Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion und Kor- rektur von Nichtlinearitäten hochfrequenter, spannungsgesteu- erter Oszillatoren, wie sie insbesondere in Form von Mikro- wellen-Oszillatoren für Radaranwendungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Die Radartechnik ist für den rauhen Einsatz im Automobil oder der Industrie zum Zweck einer berührungslosen Erfassung der Entfernung, Geschwindigkeit, Beschaffenheit, Anwesenheit oder dergleichen von Objekten besonders geeignet. Funktionalität, Meßgenauigkeit und Kosten von Radarsensoren hängen dabei we- sentlich vom angewandten Modulationsverfahren und der zugehö- rigen Radar-Signalverarbeitung ab.

Bei dem häufig zur Abstandsmessung verwendeten FMCW-Radar- prinzip (FMCW = frequency modulated continous wave) hängt die Qualität des Meßwertes u. a. von der Frequenzgenauigkeit und -stabilität des Mikrowellen-Oszillators ab. Diese Größen wer- den in der Praxis vor allem durch Temperaturdrift, Rauschen und Nichtlinearitäten des Oszillators beeinflußt und müssen deshalb in der Regel überwacht werden.

Die berührungslose Abstands-und Geschwindigkeitsmessung mit Radar ist seit langem bekannt und entstammt der Militärtech- nik. Bei dem bereits erwähnten FMCW-Verfahren, auf dessen Ba- sis das in der EP 0 727 051 Bl beschriebene Verfahren zum Betreiben eines Radargerätes funktioniert, wird ein frequenz- moduliertes Radarsignal ausgesendet, daß phasen-bzw. fre- quenzverschoben empfangen wird. Die gemessene Phasen-bzw.

Frequenzdifferenz, die typischerweise im kHz-Bereich liegt, ist proportional zum Objektabstand, vorausgesetzt die Fre-

quenzmodulation erfolgt zeitlich linear. In der Praxis ist diese Voraussetzung oftmals nur unzureichend erfüllt.

Die Nichtlinearitäten bei der Frequenzmodulation werden in erster Linie durch die spannungsgesteuerten Oszillatoren ver- ursacht, da diese bauteilebedingt eine nichtlineare Span- nungs/Frequenz-Kennlinie aufweisen. Darüber hinaus zeigen diese Oszillatoren ein mehr oder weniger stark ausgeprägtes Phasenrauschen, das im Vergleich zur spannungsabhängigen Nichtlinearität wesentlich höherfrequenter ist und bei kurzen Entfernungen-der sogenannten Korrelationslänge des Radars- in der Regel vernachlässigt werden kann.

Eine Kompensation der spannungsabhängigen Nichtlinearitäten ist hingegen unbedingt erforderlich, um eine einwandfreie Ob- jektdetektion mit der Radareinrichtung durchführen zu können.

Da sich die Nichtlinearitäten beispielsweise durch Tempera- tur-oder Alterungseffekte ändern, muß eine Korrektur ständig angepaßt werden, um Linearitätsabweichungen im Toleranzbe- reich von maximal 1 % des Meßwertes zu halten.

Aus dem Stand der Technik sind entsprechende Korrekturverfah- ren bekannt : -Der Oszillator kann mit einer einmalig vorbestimmten, vor- verzerrten Steuerspannung angesteuert werden. Diese Methode ist jedoch nur bedingt tauglich, da Exemplarstreuungen des Oszillators sowie nachfolgende Frequenzschwankungen und Tem- peraturdriften konzeptbedingt nicht kompensiert werden.

-Aus dem Fachaufsatz von P. Lowbridge et al."A Low Cost mm- Wave Cruise Control System for Automotive Applications"in Microwave Journal, October 1993, ist der Einsatz einer Regel- schleife bekannt, die eine PLL- (= Phase Lock Loop-) oder AFC (= Automatic Frequency Control-) Schaltung umfaßt. Bei beiden Verfahren wird eine frequenzabhängige Referenzspannung er- zeugt, die in Kombination mit einer linearen Rampe die An- steuerspannung des Oszillators derart adaptiert, daß die Fre- quenzmodulation zeitlich linear verläuft. Eine derartige Re-

gelelektronik hat jedoch den Nachteil, zu teuer und unflexi- bel zu sein.

