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WO2018158173A1 - Radar-system sowie verfahren zum betreiben eines radar-systems - Google Patents

Radar-system sowie verfahren zum betreiben eines radar-systems Download PDF

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Publication number
WO2018158173A1
WO2018158173A1 PCT/EP2018/054628 EP2018054628W WO2018158173A1 WO 2018158173 A1 WO2018158173 A1 WO 2018158173A1 EP 2018054628 W EP2018054628 W EP 2018054628W WO 2018158173 A1 WO2018158173 A1 WO 2018158173A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
signals
transceiver
comparison
sei
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/054628
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Vossiek
Michael GOTTINGER
Peter Gulden
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.)
Symeo GmbH
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Original Assignee
Symeo GmbH
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 Symeo GmbH, Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg filed Critical Symeo GmbH
Priority to EP18707358.0A priority Critical patent/EP3589976A1/de
Priority to US16/490,492 priority patent/US11353570B2/en
Publication of WO2018158173A1 publication Critical patent/WO2018158173A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S13/00—Systems 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
    • G01S13/003—Bistatic radar systems; Multistatic radar systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/288—Coherent receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems
    • G01S7/352—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G01S7/4021—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system of receivers

Definitions

  • the present invention relates to a radar system and a method of operating a radar system.
  • the radar electronics is built on technically comparatively complex substrates.
  • the distribution of signals with relatively high frequencies is associated with radiation losses and attenuation, which adversely affects a transmission power and a signal quality.
  • Solution measures are technically complex and demanding in implementation.
  • the object is achieved by a radar system, the at least one first and one second transceiver each having at least one transmitting and at least one receiving antenna, and an RF generator and a common clock generator for the RF generators of the transmitting Receiving devices comprises, wherein at least one evaluation device is provided, which is configured to process transmission and reception signals of the transceiver devices to modified measurement signals with increased coherence.
  • a core idea of the invention is to process transmit and receive signals of the transceivers using a common clock generator for the various RF generators in such a way that they have increased coherence (in the form of the modified measurement signals).
  • a method for increasing the coherence for distributed radar systems is for example
  • DE 10 2014 104 273 AI known.
  • DE 10 2014 104 273 A1 also describes a corresponding radar system. The method according to
  • DE 10 2014 104 273 A1 shall be referred to below as "method ⁇ .
  • the configuration of the radar system according to DE 10 2014 104 273 AI should be referred to as “configuration ⁇ .
  • Another method and a further configuration for a radar system to increase the coherence is described in the not yet published German patent application with the application number 10 2016 100 107.4 and the corresponding international patent application with the application number PCT / EP2017 / 050056.
  • the method or radar system described in these two applications will hereinafter be referred to as “method II” and “configuration.”
  • Receiving antennas each have a separate generation of high-frequency transmit and receive signals are made.
  • Downmix or Correlate done. Furthermore, optionally a mixture or correlation (direct) can be done digitally.
  • H F generators from a plurality of transceivers are supplied from the same clock source.
  • suitable phase locked loops phased-locked loop
  • H F signals which are coherent with one another can preferably be generated in the individual H F generators.
  • these components are now solved by the use of a method for the subsequent generation of coherence.
  • weaker targets can be separated from stronger targets, and in general the measurement accuracy and resolution are improved.
  • the first transceiver can be arranged with its (assigned) RF generator on a (common) board.
  • the second transceiver with their assigned RF generator on a (common) board.
  • a (assigned) RF generator on a (common, possibly further) board (chip) may be arranged.
  • the (common) clock and first transceiver, second transceiver can be arranged on a common board (chip).
  • transmitting and receiving antennas can already be provided in a preferably designed as a chip package corresponding transceiver or be integrated on a chip itself. As a result, measurement accuracy and resolution can be improved.
  • the RF generators are in the vicinity of transmitting and
  • An arrangement in the vicinity means, in particular, an arrangement at a distance of less than 20 mm, preferably less than 10 mm.
  • the RF signals of the (individual) RF generators are at least partially coherent with each other. Further preferably, this is one
  • PLL Phase locked loop
  • transceiver units (SE) mentioned in DE 10 2014 104 273 A1 are preferably components of the transceivers of the present disclosure or
  • a first signal is generated and transmitted over a path, in particular radiated, generated in the second transceiver, a further first signal and sent over the path, in particular radiated in the evaluation device, in particular in the a first comparison signal from the first signal of the first transceiver and from such from the second transceiver, over the path received, the first signal are formed, and in the evaluation, in particular in the second transceiver further comparison signal from the first signal of the second transceiver and from such from the first transceiver, over the path received, the first signal are formed, wherein the further comparison signal preferably from the second transceiver to the first transceiver transferred device, in particular is communicated.
  • the system is
  • the evaluation device for forming a comparison comparison signal from the first comparison signal and the other
  • the configuration II or the method II is used to increase the coherence.
  • Describe configurations II is hereby incorporated by reference DISCLOSURE OF THE PRESENT DISCLOSURE, IN PARTICULAR WITH RESPECT TO THE CONFIGURATIONS OR METHODS FOR INCREASING THAT CONCEPT.
  • the system in particular the
  • Evaluation device configured to compensate in a first step deviations of the comparison signals, which are caused by systematic deviations in the transceivers, and in a second step, at least one complex value from a first of the two comparison signals or from a signal, the this first
  • Comparative signal has been derived to be used to adapt at least one complex value of the second of the two comparison signals or a value of a signal derived from this second comparison signal, and thus to form a matched signal, wherein the adaptation is done by a mathematical operation the vectorial sum or the
  • Difference of the complex values is formed, or the sum or the difference of the phases of the complex values is formed.
  • the (above) comparison comparison signal by the two comparison signals processed with each other - are multiplied complex, in particular conjugated complex -, correspond to a comparison signal generated with a coherent radar system.
  • the transceivers are understaffed (in a sparse array). This further improves accuracy and target separation, in particular by providing side maxima (sidelobes) and the
  • the first and / or the second transceiver has / have two or more transmitting antennas and / or two or more receiving antennas.
  • the system in particular the control device of the system, can do so
  • the transmitting antenna (s) of the first transceiver and the transmitting antenna (s) of the second transceiver transmit simultaneously or overlapping in time and / or that the transmission signals of the transmitting antenna (s) of the first and the transmitting antenna (s) the second transceiver differ from each other,
  • At least two different transmission paths S ITX and S2 T x which are fed by different H F generators, are fed (almost) simultaneously or overlapping in time. "Almost simultaneously" means in particular that the transmission signals S T T x and S2 T x are transmitted overlapping in time, at least for a large part of their signal duration (for example over at least 50% or at least 70% of the
  • the transmission signals S ITX and S2 T x can either have a frequency offset from each other, or otherwise
  • Distinction possibility z. B. via a pulse, amplitude and / or
  • the signals received by each reception path then contain their own signals reflected by the environment and the signals of the second transmission path reflected by the environment.
  • the system in particular a control device (s) of the system, is configured so that received signals and the transmitted signal are mixed or correlated, wherein preferably then a separation of the received signals due to a distinguishing feature,
  • the received signals are down-mixed or correlated with a (local) H F signal.
  • a low-frequency signal S eat arise that both components from the direct
  • Reflection path (own transmission signal), as well as the indirect reflection path (foreign transmission signal) has. Subsequently, a separation of the signals via a frequency difference or otherwise modulation can take place.
  • the signals of the own reflection path can then be used as normal radar signals can be processed, the signals of the indirect path can be further processed if necessary.
  • the above object is further achieved by a method for operating a radar system, in particular as described above, wherein the radar system at least one first and one second transceiver each having at least one transmitting and at least one receiving antenna, and an RF Generator and a common clock for the H F generators of the transceiver devices, said transmit and receive signals of the transceiver devices are processed to modified measurement signals with increased coherence.
  • a first signal is generated and transmitted via a path, in the second transceiver generated a further first signal and sent over the path, in particular radiated, a first comparison signal from the first signal of the first Transceiver device and from such from the second transceiver, over the path received, formed first signal, another comparison signal from the first signal of the second transceiver, and from such from the first transceiver, over the path formed, the further comparison signal is preferably transmitted from the second transceiver to the first transceiver, in particular, is communicated, and / or preferably a comparison comparison signal from the first comparison signal and the other
  • Comparative signal is formed and / or wherein in a first step
  • Deviations of the comparison signals which are caused by systematic deviations in the transceivers compensated and used in a second step, at least one complex value from a first of the two comparison signals, or from a signal derived from this first comparison signal, at least to adapt a complex value of the second of the two comparison signals or a value of a signal derived from this second comparison signal, and thus to form a matched signal, the adaptation being such that by a mathematical operation the vectorial sum or the difference of the complex values is formed, or the sum or difference of the phases of the complex values is formed.
  • HF high frequency
  • HF high frequency
  • 100 MHz preferably at least 1 GHz, more preferably at least 10 GHz to understand.
  • a path is in particular an (air) interface to understand, via which the corresponding signals (and possibly comparison signals) can be sent or transmitted and received by means of antennas.
  • An indirect path or a cross path is to be understood as the path of a signal which originates from one (for example the second) transceiver and is received by another (for example the first) transceiver. Accordingly, a direct path is to be understood as a signal that is both transmitted by the same transceiver and received as a reflected signal.
  • a non-coherent transceiver is to be understood as a transceiver (transceiver) whose transmitted signal is non-coherent with respect to the signal of another transceiver (transceiver) is only partially coherent (compared to a signal with increased coherence) (even if the signal of the first transceiver / transceiver or the other transceiver / transceiver is inherently coherent).
  • the respective transceiver device can thus be embodied as an arrangement of in particular one or more antennas with a few (few) signal-generating or
  • Components such as signal comparison units or an evaluation device can be connected as structurally independent component to such an arrangement.
  • components can be processed (so far technically feasible) as so-called hardware Be formed components and / or as a part or all in one
  • the evaluation device may be part of one or more transceivers, or may be connected to one or more such transceiver devices.
  • a physically independent evaluation device can be provided, which is connected to the respective transceiver or the other components of the respective transceiver.
  • the evaluation device may possibly be integrated into the first and / or the second (generally further) transceiver device, for example in a common housing and / or as a structural unit.
  • Evaluation device is arranged) that a cross path (indirect path) may arise, i. that a coverage of transmitting and receiving areas is provided accordingly.
  • the (non-coherent) transmitting and receiving units are to be part of the transmission-receiving devices described further above (or to form them).
  • the transceiver units are also abbreviated as SE.
  • signals transmitted between the SEs are processed in such a way that comparison signals arise which have advantageous properties which otherwise only have radar signals which are provided with only one common device for signal generation, ie with a coherent one
  • method II is, in particular, methods for reducing disturbing effects which are uncorrelated by the method
  • Phase noise of the multiple stand-alone devices for signal generation are caused.
  • Method II is particularly advantageously applicable to the transceiver devices according to the invention.
  • the field of radar signal processing one would like to convert the received signals to the lowest possible intermediate-frequency signal to a high
  • Method II begins with at least two SEs transmitting almost simultaneously. Almost simultaneously in this context means that the
  • sigTXl Signal duration in both directions, ie sigTXl be transferred from SEI to SE2 and sigTX2 from SE2 to SEI.
  • the initially possibly unknown difference of the starting times of the transmission signals sigTXl and sigTX2 is designated as T_off.
  • the aim should be as much as possible transmission times, the shift T_off should preferably not be greater than half the signal duration, but in any case less than the signal duration. Due to the at least partially independent generation, the signals sigTXl and sigTX2
  • Transmit (Tx) and receive (Rx) to ensure the reciprocity of the transmission channels.
  • Tx Transmit
  • Rx receive
  • phase noise and synchronization errors are then at least reduced by performing the processing of the received signals in two stages:
  • systematic deviations are corrected, either before the signals are received via an activation of the signal source, and / or via a compensation directly in the received signal and / or via a compensation in the comparison signal.
  • a second step for example, a shortened evaluation of the correlation or the formation of a comparison comparison signal takes place only for the expected shift range or, in the best case, in only one shift value.
  • a multiplication or division of the signals represents a non-linear operation.
  • Non-linear operations always go with non-linear effects, so here in particular with so-called intermodulation of signal and Noise, accompanied. This results especially in radar signals with multiple signal components, ie signals that have multiple targets or more
  • Signal transmission paths include, to interference.
  • the use of the addition of the complex signals proposed according to method II has the great advantage that the addition is a linear operation, whereby non-linear effects, that is to say in particular intermodulation of signal and noise components, are avoided.
  • This embodiment therefore generally leads to a significantly better reduction of the phase noise in comparison to methods for combining the comparison signals sigC21 and sigC12.
  • the synchronization can be carried out separately before the measurement, as part of the measurement itself, or following the measurement.
  • a synchronization in the context of the measurement or subsequent to the synchronization for example, via subsequent adaptation of the
  • means or methods may be provided which are suitable for directly controlling the clock rates of the sources of sigTX1 and sigTX2 (eg using TCXO) or computationally (synthetic synchronization) to match.
  • All of these methods for equalizing the clock sources can be implemented either via radio waves or via cable connections.
  • Wired may mean electrical signals or optical signals carried by cables.
  • Clock sources can also be very high-quality clock sources, for example
  • Atomic clocks are used.
  • signals (sigEP21, sigEP12) can be derived from the comparison signals, each of which represents a function having as a function argument the signal propagation time or the length of the transmission channel of the respective signal components.
  • the offset T_off between the stations is then determined, for example, by the methods disclosed in DE 101 57 931, or by a correlation of the comparison signals of the at least two SEs.
  • the maximum can provide the offset. Alternatively, this can also be done below for FMCW signals
  • At least one function value Fl can be determined, which is to be assigned to a specific transit time, and at least one further function value F2 of the signal sigEP12, which is to be assigned to the same runtime as exactly as possible. Fl with F2 you will be charged. This calculation takes place, for example, by adding or subtracting the two
  • a first signal (sigTXl) is generated in a first (non-coherent) transceiver unit (SEI) and transmitted, in particular transmitted, over a path (SP),
  • SEI non-coherent transceiver unit
  • SP path
  • a (further) first signal is generated and transmitted via the path (SP), in particular emitted,
  • the signals (sigTXl and sigTX2) are received in the respective other transceiver unit directly or indirectly, where they are further processed as received signals sigRX12 and sigRX21,
  • a comparison signal (sigC12) from the first signal (sigTXl) and from such from the further transceiver unit (SE2) via the path (SP) received first signal (sigRTX2) is formed and
  • a further comparison signal (sigC21) from the first signal (sigTX2) and from such from the first transceiver unit (SEI) via the path (SP) received first signal (sigTXl) is formed,
  • the further comparison signal (sigC21) is transmitted from the further transceiver unit (SE2) to the first transceiver unit (SEI), in particular, is communicated,
  • Fig. 2 shows the components of Fig. 1 with an illustration of a
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a conventional radar array
  • FIG. 6 is a schematic representation of a radar according to the invention
  • Fig. 7 is a phase noise diagram
  • Fig. 8 is a schematic representation of direct and indirect signal paths.
  • two transceiver units SEI, SE2 communicate with one another via a radio interface.
  • a first or a second signal sigTXl, sigTX2 are sent.
  • the transceiver units SEI, SE2 each have a signal source 1, a clock adaptation unit or
  • Comparison signal modification 2 and a transmission comparison unit SigCompl, SigComp2.
  • the (non-coherent) transceiver units preferably form transceiver devices.
  • SEI can be regarded as a first transceiver and SE2 as a second transceiver.
  • FIG. 2 additionally shows a unit for phase modification 4 in each case. A data exchange takes place between the two units for phase modification 4.
  • a first (non-coherent) transceiver unit (SEI) a first signal (sigTXl) is generated and transmitted via a path (SP), in particular emitted.
  • a second signal (sigTX2) is generated and transmitted via the path (SP), in particular emitted.
  • the radiation of the signals takes place here as possible at the same time but at least matched in time so that the two waveforms
  • the signal sources may be completely or partially independent.
  • the transmitted signals used can be represented as a decomposition into an equivalent baseband signal (bbTXl) and a carrier signal.
  • signals with so-called good correlation properties are preferably used as baseband signals.
