DE102008025244A1

DE102008025244A1 - Method for radio-based distance measurement of two transceivers, involves generating pulse train with pulse repetition rate in transceiver, where another pulse train is generated with another pulse repetition rate in another transceiver

Info

Publication number: DE102008025244A1
Application number: DE200810025244
Authority: DE
Inventors: Thomas Wuchenauer; Andreas Dr. Ziroff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-03

Abstract

The method involves generating a pulse train with a pulse repetition rate in a transceiver (100), where another pulse train is generated with another pulse repetition rate in another transceiver (200). The former and the latter pulse repetition rates are differentiated by a frequency difference.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur funkbasierten räumlichen Abstandsmessung mittels kurzer Pulse.The The invention relates to a method for radio-based spatial Distance measurement by means of short pulses.

In diversen industriellen Anwendungen ist es notwendig, sowohl aus Sicherheitsgründen als auch zur Gewährleistung einer präzisen Durchführung eines Prozesses o. ä. die Position eines beweglichen Teils im Raum zu bestimmen bzw. zu überwachen. Beispielsweise wird die Position der Laufkatze eines Krans während des Betriebs des Krans überwacht, um zu prüfen, ob eine bestimmte anzufahrende Position der Laufkatze erreicht ist, und/oder um zu überwachen, ob die Laufkatze und mit ihr ggf. eine am Kran hängende Last möglicherweise in einen Sicherheitsbereich eindringt. Ebenso wird beispielsweise die Position der Kabine eines Aufzugs oder der Gabel eines Gabelstaplers überwacht.In various industrial applications, it is necessary both from security as well as to guarantee a precise one execution a process o. Ä. to determine or monitor the position of a moving part in the room. For example the position of the trolley of a crane is monitored during operation of the crane to to consider, whether a certain position of the trolley to be approached has been reached, and / or to monitor whether the trolley and with it possibly a load hanging on the crane enters a security area. Likewise, for example, the Monitored position of the cab of a lift or fork of a forklift.

Derartige Positionsbestimmungen können mit Hilfe mechanischer Mittel wie beispielsweise mit Weglängenzählern durchgeführt werden. Diese sind jedoch je nach Belastung der mechanischen Komponenten vergleichsweise anfällig und wartungsaufwändig. Alternativ bietet es sich an, Funksysteme mit kurzen Pulsen, beispielsweise Radarsysteme, einzusetzen, um einen Abstand zwischen einem Sender und einem Empfänger zu messen, wobei beispielsweise der Sender ortsfest installiert ist und der Empfänger fest am bewegten Teil, beispielsweise an der Laufkatze des oben erwähnten Krans, montiert ist. Eine bistatische Messung von räumlichen Abständen, d. h. eine Messung, bei der das Messsystem insbesondere zwei getrennte Antennen aufweist, mittels kurzer Pulse, wie beispielsweise bei Radarsystemen, erfordert aufgrund der kurzen Pulsdauern, die sich typischerweise im Bereich weniger Nanosekunden bewegen, eine Genauigkeit in der Synchronisation von Sender und Empfänger im sub-Nanosekundenbereich. Dies erfordert sehr geringe Toleranzen in der Frequenzstabilität der Taktung der Pulse, begrenzt durch das Phasenrauschen. Die notwendige Genauigkeit ist nur mit hohem technischen Aufwand zu erreichen. Bei einer derartigen Anordnung von Sender und Empfänger zur Messung des Abstandes zwischen Sender und Empfänger muss die Synchronisation mit Hilfe aufwändiger Protokolle über eine Funkschnittstelle oder durch eine Kabelverbindung erfolgen. Beide Herangehensweisen erfordern die Messung der doppelten Wegstrecke bei aktiver oder passiver Reflexion des Signals im Empfänger.such Position determinations can with Help mechanical means such as path length meters are performed. However, these are depending on the load of the mechanical components comparatively vulnerable and maintenance-consuming. Alternatively, it makes sense, radio systems with short pulses, for example Radar systems, use a distance between a transmitter and a receiver to measure, for example, the transmitter installed stationary is and the receiver firmly on the moving part, for example on the trolley of the above mentioned Cranes, mounted. A bistatic measurement of spatial intervals, d. H. a measurement in which the measuring system in particular two separate Has antennas, by means of short pulses, such as at Radar systems, due to the short pulse durations required typically in the range of a few nanoseconds, accuracy in the synchronization of transmitter and receiver in the sub-nanosecond range. This requires very small tolerances in the frequency stability of the clocking the pulses, limited by the phase noise. The necessary accuracy can only be achieved with great technical effort. In such a Arrangement of transmitter and receiver to measure the distance between transmitter and receiver must Synchronization with the help of elaborate protocols via a radio interface or by a cable connection. Both approaches require the measurement of twice the distance when active or passive Reflection of the signal in the receiver.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur funkbasierten Messung eines räumlichen Abstandes anzugeben.It is therefore the object of the invention, an improved method for the radio-based measurement of a spatial distance.