-Aus der Fachveröffentlichung von Nalezinski et al."Novel Heterodyne 24GHz FMCW Radar with High-Precision 2,4GHz SAW Reference Path"in MIOP'97 Conference Proceedings ist der Einsatz einer Referenzstrecke innerhalb der Radaranordnung bekannt, die aufgrund ihrer definierten und genau bekannten Verzögerungszeit dem störgrößenfreien Referenzsignal eines virtuellen Reflexionspunktes entspricht, dessen Entfernung durch eine Soll-Verzögerungszeit bestimmt ist. Durch Analyse und Auswertung dieses Signals ist eine Korrektur von realen Signalen mit ähnlichen Verzögerungszeiten möglich. Dieses Verfahren ist jedoch dahingehend von Nachteil, daß die zu- sätzliche Referenzstrecke und die ihr zugeordnete Auswerte- einheit operativ aufwendig und damit kostenintensiv sind.

Letzteres ist gerade im Hinblick auf die Verwendung solcher Radarsensoren als Massenbauteil in Kraftfahrzeugen nicht ak- zeptabel.

Ausgehend von der geschilderten Problematik zum Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah- ren zur Detektion und Korrektur von Nichtlinearitäten hochfrequenter, spannungsgesteuerter Oszillatoren anzugeben, das extrem einfach und damit kostengünstig in einen leis- tungsfähigen Radarsensor implementierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfah- ren gelöst. Der Kern der Erfindung liegt dabei darin, das Frequenzsignal des Oszillators über ein logisches EX-ODER- Gatter unter Aufspaltung des Frequenzsignals in ein unverzö- gertes und ein verzögertes Eingangssignal für das Gatter in digitale Impulse am Ausgang des EX-ODER-Gatters umzuwandeln, die mit Hilfe eines Tiefpaßfilters in einen zur Frequenz des Oszillator-Frequenzsignals proportionalen Gleichspannungswert umgewandelt werden. Damit ist die bei einer bestimmten An- steuerspannung für den Oszillator entstehende Frequenz be- kannt und kann bei Abweichung von einem Sollwert durch Gene-

rieren eines Korrekturwertes für die Frequenzsteuerung des Oszillators auf diesen Sollwert gebracht werden. Die entspre- chenden Korrekturwerte sind mit an sich bekannten Kompensati- onsverfahren herzuleiten, wie sie beispielsweise aus dem Fachbeitrag von M. Vossiek et al."Signal Processing Methods for Millimeterwave FMCW Radar with High Distance and Doppler Resolution"in 27th European Microwave Conference 1997 be- kannt sind.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich auf der Basis einer gerätetechnisch einfachen Korrekturschaltung eine für praktische Anwendungsfälle insbesondere bei Radaranwen- dungen in Kraftfahrzeugen mehr als ausreichende Linearität der Frequenzmodulation erzielen.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben. Im Zusammenhang mit der bevorzugter Weise vorgesehenen Kalibrierung der Frequenz- detektion und-korrektur ist festzuhalten, daß diese nicht nur im Zusammenhang mit der im Hauptanspruch angegebenen Um- wandlung des Frequenzsignals in einen dazu proportionalen Gleichspannungswert über ein EX-ODER-Gatter, sondern auch ganz allgemein bei einer andersartigen Frequenz-Spannungs- Wandlung einsetzbar ist. Beispielsweise können kommerziell erhältliche, langsamere Frequenz-Spannungs-Konverter mit ei- ner von der Taktfrequenz des Mikrocontrollers für den Radar- sensor abgeleiteten Referenz-Frequenz kalibriert werden.

Nähere Ausführungen sowie Vorteile zur Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausfüh- rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen : Figur 1 ein Blockschaltbild eines Radarsensors mit zugeord- neter Vorrichtung zur Detektion und Korrektur von Nichtlinea- ritäten des Radaroszillators, und

Figur 2 ein Frequenz-Spannungs-Diagramm.

Wie in Figur 1 dargestellt ist, bildet ein konventioneller Radarsensor RS die gerätetechnische Basis zur Durchführung und Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Ra- darsensor RS weist einen frequenzmodulierten Oszillator MO, einen Radarempfänger bzw. Mischer MIX und eine Antenne A auf.

Das Sensorsignal SS liegt am Mischer MIX an und kann zur Aus- wertung beispielsweise in einem Abstandsradar in Kraftfahr- zeugen entsprechend weiterverarbeitet werden.

Der frequenzmodulierte Oszillator MO wird von einem rampen- förmigen Steuersignal US frequenzmoduliert, das von einem Mikrocontroller uP erzeugt wird. Würde das Steuersignal US streng linear sein, so würden sich aufgrund der Nichtlineari- täten der Kennlinie des Oszillators MO die eingangs erörter- ten Probleme ergeben. Aus diesem Grunde wird das Steuersignal US mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens korrigiert.

