[go: up one dir, main page]

DE102013220131B4 - Imaging system with orthogonal transmit signals - Google Patents

Imaging system with orthogonal transmit signals Download PDF

Info

Publication number
DE102013220131B4
DE102013220131B4 DE102013220131.1A DE102013220131A DE102013220131B4 DE 102013220131 B4 DE102013220131 B4 DE 102013220131B4 DE 102013220131 A DE102013220131 A DE 102013220131A DE 102013220131 B4 DE102013220131 B4 DE 102013220131B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signals
frequency
antennas
transmission
sample
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.)
Active
Application number
DE102013220131.1A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102013220131A1 (en
Inventor
Tobias Köppel
Andreas Genghammer
Andreas Schiessl
Lorenz-Peter Schmidt
Sebastian Methfessel
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.)
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Original Assignee
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
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 Rohde and Schwarz GmbH and Co KG, Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg filed Critical Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority to DE102013220131.1A priority Critical patent/DE102013220131B4/en
Publication of DE102013220131A1 publication Critical patent/DE102013220131A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102013220131B4 publication Critical patent/DE102013220131B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/887Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for detection of concealed objects, e.g. contraband or weapons
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Verfahren zur Abbildung eines Objekts, mit den folgenden Schritten:simultanes Aussenden (402) von Signalen zur Objektausleuchtung im Mikrowellenbereich oder im Millimeterwellenbereich durch eine Mehrzahl von Sendeantennen (104), wobei jede der Mehrzahl von Sendeantennen (104) auf einer eigenen Sendefrequenz sendet und die Sendefrequenzen so gewählt werden, dass die darauf gesendeten Sendesignale zueinander orthogonal sind;Empfangen (404) vom Objekt reflektierter Signale durch eine Mehrzahl von Empfangsantennen (106); undBestimmen (406) einer Abbildung des Objekts basierend auf den von den Empfangsantennen (106) empfangenen Signalen;wobei jede der Sendeantennen (104) zeitlich nacheinander Signale gemäß einem eigenen Frequenzvektor aussendet, undwobei der Frequenzvektor eine Mehrzahl von Sendefrequenzen (f_100, f_101, f_102) definiert,wobei jeder Frequenzvektor eine Folge von Sendefrequenzen (f_100, f_101, f_102, f_200, f_201, f_202) umfasst, undeinander entsprechende Sendefrequenzen (f_100, f_200) unterschiedlicher Frequenzvektoren einen gegenseitigen Frequenzversatz Δf aufweisen,wobei für eine Trennung der Signale mit Frequenzversatz Δf die von den Empfangsantennen empfangenen Signale mit einer Anzahl N_sample von Abtastwerten abgetastet werden mit N_sample = 2 * N_carrier + 2, wobei N_carrier die Zahl simultan aktiver Sendeantennen angibt.Method for imaging an object, with the following steps:simultaneous transmission (402) of signals for object illumination in the microwave range or in the millimeter wave range by a plurality of transmitting antennas (104), each of the plurality of transmitting antennas (104) transmitting on its own transmission frequency and the transmission frequencies are selected such that the transmission signals transmitted thereon are mutually orthogonal;receiving (404) signals reflected from the object by a plurality of receiving antennas (106); anddetermining (406) an image of the object based on the signals received from the receiving antennas (106);wherein each of the transmitting antennas (104) emits signals sequentially in time according to its own frequency vector,andwherein the frequency vector comprises a plurality of transmission frequencies (f_100, f_101, f_102) defined,wherein each frequency vector comprises a sequence of transmission frequencies (f_100, f_101, f_102, f_200, f_201, f_202), andcorresponding transmission frequencies (f_100, f_200) of different frequency vectors have a mutual frequency offset Δf,wherein for a separation of the signals with frequency offset Δf the signals received from the receiving antennas are sampled with a number N_sample of samples with N_sample = 2 * N_carrier + 2, where N_carrier indicates the number of simultaneously active transmitting antennas.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Ausleuchtung und Abbildung von Objekten mithilfe elektromagnetischer Millimeterwellenstrahlung.The present invention relates to a method and a system for illuminating and imaging objects using electromagnetic millimeter wave radiation.

Millimeterwellen- bzw. Mikrowellen-Systeme werden zunehmend in der zerstörungsfreien Materialprüfung und für Personenscanner eingesetzt. Millimeterwellen eignen sich bspw. zur Detektion metallischer wie auch nichtmetallischer Objekte, bspw. keramischer Objekte. Gleichzeitig sind Luft, Materialien, wie sie etwa für Kleidung verwendet werden, etc. transparent für derartige Strahlung. Somit eignen sich Millimeter- oder Mikrowellen wellen bspw. zur berührungslosen Detektion unter der Kleidung verborgener Gegenstände. Entsprechende Scanner können Metalldetektoren ergänzen oder ersetzen, etwa im Bereich von Sicherheitskontrollen an Flughäfen oder sicherheitsrelevanten öffentlichen Einrichtungen.Millimeter wave or microwave systems are increasingly being used in non-destructive material testing and for personal scanners. For example, millimeter waves are suitable for detecting metallic as well as non-metallic objects, for example ceramic objects. At the same time, air, materials such as those used for clothing, etc. are transparent to such radiation. Thus, millimeter or microwave waves are suitable, for example, for non-contact detection of objects hidden under clothing. Corresponding scanners can supplement or replace metal detectors, for example in the area of security checks at airports or security-relevant public facilities.

Beim Betrieb eines derartigen Scanners wird ein Mikrowellensignal mit einer gegebenen Bandbreite erzeugt und von mindestens einer Antenne in Richtung eines menschlichen Körpers mit ggf. unter der Kleidung verborgenen Objekten ausgesendet. Die Mikrowellensignale werden vom Körper und von den versteckten Objekten reflektiert. Die Reflektionen werden von mindestens einer Antenne empfangen. Sende- und Empfangsantenne können separat vorgesehen sein.When such a scanner is operated, a microwave signal with a given bandwidth is generated and emitted by at least one antenna in the direction of a human body with objects that may be hidden under clothing. The microwave signals are reflected from the body and hidden objects. The reflections are received by at least one antenna. Transmitting and receiving antennas can be provided separately.

Ein Scanner kann auch eine Vielzahl von Sende- und/oder Empfangsantennen umfassen. Ein derartiger Scanner kann bspw. in einem multistatischen Modus betrieben werden, bei dem eine Sendeantenne ein Signal aussendet und Reflektionen dieses Signals nach Amplitude und Phasenlage von mehreren oder allen Empfangsantennen empfangen werden.A scanner can also include a multiplicity of transmitting and/or receiving antennas. Such a scanner can be operated, for example, in a multistatic mode, in which a transmitting antenna emits a signal and reflections of this signal are received by a number or all of the receiving antennas according to amplitude and phase position.

Es können Verfahren der Apertursynthese zur Anwendung kommen, bspw. Verfahren der digitalen Keulenformung („Digital Beamforming“, DBF), bei denen eine Fokussierung der ausgesendeten und/oder der empfangenen Strahlung zur Objektabtastung ohne mechanische Bewegung der Antennen oder elektromagnetische Bündelung durch Linsen oder dgl. erfolgen kann. Stattdessen erfolgt eine Fokussierung nur durch gezielte Ansteuerung der Sendeantennen und/oder Auswertung der von den Empfangsantennen detektierten Signale. Bei letzteren wird bspw. durch einen softwarebasierten Algorithmus ein von einem gegebenen Raumpunkt in Richtung auf mehrere Antennen reflektiertes und dort empfangenes Signal entsprechend ausgewertet.Aperture synthesis methods can be used, e.g. digital beamforming (DBF) methods, in which the emitted and/or received radiation for object scanning can be focused without mechanical movement of the antennas or electromagnetic bundling by lenses or the like . Instead, focusing only takes place through targeted activation of the transmitting antennas and/or evaluation of the signals detected by the receiving antennas. In the case of the latter, a signal reflected from a given point in space in the direction of a number of antennas and received there is evaluated accordingly, for example using a software-based algorithm.

Aus der DE 10 2011 005 145 A1 ist ein Millimeterwellen-Scanner bekannt, der nach einem multistatischen Verfahren arbeitet. Der Scanner umfasst eine Antennenanordnung, die aus einem oder mehreren Antennenclustern aufgebaut ist. Ein Antennencluster umfasst dabei mehrere Sendeantennen, die in einem vorbestimmten Bereich angeordnet sind, sowie eine Anzahl von Empfangsantennen, die in einem anderen Bereich angeordnet sind. Durch das Zusammenschalten mehrerer Antennencluster kann eine größere Apertur erreicht werden. Auf diese Weise kann in einem größeren räumlichen Bereich gemessen werden, ohne dass die räumliche Position oder Orientierung eines Antennenclusters verändert werden müsste.From the DE 10 2011 005 145 A1 a millimeter wave scanner is known which works according to a multistatic method. The scanner includes an antenna array made up of one or more antenna clusters. In this case, an antenna cluster comprises a plurality of transmitting antennas, which are arranged in a predetermined area, and a number of receiving antennas, which are arranged in another area. A larger aperture can be achieved by interconnecting several antenna clusters. In this way, measurements can be made in a larger spatial area without having to change the spatial position or orientation of an antenna cluster.

Zur Abbildung von Objekten, die sich in Bezug auf den Scanner bewegen, sollten die Messzeiten zur Belichtung bzw. Ausleuchtung des Objekts ausreichend kurz sein, um Bildunschärfen zu minimieren und so verwertbare Bilder zu erhalten. So werden bspw. im Bereich von Personenscannern üblicherweise Messzeiten von bis zu 15 Millisekunden, bevorzugt 10 Millisekunden, für ausreichend kurz angesehen, um verwertbare Bilder zu erhalten.To image objects that move in relation to the scanner, the measurement times for exposure or illumination of the object should be short enough to minimize image blurring and thus obtain usable images. For example, in the area of personal scanners, measurement times of up to 15 milliseconds, preferably 10 milliseconds, are usually considered sufficiently short to obtain usable images.

Zur Realisierung derart kurzer Messzeiten sind allerdings für eine ausreichend hohe Abbildungsqualität (d.h. hohe Messdynamik) entsprechend leistungsfähige Hardware-Komponenten erforderlich und daher für praktische Implementierungen auch eine hohe Integrationsdichte des Systems. Hier bestehen allerdings Grenzen was die technische Machbarkeit und/oder die Systemkosten betrifft.In order to achieve such short measurement times, however, correspondingly powerful hardware components are required for a sufficiently high imaging quality (i.e. high measurement dynamics) and therefore a high integration density of the system for practical implementations. However, there are limits in terms of technical feasibility and/or system costs.

WO 2009/ 036 507 A1 offenbart ein Radarabbildungssystem zum Erfassen eines Bildes eines Objekts bei visueller Beeinträchtigung. WO 2009/036507 A1 discloses a radar imaging system for capturing an image of an object when visually impaired.

YANG, Jungang [et al.]: Synthetic aperture radar imaging using stepped frequency waveform. In: IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 50, 2012, No. 5, S. 2026-2036. - ISSN 0196-2892 offenbart ein Radarbildgebungssystem mit synthetischer Apertur, welches eine abgestufte Frequenzwellenform verwendet.YANG, Jungang [et al.]: Synthetic aperture radar imaging using stepped frequency waveform. In: IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 50, 2012, no. 5, pp. 2026-2036. - ISSN 0196-2892 discloses a synthetic aperture radar imaging system using a stepped frequency waveform.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bzw. System zur Abbildung eines Objekts im Mikrowellen- bzw. Millimeterwellenbereich vorzuschlagen, welches die konkurrierenden Anforderungen kurzer Messzeiten und praktisch erreichbarer hoher Integrationsdichte bei vertretbaren Kosten optimiert.One object of the present invention is to propose a method or system for imaging an object in the microwave or millimeter wave range, which optimizes the competing requirements of short measurement times and a practically achievable high integration density at reasonable costs.

Die Aufgabe wird für den Verfahrensaspekt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für den Systemaspekt durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.The object is achieved by the features of claim 1 for the method aspect and by the features of claim 9 for the system aspect.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abbildung eines Objekts vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst: Simultanes Aussenden von Signalen zur Objektausleuchtung im Mikrowellenbereich oder im Millimeterwellenbereich durch eine Mehrzahl von Sendeantennen, wobei jede der Mehrzahl von Sendeantennen auf einer eigenen Sendefrequenz sendet und die Sendefrequenzen so gewählt werden, dass die darauf gesendeten Sendesignale zueinander orthogonal sind; Empfangen vom Objekt reflektierter Signale durch eine Mehrzahl von Empfangsantennen; und Bestimmen einer Abbildung des Objekts basierend auf den von den Empfangsantennen empfangenen Signalen; wobei jede der Sendeantennen zeitlich nacheinander Signale gemäß einem eigenen Frequenzvektor aussendet, und wobei der Frequenzvektor eine Mehrzahl von Sendefrequenzen definiert, wobei jeder Frequenzvektor eine Folge von Sendefrequenzen umfasst, und einander entsprechende Sendefrequenzen unterschiedlicher Frequenzvektoren einen gegenseitigen Frequenzversatz Δf aufweisen, wobei für eine Trennung der Signale mit Frequenzversatz Δf die von den Empfangsantennen empfangenen Signale mit einer Anzahl N_sample von Abtastwerten abgetastet werden mit N_sample = 2 * N_carrier + 2, wobei N_carrier die Zahl simultan aktiver Sendeantennen angibt.According to the invention, a method for imaging an object is proposed, which comprises the following steps: Simultaneous transmission of signals for object illumination in the microwave range or in the millimeter wave range by a plurality of transmission antennas, each of the plurality of transmission antennas transmitting on its own transmission frequency and the transmission frequencies being selected in this way that the transmission signals sent thereon are orthogonal to one another; receiving signals reflected from the object by a plurality of receiving antennas; and determining an image of the object based on the signals received from the receiving antennas; wherein each of the transmitting antennas emits signals in chronological succession according to its own frequency vector, and wherein the frequency vector defines a plurality of transmission frequencies, each frequency vector comprising a sequence of transmission frequencies, and transmission frequencies of different frequency vectors which correspond to one another have a mutual frequency offset Δf, whereby for a separation of the signals with frequency offset Δf, the signals received by the receiving antennas are sampled with a number N_sample of samples with N_sample=2*N_carrier+2, where N_carrier indicates the number of simultaneously active transmitting antennas.

Das System kann zur Ausleuchtung und Abbildung eines Objekts wie etwa eines Menschen oder auch eines Tieres oder unbelebten Objekts ausgelegt sein. Bestimmte Ausführungsformen des Systems haben den Verwendungszweck, am Körper eines Menschen unter dessen Kleidung verborgene Objekte zu detektieren, was nicht-metallische Objekte wie etwa keramische Waffen oder körpernah geformte Objekte aus plastischen Sprengstoffen einschließen kann.The system can be designed to illuminate and image an object such as a human being or an animal or inanimate object. Certain embodiments of the system have an intended use for detecting objects concealed on a human's body under clothing, which may include non-metallic objects such as ceramic weapons or body-molded objects made from plastic explosives.

Bei den Sende- und/oder Empfangsantennen kann es sich bspw. um Hornantennen handeln. Die elektromagnetische Strahlung kann etwa Mikrowellen umfassen, also bspw. Strahlung im Wellenlängenbereich von 1 Millimeter bis 10 Millimeter. Die Begriffe „Millimeterwellen“ und „Mikrowellen“ werden in dieser Offenbarung gelegentlich synonym verwendet. Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Frequenz der ausgesendeten Signale bei 70 Gigahertz oder mehr, bspw. in einem Bereich von 70 Gigahertz bis 81 Gigahertz.The transmitting and/or receiving antennas can be horn antennas, for example. The electromagnetic radiation can include microwaves, for example, radiation in the wavelength range from 1 millimeter to 10 millimeters. The terms "millimeterwave" and "microwave" are sometimes used interchangeably in this disclosure. In some embodiments, a frequency of the transmitted signals is 70 gigahertz or more, for example in a range from 70 gigahertz to 81 gigahertz.

Zur Objektausleuchtung können Signale in Richtung auf ein Objekt, bspw. bevorzugt in Richtung auf einen vorgegebenen Objekt- oder Messbereich hin ausgesendet und/oder empfangen werden. Zusätzlich oder alternativ kann bei bestimmten Ausführungsformen eine senderseitige und/oder empfangsseitige synthetische Fokussierung vorgenommen werden. Die Abbildung des Objekts kann etwa basierend auf einer synthetischen Fokussierung bestimmt werden, wie sie aus Verfahren der digitalen Keulenformung (DBF, „Digital Beam Forming“) bekannt ist.To illuminate an object, signals can be transmitted and/or received in the direction of an object, for example preferably in the direction of a specified object or measurement area. Additionally or alternatively, in certain embodiments, synthetic focusing can be performed at the transmitter end and/or at the receiver end. The imaging of the object can be determined, for example, based on synthetic focusing, as is known from digital beam forming (DBF, “Digital Beam Forming”) processes.