Diese Aufgabe wird durch die in dem unabhängigen Anspruch angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved by that specified in the independent claim Invention solved. advantageous Embodiments emerge from the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Verfahren zum Messung des Abstandes zwischen einem ersten und einem zweiten Transceiver wird von dem ersten Transceiver per Funk eine erste Pulsfolge bestehend aus einer Vielzahl von kurzen Pulsen an den zweiten Transceiver übertragen, wobei der zeitliche Abstand zwischen den Pulsen bzw. die Pulswiederholrate konstant ist. Beispielsweise wird eine Pulswiederholrate von 5 MHz verwendet. Gleichzeitig wird vom zweiten Transceiver per Funk eine zweite Pulsfolge, ebenfalls bestehend aus einer Vielzahl von kurzen Pulsen, an den ersten Transceiver übertragen. Auch für die zweite Pulsfolge gilt, dass der zeitliche Abstand zwischen den Pulsen bzw. die Pulswiederholrate konstant ist, allerdings unterscheidet sich die Pulswiederholrate der ersten Pulsfolge geringfügig von der Pulswiederholrate der zweiten Pulsfolge, beispielsweise um 100 Hz.at the inventive method for measuring the distance between a first and a second Transceiver will be the first radio transceiver of the first transceiver Pulse train consisting of a large number of short pulses to the transmit second transceiver, the time interval between the pulses or the pulse repetition rate being constant is. For example, a pulse repetition rate of 5 MHz is used. At the same time, the second transceiver transmits a second pulse train by radio, as well consisting of a large number of short pulses, transmitted to the first transceiver. Also for the second pulse sequence is that the time interval between the Pulse or the pulse repetition rate is constant, but different the pulse repetition rate of the first pulse sequence is slightly different from the pulse repetition rate of the second pulse train, for example by 100 Hz.

Die beiden Transceiver weisen jeweils einen Empfänger auf. In den Transceivern wird die dort jeweils erzeugte Pulsfolge mit der vom jeweils anderen Transceiver empfangenen Pulsfolge in dem Empfänger abgetastet. Dabei arbeiten die Empfänger im Wesentlichen nach Art eines Mischers: Im Empfänger wird ein Ausgangssignal umfassend eine Vielzahl von Pulsen erzeugt, wobei immer dann ein Puls des Ausgangssignals generiert wird, wenn einzelne Pulse der gemischten Pulsfolgen zum selben Zeitpunkt auftreten. Der zeitliche Abstand der im Empfänger bzw. im Mischer erzeugten Pulse entspricht dabei der Differenz der Pulswiederholraten der ersten und der zweiten Pulsfolge, d. h. die einzelnen Pulse des Ausgangssignals eines Empfängers liegen zeitlich weiter auseinander als die Pulse der ersten oder der zweiten Pulsfolge. Mit dem oben angegebenen Zahlenbeispiel ergibt sich, dass die Pulse der ersten Pulsfolge um 1/5 MHz = 200 ns auseinanderliegen, während die Pulse des Ausgangssignals des Empfängers um 1/100 Hz = 10 ms auseinander liegen, entsprechend einer zeitlichen Spreizung des Empfangssignals. Aufgrund der Laufzeit der von einem zum anderen Transceiver gesendeten Pulsfolge, die vom gesuchten Abstand der Transceiver voneinander abhängig ist, ist das Ausgangssignal bzw. die Pulsfolge des Empfängers des ersten Transceivers gegenüber dem Ausgangssignal bzw. der Pulsfolge des Empfängers des zweiten Transceivers zeitlich verschoben. Diese zeitliche Verschiebung, die proportional zum gesuchten Abstand ist, wird daher gemessen.The Both transceivers each have a receiver. In the transceivers is the pulse sequence generated there with each of the other transceiver received pulse sequence sampled in the receiver. Work the recipients essentially in the manner of a mixer: in the receiver becomes an output signal comprising a plurality of pulses generated, wherein always one Pulse of the output signal is generated when individual pulses of the mixed pulse sequences occur at the same time. The temporal Distance in the receiver or Pulse generated in the mixer corresponds to the difference of the pulse repetition rates the first and the second pulse train, d. H. the individual pulses the output signal of a receiver are further apart in time than the pulses of the first or the second pulse train. With the numerical example given above results that the pulses of the first pulse sequence are separated by 1/5 MHz = 200 ns, while the Pulse of the output signal of the receiver at 1/100 Hz = 10 ms apart lie, according to a temporal spread of the received signal. by virtue of the duration of the pulse sequence transmitted from one to the other transceiver, which depends on the searched distance of the transceiver, is the output signal or the pulse train of the receiver of the first transceivers opposite the output signal or the pulse train of the receiver of the second transceiver delayed. This time shift, which is proportional is the sought distance, is therefore measured.