  • Signals with good correlation properties are, for example, broadband pulses, noise signals, pseudo-random pulse trains (PN codes) such as M-sequences, Gold codes or Barker codes, Kasami sequences, Huffman sequences, chirps, linear frequency modulated signals (FMCW), chirp or FMCW sequences, etc.
  • PN codes pseudo-random pulse trains
  • Such waveforms have long been widely known in radar technology and communication technology (especially in the area of CDMA).
  • the transmission signal (sigTXl) of the transceiver unit (SEI) can be represented as follows:
  • the time offset TOI defines the transmission time of the signal sigTXl
  • phase term comprises a constant
  • the angular frequency characterizes the frequency of the carrier signal of sigTXl.
  • the transmission signal (sigTX2) of the transceiver unit (SE2) can be formed.
  • the transmitted signals (sigTXl and sigTX2) are sent directly to the other transceiver stations and are then received and processed further as receive signals sigRX12 and sigRX21.
  • the received signal which is received at the second (non-coherent) transceiver unit (SE2), corresponds to the transmission signal (sigTXl), but this is changed in amplitude and delayed by the delay Tl1 .
  • SE2 non-coherent transceiver unit
  • the transmission signal (sigTXl) is transmitted to a plurality of (a number of I) transmission paths of different lengths to the second transceiver unit (SE2), the reception signal can be transmitted as a linear superposition of
  • amplitude-weighted and time-delayed signals are represented as follows:
  • the transceiver units (SEI, SE2) are designed to be
  • signal comparison units SigCompl, SigComp2 in which the respective received signal of a transceiver unit is charged with its transmission signal - i. in SEI the signal sigRX12 with the signal sigTXl and in SE2 the signal sigRX21 with the signal sigTX2.
  • the signal comparison units SigCompl, SigComp2 are designed in the exemplary embodiment as a mixer mix. That Here in SEI the signal sigRX12 is mixed with the signal sigTXl and in SE2 the signal sigRX21 with the signal sigTX2.
  • data communication ensures that both comparison signals are transmitted to a common evaluation unit, where they are both available for evaluation.
  • the common evaluation unit may be SEI, SE2 or another evaluation unit.
  • the phases of the two comparison signals are added. If only the carrier phases with the phase noise component are considered here, since unknown phase contributions are present only in this component, and the two carrier phase terms are added together, the result is:
  • Propagation speed of electromagnetic waves is usually very small and that the significant phase noise components in an oscillator according to the known relationships of oscillator phase noise typically decrease sharply with increasing distance from the carrier and, respectively, have a pronounced low-pass behavior and indeed
  • phase noise reduction leads to a better detectability of targets, to a larger measuring range and an improved measuring accuracy.
  • phase terms shown above have different signs.
  • the preferred combination of the phase terms is not necessarily an addition but possibly also a subtraction. What matters is that the linkage results in a reduction of the phase noise echo and the term-dependent phase term, i. one
  • phase values are represented by complex numbers
  • the complex numbers are multiplied, divided or multiplied by the conjugate complex of the other number to form the sum or difference of the phases.
  • slightly different amplitudes of the signals sigC12 and sigC21 may occur despite a reciprocal radio channel due to different characteristics of the electronic components such as mixers or amplifiers, etc. If the amplitudes of the signals sigC12 and sigC21 are different, the signals in the preferred variant described here must first be normalized to the same amplitude.
  • the process of forming the sigC12 and sigC21 signals may result in additional systematic phase offsets. If these phase offsets of the signals sigC12 and sigC21 are different, these phase offsets must first be compensated in the preferred variant described here.
  • the signals sigC12 and sigC21 can be interpreted as complex pointers.
  • the vector components of the phase terms with different signs cancel each other out in the same way as described above in the addition of the phase terms. Consequently, as a possible preferred variant for reducing the phase noise components, it is proposed to add the complex signals sigC12 and sigC21, ie to form a signal as follows:
  • the sigCC signal then has significantly less phase noise than the sigC12 and sigC21 signals, respectively, and the sigCC signal is then further used for the purpose of range finding, angle measurement or imaging.
  • Comparative signal has been derived, and thus to form at least one value of a signal (sigCC), wherein the adaptation is such that by a mathematical operation the vectorial sum or the difference of at least two sigC12 and sigC21 derived complex values is formed or the sum or the difference of the phases of these complex values is formed.
  • sigCC signal
  • Phase noise components could also be realized by alternative methods. For example, all high frequency signals could be digitized before mixing, i. H. Scanned with an analog-to-digital converter, and all other operations could be done digitally or, for example, in a processor or FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the transmitted signals sigTXl and SigTX2 FMCW can be modulated.
  • the transmitted signals sigTXl and SigTX2 FMCW can be modulated.
  • Spectra of the comparison signals are normalized to the highest value.
  • the SE send several N signals with linearly increasing or decreasing frequency, hereinafter referred to as frequency ramps. From the received signals, the comparison signals are then generated in the SE and buffered for further processing.
  • increasing and decreasing ramps are used, since this is an accurate sign determination of the
  • the at least one reflector in the detection area must be identified in advance for this step and displayed as described above.
  • the frequency band in which the beat signal is expected to be generously cut out is ensured by a rough presync.
  • the spectrogram of the first N / 2 ramps is correlated with that of the second N / 2 ramps along the frequency axis (step 1).
  • the maximum found here represents the relative time drift of the two SEs (in this case, a linear function can be assumed).
  • the identification of the targets via the opposing drift on both sides can also take place by way of example.
  • Primary radars also take place via a common bus system by the systems exchange their measurement signals or further synchronization signals via the cables of a bus system.
  • the bus system is in particular a CAN, FlexRay, Most, Gigabyte Ethernet system, USB, Firewire or TTP system.
  • Comparison signal modification 2 multiplied.
  • the resulting spectrograms of the different ramps are added (incoherently) and as a result of the
  • the maximum is searched, which corresponds to the time offset (offset error).
  • the selection of peaks can be done using the identification of the peaks belonging to each other in the previous step.
  • a determination of the time offset can also take place via a common bus system, in particular by transmitting either the measurement data or suitable correlation sequences.
  • T01-T02 i Tint + Tfrac) in order to obtain a uniform time base. Due to the common exact time base the phase noise is more correlated. The remaining, small time error Tfrac can now be compensated, for example by using a fractional delay filter.
  • T01-T02 i Tint + Tfrac
  • a peak is now searched in each case for an FFT of the beat signal for the channel impulse response.
  • secondary radar it is preferable to take the strongest peak or, alternatively, the first peak; in the case of primary radar, one must choose a peak that is equally contained on both sides. For each ramp at both stations, this results in a maximum at the estimated distance with the associated phase angle.
  • the remaining deviations are due to remaining frequency and phase differences between the two signal sources 1 of the SE, for example, the oscillators, which is based on phase noise as a cause.
  • the exact frequency difference can now be determined absolutely and thus corrected (the phase difference can be up to 180 ° ambiguity (at IQ
  • Mixers 360 ° can be determined). This ambiguity is resolved by ramping the ramp to +/- 90 ° from ramp to ramp, also known as unwrapping. After this precise correction of the
  • Phase shift of the two beat signals deviates only by a small amount.
  • a precise synchronization of the time and frequency base is achieved and on the other hand, the phase noise can be considered as an additive contribution and corrected by linear combination. This is done for example by means of 2D Fourier transformation of all N ramps on both SEs, whereupon the, in the amplitude normalized beat signals are added. Taking into account the system parameters (sampling rate,
  • FIG. 5 shows by way of example a conventional arrangement for a radar system with transceivers SEI, SE2, which each have at least two transmitting and receiving antennas, as well as with an HF generator for the RF signal and a distribution device for a distribution of the HF Signal to the transceivers SEI, SE2 and a clock for a
  • Fig. 6 shows an arrangement of a radar system according to the invention with transceivers SEI, SE2, each having at least two transmitting and receiving antennas and an RF generator, and with a
  • FIG. 7 shows a phase noise diagram for IF signals derived from the
  • Downmixing signals originate from different signal generators, as with a radar system of FIG. 6 and the use of a suitable phase locked loop, but without a method for the subsequent generation of coherence.
  • Fig. 8 shows a signal propagation for the radar system according to the invention.
  • the signals received by each receive path include their own environmental reflected signals and the environmental reflected signals of a second transmit path.
  • the received signals are sent to the local radio frequency signal
  • the indirect signals from both receive paths are corrected for any frequency offset.
  • the frequency offset set possibly to
  • Timing offsets for example by (slightly) different timings of the H F generators (frequency generators) are also corrected, for example in the postprocessing by (for example) the application of DE 101 57 931.
  • two spectra (spectrum 1 and spectrum 2) of formed two signals and preferably normalized with respect to their amplitudes.
  • the sum or difference of the complex spectra, or of signals derived from the spectra can be formed, or the sum or the difference of phase values of the aforementioned signals is formed.
  • a preferred variant of the evaluation can proceed as follows: One of the two calculated spectra (spectrum 1) is preferably converted into a complex conjugate spectrum (spectrum IC). This spectrum (spectrum IC) and the nonconjugated complex converted spectrum (spectrum 2) are added or subtracted in a mathematical operation or multiplied or divided. The resulting spectrum can then be processed like a normal radar spectrum.
  • the transmit and receive paths are arranged as sparse arrays.
  • the secondary maximum and total aperture can be optimized so that accuracy and target separation are significantly improved.
  • chips that already have integrated antennas either in the chip directly or in a corresponding package.
  • the transceiver units can be part of the (possibly at least partially coherent) transceiver devices or form them:
  • a first signal (sigTXl) is generated in a first (non-coherent) transceiver unit (SEI) and transmitted, in particular transmitted, over a path (SP),
  • SEI non-coherent transceiver unit
  • SP path
  • a first signal (sigTX2) is generated in a further, in particular second (non-coherent) transceiver unit (SE2) and is transmitted, in particular transmitted, via the path (SP),
  • a comparison signal is formed from the first signal (sigTXl) thereof and from such a first signal (sigTX2) received by the further transceiver unit (SE2) via the path (SP), and
  • a further comparison signal (sigC21) from the first signal (sigTX2) and from such from the first transceiver unit (SEI) via the path (SP) received first signal (sigTXl) is formed .
  • the further comparison signal (sigC21) from the further transceiver unit (SE2) to the first transceiver unit (SEI) transmitted, in particular is communicated.
  • Second aspect Method according to the first aspect, in which a comparison comparison signal (sigC21; sigC12) is formed from this comparison signal (sigC21) and the further comparison signal (sigC21).
  • a comparison comparison signal sigC21; sigC12
  • Aspect in which the comparison comparison signal (sigC21; sigC12), by the two comparison signals (sigC12, sigC21) being processed together - in particular conjugated complex multiplied - corresponds to a comparison signal generated with a coherent radar system.
  • Aspect A method according to any preceding aspect, wherein at least one of the comparison signal (sigC12), the further comparison signal (sigC21) or the comparison comparison signal (sigC21; sigC12) is formed by at least one of mixing and correlation.
  • Sixth aspect A method according to any preceding aspect, wherein at least one of the first signals (sigTXl, sigTX2) is transmitted as a transmission signal via the air interface path (SP).
  • SP air interface path
  • a signal propagation time ( ⁇ 12), such a first signal (sigTXl, sigTX2) for the path between the transceiver units (SEI, SE2) is determined by at least one from a phase or a phase value ( ⁇ 12, ⁇ 13, ..., ⁇ , ⁇ 22, ⁇ 23, ⁇ 24, ... ⁇ 2 ⁇ , ..., ⁇ -1 ⁇ ) of a frequency, an amplitude curve or a phase curve of the comparison Comparison signal (sigCC12) is analyzed.
  • Aspect A method according to any preceding aspect, wherein at least one of the first signals (sigTXl, sigTX2) is generated and transmitted as an FMCW or OFDM modulated signal.
  • Aspect A method according to any preceding aspect, wherein at least one of the first signals (sigTXl, sigTX2) is generated and transmitted as a multi-ramp signal.
  • sigCC12 a plurality of comparison comparison signals which are measured in succession with at least two transceiver units (SEI, SE2), of which at least one of the transceiver units (SEI, SE2) moves, and
  • SEI non-coherent transceiver unit
  • sigTXl a first signal
  • SP a path
  • At least one further, in particular second (non-coherent) transceiver unit (SE2) is designed to generate a first signal (sigTX2) and to transmit it via the path (SP), in particular to emit it,
  • the first transceiver unit (SEI) is formed, a comparison signal (sigC12) from the first signal (sigTXl) and from such from the further transceiver unit (SE2) via the path (SP) received first signal (sigTX2) form,
  • the further transceiver unit (SE2) is formed, another
  • Comparison signal (sigC21) from the first signal (sigTX2) and from one such first signal (sigTXl) received from the first transceiver unit (SEI) via the path (SP), and
  • the further comparison signal (sigC21) from the further transceiver unit (SE2) to the first transceiver unit (SEI) is transmitted, in particular is communicated.
  • Aspect Radar system according to aspect 12, in which a comparison comparison signal (sigCC21; sigCC12) is formed from this comparison signal (sigC21) and the further comparison signal (sigC21).
  • a comparison comparison signal sigCC21; sigCC12
  • a radar system comprising three or more spatially-spaced transceivers (SEI, SE2, SE3, SE-N), comprising two or more comparative comparison signals (sigCC12, sigCC12, sigCC13, sigCC22, sigCC32 ) measured with more than two pairs of each two of the spaced-apart ones of the transceiver units (SEI, SE2, SE-N, SE2), a distance, a position, a velocity or the like
  • Presence of such a transceiver unit SE2, SEI or at least one of a distance, a position, a speed relative to an object (0) or the presence of an object (0) is determined.
  • Aspect Radar system according to one of aspects 12 to 14, in which the first transceiver unit (SEI) and at least one such further transceiver unit (SE2) and / or an evaluation unit (P) are designed to carry out a method according to one previous claims.
  • SEI first transceiver unit
  • SE2 further transceiver unit
  • P evaluation unit
  • Aspect Device of a radar system, in particular for carrying out a method according to one of the aspects 1 to 11 and / or in one
  • SEI first (non-coherent) transceiver unit
  • SEI first (non-coherent) transceiver unit
  • a signal generator and at least one antenna which are designed to generate a first signal (sigTX1) and to transmit them via a path (SP), in particular to emit them,
  • Aspect Device according to aspect 16 with a further comparison unit (sigCompl2), which forms a comparison comparison signal (sigCC12) from the comparison signal (sigC21) formed in the same transceiver unit (SEI) and to this transceiver unit (SEI ) transmitted comparison signal (sigC21).
  • sigCompl2 a further comparison unit
  • Aspect Device according to aspect 16 or 17, in which the at least one interface (CommTX, CommRX) is a data interface.
  • Aspect Device according to one of aspects 16 to 18, wherein between the arrangement which outputs the comparison signal (sigC12) and the other
  • Comparing unit (sigCompl2) forming the comparison comparison signal (sigCC12), a filter (FLT) is arranged, wherein the filter (FLT) to the
  • Comparing unit (sigCompl2) applies the comparison signal (sigC12), wherein the filter (FLT) another in the filter (FLT) upstream arrangement formed comparison signal (sigCl l) does not apply and the reference signal formed in the upstream arrangement (sigCl l) suppressed or at one
  • Aspect Device according to one of the aspects 16 to 19, comprising a plurality of mutually spatially spaced receiving antennas (RA1,1, RA1, N; RA2,1,
  • the transceiver units can be part of (or at least partially coherent) transceivers, or can form them:
  • Aspect A method for reducing phase noise interference in a radar system, in which
  • a first signal (sigTXl) is generated in a first (non-coherent) transceiver unit (SEI) and transmitted, in particular transmitted, over a path (SP),
  • SEI non-coherent transceiver unit
  • SP path
  • a first signal (sigTX2) is generated and transmitted, in particular transmitted, over the path (SP),
  • the first signals (sigTXl and sigTX2) are received in the respective other transceiver unit directly or indirectly, where they are further processed as received signals (sigRX12 and sigRX21),
  • a comparison signal is formed from its first signal (sigTXl) and from such a first signal (sigRTX2) received by the further transceiver unit (SE2) via the path (SP), and
  • a further comparison signal is formed from its first signal (sigTX2) and from such a first signal (sigTXl) received by the first transceiver unit (SEI) via the path (SP),
  • the further comparison signal (sigC21) is transmitted, in particular communicated, from the further transceiver unit (SE2) to the first transceiver unit (SEI),
  • At least one complex value from a first of the two comparison signals or from a signal resulting from the first Derived signal is used to adapt at least one complex value of the second of the two comparison signals or a value of a signal derived from this second comparison signal, and thus to form a matched signal (sigCC),
  • the adaptation being such that the vectorial sum or the difference of the complex values is formed by a mathematical operation or the sum or the difference of the phases of the complex values is formed.
