DE102011075767A1

DE102011075767A1 - Einsatz von aktiven Radarreflektoren in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik

Info

Publication number: DE102011075767A1
Application number: DE201110075767
Authority: DE
Inventors: Winfried Mayer; Sabine Dieter; Peter Feil; Reik Winkel; Wolfgang Menzel
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG; Indurad GmbH
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG; Indurad GmbH
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-11-15

Abstract

Ein aktiver Radarreflektor zum Einsatz in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik, welcher mindestens eine Radarantenne zum Empfangen eines Radarsignals und zum Abstrahlen eines modifizierten Radarsignals aufweist, wobei der aktive Radarreflektor eine Modulationseinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, ein empfangenes Radarsignal vor dem Zurücksenden auf charakteristische Weise zu modifizieren, wobei das zurückgesendete Radarsignal anhand der charakteristischen Modifikation als von einem aktiven Radarreflektor stammend erkennbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen aktiven Radarreflektor zum Einsatz in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Radarsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 sowie ein Radarsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen von aktiven Radarreflektoren in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20 sowie ein Verfahren zum Unterscheiden der Radarsignale von aktiven Radarreflektoren und passiven Zielen in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
Im Bereich der Prozessautomatisierungstechnik werden Radarsysteme zur Bestimmung der Lage und Entfernung von Radarzielen eingesetzt. Beim Einsatz eines derartigen Radarsystems in einer produktions- oder fördertechnischen Anlage ist es wünschenswert, einzelne Radarziele gegenüber anderen Radarzielen hervorzuheben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Vorrichtungen und Verfahren zum Einsatz in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung zur Verfügung zu stellen, welche ein Hervorheben einzelner Radarziele gegenüber anderen Radarzielen ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1, 13, 18, 20 und 22 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßer aktiver Radarreflektor zum Einsatz in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik umfasst mindestens eine Radarantenne zum Empfangen eines Radarsignals und zum Abstrahlen eines modifizierten Radarsignals. Darüber hinaus umfasst der aktive Radarreflektor eine Modulationseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein empfangenes Radarsignal vor dem Zurücksenden auf charakteristische Weise zu modifizieren, wobei das zurückgesendete Radarsignal anhand der charakteristischen Modifikation als von einem aktiven Radarreflektor stammend erkennbar ist.
Der erfindungsgemäße aktive Radarreflektor prägt einem einfallenden Radarsignal vor dem Zurücksenden eine charakteristische Modifikation auf. Anhand dieser Modifikation des Radarsignals kann auf Seiten eines Radarsensors erkannt werden, dass es sich bei dem Radarziel um einen aktiven Radarreflektor handelt. In einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung kann auf diese Weise der aktive Radarreflektor von anderen passiven Radarzielen unterschieden werden. Mithilfe des erfindungsgemäßen aktiven Reflektors können beispielsweise Menschen oder Objekte im Gefahrbereich einer Maschine vom Radarsensor erkannt werden.
Ein erfindungsgemäßer Radarsensor ist zum Einsatz in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik ausgelegt. Der Radarsensor ist dazu ausgelegt, ein Radar-Sendesignal auszusenden und von mindestens einem Radarziel zurückgesendete Radar-Empfangssignale auszuwerten. Der Radarsensor ist dazu ausgelegt, Radar-Empfangssignale zu erkennen und auszuwerten, denen von einem aktiven Radarreflektor eine charakteristische Modulation aufgeprägt wurde. Hierzu umfasst der Radarsensor einen zusätzlichen Demodulator, der dazu ausgelegt ist, die charakteristische Modulation, die dem Radar-Empfangssignal durch den aktiven Radarreflektor aufgeprägt wurde, zu demodulieren.
Mit Hilfe des zusätzlichen Demodulators kann die von einem aktiven Radarreflektor aufgeprägte Modulation demoduliert werden. Nach dem Demodulieren kann das demodulierte Signal genau so weiter verarbeitet werden wie ein Signal von einem herkömmlichen Radarziel. Insofern ist der bauliche Mehraufwand für die Erkennung der aktiven Radarreflektoren gering.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Radarsensor dazu ausgelegt sein, sowohl Radarsignale von passiven Zielen als auch Radarsignale von aktiven Radarreflektoren zu verarbeiten. Ein derartiger Radarsensor ermöglicht eine Unterscheidung zwischen aktiven Radarreflektoren und passiven Radarzielen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erkennen von aktiven Radarreflektoren in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik umfasst das Aussenden eines Radarsignals durch einen Radarsensor, das Empfangen des Radarsignals auf Seiten des aktiven Radarreflektors und das Aufprägen einer charakteristischen Modifikation und Zurücksenden eines modifizierten Radarsignals. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Empfangen des modifizierten Radarsignals auf Seiten des Radarsensors und das Erkennen und Auswerten des vom aktiven Radarreflektor modifizierten Radarsignals.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Unterscheiden der Radarsignale von aktiven Radarreflektoren und passiven Radarzielen in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik umfasst das Aussenden eines Radarsignals durch einen Radarsensor. Auf Seiten eines passiven Radarziels umfasst das Verfahren das Empfangen und Rücksenden des Radarsignals. Auf Seiten eines aktiven Radarreflektors dagegen umfasst das Verfahren das Empfangen des Radarsignals, das Aufprägen einer charakteristischen Modifikation und das Zurücksenden eines modifizierten Radarsignals. Auf Seiten des Radarsensors umfasst das Verfahren darüber hinaus das Empfangen der von passiven Radarzielen zurückgesendeten Radarsignale und der von aktiven Radarreflektoren zurückgesendeten Radarsignale, und das Unterscheiden zwischen den Radarsignalen von aktiven Radarreflektoren und den Radarsignalen von passiven Radarzielen anhand der durch aktive Radarreflektoren aufgeprägten charakteristischen Modifikation.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einige Einsatzmöglichkeiten für einen erfindungsgemäßen aktiven Radarreflektor;
2A–2D vier Ausführungsbeispiele für einen aktiven Radarreflektor;
3A–3D ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen aktiven Radarreflektor, welcher einen Eckreflektor und eine gesteuerte reflektierende Struktur umfasst;
4 ein Blockschaltbild eines Radarsensors, der entsprechend dem FMCW-Prinzip funktioniert;
5A ein Radar-Sendesignal und ein Radar-Empfangssignal, wobei das Radar-Empfangssignal von einem passiven Ziel zurückreflektiert wurde,
5B ein Radar-Sendesignal und Radar-Empfangssignale, wobei die Radar-Empfangssignale von einem aktiven Radarreflektor zurückreflektiert wurden;
6A ein Schema, das die bei der Reflektion an einem aktiven Radarreflektor entstehenden Frequenzkomponenten zeigt;
6B ein Schema, das das Heruntermischen von Frequenzkomponenten aus dem Zwischenfrequenzbereich in das Basisband veranschaulicht;
7 einen erfindungsgemäßen Radarsensor;
8A einen aktiven Radarreflektor, der dazu ausgelegt ist, ein Radarsignal mit einer Pseudo-Noise-Folge zu modulieren;
8B einen Radarsensor, der dazu ausgelegt ist, ein mit einer Pseudo-Noise-Folge moduliertes Radarsignal zu demodulieren;
9 ein Beispiel für eine Pseudo-Noise-Folge bzw. Spreizfolge der Länge 64;
10A ein Zwischenfrequenzsignal, das durch einen aktiven Radarreflektor verursacht wurde, welches dazu ausgelegt ist, dem zurückreflektierten Radarsignal eine Modulation entsprechend einer Pseudo-Noise-Folge aufzuprägen;
10B ein Zwischenfrequenzsignal, das durch ein passives Radarziel verursacht wurde;
10C ein Zwischenfrequenzsignal, das sich durch Überlagerung der in 10A und 10B gezeigten Signale ergibt;
11A ein Frequenz- bzw. Entfernungsprofil, das bei herkömmlicher FMCW-Prozessierung des in 10C gezeigten Überlagerungssignals entsteht; und
11B ein Frequenz- bzw. Entfernungsprofil, das entsteht, wenn das in 10C gezeigte Überlagerungssignal zuerst demoduliert und dann der FMCW-Prozessierung zugeführt wird.
In einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung werden Radarsysteme eingesetzt, die zur Bestimmung der Entfernung und/oder der Lage von Menschen und Objekten ausgelegt sind. Bei derartigen Radarsystemen ergibt sich häufig die Anforderung, einzelne besonders wichtige bzw. besonders sicherheitsrelevante Radarziele so hervorzuheben, dass sie vom Radarsensor erkannt und von den sonstigen Radarzielen unterschieden werden können.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird hierzu vorgeschlagen, aktive Radarreflektoren einzusetzen, die das zum Radarsensor zurückreflektierte Radarsignal aktiv modifizieren. Beispielsweise können die aktiven Reflektoren dazu ausgelegt sein, dem zurückreflektierten Radarsignal eine Information aufzuprägen, anhand derer der Radarsensor den aktiven Reflektor von passiven Radarzielen unterscheiden kann. Insbesondere kann der aktive Reflektor dazu ausgelegt sein, dem zum Radarsensor zurückreflektierten Radarsignal eine Modulation aufzuprägen, beispielsweise eine Amplitudenmodulation, eine Phasenmodulation, eine Frequenzmodulation oder eine Modulation der Polarisation. Anhand der jeweiligen vom aktiven Reflektor verwendeten Modulation kann auf Seiten des Radarsensors dann erkannt werden, dass das zurückreflektierte Signal von einem aktiven Reflektor zurückreflektiert wurde. Die Detektion der jeweiligen Modulation auf Seiten des Radarsensors ermöglicht daher, aktive Reflektoren von sonstigen Radarzielen zu unterscheiden.
In 1 sind einige Anwendungsbeispiele gezeigt, die veranschaulichen, für welche Einsatzzwecke die erfindungsgemäßen aktiven Reflektoren vorteilhaft eingesetzt werden können.
Ein aktiver Reflektor 1 kann beispielsweise an einem Schutzhelm 2 oder an der Kleidung einer Bedienperson angebracht sein. Auf Seiten des Radarsensors 3 kann das vom aktiven Reflektor 1 zurückreflektierte Radarsignal anhand der aufgeprägten Kennung identifiziert und von anderen zurückreflektierten Signalen unterschieden werden. Daher kann auf Seiten des Radarsensors 3 verfolgt werden, wo sich die Bedienperson gerade befindet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Bedienperson in einem Gefahrenbereich arbeitet, der vom Radarsensor 3 überwacht wird.
Entsprechend einem weiteren Beispiel können ein oder mehrere aktive Reflektoren 4 an einem Gabelstapler 5 angebracht sein, so dass der Radarsensor 3 anhand der zurückreflektierten Radarsignale die Position des Gabelstaplers 5 verfolgen kann. Wenn an dem Gabelstapler zwei oder mehr aktive Reflektoren an vordefinierten Stellen angebracht sind, kann der Radarsensor 3 zusätzlich auch die räumliche Orientierung des Gabelstaplers 5 rekonstruieren.
Entsprechend einem weiteren Beispiel kann ein Greifarm 6, der sich in einem vom Radarsensor 3 überwachten Bereich bewegt, mit einem aktiven Reflektor 7 versehen sein. Der aktive Reflektor 7 modifiziert das zum Radarsensor 3 zurückreflektierte Radarsignal dergestalt, dass es von den Signalen anderer Ziele unterschieden werden kann. Der Radarsensor 3 kann daher die Bewegungen sowie die aktuelle Position des Greifarms 6 bestimmen.
Als weiteres Anwendungsbeispiel ist in 1 ein Schwimmer 8 dargestellt, der auf einer Flüssigkeitsoberfläche 9 schwimmt und beispielsweise den Füllstand einer Flüssigkeit in einem Behälter oder einem Tank anzeigt. Um den jeweiligen Füllstand mittels des Radarsensors 3 erfassen zu können, ist der Schwimmer 8 mit einem aktiven Reflektor 10 ausgestattet, der die zum Radarsensor 3 zurückreflektierten Radarsignale auf charakteristische Weise modifiziert und auf diese Weise eine Unterscheidung zwischen dem vom aktiven Reflektor 10 zurückreflektierten Signal und den von anderen Radarzielen zurückreflektierten Signalen ermöglicht.
Im Folgenden werden verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung eines aktiven Reflektors diskutiert. Der aktive Reflektor wird dabei so ausgelegt, dass das vom Radarsensor empfangene und zum Radarsensor zurückreflektierte bzw. zurückgesendete Signal auf charakteristische Weise modifiziert wird, so dass der Radarsensor erkennen kann, dass das Signal von einem aktiven Reflektor stammt. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird dem vom Radarsensor ausgesandten Radarsignal eine charakteristische Modulation aufgeprägt. Bei dieser Modulation kann es sich beispielsweise um eine Amplitudenmodulation, um eine Phasenmodulation oder um eine Frequenzmodulation handeln. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform könnte der aktive Reflektor die Polarisation des zum Radarsensor zurückreflektierten Radarsignals beeinflussen. Dabei kann die Amplitudenmodulation, die Phasenmodulation, die Frequenzmodulation oder auch die Modulation der Polarisation mit einer charakteristischen Modulationsfrequenz erfolgen, die dann auf Seiten des Radarsensors detektiert werden kann.
In 2A ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen aktiven Reflektors in Form eines Blockschaltbilds dargestellt. Der aktive Reflektor umfasst eine Empfangsantenne 200, die das vom Radarsensor ausgesendete Radarsignal empfängt und einem modulierbaren Transmissionsnetzwerk 201 zuführt. Der aktive Reflektor umfasst außerdem eine Quelle 202, die ein Modulationssignal 203 erzeugt. Das Modulationssignal 203 wird dem modulierbaren Transmissionsnetzwerk 201 zugeführt, und die Transmissionseigenschaften des Transmissionsnetzwerks 201 werden entsprechend dem Modulationssignal 203 moduliert. Bei dem modulierbaren Transmissionsnetzwerk 201 kann es sich beispielsweise um ein phasen- und/oder amplitudenmodulierbares Transmissionsnetzwerk handeln, das dem von der Antenne 200 empfangenen Radarsignal eine Phasenmodulation und/oder eine Amplitudenmodulation aufprägt. Am Ausgang des Transmissionsnetzwerks 201 erhält man ein entsprechend dem Modulationssignal 203 moduliertes Radarsignal 204. Das modulierte Radarsignal 204 kann entweder direkt oder über einen optionalen Verstärker 205 der Sendeantenne 206 zugeführt werden. Die Sendeantenne 206 strahlt das modulierte Radarsignal ab. Anhand der charakteristischen Modulation, die dem zurückgesendeten Radarsignal aufmoduliert ist, kann auf Seiten des Radarsensors erkannt werden, dass das Radarsignal von einem aktiven Reflektor zurückgesendet wurde.
