des Sensors auf eine dem zweiten Hochfrequenzbaustein zugeordnete Antenne übersprechen.
In einem Beispiel wird der erste und der zweite lokale Oszillator jeweils von ei- ner Phasenregelschleife des betreffenden ersten oder zweiten Hochfrequenz- bausteins gesteuert, wobei Eingangssignale der Phasenregelschleifen mitei- nander synchronisiert werden, und wobei das Auswerten des Basisbandsignals umfasst: Bestimmen eines Rauschniveaus in einem Basisbandbereich außer- halb eines Peaks des Basisbandsignals, und Vergleichen des bestimmten Rauschniveaus mit einem erwarteten Rauschniveau.
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 erfin- dungsgemäße 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 Hochfrequenzbau- stein im Basisband separat ausgewertet werden. Beispielsweise kann ein drit- tes 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 Hochfrequenz- bausteins des FMCW-Radarsensors und ein drittes lokales Oszillatorsignal ei- nes dritten lokalen Oszillators eines dritten Flochfrequenzbausteins 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 Os- zillatorsignal sich von einem Frequenzversatz zwischen dem ersten und dem zweiten lokalen Oszillatorsignal unterscheidet.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläu- tert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Skizze eines Radarsensors mit vier Hochfrequenzbausteinen, die über ein Oszillatorsignalnetzwerk miteinander verbunden sind;
Fig. 2 ein Frequenz-Zeit-Diagramm von lokalen Oszillatorsignalen und ein Amplitudenspektrum eines Basisbandsignals;
Fig. 3 ein Frequenz-Zeit-Diagramm von lokalen Oszillatorsignalen und ein Amplitudenspektrum eines Basisbandsignals gemäß einer ab- gewandelten Ausführungsform; und
Fig. 4 ein Amplitudenspektrum eines Basisbandsignals zur Erläuterung der Auswertung eines Rauschniveaus. In Fig. 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 Hoch- frequenzbaustein enthält einen Sende- und Empfangsteil 20, der wenigstens einen Senderausgang 22 und einen Empfängereingang 24 umfasst, die mit zu- geordneten Antennen 26, 28 des Radarsensors verbunden sind. Jedem Hoch- frequenzbaustein können mehrere Sendeantennen 26 und/oder mehrere Emp- fangsantennen 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 Sendean- tennen identisch sein. Wahlweise können die Sende- und Empfangsteile 20 auch Schaltungen enthalten, mit denen die den einzelnen Antennen zugeführ- ten Sendesignale in ihrer Phasenlage und gegebenenfalls auch in ihrer Fre- quenzlage modifiziert werden, um eine geeignete Strahlformung und eine mög- lichst gute Winkelauflösung des Radarsystems zu erreichen. 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 Schalt- netzwerk 36 der Sende- und Empfangseinheit 20 zugeführt werden kann. Die Phasenregelschleife 34 umfasst einen Frequenzteiler. Das lokale Oszillatorsig- nal 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. . g .
Über das Schaltnetzwerk 36 kann das lokale Oszillatorsignal außerdem einem als Synchronisationssignalausgang arbeitenden HF-Verteiler 42 zugeführt wer- den. Die HF-Verteiler der Hochfrequenzbausteine, die als Synchronisationssig- nalausgang oder Synchronisationssignaleingang arbeiten können, sind über ein Oszillatorsignalnetzwerk 44 miteinander verbunden.
Im weiteren umfasst jeder Hochfrequenzbaustein einen Referenztaktsignalein- gang 46 für ein Referenztaktsignal, das über eine Referenztaktsignalleitung 48 von einer Referenztaktquelle 50 zugeführt wird und dazu dient, die Frequenzer- zeugung der Hochfrequenzquellen 30 miteinander zu synchronisieren.
Die Antennen 26, 28 des Radarsensors sind hinter einem Radom 52 angeord- net.
Die Hochfrequenzquelle 30 ist dazu eingerichtet, ein frequenzmoduliertes loka- les Oszillatorsignal in Form einer FMCW-Frequenzrampe zu erzeugen. Wahl- weise kann jedoch die Frequenzmodulation auch innerhalb jedes einzelnen Sende- und Empfangsteils 20 erfolgen. 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 Oszillator- signal 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 an- deren Hochfrequenzbausteinen 12, 14, 16 zugeführt. Der erste Hochfrequenz- baustein 10 ist als Master konfiguriert. Bei jedem als Slave konfigurierten Hoch- frequenzbaustein wird das von extern über das Oszillatorsignalnetzwerk 44 zu- geführte lokale Oszillatorsignal über den als Synchronisationssignaleingang arbeitenden HF-Verteiler 42 und das Schaltnetzwerk 36 dem Sende- und Ermp- fangsteil 20 zugeführt und dient zur Erzeugung der Sendesignale für eine oder mehrere zugeordnete Radarantennen 26. Auf diese Weise arbeiten die Hoch- frequenzbaustein synchron unter Verwendung des lokalen Oszillatorsignals des ersten Hochfrequenzbausteins 10.
