本發(fā)明涉及一種雷達系統(tǒng)和一種用于校準雷達系統(tǒng)的方法。

背景技術：

在已知的雷達系統(tǒng)中，一些問題與在高頻前端中的系統(tǒng)性誤差有關。直流偏移問題尤其導致接收器的功率下降并且能夠由此降低所接收的信號的可探測性。

在圖1中原理性地示出了外差式雷達系統(tǒng)中的高頻損害的可能來源。第一振蕩器vco1的散射信號tl可以散射到第一混頻器16，還由于錯誤匹配能夠由天線14并且由連接元件13產(chǎn)生散射信號tant。此外可設想由于通過布置在天線14前面的罩元件或天線罩30引起的反射和/或由于電路不準確性而導致的干擾信號tr。

所有提及的系統(tǒng)性誤差可能導致雷達傳感器的顯著的功率下降，尤其在近距離測量的情況下。為了補償這些系統(tǒng)性損害，已經(jīng)進行了一些研究。

《afundamentalfrequency143-152ghzradartransceiverwithbuilt-incalibrationandself-test》(csics，2013年)公開了一種外差式雷達收發(fā)器，所述外差式雷達收發(fā)器包含一些自測試校準特征，以便能夠實現(xiàn)簡單的產(chǎn)品測試以及模擬的前端損害的校正。

de102009029052a1公開了一種外差式雷達系統(tǒng)，其中，反射信號構造為中間頻率信號。

《adigitalleakagecancellationschemeformonostaticfmcw-radar》(ieeemtt-s摘要，2004年)公開了用于消除泄漏效應的外差式電路圖，其基于數(shù)字的實時信號處理。提出產(chǎn)生相對于待消除的泄漏信號具有相同幅度和相反相位的信號。但是，沒有考慮由于天線錯誤匹配或連接錯誤匹配而導致的系統(tǒng)性誤差，以及在存在天線罩的情況下的不期望的反射。

de102012202007a1公開了一種雷達傳感器，其包括偏移補償單元，所述偏移補償單元產(chǎn)生補償信號，以便和接收信號一起被發(fā)送到接收器。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的任務是，提供一種改善的雷達系統(tǒng)。

根據(jù)第一方面，借助一種雷達系統(tǒng)解決所述任務，所述雷達系統(tǒng)具有：

-主通道；

-相對于主通道對稱構造的參考通道；其中，

-借助第一振蕩器能夠產(chǎn)生第一輸入信號，所述第一輸入信號能夠在主通道中提供給天線，其中，所述第一輸入信號的反射的部分能夠提供給第一混頻器；

-其中，所述第一輸入信號能夠在所述參考通道中通過第二定向耦合器提供給第二混頻器；

-其中，借助第二振蕩器能夠產(chǎn)生具有相對于所述第一輸入信號的定義得不同的頻率的第二輸入信號，所述第二輸入信號能夠提供給所述第一混頻器和所述第二混頻器；

-其中，從所述主通道的混頻器出去的信號和從所述參考通道的混頻器出去的信號能夠彼此比較；并且，

-其中，取決于所述比較能夠如此確定所述參考通道的終端阻抗的大小，使得所述主通道的和所述參考通道的輸出信號具有相同的特性。

借助雷達系統(tǒng)的對稱構造充分利用如下事實：系統(tǒng)性誤差能夠在兩個信道中出現(xiàn)并且由此共同地模擬地被校準去除。在結果中，由此提供外差式雷達系統(tǒng)的舒適的模擬校準。