Bei der in 2A gezeigten Ausführungsform eines aktiven Reflektors muss elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden, um die Quelle 202 für das Modulationssignal sowie den optional vorgesehenen Verstärker 205 betreiben zu können. Die Stromversorgung des aktiven Reflektors kann beispielsweise mit Hilfe von Batterien, Akkus oder Solarzellen erfolgen. Alternativ dazu kann der benötigte Strom beispielsweise mit Hilfe von ”Energy Harvesting” zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise indem elektromagnetische Strahlung aufgefangen und in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei kann die Quelle 202 für das Modulationssignal auf eine möglichst niedrige Stromaufnahme hin optimiert werden.
Um die Stromaufnahme des aktiven Reflektors weiter zu minimieren, kann der aktive Reflektor so ausgebildet sein, dass die stromverbrauchenden Komponenten (beispielsweise der Signalgenerator für das Modulationssignal) nur dann eingeschaltet werden, wenn sich der aktive Reflektor im Sichtfeld eines Radarsensors befindet. Hierzu kann der aktive Reflektor beispielsweise einen Detektor für Radarstrahlung umfassen. Sobald Radarstrahlen detektiert werden, werden die stromverbrauchenden Komponenten aktiviert.
In 2B ist eine weitere Ausführungsform eines aktiven Reflektors gezeigt. Der aktive Reflektor umfasst eine Antennenstruktur 207, welche das vom Radarsensor ausgesendete Radarsignal aufnimmt und zum Radarsensor zurückreflektiert. Am Fußpunkt 208 der Antennenstruktur 207 ist ein Modulator 209 angeordnet, mit dem sich die Reflektivität der Antennenstruktur 207 verändern lässt. Der Modulator 209 kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, die Phase und/oder die Amplitude des zum Radarsensor zurückreflektierten Signals entsprechend einem Modulationssignal 210 zu modulieren. Zur Erzeugung des Modulationssignals 210 ist eine Quelle 211 vorgesehen, die das Modulationssignal 210 erzeugt und dem Modulator 209 zuführt. Der Modulator 209 moduliert die Reflektivität der Antennenstruktur 207 entsprechend dem Modulationssignal 210, so dass dem zum Radarsensor zurückreflektierten Radarsignal das Modulationssignal 210 aufgeprägt wird.
In 2C ist eine weitere Ausführungsform eines aktiven Reflektors gezeigt, welcher dazu ausgelegt ist, dem zum Radarsensor zurückreflektierten Radarsignal eine Amplitudenmodulation aufzuprägen. Der aktive Reflektor umfasst eine Antennenstruktur 212 mit einem Antennenfußpunkt 213. Durch geeignete Beschaltung des Antennenfußpunkts 213 kann dem zum Radarsensor zurückreflektierten Radarsignal eine Amplitudenmodulation aufgeprägt werden. Hierzu ist der Antennenfußpunkt 213 über ein Schaltelement 214 mit einem ersten Anschluss eines Abschlusswiderstands 215 verbunden, und der zweite Anschluss des Abschlusswiderstands 215 ist geerdet.
Wenn sich das Schaltelement 214 im nichtleitenden Zustand befindet, dann ist die Antennenstruktur 212 nicht abgeschlossen. In diesem Fall kommt es zu einer starken Signalreflexion am Antennenfußpunkt 213. Wenn sich das Schaltelement 214 im nichtleitenden Zustand befindet, ist die Reflexionsamplitude des reflektierten Signals hoch.
Wenn sich das Schaltelement 214 dagegen im leitenden Zustand befindet, dann ist der Antennenfußpunkt 213 über den Abschlusswiderstand 215 mit Masse verbunden. In diesem Fall ist die Antennenstruktur 212 abgeschlossen, und am Antennenfußpunkt 213 treten keine bzw. nur geringfügige Signalreflexionen auf. Wenn sich das Schaltelement 214 im leitenden Zustand befindet, ist die Reflexionsamplitude des reflektierten Signals minimal.
Insofern kann dem Reflexionssignal durch An- und Ausschalten des Schaltelements 214 eine Amplitudenmodulation aufmoduliert werden. Wenn das Schaltelement 214 nicht leitfähig ist, ist die Amplitude des reflektierten Signals maximal. Wenn das Schaltelement 214 leitfähig ist, dann ist die Amplitude des reflektierten Signals minimal.
Bei der in 2C gezeigten Ausführungsform wird das Schaltelement 214 entsprechend einem Modulationssignal 216 ein- und ausgeschaltet. Dadurch wird dem zurückreflektierten Radarsignal eine Amplitudenmodulation entsprechend dem Modulationssignal 216 aufgeprägt, und das amplitudenmodulierte Radarsignal wird zum Radarsensor zurückreflektiert. Zur Erzeugung des Modulationssignals 216 kann eine Quelle 217 vorgesehen sein, welche das Modulationssignal 216 erzeugt und dem Schaltelement 214 zuführt.
In 2D ist eine weitere Ausführungsform eines aktiven Reflektors gezeigt. Im Unterschied zu 2C ist der in 2D gezeigte aktive Reflektor dazu ausgelegt, dem zurückreflektierten Radarsignal eine Phasenmodulation aufzuprägen. Der aktive Reflektor umfasst eine Antennenstruktur 218 mit einem Antennenfußpunkt 219, der über ein Umschaltelement 220 wahlweise mit einem ersten Knoten 221 oder mit einem zweiten Knoten 222 verbunden werden kann.
Der erste Knoten 221 liegt frei und ist nicht mit anderen Bauelementen verschaltet. Insofern kann am ersten Knoten 221 kein Strom fließen, es kommt aber zu Oszillationen der Spannung. Wenn der Antennenfußpunkt 219 mit dem ersten Knoten 221 verbunden ist, dann ist der Antennenfußpunkt 219 in Leerlauf geschaltet. Ein eintreffendes Signal wird am Knoten 221 reflektiert, wobei die Reflexionsamplitude relativ hoch ist.
Der zweite Knoten 222 ist mit Masse verbunden. Insofern ist die Spannung am zweiten Knoten 222 auf Null gelegt. Allerdings kann durch den zweiten Knoten 222 ein Strom fließen. Wenn der Antennenfußpunkt 219 mit dem zweiten Knoten 222 verschaltet ist, dann ist der Antennenfußpunkt 219 zu Masse hin kurzgeschlossen. Ein eintreffendes Signal wird am Knoten 222 reflektiert, wobei die Reflexionsamplitude relativ hoch ist.
Allerdings unterscheidet sich das am ersten Knoten 221 reflektierte Signal von dem am zweiten Knoten 222 reflektierten Signal in seiner Phasenlage. Das am ersten Knoten 221 reflektierte Signal ist relativ zu dem am zweiten Knoten 222 reflektierten Signal um 180° phasenverschoben. Daher tritt jedes Mal, wenn das Schaltelement 220 zwischen dem ersten Knoten 221 und dem zweiten Knoten 222 umgeschaltet wird, ein Phasensprung von 180° im reflektieren Signal auf. Die in 2D gezeigte Verschaltung des Antennenfußpunkts 219 ermöglicht es, dem reflektierten Signal eine Phasenmodulation aufzuprägen.
Hierzu wird das Umschaltelement 220 entsprechend einem Modulationssignal 223 geschaltet, das von einer Signalquelle 224 zur Verfügung gestellt wird. Dadurch wird dem reflektierten Signal eine Phasenmodulation entsprechend dem Modulationssignal 223 aufgeprägt.