Zur Durchführung einer Überwachung der Frequenzerzeugung der Hochfre- quenzquelle 30 im laufenden Betrieb des Radarsensors wird zwischen
Messzyklen des Normalbetriebs der Radarsensor zeitweise in einen Messbe- trieb umgeschaltet, der auch als Überwachungs-Messbetrieb bezeichnet wer- den 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 Hochfre- quenzbausteine 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 wei- teren Auswertung zugeführt. Dadurch kann eine sich aus der Signallaufzeit des Übertragungsweges ergebende Frequenzverschiebung des erhaltenen Basis- bandsignals berücksichtigt und beispielsweise herausgerechnet werden. Die Berücksichtigung ermöglicht eine besonders genaue Überwachung der Fre- quenz der erzeugten lokalen Oszillatorsignale. Dies wird nachfolgend exempla- risch anhand der ersten und zweiten Hochfrequenzbausteine 10, 12 erläutert.
Der lokale Oszillator 32 des ersten Hochfrequenzbausteins 10 erzeugt ein loka- les Oszillatorsignal, das auf einem noch näher zu beschreibenden Übertra- gungsweg 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 Emp- fangsteils 20, zu einem Basisbandsignal gemischt und dem A/D-Wandler 40 zugeführt.
Die zwei aktiven Signalquellen 30 des ersten und zweiten Hochfrequenzbau- steins 10, 12 werden so konfiguriert, dass die erzeugten FMCW-Rampen einen identischen Startzeitpunkt besitzen und eine identische Rampensteigung, je- doch die Mittenfrequenz leicht versetzt ist. Eine Synchronisation der Signaler- zeugung erfolgt beispielsweise über das Referenztaktsignal.
Fig. 2 zeigt schematisch die Frequenzrampe 54 des lokalen Oszillatorsignals des ersten Flochfrequenzbausteins sowie die um einen Frequenzversatz Fa verschobene Frequenzrampe 56 des lokalen Oszillators des zweiten Hochfre- quenzbausteins 12. Am zweiten Hochfrequenzbaustein 12 wird das lokale Os- zillatorsignal des ersten Hochfrequenzbausteins mit einer Zeitverzögerung ent- sprechend 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 bei spielsweise der Summe Fa + Fb entspricht. Im auf der rechten Seite der Fig. 2 gezeigten Amplitudenspektrum des Basisbandsignals wird ein Peak bei der re- suitierenden Frequenzverschiebung Fab erhalten. Dieser wird in einem ent- sprechen Bin des Spektrums abgelegt. Das Spektrum wird in an sich bekannter Weise durch Fouriertransformation des digitalisierten Basisbandsignals berech- net. Die Verschiebung Fa der Mittenfrequenz wird innerhalb der Bandbreite des Ba- sisbandes gewählt. Bei einer Abtastrate von beispielsweise 10 MHz, entspre- chend einer Basisband-Breite von 5 MHz, wird beispielsweise ein Frequenzver- satz Fa von 2,5 MHz gewählt. Die Übertragung des lokalen Oszillatorsignals vom ersten Hochfrequenzbau- stein 10 zum zweiten Hochfrequenzbaustein 12 kann auf verschiedene Weisen geschehen. Beispielsweise kann das lokale Oszillatorsignal des ersten Hochfrequenzbau- steins 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 Signallei- tung 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 ent- sprechend 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. Emp- fängereingänge 24.
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.
Im folgenden werden Beispiele der Überwachung der Frequenzerzeugung nä- her erläutert.
Eine Überwachung der Rampenmittenfrequenz des lokalen Oszillatorsignals oder des Frequenzversatzes zwischen zwei lokalen Oszillatoren kann wie folgt erfolgen. Da im Beispiel der Fig. 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. Über- steigt ein Unterschied der verglichenen Werte einen Schwellwert, so wird der Fehlerfall detektiert. Insbesondere wird ein fehlerhafter Frequenzversatz detek- tiert, 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 ps 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 wer- den. Abweichungen in der Frequenzerzeugung zwischen den beiden lokalen Oszillatoren der ersten und zweiten Hochfrequenzbausteine 10, 12 können so- mit sehr genau bestimmt werden. Somit ist sogar eine Überwachung der Er- zeugung von schnellen Rampen möglich.