  • a clock rate adjustment in particular of clock rates of signal sources of the first signals (sigTXl and sigTX2), via radio waves and / or via a
  • Bus system is determined, preferably when operating as a primary radar.
  • Aspect Method according to one of the preceding aspects, wherein an offset, in particular a / the time offset and / or the / the frequency offset, via an evaluation of a position of, in particular corrected, maxima of the spectra of the comparison signals (sigC12 and sigC21) , is determined.
  • the first and / or the further (non-coherent) transmitting and receiving unit has at least one evaluation device for carrying out the individual method steps, in particular calculations and evaluations, wherein the respective evaluation device
  • a physically independent evaluation device which is connected to the respective transmitting and receiving unit or the other components of the respective transmitting and receiving unit or
  • Receiving unit for example, in a common housing and / or as a unit, is integrated.
  • comparison signals are transmitted to a, in particular common, evaluation unit and there for evaluation both exist, wherein the common evaluation unit, optionally, the first (non-coherent) Send Receiver unit (SEI) or, optionally, the second (non-coherent) transceiver unit (SE2) or, optionally, another, in particular separate, evaluation unit.
  • SEI Send Receiver unit
  • SE2 second (non-coherent) transceiver unit
  • Signal duration of the first signal (TX1) of the first (non-coherent) transceiver unit (SE2), more preferably at least approximately simultaneously, is sent.
  • Aspect Method according to one of the preceding aspects, wherein before the mathematical operation the spectra of the comparison signals are normalized to the highest value.
  • SEI first (non-coherent) transceiver unit
  • SE2 further, in particular second, (non-coherent) transceiver unit
  • SE2 further, in particular second, (non-coherent) transceiver unit
  • SE2 further, in particular Radiating
  • the first signal (sigTX2) via the path (SP) wherein the (non-coherent) transceiver units (SEI and SE2) are formed, the first signals (sigTXl and sigTX2) in the respective other transceiver on direct or indirectly to receive and process there as received signals (sigRX
  • At least one evaluation unit is provided, which is designed to compensate for deviations of the comparison signals (sigC21 and sigC12) caused by systematic deviations in the transceiver units (SE2, SEI) in a first step, and in a second step at least one complex value from a first of the two
  • sigCC matched signal
  • a bus system is provided for determining an offset, in particular a time offset and / or a frequency offset.
  • Aspect System according to one of the aspects 11 or 12, wherein a common transmitting and receiving antenna in the first and / or the further (non-coherent) transceiver unit (SEI and / or SE2) is provided and / or wherein a transmission mixer in the path (SP) is provided.
  • SEI and / or SE2 further (non-coherent) transceiver unit
  • SP transmission mixer in the path
  • Aspect Use of the method according to one of the aspects 1 to 10 for a system with at least one common transmitting and receiving antenna in the first and / or second (non-coherent) transceiver unit (SEI and / or SE2).
  • SEI and SE2 non-coherent transceiver unit
  • Aspect 15 Use of the system according to any one of aspects 11 to 13 for reducing phase noise interference in a radar system. It should be noted at this point that all parts or functions described above, taken alone and in any combination, in particular the details shown in the drawings, are claimed as essential to the invention. Variations thereof are familiar to the person skilled in the art.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radar-System umfassend: - mindestens eine erste (SE1) sowie eine zweite (SE2) Sende-Empfangseinrichtung jeweils mit mindestens einer Sende- und mit mindestens einer Empfangsantenne sowie einem HF-Generator und - einen gemeinsamen Taktgeber für die HF-Generatoren der Sende-Empfangseinrichtungen, wobei mindestens eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die konfiguriert ist, Sende- und Empfangssignale der Sende-Empfangseinrichtungen (SE1, SE2) zu modifizierten Messsignalen mit erhöhter Kohärenz zu verarbeiten.

Description

Radar-System sowie Verfahren zum Betreiben eines Radar-Systems
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radar-System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Radar-Systems.
Bei Radar-Systemen besteht ein starkes Interesse, eine Messabweichung der Winkelmessung zu verringern und eine Winkelauflösung, d . h. die Fähigkeit, mehrere Ziele über den Winkel zu trennen, zu erhöhen. Eine Steigerung der Winkelmessgenauigkeit und Auflösung wird dabei ganz maßgeblich über eine Vergrößerung der Apertur einer Radarantenne und eine Besetzung dieser Antenne mit möglichst vielen Sende- und Empfangspfaden erreicht (siehe Hardware Realization of a 2 m x 1 m Fully Electronic Real-Time mm-Wave Imaging System, A. Schiessl, A. Genghammer, S. Ahmed, L. -P. Schmidt, EUSAR 2012, sowie BLASTDAR— A Large Radar Sensor Array System for Blast Furnace Bürden Surface Imaging, D. Zank! et al., IEEE Sensor Jounal, Vol. 15, No. 10, Oct. 2015). Dies geschieht üblicherweise bei vergleichsweise hohen Sendefrequenzen (z. B. 24 GHz, 61 GHz, 76-80 GHz, 122 GHz, 240 GHz und höher). Bei diesen hohen
Frequenzen wird die Radarelektronik auf technisch vergleichsweise aufwändigen Substraten aufgebaut. Zudem ist die Verteilung von Signalen mit vergleichsweise hohen Frequenzen mit Abstrahlungsverlusten und Dämpfung behaftet, was sich nachteilig auf eine Sendeleistung und eine Signalqualität auswirkt. Lösungsmaßnahmen dafür sind technisch komplex und anspruchsvoll in der Umsetzung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Radar-System und ein entsprechendes Verfahren vorzuschlagen, bei dem auf einfache Art und Weise Messabweichungen verringert werden können und eine vergleichsweise gute Winkelauflösung erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch ein Radar-System nach Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Radar-System gelöst, das mindestens eine erste sowie eine zweite Sende-Empfangseinrichtung jeweils mit mindestens einer Sende- und mit mindestens einer Empfangsantenne, sowie einem HF- Generator und einen gemeinsamen Taktgeber für die HF-Generatoren der Sende- Empfangseinrichtungen umfasst, wobei mindestens eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die konfiguriert ist, Sende- und Empfangssignale der Sende- Empfangseinrichtungen zu modifizierten Messsignalen mit erhöhter Kohärenz zu verarbeiten.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, unter Einsatz eines gemeinsamen Taktgebers für die verschiedenen HF-Generatoren Sende- und Empfangssignale der Sende-Empfangseinrichtungen so zu verarbeiten, dass diese eine erhöhte Kohärenz aufweisen (in Form der modifizierten Messsignale). Ein Verfahren zur Erhöhung der Kohärenz für verteilte Radar-Systeme ist beispielsweise aus
DE 10 2014 104 273 AI bekannt. In DE 10 2014 104 273 AI ist auch ein entsprechendes Radar-System beschrieben. Das Verfahren gemäß
DE 10 2014 104 273 AI soll im Folgenden als„Verfahren Γ bezeichnet werden. Die Konfiguration des Radar-Systems gemäß DE 10 2014 104 273 AI soll als „Konfiguration Γ bezeichnet werden. Ein weiteres Verfahren sowie eine weitere Konfiguration für ein Radar-System zur Erhöhung der Kohärenz ist aus der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10 2016 100 107.4 sowie der entsprechenden internationalen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer PCT/EP2017/050056 beschrieben. Das in diesen beiden Anmeldungen beschriebene Verfahren bzw. Radar-System soll im Folgenden als „Verfahren II" sowie„Konfiguration ΙΓ bezeichnet werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass derartige Verfahren zur Erhöhung der Kohärenz auch bei einem System mit gemeinsamem Grundtakt für unterschiedliche H F-Generatoren erhebliche Vorteile bieten. Insbesondere hat sich gezeigt, dass eine
vergleichsweise hohe Winkelmessgenauigkeit und eine vergleichsweise gute Auflösung mit einfachen Mitteln erreicht werden kann.
Grundsätzlich ist es als erstrebenswert erkannt worden, sämtliche H F-Signale in einem Radar-System (nur) in einem unmittelbaren Umfeld der Sende- und
Empfangsantennen zu erzeugen, oder die Sende- und Empfangsantennen bereits in ein Chip-Package oder auf dem Chip selber zu integrieren (siehe A 77-GHz SiGe single-chip four-channel transceiver module with integrated antennas in embedded wafer-level BGA package, M. Wojnowski; C. Wagner; R. Lachner;
J. Bock; G. Sommer; K. Presse!; 2012). Dabei kann für die einzelnen Sende- und Empfangsantennen, oder für Untergruppen mit mehreren Sende- und
Empfangsantennen jeweils eine separate Erzeugung von hochfrequenten Sende- und Empfangssignalen vorgenommen werden. Zudem kann ein aktuelles
Sendesignal mit empfangenen Signalen gemischt oder korreliert werden, so dass lediglich ein oder mehrere niederfrequente Signale zu einer Recheneinheit geführt werden müssen. Optional kann auch eine Digitalisierung direkt nach dem
Heruntermischen oder Korrelieren erfolgen. Weiter kann optional auch eine Mischung oder Korrelation (direkt) digital erfolgen.
Gemäß einem Kerngedanken der Erfindung werden mehrere H F-Generatoren (von mehreren Sende-Empfangseinrichtungen) aus der gleichen Taktquelle versorgt. Durch den Einsatz von geeigneten Phasenregelschleifen (Phased-Locked-Loop) lassen sich vorzugsweise in den einzelnen H F-Generatoren H F-Signale erzeugen, die kohärent zueinander sind.
Zudem weisen sämtliche H F-Signale den gleichen Referenztakt auf, d. h.
Rauschanteile eines Taktgenerators (wie beispielsweise Phasenrauschen eines Quarzoszillators) wirken sich in allen H F-Signalen gleichermaßen auf die H F- Signale aus. Dadurch erwartet der Fachmann eigentlich zunächst ein gutes Funktionieren einer solchen Anordnung. In der Praxis haben sich jedoch unerwartete technische Probleme gezeigt. Es wurde nun erkannt, dass diese Probleme daraus resultieren, dass bei den Signalerzeugungspfaden unabhängige HF-Oszillatoren (H F-Generatoren) und Regelschleifen zum Einsatz kommen. Diese können zusätzliche (unabhängig) Rauschanteile in den H F-Signalen, insbesondere Phasenrauschanteile erzeugen. Des Weiteren können die Phasenregelschleifen (PLLs) aufgrund von Bauteiltoleranzen unterschiedliche Nichtlinearitäten aufweisen, die ebenfalls zu systematischen Abweichungen führen können. Somit weisen die heruntergemischten Signale für Signalanteile, die in einem
Signalgenerator (HF-Generator) erzeugt und in einem anderen empfangen wurden, zusätzliche Rausch- und Störungsanteile auf. Diese zusätzlichen
Rauschanteile verschlechtern die Genauigkeit des Radar-Systems und reduzieren einen dynamischen Bereich um (starke) Ziele herum, d.h. andere (schwächere) Ziele werden verdeckt. Gemäß der Erfindung werden nun diese Anteile durch den Einsatz eines Verfahrens zur nachträglichen Erzeugung von Kohärenz gelöst. Dadurch können insbesondere schwächere Ziele von stärkeren Zielen getrennt werden und allgemein wird die Messgenauigkeit und Auflösung verbessert.
Die erste Sende-Empfangseinrichtung kann mit ihrem (zugeordneten) HF- Generator auf einer (gemeinsamen) Platine angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch die zweite Sende-Empfangseinrichtung mit ihrem
(zugeordneten) HF-Generator auf einer (gemeinsamen, ggf. weiteren) Platine (Chip) angeordnet sein. Ebenfalls können der (gemeinsame) Taktgeber sowie erste Sende-Empfangseinrichtung, zweite Sende-Empfangseinrichtung (optional mit ihren jeweils zugeordneten HF-Generatoren) auf einer gemeinsamen Platine (Chip) angeordnet sein. Insbesondere können Sende- und Empfangsantennen bereits in einer vorzugsweise als Chip-Package ausgebildeten entsprechenden Sende-Empfangseinrichtung vorgesehen sein oder auf einem Chip selbst integriert sein. Dadurch können Messgenauigkeit und Auflösung verbessert werden.
Vorzugsweise sind die HF-Generatoren in der Nähe von Sende- und
Empfangsantennen der Sende-Empfangseinrichtungen angeordnet. Unter einer Anordnung in der Nähe ist insbesondere eine Anordnung in einem Abstand von weniger als 20 mm, vorzugsweise weniger als 10 mm zu verstehen.
Vorzugsweise sind die HF-Signale der (einzelnen) HF-Generatoren zumindest teilweise kohärent zueinander. Weiter vorzugsweise ist dazu eine
Phasenregelschleife (PLL) vorgesehen.
In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass eine Erhöhung der Kohärenz mit den Verfahren I oder Verfahren II auch bei grundsätzlich (teilweise) kohärenten HF-Signalen einen erheblichen Gewinn im Hinblick auf die Qualität der
Messergebnisse liefert. Die Erhöhung der Kohärenz erfolgt in einer Ausführungsform nach dem
Verfahren I bzw. gemäß der Konfiguration I. Die in DE 10 2014 104 273 AI genannten Sende-Empfangseinheiten (SE) sind dabei vorzugsweise Bestandteile der Sende-Empfangseinrichtungen der vorliegenden Offenbarung oder
entsprechen diesen (abgesehen davon, dass die ursprünglichen Signale in der vorliegenden Offenbarung ggf. auch zumindest teilweise kohärent zueinander sein können, also nicht zwingend nicht-kohärente Ausgangssignale im Sinne von DE 10 2014 104 273 AI vorliegen). Vorzugsweise kann in der ersten Sende- Empfangseinrichtung ein erstes Signal erzeugt und über einen Pfad gesendet, insbesondere ausgestrahlt werden, in der zweiten Sende-Empfangseinrichtung ein weiteres erstes Signal erzeugt und über den Pfad gesendet, insbesondere ausgestrahlt werden, in der Auswerteeinrichtung, insbesondere in der ersten Sende-Empfangseinrichtung ein erstes Vergleichssignal aus dem ersten Signal der ersten Sende-Empfangseinrichtung und aus einem solchen von der zweiten Sende-Empfangseinrichtung, über den Pfad empfangenen, ersten Signal gebildet werden, und in der Auswerteeinrichtung, insbesondere in der zweiten Sende- Empfangseinrichtung ein weiteres Vergleichssignal aus dem ersten Signal der zweiten Sende-Empfangseinrichtung und aus einem solchen von der ersten Sende-Empfangseinrichtung, über den Pfad empfangenen, ersten Signal gebildet werden, wobei das weitere Vergleichssignal vorzugsweise von der zweiten Sende- Empfangseinrichtung zu der ersten Sende-Empfangseinrichtung übertragen, insbesondere kommuniziert wird. Weiter vorzugsweise ist das System,
insbesondere die Auswerteeinrichtung zur Bildung eines Vergleichs- Vergleichssignals aus dem ersten Vergleichssignal und dem weiteren
Vergleichssignal konfiguriert. Weitere Ausführungsformen und Spezifizierungen des Verfahrens I ergeben sich aus DE 10 2014 104 273 AI, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Offenbarung sein soll (insbesondere im Hinblick auf die dort beschriebenen Verfahren und
Konfigurationen zur Erhöhung bzw. Herstellung von Kohärenz).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Konfiguration II bzw. das Verfahren II zur Erhöhung der Kohärenz eingesetzt. Die Offenbarung der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10 2016 100 107.4 sowie der entsprechenden internationalen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer PCT/EP2017/050056, die die Verfahren II bzw.