Die Pulsfolgen werden in den beiden Transceivern jeweils von einem Oszillator, beispielsweise von einem spannungsgesteuerten Oszillator (voltage controlled oscillator, VCO) generiert. Um sicherzustellen, dass die Differenz der Pulswiederholraten der ersten und der zweiten Pulsfolge konstant ist, wird einer der beiden Oszillatoren von einer Phasenregelschleife (phase locked loop, PLL) derart geregelt, dass die Differenz konstant bleibt. Hierzu wird der Phasenregelschleife das Ausgangssignal eines Empfängers zugeführt. Die Phasenregelschleife regelt dann den Oszillator in der Weise, dass die Pulse des Ausgangssignals des Empfängers einen konstanten zeitlichen Abstand voneinander haben.The pulse sequences are generated in the two transceivers each by an oscillator, for example by a voltage controlled oscillator (VCO). To ensure that the difference in the pulse repetition rates of the first and the second pulse train is constant, ei ner of the two oscillators of a phase locked loop (PLL) controlled such that the difference remains constant. For this purpose, the phase locked loop is supplied with the output signal of a receiver. The phase-locked loop then controls the oscillator in such a way that the pulses of the output signal of the receiver have a constant time interval from each other.

Das erfindungsgemäße Vefahren bringt den Vorteil mit sich, dass durch die zeitliche Spreizung, die sich durch das Mischen der Pulsfolgen der beiden Transceiver ergibt, die notwendige Genauigkeit der Synchronisation um mehrere Größenordnungen geringer ausfallen kann. So erfordert eine Synchronisation im Sendesignal ein Phasenjitter von unter 33 ps, um eine Messgenauigkeit von 1 cm zu erreichen, da eine elektromagnetische Welle im Freiraum etwa 33 ps benötigt, um eine Distanz von 1 cm zu überbrücken. Demgegenüber erhöht sich im oben genannten Beispiel durch die zeitliche Spreizung der Pulsfolgen im erfindungsgemäßen Verfahren der für eine Messgenauigkeit von 1 cm tolerierbare Phasenjitter von 33 ps um einen Spreizfaktor SF = 50000 auf etwa 1,6 μs.The Vefahren invention has the advantage that by the time spread, the resulting from the mixing of the pulse sequences of the two transceivers, the necessary accuracy of synchronization by several orders of magnitude may be lower. So requires a synchronization in the transmission signal a phase jitter of less than 33 ps to a measurement accuracy of 1 cm, as an electromagnetic wave in the open space about 33 ps needed, to bridge a distance of 1 cm. In contrast, it increases in the above example by the temporal spread of the pulse sequences in inventive method the for a measurement accuracy of 1 cm tolerable phase jitter of 33 ps by a spreading factor SF = 50,000 to about 1.6 μs.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the embodiment described below and with reference to the Drawings.