Eine Überwachung der Rampensteigung einer Frequenzrampe kann wie folgt erfolgen. Es können wiederum die lokalen Oszillatorsignale gemäß dem Bei- spiel der Fig. 2 genutzt werden. Sind die Rampensteigung der lokalen Oszillato- ren der ersten und zweiten Hochfrequenzbausteine 10, 12 unterschiedlich, so entsteht ein Basisbandsignal, das einem Frequenz-Chirp entspricht. Das Basis- bandsignal weist eine sich zeitlich ändernde Frequenz auf. Wird eine Verschie- bung der Frequenzlage des Peaks 58 im zeitlichen Verlauf der lokalen Oszilla- torsignale 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.
Eine Auswertung des Phasenrauschens der Hochfrequenzquelle 30 kann fol gendermaßen 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 Refe- renztakt eines Referenztaktsignals synchronisiert. Das Referenztaktsignal wird beispielsweise über die Referenztaktsignalleitung 48 zugeführt. Das lokale Os- zillatorsignal des ersten Hochfrequenzbausteins 10 wird an den zweiten Hoch- frequenzbaustein 12 übertragen und wiederum mit einem Mischer 38 mit dem lokalen Oszillatorsignal des zweiten Hochfrequenzbausteins 12 in das Basis- band gemischt. Die oben beschriebenen Übertragungswege können wahlweise als Übertragungsweg genutzt werden. Das im Basisbandsignal erhaltene Rau- schen wird untersucht.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Amplitudenspektrum des Basisbandsignals. Inner- halb der Schleifenbandbreite der Phasenregelschleife 34 ist das Phasenrau- sehen 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 Hochfrequenzbau- steine stark korreliert. Dadurch ist das Phasenrauschen 60 innerhalb der Schlei- fenbandbreite um das Trägersignal (dem Peak 58 im Frequenzspektrum) im Basisbandsignal stark unterdrückt. Die Frequenz des Peak 58 im Frequenz- spektrum entspricht wiederum dem Frequenzversatz zwischen den am Mischer vorliegenden ersten und zweiten lokalen Oszillatorsignalen. Der erwartete Fre- quenzversatz entspricht wiederum einem optionalen Soll-Frequenzversatz zwi- schen den beiden lokalen Oszillatoren, kombiniert mit der aus der Laufzeit des Übertragungsweges resultierenden Frequenzverschiebung. Die Schleifenband- breite kann beispielsweise einen Frequenzbereich von 300 kHz um das Träger- signal entsprechen. Außerhalb der Schleifenbandbreite ist das Phasenrauschen des einzelnen lokalen Oszillators 32 vom Rauschverhalten des spannungsge- steuerten Oszillators 32 dominiert. Im Basisbandsignal ist somit außerhalb der Schleifenbandbreite das Phasenrauschen 62 nicht korreliert und daher ver- gleichsweise 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 in- nerhalb einer Bandbreite um einen Peak des Basisbandsignals, welche Band- breite der Schleifenbandbreite der Phasenregelkreise der lokalen Oszillatoren entspricht, das Rauschniveau bestimmt und mit einem entsprechenden, erwar- teten 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. 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 Basis- bandsignals) 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.
Übersteigt ein Unterschied der verglichenen Werte einen Schwellwert, so wird der Fehlerfall detektiert. Insbesondere wird dann eine fehlerhafte Phasenregel- schleife detektiert. Somit kann eine Überprüfung der Schleifenbandbreite erfol- gen. Eine Abweichung der Breite des niedrigen Rauschniveaus von einer für den Sollwert der Schleifenbandbreite der Phasenregelschleifen erwarteten Brei- te kann somit detektiert werden und als Fehlerfall detektiert werden. Die Über- wachung des Phasenrauschens einer Phasenregelschleife eines lokalen Oszil- lators kann üblicherweise nur im CW-Betrieb eines Radarsensors, d.h. bei kon- stanter Frequenz, bestimmt werden, jedoch nicht bei Erzeugung eines FMCW- Rampe. Durch das beschriebene Verfahren kann ein Rauschniveau des Pha- senrauschens auch bei Erzeugung einer FMCW-Frequenzrampe ausgewertet und überwacht werden.