根據(jù)第二方面，所述任務借助用于校準雷達系統(tǒng)的方法來解決，所述雷達系統(tǒng)具有：

-主通道和相對于主通道對稱構造的參考通道；其中，

-借助第一振蕩器能夠產(chǎn)生第一輸入信號，所述第一輸入信號能夠在主通道中提供給天線，其中，所述第一輸入信號的反射的部分能夠提供給第一混頻器；

-其中，在所述參考通道中第一輸入信號能夠經(jīng)過第二定向耦合器提供給第二混頻器；

-其中，借助第二振蕩器能夠產(chǎn)生具有相對于所述第一輸入信號的定義得不同的頻率的第二輸入信號，所述第二輸入信號能夠提供給所述第一混頻器和所述第二混頻器；

其中，所述方法具有下列步驟：

-將所述雷達系統(tǒng)定向到?jīng)]有可探測的目標的區(qū)域上；

-對于所述參考通道的分別不同的終端阻抗，至少三次求取所述主通道的輸出信號與所述參考通道的輸出信號之間的比；

-由所求取的比求取最終所得的反射系數(shù)；

-由所述反射系數(shù)求取所述天線的校準系數(shù)；并且

-借助所述阻抗調節(jié)裝置將所述參考通道的終端阻抗調節(jié)到相應于所述校準系數(shù)的阻抗。

所述雷達系統(tǒng)和所述方法的優(yōu)選的擴展方案是從屬權利要求的主題。

所述雷達系統(tǒng)的優(yōu)選的擴展方案的特征在于，所述參考通道具有阻抗調節(jié)裝置，借助所述阻抗調節(jié)裝置能夠調節(jié)所述參考通道的終端阻抗。以這種方式能夠以舒適的方式調節(jié)參考通道的終端阻抗，其中，整體的雷達系統(tǒng)的所有系統(tǒng)性誤差被校準去除。

所述雷達系統(tǒng)的另一個有利的擴展方案的特征在于，為了調節(jié)所述參考通道的終端阻抗，能夠使用由主通道的和參考通道的輸出信號求取的校正系數(shù)。以這種方式求取誤差向量，由此應用類似于單端口網(wǎng)絡矢量分析器的校準原理。

所述雷達系統(tǒng)的另一有利的擴展方案設置，借助數(shù)字控制裝置能夠求取校正系數(shù)，其中，將所述校正系數(shù)換算成用于阻抗調節(jié)裝置的控制信號，其中，所述控制信號能夠借助控制裝置提供給數(shù)字調節(jié)裝置。以這種方式能夠以簡單的方式以已知的原理計算外差式雷達系統(tǒng)的校準系數(shù)或校正系數(shù)。

以下借助多個附圖以其它特征和優(yōu)點詳細描述本發(fā)明。在此，所有的特征，與其在說明書中和在附圖中的表達無關地以及與其在權利要求中的引用無關地構成本發(fā)明的主題。附圖尤其設想用于表明對于本發(fā)明關鍵的原理。同樣的或功能相同的元件具有相同的附圖標記。

附圖說明

在附圖中示出：

圖1傳統(tǒng)的外差式雷達系統(tǒng)的原理性框圖；

圖2根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)的一種實施方式；

圖3用于根據(jù)本發(fā)明地校準所述雷達系統(tǒng)的原理的圖示；

圖4用于示出根據(jù)本發(fā)明的校準的原理的模型；

圖5根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實施方式的原理性流程圖。

具體實施方式

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)100的一種實施方式的框圖?？煽闯鐾獠钍嚼走_系統(tǒng)100的對稱構造，所述外差式雷達系統(tǒng)具有主通道10和與主通道10對稱構造的參考通道20。在此，“對稱”意思是，在主通道10中以及在參考通道20中使用具有相同系統(tǒng)性誤差的相同元件。主通道10與參考通道20的對稱性用于自測試或用于接下來描述的校準過程。

借助第一振蕩器或頻率發(fā)生器vco1將第一信號s1饋送到主通道10中以及參考通道20中。在此，在主通道中通過第一功率放大器11、第一定向耦合器12、連接元件13將信號s1傳輸?shù)教炀€14。信號s1由天線14作為電磁輻射發(fā)射并且碰到天線罩30，所述天線罩設置用于保護雷達系統(tǒng)100的天線14。

雷達系統(tǒng)100例如能夠作為電子構件實現(xiàn)。所述電磁輻射由目標200反射并且作為電信號經(jīng)過天線14、連接元件13和第一定向耦合器12到達第一小信號放大器15。從第一小信號放大器15，所述信號到達第一混頻器16。

第一混頻器16將所述信號與第二振蕩器vco2的第二信號s2一起混頻到隨后可更好地分析處理的基帶中，例如混頻成具有100mhz頻率的信號，所述第二信號的頻率與第一振蕩器vco1的第一信號s1的頻率略微不同。

在參考通道20中，信號流類似于在主通道10中那樣，而具有如下區(qū)別：替代天線14，作為參考通道20的終端設置數(shù)字的阻抗調節(jié)裝置23(英語：digitalimpedancetuner/數(shù)字阻抗調諧器)用于調節(jié)參考通道20的復終端阻抗。借助數(shù)字的阻抗調節(jié)裝置23能夠在參考通道20上調節(jié)不同的復終端阻抗，由此能夠影響參考通道20的電輸出信號ifr。