Dabei zeigt:there shows:

1 ein System mit Transceivern zur Messung eines räumlichen Abstandes, 1 a system with transceivers for measuring a spatial distance,

2 einen ersten und einen zweiten Transceiver im Detail und 2 a first and a second transceiver in detail and

3 die zur Messung des Abstandes zwischen den Transceivern erzeugten und gesendeten, empfangenen sowie gemischten Pulsfolgen. 3 the received and mixed pulse trains generated and sent to measure the distance between the transceivers.

Die 1 zeigt ein System 10 mit einer Schiene 20 und einem Schlitten 30, das einen ersten 100 und einen zweiten Transceiver 200 aufweist. Der erste Transceiver 100 ist fest an dem auf der Schiene 20 in x-Richtung beweglichen Schlitten 30 montiert, während der zweite Transceiver 200 ortsfest im System 10 installiert ist. Der Schlitten 30 kann in einer konkreten Anwendung beispielsweise die Laufkatze eines Krans, die Gabel eines Gabelstaplers oder ein Aufzug sein, wobei die Position des Schlittens 30 gemessen bzw. überwacht werden soll. Da der Schlitten 30 lediglich eine eindimensionale Bewegung ausführt, reicht es aus, den Abstand Δx zwischen den beiden Transceivern 100, 200 zu messen.The 1 shows a system 10 with a rail 20 and a sled 30 that a first 100 and a second transceiver 200 having. The first transceiver 100 is stuck to the rail 20 in the x-direction movable carriage 30 mounted while the second transceiver 200 stationary in the system 10 is installed. The sled 30 For example, in a specific application, the trolley of a crane, the fork of a forklift, or an elevator may be the location of the carriage 30 should be measured or monitored. Since the sled 30 is only performing a one-dimensional movement, it is sufficient, the distance Δx between the two transceivers 100 . 200 to eat.

Wie in 2 schematisch dargestellt, weist der erste Transceiver 100 einen ersten Oszillator 110, beispielsweise einen VCO, einen ersten Empfänger 120 und eine erste Antenne 130 auf. Im ersten Transceiver 100 wird eine vom ersten Oszillator 110 getaktete erste Pulsfolge P1(i) bestehend aus aufeinander folgenden Pulsen P1(1), P1(2), P1(3), ... mit einer ersten Pulswiederholrate f1 von etwa 5 MHz, d. h. zwei aufeinander folgende Pulse P1(i), P1(i + 1) der ersten Pulsfolge P1(i) liegen zeitlich etwa 1/5 MHz = 200 ns auseinander, und einem hochfrequenten Träger, beispielsweise 2,4 GHz, 5,8 GHz oder 24 GHz, erzeugt. Die erste Pulsfolge P1(i) ist in der 3A dargestellt, wobei die einzelnen, in der 3A als Strich dargestellten Pulse idealerweise Rechteckpulse sind. Die erste Pulsfolge P1(i) wird zum Einen einem Eingang 121 des ersten Empfängers 120 zugeführt und zum Anderen über die erste Antenne 130 per Funk abgestrahlt und vom zweiten Transceiver 200 über dessen Antenne 230 empfangen.As in 2 shown schematically, the first transceiver 100 a first oscillator 110 , For example, a VCO, a first receiver 120 and a first antenna 130 on. In the first transceiver 100 becomes one from the first oscillator 110 clocked first pulse train P1 (i) consisting of successive pulses P1 (1), P1 (2), P1 (3), ... with a first pulse repetition rate f1 of about 5 MHz, ie two consecutive pulses P1 (i), P1 (i + 1) of the first pulse train P1 (i) are temporally separated by approximately 1/5 MHz = 200 ns, and generated by a high-frequency carrier, for example 2.4 GHz, 5.8 GHz or 24 GHz. The first pulse train P1 (i) is in the 3A shown, with the individual, in the 3A Ideally, pulses represented as a bar are rectangular pulses. The first pulse sequence P1 (i) becomes an input 121 of the first recipient 120 fed and the other via the first antenna 130 radiated by radio and from the second transceiver 200 via its antenna 230 receive.