In den 3A bis 3D ist eine weitere Ausführungsform eines aktiven Reflektors gezeigt, welcher dazu ausgelegt ist, dem zurückreflektierten Radarsignal eine Amplitudenmodulation aufzuprägen.
In 3A ist der Aufbau des aktiven Reflektors gezeigt. Der aktive Reflektor umfasst einen Eckreflektor 300 sowie eine gesteuerte reflektierende Struktur 301, die vor dem Eckreflektor 300 angeordnet ist. Wie in 3B gezeigt ist, besteht der Eckreflektor 300 aus drei senkrecht zueinander angeordneten Metallplatten 302, 303, 304, die zusammen eine Ecke bilden. Ein einfallendes Radarsignal 305 wird durch den Eckreflektor 300 wie bei einem Katzenauge durch mehrere Reflexionen an den Metallplatten genau in Einfallsrichtung zurückreflektiert. Diese Reflektionen innerhalb des Eckreflektors 300 können jedoch nur dann erfolgen, wenn die vorgelagerte reflektierende Struktur 301 in einen für Radarstrahlung durchlässigen Zustand geschaltet ist.
Die gesteuerte reflektierende Struktur 301 kann im einfachsten Fall aus einem leitfähigen Gitter bestehen, dessen Transparenz für Radarstrahlen innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs mit Hilfe von elektronisch steuerbaren Schaltelementen verändert werden kann. Beispielsweise kann die gesteuerte reflektierende Struktur 301 aus einem Substrat mit darauf aufgebrachten leitfähigen Bereichen in Form von Streifen, Gittern, Flecken, etc. bestehen. Mit Hilfe von elektronisch steuerbaren Schaltelementen können leitfähige Verbindungen zwischen den verschiedenen leitfähigen Bereichen hergestellt bzw. unterbrochen werden. Dadurch kann die gesteuerte reflektierende Struktur wahlweise in einen für Radarstrahlen transparenten Zustand oder in einen für Radarstrahlen reflektierenden Zustand geschaltet werden. Als steuerbare Schaltelemente zum Verschalten der verschiedenen Metallisierungsbereiche bzw. Gitterstrukturen der gesteuerten reflektierenden Struktur 301 können insbesondere PIN-Dioden eingesetzt werden, welche in der Hochfrequenztechnik als gleichspannungsgesteuerte HF-Schalter Verwendung finden. Alternativ dazu können die elektrisch steuerbaren Schaltelemente der gesteuerten reflektierenden Struktur 301 mit Hilfe von mikroelektromechanischen Strukturen (MEMS, Microelectromechanical Systems) realisiert werden, welche auf elektromechanischem Weg zwischen einem leitfähigen Zustand und einem isolierenden Zustand umgeschaltet werden können. Gegenüber PIN-Dioden haben die MEMS den Vorteil, dass nur während des Schaltvorgangs Strom verbraucht wird, so dass mit Hilfe von MEMS eine stromsparende Implementierung einer gesteuerten reflektierenden Struktur 301 möglich ist. Auf diese Weise kann ein aktiver Reflektor mit geringer Stromaufnahme realisiert werden.
Bei der Entwicklung von gesteuerten reflektierenden Strukturen kommt dem Layout der Steuersignalleitungen eine wichtige Bedeutung zu. Mit Hilfe der Steuersignalleitungen werden die steuerbaren Schaltelemente in unterschiedliche Schaltzustände geschaltet. Dabei sollen die Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften der gesteuerten reflektierenden Struktur durch die Steuersignalleitungen möglichst wenig beeinflusst werden. Im Falle von PIN-Dioden wird hierzu vorgeschlagen, die Steuerung über in die intrinsischen Zonen der PIN-Dioden eingekoppeltes Licht zu realisieren. Licht lässt sich nämlich in für Mikrowellen und Radar durchlässigen dielektrischen Schichten, beispielsweise in Plexiglas und in Kunststofflichtwellenleitern, zu den PIN-Dioden transportieren. Das eingekoppelte Licht führt in der intrinsischen Zone der PIN-Dioden zur Ladungsträgergeneration und macht die PIN-Dioden damit leitfähig.
In 3C ist das Reflexionsverhalten des aktiven Reflektors für den Fall gezeigt, dass die gesteuerte reflektierende Struktur 301 in den für Radarstrahlen transparenten Zustand geschaltet ist. Ein vom Radarsensor 306 ausgesendetes Radarsignal 307 durchdringt daher die gesteuerte reflektierende Struktur 301, die als transparenter Schirm wirkt, und wird durch den Eckreflektor 300 genau in Richtung des Radarsensors 306 zurückreflektiert. Wenn die gesteuerte reflektierende Struktur 301 so geschaltet ist, dass sie sich im für Radarsignale transparenten Zustand befindet, wird daher eine hohe Signalintensität des Radarsignals zum Radarsensor 306 zurückreflektiert.
In 3D dagegen befindet sich die gesteuerte reflektierende Struktur 301 im reflektierenden Zustand, so dass das vom Radarsensor 306 ausgesendete Radarsignal 308 bereits durch die gesteuerte reflektierende Struktur 301 und nicht erst durch den dahinter angeordneten Eckreflektor 300 reflektiert wird. Im reflektierenden Zustand wirkt die gesteuerte reflektierende Struktur 301 als reflektierender Schirm. Jedes nicht senkrecht auf den Reflektor fallende Radarsignal des Radarsensors 306 wird bei reflektierendem Schirm vorwiegend nicht in Richtung des Radarsensors 306 zurückgespiegelt. Wenn sich die gesteuerte reflektierende Struktur 301 im reflektierenden Zustand befindet, ist die zum Radarsensor 306 zurückreflektierte Signalintensität daher vergleichsweise gering.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist die gesteuerte reflektierende Struktur 301 so ausgebildet, dass sie im reflektierenden Zustand zu etwa gleichen Teilen aus mit 0° Phase und mit 180° Phase reflektierenden Elementen besteht. Bei senkrechtem Auftreffen eines Radarsignals auf der gesteuerten reflektierenden Struktur 301 kommt es dann zu einer destruktiven Interferenz zwischen den mit 0° Phasenversatz reflektierten Signalanteilen und den mit 180° Phasenversatz reflektierten Signalanteilen. Bei senkrechtem Auftreffen eines Radarsignals auf dem Reflektorschirm ergibt sich dann infolge der gegenseitigen Auslöschung der reflektierten Signalanteile eine vernachlässigbar kleine Reflexion in Richtung zum Radarsensor. Dadurch wird sichergestellt, dass die im reflektierenden Zustand zum Radarsensor zurückreflektierte Signalintensität auch bei senkrechtem Einfall deutlich geringer ist als die entsprechend 3C vom Eckreflektor 300 zurückreflektierte Signalintensität.
Anhand von 3C und 3D ist erkennbar, dass einem einfallenden Radarsignal mittels des gezeigten aktiven Reflektors eine Amplitudenmodulation aufgeprägt werden kann. Wenn die gesteuerte reflektierende Struktur 301 in den transparenten Zustand geschaltet ist, wird eine hohe Signalintensität zum Radarsensor 306 zurückreflektiert. Wenn die gesteuerte reflektierende Struktur 301 dagegen in den reflektierenden Zustand geschaltet ist, ist die zum Radarsensor 306 zurückreflektierte Signalintensität vergleichsweise gering.