Konfigurationen II beschreiben, ist hiermit durch Bezugnahme Bestandteil der Offenbarung der vorliegenden Offenbarung, insbesondere im Hinblick auf die dort beschriebenen Konfigurationen bzw. Verfahren zur Erhöhung bzw. Herstellung von Kohärenz. Vorzugsweise ist das System, insbesondere die
Auswerteeinrichtung konfiguriert, um in einem ersten Schritt Abweichungen der Vergleichssignale, die durch systematische Abweichungen in den Sende- Empfangseinrichtungen hervorgerufen werden, zu kompensieren, und um in einem zweiten Schritt zumindest einen komplexen Wert aus einem ersten der beiden Vergleichssignale oder aus einem Signal, das aus diesem ersten
Vergleichssignal abgeleitet wurde, dazu zu verwenden, zumindest einen komplexen Wert des zweiten der beiden Vergleichssignale oder einen Wert eines Signals, das aus diesem zweiten Vergleichssignal abgeleitet wurde, anzupassen, und so ein angepasstes Signal zu bilden, wobei die Anpassung derart geschieht, dass durch eine mathematische Operation die vektorielle Summe oder die
Differenz der komplexen Werte gebildet wird, oder die Summe oder die Differenz der Phasen der komplexen Werte gebildet wird. Mit einer derartigen Konfiguration (bzw. einem entsprechenden Verfahren) zur Erhöhung der Kohärenz können besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Auflösung und Messgenauigkeit erreicht werden. Insbesondere kann mit vergleichsweise geringem
Rechenaufwand (insbesondere gegenüber Verfahren I bzw. Konfiguration I) ein gutes Ergebnis erzielt werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann das (obige) Vergleichs- Vergleichssignal, indem die beiden Vergleichssignale miteinander verarbeitet - insbesondere konjungiert komplex multipliziert werden -, einem mit einem kohärenten Radar-System erzeugten Vergleichssignal entsprechen.
Vorzugsweise sind die Sende-Empfangseinrichtungen unterbesetzt angeordnet (in einem Sparse-Array). Dadurch werden Genauigkeit und Zieltrennung weiter verbessert, insbesondere indem Neben-Maxima (Sidelobes) und die
Gesamtapertur weiter optimiert werden. Unter einem unterbesetzten Array (Sparse-Array) ist insbesondere ein Array zu verstehen, bei dem ein Abstand zwischen den einzelnen Sende- und Empfangseinrichtungen (Antennen) größer als λ/2 (A=(durchschnittliche) Wellenlänge der gesendeten Signale) ist.
Vorzugsweise weist/weisen die erste und/oder die zweite Sende- Empfangseinrichtung zwei oder mehr Sendeantennen und/oder zwei oder mehr Empfangsantennen auf. Das System, insbesondere die Steuereinrichtung des Systems, kann so
konfiguriert sein, dass die Sendeantenne(n) der ersten Sende- Empfangseinrichtung und die Sendeantenne(n) der zweiten Sende- Empfangseinrichtung gleichzeitig oder zeitlich überlappend senden und/oder dass sich die Sendesignale der Sendeantenne(n) der ersten und die Sendeantenne(n) der zweiten Sende-Empfangseinrichtung voneinander unterscheiden,
insbesondere einen Frequenzoffset gegeneinander aufweisen und/oder sich durch eine Puls-, Amplituden- und/oder Phasenmodulation voneinander unterscheiden. Insbesondere können in einem ersten Schritt mindestens zwei unterschiedliche Sendepfade S ITX und S2Tx, die von unterschiedlichen H F-Generatoren gespeist werden, (nahezu) gleichzeitig bzw. zeitlich überlappend gespeist werden.„Nahezu gleichzeitig" bedeutet insbesondere, dass die Sendesignale SlTx und S2Tx zumindest für einen großen Teil ihrer Signaldauer zeitlich überlappend übertragen werden (beispielsweise über mindestens 50 % oder mindestens 70 % der
Signaldauer von S ITX). Die Sendesignale S ITX und S2Tx können dabei entweder einen Frequenzoffset zueinander aufweisen, oder eine anderweitige
Unterscheidungsmöglichkeit, z. B. über eine Puls-, Amplituden- und/oder
Phasenmodulation aufweisen. Die von jedem Empfangspfad empfangenen Signale enthalten dann die eigenen, von der Umwelt reflektierten Signale und die von der Umwelt reflektierten Signale des zweiten Sendepfades.
Vorzugsweise ist das System, insbesondere eine/die Steuereinrichtung des Systems, konfiguriert, so dass empfangene Signale und das gesendete Signal gemischt oder korreliert werden, wobei vorzugsweise anschließend eine Trennung der empfangenen Signale aufgrund eines Unterscheidungsmerkmales,
insbesondere eines Frequenzoffsets gegeneinander und/oder eine sich
unterscheidende Pulse-, Amplituden- und/oder Phasenmodulation der
Sendesignale, auf die die empfangenen Signale zurückgehen, erfolgt.
Vorzugsweise werden also die empfangenen Signale mit einem (lokalen) H F- Signal heruntergemischt oder korreliert. Dadurch kann ein niederfrequentes Signal S eat entstehen, das sowohl Komponenten aus dem direkten
Reflexionsweg (eigenes Sendesignal), als auch dem indirekten Reflexionsweg (fremdes Sendesignal) hat. Anschließend kann eine Trennung der Signale über einen Frequenzunterschied oder eine anderweitige Modulation erfolgen. Die Signale des eigenen Reflexionsweges können dann als normale Radarsignale prozessiert werden, die Signale des indirekten Weges können ggf. weiterverarbeitet werden.
Die obige Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Radar-Systems, insbesondere wie oben beschrieben, wobei das Radar-System mindestens eine erste sowie eine zweite Sende-Empfangseinrichtung jeweils mit mindestens einer Sende- und mit mindestens einer Empfangsantenne, sowie einem HF-Generator sowie einen gemeinsamen Taktgeber für die H F-Generatoren der Sende-Empfangseinrichtungen aufweist, wobei Sende- und Empfangssignale der Sende-Empfangseinrichtungen zu modifizierten Messsignalen mit erhöhter Kohärenz verarbeitet werden.
Vorzugsweise wird in der ersten Sende-Empfangseinrichtung ein erstes Signal erzeugt und über einen Pfad gesendet, insbesondere ausgestrahlt, in der zweiten Sende-Empfangseinrichtung ein weiteres erstes Signal erzeugt und über den Pfad gesendet, insbesondere ausgestrahlt, ein erstes Vergleichssignal aus dem ersten Signal der ersten Sende-Empfangseinrichtung und aus einem solchen von der zweiten Sende-Empfangseinrichtung, über den Pfad empfangenen, ersten Signal gebildet, ein weiteres Vergleichssignal aus dem ersten Signal der zweiten Sende- Empfangseinrichtung, und aus einem solchen von der ersten Sende- Empfangseinrichtung, über den Pfad empfangenen, ersten Signal gebildet, wobei das weitere Vergleichssignal vorzugsweise von der zweiten Sende- Empfangseinrichtung zu der ersten Sende-Empfangseinrichtung übertragen, insbesondere kommuniziert wird, und/oder wobei vorzugsweise ein Vergleichs- Vergleichssignal aus dem ersten Vergleichssignal und dem weiteren
Vergleichssignal gebildet wird und/oder wobei in einem ersten Schritt
Abweichungen der Vergleichssignale, die durch systematische Abweichungen in den Sende-Empfangseinrichtungen hervorgerufen werden, kompensiert und in einem zweiten Schritt zumindest ein komplexer Wert aus einem ersten der beiden Vergleichssignale, oder aus einem Signal, das aus diesem ersten Vergleichssignal abgeleitet wurde, dazu verwendet, zumindest einen komplexen Wert des zweiten der beiden Vergleichssignale oder einen Wert eines Signals, das aus diesem zweiten Vergleichssignal abgeleitet wurde, anzupassen, und so ein angepasstes Signal zu bilden, wobei die Anpassung derart geschieht, dass durch eine mathematische Operation die vektorielle Summe oder die Differenz der komplexen Werte gebildet wird, oder die Summe oder die Differenz der Phasen der komplexen Werte gebildet wird . Unter Hochfrequenz (HF) ist insbesondere eine Frequenz von mindestens
100 MHz, vorzugsweise mindestens 1 GHz, weiter vorzugsweise mindestens 10 GHz zu verstehen.
Unter einem Pfad ist insbesondere eine (Luft-) Schnittstelle zu verstehen, über die die entsprechenden Signale (und ggf. Vergleichssignale) mittels Antennen gesendet bzw. übertragen und empfangen werden können.
Unter einem indirekten Pfad bzw. einem Kreuzpfad ist der Pfad eines Signals zu verstehen, das von einer (beispielsweise der zweiten) Sende-Empfangseinrichtung stammt und von einer anderen (beispielsweise der ersten) Sende- Empfangseinrichtung empfangen wird. Entsprechend ist unter einem direkten Pfad ein Signal zu verstehen, das von ein- und derselben Sende- Empfangseinrichtung sowohl gesendet, als auch (als reflektiertes Signal) empfangen wird.
Unter einer nicht-kohärenten Sende-Empfangseinrichtung (bzw. Sende- Empfangseinheit) ist eine Sende-Empfangseinrichtung (Sende-Empfangseinheit) zu verstehen, deren gesendetes Signal in Bezug auf das Signal einer weiteren Sende-Empfangseinrichtung (Sende-Empfangseinheit) nicht-kohärent oder nur teilweise kohärent (im Vergleich zu einem Signal mit erhöhter Kohärenz) ist (auch wenn das Signal der ersten Sende-Empfangseinrichtung/Sende-Empfangseinheit bzw. der weiteren Sende-Empfangseinrichtung/Sende-Empfangseinheit in sich kohärent ist).
Soweit in der (jeweiligen) Sende-Empfangseinrichtung Berechnungen,
Auswertungen oder sonstige Verfahrensschritte durchgeführt werden, fällt darunter auch eine ggf. körperlich eigenständige Auswerteeinrichtung, die an der Sende-Empfangseinrichtung angeschlossen ist. Beispielsweise kann die jeweilige Sende-Empfangseinrichtung so als eine Anordnung aus insbesondere einer oder mehreren Antennen mit einigen (wenigen) signalerzeugenden oder
signalverarbeitenden Komponenten ausgebildet sein, während weitere
Komponenten, wie Signalvergleichseinheiten oder eine Auswerteeinrichtung als konstruktiv eigenständige Komponente an eine solche Anordnung angeschlossen sein können. Soweit Komponenten eingesetzt werden, können diese (soweit technisch realisierbar) als sogenannte Hardware aus verarbeitenden Komponenten ausgebildet sein und/oder als ganz oder teilweise in einem
Prozessor ausgeführtes Signal bzw. Datenverarbeitungsschritte umgesetzt werden.
Im Allgemeinen kann die Auswerteeinrichtung Bestandteil einer oder mehrerer Sende-Empfangseinrichtungen sein, oder an einer oder mehrerer solcher Sende- Empfangseinrichtung(en) angeschlossen sein. Gegebenenfalls kann eine körperlich eigenständige Auswerteeinrichtung vorgesehen sein, die an die jeweilige Sende-Empfangseinrichtung bzw. die übrigen Komponenten der jeweiligen Sende-Empfangseinrichtung angeschlossen ist. Alternativ kann die Auswerteeinrichtung ggf. in die erste und/oder die zweite (allgemein weitere) Sende-Empfangseinrichtung, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder als Baueinheit, integriert sein.
Entscheidend ist in jedem Fall (unabhängig davon, wo konkret die
Auswerteeinrichtung angeordnet ist), dass ein Kreuzpfad (indirekter Pfad) entstehen kann, d.h. dass eine Überdeckung von Sende- und Empfangsbereichen entsprechend vorgesehen ist.
Im Folgenden wird das Verfahren II bzw. die Konfiguration II weiter beschrieben, wobei die (nicht-kohärenten) Sende- und Empfangseinheiten Bestandteil der weiter vorne beschriebenen Sende-Empfangseinrichtungen sein sollen (bzw. diese ausbilden sollen). Die Sende-Empfangseinheiten werden auch als SE abgekürzt.
Gemäß dem Verfahren II werden zwischen den SE übertragene Signale derart verarbeitet, dass Vergleichssignale entstehen, die vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, die sonst eigentlich nur Radarsignale aufweisen, die mit nur einer gemeinsamen Vorrichtung zur Signalerzeugung, also mit einer kohärenten
Signalquelle arbeiten. Gegenstand des Verfahrens II sind insbesondere Verfahren zur Reduzierungen von störenden Effekten, die durch das nicht korrelierte
Phasenrauschen der mehreren eigenständigen Vorrichtungen zur Signalerzeugung hervorgerufen werden.
Das Verfahren II ist besonders vorteilhaft auf die erfindungsgemäßen Sende- Empfangseinrichtungen anwendbar. Im Bereich der Radarsignalverarbeitung möchte man die empfangenen Signale zu möglichst rauscharmen Zwischenfrequenzsignal umsetzen, um eine hohe
Genauigkeit und große Reichweite zu erreichen. Dabei ist davon auszugehen, dass es mehrere Ausbreitungspfade zwischen Sender und Empfänger gibt.
Prinzipiell ist es möglich, die empfangenen Mehrpfadausbreitungen und
korrelierten Rauschanteile durch Bandpassfilterung mit einem, exakt auf die zu erwartende Frequenz, abgestimmten Filter zu unterdrücken. In der Praxis ist dieses Verfahren jedoch schlecht durchführbar, da Synchronisationsfehler der Abtastzeitpunkte und der Lokaloszillatorfrequenzen in den jeweiligen SEs eine genaue Vorhersage der, nach dem Mischvorgang generierten, Beatsignale nur in beschränktem Rahmen zulässt. Aufgrund dieser Probleme wird die Korrelation des Phasenrauschens dieser beiden Signale reduziert und der Schätzfehler der Phase nimmt zu.
Vorteilhaft sind daher Verfahren mit Berechnungsschritten, in denen die Einflüsse von Phasenrauschen und Synchronisationsfehlern reduziert oder komplett unterdrückt werden.
Das Verfahren II beginnt damit, dass zumindest zwei SE nahezu gleichzeitig senden. Nahezu gleichzeitig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die
Sendesignale sigTXl und sigTX2 zumindest für einen großen Teil ihrer
Signaldauer in beide Richtungen, also sigTXl von SEI nach SE2 und sigTX2 von SE2 nach SEI übertragen werden. Der zunächst ggf. unbekannte Unterschied der Startzeitpunkte der Sendesignale sigTXl und sigTX2 ist als T_off bezeichnet. Anzustreben sind möglichst gleiche Sendezeitpunkte, die Verschiebung T_off sollte vorzugsweise nicht größer als die Hälfte der Signaldauer, in jedem Fall jedoch kleiner als die Signaldauer sein. Dabei weisen auf Grund der zumindest teilweise eigenständigen Erzeugung die Signale sigTXl und sigTX2
nichtkorrelierte Signalanteile auf, die auf das Phasenrauschen der Signalquellen in den Stationen SEI und SE2 zurückzuführen sind.
In einer solchen Anordnung werden vorzugsweise dieselben Antennen zum
Senden (Tx) und zum Empfangen (Rx) verwendet, um die Reziprozität der Übertragungskanäle sicherzustellen. Bei Anordnungen in einem Array ist (z. B. bei MIMO) sicherstellen, dass vorzugsweise zumindest einer der Übertragungswege reziprok ist. Besonders geeignet zum Erreichen der Reziprozität ist die
Verwendung eines Transmissionsmischers in zumindest einem Sende- und
Empfangspfad der SE. Eine beispielhafte Realisierungsform eines
Transmissionsmischers in einer Radaranordnung wird zum Beispiel in US
6,317,075 Bl ausgeführt.
Als weiterer Schritt werden dann in jeder SE die Vergleichssignale
(sigC21; sigC12) gebildet und zwar zwischen dem jeweils empfangenen Signal und dem Sendesignal oder mit einem mit dem Sendesignal bzgl. des
Phasenrauschens korrelierten Anteil des Sendesignals. Das Verfahren zur
Bildung dieser Vergleichssignale entspricht dem Vorgehen in Patentanmeldung DE 10 2014 104 273 AI.