Von mehreren Sendeantennen simultan ausgesendete Sendesignale sollen orthogonal zueinander sein; es kann sich bspw. um OFDM(„Orthogonal Frequency Division Multiplex“)-Signale handeln. Hierunter wird zunächst verstanden, dass innerhalb einer gegebenen Bandbreite im Frequenzbereich zwischen simultan ausgesendeten Signalen ein gegebener Frequenzversatz Δf vorhanden ist, wie für FDM(„Frequency Division Multiplex“)-Systeme bekannt. Der Frequenzversatz Δf soll darüber hinaus in spezieller Weise gewählt sein, nämlich so, dass sich die Frequenzen der simultan ausgesendeten Signale jeweils um ein ganzes Vielfaches (im Sinne der natürlichen Zahlen) einer Grundfrequenz unterscheiden. Werden bspw. zwei Signale mit Frequenzen f_1 und f_2 simultan ausgesendet, und sollen diese Signale (bzw. die entsprechenden, vom Objekt reflektierten Signale wie sie vom Empfänger empfangen werden) orthogonal zueinander sein, so muss für die Frequenzen gelten: f_1 = f_LO + m * f, f_2 = f LO + n * f, wobei m, n natürliche Zahlen sind, f eine Grundfrequenz ist, bspw. ein Bruchteil einer Abtastfrequenz, und f_LO eine Umsetzungsfrequenz (LO, „Local Oscillator“), um welche ein Empfänger bei manchen Systemen ein Empfangssignal in ein zumeist niedrigeres Frequenzband, bspw. eine Zwischenfrequenz (ZF), umsetzt. Für ein System ohne Mischung, bspw. ohne Herabmischung auf ein ZF-Signal im Empfänger, wäre in den obigen Gleichungen f_LO = 0 in Einheiten von Hertz oder einer anderen Einheit zur Frequenzmessung.Transmission signals transmitted simultaneously by several transmission antennas should be orthogonal to one another; it can be, for example, OFDM (“Orthogonal Frequency Division Multiplex”) signals. This means that within a given bandwidth in the frequency range, there is a given frequency offset Δf between simultaneously transmitted signals, as is known for FDM (“Frequency Division Multiplex”) systems. In addition, the frequency offset Δf should be selected in a special way, namely in such a way that the frequencies of the simultaneously transmitted signals each differ by a whole multiple (in the sense of the natural numbers) of a fundamental frequency. If, for example, two signals with frequencies f_1 and f_2 are transmitted simultaneously and these signals (or the corresponding signals reflected by the object as received by the receiver) are to be orthogonal to one another, the following must apply to the frequencies: f_1 = f_LO + m * f, f_2 = f LO + n * f, where m, n are natural numbers, f is a fundamental frequency, e.g. a fraction of a sampling frequency, and f_LO is a conversion frequency (LO, "Local Oscillator") around which a receiver Some systems convert a received signal into a mostly lower frequency band, e.g. an intermediate frequency (IF). For a system with no mixing, e.g. no down-conversion to an IF signal at the receiver, in the above equations f_LO = 0 would be in units of Hertz or some other frequency measurement unit.

Einige Ausführungsformen sehen vor, dass jede der Sendeantennen Signale gemäß einem eigenen Frequenzvektor aussendet. Der Frequenzvektor gibt eine Mehrzahl von Sendefrequenzen vor, also eine Folge oder Reihe von Sendefrequenzen. Mit diesen Frequenzen wird dann zeitlich nacheinander eine Folge oder Reihe von Sendesignalen ausgesendet. Bspw. kann für jede gemäß Frequenzvektor vorgesehene Frequenz genau einmal ein Sendesignal mit dieser Frequenz ausgesendet werden, wobei nach einem bestimmten Zeitraum, z.B. einem Messzeitintervall, gemäß Vorgabe durch den Frequenzvektor zur nächsten Sendefrequenz weitergeschaltet wird.Some embodiments provide that each of the transmission antennas emits signals according to its own frequency vector. The frequency vector specifies a plurality of transmission frequencies, ie a sequence or series of transmission frequencies. A sequence or series of transmission signals is then transmitted in chronological succession with these frequencies. For example, a transmission signal with this frequency can be transmitted exactly once for each frequency provided according to the frequency vector, with switching to the next transmission frequency after a certain period of time, e.g. a measurement time interval, as specified by the frequency vector.

Bei bestimmten Ausführungsformen sind Gruppen von Sendeantennen vorgesehen. Die Gruppen unterscheiden sich dadurch, dass jeder Gruppe ein eigener Frequenzvektor zugeordnet ist, d.h. es gibt mindestens so viele unterschiedliche Frequenzvektoren wie Gruppen von Sendeantennen. Die Frequenzvektoren der unterschiedlichen Gruppen können gleich lang sein, oder können eine unterschiedliche Anzahl an Sendefrequenzen vorgeben. Bspw. können zu einem bestimmten Zeitpunkt nur die Sendeantennen einer Gruppe oder mehrerer Gruppen senden, während die Antennen einer anderen Gruppe oder mehrerer anderer Gruppen zu diesem Zeitpunkt nicht senden.In certain embodiments, arrays of transmit antennas are provided. The groups differ in that each group is assigned its own frequency vector, ie there are at least as many different frequency vectors as there are groups of transmitting antennas. The frequency vectors of the different groups can be of the same length, or can be one under specify a different number of transmission frequencies. For example, only the transmitting antennas of one group or groups can transmit at a certain point in time, while the antennas of another group or groups are not transmitting at that point in time.

Bei bestimmten Ausführungsformen unterscheiden sich die Frequenzvektoren in allen Frequenzpunkten, d.h. Sendefrequenzen, so dass jede Sendefrequenz nur genau einer Gruppe zugeordnet ist. Dies muss aber nicht zwingend so sein. Von Bedeutung ist lediglich, dass simultan mehrere Sendesignale interferenzfrei (d.h. orthogonal zueinander) ausgesendet werden. Bei manchen Ausführungsformen unterscheiden sich die Frequenzvektoren der unterschiedlichen Gruppen untereinander um jeweils nur mindestens eine Sendefrequenz oder nur einige Sendefrequenzen. Stimmen Sendefrequenzen zweier oder mehrerer Gruppen überein, müssen diese nicht zwingend zur selben Zeit ausgesendet werden. Stimmen die Sendefrequenzen zweier Vektoren für ein- und denselben Messzeitpunkt überein, ist dies äquivalent zu einer dynamischen Gruppierung, bei der eine Antenne oder mehrere oder alle Sendeantennen während des Messvorgangs unterschiedlichen Gruppen zugeordnet werden.
Somit kann bei einem System mit mehreren Sendeantennen (zu einem bestimmten Messzeitpunkt) jede Sendeantenne genau einer Gruppe zugeordnet sein. Es ist aber auch denkbar, dass einige Sendeantennen eines Systems keiner Gruppe zugeordnet werden, bspw. werden diese Antennen generell oder für einen momentanen Messzeitpunkt nicht verwendet. Ist eine Antenne keiner Gruppe mit deren Frequenzvektoren zugeordnet und soll dennoch für den Messprozess verwendet werden, so muss für diese Antenne ein Frequenzvektor bereitgestellt werden, auch wenn dieser im Vergleich zu den anderen Frequenzvektoren bspw. nur einen einzigen Frequenzpunkt oder eine kleinere oder größere Anzahl an Frequenzpunkten aufweist.
In certain embodiments, the frequency vectors differ at all frequency points, ie transmission frequencies, so that each transmission frequency is assigned to exactly one group. But this does not necessarily have to be the case. The only important thing is that several transmission signals are transmitted simultaneously without interference (ie orthogonally to one another). In some embodiments, the frequency vectors of the different groups differ from one another by only at least one transmission frequency or only a few transmission frequencies. If the transmission frequencies of two or more groups match, they do not necessarily have to be transmitted at the same time. If the transmission frequencies of two vectors match for one and the same measurement time, this is equivalent to a dynamic grouping in which one antenna or several or all transmission antennas are assigned to different groups during the measurement process.
Thus, in a system with several transmitting antennas (at a specific measurement time), each transmitting antenna can be assigned to exactly one group. However, it is also conceivable that some transmission antennas of a system are not assigned to any group, for example these antennas are not used in general or for a momentary measurement time. If an antenna is not assigned to a group with its frequency vectors and is still to be used for the measurement process, a frequency vector must be provided for this antenna, even if this has only a single frequency point or a smaller or larger number of frequency points than the other frequency vectors has frequency points.

Mindestens ein Frequenzvektor kann eine Folge äquidistanter Sendefrequenzen umfassen, d.h. die Sendefrequenzen des Vektors unterscheiden sich um einen konstanten Frequenzabstand D_f oder ein Vielfaches davon. In einem Beispiel kann ein Frequenzvektor V_1 insgesamt 64 Frequenzen umfassen, wobei f_0 = 70 GHz (Gigahertz), f_1 = f_0 + D_f, f_2 = f_0 + 2D_f, ... , f_63 = f_0 + 63D_f, und D_f = 158,73 MHz (Megahertz).At least one frequency vector can include a sequence of equidistant transmission frequencies, i.e. the transmission frequencies of the vector differ by a constant frequency spacing D_f or a multiple thereof. In one example, a frequency vector V_1 may include a total of 64 frequencies, where f_0 = 70 GHz (gigahertz), f_1 = f_0 + D_f, f_2 = f_0 + 2D_f, ... , f_63 = f_0 + 63D_f, and D_f = 158.73 MHz (megahertz).

Liegen bei manchen Ausführungsformen mehrere Sendergruppen vor, gibt es auch mehrere Frequenzvektoren, wobei die Frequenzvektoren etwa einen gegenseitigen Frequenzversatz Δf oder ein Vielfaches davon aufweisen können, so dass einander entsprechende Sendefrequenzen unterschiedlicher Frequenzvektoren einen gegenseitigen Frequenzversatz Δf aufweisen, d.h. etwa Sendefrequenzen auf gleichen Positionen innerhalb ihrer jeweiligen Frequenzvektoren. Für einen Frequenzversatz von bspw. Δf = 16,67 MHz wären also die Sendefrequenzen für den obigen Beispielvektor Vf_1: f_100 = 70 GHz, ..., f_163 = 80 GHz; für einen um 1Δf versetzten Vektor Vf_2: f_200 = 70,01667 GHz, ..., f_263 = 80,01667 GHz; für einen um 2Δf versetzten Vektor Vf_3: f_300 = 70,03333 GHz, ..., f_363 = 80,03333 GHz, usw.If there are several transmitter groups in some embodiments, there are also several frequency vectors, with the frequency vectors having a mutual frequency offset Δf or a multiple thereof, so that transmission frequencies of different frequency vectors that correspond to one another have a mutual frequency offset Δf, ie approximately transmission frequencies at the same positions within them respective frequency vectors. For a frequency offset of Δf = 16.67 MHz, for example, the transmission frequencies for the example vector Vf_1 above would be: f_100 = 70 GHz, ..., f_163 = 80 GHz; for a vector Vf_2 shifted by 1Δf: f_200 = 70.01667 GHz, ..., f_263 = 80.01667 GHz; for a vector Vf_3 shifted by 2Δf: f_300 = 70.03333 GHz, ..., f_363 = 80.03333 GHz, etc.

Wie aus dem obigen Beispiel ersichtlich, können die Frequenzvektoren bspw. eine Messbandbreite von 10 GHz oder mehr abdecken. Wie weiterhin ersichtlich, kann insbesondere ein fester Frequenzversatz Δf vorgesehen sein. Der Frequenzversatz Δf kann bspw. so gewählt sein, dass parallel ausgesendete Signale unterschiedlicher Frequenzvektoren nicht nur orthogonal sind, sondern auch innerhalb einer Empfangsbandbreite der Empfangsantennen bzw. genauer von Empfangskanälen der nachgeschalteten Signalverarbeitung liegen, so dass simultan ausgesendete Signale mehrerer Sendeantennen simultan empfangen werden können, bspw. basierend auf einer Empfangsbandbreite wie sie sich aus einer Abtastrate im Empfänger ergibt.As can be seen from the example above, the frequency vectors can cover a measurement bandwidth of 10 GHz or more, for example. As can also be seen, a fixed frequency offset Δf can be provided in particular. The frequency offset Δf can, for example, be selected in such a way that signals of different frequency vectors transmitted in parallel are not only orthogonal, but also lie within a reception bandwidth of the reception antennas or, more precisely, of reception channels of the downstream signal processing, so that simultaneously transmitted signals from a number of transmission antennas can be received simultaneously. for example, based on a reception bandwidth as it results from a sampling rate in the receiver.

Bei der Bestimmung des Abbildes des ausgeleuchteten Objekts können Verfahren der digitalen Signalverarbeitung zur Anwendung kommen. Bspw. können die empfangenen Signale einer diskreten Fourier-Transformation (DFT) unterzogen werden. Alternativ kann etwa ein digitales Abwärtsmischen durchgeführt und ein Mittelungsfilter angewendet werden.Digital signal processing methods can be used to determine the image of the illuminated object. For example, the received signals can be subjected to a Discrete Fourier Transform (DFT). Alternatively, a digital downconversion can be performed and an averaging filter can be applied.

Für eine Analog-Digital-Wandlung ist eine analoge Repräsentation eines empfangenen Signals abzutasten. Um hierbei parallel empfangene Signale mit einem Frequenzversatz Δf trennen zu können, werden bei bestimmten Ausführungsformen die von den Empfangsantennen empfangenen Signale mit einer Anzahl N_sample von Abtastwerten abgetastet, wobei N_sample = 2 * N_carrier + 2, wobei N_carrier die Zahl simultan aktiver Sendeantennen angibt.For an analog-to-digital conversion, an analog representation of a received signal has to be sampled. In order to be able to separate signals received in parallel with a frequency offset Δf, in certain embodiments the signals received by the receiving antennas are sampled with a number N_sample of samples, where N_sample=2*N_carrier+2, where N_carrier specifies the number of simultaneously active transmitting antennas.

Bei einigen dieser Ausführungsformen wird der Frequenzversatz Δf so gewählt, dass gilt Δf = f_sample / N_sample = f_sample / (2 * N_carrier + 2), wobei f_sample eine Abtastfrequenz der von den Empfangsantennen empfangenen Signale angibt. Ein derartiger Frequenzversatz ermöglicht eine effiziente Signaltrennung.In some of these embodiments, the frequency offset Δf is chosen such that Δf=f_sample/N_sample=f_sample/(2*N_carrier+2), where f_sample indicates a sampling frequency of the signals received by the receiving antennas. Such a frequency offset enables efficient signal separation.

Bei anderen Ausführungsformen werden die von den Empfangsantennen empfangenen Signale mit einer Anzahl N_sample von Abtastwerten abgetastet, wobei N_sample = 2 * N_carrier + 1 ist (N_carrier gibt wieder die Zahl simultan aktiver Sendeantennen an). Hierbei kann der Frequenzversatz zu Δf = f_sample / (2 * N_carrier) gewählt werden, wenn f_sample wieder eine Abtastfrequenz der von den Empfangsantennen empfangenen Signale angibt.In other embodiments, the signals received by the receiving antennas are sampled with a number N_sample of samples, where N_sample=2*N_carrier+1 (N_carrier again indicates the number of simultaneously active transmit antennas). In this case, the frequency offset can be chosen to be Δf=f_sample/(2*N_carrier) if f_sample again indicates a sampling frequency of the signals received by the receiving antennas.