Anhand von Fig. 3 wird eine abgewandelte Ausführungsform für die Überwa- chung des Frequenzversatzes und/oder der Rampensteigung beschrieben. Das Beispiel der Fig. 3 unterscheidet sich vom Beispiel der Fig. 2 dadurch, dass für die beiden lokalen Oszillatoren unterschiedliche Rampensteigungen der FMCW-Frequenzrampe 54, 56 gewählt werden. Die Auswertung des letzten _ Ί 7 _
Frequenzversatzes ist dann im Zeitbereich möglich, in dem der Zeitpunkt be- stimmt wird, an dem sich die Frequenzrampen der zusammengemischten Sig- nale schneiden. Bei der Auswertung des Basisbandsignals wird dann der Zeit- punkt S bestimmt, an dem die Rampe des lokalen Oszillators des zweiten Flochfrequenzbausteins sich mit der am Mischer des zweiten Hochfrequenz- bausteins erhaltenen Frequenzrampe des lokalen Oszillators des ersten Hoch- frequenzbausteins 10 schneidet, d.h. die gleiche Frequenz aufweist. Im Fre- quenzspektrum 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 Berücksich- tigung 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 Ram- penschnittpunktes und kann somit detektiert werden. Wenn nacheinander Mes- sungen mit mehreren Frequenzrampen unterschiedlicher Rampensteigungen durchgeführt werden, kann eine Abweichung der Rampensteigung von einer Abweichung der Rampenmittenfrequenz unterschieden werden. 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 entspre- chender Weise eine gegenseitige Überwachung der Hochfrequenzbausteine vorzusehen.
Durch die beschriebenen Ausführungsformen wird die Überwachung der Fre- quenzerzeugung eines lokalen Oszillators auch hinsichtlich der mit Messinstru- menten nur schwierig zu bestimmenden Parameter wie Phasenrauschen, Ram- penmittenfrequenz und Rampensteigung ermöglicht. Insbesondere wird die Überwachung im laufenden Betrieb des Radarsensors ermöglicht. 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 Hochfre- quenzbausteine gleichzeitig zu betreiben, deren Signale zu dem einem auswer- tenden 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 zwei- ten Hochfrequenzbaustein 12 gewählt werden, der sich von einem Frequenz- versatz von z.B. 1 ,2 MHz zwischen dem zweiten Hochfrequenzbaustein 12 und dem dritten Hochfrequenzbaustein 14 sowie von einem Frequenzversatz zwi- schen dem ersten Hochfrequenzbaustein und dem dritten Hochfrequenzbau- stein 14 unterscheidet. Für mehrere gleichzeitig als Signalquelle dienende Hochfrequenzbausteine werden im Basisband eines auswertenden Hochfre- quenzbausteins dann die jeweiligen gemischten Basisbandsignale an den ent- sprechenden Positionen der Frequenzversatze erhalten und können separat ausgewertet werden. Beispielsweise können dann am ersten Hochfrequenz- baustein 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.
Anstelle separater Hochfrequenzbausteine 10, 12, 14, 16 mit jeweiligen lokalen Oszillatoren 32 können auch Hochfrequenzbausteine vorgesehen sein, die je- weils mehrere der lokalen Oszillatoren 32 enthalten, oder ein Hochfrequenz- baustein, 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 inte- griert 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 Netz- werk sein.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Überwachen eines FMCW-Radarsensors, der mehrere lokale Oszillatoren (32) aufweist, bei welchem Verfahren ein erstes lokales Os- zillatorsignal eines ersten lokalen Oszillators (32) der lokalen Oszillatoren mit einem zweiten lokalen Oszillatorsignal eines zweiten lokalen Oszillators (32) der lokalen Oszillatoren in einem Mischer (38) zu einem Basisbandsignal gemischt wird und das Basisbandsignal ausgewertet wird, wobei anhand eines Ergebnis- ses der Auswertung ein Fehlerfall detektiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Überwachen eines FMCW- Radarsensors, der mehrere Flochfrequenzbausteine (10, 12, 14, 16) aufweist, die jeweils ein Sende- und Empfangsteil (20) zum Ausgeben eines Sendesig- nals an wenigstens eine dem Hochfrequenzbaustein zugeordnete Antenne (26) und zum Empfangen eines Empfangssignals von wenigstens einer dem Hoch- frequenzbaustein zugeordneten Antenne (28) aufweisen, wobei ein erster Hochfrequenzbaustein (10) des FMCW-Radarsensors den ersten lokalen Oszil- lator (32) umfasst und ein zweiter Hochfrequenzbaustein (12) des FMCW- Radarsensors den zweiten lokalen Oszillator (32) umfasst, wobei bei dem Ver- fahren das erste lokale Oszillatorsignal des ersten lokalen Oszillators (32) des ersten Hochfrequenzbausteins (10) an den zweiten Hochfrequenzbaustein (12) übertragen wird und mit dem zweiten lokalen Oszillatorsignal des zweiten loka- len Oszillators (32) des zweiten Hochfrequenzbausteins (12) in einem Mischer (38) des zweiten Hochfrequenzbausteins (12) zu dem Basisbandsignal ge- mischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste lokale Oszillator- signal über einen Übertragungsweg mit bekannter Signallaufzeit dem Mischer (38) zugeführt wird, und wobei das Basisbandsignal unter Berücksichtigung der Signallaufzeit (tb) des Übertragungsweges ausgewertet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das erste und das zweite lokale Oszillatorsignal jeweils ein lokales Oszillatorsignal in Form einer FMCW- Frequenzrampe (54, 56) ist, wobei die FMCW-Frequenzrampen einen gleichen Sollwert ihrer Steigung aufweisen, und wobei das Auswerten des Basis- bandsignals umfasst:
Vergleichen einer Frequenzlage des Basisbandsignals mit einer erwarte- ten Frequenzlage, wobei die erwartete Frequenzlage einer Kombination eines Sollwert eines Frequenzversatzes (Fa) zwischen dem ersten und dem zweiten lokalen Oszillatorsignal und einer erwarteten Frequenzverschiebung (Fb) auf- grund der Signallaufzeit (tb) des Übertragungsweges entspricht, wobei der Ab- solutbetrag der erwarteten Frequenzverschiebung dem Produkt aus dem Soll- wert der Rampensteigung und der Signallaufzeit des Übertragungsweges ent- spricht.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste und das zweite lokale Oszillatorsignal jeweils ein lokales Oszillatorsignal in Form einer FMCW-Frequenzrampe (54, 56) ist, wobei die FMCW- Frequenzrampen einen gleichen Sollwert ihrer Steigung aufweisen, und wobei das Auswerten des Basisbandsignals umfasst:
Detektieren einer Verschiebung der Frequenzlage des Basisbandsignals im zeitlichen Verlauf der lokalen Oszillatorsignale.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das erste und das zweite lokale Oszillatorsignal jeweils ein lokales Oszillatorsignal in Form einer
FMCW-Frequenzrampe (54, 56) ist, wobei die FMCW-Frequenzrampen unter- schiedliche Sollwerte ihrer Steigung aufweisen, und wobei bei der Auswertung des Basisbandsignals eine Bestimmung eines Zeitpunktes (S) erfolgt, an wel- chem die Frequenz des Basisbandsignals einen Nulldurchgang aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erste und der zweite lokale Oszillator jeweils von einer Phasenregelschleife (34) ge- steuert wird, wobei Eingangssignale der Phasenregelschleifen (34) miteinander synchronisiert werden, und wobei das Auswerten des Basisbandsignals um- fasst:
Bestimmen eines Rauschniveaus (60, 62) in einem Basisbandbereich außerhalb eines Peaks (58) des Basisbandsignals, und
Vergleichen des bestimmten Rauschniveaus mit einem erwarteten Rauschniveau.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste lokale Oszillatorsignal von einem ersten Sende- und Empfangsteil (20) des FMCW-Radarsensors zu einem Sendesignal weiterverarbeitet wird, über we- nigstens eine ersten Antenne (26) gesendet wird und durch Übersprechen auf wenigstens eine zweite Antenne (28) einem zweiten Sende- und Empfangsteil (20) des FMCW-Radarsensors zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste lokale Oszillatorsignal des ersten lokalen Oszillators (32) des FMCW- Radarsensors und ein drittes lokales Oszillatorsignal eines dritten lokalen Oszil- lators (32) des FMCW-Radarsensors mit dem zweiten lokalen Oszillatorsignal des zweiten lokalen Oszillators (32) in dem Mischer (38) zu dem Basisbandsig- nal 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.
10. FMCW-Radarsensor mit mehreren lokalen Oszillatoren (32), wobei der FMCW-Radarsensor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü- che 1 bis 9 eingerichtet ist.
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