Erfindungsgemäß werden dann Phasenrauschen und Synchronisationsfehler zumindest reduziert, indem die Verarbeitung der empfangenen Signale in zwei Stufen durchgeführt wird : Als erster Schritt werden systematische Abweichungen korrigiert, entweder vor dem Empfang der Signale über eine Ansteuerung der Signalquelle, und/oder über eine Kompensation der direkt im empfangenen Signal und/oder über eine Kompensation im Vergleichssignal. Als zweiter Schritt erfolgt dann beispielsweise eine verkürzte Auswertung der Korrelation bzw. die Bildung eines Vergleichs-Vergleichssignales nur für den erwarteten Verschiebungsbereich oder im besten Falle in nur einem Verschiebungswert.
Besonders vorteilhaft ist im zweiten Schritt, in Verfahren II anders als in
DE 10 2014 104 273 AI ausgeführt, keine Multiplikation zur Phasenkompensation, sondern eine Addition der komplexen Signale zu verwenden. Die Verwendung der Addition anstatt der Multiplikation wird durch den zuvor beschriebenen ersten Schritt der Verarbeitung, also durch die vorherige Kompensation der
systematischen Abweichungen möglich.
Ein Multiplikation oder Division der Signale stellt eine nichtlineare Operation dar. Nichtlineare Operationen gehen stets mit nichtlinearen Effekten, also hier insbesondere mit sogenannten Intermodulationen von Signal- und Rauschanteilen, einher. Dies führt insbesondere bei Radarsignalen mit mehreren Signalkomponenten, d.h. bei Signalen, die mehrere Ziele oder mehrere
Signalübertragungspfade umfassen, zu Störungen. Die gemäß Verfahren II vorgeschlagene Verwendung der Addition der komplexen Signale hat den großen Vorteil, dass die Addition eine lineare Operation ist, wodurch nichtlineare Effekte, also insbesondere Intermodulationen von Signal- und Rauschanteilen, vermieden werden. Diese Ausführungsvariante führt also in der Regel zu einer deutlich besseren Reduzierung des Phasenrauschens im Vergleich zu Verfahren zur Kombination der Vergleichssignale sigC21 und sigC12.
Dadurch wird im Verfahren II das Phasenrauschen/der Einfluss des
Phasenrauschens unterdrückt, ohne dass die vorher genannten zusätzlichen Störeinflüsse entstehen, wie sie bei DE 10 2014 104 273 AI zu erwarten wären. Zudem ist dieser Ansatz technisch vorteilhaft, da er einen deutlich geringeren Rechenaufwand als die als Ausführungsform in DE 10 2014 104 273 AI
vorgeschlagene komplette Multiplikation oder Korrelation benötigt.
Um den Vorgang gemäß Verfahren II durchführen zu können, wird vorzugsweise zunächst eine präzise, entweder direkte (per steuerbarer Hardware) und/oder synthetische (rechnerische) Synchronisation durchgeführt, um den
Frequenzversatz (möglichst weitgehend) zu kompensieren. Dann kann eine linearisierte Betrachtung verwendet werden, die nur bei geringen, residualen Phasenunterschieden eine Aufhebung des korrelierten Anteils der Störung bewirkt (Prinzip dargestellt in Fig. 3).
Die Synchronisation kann dabei vor der Messung separat durchgeführt werden, im Rahmen der Messung selber, oder im Anschluss an die Messung. Bei einer Synchronisation im Rahmen der Messung oder im Anschluss daran kann die Synchronisation beispielsweise über nachträgliches Anpassen des
Vergleichssignals erfolgen.
Zur Synchronisation können Mittel oder Verfahren vorgesehen werden, die dazu geeignet sind, die Taktraten der Quellen von sigTXl und sigTX2 entweder direkt (z. B. mittels TCXO) oder rechnerisch (synthetische Synchronisation) aneinander anzupassen.
Es können alle bekannten Verfahren zum Angleichen von Taktquellen in verteilten Stationen verwendet werden. Besonders vorteilhafte Ansätze zur Synchronisation sind Verfahren nach Patent US 7,940,743, nach Patentanmeldung
DE102008010536, bzw. der Austausch von Referenztakten bzw. Referenzsignalen. Ein weiteres Verfahren zum Taktangleich innerhalb der Messungen für FMCW Signale wird weiter unten beschrieben.
Alle diese Verfahren zum Angleichen der Taktquellen können entweder über Funkwellen oder über Kabelverbindungen umgesetzt werden. Kabelgebunden kann elektrische Signale oder optische Signale, die von Kabeln geführt werden, bedeuten.
Alternativ oder zur Verbesserung zu den Verfahren zum Angleichen von
Taktquellen können auch sehr hochwertige Taktquellen, beispielsweise
Atomuhren, verwendet werden.
Nach dem Schritt der Synchronisation können aus den Vergleichssignalen Signale (sigEP21, sigEP12) abgeleitet werden, die jeweils eine Funktion darstellen, die als Funktionsargument die Signallaufzeit bzw. die Länge des Übertragungskanals der jeweiligen Signalkomponenten aufweist.
Der Offset T_off zwischen den Stationen wird dann beispielsweise durch die in DE 101 57 931 offenbarten Verfahren bestimmt, oder durch eine Korrelation der Vergleichssignale der mindestens zwei SE. Dabei kann das Maximum den Offset liefern. Alternativ kann auch das weiter unten für FMCW Signale
beschriebene Verfahren zum Einsatz kommen. Wie zuvor können die Verfahren kabelgebunden oder mittels Funkwellen durchgeführt werden.
Aus dem Signal sigEP21 ist zumindest ein Funktionswert Fl bestimmbar, der einer bestimmten Laufzeit zuzuordnen ist und zumindest ein weiterer Funktionswert F2 des Signals sigEP12, der möglichst exakt derselben Laufzeit zuzuordnen ist. Fl mit F2 werden dann miteinander verrechnet. Diese Verrechnung erfolgt beispielsweise durch eine Addition oder Differenzbildung der beiden
Laufzeitwerte.
Damit können Störungen, die durch die nichtkorrelierten Signalanteile der Signale sigTXl und sigTX2, die auf das Phasenrauschen der Signalquellen zurückzuführen sind, eliminiert bzw. zumindest reduziert werden.
Die Schritte von Verfahren II werden im Folgenden zusammengefasst:
Verfahren zur Verringerung von Störungen durch Phasenrauschen in einem Radarsystem, bei dem
- in einer ersten (nicht-kohärenten) Sende-Empfangseinheit (SEI) ein erstes Signal (sigTXl) erzeugt und über einen Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird,
- in einer weiteren, insbesondere zweiten (nicht-kohärenten) Sende- Empfangseinheit (SE2) ein (weiteres) erstes Signal (sigTX2) erzeugt und über den Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird,
- die Signale (sigTXl und sigTX2) in der jeweils anderen Sende- Empfangseinheit auf direktem oder indirektem Weg empfangen werden und dort als Empfangssignale sigRX12 und sigRX21 weiterverarbeitet werden,
- in der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) ein Vergleichssignal (sigC12) aus deren erstem Signal (sigTXl) und aus einem solchen von der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigRTX2) gebildet wird und
- in der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) ein weiteres Vergleichssignal (sigC21) aus deren erstem Signal (sigTX2) und aus einem solchen von der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigTXl) gebildet wird,
- wobei das weitere Vergleichssignal (sigC21) von der weiteren Sende- Empfangseinheit (SE2) zu der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) übertragen, insbesondere kommuniziert wird,
- wobei in einem ersten Schritt Abweichungen der Signale sigC21 und
sigC12, die durch systematische Abweichungen in den Sende- Empfangseinheiten (SE2, SEI) hervorgerufen werden, kompensiert werden,
- wobei in einem zweiten Schritt zumindest ein komplexer Wert aus einem ersten der beiden Vergleichssignale oder aus einem Signal, das aus diesem ersten Vergleichssignal abgeleitet wurde, dazu verwendet wird zumindest einen komplexen Wert des zweiten der beiden Vergleichssignale oder einen Wert eines Signals, das aus diesem zweiten Vergleichssignal abgeleitet wurde, anzupassen und so ein (angepasstes) Signal (sigCC) zu bilden,
- wobei die Anpassung derart geschieht, dass durch eine mathematische Operation die vektorielle Summe oder die Differenz der komplexen Werte gebildet wird oder die Summe oder die Differenz der Phasen der
komplexen Werte gebildet wird.
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 zwei miteinander kommunizierende Sende-Empfangseinheiten und einzelne derer Komponenten;
Fig. 2 die Komponenten aus Fig. 1 mit Veranschaulichung eines
Verfahrensablaufs;
Fig. 3 oben Beat-Signale der beiden Sende-Empfangseinheiten mit nicht- korrelierten Rauschanteilen vor der Synchronisation und unten ein synthetisches Mischprodukt mit korreliertem Phasenrauschen nach der Synchronisation;
Fig. 4 Spektrogramme aller Rampen von der beiden Sende-
Empfangseinheiten vor der Synchronisation;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines konventionellen Radar-Arrays;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Radar-
Arrays;
Fig. 7 ein Phasenrausch-Diagramm; und
Fig. 8 eine schematische Darstellung direkter und indirekter Signalpfade.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kommunizieren zwei Sende-Empfangseinheiten SEI, SE2 über eine Funk-Schnittstelle miteinander. Dabei werden ein erstes bzw. ein zweites Signal sigTXl, sigTX2 gesendet. Die Sende-Empfangseinheiten SEI, SE2 weisen jeweils eine Signalquelle 1, eine Einheit zur Taktanpassung oder
Vergleichssignalmodifikation 2 und eine Sendevergleichseinheit (SigCompl, SigComp2) auf. Die (nicht-kohärenten) Sende-Empfangseinheiten bilden vorzugsweise Sende-Empfangseinrichtungen. Somit können im Folgenden SEI als eine erste Sende-Empfangseinrichtung und SE2 als eine zweite Sende- Empfangseinrichtung angesehen werden.
Fig. 2 zeigt zusätzlich jeweils eine Einheit zur Phasenmodifikation 4. Zwischen den beiden Einheiten zur Phasenmodifikation 4 erfolgt ein Datenaustausch.
Im Folgenden wird die exakte mathematische Herleitung der Funktionsweise des Verfahrens II durchgeführt. In einer ersten (nicht-kohärenten) Sende- Empfangseinheit (SEI) wird ein erstes Signal (sigTXl) erzeugt und über einen Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt. In einer weiteren, insbesondere zweiten (nicht-kohärenten) Sende-Empfangseinheit (SE2) wird ein zweites Signal (sigTX2) erzeugt und über den Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt. Die Abstrahlung der Signale erfolgt hierbei möglichst gleichzeitig zumindest aber zeitlich so aufeinander abgestimmt, dass sich die beiden Signalformen
vorzugsweise mindestens die Hälfte der Sendezeit überlappen. Die Signalquellen können komplett oder teilweise unabhängig sein.
Wie in der Nachrichtentechnik üblich, können die verwendeten Sendesignale (sigTXl, sigTX2) als eine Zerlegung in ein äquivalentes Basisbandsignal (bbTXl) und ein Trägersignal dargestellt werden.
Da das erfindungsgemäße System vorzugsweise zur Entfernungsmessung bzw. zur Abbildung verwendet werden soll, werden als Basisbandsignale vorzugsweise Signale mit sogenannten guten Korrelationseigenschaften verwendeten. Signale mit guten Korrelationseigenschaften sind beispielsweise breitbandige Pulse, Rauschsignale, pseudo-zufällige Pulsfolgen (PN Codes) wie etwa M-Sequenzen, Gold-Codes oder Barker Codes, Kasami Sequenzen, Huffman Sequenzen, Chirps, linear frequenzmodulierte Signale (FMCW), Chirp- oder FMCW-Sequenzen usw.. Derartige Signalformen sind in der Radartechnik und der Kommunikationstechnik (insbes. im Bereich CDMA) seit langem und vielfältig bekannt.
Das Sendesignal (sigTXl) der Sende-Empfangseinheit (SEI) kann wie folgt dargestellt werden :
Figure imgf000020_0002
Der Zeitoffset TOI definiert den Sendezeitpunkt des Signals sigTXl;
der Phasenterm mfasst einen konstanten
Figure imgf000020_0001
Phasenoffset und das Phasenrauschen des Trägersignals.
Die Kreisfrequenz charakterisiert die Frequenz des Trägersignals von sigTXl.
Figure imgf000020_0003
In gleicher Art und Weise kann das Sendesignal (sigTX2) der Sende- Empfangseinheit (SE2) gebildet werden. Es gilt:
Figure imgf000021_0002
Die gesendeten Signale (sigTXl und sigTX2) gelangen - auf direktem Weg oder an Objekten reflektiert - zur jeweils anderen Sende-Empfangsstation und werden dort empfangen und als Empfangssignale sigRX12 und sigRX21 weiterverarbeitet.
Das Empfangssignal, das an der zweiten (nicht-kohärenten) Sende- Empfangseinheit (SE2) empfangen wird, entspricht dem Sendesignal (sigTXl), wobei dieses jedoch in der Amplitude geändert und um die Laufzeit Tl1 verzögert ist. Zur Vereinfachung der mathematischen Darstellung und ohne Beschränkung der allgemeinen Offenbarung sollen alle Signale im Folgenden als komplexwertige Signale dargestellt werden. Es gilt somit:
Figure imgf000021_0003
Wird das Sendesignal (sigTXl) auf mehreren (eine Anzahl von I) unterschiedlich langen Übertragungswegen zur zweiten Sende-Empfangseinheit (SE2) übertragen, so kann das Empfangssignal als eine lineare Superposition von
amplitudengewichteten und zeitverzögerten Signalen wie folgt dargestellt werden :
Figure imgf000021_0001
Für das von der zweiten Sende-Empfangseinheit (SE2) zur ersten Sende- Empfangseinheit (SEI) übertragene Signal gilt entsprechend
Figure imgf000022_0001
Die Sende-Empfangseinheiten (SEI, SE2) seien so ausgeführt, dass sie
Signalvergleichseinheiten SigCompl, SigComp2 umfassen, in denen das jeweilige Empfangssignal einer Sende-Empfangseinheiten mit ihrem Sendesignal verrechnet wird - d.h. in SEI das Signal sigRX12 mit dem Signal sigTXl und in SE2 das Signal sigRX21 mit dem Signal sigTX2. Die Signalvergleichseinheiten SigCompl, SigComp2 sind im Ausführungsbeispiel als Mischer Mix ausgeführt. D.h. hier wird in SEI das Signal sigRX12 mit dem Signal sigTXl gemischt und in SE2 das Signal sigRX21 mit dem Signal sigTX2. Es ist als solches allgemein bekannt, dass ein Mischvorgang systemtheoretisch als Multiplikation ausgedrückt werden kann bzw. ein Heruntermischen bei zwei komplexen Sinussignalen als Multiplikation eines der Signale mit dem konjugiert komplexen (* = Zeichen für Konjugation) des anderen Signals. Es gilt daher:
Figure imgf000022_0002
Eine andere vorteilhafte Art ein Vergleichssignal zu bilden besteht darin, dass SEI das Signal sigRX12 nicht mit dem Signal sigTXl mischt sondern nur mit dessen Träger. Also:
Figure imgf000023_0001
Für die Signale in der SE2 gilt entsprechend :
Figure imgf000023_0004
Oder in der alternativen Ausführungsform :
Figure imgf000023_0002
Es wird nun davon ausgegangen, dass in SE Mittel vorgesehen sind, die dafür sorgen, dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind :
Figure imgf000023_0005
Wie diese Mittel vorzugsweise ausgestaltet sein können, wurde bereits oben erläutert bzw. wird weiter unten in einem Ausführungsbeispiel noch ausgeführt. Unter diesen Randbedingungen ergibt sich :
Figure imgf000023_0003
Geht man von einem reziprokem Übertragungskanal aus so gilt ferner:
Figure imgf000024_0002
Im nächsten Schritt wird mit einer Datenkommunikation dafür gesorgt, dass beide Vergleichssignale zu einer gemeinsamen Auswerteeinheit übertragen werden und dort zur Auswertung beide vorliegen. Die gemeinsame Auswerteeinheit kann SEI, SE2 oder eine andere Auswerteeinheit sein.