Der zweite Transceiver 200 weist neben der zweiten Antenne 230 einen zweiten Oszillator 210, der ebenfalls ein VCO sein kann, und einen zweiten Empfänger 220 auf. Analog zum ersten Transceiver 100 wird im zweiten Transceiver 200 eine vom zweiten Oszillator 210 getaktete zweite Pulsfolge P2(j) ebenfalls bestehend aus aufeinander folgenden Pulsen P2(1), P2(2), P2(3), ... mit einer zweiten Pulswiederholrate f2 erzeugt, wobei auch f2 bei etwa 5 MHz liegt und die selbe hochfrequente Trägerfrequenz wie bei der ersten Pulsfolge P1(i) verwendet wird. Die zweite Pulsfolge P2(j) ist in der 3B dargestellt. Die zweite Pulsfolge P2(j) wird zum Einen einem Eingang 221 des zweiten Empfängers 220 zugeführt und zum Anderen über die zweite Antenne 230 per Funk abgestrahlt und vom ersten Transceiver 100 über dessen erste Antenne 130 empfangen.The second transceiver 200 points next to the second antenna 230 a second oscillator 210 , which may also be a VCO, and a second receiver 220 on. Analogous to the first transceiver 100 will be in the second transceiver 200 one from the second oscillator 210 clocked second pulse train P2 (j) also consisting of successive pulses P2 (1), P2 (2), P2 (3), ... generated at a second pulse repetition rate f2, where f2 is about 5 MHz and the same high-frequency Carrier frequency as in the first pulse train P1 (i) is used. The second pulse train P2 (j) is in the 3B shown. The second pulse sequence P2 (j) becomes an input 221 of the second receiver 220 fed and on the other hand via the second antenna 230 radiated by radio and from the first transceiver 100 via its first antenna 130 receive.

Die Pulsfolgen P1 und P2 sind nicht synchron. Die Pulswiederholraten f1 und f2 der beiden Oszillatoren 110, 210 der Transceiver 100, 200 unterscheiden sich um eine geringe, in einem weiten Bereich beliebige Differenzfrequenz Δf, die bei den oben angegebenen Zahlenwerten typischerweise in einer Größenordnung von Δf = 100–200 Hz liegt.The pulse sequences P1 and P2 are not synchronous. The pulse repetition rates f1 and f2 of the two oscillators 110 . 210 the transceiver 100 . 200 differ by a small, in a wide range arbitrary difference frequency .DELTA.f, which is typically in the order of .DELTA.f = 100-200 Hz at the numerical values given above.

Die am zweiten Transceiver 200 empfangene erste Pulsfolge P1recd(i), die in der 3C dargestellt ist und die gegenüber der gesendeten ersten Pulsfolge P1(i) auf der absoluten Zeitachse aufgrund der Laufzeit vom ersten 100 zum zweiten Transceiver 200 um einen Betrag Δt zeitlich verschoben ist, wird einem zweiten Eingang 222 des zweiten Empfängers 220 zugeführt und im zweiten Empfänger 220 mit der zweiten Pulsfolge P2(j) in an sich bekannter Weise abgetastet bzw. gemischt: Im zweiten Empfänger 220 wird immer dann ein Puls generiert, wenn einzelne Pulse der an den Eingängen 221, 222 des zweiten Empfängers 220 anliegenden Pulsfolgen P1recd und P2 zum selben Zeitpunkt auftreten. Das resultierende zweite Ausgangssignal Pmix2, welches ebenfalls eine Pulsfolge ist, das am Ausgang 223 des zweiten Empfängers 220 anliegt, ist in der 3D dargestellt.The second transceiver 200 received first pulse sequence P1recd (i), which in the 3C is shown and compared with the transmitted first pulse train P1 (i) on the absolute time axis due to the duration of the first 100 to the second transceiver 200 is shifted in time by an amount Δt, is a second input 222 of the second receiver 220 supplied and in the second receiver 220 with the second pulse sequence P2 (j) sampled or mixed in a conventional manner: In the second receiver 220 A pulse is always generated when individual pulses at the inputs 221 . 222 of the second receiver 220 present pulse sequences P1recd and P2 occur at the same time. The resulting second output signal Pmix2, which is also a pulse train at the output 223 of the second receiver 220 is in the 3D shown.

Die Laufzeit bzw. der Betrag Lt sind ein Maß für den räumlichen Abstand zwischen den beiden Transceivern 100, 200. Da die Pulsfolgen P1 und P2 jedoch nicht synchronisiert sind, kann nicht allein aufgrund einer zeitlichen Differenz zwischen einzelnen Pulsen der beiden Pulsfolgen auf den Abstand der Transceiver geschlossen werden.The transit time or the amount Lt are a measure of the spatial distance between the two transceivers 100 . 200 , However, since the pulse sequences P1 and P2 are not synchronized, the distance between the transceivers can not be concluded solely on the basis of a time difference between individual pulses of the two pulse sequences.