In 3C und 3D werden die elektronisch steuerbaren Schaltelemente der gesteuerten reflektierenden Struktur 301, also beispielsweise die PIN-Dioden bzw. die MEMs, durch ein Modulationssignal 309 periodisch ein- und ausgeschaltet. Der aktive Reflektor umfasst eine Quelle 310, die das Modulationssignal 309 erzeugt und den elektronisch steuerbaren Schaltelementen zuführt. Die elektronisch steuerbaren Schaltelemente werden im Takt des Modulationssignals 309 ein- und ausgeschaltet und prägen dem reflektierten Radarsignal eine periodische Amplitudenmodulation auf. Dabei kann sich die Frequenz des Modulationssignals beispielsweise im Bereich zwischen 1 MHz und 100 MHz bewegen. Anhand der aufgeprägten Amplitudenmodulation kann der Radarsensor 306 den aktiven Reflektor von anderen Radarzielen unterschieden.
Die erfindungsgemäßen aktiven Reflektoren können insbesondere im Bereich des FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-Radars eingesetzt werden, daneben aber auch beim gestuften FMCW-Radar, das auch als „Stepped Frequency Radar” bezeichnet wird, oder allgemein beim CW(Continuous Wave)-Radar. Daneben ist die Verwendung von aktiven Reflektoren aber auch bei anderen Radarverfahren denkbar, beispielsweise auch bei Pulsradar.
4 zeigt die Grundstruktur eines Radarsensors, der nach dem FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-Prinzip arbeitet. Dies bedeutet, dass der Radarsensor ein frequenzmoduliertes Radarsignal in Dauerbetrieb aussendet, welches am jeweiligen Ziel reflektiert wird. Das reflektierte Signal wird vom Radarsensor empfangen und ausgewertet. Zur Erzeugung des frequenzmodulierten Signals umfasst der in 4 gezeigte Radarsensor eine FMCW-Signalquelle 400, die ein frequenzmoduliertes Sendesignal 401 erzeugt, welches dann über eine Sendeantenne 402 abgestrahlt wird. Das abgestrahlte Radarsignal 403 wird an einem oder mehreren Radarzielen 404 reflektiert. Von der Empfangsantenne 405 wird das reflektierte Radarsignal 406 empfangen und einem Empfangsmischer 407 zugeführt. Dem Empfangsmischer 407 wird darüber hinaus auch das Sendesignal 401 zugeführt, welches als Lokaloszillatorsignal dient. Durch das Mischen des Empfangssignals und des Sendesignals 401 erhält man am Ausgang des Empfangsmischers 407 ein heruntergemischtes Signal 408. Dieses Zwischenfrequenzsignal 408 wird durch eine analoge oder digitale Signalverarbeitung 409 ausgewertet. Durch Auswerten des heruntergemischten Signals 408 kann insbesondere die Entfernung der Radarziele bestimmt werden.
Der in 4 gezeigte Radarsensor kann außerdem dazu ausgelegt sein, zusätzlich zur Entfernung der Radarziele in einem zusätzlichen Schritt auch die jeweilige Winkellage der Radarziele zu bestimmen. Zur Bestimmung der Winkellage kann beispielsweise eine sich drehende Radarantenne oder ein Array von Sende- oder Empfangsantennen verwendet werden, welche eine Bestimmung der Phasenlage des vom Ziel zurückreflektierten Radarsignals ermöglichen. Dabei können beispielsweise Verfahren wie digitale Strahlformung (Beam Forming) zum Einsatz kommen.
Anhand von 5A wird im Folgenden erklärt, wie sich anhand des Zwischenfrequenzsignals die Zielentfernung bestimmen lässt. In 5A ist die Frequenz des erzeugten Sendesignals 500 als Funktion der Zeit dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Frequenz des Sendesignals 500 abwechselnd linear ansteigt und wieder absinkt, so dass sich insgesamt ein dreiecksförmiger Verlauf ergibt. Während einer ersten Periodendauer T₀ wird die Frequenz des Sendesignals linear von der Frequenz f₀ auf die Frequenz f₀ + Δf₀ erhöht, wobei die Größe Δf₀ als Frequenzhub bezeichnet wird. Während einer darauffolgenden zweiten Periodendauer T₀ wird die Frequenz ausgehend von f₀ + Δf₀ wieder linear auf f₀ zurückgeführt. Alternativ zu dem dreiecksförmigen Verlauf könnte die Frequenz des Sendesignals auch einen sägezahnförmigen Frequenzverlauf aufweisen.
Die Frequenzen von Radar-Sendesignalen bewegen sich beispielsweise im Bereich von etwa 20 GHz bis 100 GHz. Der Frequenzhub Δf₀ könnte beispielsweise einige GHz betragen. Die Periodendauer könnte beispielsweise aus dem Bereich zwischen etwa 0,1 ms und 5 ms gewählt werden. Diese Angaben dienen lediglich zur Illustration typischer Größenordnungen, es sind allerdings auch Lösungen außerhalb dieser Bereiche möglich.
Wie anhand von 4 erläutert worden war, wird das reflektierte Signal von der Empfangsantenne 405 empfangen und im Empfangsmischer 407 mit dem momentan ausgesendeten Sendesignal 401 gemischt. Für den Weg von der Sendeantenne 402 zum Ziel 404 und zurück zur Empfangsantenne 405 benötigt das Radarsignal eine Laufzeit τ, die sich darstellen lässt als τ = 2·R / c, wobei R den Zielabstand und c die Lichtgeschwindigkeit bezeichnet.
In 5A ist zusätzlich zum Sendesignal 500 auch ein Empfangssignal 501 eingezeichnet, wie es von passiven Radarzielen zurückreflektiert wird. Bei der Reflexion des Radarsignals an passiven Zielen wird dem reflektierten Signal keine zusätzliche Modulation aufgeprägt. Das Empfangssignal 501 ist gegenüber dem Sendesignal 500 um die Laufzeit τ zeitversetzt. Während der vom Radarsignal benötigten Laufzeit τ steigt das von der FMCW-Signalquelle 400 erzeugte Sendesignal 500 weiter an, so dass die Frequenz des momentan abgestrahlten Sendesignals höher ist als die Frequenz des Empfangssignals. Infolge der Laufzeit des Radarsignals ergibt sich daher ein für die Laufzeit τ und damit für die Zielentfernung charakteristischer Frequenzunterschied zwischen Sende- und Empfangssignal, der als Zielfrequenz f_Ziel bezeichnet wird. Die Zielfrequenz f_Ziel ist in 5A ebenfalls eingezeichnet.
Die Zielfrequenz f_Ziel lässt sich aus dem Frequenzhub Δf₀ und der Periodendauer T₀ des Sendesignals und aus der Laufzeit τ herleiten. Die Zielfrequenz f_Ziel ergibt sich zu
Da die Größen Δf₀, T₀, c konstant sind, ergibt sich eine direkte Proportionalität zwischen der Zielfrequenz f_Ziel und der zugehörigen Zielentfernung R. Das vom Empfangsmischer 407 in 4 erzeugte Zwischenfrequenzsignal 408 enthält daher Zielfrequenzkomponenten zu einem oder mehreren Zielen, aus denen sich jeweils die zugehörigen Zielentfernungen bestimmen lassen.