Nun werden in einem weiteren Verarbeitungsschritt die Phasen der beiden Vergleichssignale addiert. Betrachtet man hier nur die Trägerphasen mit dem Phasenrauschanteil, da nur in diesem Anteil unbekannte Phasenbeiträge vorhanden sind und addiert man die beiden Trägerphasenterme so ergibt sich:
Figure imgf000024_0001
Berücksichtigt man, dass die Laufzeit wegen der großen
Figure imgf000024_0006
Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen in der Regel sehr klein ist und dass die maßgeblichen Phasenrauschanteile bei einem Oszillator entsprechend der bekannten Zusammenhänge von Oszillator-Phasenrauschen typischerweise mit zunehmenden Abstand vom Träger stark abnehmen und bzw. demzufolge ein ausgeprägtes Tiefpass-Verhalten aufweisen und zwar
Figure imgf000024_0004
ein Tiefpassverhalten mit einer Grenzfrequenz, die üblicherweise deutlich kleiner als ist, so folgt:
Figure imgf000024_0003
Figure imgf000024_0005
Die vorgeschlagene Verarbeitung, dass bei einem der Vergleichssignale die Phase des jeweils anderen Vergleichssignals aufaddiert wird, führt also dazu, dass die Störungen durch Phasenrauschen ganz erheblich reduziert werden. Diese Phasenrauschreduktion führt zu einer besseren Detektierbarkeit von Zielen, zu einer größerer Messreichweite und einer verbesserten Messgenauigkeit.
Abhängig von der gewählten Mischer-Topologie, ob z. B. ein Gleichlage- oder ein Kehrlage-Mischer verwendet wird, ist es möglich, dass die oben dargestellten Phasenterme andere Vorzeichen aufweisen. Je nach Vorzeichen ist die bevorzugte Verknüpfung der Phasenterme nicht zwangsläufig eine Addition sondern ggf. auch eine Subtraktion. Entscheidend ist, dass die Verknüpfung zu einer Reduktion der Phasenrauschterme führt und der laufzeitabhängige Phasenterm, d.h. ein
Ausdruck der den Term umfasst, erhalten bleibt. Es ist ferner allgemein
Figure imgf000025_0004
bekannt, dass für den Fall, dass die Phasenwerte durch komplexe Zahlen repräsentiert werden, die komplexen Zahlen miteinander multipliziert, dividiert oder mit dem konjugiert komplexen der jeweils anderen Zahl multipliziert werden, um die Summe oder die Differenz der Phasen zu bilden.
Eine mögliche bevorzugte Variante zur Reduktion der Phasenrauschanteile soll im Folgenden beschrieben werden. In vielen Fällen ist es günstig, dass in der ersten und zweiten (nicht-kohärenten) Sende-Empfangseinheit (SEI, SEI) gleichartige Basisbandsignale erzeugt werden, also dass gilt:
Figure imgf000025_0002
In einem zumindest näherungsweise reziprokem Funkkanal ist ferner davon auszugehen, dass gilt:
Figure imgf000025_0003
Unter diesen Randbedingungen ergibt sich :
Figure imgf000025_0001
Wie leicht zu erkennen ist, sind die beiden Signale bis auf ihre Phasenterme identisch.
Leicht unterschiedliche Amplituden der Signale sigC12 und sigC21 können allerdings trotz eines reziproken Funkkanals aufgrund von unterschiedlichen Eigenschaften der elektronischen Komponenten wie etwa von Mischern oder Verstärkern etc. auftreten. Sofern die Amplituden der Signale sigC12 und sigC21 unterschiedlich sind, müssen die Signale bei der hier beschriebenen bevorzugten Variante zunächst auf die gleiche Amplitude normiert werden.
Auch können bei dem Vorgang zur Bildung der Signale sigC12 und sigC21 zusätzliche systematische Phasenoffsets entstehen. Sofern diese Phasenoffsets der Signale sigC12 und sigC21 unterschiedlich sind, müssen diese Phasenoffsets bei der hier beschriebenen bevorzugten Variante zunächst kompensiert werden.
Für einen bestimmten Zeitpunkt t, können die Signale sigC12 und sigC21 als komplexe Zeiger aufgefasst werden. Durch eine komplexe Addition der Zeiger heben sich die Vektorkomponenten der Phasenterme mit unterschiedlichem Vorzeichen in der gleichen Art und Weise auf, wie sie oben bei der Addition der Phasenterme beschrieben wurde. Folglich wird als eine mögliche bevorzugte Variante zur Reduktion der Phasenrauschanteile vorgeschlagen, die komplexen Signale sigC12 und sigC21 zu addieren, also ein Signal wie folgt zu bilden :
Figure imgf000026_0001
Das Signal sigCC weist dann ein signifikant geringeres Phasenrauschen auf als das Signal sigC12 bzw. sigC21 und das Signal sigCC wird dann weiter zum Zweck der Entfernungsmessung, Winkelmessung oder zur Bildgebung verwendet.
Wichtig ist aber, dass vor der Addition der Signale die zuvor beschriebenen systematischen Abweichungen von Amplitude und Phasen, die unterschiedliche Trägerfrequenzen und Sendezeitpunkte verursachen, kompensiert wurden. Es müssen natürlich nicht alle Werte von sigC12 und sigC21 und auch nicht unbedingt die Signale sigC12 und sigC21 selber addiert werden. Es soll aber zumindest ein komplexer Wert aus einem ersten der beiden Vergleichssignale oder aus einem Signal, das aus diesem ersten Vergleichssignal abgeleitet wurde, dazu verwendet werden, zumindest einen komplexen Wert des zweiten der beiden Vergleichssignale oder einen Wert eines Signals, das aus diesem zweiten
Vergleichssignal abgeleitet wurde, anzupassen und so zumindest einen Wert eines Signals (sigCC) zu bilden, wobei die Anpassung derart geschieht, dass durch eine mathematische Operation die vektorielle Summe oder die Differenz von zumindest zwei aus sigC12 und sigC21 abgeleiteten komplexen Werten gebildet wird oder die Summe oder die Differenz der Phasen dieser komplexen Werte gebildet wird .
Es sei hier darauf hingewiesen, dass die vorgeschlagenen Mischvorgänge nur eine mögliche Ausgestaltung darstellen und dass die Kompensation der
Phasenrauschanteile auch durch alternative Methoden realisiert werden könnte. So könnten etwa alle Hochfrequenzsignale schon vor dem Mischen digitalisiert, d. h. mit einen Analog-zu-Digital-Konverter abgetastet, werden und alle weiteren Operation könnten rechnerisch bzw. digital zum Beispiel in einem Prozessor oder FPGA (Field-Programmable Gate Array) erfolgen.
Grundsätzlich können die gesendeten Signale sigTXl und SigTX2 FMCW moduliert sein. Vorzugsweise werden dabei (vor der mathematischen Operation) die
Spektren der Vergleichssignale auf den höchsten Wert normalisiert werden.
Im Folgenden wird eine spezielle Ausgestaltung des Verfahrens II mit FMCW Signalen und mehreren, aufeinanderfolgende N Rampen beschrieben. Dabei senden die SE mehrere N Signale mit linear ansteigender oder abfallender Frequenz, im Folgenden als Frequenzrampen bezeichnet. Aus den empfangenen Signalen werden dann in den SE die Vergleichssignale erzeugt und zur weiteren Verarbeitung zwischengespeichert. Es werden beispielhaft steigende und fallende Rampen verwendet, da hiermit eine vorzeichenrichtige Bestimmung der
Relativgeschwindigkeit gelingt. Zunächst werden einzelne Spektrogramme der Beatsignale sigC12 und sigC21 für jeden Empfangskanal für jede Rampe erstellt. Diese Spektrogramme werden in Amplitudendarstellung ohne Phaseninformation für alle N aufeinander folgenden Rampen nebeneinander gestellt. Dies ist in Fig. 4 für die steigenden Rampen dargestellt, in welcher zwei Maxima erscheinen, da keine IQ Mischung
durchgeführt wurde, sondern ein reellwertiges Abtastsignal vorliegt. Bei
Verwendung in Primärradaren muss für diesen Schritt vorab der mindestens eine Reflektor im Erfassungsbereich identifiziert werden und wie zuvor beschrieben dargestellt werden.
Nun wird das Frequenzband, in dem das Beatsignal zu erwarten ist (durch eine grobe Vorsynchronisation sichergestellt) großzügig ausgeschnitten. Danach wird jeweils das Spektrogramm der ersten N/2 Rampen mit dem der zweiten N/2 Rampen entlang der Frequenzachse korreliert (Schritt 1). Das dabei gefundene Maximum gibt den relativen Zeitdrift der beiden SEs wieder (hierbei kann von einer linearen Funktion ausgegangen werden). Bei Empfang der Signale über eine oder mehrere Reflexionen kann beispielhaft auch die Identifikation der Ziele über die gegensätzliche Drift auf beiden Seiten erfolgen.
Alternativ kann eine Bestimmung des Frequenzoff sets insbesondere bei
Primärradaren auch über ein gemeinsames Bussystem erfolgen, indem die Systeme ihre Messsignale oder weitergehende Synchronisationssignale über die Kabel eines Bussystems austauschen. Das Bussystem ist dabei insbesondere ein CAN, FlexRay, Most, Gigabyte Ethernet-System, USB, Firewire oder TTP-System.
Danach werden alle Rampen im Spektrogramm um diesen Drift korrigiert, indem man beispielsweise mit einem komplexen Korrektursignal mit gegenläufigem Frequenzversatz in der Einheit zur Taktanpassung oder
Vergleichssignalmodifikation 2 multipliziert. Die so erhaltenen Spektrogramme der verschiedenen Rampen werden (inkohärent) addiert und im Ergebnis der
Überlagerung wird das Maximum gesucht, welches dem Zeitversatz (Offsetfehler) entspricht. Bei Primärradar kann für die Auswahl der Peaks die im vorherigen Schritt erfolgte Identifizierung der zueinander gehörenden Peaks verwendet werden. Alternativ kann eine Bestimmung des Zeitoffsets auch über ein gemeinsames Bussystem erfolgen, insbesondere, indem entweder die Messdaten oder geeignete Korrelationssequenzen übertragen werden.
Die auf diese Weise ermittelten Parameter relativer Zeitversatz und relative Zeitdrift (=aktueller Frequenzversatz) sind über die komplette Sequenz von N Rampen gemittelt. Dieses Ergebnis enthält einen großen Teil der
Uhrenabweichung . Zusätzlich ist nun für jede Rampe und jede Station bekannt, an welcher Stelle im Spektrogramm jeweils die Energie des einfallenden Signals zu erwarten ist.
Die ursprünglich aufgezeichneten lokalen Mischsignale sigC12 und sigC21 werden nun zunächst um ganzzahlige Werte Tint (Darstellung des Zeitversatzes zwischen den beiden Stationen als ΔΤ =| T01-T02 i=Tint+Tfrac) verschoben, um eine einheitliche Zeitbasis zu erhalten. Durch die gemeinsame genaue Zeitbasis ist das Phasenrauschen stärker korreliert. Der verbleibende, geringe Zeitfehler Tfrac kann nun, etwa durch Anwendung eines Fractional-Delay-Filters, kompensiert werden. Die so verschobenen Signale werden nun um die abweichende
Rampensteilheit korrigiert, die aufgrund des Frequenzversatzes Δ ω = ωΐ- ω2 der beiden Lokaloszillatoren entsteht, indem man mit einem normierten komplexen Korrektursignal faltet bzw. spektral multipliziert, was den
Frequenzverlauf in die entgegengesetzte Richtung abbildet.
In diesen nachgeschärften Mischsignalen wird nun nach einer FFT des Beatsignals zur Kanalimpulsantwort jeweils ein Peak gesucht. Bei Sekundärradar nimmt man bevorzugt den stärksten Peak oder alternativ den ersten Peak, bei Primärradar muss man einen auf beiden Seiten gleichermaßen enthaltenen Peak wählen. Für jede Rampe an beiden Stationen ergibt sich so ein Maximum bei dem geschätzten Abstand mit der dazugehörenden Phasenlage. Diese Werte stimmen für die Messung auf dem H in- und Rückweg bei einem reziproken Kanal prinzipiell überein. Die verbleibenden Abweichungen sind auf verbleibende Frequenz- und Phasenunterschiede zwischen beiden Signalquellen 1 der SE, beispielsweise der Oszillatoren, denen Phasenrauschen als Ursache zu Grunde liegt, zurückzuführen. Der genaue Frequenzunterschied kann nun absolut bestimmt und somit korrigiert werden (der Phasenunterschied kann bis auf 180°-Mehrdeutigkeit (bei IQ
Mischern 360°) bestimmt werden). Diese Mehrdeutigkeit wird behoben durch eine Beschränkung des Phasenverlaufs auf +/- 90° von Rampe zu Rampe, was auch als Unwrapping bezeichnet wird. Nach dieser präzisen Korrektur des
verbleibenden Phasenfehlers unterscheiden sich die synthetischen Mischsignale beider Stationen nun kaum noch.
Nach dieser Vorverarbeitung wurden die charakteristischen, systematischen Fehler des Radarsystems vollständig korrigiert, weswegen die
Phasenverschiebung der beiden Beatsignale nur noch um einen kleinen Betrag abweicht. An dieser Stelle ist zum einen eine präzise Synchronisation der Zeit- und Frequenzbasis erreicht und zum anderen kann das Phasenrauschen als additiver Beitrag betrachtet und durch Linearkombination behoben werden. Dies geschieht beispielsweise mittels 2D Fouriertransformation aller N Rampen an beiden SEs, worauf schließlich die, in der Amplitude normierten Beatsignale addiert werden. Unter Einbezug der Systemparameter (Abtastrate,
Rampensteilheit, Trägerfrequenz,...) stellt das Maximum des Ergebnisses dieser Linearkombination den Schätzwert für Abstand und Geschwindigkeit dar.
Fig. 5 zeigt beispielhaft eine herkömmliche Anordnung für ein Radar-System mit Sende-Empfangseinrichtungen SEI, SE2, die jeweils mindestens zwei Sende- und Empfangsantennen aufweisen, sowie mit einem HF-Generator für das HF-Signal und einer Verteilungseinrichtung für eine Verteilung des HF-Signals auf die Sende-Empfangseinrichtungen SEI, SE2 und einem Taktgeber für einen
Systemtakt.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung eines Radar-Systems gemäß der Erfindung mit Sende-Empfangseinrichtungen SEI, SE2, die jeweils mindestens zwei Sende- und Empfangsantennen sowie einen HF-Generator aufweisen, sowie mit einem
(gemeinsamen)Taktgeber für einen Systemtakt.
Fig. 7 zeigt ein Phasenrauschdiagramm für IF-Signale, die aus dem
Heruntermischen von Signalen aus unterschiedlichen Signalerzeugern stammen, wie sie sich mit einem Radar-System gemäß Fig. 6 und dem Einsatz einer geeigneten Phasenregelschleife, jedoch ohne ein Verfahren zur nachträglichen Erzeugung von Kohärenz, ergeben kann.
Fig. 8 zeigt eine Signalausbreitung für das Radar-System gemäß der Erfindung. Die von jedem Empfangspfad empfangenen Signale enthalten die eigenen, von der Umwelt reflektierten Signale und die von der Umwelt reflektierten Signale eines zweiten Sendepfades.