Bei einigen Ausführungsformen werden zur Bestimmung der Abbildung des Objekts vorgegebene Empfangssignale ausgeblendet. Bspw. werden bestimmte Empfangszeitpunkte maskiert, um ein Antennenübersprechen etwa von einer Sendeantenne auf eine benachbarte Empfangsantenne zu minimieren.In some embodiments, predetermined received signals are masked out to determine the image of the object. For example, specific reception times are masked in order to minimize antenna crosstalk, for example from one transmitting antenna to an adjacent receiving antenna.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein System zur Abbildung eines Objekts vorgeschlagen, welches umfasst: Eine Mehrzahl von Sendeantennen zur simultanen Aussendung von Signalen zur Objektausleuchtung im Mikrowellenbereich oder im Millimeterwellenbereich, wobei jede der Mehrzahl von Sendeantennen dazu ausgebildet ist, auf einer eigenen Sendefrequenz zu senden und wobei die Sendefrequenzen so gewählt sind, dass die darauf gesendeten Sendesignale zueinander orthogonal sind; eine Mehrzahl von Empfangsantennen zum Empfang vom Objekt reflektierter Signale; und eine Verarbeitungseinheit zur Bestimmung einer Abbildung des Objekts basierend auf den von den Empfangsantennen empfangenen Signalen; wobei jede der Sendeantennen dazu dient, zeitlich nacheinander Signale gemäß einem eigenen Frequenzvektor auszusenden, und wobei der Frequenzvektor eine Mehrzahl von Sendefrequenzen definiert, wobei jeder Frequenzvektor eine Folge von Sendefrequenzen umfasst, und einander entsprechende Sendefrequenzen unterschiedlicher Frequenzvektoren einen gegenseitigen Frequenzversatz Δf aufweisen, wobei die Verarbeitungseinheit ferner dazu dient für eine Trennung der Signale mit Frequenzversatz Δf die von den Empfangsantennen empfangenen Signale mit einer Anzahl N_sample von Abtastwerten abzutasten mit N_sample = 2 * N_carrier + 2, wobei N_carrier die Zahl simultan aktiver Sendeantennen angibt. Bei dem System kann es sich bspw. um einen Personenscanner handeln.According to the invention, a system for imaging an object is also proposed, which comprises: a plurality of transmitting antennas for the simultaneous transmission of signals for object illumination in the microwave range or in the millimeter wave range, each of the plurality of transmitting antennas being designed to transmit on its own transmission frequency and wherein the transmission frequencies are chosen such that the transmission signals transmitted thereon are orthogonal to one another; a plurality of receiving antennas for receiving signals reflected from the object; and a processing unit for determining an image of the object based on the signals received from the receiving antennas; wherein each of the transmitting antennas is used to emit signals in chronological succession according to its own frequency vector, and wherein the frequency vector defines a plurality of transmission frequencies, each frequency vector comprising a sequence of transmission frequencies, and transmission frequencies of different frequency vectors which correspond to one another have a mutual frequency offset Δf, the processing unit also serves for separating the signals with frequency offset Δf to sample the signals received from the receiving antennas with a number N_sample of samples with N_sample=2*N_carrier+2, where N_carrier indicates the number of simultaneously active transmitting antennas. The system can be a person scanner, for example.

Das System kann eine Mehrzahl von Clustern mit jeweils einer Mehrzahl Sendeantennen umfassen. Alle Sendeantennen eines Clusters können genau einer Sendergruppe mit eigenem Frequenzvektor zugeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen des Systems umfassen die Cluster jeweils eine Mehrzahl von Empfangsantennen. Die Verarbeitungseinheit kann ausgebildet sein, um eine Abbildung des Objekts basierend auf den Signalen der Empfangsantennen unabhängig von deren Cluster- oder Gruppenzugehörigkeit zu bestimmen. Bspw. können die simultan ausgesendeten Sendesignale mehrerer Sendergruppen von allen Empfangsantennen des Systems empfangen werden.The system may include a plurality of clusters each having a plurality of transmit antennas. All transmitting antennas in a cluster can be assigned to exactly one transmitter group with its own frequency vector. In some embodiments of the system, the clusters each include a plurality of receive antennas. The processing unit can be designed to determine an image of the object based on the signals of the receiving antennas, regardless of their cluster or group affiliation. For example, the simultaneously transmitted transmission signals of several transmitter groups can be received by all receiving antennas of the system.

Das System kann zum simultanen Auslesen aller Empfangskanäle eines Clusters, mehrerer Cluster, oder aller Empfangskanäle des Systems ausgebildet sein.The system can be designed for the simultaneous reading out of all reception channels of a cluster, several clusters, or all reception channels of the system.

Mit der Erfindung werden Systeme und Verfahren zur Abbildung eines Objekts im Mikro- bzw. Millimeterwellenbereich bereitgestellt, die es ermöglichen, dass mehrere Sendeantennen simultan senden und die reflektierten Signale simultan vermessen werden können. Die Verarbeitung reflektierter Signale, d.h. insbesondere die Trennung paralleler Signale, kann bei Verwendung orthogonaler Sendesignale besonders effizient erfolgen. Auf diese Weise kann ein Messzeitgewinn realisiert werden, was zu einer Verringerung der Bewegungsunschärfe in den Abbildungen führt. Die Anforderungen an die Hardware bleiben dabei im Wesentlichen unverändert.The invention provides systems and methods for imaging an object in the microwave or millimeter wave range, which make it possible for a plurality of transmitting antennas to transmit simultaneously and for the reflected signals to be measured simultaneously. The processing of reflected signals, i.e. in particular the separation of parallel signals, can be carried out particularly efficiently when using orthogonal transmission signals. In this way, a gain in measurement time can be realized, which leads to a reduction in motion blur in the images. The hardware requirements remain essentially unchanged.

Der limitierten Empfangsbandbreite realistischer Hardware-Konzeptionen kann dadurch Rechnung getragen werden, dass die Sendeantennen in Gruppen eingeordnet werden, wobei jede Gruppe Sendesignale gemäß einem eigenen Frequenzvektor aussendet. Die Frequenzvektoren der Gruppen können auf geeignete Weise z.B. geringfügig so gegeneinander versetzt werden, dass empfangene Signale verschiedener Gruppen innerhalb der Empfangsbandbreite des Empfangskanals liegen. So ist einerseits ein paralleler Empfang und damit Messzeitgewinn möglich. Andererseits kann auch eine Signaltrennung mit einem minimalen Aufwand realisiert werden. Auf diese Weise können die Anforderungen an die Hardware minimiert werden.The limited reception bandwidth of realistic hardware concepts can be taken into account by arranging the transmission antennas into groups, with each group emitting transmission signals according to its own frequency vector. The frequency vectors of the groups can be offset in a suitable manner, e.g. slightly, so that received signals from different groups lie within the reception bandwidth of the reception channel. On the one hand, parallel reception and thus a gain in measurement time are possible. On the other hand, signal separation can also be implemented with a minimum of effort. In this way, the hardware requirements can be minimized.

Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Hierbei zeigen:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems;
  • 2 eine Detailansicht des Systems aus 1 mit einem Antennencluster;
  • 3 in schematischer Form funktionale Komponenten des Systems aus 1 für eine Signalverarbeitung;
  • 4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des Betriebsverfahrens des Systems der 1 - 3;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Antennenclusters zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sendergruppierung;
  • 6A eine schematische Darstellung einer Senderapertur mit Antennenclustern zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Sendergruppierung;
  • 6B eine weitere Darstellung der Senderapertur der 6C zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Sendergruppierung;
  • 7A ein Diagramm zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Frequenzrasters aus mehreren versetzten Frequenzvektoren;
  • 7B ein Diagramm zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Frequenzrasters;
  • 8A ein Spektraldiagramm zur Veranschaulichung eines Zweitonsignals nach ZF-Umsetzung; und
  • 8B ein Spektraldiagramm zur Veranschaulichung einer Signaltrennung bei dem Zweitonsignal der 8A.
Further aspects and advantages of the invention are described below by way of example with reference to the accompanying drawings. Here show:
  • 1 an embodiment of an imaging system according to the invention;
  • 2 a detailed view of the system 1 with an antenna cluster;
  • 3 functional components of the system in schematic form 1 for signal processing;
  • 4 a flowchart to illustrate an embodiment of the method of operation of the system of FIG 1 - 3 ;
  • 5 a schematic representation of an antenna cluster to illustrate a first embodiment of a transmitter grouping;
  • 6A a schematic representation of a transmitter aperture with antenna clusters to illustrate a second embodiment of a transmitter grouping;
  • 6B another representation of the transmitter aperture of the 6C to illustrate a third embodiment of a transmitter grouping;
  • 7A a diagram to illustrate a first embodiment of a frequency grid from a plurality of offset frequency vectors;
  • 7B a diagram to illustrate a second embodiment of a frequency grid;
  • 8A a spectral diagram to illustrate a two-tone signal after IF conversion; and
  • 8B a spectral diagram to illustrate a signal separation in the two-tone signal 8A .

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems 100 schematisch dargestellt. Das System 100 umfasst hier einen senkrechten Rahmen 102, in dem eine Vielzahl analoger Frontend-Module bzw. Antennencluster 120 mit jeweils einer Mehrzahl von Sendeantennen 104 sowie Empfangsantennen 106 angeordnet sind. Die Sendeantennen 104 sind ausgebildet, um Mikrowellen in einen Bereich 108 vor dem Rahmen 102 einzustrahlen, und so ein dort befindliches Objekt auszuleuchten, bspw. eine Person. Die Empfangsantennen 106 dienen zum Empfang vom Objekt reflektierter Strahlung.In 1 an exemplary embodiment of an imaging system 100 according to the invention is shown schematically. The system 100 here comprises a vertical frame 102 in which a multiplicity of analog front-end modules or antenna clusters 120, each with a multiplicity of transmitting antennas 104 and receiving antennas 106, are arranged. The transmitting antennas 104 are designed to radiate microwaves into an area 108 in front of the frame 102 and thus to illuminate an object located there, for example a person. The reception antennas 106 serve to receive radiation reflected from the object.

Auf dem Boden vor dem Rahmen 102 befindet sich eine Bodenplatte 112 mit einem Reflektorelement 114. Platte 112 und Element 114 sind einem Winkel von 90° zum Rahmen 102 mit den Antennen 104, 106 angeordnet und begrenzen hier den Ausleuchtungsbereich 108 nach unten. Von den Sendeantennen 104 ausgesendete Mikrowellen werden durch das Reflektorelement 114 in Richtung auf das Objekt reflektiert. Außerdem wird vom Objekt reflektierte Strahlung in Richtung auf die Empfangsantennen 106 reflektiert. Das Element 114 kann etwa eine metallische reflektierende Platte umfassen, auf die sich eine auszuleuchtende Person in einem durch das Symbol 116 bezeichneten Bereich stellt.A base plate 112 with a reflector element 114 is located on the floor in front of the frame 102. Plate 112 and element 114 are arranged at an angle of 90° to the frame 102 with the antennas 104, 106 and delimit the illumination area 108 at the bottom. Microwaves transmitted from the transmission antennas 104 are reflected by the reflector element 114 in the direction of the object. In addition, radiation reflected by the object is reflected in the direction of the receiving antennas 106 . The element 114 can comprise a metallic reflecting plate, for example, on which a person to be illuminated stands in an area denoted by the symbol 116 .

Das System 100 realisiert mit den 32 Modulen 120 eine planare, ausgedünnte („sparse“) Apertur; eine Aperturgröße kann bei ca. 2 Quadratmetern liegen. Die Betriebsfrequenzen bzw. die Sendefrequenzen der ausgestrahlten Mikro- bzw. Millimeterwellen können im Bereich von 70 GHz bis über 80 GHz liegen. Zwar wird durch die Antennencluster 120 eine ausgedünnte Apertur realisiert, dennoch kann das in 1 gezeigte System 100 insgesamt etwa 3000 Sendeantennen bzw. Sendekanäle und etwa 3000 Empfangsantennen bzw. Empfangskanäle aufweisen. Die Organisation der Sende-/Empfangsantennen in den Clustern 120 kann gleichzeitig eine optimierte Realisierung in Bezug auf eine Integrationsdichte der Hardware (HW), System-Footprint, etc. darstellen.The system 100 implements a planar, thinned out ("sparse") aperture with the 32 modules 120; an aperture size can be about 2 square meters. The operating frequencies or transmission frequencies of the emitted microwave or millimeter waves can be in the range from 70 GHz to over 80 GHz. Although a thinned-out aperture is realized by the antenna cluster 120, the 1 system 100 shown have a total of about 3000 transmitting antennas or transmitting channels and about 3000 receiving antennas or receiving channels. The organization of the transmit/receive antennas in the clusters 120 can at the same time represent an optimized implementation with regard to an integration density of the hardware (HW), system footprint, etc.

Eine Verarbeitungseinheit 110 dient der Ansteuerung der Antennen 104, 106 und der Bestimmung einer Abbildung des Objekts basierend auf Signalen, welche die von den Empfangsantennen 106 empfangene Strahlung repräsentieren. Zur Erzielung einer geeigneten lateralen Auflösung ist die Verarbeitungseinheit 110 zu einer sender- und empfangsseitigen synthetischen Fokussierung ausgebildet, insbesondere können die Empfangsantennen mittels DBF („Digital Beamforming“) virtuell bspw. auf bestimmte Punkte am Objekt bzw. im Objektbereich 108 fokussiert werden. Eine gewünschte axiale Auflösung (d.h. in Richtung der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle) wird durch geeignete SFCW(„Stepped Frequency Continuous Wave“)-Verfahren erzielt.A processing unit 110 serves to control the antennas 104 , 106 and to determine an image of the object based on signals which represent the radiation received by the receiving antennas 106 . In order to achieve a suitable lateral resolution, the processing unit 110 is designed for a transmitter and receiver-side synthetic focusing; in particular, the receiving antennas can be focused virtually, for example, on specific points on the object or in the object region 108 using DBF (digital beamforming). A desired axial resolution (i.e. in the direction of propagation of the electromagnetic wave) is achieved by suitable SFCW (“Stepped Frequency Continuous Wave”) methods.

Die Antennen 104, 106 können in einem erfindungsgemäßen multistatischen Modus betrieben werden. Insbesondere senden in einem solchen Modus mehrere Sendeantennen 104 gleichzeitig, wobei die reflektierten Signale von einer Vielzahl der Empfangsantennen 106 empfangen werden.The antennas 104, 106 can be operated in a multistatic mode according to the invention. In particular, in such a mode, multiple transmit antennas 104 transmit simultaneously, with the reflected signals being received by a plurality of receive antennas 106 .

In 2 wird schematisch der Aufbau eines Frontendmoduls bzw. Antennenclusters 120 aus Richtung des Bestrahlungsbereiches 108 skizziert. Der Cluster 120 umfasst eine Mehrzahl von Sendeantennen 104 und eine Mehrzahl von Empfangsantennen 106. In einer praktischen Implementierung kann ein Antennencluster bspw. 96 Sendeantennen und 96 Empfangsantennen aufweisen, jedoch sind in 2 weniger Antennen eingezeichnet, was zur Erläuterung erfindungswesentlicher Aspekte ausreichend ist.In 2 the structure of a front-end module or antenna cluster 120 is sketched schematically from the direction of the irradiation area 108 . The cluster 120 includes a plurality of transmit antennas 104 and a plurality of receive antennas 106. In a practical implementation, an antenna cluster can have e.g. 96 transmit antennas and 96 receive antennas, but in 2 drawn fewer antennas, which is sufficient to explain aspects essential to the invention.

Bei der in 2 gezeigten Konfiguration sind die Sendeantennen 104 in einem senkrechten Muster 122 übereinander separat dazu die Empfangsantennen 106 in einem horizontalen Muster 124 angeordnet. Statt in senkrechten 122 bzw. waagerechten 124 Reihen können Sende- bzw. Empfangsantennen alternativ oder zusätzlich auch in anderen, auch überlappenden Mustern angeordnet sein, bspw. alternierend in einem gemeinsamen Muster. Jedoch wird aus Gründen der Übersichtlichkeit nachfolgend nur noch auf die in 2 gezeigte Konfiguration Bezug genommen.At the in 2 In the configuration shown, the transmit antennas 104 are stacked in a vertical pattern 122 separate from the receive antennas 106 in a horizontal pattern 124 . Instead of in vertical 122 or horizontal 124 rows, transmitting or receiving antennas can alternatively or additionally also be arranged in other, also overlapping patterns, for example alternating in a common pattern. However, for reasons of clarity, only the in 2 configuration shown.

3 zeigt in Form eines schematischen Blockschaltbildes einige funktionale Komponenten der Verarbeitungseinheit 110 aus 1. Ebenfalls nur schematisch angedeutet ist ein Antennenarray 302 mit einer Mehrzahl von Frontendmodulen 120 und darin integrierten Sende-/Empfangsantennen 104/106. Die Verarbeitungseinheit 110 umfasst ein digitales Backend 304 sowie eine Komponente 306 zur Bildrekonstruktion. 3 FIG. 12 shows some functional components of the processing unit 110 in the form of a schematic block diagram 1 . Also indicated only schematically is an antenna array 302 with a plurality of front-end modules 120 and transmitting/receiving antennas 104/106 integrated therein. The processing unit 110 includes a digital backend 304 and a component 306 for image reconstruction.

Ein Betriebsverfahren des Systems 100 und insbesondere der Verarbeitungseinheit 110 wird nachfolgend anhand des Flussdiagramms der 4 beschrieben. Das Verfahren betrifft generell eine Technik 400 zur Ausleuchtung und Abbildung eines Objekts im Mikro-/Millimeterwellenbereich.An operating method of the system 100 and in particular of the processing unit 110 is described below with reference to the flow chart of FIG 4 described. The method relates generally to a technique 400 for illuminating and imaging an object in the microwave/millimeter wave range.