Demgegenüber ist in 5B das frequenzmodulierte Sendesignal 500 zusammen mit den Empfangssignalen 502, 503, 504 dargestellt, welche von einem erfindungsgemäßen aktiven Reflektor verursacht werden. Der aktive Reflektor ist dazu ausgelegt, dem reflektierten Sendesignal eine Modulation mit der Modulationsfrequenz f_mod aufzuprägen. Dem reflektierten Signal kann beispielsweise eine Amplitudenmodulation oder eine Phasenmodulation aufgeprägt werden. Infolge dieser Modulation mit der Modulationsfrequenz f_mod umfasst das reflektierte Signal zusätzlich zu dem Empfangssignal 502 zwei weitere Seitenbänder 503 und 504. Das Empfangssignal 502 ist wie in 5A gegenüber dem Sendesignal 500 um f_Ziel verschoben. Infolge der durch den aktiven Reflektor aufgeprägten Modulation mit der Modulationsfrequenz f_mod ist das untere Seitenband 503 gegenüber dem Empfangssignal 502 um f_mod nach unten verschoben, während das obere Seitenband 504 um f_mod nach oben versetzt ist. Im Empfangsmischer wird das Sendesignal 500 mit den drei Empfangssignalen 502, 503, 504 gemischt.
In 6A ist das charakteristische Frequenzspektrum gezeigt, das bei der Mischung des Sendesignals 500 mit dem Empfangssignal 502 und den beiden Seitenbändern 503, 504 entsteht. Dieses Frequenzspektrum ist für einen erfindungsgemäßen aktiven Reflektor charakteristisch. Das Frequenzspektrum umfasst insbesondere die Frequenzkomponenten 600, 601, 602.
Eine erste Frequenzkomponente 600 ergibt sich bei der Frequenz f_Ziel. Diese Frequenzkomponente 600 entsteht genau wie bei passiven Zielen aus der Mischung des Sendesignals 500 mit dem Empfangssignal 502. Die Frequenz f_Ziel dieser Frequenzkomponente 600 liegt somit im Basisband unterhalb der maximalen Zielfrequenz f_Ziel,max.
Eine weitere charakteristische Frequenzkomponente 601 entsteht bei der Frequenz (f_mod – f_Ziel). Diese Frequenzkomponente 601 entsteht aus der Mischung des Sendesignals 500 mit dem oberen Seitenband 504 des Empfangssignals. Das obere Seitenband 504 ist gegenüber dem Empfangssignal 502 um die Modulationsfrequenz f_mod nach oben verschoben, und deshalb ergibt sich die Frequenz dieser Frequenzkomponente 601 zu (f_mod – f_Ziel).
Eine weitere charakteristische Frequenzkomponente 602 entsteht bei der Frequenz (f_mod + f_Ziel). Diese Frequenzkomponente 602 entsteht aus der Mischung des Eingangssignals 500 mit dem unteren Seitenband 503 des Empfangssignals. Das untere Seitenband 503 ist gegenüber dem Empfangssignal 502 um die Modulationsfrequenz f_mod nach unten verschoben, und deshalb ergibt sich die Frequenz dieser Frequenzkomponente 602 zu (f_mod + f_Ziel).
Für aktive Radarreflektoren, die dem reflektierten Signal eine Modulation mit der Modulationsfrequenz f_mod aufprägen, ergeben sich daher die Frequenzkomponenten 600, 601, 602 bei den Frequenzen f_Ziel, (f_mod – f_Ziel) und (f_mod + f_Ziel). Die Frequenzkomponenten 601 und 602 sind dabei symmetrisch um die Modulationsfrequenz f_mod angeordnet.
In 6A sind darüber hinaus die maximale Zielfrequenz f_Ziel,max, und die Modulationssfrequenz f_mod eingezeichnet. Die maximale Zielfrequenz f_Ziel,max entspricht der größten detektierbaren Entfernung zwischen Radarsensor und Radarziel. Es ist erkennbar, dass die Modulationsfrequenz f_mod deutlich oberhalb der maximalen Zielfrequenz f_Ziel,max liegt. Vorzugsweise sollte die Modulationsfrequenz f_mod mehr als doppelt so groß sein wie die maximale Zielfrequenz f_Ziel,max.
Da die Modulationsfrequenz f_mod größer als das Doppelte der maximalen Zielfrequenz f_Ziel,max gewählt werden sollte und im Allgemeinen deutlich oberhalb des Basisbands liegt, ist ein aktiver Radarreflektor durch die beiden Frequenzkomponenten 601, 602 in einem oberhalb des Basisbands angeordneten Zwischenfrequenzbereich gekennzeichnet. Die Auswertung des in 6A erkennbaren Zwischenfrequenzbereichs erlaubt daher einen Rückschluss darauf, ob es sich bei dem Ziel um einen aktiven Reflektor handelt oder nicht.
Zur weiteren Auswertung des Zwischenfrequenzsignals kann die Frequenzkomponente 602 mit Hilfe eines Bandpassfilters herausgefiltert werden, der die ebenfalls in 6A gezeigte Filtercharakteristik 603 aufweist. Die so isolierte Frequenzkomponente 602 kann dann auf Seiten des Radarsensors mittels eines zusätzlichen Demodulators in das Basisband heruntergemischt und dort weiter ausgewertet werden.
Alternativ dazu können auch beide Seitenbänder selektiert werden, um so eine bessere Energieausnutzung zu erzielen. Ein Bandpass mit einer hierfür geeigneten Filtercharakteristik 604 ist ebenfalls in 6A eingezeichnet. Durch den Bandpass mit der Filtercharakteristik 604 werden die beiden Frequenzkomponenten 601 und 602 ausgewählt, während die Frequenzkomponente 600 unterdrückt wird. Die beiden so selektierten Frequenzkomponenten 601 und 602 können auf Seiten des Radarsensors wieder in das Basisband heruntergemischt werden.
Gemäß einer dritten Ausführungsform kann auch ein niedergütiger Bandpassfilter mit einer Filtercharakteristik 605 verwendet werden. Durch einen derartigen Bandpassfilter mit der Filtercharakteristik 605 werden ebenfalls die beiden Frequenzkomponenten 601 und 602 ausgewählt, während die Frequenzkomponente 600 unterdrückt wird. Die Verwendung eines niedergütigen Bandpassfilters bietet den zusätzlichen Vorteil eines einfacheren Filterentwurfs.
Wie in 6A gezeigt, gibt es also drei Möglichkeiten zur Auslegung des Bandpassfilters, wobei sich die vorteilhafteste Auslegung aus weiteren Systemrandbedingungen und Implementierungsaspekten ergeben würde. Die unterschiedlichen Amplituden der in 6A gezeigten Filterverläufe dienen lediglich der besseren Unterscheidbarkeit in der Darstellung.
7 zeigt einen erfindungsgemäßen Radarsensor in Form eines Blockschaltbilds. Der Radarsensor weist einen zusätzlichen Demodulator zur Demodulation der Signale von aktiven Reflektoren auf. Der Radarsensor umfasst eine FMCW-Signalquelle 700, die ein frequenzmoduliertes Sendesignal 701 erzeugt und über die Sendeantenne 702 abstrahlt. Das abgestrahlte Radarsignal wird sowohl durch ein passives Ziel 703 als auch durch einen aktiven Radarreflektor 704 zum Radarsensor zurückreflektiert, wobei der aktive Radarreflektor 704 dem zurückreflektierten Radarsignal zusätzlich eine Modulation mit der Modulationsfrequenz f_mod aufprägt. Die zurückreflektierten Radarsignale werden von der Empfangsantenne 705 aufgenommen und dem Empfangsmischer 706 zugeführt. Dem Empfangsmischer 706 wird darüber hinaus auch das Sendesignal 701 zugeführt. Durch das Sendesignal 701 wird das Empfangssignal in einen Zwischenfrequenzbereich heruntergemischt, und am Ausgang des Empfangsmischers 706 erhält man ein Zwischenfrequenzsignal 707. Das Zwischenfrequenzsignal 707 umfasst sowohl Frequenzkomponenten, die durch das passive Ziel 703 verursacht werden, als auch Frequenzkomponenten, die durch den aktiven Radarreflektor 704 hervorgerufen werden. Die vom passiven Ziel 703 verursachte Zielfrequenzkomponente f_Ziel befindet sich im Basisband unterhalb von f_Ziel,max. Die vom aktiven Radarreflektor 704 verursachten Frequenzkomponenten entsprechen den in 6B gezeigten Frequenzkomponenten 600, 601, 602. Die Frequenzkomponente 600 befindet sich im Basisband, während sich die Frequenzkomponenten 601, 602 im Zwischenfrequenzbereich bei den Frequenzen (f_mod – f_Ziel) und (f_mod + f_Ziel) befinden.