Die empfangenen Signale werden mit dem lokalen Hochfrequenzsignal
heruntergemischt oder korreliert. Dadurch entsteht ein niederfrequentes Signal S eat, das sowohl Komponenten aus dem direkten Reflexionsweg (eigenes Sendesignal) und aus dem indirekten Reflexionsweg (fremdes Sendesignal) hat. Anschließend erfolgt eine Trennung der Signale über den Frequenzunterschied oder eine anderweitige Modulation. Die Signale des eigenen Reflexionsweges werden dann als normale Radarsignale prozessiert, die Signale des indirekten Weges werden wie folgt weiter verarbeitet:
Optional werden die indirekten Signale aus beiden Empfangspfaden um etwaige Frequenzoff sets korrigiert. Neben dem Frequenzoff set, der eventuell zur
Unterscheidung/Kodierung der beiden Signale eingeführt wurde, können
Frequenzoff sets auch störende systembedingte Frequenzoffsets sein. Die
Korrektur der letzteren ist jedoch aufgrund der gemeinsamen Taktquelle meistens nicht notwendig. Timing-Offsets, beispielsweise durch (leicht) unterschiedliche Timings der H F-Generatoren (Frequenzerzeuger) werden ebenfalls korrigiert, beispielsweise im Postprocessing durch (beispielsweise) die Anwendung von DE 101 57 931. Anschließend können zwei Spektren (Spektrum 1 und Spektrum 2) von beiden Signalen gebildet und vorzugsweise bezüglich ihrer Amplituden normiert. Durch eine mathematisch Operation kann nun die Summe oder die Differenz der komplexen Spektren, oder von Signalen, die aus den Spektren abgeleitet wurden, gebildet werden, oder es wird die Summe oder die Differenz von Phasenwerten der zuvor genannten Signale gebildet.
Eine bevorzugte Variante der Auswertung kann wie folgt ablaufen: Eines der beiden berechneten Spektren (Spektrum 1) wird vorzugsweise in ein konjugiert komplexes Spektrum (Spektrum IC) umgewandelt. Dieses Spektrum (Spektrum IC) und das nichtkonjugiert komplex umgewandelte Spektrum (Spektrum 2) werden in einer mathematischen Operation addiert oder subtrahiert oder multipliziert oder dividiert. Das resultierende Spektrum kann dann wie ein normales Radarspektrum prozessiert werden.
Vorteilhaft ist, dass durch die mathematische Kombination der beiden Signale (Spektrum 1 und Spektrum 2) das zusätzliche Rauschen, das durch die
Verwendung der getrennten HF-Signalquellen erzeugt wurde, sehr effektiv unterdrückt werden kann.
Besonders bevorzugt, werden die Sende- und Empfangspfade als Sparse-Arrays angeordnet. Dadurch können Neben-Maximal und Gesamtapertur so optimiert werden, dass Genauigkeit und Zieltrennung deutlich verbessert werden. Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung von Chips, die bereits integrierte Antennen aufweisen, entweder im Chip direkt oder in einem entsprechenden Package.
Nachfolgend werden Aspekte und Ausführungsformen des Verfahrens I bzw. der Konfiguration I beschrieben. Die Bezugszeichen beziehen sich dabei auf die Figuren aus DE 10 2014 104 273 AI. Die Sende-Empfangseinheiten können Bestandteil der (ggf. zumindest teil-kohärenten) Sende-Empfangseinrichtungen sein oder diese ausbilden :
1. Aspekt: Verfahren in einem Radarsystem, bei dem
- in einer ersten (nicht-kohärenten) Sende-Empfangseinheit (SEI) ein erstes Signal (sigTXl) erzeugt und über einen Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird,
- in einer weiteren, insbesondere zweiten (nicht-kohärenten) Sende- Empfangseinheit (SE2) ein erstes Signal (sigTX2) erzeugt und über den Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird,
- in der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) ein Vergleichssignal (sigC12) aus deren erstem Signal (sigTXl) und aus einem solchen von der weiteren Sende- Empfangseinheit (SE2) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigTX2) gebildet wird und
- in der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) ein weiteres Vergleichssignal (sigC21) aus deren erstem Signal (sigTX2) und aus einem solchen von der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigTXl) gebildet wird, - wobei das weitere Vergleichssignal (sigC21) von der weiteren Sende- Empfangseinheit (SE2) zu der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) übertragen, insbesondere kommuniziert wird.
2. Aspekt: Verfahren nach dem ersten Aspekt, bei dem ein Vergleichs- Vergleichssignal (sigC21; sigC12) aus diesem Vergleichssignal (sigC21) und dem weiteren Vergleichssignal (sigC21) gebildet wird.
3. Aspekt Verfahren nach zweiten Aspekt, bei dem das Vergleichs- Vergleichssignal (sigC21; sigC12), indem die beiden Vergleichssignale (sigC12, sigC21) miteinander verarbeitet - insbesondere konjungiert komplex multipliziert werden - einem mit einem kohärenten Radarsystem erzeugten Vergleichssignal entspricht.
4. Aspekt: Verfahren nach einem vorstehenden Aspekt, bei dem zumindest eines von dem Vergleichssignal (sigC12), dem weiteren Vergleichssignal (sigC21) oder dem Vergleichs-Vergleichssignal (sigC21; sigC12) durch zumindest eines von Mischen oder Korrelation gebildet wird.
5. Aspekt: Verfahren nach einem vorstehenden Aspekt, bei dem mindestens ein solches weiteres Vergleichssignal (sigC21; sigC12) zwischen den Sende- Empfangseinheiten (SE2; SEI) als zumindest eines von Daten, einem Daten enthaltenden Signal oder einem Daten rekonstruierbar enthaltenden Signal übertragen wird.
6. Aspekt: Verfahren nach einem vorstehenden Aspekt, bei dem zumindest eines der ersten Signale (sigTXl, sigTX2) als ein Sendesignal über den als Luftschnittstelle ausgebildeten Pfad (SP) gesendet wird.
7. Aspekt: Verfahren nach einem vorstehenden Aspekt, bei dem Zeitpunkte zum Senden der ersten Signale (sigTXl, sigTX2) derart koordiniert werden, dass sich die ersten Signale (sigTXl, sigTX2) zeitlich zumindest teilweise überdecken.
8. Aspekt: Verfahren nach einem vorstehenden Aspekt, bei dem aus zumindest einem Vergleichs-Vergleichssignal (sigC21; sigC12) eine Signallaufzeit (τ12), die ein solches erstes Signal (sigTXl, sigTX2) für den Weg zwischen den Sende- Empfangseinheiten (SEI, SE2) benötigt, ermittelt wird, indem mindestens eines von einer Phase oder einem Phasenwert (φ12, φ13, ..., φΙΝ, φ22, φ23, φ24, ... φ2Ν, ... , φΝ-1Ν) einer Frequenz, einem Amplituden-Verlauf oder einem Phasen- Verlauf des Vergleichs-Vergleichssignal (sigCC12) analysiert wird.
9. Aspekt: Verfahren nach einem vorstehenden Aspekt, bei dem zumindest eines der ersten Signale (sigTXl, sigTX2) als ein FMCW- oder OFDM-moduliertes Signal erzeugt und gesendet wird.
10. Aspekt: Verfahren nach einem vorstehenden Aspekt, bei dem zumindest eines der ersten Signale (sigTXl, sigTX2) als ein Multirampen-Signal erzeugt und gesendet wird.
11. Aspekt: Verfahren nach einem vorstehenden Aspekt, bei dem
- mehrere Vergleichs-Vergleichssignale (sigCC12), die mit zumindest zwei Sende- Empfangseinheiten (SEI, SE2), von denen sich zumindest eine der Sende- Empfangseinheiten (SEI, SE2) bewegt, zeitlich nacheinander gemessen werden und
- mit einem synthetische Apertur-Verfahren zumindest eines von einer
Entfernung, einer Position, einer Geschwindigkeit oder das Vorhandensein einer der Sende-Empfangseinheiten (SE2, SEI) oder das Vorhandensein einer solchen Sende-Empfangseinheiten (SE2, SEI) oder zumindest eines von einer Entfernung, einer Position, einer Geschwindigkeit relativ zu einem Objekt (0) oder das Vorhandensein eines Objekts (0) bestimmt wird.
12. Aspekt: Radarsystem, bei dem
- zumindest eine erste (nicht-kohärente) Sende-Empfangseinheit (SEI)
ausgebildet ist, ein erstes Signal (sigTXl) zu erzeugen und über einen Pfad (SP) zu senden, insbesondere auszustrahlen,
- zumindest eine weitere, insbesondere zweite (nicht-kohärenten) Sende- Empfangseinheit (SE2) ausgebildet ist, ein erstes Signal (sigTX2) zu erzeugen und über den Pfad (SP) zu senden, insbesondere auszustrahlen,
- die erste Sende-Empfangseinheit (SEI) ausgebildet ist, ein Vergleichssignal (sigC12) aus deren erstem Signal (sigTXl) und aus einem solchen von der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigTX2) zu bilden,
- die weitere Sende-Empfangseinheit (SE2) ausgebildet ist, ein weiteres
Vergleichssignal (sigC21) aus deren erstem Signal (sigTX2) und aus einem solchen von der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigTXl) zu bilden, und
- das weitere Vergleichssignal (sigC21) von der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) zu der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) übertragen wird, insbesondere kommuniziert wird.
13. Aspekt: Radarsystem nach Aspekt 12, bei dem ein Vergleichs- Vergleichssignal (sigCC21; sigCC12) aus diesem Vergleichssignal (sigC21) und dem weiteren Vergleichssignal (sigC21) gebildet wird.
14. Aspekt: Radarsystem nach Aspekt 12 oder 13 mit drei oder mehr räumlich beabstandeten Sende-Empfangseinheiten (SEI, SE2, SE3, SE-N), bei dem aus zwei oder mehr Vergleichs-Vergleichssignalen (sigCC12, sigCC12, sigCC13, sigCC22, sigCC32), die mit mehr als zwei Paaren aus jeweils zwei der räumlich beabstandeten der Sende-Empfangseinheiten (SEI, SE2; SE-N, SE2) gemessen werden, eine Entfernung, eine Position, eine Geschwindigkeit oder das
Vorhandensein einer der Sende-Empfangseinheiten (SE2, SEI) oder das
Vorhandensein einer solchen Sende-Empfangseinheiten (SE2, SEI) oder zumindest eines von einer Entfernung, einer Position, einer Geschwindigkeit relativ zu einem Objekt (0) oder das Vorhandensein eines Objekts (0) bestimmt wird.
15. Aspekt: Radarsystem nach einem der Aspekte 12 bis 14, bei dem die erste Sende-Empfangseinheit (SEI) und zumindest eine solche weitere Sende- Empfangseinheit (SE2) und/oder eine Auswerteeinrichtung (P) ausgebildet sind zum Durchführen eines Verfahrens nach einem vorhergehenden Ansprüche.
16. Aspekt: Vorrichtung eines Radarsystems, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Aspekte 1 bis 11 und/oder in einem
Radarsystem nach einem der Aspekt 12 bis 15, wobei die Vorrichtung
- ausgebildet ist als eine erste (nicht-kohärente) Sende-Empfangseinheit (SEI), insbesondere erste (nicht-kohärente) Sende-Empfangseinheit (SEI) und
- einen Signalgenerator und zumindest eine Antenne (TAI; RAI) aufweist, die ausgebildet sind, ein erstes Signal (sigTXl) zu erzeugen und über einen Pfad (SP) zu senden, insbesondere auszustrahlen,
- eine Anordnung aufweist, die ausgebildet ist, ein Vergleichssignal (sigC12) aus dem ersten Signal (sigTXl) und aus einem derartigen von einer weiteren Sende- Empfangseinheit (SE2) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigTX2) zu bilden
- und zumindest eines von
- einer Schnittstelle (CommTX) aufweist, die ausgebildet ist, das Vergleichssignal (sigC12) zu der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) zu übertragen,
insbesondere zu kommunizieren oder
- einer Schnittstelle (CommRX) aufweist, die ausgebildet ist, ein derartiges von der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) erzeugtes weiteres Vergleichssignal (sigC21) mittels Übertragen, insbesondere Kommunizieren, in der ersten Sende- Empfangseinheit (SEI) zu erhalten.
17. Aspekt: Vorrichtung nach Aspekt 16 mit einer weiteren Vergleichseinheit (sigCompl2), die ein Vergleichs-Vergleichssignal (sigCC12) bildet aus dem in der selben Sende-Empfangseinheit (SEI) gebildeten Vergleichssignal (sigC21) und dem zu dieser Sende-Empfangseinheit (SEI) übertragenen Vergleichssignal (sigC21).
18. Aspekt: Vorrichtung nach Aspekt 16 oder 17, bei der die zumindest eine Schnittstelle (CommTX, CommRX) eine Datenschnittstelle ist.
19. Aspekt: Vorrichtung nach einem der Aspekte 16 bis 18, bei der zwischen der Anordnung, die das Vergleichssignal (sigC12) ausgibt, und der weiteren
Vergleichseinheit (sigCompl2), die das Vergleichs-Vergleichssignal (sigCC12) bildet, ein Filter (FLT) angeordnet ist, wobei der Filter (FLT) an die
Vergleichseinheit (sigCompl2) das Vergleichssignal (sigC12) anlegt, wobei der Filter (FLT) ein weiteres in der dem Filter (FLT) vorgeschalteten Anordnung gebildetes Vergleichssignal (sigCl l) nicht anlegt und das in der vorgeschalteten Anordnung gebildete Vergleichssignal (sigCl l) unterdrückt oder an einem
Anschluss bereitstellt.
20. Aspekt: Vorrichtung nach einem der Aspekt 16 bis 19, die eine Vielzahl von zueinander räumlich beabstandeten Empfangsantennen (RA1,1, RA1,N; RA2,1,
RA2,N) aufweist, welcher jeweils eine Anordnung zugeordnet ist, die ausgebildet ist, jeweils ein Vergleichssignal (sigC21,l, sigC21,2, sigC21,3) aus dem erstem Signal (sigTX2) und aus einem derartigen von einer solchen weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigTXl) zu bilden. Nachfolgend werden Aspekte und Ausführungsformen des Verfahrens II bzw. der Konfiguration II beschrieben. Die Bezugszeichen beziehen sich dabei auf die Figuren 1 bis 4 der vorliegenden Anmeldung. Die Sende-Empfangseinheiten können Bestandteil der (ggf. zumindest teil-kohärenten) Sende- Empfangseinrichtungen sein oder diese ausbilden :
1. Aspekt: Verfahren zur Verringerung von Störungen durch Phasenrauschen in einem Radarsystem, bei dem
in einer ersten (nicht-kohärenten) Sende-Empfangseinheit (SEI) ein erstes Signal (sigTXl) erzeugt und über einen Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird,
in einer weiteren, insbesondere zweiten (nicht-kohärenten) Sende- Empfangseinheit (SE2) ein erstes Signal (sigTX2) erzeugt und über den Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird,
die ersten Signale (sigTXl und sigTX2) in der jeweils anderen Sende- Empfangseinheit auf direktem oder indirektem Weg empfangen werden und dort als Empfangssignale (sigRX12 und sigRX21) weiterverarbeitet werden,
in der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) ein Vergleichssignal (sigC12) aus deren erstem Signal (sigTXl) und aus einem solchen von der weiteren Sende- Empfangseinheit (SE2) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigRTX2) gebildet wird und
in der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) ein weiteres Vergleichssignal (sigC21) aus deren erstem Signal (sigTX2) und aus einem solchen von der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigTXl) gebildet wird,
wobei das weitere Vergleichssignal (sigC21) von der weiteren Sende- Empfangseinheit (SE2) zu der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) übertragen, insbesondere kommuniziert wird,
wobei in einem ersten Schritt Abweichungen der Vergleichssignale (sigC21 und sigC12) die durch systematische Abweichungen in den Sende- Empfangseinheiten (SE2, SEI) hervorgerufen werden, kompensiert werden,
wobei in einem zweiten Schritt zumindest ein komplexer Wert aus einem ersten der beiden Vergleichssignale oder aus einem Signal, das aus diesem ersten Vergleichssignal abgeleitet wurde, dazu verwendet wird, zumindest einen komplexen Wert des zweiten der beiden Vergleichssignale oder einen Wert eines Signals, das aus diesem zweiten Vergleichssignal abgeleitet wurde, anzupassen und so ein angepasstes Signal (sigCC) zu bilden,
wobei die Anpassung derart geschieht, dass durch eine mathematische Operation die vektorielle Summe oder die Differenz der komplexen Werte gebildet wird oder die Summe oder die Differenz der Phasen der komplexen Werte gebildet wird.
2. Aspekt: Verfahren nach Aspekt 1, wobei die gesendeten Signale (sigTXl und SigTX2) FMCW moduliert sind.
3. Aspekt: Verfahren nach Aspekt 1 oder 2, wobei ein Taktratenabgleich, insbesondere von Signalquellen der ersten Signale (sigTXl und sigTX2), über ein Bussystem, vorzugsweise einen Kommunikationsbus, erfolgt und/oder
wobei ein Taktratenabgleich, insbesondere von Taktraten von Signalquellen der ersten Signale (sigTXl und sigTX2), über Funkwellen und/oder über eine
Kabelverbindung, insbesondere bei Betrieb als Primärradar, erfolgt.