將第二信號s2分別提供給主通道10和參考通道20的混頻器16、25，其中，混頻器16、25將第二信號s2與從定向耦合器12、22出來的并且借助小信號放大器15、24放大的信號進行混頻。

將從主通道10的第一混頻器16出來的信號提供給a/d轉換器40，由此構成數(shù)字信號ifm，將所述數(shù)字信號提供給控制裝置60的計算裝置61。將從參考通道20的第二混頻器25出來的信號提供給a/d轉換器50，所述a/d轉換器將所述信號轉換成數(shù)字值ifr，將所述數(shù)字值同樣提供給計算裝置61。

控制裝置60設置用于計算所述兩個輸出信號ifm、ifr的比。為此目的，計算裝置61求取至少三個反射系數(shù)或反射因數(shù)，由這些反射系數(shù)或反射因數(shù)求取用于雷達系統(tǒng)100的校準系數(shù)γkal。將校準系數(shù)γkal換算成控制信號，所述控制信號由控制裝置60的控制元件63提供給數(shù)字的阻抗調節(jié)裝置23。以這種方式達到如下結果：參考通道20的輸出信號ifr在它的電性能方面相應于主通道10的輸出信號ifm，這相應于雷達系統(tǒng)100的經(jīng)校準的狀態(tài)。

以這種方法和方式，經(jīng)校準的外差式雷達系統(tǒng)100能夠在使用它的整個帶寬的情況下在正常運行中工作，而沒有由于系統(tǒng)性誤差造成的損害。

以下更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的校準的工作方式，其將雷達系統(tǒng)100的系統(tǒng)性誤差校準去除。

外差式雷達系統(tǒng)100的在發(fā)送與接收路徑中具有僅僅一個天線14的單基地(monostatisch)的結構具有如下問題，在發(fā)送路徑與接收路徑之間的隔離不是無限的，由此可能導致所設置的信號路徑中的不期望的泄漏或損耗(英語：leakage泄漏)。

兩個振蕩器vco1、vco2具有確定的相位噪聲，所述相位噪聲通過在混頻過程中的疊加進行相關，由此系統(tǒng)準確性能夠顯著提高。

圖3示出用于示出雷達系統(tǒng)100的對稱構造的原理性電路圖?？梢钥闯鲇糜谥魍ǖ?0的誤差單元70和用于參考通道20的誤差單元80。使用彼此對稱構造的誤差單元70、80用于根據(jù)本發(fā)明的校準原理。

在圖4中，示出具有誤差單元90的電路技術模型，所述電路技術模型例如由向量網(wǎng)絡分析器的校準過程已知?？梢詫D3的誤差單元70、80視為圖4的誤差單元90。

圖4的模型包括一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括在輸入端上的和在輸出端上的反射系數(shù)，所述反射系數(shù)代表確定的負載情況。在誤差單元90中，系統(tǒng)性誤差借助如下參數(shù)示出，所述參數(shù)與待校準的雷達系統(tǒng)100關聯(lián)地具有如下意義：

e00.....方向因數(shù)的誤差(英語：directivityerror/方向性誤差)

e11.....來源錯誤匹配

e10、e01.....頻率響應誤差(英語：reflectiontrackingerror/反射跟蹤誤差)

γm.....負載的所測量的反射系數(shù)

γl.....負載的當前的反射系數(shù)

在此，反射系數(shù)γm代表所測量的信息，所述信息包括系統(tǒng)性誤差和關于負載、例如目標200的信息，其中，在雷達系統(tǒng)100的經(jīng)校準的狀態(tài)中僅期望關于負載而沒有系統(tǒng)性誤差的信息。負載的反射系數(shù)γl包含關于所測量的目標200的信息。

接下來可以在數(shù)學上示出圖4的模型：

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的方法的原理性流程圖。

在步驟300中，將待校準的外差式雷達系統(tǒng)100置于校準模式中。這例如可以在將具有雷達系統(tǒng)100的雷達傳感器裝配到機動車的情況下執(zhí)行。替代地，也能夠實現(xiàn)，在期望的、定義的時刻將雷達系統(tǒng)100置于校準模式中，例如借助由車輛駕駛員發(fā)動的控制信號。

在步驟310中，將雷達系統(tǒng)100指向沒有可探測的目標200的自由空間。以這種方式確保，對于校準僅僅考慮雷達系統(tǒng)100的系統(tǒng)性誤差。