So weist der Oszillator MO einen Abgriff auf, mit dessen Hil- fe ein Frequenzsignal f abgegriffen wird. Dies liegt bei den ins Auge gefaßten Anwendungen im GHz-Bereich. Es wird einem Frequenzteiler FT1 zugeführt, daß das abgegriffene Frequenz- signal f um einen Vorteilerwert D in der Größenordnung von 100 bis 1000 so unterteilt, daß die Frequenz des herunterge- teilten Frequenzsignals im MHz-Bereich liegt.

Das so heruntergeteilte Frequenzsignal f/D wird in einem dem Frequenzteiler FT1 nachgeschalteten Komparator K so aufberei- tet, daß seine Flanken in ihrer Steilheit erhöht werden. Das derart aufbereitete Frequenzsignal fO wird anschließend über einen Multiplexer-Baustein MUX dem ersten Eingang E1 eines logischen EX-ODER-Gatters EX zugeführt. Gleichzeitig wird das über den Multiplexer-Baustein MUX geführte Frequenzsignal fO zu einem Verzögerungszeitglied T geführt, das ein zum Fre-

quenzsignal fO verzögertes Frequenzsignal fv erzeugt. Dieses wird dem zweiten Eingang E2 des EX-ODER-Gatters EX zugeführt.

Aufgrund der logischen Verknüpfung, die das EX-ODER-Gatter zwischen den Frequenzsignalen fO und fv bildet, werden am Ausgang a des EX-ODER-Gatters EX digitale Impulse DI entste- hen, deren Repetitionsrate der Frequenz des heruntergeteilten Frequenzsignals f/D entspricht.

Diese digitalen Impulse DI werden einem Tiefpaßfilter TP zu- geführt und von diesem in einen Gleichspannungswert UMO kon- vertiert, der proportional der Frequenz f des Mikrowellen- Oszillators MO ist. Somit ist die bei einem bestimmten Wert des Steuersignals US entstehende Frequenz des Oszillators be- kannt und kann im Mikrocontroller uP entsprechend den bei M.

Vossiek et al. (a. a. 0.) angegebenen Kompensationsverfahren durch Generieren entsprechender Korrekturwerte so adaptiert werden, daß der Frequenzlauf des Oszillators MO innerhalb vorgegebener Maximalabweichungen streng linear ist.

Im Zusammenhang mit dem Verzögerungszeitglied T ist noch eine besondere Problematik zu erörtern. So zeigen kommerziell ver- fügbare digitale Verzögerungszeitglieder T, die typischerwei- se eine Signalverzögerung um eine feste Zeit von z. B. 10 bis 20 nsec des eingespeisten Signals hervorrufen, eine Exemplar- streuung und Temperaturdrift auf. Diese Ungenauigkeit der von dem Verzögerungszeitglied T hervorgerufenen Verzögerung hat eine Einschränkung der Genauigkeit der Frequenzmessung zur Folge, die vermieden werden soll. Insofern wird als zusätzli- che vorteilhafte Maßnahme beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Kalibrierung im Rahmen der Frequenzdetektion und-kor- rektur vorgenommen. Dabei werden zwei Referenz-Frequenzen fief1 und fRef2 tuber den Multiplexer-Baustein MUX in die aus EX-ODER-Gatter EX und Verzögerungselement T bestehende Bau- gruppe eingespeist und das dabei jeweils auftretende Aus- gangssignal des EX-ODER-Gatters EX über den Tiefpaßfilter TP in zugeordnete Gleichspannungswerte Urefl und Uref2 konver-

tiert. Unter der Annahme einer hohen Linearität bei der Um- setzung der digitalen Impulse DI aus der Baugruppe EX-ODER- Gatter EX, Verzögerungszeitglied T und Tiefpaßfilter TP läßt sich die Frequenz-Spannungs-Kennlinie FSK der Anordnung exakt bestimmen. Dies ist in Figur 2 augenfällig dargestellt. Typi- scherweise läßt sich durch diese Kalibrierung der Restfehler bei der Frequenzmessung unter 1 % drücken, was für die prak- tische Anwendung-wie eingangs erörtert-als ausreichend gelten kann.

Die beiden Referenz-Frequenzen fief1 und fRef2 liegen im übri- gen im selben Frequenzbereich wie das heruntergeteilte Fre- quenzsignal f/D und sind zweckmäßigerweise quarzstabile Fre- quenzen. Letztere können beispielsweise von der Taktung des Mikrocontrollers uP abgeleitet werden.