Die am ersten Transceiver 100 empfangene zweite Pulsfolge P2recd(j), die in der 3E dargestellt ist, ist gegenüber der gesendeten zweiten Pulsfolge P2(j) auf der absoluten Zeitachse aufgrund der Laufzeit vom zweiten 200 zum ersten Transceiver 100 ebenfalls um den Betrag Lt zeitlich verschoben. Die empfangene zweite Pulsfolge P2recd(j) wird einem zweiten Eingang 122 des ersten Empfängers 120 zugeführt. Im ersten Empfänger 120 tastet die erste Pulsfolge P1 die empfangene zweite Pulsfolge P2recd ab bzw. die erste Pulsfolge P1 und die empfangene zweite Pulsfolge P2recd werden gemischt, wobei wieder immer dann ein Puls generiert wird, wenn einzelne Pulse der an den Eingängen 121, 122 des ersten Empfängers 120 anliegenden Pulsfolgen P1 und P2recd zum selben Zeitpunkt auftreten. Das resultierende erste Ausgangssignal Pmix1, das am Ausgang 123 des ersten Empfängers 120 anliegt, ist in der 3F dargestellt.The first transceiver 100 received second pulse sequence P2recd (j), in the 3E is opposite to the transmitted second pulse train P2 (j) on the absolute time axis due to the transit time of the second 200 to the first transceiver 100 also delayed by the amount Lt. The received second pulse train P2recd (j) becomes a second input 122 of the first recipient 120 fed. In the first receiver 120 the first pulse sequence P1 samples the received second pulse sequence P2recd or the first pulse sequence P1 and the received second pulse sequence P2recd are mixed, whereby a pulse is again generated whenever individual pulses are present at the inputs 121 . 122 of the first recipient 120 applied pulse sequences P1 and P2recd occur at the same time. The resulting first output signal Pmix1, that at the output 123 of the first recipient 120 is in the 3F shown.

Der erste 120 und der zweite 220 Empfänger sind beispielsweise konkret als Mischer 120, 220 ausgebildet. Diese weisen das oben beschriebene Verhalten auf, dass immer dann ein Puls generiert wird, wenn einzelne Pulse der an den Eingängen des Mischers anliegenden Pulsfolgen zum selben Zeitpunkt auftreten. Die Funktionsweise eines Mischers ist der Fachwelt bekannt.The first 120 and the second 220 For example, recipients are concrete as mixers 120 . 220 educated. These have the behavior described above, that a pulse is generated whenever individual pulses of the pulse trains applied to the inputs of the mixer occur at the same time. The operation of a mixer is known in the art.