In Schritt 402 steuert die Verarbeitungseinheit 110, bspw. die Backend-Komponente 304, mehrere Sendeantennen 104 so an, dass diese simultan (simultan, zeitgleich) Millimeterwellenstrahlung bzw. -signale zur Objektausleuchtung aussenden. Hierbei sendet jede der angesteuerten Sendeantennen 104 auf einer individuellen Sendefrequenz, die sich von der Sendefrequenz oder den Sendefrequenzen der anderen, parallel sendenden Antennen unterscheidet. Die Sendefrequenzen der parallel sendenden Antennen sind so gewählt, dass die darauf gesendeten Sendesignale zueinander orthogonal sind. Dies wird weiter unten im Detail erläutert.In step 402, the processing unit 110, for example the backend component 304, controls a plurality of transmitting antennas 104 in such a way that they simultaneously (simultaneously, at the same time) emit millimeter wave radiation or signals for object illumination. In this case, each of the controlled transmission antennas 104 transmits at an individual transmission frequency that differs from the transmission frequency or frequencies of the other antennas transmitting in parallel. The transmission frequencies of the antennas transmitting in parallel are selected in such a way that the transmission signals transmitted thereon are orthogonal to one another. This is explained in detail below.

Zur parallelen Ansteuerung der Antennen 104 gibt die Backend-Komponente 304 ein entsprechendes Steuersignal an einen Signalgenerator SigGen 308, der Hochfrequenzsignale bzw. RF(„Radio Frequency“)-Signale über eine entsprechende Mehrzahl von Verstärkern 310 an das Antennenarray 302 gibt. Im Beispiel der 3 werden zwei RF-Signale 311 zur Erzeugung eines Zweitonsignals an das Array 302 gegeben. Am Array 302 werden die Sendesignale an zwei Sendeantennen 104 gegeben, die dadurch parallel zur Aussendung von Mikrowellen angeregt werden. Die Antennen 104 können sich auf einem Modul 120 oder auf unterschiedlichen Modulen 120 befinden. Die Details der Arbeitsweise von Signalgeneratoren sowie Verstärkern zur Ansteuerung von Antennen sind dem Fachmann bekannt.For the parallel activation of the antennas 104, the backend component 304 sends a corresponding control signal to a signal generator SigGen 308, which sends high-frequency signals or RF (“Radio Frequency”) signals to the antenna array 302 via a corresponding plurality of amplifiers 310. In the example of 3 two RF signals 311 are applied to the array 302 to generate a two-tone signal. At the array 302, the transmission signals are sent to two transmission antennas 104, which are thereby excited in parallel to emit microwaves. The antennas 104 can be located on one module 120 or on different modules 120 . The details of how signal generators and amplifiers for controlling antennas work are known to those skilled in the art.

In Schritt 404 werden vom Objekt reflektierte Signale durch die Empfangsantennen 106 empfangen. Entsprechend den simultan ausgesendeten, zueinander orthogonalen Sendesignalen umfassen die Reflektionen simultan empfangene, zueinander orthogonale Empfangssignale (die unterschiedlichen Signallaufwege bzw. -zeiten werden hier vernachlässigt). Eine Umsetzung auf eine Zwischenfrequenz ZF kann bereits am Antennenarray 302 erfolgen, bspw. es kann jedes Modul 120 eine eigene Komponente zur ZF-Umsetzung enthalten. Die ZF-Empfangssignale aller Antennenmodule 120 bzw. aller Empfangsantennen 106 können dann parallel ausgelesen und an das Backend 304 übertragen werden 312. Alternativ kann eine ZF-Umsetzung auch erst im Backend erfolgen.In step 404 signals reflected from the object are received by the receiving antennas 106 . Corresponding to the simultaneously transmitted, mutually orthogonal transmission signals, the reflections include simultaneously received, mutually orthogonal reception signals (the different signal propagation paths or times are neglected here). A conversion to an intermediate frequency IF can already take place at the antenna array 302, for example each module 120 can contain its own component for IF conversion. The IF reception signals of all antenna modules 120 or all reception antennas 106 can then be read out in parallel and transmitted 312 to the backend 304. Alternatively, an IF conversion can also only take place in the backend.

Die Backend-Komponente 304 erhält 312 die parallelen Mehrton-Messdaten auf der Zwischenfrequenz ZF und führt eine Analog-Digital-Konvertierung (ADC, „Analog Digital Conversion“) in einer Unterkomponente 314 durch. Beispielsweise kann eine Digitalwandlung für alle Kanäle eines Antennenclusters oder aller Cluster durch entsprechende HW parallel erfolgen. Alternativ kann eine ADC auch bereits am Antennenarray 302 durchgeführt werden.The backend component 304 receives 312 the parallel multi-tone measurement data on the intermediate frequency IF and performs analog-to-digital conversion (ADC, “Analog Digital Conversion”) in a subcomponent 314 . For example, a digital conversion for all channels of an antenna cluster or all clusters can be carried out in parallel by appropriate hardware. Alternatively, an ADC can also already be carried out on the antenna array 302 .

In einer Unterkomponente 316 im Backend wird basierend auf den orthogonalen Eigenschaften der empfangenen Signale eine Signaltrennung SigSep („signal separation“) durchgeführt. Auch diese wird weiter unten im Detail diskutiert. Wie durch die Pfeile 318 angedeutet werden die getrennten Signale dann separat der Bildgewinnung ImgRec („image reconstruction“) in Komponente 306 zugeführt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein einheitlicher Datensatz an die Komponente 306 übergeben werden.In a sub-component 316 in the backend, signal separation SigSep (“signal separation”) is carried out based on the orthogonal properties of the received signals. This is also discussed in detail below. As indicated by the arrows 318 , the separated signals are then fed separately to the image acquisition ImgRec (“image reconstruction”) in component 306 . As an alternative or in addition, a uniform data record can also be transferred to component 306 .

In Schritt 406 bestimmt die Komponente 306 basierend auf dem übermittelten Datensatz 318 eine Abbildung des Objekts, das sich im Ausleuchtungsbereich 108 (1) des Systems 100 befindet. Zur Abbildungsbestimmung kann eine Kalibration anhand von Kalibrationsdaten 320 erforderlich sein, bspw. basierend auf einer vorab durchgeführten Freiraummessung, d.h. einer Vermessung des Ausleuchtungsbereiches 108 ohne Objekt und/oder ohne Reflektorelement 114. Hierdurch kann bspw. ein Antennenübersprechen korrigiert werden. Im Schritt 408 endet das Verfahren; bspw. kann die Objektabbildung gespeichert und/oder auf einer mit dem System 100 verbundenen Konsole ausgegeben werden.In step 406, based on the transmitted data set 318, the component 306 determines an image of the object that is in the illumination area 108 ( 1 ) of the system 100 is located. A calibration using calibration data 320 may be required to determine the image, for example based on a free space measurement carried out beforehand, ie a measurement of the illumination area 108 without an object and/or without a reflector element 114. In this way, for example, antenna crosstalk can be corrected. In step 408 the method ends; for example, the object image may be stored and/or displayed on a console connected to the system 100.

Um für die Bildrekonstruktion die gewünschte laterale wie axiale Auflösung zu erreichen, kann jede Empfangsantenne 106 gegen jede sendende Sendeantenne 104 bei allen Frequenzpunkten, d.h. bei allen verwendeten Sendefrequenzen, vermessen werden. Weil mehrere Sendeantennen 104 parallel senden und entsprechende Signale empfangen und verarbeitet werden, kann ein Messzeitgewinn gegenüber einer strikt sequentiellen Aktivierung der Sendeantennen realisiert werden, bei der jeweils nur genau eine der Sendeantennen sendet. Erfindungsgemäß kann dies basierend auf der parallelen, d.h. zeitgleichen Aussendung orthogonaler Sendesignale erfolgen, ohne dass hierfür gegenüber einer sequentiellen Ausleuchtung eine wesentlich komplexere Hardware-Konfiguration an den Empfangsantennen bzw. den Antennenclustern, im Backend, oder bei der Bildrekonstruktion erforderlich ist.In order to achieve the desired lateral and axial resolution for the image reconstruction, each receiving antenna 106 can be measured against each transmitting transmitting antenna 104 at all frequency points, ie at all transmission frequencies used. Because a number of transmitting antennas 104 are transmitting in parallel and corresponding signals are received and processed, a measurement time gain can be achieved compared to a strictly sequential activation of the transmitting antennas, in which case only exactly one of the transmitting antennas is transmitting. According to the invention, this can be based on the parallel, ie simultaneous transmission of orthogonal transmission signals, without requiring a significantly more complex hardware configuration at the receiving antennas or the antenna clusters, in the backend, or during image reconstruction.

Eine beispielhafte Bildrekonstruktion kann auf einen spezialisierten Zweiton- oder allg. Mehrton-Algorithmus zurückgreifen. Alternativ können mithilfe eines Einton-Rekonstruktionsalgorithmus aus den getrennten Signalanteilen der verschiedenen Sendergruppen auch Teilbilder erstellt werden. Die Teilbilder sind ggf. getrennt zu kalibrieren. Allerdings kann die Messdatenaufnahme zur Freiraummessung und/oder Reflektormessung für die Kalibration mit allen Sendergruppen und simultan gesendeten orthogonalen Signalen durchgeführt werden, d.h. es sind keine separaten Messdatenaufnahmen für die Kalibrierung der Teilbilder erforderlich. Ggf. kann auch die Kalibration der Rohdaten basierend auf einem einzigen, vollständigen Datensatz erfolgen, d.h. dem Datensatz, der alle Messdaten aller Sendergruppen bzw. Frequenzpunkte der unterschiedlichen Frequenzvektoren umfasst. Eine Trennung der Messdaten muss erst an der Stelle im Prozess erfolgen, an der kein Zweiton-Rekonstruktionsalgorithmus mehr vorliegt, bspw. bei der Übergabe der kalibrierten bzw. korrigierten Messdaten an die Teilrekonstruktion der Teilbilder.An exemplary image reconstruction can use a specialized two-tone or general multi-tone algorithm. Alternatively, partial images can also be created from the separate signal components of the various transmitter groups using a single-tone reconstruction algorithm. If necessary, the partial images are to be calibrated separately. However, the measurement data for the free space measurement and/or reflector measurement for the calibration can be carried out with all transmitter groups and orthogonal signals transmitted simultaneously, i.e. no separate measurement data recordings are required for the calibration of the partial images. If necessary, the raw data can also be calibrated based on a single, complete data set, i.e. the data set that includes all measurement data of all transmitter groups or frequency points of the different frequency vectors. The measurement data must only be separated at the point in the process where there is no longer a two-tone reconstruction algorithm, for example when the calibrated or corrected measurement data is transferred to the partial reconstruction of the partial images.

Die kalibrierten Teilbilder sind dann zum Erhalt eines Gesamtbildes kohärent zu addieren. Der Frequenzversatz zwischen den Sendergruppen kann so gering gewählt sein, dass sich die Bildeigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Abbildungsverfahren mit nur einem Frequenzvektor nur unwesentlich ändern. Der Frequenzversatz wird unten im Detail diskutiert.The calibrated partial images are then to be added coherently to obtain an overall image. The frequency offset between the transmitter groups can be chosen so small that the image properties change only insignificantly compared to conventional imaging methods with only one frequency vector. The frequency offset is discussed in detail below.

Bei der Bildrekonstruktion in der Komponente 306 gemäß 3 können vorgegebene Empfangssignale ausgeblendet werden, um ein Antennenübersprechen zu minimieren. Die entsprechenden Messwerte können bestimmte Kombinationen von Sende-/Empfangsantennen betreffen, bspw. geometrisch benachbarte Antennenpaare. Eine Maskierung der entsprechenden Messwerte bspw. bei der Bildrekonstruktion beeinflusst die Abbildungsqualität nur unwesentlich.In the image reconstruction in the component 306 according to 3 predefined reception signals can be masked out in order to minimize antenna crosstalk. The corresponding measured values can relate to specific combinations of transmitting/receiving antennas, for example geometrically adjacent pairs of antennas. Masking of the corresponding measured values, for example during image reconstruction, only has an insignificant effect on the imaging quality.

5 veranschaulicht ein einfaches Beispiel einer Sendergruppierung. Schematisch dargestellt ist ein einzelner Antennencluster 120, wobei eine Vielzahl von insgesamt bspw. 96 Sendeantennen 104 und 96 Empfangsantennen 106 mit durchgezogenen Linien 502, 504, 506, 508 lediglich angedeutet ist. Die Sendeantennen 104 sind in zwei senkrechten Reihen 502, 504 und die Empfangsantennen 106 in zwei waagerechten Reihen 506, 508 angeordnet. Die Reihen könnten auch anders angeordnet sein, bspw. X-förmig, oder könnten kreisförmig, halbkreisförmig, etc. angeordnet sein. 5 illustrates a simple example of channel grouping. A single antenna cluster 120 is shown schematically, a plurality of, for example, a total of 96 transmitting antennas 104 and 96 receiving antennas 106 being merely indicated by solid lines 502, 504, 506, 508. The transmitting antennas 104 are arranged in two vertical rows 502, 504 and the receiving antennas 106 in two horizontal rows 506, 508. The rows could also be arranged in other ways, e.g. X-shaped, or could be arranged in a circle, semi-circle, etc.

Bei einem herkömmlichen, strikt sequentiellen Messvorgang würden für eine gegebene Messfrequenz die Sendeantennen 104 eine nach der anderen aktiviert werden, bspw. beginnend mit der Sendeantenne in Reihe 502 ganz unten über die weiteren Sendeantennen in der Reihe 502 nach oben, fortfahrend mit der Sendeantenne in Reihe 504 ganz unten über die weiteren Sendeantennen in der Reihe 504 bis zu der letzten Sendeantenne in Reihe 504 ganz oben. Währenddessen wären alle Empfangsantennen der Reihen 506, 508 unabhängig davon aktiv, welche der Sendeantennen momentan sendet.In a conventional, strictly sequential measurement process, for a given measurement frequency, the transmit antennas 104 would be activated one after the other, e.g. starting with the transmit antenna in row 502 at the bottom, through the other transmit antennas in the row 502 up, continuing with the transmit antenna in series 504 at the bottom via the further transmission antennas in the row 504 to the last transmission antenna in the row 504 at the top. Meanwhile, all of the receive antennas of rows 506, 508 would be active regardless of which of the transmit antennas is currently transmitting.

Gemäß der schematischen Darstellung in 5 wird erfindungsgemäß ein anderes Aktivierungsmuster verfolgt. Zwei der Sendeantennen 104 werden stets zeitgleich aktiviert, und zwar bspw. jeweils eine in der Reihe 502 und eine in der Reihe 504. Bspw. können parallel zuerst die untersten Antennen jeder Reihe aktiviert werden, danach fortlaufend bis zur jeweils obersten Antenne in jeder der Reihen 502, 504, wie durch die Pfeile 510, 512 angedeutet.According to the schematic representation in 5 another activation pattern is pursued according to the invention. Two of the transmitting antennas 104 are always activated at the same time, for example one in the row 502 and one in the row 504. For example, the bottom antennas of each row can be activated in parallel first, then continuously up to the top antenna in each of the rows 502, 504 as indicated by arrows 510, 512.

Die Antennen in der Reihe 502 werden dabei zur Aussendung von Signalen bspw. mit einer Frequenz f_100 angeregt, die Antennen in der Reihe 504 zur Aussendung von Signalen mit einer Frequenz f_200. Die Frequenzen f_100 und f_200 sind dabei so gewählt, dass die entsprechenden Sendesignale orthogonal zueinander sind. Zu einem beliebigen Sendezeitpunkt sind immer nur eine Antenne der Reihe 502 auf der Frequenz f_100 und eine Antenne der Reihe 504 auf der Frequenz f_200 aktiv, d.h. es gilt hier wie auch für andere Ausführungsbeispiele, dass alle zeitgleich ausgesendeten Signale orthogonal zueinander stehen, und daher durch geeignet darauf basierende Signalverarbeitung effizient getrennt werden können. Konkrete Beispiele für die Verwirklichung der Orthogonalitätsbedingung werden weiter unten im Zusammenhang mit der digitalen Signaltrennung der entsprechenden reflektierten Signale diskutiert.The antennas in row 502 are excited to emit signals with a frequency f_100, for example, and the antennas in row 504 to emit signals with a frequency f_200. The frequencies f_100 and f_200 are selected in such a way that the corresponding transmission signals are orthogonal to one another. At any transmission time, only one antenna in row 502 is active on frequency f_100 and one antenna in row 504 on frequency f_200, ie it applies here as well as to other exemplary embodiments that all signals transmitted at the same time are orthogonal to one another, and therefore through suitable signal processing based thereon can be efficiently separated. Concrete examples for the realization of the orthogonality condition are discussed further below in connection with the digital signal separation of the corresponding reflected signals.