Das Zwischenfrequenzsignal 707 wird der Signaltrenneinheit 708 zugeführt. Die Signaltrenneinheit 708 ist dazu ausgelegt, aus dem Zwischenfrequenzsignal 707 zum einen den niederfrequenten Basisbandanteil 709 herauszufiltern, der die von den passiven Zielen verursachten Frequenzkomponenten umfasst. Der Basisbandanteil 709 wird unmittelbar der digitalen Signalverarbeitung 710 zugeführt. Die Signaltrenneinheit 708 ist außerdem dazu ausgelegt, aus dem Zwischenfrequenzsignal 707 den Zwischenfrequenzanteil 711 herauszufiltern, der die von den aktiven Radarreflektoren verursachten Frequenzkomponenten umfasst.
Die Signaltrenneinheit 708 kann mit Hilfe von einem oder mehreren Filtern realisiert sein. Beispielsweise kann die Signaltrenneinheit 708 einen Bandpassfilter umfassen, der aus dem Zwischenfrequenzsignal 707 den Zwischenfrequenzanteil 711 herausfiltert. Der Bandpassfilter kann beispielsweise eine der in 6A gezeigten Filtercharakteristiken 603, 604, 605 aufweisen. Darüber hinaus kann die Signaltrenneinheit 708 einen Tiefpass umfassen, der aus dem Zwischenfrequenzsignal 707 den Basisbandanteil 709 herausfiltert. Die Signaltrenneinheit 708 kann mit herkömmlichen Filterkomponenten realisiert werden. Alternativ dazu kann die Signaltrenneinheit 708 mit Hilfe von digitaler Signalverarbeitung realisiert werden. Beispielsweise ist es denkbar, die Signaltrenneinheit 708 als Teil der digitalen Signalverarbeitung 710 zu realisieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel könnte dann eine separate Signaltrenneinheit 708 entfallen.
Im Folgenden ist beschrieben, wie bei dem erfindungsgemäßen Radarsensor der Zwischenfrequenzanteil 711, welcher die von den aktiven Radarreflektoren verursachten Frequenzkomponenten 601, 602 enthält, weiter verarbeitet wird. Hierzu wird der Zwischenfrequenzanteil 711 einem hierfür vorgesehenen zusätzlichen Demodulator 712 zugeführt. Zum Anheben der Amplitude des Zwischenfrequenzanteils 711 kann es von Vorteil sein, einen Verstärker zwischen der Signaltrenneinheit 708 und dem zusätzlichen Demodulator 712 vorzusehen, der den Zwischenfrequenzanteil 711 verstärkt, bevor er dem zusätzlichen Demodulator 712 zugeführt wird. Dem zusätzlichen Demodulator 712 wird darüber hinaus ein Lokaloszillatorsignal 713 zugeführt. Das Lokaloszillatorsignal 713 entspricht genau dem Modulationssignal, das auf Seiten des aktiven Radarreflektors 704 zur Modulation des zurückreflektierten Radarsignals verwendet wurde, und die Frequenz des Lokaloszillatorsignals 713 ist gleich der Modulationsfrequenz f_mod. Das Lokaloszillatorsignal 713 wird von einer hierfür vorgesehenen Quelle 714 erzeugt. Der zusätzliche Demodulator 712 ist dazu ausgelegt, den Zwischenfrequenzanteil 711 mit Hilfe des Lokaloszillatorsignals 713 in das Basisband herunter zu mischen. Am Ausgang des zusätzlichen Demodulators 712 erhält man das heruntergemischte Signal 715. Dabei werden die beiden Frequenzkomponenten 601, 602, die sich bei den Frequenzen (f_mod – f_Ziel) und (f_mod + f_Ziel) im Zwischenfrequenzbereich befinden, in das Basisband heruntergemischt. Durch das Heruntermischen werden die beiden Frequenzkomponenten 601, 602 bei (f_mod – f_Ziel) und (f_mod + f_Ziel) in eine Zielfrequenzkomponente f_Ziel im Basisband umgesetzt.
Der zusätzliche Demodulator 712 kann als eigenständige Mischereinheit im Radarsensor implementiert werden, also in Hardware. Alternativ dazu ist es jedoch möglich, die Funktionalität des Demodulators 712 mit Hilfe einer programmierbaren Signalverarbeitung zu realisieren.
Das heruntergemischte Signal 715 wird der digitalen Signalverarbeitung 710 zur weiteren Auswertung zugeführt. Die digitale Signalverarbeitung 710 ist dazu ausgelegt, sowohl die im Basisbandanteil 709 enthaltenen Zielfrequenzkomponenten der passiven Signale als auch die im heruntergemischten Signal 715 enthaltenen Zielfrequenzkomponenten der aktiven Ziele auszuwerten. Anhand der im Basisbandanteil 709 enthaltenen Zielfrequenzen können die Zielentfernungen der passiven Ziele ermittelt werden, und anhand der im heruntergemischten Signal 715 enthaltenen Zielfrequenzkomponenten können die Zielentfernungen der aktiven Radarreflektoren ermittelt werden. Darüber hinaus kann die digitale Signalverarbeitung 710 dazu ausgelegt sein, zusätzlich die jeweiligen Winkellagen der passiven Ziele sowie der aktiven Radarreflektoren zu ermitteln.
Der erfindungsgemäße Radarsensor ist dazu ausgelegt, das Empfangssignal in zwei Stufen zu demodulieren. In der ersten Stufe wird das Empfangssignal durch den Empfangsmischer 706 auf ein Zwischenfrequenzsignal 707 heruntergemischt. In der zweiten Stufe werden die Frequenzkomponenten im Zwischenfrequenzbereich mittels des zusätzlichen Demodulators 712 ins Basisband heruntergemischt. Durch diese zweistufige Demodulation können sowohl die Radarsignale der passiven Ziele als auch die Radarsignale der aktiven Radarreflektoren ins Basisband heruntergemischt werden. Dadurch können Radarsignale von herkömmlichen passiven Zielen und von aktiven Radarreflektoren parallel oder nacheinander mittels derselben FMCW-Prozessierung ausgewertet werden. In der digitalen Signalverarbeitung 710 können die Frequenzkomponenten der passiven Ziele und die heruntergemischten Frequenzkomponenten der aktiven Radarreflektoren auf dieselbe Art und Weise weiter ausgewertet werden. Als Ergebnis erhält man Informationen 716 zu Entfernung und/oder Lage der passiven Ziele sowie Informationen 717 zu Entfernung und/oder Lage der aktiven Radarreflektoren. Sowohl die Informationen 716 zu den passiven Zielen als auch die Informationen 717 zu den aktiven Radarreflektoren können zu Listen oder grafischen Darstellungen aufbereitet werden.