Das zweite Ausgangssignal Pmix2 ist nun gegenüber dem ersten Ausgangssignal Pmix1 zeitlich um den Pulszugabstand PA = Δt·SF verschoben, wie auch aus einem Vergleich der 3D und 3F deutlich wird. Das erste Ausgangssignal Pmix1 wird beispielsweise über eine Funkschnittstelle 300 zwischen einer weiteren Antenne 140 des ersten Transceivers 100 und einer weiteren Antenne 240 des zweiten Transceivers 200 oder alternativ über ein Kabel vom ersten Transceiver 100 zum zweiten Transceiver 200 übertragen (nicht dargestellt). Der zweite Transceiver 200 beinhaltet eine Signalverarbeitungseinrichtung 260, in die die Ausgangssignale Pmix1 und Pmix2 eingespeist werden. In der Signalverarbeitungseinrichtung 260 werden die Ausgangssignale Pmix1 und Pmix2 miteinander verglichen, insbesondere wird der zeitliche Abstand PA = SF·Δt zwischen einem Puls des ersten Ausgangssignals Pmix1 und einem Puls des zweiten Ausgangssignals Pmix2 bestimmt. Der Spreizfaktor SF berechnet sich näherungsweise gemäß SF = f1/Δf oder, da weiterhin gilt f1≈f2, SF = f2/Δf. Mit dem konkreten Ausführungsbeispiel f1 = 5 MHz, Δf = 100 Hz ergibt sich demnach SF = 50000 und Δx = PA·c·Δf/f1 = PA·c/SF, wobei PA in der Signalverarbeitungseinrichtung 260 gemessen wird.The second output signal Pmix2 is now shifted in time relative to the first output signal Pmix1 by the pulse train interval PA = Δt · SF, as can be seen from a comparison of FIG 3D and 3F becomes clear. The first output signal Pmix1 is, for example, via a radio interface 300 between another antenna 140 of the first transceiver 100 and another antenna 240 of the second transceiver 200 or alternatively via a cable from the first transceiver 100 to the second transceiver 200 transferred (not shown). The second transceiver 200 includes a signal processing device 260 into which the output signals Pmix1 and Pmix2 are fed. In the signal processing device 260 the output signals Pmix1 and Pmix2 are compared with one another, in particular the time interval PA = SF · Δt between a pulse of the first output signal Pmix1 and a pulse of the second output signal Pmix2 is determined. The spreading factor SF is calculated approximately in accordance with SF = f1 / Δf or, since furthermore f1≈f2, SF = f2 / Δf. With the concrete exemplary embodiment f1 = 5 MHz, Δf = 100 Hz, this results in SF = 50,000 and Δx = PA · c · Δf / f1 = PA · c / SF, wherein PA in the signal processing device 260 is measured.

Diese Näherung ist jedoch nicht anwendbar für das in den 3A bis 3F dargestellte Beispiel, da die hier verwendeten Frequenzen f1 und f2 in einem Verhältnis von f1/f2 = 5/6 stehen, d. h. Δf ist im Vergleich zu f1 und f2 nicht vernachlässigbar klein. Der in der 3F dargestellte zeitliche Abstand PA berechnet sich daher nicht nach dem oben angegebenen Zusammenhang. Das in den 3A bis 3F dargestellte Beispiel dient nur der Verdeutlichung der Spreizung und der Funktionsweise der Empfänger bzw. Mischer 120, 220.However, this approximation is not applicable to that in the 3A to 3F shown example, since the frequencies used here f1 and f2 in a ratio of f1 / f2 = 5/6, ie .DELTA.f is not negligible compared to f1 and f2. The Indian 3F shown time interval PA is therefore not calculated according to the above context. That in the 3A to 3F Example shown is only to illustrate the spread and the operation of the receiver or mixer 120 . 220 ,

Aus dem in der Signalverarbeitungseinrichtung 260 ermittelten zeitlichen Abstand PA = SF·Δt = SF·Δx/c mit der Lichtgeschwindigkeit c, der proportional zur Laufzeit Δt eines Signals zwischen den beiden Transceivern 100, 200 ist, lässt sich der gesuchte räumliche Abstand Δx zwischen den Transceivern über Δx = c·PA/SF = c·PA·Δf/f1 bestimmen.From the in the signal processing device 260 determined time interval PA = SF · Δt = SF · Δx / c with the speed of light c, which is proportional to the transit time .DELTA.t of a signal between the two transceivers 100 . 200 , the desired spatial distance Δx between the transceivers can be determined via Δx = c * PA / SF = c * PA * Δf / f1.

Eine Voraussetzung für die Anwendbarkeit des oben beschriebenen Verfahrens ist, dass die Differenzfrequenz Δf weitestgehend konstant bleibt. Der zweite Transceiver 200 weist daher eine PLL 250 auf, welche den zweiten Oszillator 210 in Abhängigkeit vom zweiten Ausgangssignal Pmix2 des zweiten Empfängers bzw. Mischers 220 in an sich bekannter Weise derart regelt, dass die Differenzfrequenz Δf auf einen festen Wert, beispielsweise Δf = 100 Hz, eingestellt bleibt. Dies erfolgt z. B. in der Weise, dass die PLL 250 die zeitlichen Abstände zwischen zwei aufeinander folgenden Pulsen des zweiten Ausgangssignals Pmix2 misst und den zweiten Oszillator 210 für den Fall, dass die zeitlichen Abstände sich ändern, derart nachregelt, dass die zeitlichen Abstände wieder einen bestimmten Wert annehmen.A prerequisite for the applicability of the method described above is that the difference frequency Δf remains largely constant. The second transceiver 200 therefore has a PLL 250 on which the second oscillator 210 as a function of the second output signal Pmix2 of the second receiver or mixer 220 in a manner known per se so controls that the difference frequency .DELTA.f to a fixed value, for example, .DELTA.f = 100 Hz, is set. This is done z. B. in such a way that the PLL 250 measures the time intervals between two consecutive pulses of the second output signal Pmix2 and the second oscillator 210 in the event that the time intervals change, so readjusted that the time intervals again assume a certain value.