Die zeitgleiche Aussendung und der parallele Empfang von Messsignalen erlaubt es, einen Messzeitgewinn zu realisieren, ohne dass es hierdurch zu Einbußen bei der Bildrekonstruktion kommt, etwa in Bezug auf eine axiale und/oder laterale Bildauflösung. Nach Aufnahme der Messwerte wird simultan zu der jeweils nächsten Senderantenne jeder Gruppe umgeschaltet.The simultaneous transmission and parallel reception of measurement signals makes it possible to save measurement time without resulting in losses in the image reconstruction, for example with regard to an axial and/or lateral image resolution. After the measured values have been recorded, a switch is made simultaneously to the next transmitter antenna in each group.

Alle oder einige der Empfangsantennen 106 können zur Messwertaufnahme permanent aktiv sein; insbesondere ist die Aktivierung der Empfangsantennen 106 unabhängig vom Ansteuerungsmechanismus für die Sendeantennen 104. Mögliche Abweichungen von der dauerhaften Aktivierung der Empfangsantennen, bspw. aufgrund von DBF-Mechanismen, der Maskierung einzelner Messwerte, etc. werden im Übrigen im Rahmen dieser Anmeldung außer Acht gelassen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen werden DBF-Mechanismen sowie weitere Verfahren zur Bildrekonstruktion einschließlich möglicher Maskierungen von Datenpunkten nur während der Nachverarbeitung der Messdaten angewendet, so dass die Empfangsantennen während eines Empfangszeitraums zur Messdatenaufnahme ausnahmslos zu jedem Zeitpunkt aktiv sind.All or some of the receiving antennas 106 can be permanently active for taking measurements; in particular, the activation of the receiving antennas 106 is independent of the control mechanism for the transmitting antennas 104. Possible deviations from the permanent activation of the Receiving antennas, for example due to DBF mechanisms, the masking of individual measured values, etc. are otherwise ignored in the context of this application. In certain exemplary embodiments, DBF mechanisms and other methods for image reconstruction, including possible masking of data points, are only used during the post-processing of the measurement data, so that the receiving antennas are active at all times during a reception period for recording measurement data.

Zur Erzielung einer geeigneten axialen Auflösung sendet jede Sendeantenne zeitlich nacheinander auf einer Mehrzahl unterschiedlicher Sendefrequenzen. Ein entsprechender Frequenzvektor Vf_1 für die Sendeantennen der Reihe 502 kann bspw. 64 Frequenzen f_100 - f 163 vorgeben. Ein Frequenzvektor Vf_2 für die Sendeantennen in der Reihe 504 kann bspw. 64 Frequenzen f_200 - f_263 vorgeben, wobei alle 128 Frequenzen f_100, f-101, ..., f_163, f_200, f_201, ... f 263 sich voneinander unterscheiden können, aber nicht zwingend müssen. Notwendig ist lediglich, dass sich in den Paarungen der zeitgleich ausgesendeten Frequenzen, z.B. (f_100, f_200), ... , (f_163, f_263) die Sendefrequenzen unterscheiden, und zwar derart, dass die Frequenzen jeder dieser Paarungen untereinander orthogonal sind.In order to achieve a suitable axial resolution, each transmission antenna transmits at a plurality of different transmission frequencies one after the other. A corresponding frequency vector Vf_1 for the transmitting antennas of the row 502 can specify 64 frequencies f_100-f_163, for example. A frequency vector Vf_2 for the transmission antennas in the row 504 can specify, for example, 64 frequencies f_200 - f_263, with all 128 frequencies f_100, f-101, ..., f_163, f_200, f_201, ... f_263 being able to differ from one another, but not mandatory. All that is necessary is that in the pairings of the frequencies transmitted at the same time, e.g. (f_100, f_200), ... , (f_163, f_263), the transmission frequencies differ in such a way that the frequencies of each of these pairings are orthogonal to one another.

Bei einem herkömmlichen, strikt sequentiellen Messverfahren würde jede der z.B. 96 Sendeantennen des Clusters 120 auf 64 Messfrequenzen senden, d.h. es gäbe 6144 Sende- bzw. Empfangszeitpunkte zur Erzielung von 6144 Messergebnissen. Bei einer Sendergruppierung wie in 5 veranschaulicht sendet jeweils eine von 48 Antennen der Reihe 502 und eine von 48 Antennen der Reihe 504 parallel. Dieses Verfahren wird für alle 64 Positionen der oben beispielhaft eingeführten Frequenzvektoren Vf_1, Vf 2 für die Reihen 502 bzw. 504 wiederholt, so dass aus 3072 Messzeitpunkten wiederum eine Anzahl von 6144 Messergebnissen gewonnen werden kann.In a conventional, strictly sequential measurement method, each of the 96 transmission antennas of the cluster 120, for example, would transmit at 64 measurement frequencies, ie there would be 6144 transmission or reception times to achieve 6144 measurement results. With a transmitter grouping as in 5 illustrated, one of 48 array 502 antennas and one of 48 array 504 antennas each transmit in parallel. This method is repeated for all 64 positions of the frequency vectors Vf_1, Vf 2 introduced above as an example for the rows 502 and 504, so that a number of 6144 measurement results can again be obtained from 3072 measurement times.

Aus dieser Betrachtung ergibt sich bereits ein durch parallele Messungen erzielbarer Messzeitgewinn um einen Faktor 2. Allerdings ist die Voraussetzung hierfür, dass die reflektierten parallelen Signale auch empfangen werden können, d.h. von der nachgeschalteten Signalverarbeitung getrennt werden können. Die Signaltrennung wird weiter unten im Detail diskutiert, insbesondere in Bezug auf die Anforderung, dass die Komplexität der Signalverarbeitung nicht wesentlich höher sein sollte als bei einem strikt sequentiellem Messvorgang. In Bezug auf das hier anhand von 5 geschilderte Beispiel sei erwähnt, dass ein Messzeitgewinn von einem Faktor 2 in praktischen Realisierungen aufgrund der Anforderungen an eine Signaltrennung nicht ganz erreicht werden kann, wohl jedoch ein Faktor von bspw. 1,6.This consideration already results in a measurement time gain of a factor of 2 that can be achieved through parallel measurements. However, the prerequisite for this is that the reflected parallel signals can also be received, ie can be separated from the downstream signal processing. The signal separation is discussed in detail below, in particular with regard to the requirement that the complexity of the signal processing should not be significantly higher than in a strictly sequential measurement process. Regarding the here based on 5 In the example described, it should be mentioned that a measurement time gain of a factor of 2 cannot be fully achieved in practical implementations due to the requirements for signal separation, but a factor of 1.6, for example, can be achieved.

Bei der Sendergruppierung gemäß 5 werden jeweils zwei gegenüberliegende Antennen aktiviert, jedoch sind auch andere Aktivierungsmuster möglich. So könnten die Antennen in den Reihen 502 und 504 statt von unten nach oben (Pfeile 510, 512) etwa von oben nach unten, oder auch gegenläufig aktiviert werden. Darüber hinaus müssen die Sendergruppierungen nicht geometrisch benachbarte Sendeantennen umfassen, sondern die Gruppen können geometrisch überlappen. So kann eine erste Sendergruppe etwa jede zweite Sendeantenne sowohl der Reihe 502 als auch der Reihe 504 umfassen, und eine zweite Sendergruppe die verbleibenden Antennen.When grouping channels according to 5 two opposing antennas are activated in each case, but other activation patterns are also possible. Thus, the antennas in rows 502 and 504 could be activated from top to bottom instead of from bottom to top (arrows 510, 512), or also in opposite directions. In addition, the transmitter groupings need not include geometrically adjacent transmit antennas, but the groups can overlap geometrically. Thus, a first group of transmitters may include about every other transmitter antenna in both row 502 and row 504, and a second group of transmitters the remaining antennas.

Es können auch mehr als zwei Sendergruppen gebildet werden. So könnte eine erste Sendergruppe die Sendeantennen der unteren Hälfte von Reihe 502 umfassen, eine zweite Sendergruppe die Sendeantennen der oberen Hälfte von Reihe 502, eine dritte Sendergruppe die Sendeantennen der unteren Hälfte von Reihe 504, und eine vierte Sendergruppe die Sendeantennen der oberen Hälfte von Reihe 504. Zu jedem Sendezeitpunkt würde jeweils eine Antenne der vier Gruppen senden, wobei bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel jedes von vier zeitgleich ausgesendeten Sendesignalen orthogonal zu den drei anderen Signalen ist. Wie an anderer Stelle ausführlich diskutiert, steigt die Messgeschwindigkeit aufgrund von Messzeitgewinnen mit einer steigenden Anzahl an Sendergruppen.More than two transmitter groups can also be formed. Thus, a first group of transmitters could include the transmitter antennas of the lower half of row 502, a second group of transmitters the transmitter antennas of the upper half of row 502, a third group of transmitters the transmitter antennas of the lower half of row 504, and a fourth group of transmitters the transmitter antennas of the upper half of row 504. At each transmission time, one antenna of each of the four groups would transmit, with each of the four transmission signals transmitted at the same time being orthogonal to the three other signals in a specific exemplary embodiment. As discussed in detail elsewhere, the measurement speed increases with an increasing number of transmitter groups due to gains in measurement time.

Umfasst ein System eine Mehrzahl von Antennenclustern, so wie etwa das System 100 aus 1, dann können die Sendergruppen und Aktivierungsmuster über alle Antennencluster erstreckt werden. So könnte etwa das zeitgleiche Aussenden von orthogonalen Sendesignalen mit Frequenzen f_100 und f_200, wie in 5 veranschaulicht, sequentiell für alle Cluster eines Systems durchgeführt werden. Bezogen auf die oben beispielhaft diskutierten Frequenzvektoren ist es denkbar, dass zunächst mit einem Cluster Messungen über alle Frequenzpaare (f_100, f_200), ..., (f_163, f_263) durchgeführt werden, danach mit einem nächsten Antennencluster, usw. Bei einem andern Ausführungsbeispiel könnte zunächst die Frequenzpaarung (f_100, f_200) über alle Antennencluster gemessen werden, dann die Frequenzpaarung (f_101, f_201), etc.A system includes a plurality of antenna clusters, such as the system 100 of FIG 1 , then the transmitter groups and activation patterns can be extended over all antenna clusters. For example, the simultaneous transmission of orthogonal transmission signals with frequencies f_100 and f_200, as in 5 illustrated, be performed sequentially for all clusters of a system. Based on the frequency vectors discussed above as an example, it is conceivable that measurements over all frequency pairs (f_100, f_200), first the frequency pairing (f_100, f_200) could be measured across all antenna clusters, then the frequency pairing (f_101, f_201), etc.

6A zeigt schematisch ein System 600 mit einer durch 16 Antennencluster 602 realisierten Apertur. Jeder der Cluster 602 kann bspw. mit Sende- und Empfangsantennen bestückt sein wie dies oben für die Sendecluster 120 der 1, 2 bzw. 5 geschildert wurde. Alternativ könnten die Cluster 602 auch nur Sendeantennen umfassen, während die Empfangsantennen anders implementiert wären. 6A shows schematically a system 600 with an aperture implemented by 16 antenna clusters 602 . Each of the clusters 602 can be equipped with transmitting and receiving antennas, for example, as is the case above for the transmitting cluster 120 of FIG 1 , 2 or. 5 was portrayed. Alternatively can The clusters 602 could also only include transmit antennas, while the receive antennas would be implemented differently.

Alle Sendeantennen des Systems 600 sind einem von zwei Gruppen 604, 606 zugeordnet. Die Gruppe 604 enthält die Sendeantennen der oberen 8 Cluster 602, die Gruppe 606 enthält die Sendeantennen der unteren 8 Cluster 602. Somit sind hier, anders als bei dem anhand von 5 geschilderten Beispiel, alle Sendeantennen eines beliebigen Clusters 602 stets genau einer Gruppe zugeordnet. Die Empfangsantennen der 16 Cluster 602, sofern vorhanden, sind nicht irgendeiner Gruppe zugeordnet.All of the transmit antennas of the system 600 are assigned to one of two groups 604,606. The group 604 contains the transmission antennas of the upper 8 clusters 602, the group 606 contains the transmission antennas of the lower 8 clusters 602. Thus here, unlike the one based on FIG 5 described example, all transmission antennas of any cluster 602 are always assigned to exactly one group. The receiving antennas of the 16 clusters 602, if any, are not assigned to any group.

Bei einem Messvorgang wird jeweils zeitgleich eine der Sendeantennen der Gruppe 604 und eine der Sendeantennen der Gruppe 606 aktiviert. Die Reihenfolge der Aktivierung in jeder Gruppe wird durch die Pfeile 608, 610 veranschaulicht. Bezogen auf jede der Gruppen 604, 606 werden zeitlich nacheinander zunächst die Sendeantennen des jeweils unten links gelegenen Clusters 612 bzw. 614 aktiviert, gefolgt von den Sendeantennen der weiteren zu der jeweiligen Gruppe gehörenden Cluster 602 in einer Reihenfolge gegen den Uhrzeigersinn wie durch die Pfeile 608, 610 angedeutet. Zu einem bestimmten Zeitpunkt könnte z.B. der Cluster 616 der Gruppe 604 und parallel dazu der Cluster 618 der Gruppe 606 aktiviert sein, wie durch die mit einer gestrichelten Box versehenen Cluster 616, 618 angedeutet.During a measurement process, one of the transmitting antennas in group 604 and one of the transmitting antennas in group 606 is activated at the same time. The order of activation in each group is illustrated by arrows 608,610. In relation to each of the groups 604, 606, the transmitting antennas of the respective lower left cluster 612 or 614 are activated one after the other, followed by the transmitting antennas of the other clusters 602 belonging to the respective group in a counter-clockwise order as indicated by the arrows 608 , 610 indicated. At a certain point in time, for example, cluster 616 of group 604 and, in parallel, cluster 618 of group 606 could be activated, as indicated by clusters 616, 618 provided with a dashed box.

Innerhalb eines Clusters 602 können die Sendeantennen nach einem Schema aktiviert werden wie dies durch die Pfeile 620 und 622 für die Cluster 612 bzw. 614 angedeutet ist.Within a cluster 602, the transmission antennas can be activated according to a scheme as indicated by the arrows 620 and 622 for the clusters 612 and 614, respectively.

Jeder der beiden Gruppen 604, 606 ist ein eigener Frequenzvektor Vf_1, Vf_2 zugeordnet. Entsprechend werden zeitgleiche Sendesignale jeweils auf Sendefrequenzen f_100 und f_200 derart ausgesendet, dass das Sendesignal der Gruppe 604 zu dem der Gruppe 606 jeweils orthogonal ist. Beispiele für die spektrale Belegung durch die Sendergruppen 604, 606 werden weiter unten beschrieben.Each of the two groups 604, 606 is assigned its own frequency vector Vf_1, Vf_2. Correspondingly, simultaneous transmission signals are each transmitted at transmission frequencies f_100 and f_200 in such a way that the transmission signal of group 604 is orthogonal to that of group 606 in each case. Examples of the spectral occupancy by the transmitter groups 604, 606 are described further below.

Nachfolgend werden Beispiele für parallele Aktivierungsmuster der Gruppen 604 und 606 geschildert. So kann ein Messvorgang damit beginnen, dass die Sendeantennen der Gruppe 604 eine nach der anderen ein Sendesignal einer Frequenz f_100 aussenden. Jeweils zeitgleich senden die Sendeantennen der Gruppe 606 eine nach der anderen ein Sendesignal einer Frequenz f_200 aus. Dabei kann als erste die links unten im Cluster 612 bzw. 614 gelegene Sendeantenne senden, während die rechts oben im Cluster 624 bzw. 626 gelegene Sendeantenne zuletzt sendet. Der Durchlauf kann danach mit den weiteren Frequenzpaarungen (f_101, f201), ... wiederholt werden.Examples of parallel activation patterns of groups 604 and 606 are described below. A measurement process can thus begin with the transmission antennas of the group 604 emitting a transmission signal of a frequency f_100 one after the other. Simultaneously, the transmitting antennas of the group 606 send out a transmission signal of a frequency f_200 one after the other. The transmitting antenna located at the bottom left in the cluster 612 or 614 can transmit first, while the transmitting antenna located at the top right in the cluster 624 or 626 transmits last. The run can then be repeated with the other frequency pairings (f_101, f201), ....