4. Aspekt: Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei eine Synchronisation der (nicht-kohärenten) Sende-Empfangseinheiten (SEI, SE2), insbesondere eine Vorsynchronisation durch eine Bestimmung einer Frequenz- Drift über mehrere Rampen nacheinander erfolgt, insbesondere bei Verwendung eines Sekundärradars.
5. Aspekt: Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei ein Offset, insbesondere ein Zeitoffset und/oder ein Frequenzoffset, über ein
Bussystem bestimmt wird, vorzugsweise bei Betrieb als Primärradar.
6. Aspekt: Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei ein/der Offset, insbesondere ein/der Zeitoffset und/oder ein/der Frequenzoffset, über eine Auswertung einer Position von, insbesondere korrigierten, Maxima der Spektren der Vergleichssignale (sigC12 und sigC21), bestimmt wird. 7. Aspekt: Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die erste und/oder die weitere (nicht-kohärente) Sende- und Empfangseinheit mindestens eine Auswerteeinrichtung zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte, insbesondere Berechnungen und Auswertungen aufweist, wobei die jeweilige Auswerteeinrichtung
ggf. eine körperlich eigenständige Auswerteeinrichtung ist, die an die jeweilige Sende- und Empfangseinheit bzw. die übrigen Komponenten der jeweiligen Sende- und Empfangseinheit angeschlossen ist oder
ggf. in die erste und/oder die weitere (nicht-kohärente) Sende- und
Empfangseinheit, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder als Baueinheit, integriert ist.
8. Aspekt: Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die Vergleichssignale (sigC12 und sigC21) zu einer, insbesondere gemeinsamen, Auswerteeinheit übertragen werden und dort zur Auswertung beide vorliegen, wobei die gemeinsame Auswerteeinheit, optional, die erste (nicht-kohärente) Sende-Empfangseinheit (SEI) oder, optional, die zweite (nicht-kohärente) Sende- Empfangseinheit (SE2) oder, optional, eine andere, insbesondere separate, Auswerteeinheit ist.
9. Aspekt: Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die ersten Signale (TX1 und TX2) zumindest zeitlich überlappend gesendet werden, wobei das weitere erste Signal (TX2) der weiteren (nicht-kohärenten) Sende- Empfangseinheit (SE2) vorzugsweise zumindest während der Hälfte der
Signaldauer des ersten Signals (TX1) der ersten (nicht-kohärenten) Sende- Empfangseinheit (SE2), weiter vorzugsweise zumindest annähernd gleichzeitig, gesendet wird.
10. Aspekt: Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei vor der mathematischen Operation die Spektren der Vergleichssignale auf den höchsten Wert normalisiert werden. 11. Aspekt: System zur Verringerung von Störungen durch Phasenrauschen in einem Radarsystem mit Einheiten zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere umfassend : eine erste (nicht-kohärente) Sende-Empfangseinheit (SEI) zur Erzeugung eines ersten Signals (sigTXl) und zum Senden, insbesondere Ausstrahlen, des ersten Signals (sigTXl) über einen Pfad (SP), eine weitere, insbesondere zweite, (nicht-kohärente) Sende- Empfangseinheit (SE2) zur Erzeugung eines ersten Signals (sigTX2) und zum Senden (insbesondere Ausstrahlen) des ersten Signals (sigTX2) über den Pfad (SP), wobei die (nicht-kohärenten) Sende-Empfangseinheiten (SEI und SE2) ausgebildet sind, die ersten Signale (sigTXl und sigTX2) in der jeweils anderen Sende-Empfangseinheit auf direktem oder indirektem Weg zu empfangen und dort als Empfangssignale (sigRX12 und sigRX21) weiter zu verarbeiten, wobei die erste Sende-Empfangseinheit (SEI) ausgebildet ist, ein
Vergleichssignal (sigC12) aus deren ersten Signal (sigTXl) und aus einem solchen von der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigRTX2) zu bilden und wobei die weitere Sende-Empfangseinheit (SE2) ausgebildet ist, ein weiteres Vergleichssignal (sigC21) aus deren ersten Signal (sigTX2) und aus einem solchen von der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) über den Pfad (SP) empfangenen ersten Signal (sigTXl) zu bilden. wobei eine Übertragungseinheit vorgesehen ist, um das weitere
Vergleichssignal (sigC21) von der weiteren Sende-Empfangseinheit (SE2) zu der ersten Sende-Empfangseinheit (SEI) zu übertragen, insbesondere zu
kommunizieren, wobei mindestens eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die ausgebildet ist, um in einem ersten Schritt Abweichungen der Vergleichssignale (sigC21 und sigC12), die durch systematische Abweichungen in den Sende-Empfangseinheiten (SE2, SEI) hervorgerufen werden, zu kompensieren und um in einem zweiten Schritt zumindest einen komplexen Wert aus einem ersten der beiden
Vergleichssignale oder aus einem Signal, das aus diesem ersten Vergleichssignal abgeleitet wurde, dazu zu verwenden, zumindest einen komplexen Wert des zweiten der beiden Vergleichssignale oder einen Wert eines Signals, das aus diesem zweiten Vergleichssignal abgeleitet wurde, anzupassen und so ein angepasstes Signal (sigCC) zu bilden, wobei die Anpassung derart geschieht, dass durch eine mathematische Operation die vektorielle Summe oder die Differenz der komplexen Werte gebildet wird oder die Summe oder die Differenz der Phasen der komplexen Werte gebildet wird.
12. Aspekt: System nach Aspekt 11, wobei ein Bussystem, insbesondere ein Kommunikationsbus, für einen Taktratenabgleich, insbesondere von Signalquellen der ersten Signale (sigTXl und sigTX2), vorgesehen ist,
und/oder wobei ein Bussystem für die Bestimmung eines Offsets, insbesondere Zeitoffsets und/oder Frequenzoffsets, vorgesehen ist.
13. Aspekt: System nach einem der Aspekte 11 oder 12, wobei eine gemeinsame Sende- und Empfangsantenne in der ersten und/oder der weiteren (nichtkohärenten) Sende-Empfangseinheit (SEI und/oder SE2) vorgesehen ist und/oder wobei ein Transmissionsmischer in dem Pfad (SP) vorgesehen ist.
14. Aspekt: Verwendung des Verfahrens nach einem der Aspekte 1 bis 10 für ein System mit zumindest je einer gemeinsamen Sende- und Empfangsantenne in der ersten und/oder zweiten (nicht-kohärenten) Sende-Empfangseinheit (SEI und/oder SE2).
15. Aspekt: Verwendung des Systems nach einem der Aspekte 11 bis 13 zur Verringerung von Störungen durch Phasenrauschen in einem Radarsystem. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile bzw. Funktionen für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig .

Claims

Ansprüche
1. Radar-System umfassend :
mindestens eine erste (SEI) sowie eine zweite (SE2) Sende- Empfangseinrichtung jeweils mit mindestens einer Sende- und mit mindestens einer Empfangsantenne sowie einem HF-Generator und einen gemeinsamen Taktgeber für die HF-Generatoren der Sende- Empfangseinrichtungen,
wobei mindestens eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die
konfiguriert ist, Sende- und Empfangssignale der Sende- Empfangseinrichtungen (SEI, SE2) zu modifizierten Messsignalen mit erhöhter Kohärenz zu verarbeiten.
2. System nach Anspruch 1, wobei die erste Sende-Empfangseinrichtung
(SEI), vorzugsweise mit ihrem HF-Generator, und/oder die zweite Sende- Empfangseinrichtung (SE2), vorzugsweise mit ihrem HF- Generator, auf einer Platine, insbesondere zusammen mit dem gemeinsamen Taktgeber, angeordnet ist/sind.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die H F-Generatoren in der Nähe der Sende- und Empfangsantennen angeordnet sind.
4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die HF-Signale der einzelnen HF-Generatoren zumindest teilweise kohärent zueinander sind, wobei dazu vorzugsweise eine Phasenregelschleife (PLL) vorgesehen ist.
5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- in der ersten Sende-Empfangseinrichtung (SEI) ein erstes Signal
(sigTXl) erzeugt und über einen Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird,
- in der zweiten Sende-Empfangseinrichtung (SE2) ein weiteres erstes Signal (sigTX2) erzeugt und über den Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird,
- in der Auswerteeinrichtung, insbesondere in der ersten Sende- Empfangseinrichtung (SEI) ein erstes Vergleichssignal (sigC12) aus dem erstem Signal (sigTXl) der ersten Sende-Empfangseinrichtung und aus einem solchen von der zweiten Sende-Empfangseinrichtung (SE2), über den Pfad (SP) empfangenen, ersten Signal (sigTX2) gebildet wird und
- in der Auswerteeinrichtung, insbesondere in der zweiten Sende- Empfangseinrichtung (SE2) ein weiteres Vergleichssignal (sigC21) aus dem erstem Signal der zweiten Sende-Empfangseinrichtung (sigTX2) und aus einem solchen von der ersten Sende-Empfangseinrichtung (SEI), über den Pfad (SP) empfangenen, ersten Signal (sigTXl) gebildet wird,
- wobei das weitere Vergleichssignal (sigC21) vorzugsweise von der zweiten Sende-Empfangseinrichtung (SE2) zu der ersten Sende- Empfangseinrichtung (SEI) übertragen, insbesondere kommuniziert wird.
6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das System, insbesondere die Auswerteeinrichtung zur Bildung eines Vergleichs- Vergleichssignal (sigCC21; sigCC12) aus dem ersten Vergleichssignal (sigC21) und dem weiteren Vergleichssignal (sigC21) konfiguriert ist.
7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das System, insbesondere die Auswerteeinrichtung konfiguriert ist, um in einem ersten Schritt Abweichungen der Vergleichssignale (sigC21 und sigC12), die durch systematische Abweichungen in den Sende-Empfangseinrichtungen (SE2, SEI) hervorgerufen werden, zu kompensieren und um in einem zweiten Schritt zumindest einen komplexen Wert aus einem ersten der beiden Vergleichssignale oder aus einem Signal, das aus diesem ersten
Vergleichssignal abgeleitet wurde, dazu zu verwenden, zumindest einen komplexen Wert des zweiten der beiden Vergleichssignale oder einen Wert eines Signals, das aus diesem zweiten Vergleichssignal abgeleitet wurde, anzupassen und so ein angepasstes Signal (sigCC) zu bilden, wobei die Anpassung derart geschieht, dass durch eine mathematische Operation die vektorielle Summe oder die Differenz der komplexen Werte gebildet wird oder die Summe oder die Differenz der Phasen der komplexen Werte gebildet wird.
8. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vergleichs- Vergleichssignal (sigC21; sigC12), indem die beiden Vergleichssignale (sigC12, sigC21) miteinander verarbeitet - insbesondere konjungiert komplex multipliziert werden - einem mit einem kohärenten Radarsystem erzeugten Vergleichssignal entspricht.
9. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste (SEI) und/oder zweite (SE2) Sende-Empfangseinrichtung zwei oder mehr Sendeantennen und/oder zwei oder mehr Empfangsantennen
aufweist/aufweisen.
10. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sende- Empfangseinrichtungen (SEI, SE2) unterbesetzt angeordnet sind.
11. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das System, insbesondere eine Steuereinrichtung des Systems konfiguriert ist, so dass die Sendeantenne(n) der ersten (SEI) und die Sendeantenne(n) der zweiten (SE2) Sende-Empfangseinrichtung gleichzeitig oder zeitlich überlappend senden und/oder so, dass sich Sendesignale der
Sendeantenne(n) der ersten (SEI) und die Sendeantenne(n) der zweiten (SE2) Sende-Empfangseinrichtung voneinander unterscheiden,
insbesondere einen Frequenzoffset gegeneinander aufweisen und/oder sich durch eine Puls-, Amplituden- und/oder Phasenmodulation voneinander unterscheiden.
12. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das System, insbesondere eine/die Steuereinrichtung des Systems konfiguriert ist, so dass empfangene Signale und das gesendete Signal gemischt oder korreliert werden, wobei vorzugsweise anschließend eine Trennung der empfangenen Signale aufgrund eines Unterscheidungsmerkmales, insbesondere eines Frequenzoffsets gegeneinander und/oder eine sich unterscheidende Puls-, Amplituden- und/oder Phasenmodulation der Sendesignale, auf die die empfangenen Signale zurückgehen, erfolgt.
13. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das System, insbesondere eine/die Steuereinrichtung des Systems konfiguriert ist, vorzugsweise insbesondere in Bezug auf ihre Amplitude normierte, ggf. komplexe, Spektren von indirekten, reflektierten, von den Sende- Empfangseinrichtungen empfangenen Signalen zu bilden, wobei
vorzugsweise durch eine mathematische Operation eine Summe oder eine Differenz der (komplexen) Spektren, oder von Signalen, die aus den Spektren abgeleitet wurden, gebildet wird oder eine Summe oder eine Differenz von Phasenwerten der indirekten, reflektierten, von den Sende- Empfangseinrichtungen empfangenen Signalen gebildet wird.
14. Verfahren zum Betreiben eines Radar-Systems, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüchen, wobei das Radar-System mindestens eine erste (SEI) sowie eine zweite (SE2) Sende-Empfangseinrichtung jeweils mit mindestens einer Sende- und mit mindestens einer Empfangsantenne sowie einem HF-Generator sowie einen gemeinsamen Taktgeber für die HF- Generatoren der Sende-Empfangseinrichtungen aufweist,
wobei Sende- und Empfangssignale der Sende-Empfangseinrichtungen (SEI, SE2) zu modifizierten Messsignalen mit erhöhter Kohärenz
verarbeitet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei
- in der ersten Sende-Empfangseinrichtung (SEI) ein erstes Signal
(sigTXl) erzeugt und über einen Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird, - in der zweiten Sende-Empfangseinrichtung (SE2) ein weiteres erstes Signal (sigTX2) erzeugt und über den Pfad (SP) gesendet, insbesondere ausgestrahlt wird,
- ein erstes Vergleichssignal (sigC12) aus dem erstem Signal (sigTXl) der ersten Sende-Empfangseinrichtung und aus einem solchen von der zweiten Sende-Empfangseinrichtung (SE2), über den Pfad (SP) empfangenen, ersten Signal (sigTX2) gebildet wird und
- ein weiteres Vergleichssignal (sigC21) aus dem erstem Signal der
zweiten Sende-Empfangseinrichtung (sigTX2) und aus einem solchen von der ersten Sende-Empfangseinrichtung (SEI), über den Pfad (SP) empfangenen, ersten Signal (sigTXl) gebildet wird,
- wobei das weitere Vergleichssignal (sigC21) vorzugsweise von der
zweiten Sende-Empfangseinrichtung (SE2) zu der ersten Sende- Empfangseinrichtung (SEI) übertragen, insbesondere kommuniziert wird und/oder
wobei vorzugsweise ein Vergleichs-Vergleichssignal (sigCC21; sigCC12) aus dem ersten Vergleichssignal (sigC21) und dem weiteren Vergleichssignal (sigC21) gebildet wird und/oder wobei in einem ersten Schritt
Abweichungen der Vergleichssignale (sigC21 und sigC12), die durch systematische Abweichungen in den Sende-Empfangseinrichtungen (SE2, SEI) hervorgerufen werden, kompensiert werden und in einem zweiten Schritt zumindest ein komplexer Wert aus einem ersten der beiden
Vergleichssignale oder aus einem Signal, das aus diesem ersten
Vergleichssignal abgeleitet wurde, dazu verwendet wird, zumindest einen komplexen Wert des zweiten der beiden Vergleichssignale oder einen Wert eines Signals, das aus diesem zweiten Vergleichssignal abgeleitet wurde, anzupassen und so ein angepasstes Signal (sigCC) zu bilden, wobei die Anpassung derart geschieht, dass durch eine mathematische Operation die vektorielle Summe oder die Differenz der komplexen Werte gebildet wird oder die Summe oder die Differenz der Phasen der komplexen Werte gebildet wird.
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