Grundsätzlich kann die Bestimmung des Abstandes Δx natürlich auch im ersten Transceiver 100 stattfinden. Die Signalverarbeitungseinheit müsste dann im ersten Transceiver 100 untergebracht sein und es müsste das zweite Ausgangssignal Pmix2 per Funk oder über ein Kabel vom zweiten 200 an den ersten Transceiver 100 übertragen werden. Genauso ist es denkbar, auch die PLL im ersten Transceiver 100 untezubringen. Grundsätzlich ist es jedoch vorteilhaft, den mit dem Schlitten 30 bewegten Transceiver, im Ausführungsbeispiel den ersten Transceiver 100, möglichst einfach, robust und wenig störanfällig aufzubauen. Der bewegte Transceiver sollte daher idealerweise möglichst wenige Bauteile aufweisen.Basically, the determination of the distance Δx, of course, in the first transceiver 100 occur. The signal processing unit would then have to be in the first transceiver 100 be housed and it would have the second output signal Pmix2 via radio or via a cable from the second 200 to the first transceiver 100 be transmitted. It is just as conceivable, even the PLL in the first transceiver 100 untezubringen. In principle, however, it is advantageous to use the carriage 30 moving transceiver, in the embodiment, the first transceiver 100 To build up as simple as possible, robust and less susceptible to interference. The moving transceiver should therefore ideally have as few components as possible.

Claims

Method for radio-based distance measurement between a first transceiver ( 100 ) and a second transceiver ( 200 ), in which - in the first transceiver ( 100 ) a first pulse sequence (P1) is generated at a first pulse repetition rate (f1), - in the second transceiver ( 200 ) generates a second pulse train (P2) with a second pulse repetition rate (f2), wherein the pulse repetition rates (f1, f2) differ by a difference frequency (.DELTA.f), and wherein - the first pulse train (P1) by radio to the second transceiver ( 200 ), - the second pulse sequence (P2) by radio to the first transceiver ( 100 ), - the first transceiver ( 100 ) received second pulse sequence (P2recd) in a first receiver ( 120 ) of the first transceiver ( 100 ) is scanned with the first pulse sequence (P1) and as a result at an output ( 123 ) of the first recipient ( 120 ) a first output signal (Pmix1) is available, - that at the second transceiver ( 200 ) received first pulse sequence (P1recd) in a second receiver ( 220 ) of the second transceiver ( 200 ) is scanned with the second pulse sequence (P2) and as a result at an output ( 223 ) of the second receiver ( 220 ) a second output signal (Pmix2) is available, and - in a signal processing device ( 260 ) determines a time interval (PA) between the first (Pmix1) and the second output signal (Pmix2) and determines from the time interval the spatial distance (Δx) between the first (Pmix1) 100 ) and the second transceiver ( 200 ) is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the first ( 120 ) and / or in the second receiver ( 220 ) in each case in the manner of a mixer always a pulse of the output signal (Pmix1, Pmix2) of the receiver ( 120 . 220 ) is generated when individual pulses at the inputs of the receiver ( 120 . 220 ) present pulse sequences occur at the same time.

A method according to claim 2, characterized in that in the signal processing device ( 260 ) determined time interval (PA) between a pulse of the first output signal (Pmix1) and the chronologically subsequent pulse of the second output signal (Pmix2) is measured.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first pulse sequence (P1) by a first oscillator ( 110 ) and the second pulse train (P2) by a second oscillator ( 210 ) is produced.

Method according to Claim 4, characterized in that the second oscillator ( 210 ) by a phase locked loop ( 250 ), the phase locked loop ( 250 ) the second output signal (Pmix2) is supplied and the phase locked loop ( 250 ) controls the second oscillator such that the time interval between two successive pulses of the second output signal (Pmix2) is constant.