Dadurch dass die Sendergruppen 604 und 606 jeweils geometrisch zusammenhängende bzw. benachbart angeordnete Cluster bzw. Sendeantennen gruppieren, ergibt sich bei der Bildrekonstruktion ein oberes (Gruppe 604) bzw. unteres (Gruppe 606) Teilbild mit einer jeweils entsprechend besseren oder helleren Ausleuchtung im Objektbereich. Werden die Teilbilder geeignet gemeinsam verarbeitet, oder zumindest bei der Bildverarbeitung geeignet (kohärent) addiert, sollten derartige Effekte in einem Gesamtbild jedoch nicht sichtbar sein.Because the transmitter groups 604 and 606 each group geometrically related or adjacently arranged clusters or transmitting antennas, the image reconstruction results in an upper (group 604) or lower (group 606) partial image with correspondingly better or brighter illumination in the object area. However, if the partial images are processed together in a suitable manner, or at least added in a suitable (coherent) manner during image processing, such effects should not be visible in an overall image.

6B zeigt erneut das System 600 mit den 16 Antennenclustern 602 wie vorstehend geschildert, jedoch wird hier eine andere Sendergruppierung vorgenommen, bei der die Cluster und Sendeantennen des Systems 600 einer von vier Gruppen 652, 654, 656, 658 zugeordnet sind. Die Reihenfolge der Aktivierung der Cluster jeder Gruppe wird durch die Pfeile 660, 662, 664, 666 angedeutet. Zu einem bestimmten Zeitpunkt könnten z.B. parallel eine Sendeantenne des Clusters 668 der Gruppe 652, eine Sendeantenne des Clusters 670 der Gruppe 654, eine Sendeantenne des Clusters 672 der Gruppe 656, und eine Sendeantenne des Clusters 674 der Gruppe 658 aktiviert sein, wie durch die gestrichelten Boxen dieser Cluster angedeutet. 6B 6 again shows the system 600 with the 16 antenna clusters 602 as described above, but a different transmitter grouping is carried out here, in which the clusters and transmitting antennas of the system 600 are assigned to one of four groups 652, 654, 656, 658. The order of activation of the clusters of each group is indicated by arrows 660,662,664,666. At a given time, for example, a group 652 cluster 668 transmit antenna, a group 654 cluster 670 transmit antenna, a group 656 cluster 672 transmit antenna, and a group 658 cluster 674 transmit antenna could be activated in parallel, as indicated by the dashed lines Boxes of these clusters are indicated.

Jeder der vier Gruppen 652, 654, 656, 658 ist ein eigener Frequenzvektor zugeordnet. An einander entsprechenden Positionen innerhalb der vier Vektoren sind jeweils Sendefrequenzen f_100, f_200, f_300 und f_400 derart vorgegeben, dass die zeitgleich ausgesendeten Sendesignale der vier Gruppen zueinander orthogonal sind. Es werden dann zu jedem Messzeitpunkt vier Messpunkte parallel aufgenommen. Beispiele für die spektrale Belegung durch die Signale der Sendergruppen 652 - 658 werden unten beschrieben.Each of the four groups 652, 654, 656, 658 is assigned its own frequency vector. Transmission frequencies f_100, f_200, f_300 and f_400 are specified at corresponding positions within the four vectors in such a way that the transmission signals of the four groups that are transmitted at the same time are orthogonal to one another. Four measuring points are then recorded in parallel at each measuring time. Examples of the spectral occupancy of the signals from transmitter groups 652 - 658 are described below.

Auch die Sendergruppen 652 - 658 gruppieren jeweils geometrisch benachbarte Cluster bzw. Sendeantennen. Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, dass die Gruppen geometrische Teilaperturen definieren, die Gruppen können sich auch durchdringen bzw. überlagern. In jedem Falle werden letztlich mehrere Messabläufe (entsprechend der Zahl der Gruppen) zeitgleich auf einer Gesamtapertur realisiert. Ein Vorteil bei der gemeinsamen Gruppierung geometrisch zusammenhängender Cluster bzw. Antennen kann darin liegen, dass diese mit symmetrischen Aktivierungsmustern belegt werden können wie bei den Beispielen der 6A und 6B durch die Pfeile 608, 610, 660 - 666 angedeutet. Weil nahe benachbarte Sendeantennen der unterschiedlichen Gruppen nicht gleichzeitig aktiviert werden, kann so das Vorkommen von Sende-/Empfangspaaren minimiert werden, die für ein Antennenübersprechen anfällig sind.The transmitter groups 652-658 also group geometrically adjacent clusters or transmitting antennas. However, it is not absolutely necessary for the groups to define geometric partial apertures; the groups can also penetrate or overlap one another. In any case, ultimately several measurement sequences (corresponding to the number of groups) are realized simultaneously on a total aperture. An advantage of the joint grouping of geometrically connected clusters or antennas can be that they can be assigned symmetrical activation patterns, as in the examples in FIG 6A and 6B indicated by arrows 608, 610, 660-666. Because closely adjacent transmit antennas of the different groups are not activated at the same time, the occurrence of transmit/receive receiver pairs that are susceptible to antenna crosstalk.

Generell gilt, dass sowohl innerhalb wie auch zwischen den Antennenclustern einer Gruppe eine Vielzahl unterschiedlicher Aktivierungsmuster denkbar ist.In general, a large number of different activation patterns are conceivable both within and between the antenna clusters of a group.

Bei den hier geschilderten Ausführungsbeispielen sind die auf einer Gesamtapertur definierten Gruppen gleich groß, d.h. die Gruppen umfassen jeweils die gleiche Anzahl Cluster bzw. Sendeantennen. Für einen effizienten Messvorgang ist eine derartige Gruppierung vorteilhaft, allerdings nicht zwingend notwendig. Sind die Gruppen unterschiedlich groß, wird zu bestimmten Zeitpunkten z.B. statt eines Zweitonsignals nur ein Eintonsignal, oder statt eines Viertonsignals nur ein Drei-, Zwei-, oder Eintonsignal empfangen; es kann jedoch auch bei diesen Konfigurationen ein Messzeitgewinn erzielt werden.In the exemplary embodiments described here, the groups defined on a total aperture are of the same size, i.e. the groups each include the same number of clusters or transmitting antennas. Such a grouping is advantageous for an efficient measurement process, but not absolutely necessary. If the groups are of different sizes, at certain times, for example, only a one-tone signal is received instead of a two-tone signal, or only a three-, two-, or one-tone signal instead of a four-tone signal; however, a gain in measuring time can also be achieved with these configurations.

7A veranschaulicht ein Beispiel für eine spektrale Belegung bzw. Verteilung der Messpunkte zweier Sendergruppen, d.h. der Frequenzvektoren dieser Gruppen, bspw. der beiden Gruppen 604 und 606 aus 6A. Eine Sendergruppe hat genau einen Frequenzvektor, umgekehrt ist ein Frequenzvektor immer einer bestimmten Sendergruppe zugeordnet. 7A FIG. 12 illustrates an example of a spectral occupancy or distribution of the measurement points of two transmitter groups, ie the frequency vectors of these groups, for example of the two groups 604 and 606 6A . A transmitter group has exactly one frequency vector, vice versa, a frequency vector is always assigned to a specific transmitter group.

Der Frequenzvektor Vf_1 der Gruppe 604 definiert eine Folge von 64 Sendefrequenzen f_100, f_101, f_102, etc. Die Sendefrequenzen sind in einem Frequenzbereich zwischen 70 GHz und 80 GHz gleichmäßig, d.h. äquidistant angeordnet; somit haben jeweils aufeinanderfolgende Sendefrequenzen einen Abstand D_f von etwa 160 MHz. Ein derartiger Frequenzvektor ermöglicht eine optimierte axiale Auflösung (SFCW), jedoch müssen Frequenzvektoren keineswegs zwingend äquidistante Frequenzpunkte definieren; erfindungsgemäße Vorteile können auch bei nicht oder nur teilweise äquidistanten Frequenzpunkten realisiert werden. Deckt der Frequenzvektor wie hier eine Messbandbreite von etwa 10 Gigahertz ab, sind axiale Auflösungen im Bereich von ca. 10 Millimetern erreichbar.The frequency vector Vf_1 of the group 604 defines a sequence of 64 transmission frequencies f_100, f_101, f_102, etc. The transmission frequencies are arranged uniformly, i.e. equidistantly, in a frequency range between 70 GHz and 80 GHz; thus each successive transmission frequency has a distance D_f of about 160 MHz. Such a frequency vector enables an optimized axial resolution (SFCW), but frequency vectors do not necessarily have to define equidistant frequency points; advantages according to the invention can also be realized in the case of non-equidistant or only partially equidistant frequency points. If the frequency vector covers a measurement bandwidth of around 10 gigahertz, as here, axial resolutions in the range of around 10 millimeters can be achieved.

Der Frequenzvektor Vf_2 der Gruppe 606 definiert ebenfalls eine Folge von 64 Sendefrequenzen f_200, f_201, f_202, etc. Wie aus 7A ersichtlich, sind auch in diesem Beispiel die Sendefrequenzen äquidistant zueinander mit einem jeweiligen spektralen Abstand von D_f angeordnet.The frequency vector Vf_2 of group 606 also defines a sequence of 64 transmit frequencies f_200, f_201, f_202, etc. As shown in FIG 7A As can be seen, the transmission frequencies are also arranged equidistantly from one another in this example with a respective spectral spacing of D_f.

Die Frequenzvektoren Vf_1 und Vf_2 sind leicht gegeneinander versetzt, und zwar mit einem Frequenzversatz Δf. Der Frequenzversatz Δf ist so gewählt, dass die Sendefrequenzen der beiden Sendergruppen zu orthogonalen Sendesignalen führen, also dass bspw. die Sendesignale der Sendeantennen der Gruppe 604 mit der Sendefrequenz f_100 orthogonal zu den Sendesignalen der Sendeantennen der Gruppe 606 mit der Sendefrequenz f_200 sind.The frequency vectors Vf_1 and Vf_2 are slightly offset from each other with a frequency offset Δf. The frequency offset Δf is selected in such a way that the transmission frequencies of the two transmitter groups result in orthogonal transmission signals, i.e. the transmission signals from the transmission antennas in group 604 with the transmission frequency f_100 are orthogonal to the transmission signals from the transmission antennas in group 606 with the transmission frequency f_200.

Der Frequenzversatz Δf kann kleiner gewählt werden als der spektrale Abstand D_f der Messpunkte eines Frequenzvektors. Der Grund hierfür wird weiter unten diskutiert. Im vorliegenden Beispiel kann der Frequenzversatz Δf bspw. in einem Bereich zwischen 10 MHz und 50 MHz liegen. Es ergibt sich ein Frequenzraster welches grob dem Muster der Sendefrequenzen entspricht, wie es von einem einzelnen Frequenzvektor vorgegeben wird, wobei jedoch an Häufungspunkten 702, 704, 706 im Spektrum zwei Sendefrequenzen der Gruppen dicht nebeneinander liegen. Werden Sendesignale mit den Frequenzen der Häufungspunkte zeitgleich ausgesendet, ergeben sich während des Messvorgangs also Zweitonsignale mit jeweils den Frequenzpaaren (f_100, f_200), (f_101, f_201), etc.The frequency offset Δf can be selected to be smaller than the spectral distance D_f of the measurement points of a frequency vector. The reason for this is discussed below. In the present example, the frequency offset Δf can be in a range between 10 MHz and 50 MHz, for example. A frequency grid results which roughly corresponds to the pattern of the transmission frequencies, as specified by a single frequency vector, with two transmission frequencies of the groups lying close together at accumulation points 702, 704, 706 in the spectrum. If transmission signals with the frequencies of the accumulation points are sent out at the same time, two-tone signals with the respective frequency pairs (f_100, f_200), (f_101, f_201), etc. result during the measurement process.

Die Orthogonalitätsbedingung muss nicht zwingend zwischen den Sendefrequenzen erfüllt sein, die in den beiden Vektoren Vf_1 bzw. Vf_2 die entsprechende Position belegen, d.h. es müssen nicht zwingend die Senderfrequenzen der Häufungspunkte sein, aus denen die orthogonalen Sendersignale hervorgehen; von Bedeutung ist nur, dass zeitgleich ausgesendete Sendersignale der unterschiedlichen Gruppen orthogonal zueinander sind. Jedoch wird in den Beispielen zu Zwecken der Diskussion davon ausgegangen, dass die zeitgleich ausgesendeten Signale jeweils mit den Frequenzen eines der Häufungspunkte ausgesendet werden.The orthogonality condition does not necessarily have to be fulfilled between the transmission frequencies that occupy the corresponding position in the two vectors Vf_1 or Vf_2, i.e. it does not necessarily have to be the transmission frequencies of the accumulation points from which the orthogonal transmission signals result; it is only important that simultaneously transmitted transmitter signals of the different groups are orthogonal to each other. However, in the examples, for purposes of discussion, it is assumed that the signals transmitted at the same time are each transmitted at the frequencies of one of the burst points.

7B zeigt ein weiteres Beispiel einer spektralen Belegung durch mehrere geeignet gegeneinander versetzte Frequenzvektoren. Vier Frequenzvektoren sind definiert, bspw. für die Sendergruppen 652 - 658 aus 6B. Der Frequenzvektor Vf_1 der Gruppe 652 definiert eine Folge von 64 Sendefrequenzen f_100, f_101, f_102, etc. Die Sendefrequenzen können wiederum in einem Frequenzbereich zwischen 70 GHz und 80 GHz äquidistant mit einem spektralen Abstand D_f von ca. 160 MHz angeordnet sein. Der Frequenzvektor Vf_1 kann z.B. identisch definiert sein wie der Vektor Vf_1 aus 7A. 7B shows another example of a spectral occupancy by a plurality of frequency vectors suitably offset from one another. Four frequency vectors are defined, e.g. for transmitter groups 652-658 6B . The frequency vector Vf_1 of the group 652 defines a sequence of 64 transmission frequencies f_100, f_101, f_102, etc. The transmission frequencies can in turn be arranged equidistantly in a frequency range between 70 GHz and 80 GHz with a spectral spacing D_f of approximately 160 MHz. The frequency vector Vf_1 can, for example, be defined identically to the vector Vf_1 from 7A .

Die Frequenzvektoren Vf_2, Vf_3 und Vf_4 der Gruppen 655, 656, 658 definieren ebenfalls jeweils eine Folge von 64 Sendefrequenzen f_200, f_201, ..., bzw. f_300, ..., bzw. f_400, .... Die Sendefrequenzen der Vektoren Vf_2, Vf_3 und Vf 4 können aus den Sendefrequenzen des Vektors Vf_1 durch einen jeweiligen Frequenzversatz von Δf, 2Δf, bzw. 3Δf abgeleitet werden. Der Wert von Δf kann in den Beispielen der 7A und 7B gleich oder verschieden sein. Sollen die Belegungen der 7A und 7B allerdings mit ein- und demselben System mit z.B. fester Abtastrate realisiert werden, wird Δf unterschiedlich sein.
Allgemein können die Sendefrequenzen von N Frequenzvektoren aus den Sendefrequenzen eines Ausgangsvektors durch einen Frequenzversatz von n * Δf erzeugt werden für n = 0 (Ursprungsvektor), ..., N-1.
The frequency vectors Vf_2, Vf_3 and Vf_4 of the groups 655, 656, 658 also each define a sequence of 64 transmission frequencies f_200, f_201,..., or f_300,..., or f_400,.... The transmission frequencies of the vectors Vf_2, Vf_3 and Vf 4 can be derived from the transmission frequencies of vector Vf_1 by a respective frequency offset of Δf, 2Δf, and 3Δf, respectively. The value of Δf can be used in the examples of 7A and 7B same or ver be divorced If the assignments of the 7A and 7B However, if they are implemented with one and the same system with, for example, a fixed sampling rate, Δf will be different.
In general, the transmission frequencies of N frequency vectors can be generated from the transmission frequencies of an output vector by a frequency offset of n*Δf for n=0 (original vector), ..., N-1.

Es ist allerdings nicht zwingend erforderlich, dass bei mehr als zwei Frequenzvektoren benachbarte Vektoren um ein- und denselben festen Betrag gegeneinander versetzt sind. So kann etwa einer der vier Frequenzvektoren in 7B wegfallen. Wichtig ist auch hier nur, dass die Orthogonalitätsbedingung für gleichzeitig ausgesandte Sendesignale erfüllt ist.However, it is not absolutely necessary for more than two frequency vectors for adjacent vectors to be offset from one another by one and the same fixed amount. For example, one of the four frequency vectors in 7B fall away. The only important thing here is that the orthogonality condition for simultaneously transmitted transmission signals is met.