在步驟320中，將數(shù)字的阻抗調節(jié)裝置23的值調節(jié)到已知的值，其中，在a/d轉換器40、50之后，求取在參考通道20上和在主通道10上的輸出電壓的幅度和相位差。為此目的，將數(shù)字的阻抗調節(jié)裝置23至少三次調節(jié)到已知的值上，由此僅僅改變參考通道20的輸出信號ifr，因為僅所述參考通道與數(shù)字的阻抗調節(jié)裝置23連接。這至少三次地相繼執(zhí)行，由此確定具有三個未知數(shù)的線性方程組并且能夠將其解出?？蛇x地也能夠實現(xiàn)，執(zhí)行多于三次的測量，其中，由此使所求取的誤差參數(shù)變得更穩(wěn)定。

在步驟330中，通過解出獲得的線性方程組來計算誤差系數(shù)，類似于在單端口網(wǎng)絡矢量分析程序中那樣。在此，可以通過下面的數(shù)學關系式示出主通道10和參考通道20的輸出信號：

ifr＝ar×sin(2πft+φ1)(2)

ifm＝am×sin(2πft+φ1)(2)

其中，具有如下參數(shù)：

ifm主通道的輸出信號

ifr參考通道的輸出信號

ar參考通道的輸出信號的幅度

am主通道的輸出信號的幅度

φ1參考通道的輸出信號的相位

φ2主通道的輸出信號的相位

可以由下面的等式計算反射系數(shù)γm：

γm＝ifm/ifr＝δae^jδφ(4)

可以通過解出下面的線性關系式求取所述反射系數(shù)：

其中，eδ＝e00e11-e10e01(6)

在執(zhí)行校準之后，能夠在使用下面的數(shù)學關系式的情況下，由所測量的反射系數(shù)γm計算要么與參考通道20要么與主通道10連接的負載的反射系數(shù)：

γl＝(γm-e11)/(e00-eδγm)(7)

當不存在目標200時，γm＝1，其中，然后能夠由下面的數(shù)學關系式求取校準系數(shù)γkal：

在步驟340中，由等式(8)求取雷達系統(tǒng)100的復校準系數(shù)γkal。

在步驟350中，最后將數(shù)字的調節(jié)裝置23的值調節(jié)成校準系數(shù)γkal的值，從而現(xiàn)在確保雷達系統(tǒng)100在不考慮系統(tǒng)誤差的情況下工作并且因此使經(jīng)校準的。

對于具有目標200的雷達系統(tǒng)100的正常運行的測量，將參考通道20的終端阻抗調節(jié)到相應于校準系數(shù)γkal的值，由此參考通道20對于主通道10變成一種“校準通道”。為了將數(shù)字的阻抗調節(jié)裝置23的值調節(jié)到所計算的值γkal，例如可以使用具有校準系數(shù)和阻抗值的相應的數(shù)據(jù)的表格。

在實現(xiàn)校準后，如果不改變測量，則所述兩個通道10、20的相位差和幅度差為零。以這種方式完全地補償系統(tǒng)性誤差。

在步驟360中詢問：是否某些環(huán)境影響已經(jīng)改變，例如是否溫度、設置、集成等等已經(jīng)改變。如果不是這種情況，例如在雷達收發(fā)器集成到芯片中的情況中，參考通道20與主通道10之間不存在工藝變化，由此兩個通道20、10完全對稱。然后，在步驟370中，將雷達系統(tǒng)100切換到運轉中的正常運行模式。否則，又借助步驟300從頭開始所述過程。

有利地，可以借助根據(jù)本發(fā)明的方法在完全保留雷達系統(tǒng)的動態(tài)帶寬的情況下消除雷達系統(tǒng)100的系統(tǒng)性誤差。

根據(jù)本發(fā)明的雷達校準可以以這種方式實現(xiàn)顯著的時間節(jié)省并且在當前的運行條件下非常好地適用于迭代的實現(xiàn)。

總之，以本發(fā)明提出一種自校準的外差式雷達系統(tǒng)和一種用于校準這種雷達系統(tǒng)的方法，其中，為了校準，應用網(wǎng)絡分析器的校準原理。有利地，可以以這種方式提供一種例如在機動車的雷達傳感器中的雷達系統(tǒng)的精確的運行行為。

雖然在前面借助具體的實施方式已經(jīng)描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。也就是說，本領域技術人員也將可以實現(xiàn)本發(fā)明的前面未示出的實施方式，而不偏離本發(fā)明的核心。