In dem in 7B dargestellten Spektrum ergibt sich wiederum ein Frequenzraster welches grob dem Muster der Sendefrequenzen entspricht, wie es von einem einzelnen Frequenzvektor vorgegeben wird, jedoch mit einer Mehrzahl von Sendefrequenzen an Häufungspunkten 752, 754, 756 im Spektrum. Diese Häufungspunkte im Spektrum ergeben sich dann, wenn die Werte von Δf merklich kleiner sind als der Wert von D_f; genauer gesagt, wenn 2Δf im Falle der 7A, bzw. 4Δf im Falle der 7B kleiner ist als D_f. Werden bei einer Mehrzahl an Sendergruppen die jeweiligen Frequenzvektoren in gleicher Weise durchgemessen, haben die zeitgleich ausgesendeten Sendesignale der verschiedenen Sendergruppen die Frequenzen am spektralen Ort der Häufungspunkte, d.h. die Orthogonalitätsbedingung für die Sendersignale muss jeweils für die Sendefrequenzen untereinander erfüllt sein, die einen Häufungspunkt ausmachen.in the in 7B The spectrum shown again results in a frequency grid which roughly corresponds to the pattern of the transmission frequencies, as specified by a single frequency vector, but with a plurality of transmission frequencies at accumulation points 752, 754, 756 in the spectrum. These accumulation points in the spectrum arise when the values of Δf are noticeably smaller than the value of D_f; more precisely, if 2Δf in the case of 7A , or 4Δf in the case of the 7B is smaller than D_f. If the respective frequency vectors are measured in the same way for a plurality of transmitter groups, the simultaneously transmitted transmission signals of the different transmitter groups have the frequencies at the spectral location of the accumulation points, i.e. the orthogonality condition for the transmitter signals must be fulfilled for the transmission frequencies that make up an accumulation point.

Neben der Orthogonalitätsbedingung kann die spektrale Breite B_f der Häufungspunkte, die im Beispiel der 7A einen Wert von 2Δf, im Beispiel der 7B einen Wert von 4Δf hat, so gewählt werden, dass B_f kleiner oder gleich einer Empfangsbandbreite der Empfangsantennen bzw. der nachgeschalteten Signalverarbeitung ist, d.h. der Empfangskanäle. Nur in diesem Falle ist ein gleichzeitiger Empfang der zeitgleich ausgesandten Sendesignale möglich und damit die Realisierung eines Messzeitgewinns.In addition to the orthogonality condition, the spectral width B_f of the accumulation points, which in the example of 7A a value of 2Δf, in the example the 7B has a value of 4Δf, can be selected such that B_f is less than or equal to a reception bandwidth of the reception antennas or the downstream signal processing, ie the reception channels. Only in this case is it possible to receive the transmission signals that are sent out at the same time, and thus to save measurement time.

Durch die Belegung der gesamten Messbandbreite mit einem Frequenzraster mit Häufungspunkten, die durch jeweils geringfügig gegeneinander versetzte Frequenzvektoren entstehen, erhöht sich die Anzahl der Messpunkte im Spektrum entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Sendergruppen. Allerdings bleibt insgesamt die Anzahl der gewonnenen Messwerte konstant, weil jede Sendeantenne nur ihren jeweils eigenen Frequenzvektor durchmisst. Der Unterschied zu einem herkömmlichen Messvorgang besteht dann darin, dass an einem gegebenen spektralen Punkt nicht nur mit einer einzigen Messfrequenz, sondern mit mehreren Messfrequenzen gemessen wird, die leicht gegeneinander versetzt sind; also etwa um Δf im Beispiel der 7A bzw. um maximal 3Δf im Falle der 7B.By covering the entire measurement bandwidth with a frequency grid with accumulation points, which are created by frequency vectors that are slightly offset from one another, the number of measurement points in the spectrum increases according to the number of transmitter groups provided. However, the total number of measured values obtained remains constant because each transmitting antenna only measures its own frequency vector. The difference to a conventional measurement process is that at a given spectral point not only a single measurement frequency is measured, but rather several measurement frequencies that are slightly offset from each other; i.e. around Δf in the example of 7A or by a maximum of 3Δf in the case of 7B .

Ein Messzeitgewinn kann deshalb realisiert werden, weil die Messfrequenzen in geeigneter Weise gegeneinander versetzt sind, nämlich so, dass die resultierenden Sendesignale orthogonal sind, somit durch eine geeignete Signalverarbeitung effizient voneinander getrennt werden und daher gleichzeitig ausgesendet werden können. Darüber hinaus kann ein Frequenzversatz zwischen den Vektoren, etwa wie der in den 7A oder 7B jeweils beispielhaft veranschaulichte Versatz Δf, so gewählt werden, dass er einen parallelen Empfang der orthogonalen Signale mit praktisch realisierbarem Hardwareaufwand ermöglicht, wie nachfolgend diskutiert wird.A gain in measurement time can be realized because the measurement frequencies are offset from one another in a suitable manner, namely in such a way that the resulting transmission signals are orthogonal and can therefore be efficiently separated from one another by suitable signal processing and can therefore be transmitted simultaneously. In addition, a frequency offset between the vectors, such as that in Figs 7A or 7B offset Δf illustrated by way of example in each case, can be selected in such a way that it enables parallel reception of the orthogonal signals with hardware that can be implemented in practice, as will be discussed below.

Eine Signalverarbeitung zur Signaltrennung kann im Digitalteil des Empfängers erfolgen wie in 3 anhand der Backend-Komponente 304 veranschaulicht. Hierbei wird nach Zwischenfrequenzumsetzung das analoge Empfangssignal in der ADC-Komponente 314 mit einer Abtastfrequenz f_sample bzw. f_s („sampling frequency“) digitalisiert. Eine Signaltrennung des digitalisierten Signals wird sodann in der Komponente 316 durchgeführt. Zur Signaltrennung können beispielsweise Verfahren der diskreten Fouriertransformation (DFT) zur Anwendung kommen; diese sind insbesondere zur effizienten Aufnahme orthogonaler Signale geeignet. Verfahren hierzu sind aus dem Bereich der Anwendung von OFDM-Verfahren für Datenübertragungsverfahren und entsprechende Kommunikationssysteme bekannt und werden hier nicht weiter behandelt.
Es sei lediglich erwähnt, dass OFDM-Verfahren zur Signaltrennung keine steilen Filterfunktionen benötigen, die lange Messzeiten und/oder aufwendige Realisierungen benötigen, was dem Ziel einer möglichst kurzen Messzeit und/oder einer wünschenswert hohen Integrationsdichte entgegenstehen würde.
Signal processing for signal separation can take place in the digital part of the receiver as in 3 illustrated by the backend component 304. In this case, after intermediate frequency conversion, the analog received signal is digitized in the ADC component 314 with a sampling frequency f_sample or f_s (“sampling frequency”). Signal separation of the digitized signal is then performed in component 316. Methods of discrete Fourier transformation (DFT), for example, can be used for signal separation; these are particularly suitable for the efficient recording of orthogonal signals. Methods for this are known from the field of using OFDM methods for data transmission methods and corresponding communication systems and will not be discussed further here.
It should only be mentioned that OFDM methods for signal separation do not require steep filter functions that require long measurement times and/or complex implementations, which would conflict with the goal of the shortest possible measurement time and/or a desirably high integration density.

Alternativ zu DFT-Verfahren kann auch bspw. in einer Filterbank in einer Reihe paralleler Kanäle jeweils eine digitale Abwärtsmischung mit nachgeschalteter Filterung durchgeführt werden. Als Filter kann hier etwa ein Mittelungsfilter („averaging filter“) verwendet werden.As an alternative to the DFT method, a digital down-conversion with downstream filtering can also be carried out, for example, in a filter bank in a series of parallel channels. An averaging filter can be used here as a filter.

Zur effizienten Messdatenaufnahme sollte eine möglichst kurze Abtastzeit bzw. ein Filter möglichst geringer Ordnung verwendet werden. Die Anzahl N_sample der erforderlichen Abtastwerte („samples“) erhöht sich mit der Zahl N_carrier der Signale oder Träger („carrier“), die zu trennen sind. Für bestimmte Ausführungsbeispiele gilt: N_sample = 2 * N_carrier + 2.

Figure DE102013220131B4_0001
For efficient measurement data acquisition, the shortest possible sampling time or a filter of the lowest possible order should be used. The number N_sample of the required sampling values ("samples") increases with the number N_carrier of the Signals or carriers to be separated. The following applies to certain exemplary embodiments: N_sample = 2 * N_carrier + 2.
Figure DE102013220131B4_0001

Für die Abtastung von Eintonsignalen sind hier also 4 Abtastwerte erforderlich, für Zweiton- bzw. Viertonsignale sind jedoch 6 bzw. 10 Abtastwerte erforderlich, d.h. die erforderlichen Messzeiten verlängern sich entsprechend. Der Messzeitgewinn durch paralleles Aussenden und Vermessen orthogonaler Signale wird also durch die für die Trennung von Mehrtonsignalen längere Empfangszeit wieder aufgehoben, allerdings nur teilweise. So müssen die Empfangsantennen bei einer typischen Implementierung für Zweitonsignale nur zwei Abtastperioden länger aktiv sein als für Eintonsignale, das entspricht bei einer Abtastfrequenz von f_sample = 100 MHz einer zusätzlichen Abtastzeit von etwa 20 Nanosekunden.4 sampling values are required for the sampling of single-tone signals, but 6 or 10 sampling values are required for two-tone or four-tone signals, i.e. the required measuring times are correspondingly longer. The gain in measurement time through the parallel transmission and measurement of orthogonal signals is thus canceled out again by the longer reception time required for the separation of multi-tone signals, but only partially. In a typical implementation for two-tone signals, the receiving antennas only have to be active two sampling periods longer than for single-tone signals, which corresponds to an additional sampling time of around 20 nanoseconds at a sampling frequency of f_sample=100 MHz.

Soll die mit der Abtastrate f_sample der ADC-Komponente 314 vorgegebene Zwischenfrequenzbandbreite vollständig ausgenutzt werden, so gilt für den bereits weiter oben eingeführten Frequenzversatz: Δ f = f_sample / N_sample .

Figure DE102013220131B4_0002
If the intermediate frequency bandwidth specified with the sampling rate f_sample of the ADC component 314 is to be fully utilized, the following applies to the frequency offset already introduced above: Δ f = f_sample / N_sample .
Figure DE102013220131B4_0002

Es sei beispielhaft der Zusammenhang zwischen Abtastwerten und Zahl der Trägersignale gemäß Glg. (1) sowie eine Abtastrate von f_sample = 100 MHz für die ADC-Komponente 314 angenommen. Für den Zweitonbetrieb der Sendergruppen 604 und 606 aus 6A ergibt sich ein ungefährer Offset oder Frequenzversatz Δf = 16,67 MHz. Unter der Voraussetzung eines konstanten Versatzes, und bezogen auf die spektrale Belegung wie in 7A dargestellt, bei der etwa die niedrigste Senderfrequenz der ersten Sendergruppe 604 bei f_100 = 70.00000 GHz liegt, sollte also die niedrigste Senderfrequenz der zweiten Sendergruppe 606 bei f_200 = 70.01667 GHz liegen, damit f_100 und f_200 sowohl orthogonal zueinander als auch parallel empfangbar sind.For example, the relationship between samples and the number of carrier signals according to Eq. (1) and a sampling rate of f_sample = 100 MHz for the ADC component 314 is assumed. For the two-tone operation of transmitter groups 604 and 606 off 6A an approximate offset or frequency offset Δf = 16.67 MHz results. Assuming a constant offset, and related to the spectral occupancy as in 7A shown, in which the lowest transmitter frequency of the first transmitter group 604 is at f_100=70.00000 GHz, so the lowest transmitter frequency of the second transmitter group 606 should be at f_200=70.01667 GHz, so that f_100 and f_200 can be received both orthogonally to one another and in parallel.

Bei einer äquidistanten Belegung des Spektrums zwischen 70 GHz und 80 GHz haben aufeinanderfolgende Sendefrequenzen eines Frequenzvektors (Vf_1 oder Vf_2) einen Abstand D_f = 158,73 MHz. Das nächste Frequenzpaar am Häufungspunkt 704 umfasst folglich die Sendefrequenzen (f_101 = 70,15873 GHz, f_201 = 70,17540 GHz), usw.With an equidistant occupancy of the spectrum between 70 GHz and 80 GHz, consecutive transmission frequencies of a frequency vector (Vf_1 or Vf_2) have a distance D_f = 158.73 MHz. The next frequency pair at the accumulation point 704 consequently includes the transmission frequencies (f_101 = 70.15873 GHz, f_201 = 70.17540 GHz), etc.

Für den Viertonbetrieb der 6B und 7B kann der Wert von D_f ebenso wie oben gewählt werden, jedoch sind die Frequenzen an den Häufungspunkten 752, 754, 756 nur um Δf = 10 MHz gegeneinander versetzt. Auf diese Weise sind auch hier die entsprechenden Sendersignale parallel empfangbar und gleichzeitig orthogonal, d.h. effizient voneinander trennbar.For the four-tone operation of the 6B and 7B the value of D_f can also be chosen as above, but the frequencies at the accumulation points 752, 754, 756 are only offset from one another by Δf=10 MHz. In this way, the corresponding transmitter signals can also be received in parallel and at the same time orthogonally, ie efficiently separated from one another.

8A ist ein Frequenzdiagramm, das ein mit der Frequenz f_sample (f_s) abgetastetes ZF-Spektrum eines orthogonalen Zweitonsignals veranschaulicht. Bezugsziffern 802, 804, 806 und 808 bezeichnen Trägersignale, während die Ziffer 810 einen Gleichspannungsanteil der ADC-Komponente 314 bezeichnet. Die Trägersignale liegen gemäß der obigen Glg. (1) um Δf = f_sample / 6 auseinander. 8A Figure 12 is a frequency diagram illustrating an IF spectrum of an orthogonal two-tone signal sampled at frequency f_sample (f_s). Reference numerals 802, 804, 806 and 808 denote carrier signals, while numeral 810 denotes a DC component of the ADC component 314. FIG. According to the above Eq. (1) apart by Δf = f_sample / 6.

Dieses Spektrum kann bspw. digital herabgemischt werden. 8B veranschaulicht das Resultat, d.h. das Basisbandspektrum, wobei entsprechende Träger mit den gleichen Bezugsziffern wie in 8A bezeichnet sind. Durch den Mischvorgang erscheint noch eine zusätzliche Spektrallinie 812 bei f_sample / 2.This spectrum can, for example, be digitally downmixed. 8B illustrates the result, ie the baseband spectrum, where corresponding carriers are given the same reference numbers as in FIG 8A are designated. Due to the mixing process, an additional spectral line 812 appears at f_sample / 2.

Zur Veranschaulichung ist in 8B weiterhin eine Übertragungsfunktion 814 eines digitalen Filters eingezeichnet, und zwar eines gleitenden 6-Tap-Mittelungsfilters. Die Anzahl der Taps entspricht der oben diskutierten Anzahl N_Sample an Abtastwerten. Für die Filterung von Viertonsignalen wäre entsprechend ein 10-Tap-Filter erforderlich.For illustration is in 8B Furthermore, a transfer function 814 of a digital filter is drawn in, namely a sliding 6-tap averaging filter. The number of taps corresponds to the number N_Sample of samples discussed above. A 10-tap filter would be required to filter four-tone signals.

In der spektralen Darstellung der 8B hat die Übertragungsfunktion des 6-Tap-Filters Nullstellen bei k * f_sample / 6. Werden die Trägersignale im spektralen Abstand dieser Nullstellen zueinander platziert, kann nach der digitalen Frequenzumsetzung ins Basisband jeweils ein Träger 816 aufgenommen werden, während alle anderen mit den Nullstellen der Übertragungsfunktion zusammenfallen, also ausgefiltert werden. Im Beispiel der 8B wird das Trägersignal 806 aus 8A aufgenommen, das Trägersignal 808 wird unterdrückt. Zur Aufnahme des Signals 808 ist eine entsprechende Basisbandtransformation vorzunehmen.In the spectral representation of 8B the transfer function of the 6-tap filter has zeros at k * f_sample / 6. If the carrier signals are placed at the spectral distance of these zeros from one another, one carrier 816 can be recorded after digital frequency conversion to baseband, while all others have the zeros of the transfer function coincide, i.e. be filtered out. In the example of 8B the carrier signal 806 becomes off 8A recorded, the carrier signal 808 is suppressed. A corresponding baseband transformation must be carried out to record the signal 808 .

Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung werden die Sendeantennen einer Mikrowellen-Apertur in Sendergruppen aufgeteilt, die auf jeweils leicht gegeneinander versetzten Frequenzen Sendesignale aussenden. Dies ermöglicht es, dass ein Objekt durch die Senderantennen nicht in strikt sequentieller Reihenfolge ausgeleuchtet werden muss, sondern dass mehrere Antennen das Objekt parallel ausleuchten können, von jeder Sendegruppe eine Antenne.In certain embodiments of the invention, the transmission antennas of a microwave aperture are divided into transmitter groups, which emit transmission signals at frequencies that are slightly offset from one another. This means that an object does not have to be illuminated in a strictly sequential order by the transmitter antennas, but that several antennas can illuminate the object in parallel, one antenna from each transmission group.

Werden durch geeignete Wahl des Frequenzversatzes zwischen den Sendergruppen orthogonale Signale ausgesendet, ist eine Signaltrennung der vom Objekt reflektierten Signale auf effiziente Weise möglich. Der Frequenzversatz kann optional so gewählt werden, dass sich auch keine erhöhten oder kaum erhöhte Anforderungen an die Bandbreite der Empfangskanäle ergeben. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich die Komplexität der Hardware für die Signalverarbeitung nur unwesentlich erhöht, was ebenso für den Aufwand und die Kosten einer handhabbaren Integrationsdichte gilt.If orthogonal signals are emitted by a suitable choice of the frequency offset between the transmitter groups, a signal separation of the signals reflected by the object is possible in an efficient manner. The frequency offset can optionally be selected in such a way that none are increased or there are hardly any increased demands on the bandwidth of the receiving channels. In this way it can be achieved that the complexity of the hardware for the signal processing increases only insignificantly, which also applies to the outlay and the costs of a manageable integration density.

In der empfangsseitigen Signalverarbeitung kann eine bestimmte DFT oder eine bestimmte Filterung im Empfangskanal eines der Signale bevorzugen, während die anderen parallelen Signale unterdrückt werden. Wird hierfür ein entsprechender Frequenzversatz der parallelen Sendesignale gewählt, kann auf diese Weise die Orthogonalitätsbedingung realisiert werden.In the signal processing at the receiving end, a certain DFT or a certain filtering in the receiving channel can favor one of the signals while the other parallel signals are suppressed. If a corresponding frequency offset of the parallel transmission signals is selected for this, the orthogonality condition can be realized in this way.

Der Messzeitgewinn gegenüber einer strikt sequentiellen Messung ergibt sich in erster Näherung aus der Anzahl der Sendergruppen, d.h. der parallel ausgesendeten Signale. Allerdings sind zur Signaltrennung längere Empfangszeiten bzw. größere Filterlängen notwendig. Für Zweitonsignale konnten Messzeitgewinne von etwa einem Faktor 1,6 erhalten werden, ohne merkliche Veränderungen bei der Bildqualität unbewegter Objekte. Dies bedeutet, dass wegen der verkürzen Messzeit und der entsprechend verringerten Bewegungsunschärfe sich die Abbildungsqualität bewegter Objekte verbessert. Für Signale mit mehr als zwei Tönen vergrößert sich der Messzeitgewinn weiter; ein Gewinn bspw. bis zu einem Faktor 4 ist denkbar.The gain in measurement time compared to a strictly sequential measurement results in a first approximation from the number of transmitter groups, i.e. the signals transmitted in parallel. However, longer reception times or larger filter lengths are necessary for signal separation. Measurement time gains of about a factor of 1.6 could be obtained for two-tone signals without noticeable changes in the image quality of still objects. This means that the image quality of moving objects is improved due to the shorter measurement time and the correspondingly reduced motion blur. For signals with more than two tones, the gain in measurement time increases further; a profit of up to a factor of 4, for example, is conceivable.

Theoretische Erklärungen durch die Erfindung bewirkter technischer Effekte sollen den Geltungsbereich der Erfindung nicht einschränken. Auch ist die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt; vielmehr sind innerhalb des durch die anhängenden Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. Insbesondere sind dem Fachmann bestimmte Kombinationen von vorstehend separat beschriebenen Merkmalen als zweckmäßig oder vorteilhaft ersichtlich.Theoretical explanations of technical effects brought about by the invention are not intended to limit the scope of the invention. The invention is also not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein; on the contrary, within the scope indicated by the appended claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of actions of a person skilled in the art. In particular, certain combinations of features described separately above are evident to the person skilled in the art as expedient or advantageous.

Claims (12)

Verfahren zur Abbildung eines Objekts, mit den folgenden Schritten: simultanes Aussenden (402) von Signalen zur Objektausleuchtung im Mikrowellenbereich oder im Millimeterwellenbereich durch eine Mehrzahl von Sendeantennen (104), wobei jede der Mehrzahl von Sendeantennen (104) auf einer eigenen Sendefrequenz sendet und die Sendefrequenzen so gewählt werden, dass die darauf gesendeten Sendesignale zueinander orthogonal sind; Empfangen (404) vom Objekt reflektierter Signale durch eine Mehrzahl von Empfangsantennen (106); und Bestimmen (406) einer Abbildung des Objekts basierend auf den von den Empfangsantennen (106) empfangenen Signalen; wobei jede der Sendeantennen (104) zeitlich nacheinander Signale gemäß einem eigenen Frequenzvektor aussendet, und wobei der Frequenzvektor eine Mehrzahl von Sendefrequenzen (f_100, f_101, f_102) definiert, wobei jeder Frequenzvektor eine Folge von Sendefrequenzen (f_100, f_101, f_102, f_200, f_201, f_202) umfasst, und einander entsprechende Sendefrequenzen (f_100, f_200) unterschiedlicher Frequenzvektoren einen gegenseitigen Frequenzversatz Δf aufweisen, wobei für eine Trennung der Signale mit Frequenzversatz Δf die von den Empfangsantennen empfangenen Signale mit einer Anzahl N_sample von Abtastwerten abgetastet werden mit N_sample = 2 * N_carrier + 2, wobei N_carrier die Zahl simultan aktiver Sendeantennen angibt.Method of imaging an object, comprising the following steps: Simultaneous transmission (402) of signals for object illumination in the microwave range or in the millimeter wave range by a plurality of transmitting antennas (104), each of the plurality of transmitting antennas (104) transmitting on its own transmission frequency and the transmission frequencies being selected such that the transmission signals transmitted thereon correspond to one another are orthogonal; receiving (404) signals reflected from the object by a plurality of receiving antennas (106); and determining (406) an image of the object based on the signals received from the receiving antennas (106); wherein each of the transmitting antennas (104) emits signals one after the other according to its own frequency vector, and wherein the frequency vector defines a plurality of transmission frequencies (f_100, f_101, f_102), each frequency vector comprising a sequence of transmit frequencies (f_100, f_101, f_102, f_200, f_201, f_202), and Corresponding transmission frequencies (f_100, f_200) of different frequency vectors have a mutual frequency offset Δf, where for a separation of the signals with a frequency offset Δf, the signals received by the receiving antennas are sampled with a number N_sample of samples with N_sample=2*N_carrier+2, where N_carrier indicates the number of simultaneously active transmitting antennas. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sendeantennen unterschiedlichen Gruppen (604, 606) zugeordnet sind und jeder Gruppe (604, 606) von Sendeantennen ein eigener Frequenzvektor zugeordnet ist.procedure after claim 1 , wherein the transmission antennas are assigned to different groups (604, 606) and each group (604, 606) of transmission antennas is assigned its own frequency vector. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Frequenzversatz Δf so gewählt ist, dass Signale unterschiedlicher Frequenzvektoren innerhalb einer Empfangsbandbreite (B_f) liegen.procedure after claim 1 or 2 , where the frequency offset Δf is selected such that signals of different frequency vectors lie within a receiving bandwidth (B_f). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Frequenzversatz Δf so gewählt wird, dass gilt Δf = f_sample / N_sample, wobei f_sample eine Abtastfrequenz der von den Empfangsantennen empfangenen Signale angibt.Method according to one of the preceding claims, wherein the frequency offset Δf is chosen such that Δf = f_sample / N_sample applies, where f_sample indicates a sampling frequency of the signals received by the receiving antennas. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine digitale Signalverarbeitung der empfangenen Signale eine digitale Fourier-Transformation, oder ein digitales Abwärtsmischen und Anwendung eines Mittelungsfilters umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein digital signal processing of the received signals comprises a digital Fourier transformation, or a digital downconversion and application of an averaging filter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Frequenz der ausgesendeten Signale 70 Gigahertz oder mehr beträgt und die Frequenzvektoren eine Messbandbreite von 10 Gigahertz oder mehr abdecken.Method according to one of the preceding claims, wherein a frequency of the transmitted signals is 70 gigahertz or more and the frequency vectors cover a measurement bandwidth of 10 gigahertz or more. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abbildung des Objekts basierend auf einer synthetischen Fokussierung bestimmt wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein the imaging of the object is determined based on synthetic focusing. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung der Abbildung des Objekts vorgegebene Empfangssignale ausgeblendet werden, um ein Antennenübersprechen zu minimieren.Method according to one of the preceding claims, in which predetermined received signals are emitted to determine the image of the object blinded to minimize antenna crosstalk. System zur Abbildung eines Objekts, umfassend: eine Mehrzahl von Sendeantennen (104) zur simultanen Aussendung von Signalen zur Objektausleuchtung im Mikrowellenbereich oder im Millimeterwellenbereich, wobei jede der Mehrzahl von Sendeantennen (104) dazu dient, auf einer eigenen Sendefrequenz zu senden und wobei die Sendefrequenzen so gewählt sind, dass die darauf gesendeten Sendesignale zueinander orthogonal sind; eine Mehrzahl von Empfangsantennen (106) zum Empfang vom Objekt reflektierter Signale; und eine Verarbeitungseinheit (110) zur Bestimmung einer Abbildung des Objekts basierend auf den von den Empfangsantennen (106) empfangenen Signalen; wobei jede der Sendeantennen (104) dazu dient, zeitlich nacheinander Signale gemäß einem eigenen Frequenzvektor auszusenden, und wobei der Frequenzvektor eine Mehrzahl von Sendefrequenzen (f_100, f_101, f_102) definiert, wobei jeder Frequenzvektor eine Folge von Sendefrequenzen (f_100, f_101, f_102, f_200, f_201, f_202) umfasst, und einander entsprechende Sendefrequenzen (f_100, f_200) unterschiedlicher Frequenzvektoren einen gegenseitigen Frequenzversatz Δf aufweisen, wobei die Verarbeitungseinheit (110) ferner dazu dient für eine Trennung der Signale mit Frequenzversatz Δf die von den Empfangsantennen empfangenen Signale mit einer Anzahl N_sample von Abtastwerten abzutasten mit N_sample = 2 * N_carrier + 2, wobei N_carrier die Zahl simultan aktiver Sendeantennen angibt.System for imaging an object, comprising: a plurality of transmitting antennas (104) for the simultaneous transmission of signals for object illumination in the microwave range or in the millimeter wave range, each of the plurality of transmitting antennas (104) serving to transmit on its own transmission frequency and the transmission frequencies being selected such that those transmitted thereon transmission signals are mutually orthogonal; a plurality of receiving antennas (106) for receiving signals reflected from the object; and a processing unit (110) for determining an image of the object based on the signals received from the receiving antennas (106); wherein each of the transmitting antennas (104) is used to emit signals in chronological succession according to its own frequency vector, and wherein the frequency vector defines a plurality of transmission frequencies (f_100, f_101, f_102), each frequency vector comprising a sequence of transmit frequencies (f_100, f_101, f_102, f_200, f_201, f_202), and Corresponding transmission frequencies (f_100, f_200) of different frequency vectors have a mutual frequency offset Δf, the processing unit (110) also serving to sample the signals received by the receiving antennas with a number N_sample of sample values for a separation of the signals with a frequency offset Δf N_sample = 2 * N_carrier + 2, where N_carrier indicates the number of simultaneously active transmit antennas. System nach Anspruch 9, umfassend eine Mehrzahl von Antennenclustern (120, 602) mit jeweils einer Mehrzahl von Sendeantennen (104), wobei alle Sendeantennen eines Antennenclusters (120, 602) genau einer Sendergruppe (604, 606) mit eigenem Frequenzvektor zugeordnet sind.system after claim 9 , comprising a plurality of antenna clusters (120, 602) each having a plurality of transmitting antennas (104), wherein all transmitting antennas of an antenna cluster (120, 602) are assigned to exactly one transmitter group (604, 606) with its own frequency vector. System nach Anspruch 10, wobei die Antennencluster (120) jeweils eine Mehrzahl von Empfangsantennen (106) umfassen, und die Verarbeitungseinheit (110) ausgebildet ist, eine Abbildung des Objekts basierend auf den Signalen der Empfangsantennen (106) unabhängig von deren Clusterzugehörigkeit zu bestimmen.system after claim 10 , wherein the antenna cluster (120) each comprise a plurality of receiving antennas (106), and the processing unit (110) is designed to determine an image of the object based on the signals of the receiving antennas (106) regardless of their cluster membership. System nach Anspruch 10, wobei das System (100) zum simultanen Auslesen und/oder Digitalisieren von Messdaten aller Empfangskanäle mindestens eines Antennenclusters (120) ausgebildet ist.system after claim 10 , wherein the system (100) is designed for the simultaneous reading out and/or digitizing of measurement data of all reception channels of at least one antenna cluster (120).
DE102013220131.1A 2013-10-04 2013-10-04 Imaging system with orthogonal transmit signals Active DE102013220131B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013220131.1A DE102013220131B4 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Imaging system with orthogonal transmit signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013220131.1A DE102013220131B4 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Imaging system with orthogonal transmit signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102013220131A1 DE102013220131A1 (en) 2015-04-09
DE102013220131B4 true DE102013220131B4 (en) 2022-03-24

Family

ID=52693243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013220131.1A Active DE102013220131B4 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Imaging system with orthogonal transmit signals

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013220131B4 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3244231A1 (en) * 2016-05-12 2017-11-15 HENSOLDT Sensors GmbH Mimo antenna assembly and method for three-dimensional radar imaging
DE102019209310A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-31 Robert Bosch Gmbh OFDM radar sensor system with actively retransmitting repeater
EP4290279A1 (en) * 2022-06-10 2023-12-13 VEGA Grieshaber KG Microwave cabinet system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009036507A1 (en) 2007-09-19 2009-03-26 Teledyne Australia Pty Ltd Imaging system and method
DE102011005145A1 (en) 2011-03-04 2012-09-06 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Circuit board assembly for millimeter wave scanner
DE102011120244A1 (en) 2011-12-05 2013-06-06 Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main Receiver architecture for orthogonal, multiple-input-multiple-output radar systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009036507A1 (en) 2007-09-19 2009-03-26 Teledyne Australia Pty Ltd Imaging system and method
DE102011005145A1 (en) 2011-03-04 2012-09-06 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Circuit board assembly for millimeter wave scanner
DE102011120244A1 (en) 2011-12-05 2013-06-06 Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main Receiver architecture for orthogonal, multiple-input-multiple-output radar systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANG, Jungang [et al.]: Synthetic aperture radar imaging using stepped frequency waveform. In: IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 50, 2012, No. 5, S. 2026-2036. – ISSN 0196-2892

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013220131A1 (en) 2015-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4194875B1 (en) Magnetic resonance tomograph with active interference suppression and method for suppressing interference in a magnetic resonance tomograph
DE102007055217B4 (en) Method and device for the spatially resolved detection and reconstruction of objects by means of microwaves
DE102005022551B4 (en) A method of performing a magnetic resonance examination, a magnetic resonance apparatus and an array for receiving magnetic resonance signals
DE60309174T2 (en) ULTRA BROADBAND SIGNAL RECEIVER WITH FREQUENCY SUBBANDS
DE112019006800T5 (en) Antenna device and radar device
EP3171138A1 (en) Antenna device and method for transmitting and/or receiving a signal
DE112007003175T5 (en) Electronically scanning radar system
DE112008000513T5 (en) Electronically scanning radar system and receiving antenna
DE112020007038T5 (en) RADAR DEVICE AND RADAR IMAGE GENERATION METHOD
EP3546967B1 (en) Local coil matrix and method for imaging
EP2191296A1 (en) Method and device for synthetic imaging
DE102010041191A1 (en) Method for generating MR image data with parallel slice excitation and correspondingly designed magnetic resonance system
DE102009050796A1 (en) Method and arrangement for measuring the signal transit time between a transmitter and a receiver
DE102009012109A1 (en) Digital method for channel reduction in MR reception systems
DE102013220131B4 (en) Imaging system with orthogonal transmit signals
DE102010011968A1 (en) Method for generating an image with a magnetic resonance tomograph
DE102013216461A1 (en) Synthetic aperture radar method for remote sensing of surface of earth through radar system, involves generating sub-pulses in respective pulse repetition interval such that sub-pulses have different, non-overlapping frequency ranges
EP3811103B1 (en) Radar assembly and method for operating a radar assembly
DE102011086566B4 (en) Adjusting the center frequencies and bandwidths in MR imaging
WO2021063574A1 (en) Radar system and method for operating a radar system
DE69936561T2 (en) COMMUNICATION DEVICE
DE102010041755A1 (en) radar system
EP0703465B1 (en) Pulse radar method
DE102020208232A1 (en) Device, system and method for data transmission by means of broadband signals for local coils
DE102012100745A1 (en) Method for generating synthetic image of object, involves providing measurement data set and selecting sub-object data set, where characteristics assigned to sub-object are varied till quality of sub-object reaches predetermined value

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final