In 6B ist veranschaulicht, wie die Frequenzkomponenten 601 und 602 aus dem Zwischenfrequenzbereich in das Basisband heruntergemischt werden. Hierzu werden der Zwischenfrequenzanteil mit den Frequenzkomponenten 601 und 602 dem Demodulator 606 zugeführt, der in 6B ebenfalls schematisch eingezeichnet ist. Der Demodulator 606 ist dazu ausgelegt, die Frequenzkomponenten 601 und 602 mit einem Lokaloszillatorsignal 607 der Frequenz f_mod zu mischen.
Wenn die untere Zielfrequenzkomponente 601, die sich bei der Frequenz (f_mod – f_Ziel) befindet, mit dem Lokaloszillatorsignal 607 der Frequenz f_mod gemischt wird, dann entsteht eine Zielfrequenzkomponente 608 der Frequenz f_Ziel. Die Frequenz f_Ziel der Zielfrequenzkomponente 608 ergibt sich aus der Differenz der Frequenzen des Lokaloszillatorsignals 607 und der unteren Frequenzkomponente 601. Beim Mischen der oberen Frequenzkomponente 602, die sich bei der Frequenz (f_mod + f_Ziel) befindet, mit dem Lokaloszillatorsignal 607 wird ebenfalls eine Zielfrequenzkomponente 608 der Frequenz f_Ziel erzeugt. Die Frequenz f_Ziel der Zielfrequenzkomponente 608 ergibt sich hier aus der Differenz der Frequenzen der oberen Frequenzkomponente 602 und des Lokaloszillatorsignals 607.
Beim Heruntermischen der Frequenzkomponenten 601, 602 erzeugt der Demodulator 606 daher eine einzige auswertbare Frequenzkomponente 608 bei der Frequenz f_Ziel, welche dann weiter ausgewertet werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein Tiefpassfilter mit der ebenfalls in 6B eingezeichneten Filtercharakteristik 609 vorgesehen sein, mit dem sich die auszuwertende Zielfrequenzkomponente 608 isolieren lässt.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der eine vorgegebene Pseudo-Noise-Folge zur Modulation des vom aktiven Reflektor zurückreflektierten Signals verwendet wird. Dieselbe Pseudo-Noise-Folge, die auf Seiten des aktiven Reflektors auf das zurückreflektierte Signal aufmoduliert wird, wird auch auf Seiten des Radarsensors wieder zur Demodulation des vom aktiven Reflektor empfangenen Radarsignals verwendet.
In 8A ist ein entsprechend dieser Ausführungsform der Erfindung ausgebildeter aktiver Reflektor gezeigt. Der aktive Reflektor umfasst eine Sende-/Empfangsantenne 800, an deren Fußpunkt 801 eine Schaltung 802 angeschlossen ist, mit der sich die Reflektivität der Sende-/Empfangsantenne 800 beeinflussen lässt. Die Schaltung 802 ist dazu ausgebildet, die Reflektivität der Sende-/Empfangsantenne 800 entsprechend einem vorgegebenen Steuersignal zu modulieren. Zur Erzeugung dieses Steuersignals umfasst der in 8A gezeigte aktive Reflektor einen Pseudo-Noise-Generator 803, der eine vordefinierte Pseudo-Noise-Folge 804 erzeugt und der Schaltung 802 zuführt. Durch die Schaltung 802 wird das von der Antenne 800 empfangene und zurückreflektierte Signal dann entsprechend der Pseudo-Noise-Folge 804 phasenmoduliert. Dem von der Antenne 800 empfangenen und zurückreflektierten Radarsignal wird auf diese Weise eine Phasenmodulation entsprechend der Pseudo-Noise-Folge 804 aufgeprägt.
Bei einer Pseudo-Noise-Folge handelt es sich um eine vorgegebene Abfolge von Binärwerten, welche eine vorgegebene Länge aufweist. Eine derartige Pseudo-Noise-Folge wird auch als Spreizfolge bezeichnet. In 9 ist ein Beispiel einer Pseudo-Noise-Folge 900 gezeigt, die aus einer vorgegebenen Abfolge der Werte –1 und 1 besteht. Dabei ist auf der horizontalen Achse die Samplenummer aufgetragen, während der jeweilige Binärwert der Folge entlang der vertikalen Achse aufgetragen ist. Bei der in 9 gezeigten Pseudo-Noise-Folge 900 handelt es sich um eine Pseudo-Noise-Folge der Länge 64. Die Pseudo-Noise-Folge 900 umfasst also eine Abfolge von 64 vorgegebenen Binärwerten und weist eine Korrelationslänge bzw. Periodizität von 64 auf. Die in 9 gezeigte Pseudo-Noise-Folge 900 kann zur Phasenmodulation eines Ausgangssignals verwendet werden, wobei ein Übergang von 1 auf –1 bzw. von –1 auf 1 eine Phasenumtastung um 180° hervorruft. Eine derartige Phasenmodulation wird auch als ”Binary Phase Shift Keying (BPSK)” bezeichnet.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform können von unterschiedlichen aktiven Reflektoren zur Modulation des rückreflektierten Signals unterschiedliche Pseudo-Noise-Folgen verwendet werden, wobei jedem aktiven Reflektor eine individuelle Pseudo-Noise-Folge zugeordnet ist. Durch die Verwendung unterschiedlicher Pseudo-Noise-Folgen kann auf Seiten eines Radarsensor erkannt werden, von welchem aktiven Reflektor ein empfangenes Radarsignal zurückreflektiert wurde.
In 8B ist ein Radarsensor gezeigt, der in der Lage ist, ein mit einer Pseudo-Noise-Folge phasenmoduliertes Radarsignal zu demodulieren. Der Radarsensor umfasst eine FMCW-Signalquelle 805, die ein frequenzmoduliertes Radarsignal 806 erzeugt und über die Sendeantenne 807 abstrahlt. Das Radarsignal wird durch den aktiven Reflektor 808 zum Radarsensor zurückreflektiert, wobei der aktive Reflektor 808 dem Radarsignal eine Phasenmodulation entsprechend einer vorgegebenen Pseudo-Noise-Folge aufprägt. Das zurückreflektierte Radarsignal wird von der Empfangsantenne 809 empfangen und im Empfangsmischer 810 mit dem Sendesignal 806 gemischt, wobei ein Zwischenfrequenzsignal 811 erzeugt wird. Das Zwischenfrequenzsignal 811 wird zum einen unmittelbar der FMCW-Prozessierung 812 zugeführt, um so die von passiven Zielen verursachten Zielfrequenzkomponenten auszuwerten. Zur Auswertung der von den aktiven Radarreflektoren aufgeprägten Phasenmodulation wird das Zwischenfrequenzsignal einem zusätzlichen Demodulator 813 zugeführt. Diesem zusätzlichen Demodulator 813 wird darüber hinaus auch eine Pseudo-Noise-Folge 814 zugeführt, die von dem hierfür vorgesehenen Pseudo-Noise-Generator 815 erzeugt wird. Die Pseudo-Noise-Folge 814 entspricht exakt der auf Seiten des aktiven Reflektors 808 verwendeten Pseudo-Noise-Folge 804. Im zusätzlichen Demodulator 813 wird das Zwischenfrequenzsignal 811 mit der Pseudo-Noise-Folge 814 demoduliert. Als Ergebnis der Demodulation erhält man ein demoduliertes Signal 816, welches der FMCW-Prozessierung 812 zugeführt wird. Im Rahmen der FMCW-Prozessierung 812 werden aus dem Zwischenfrequenzsignal 811, das die Zielfrequenzkomponenten der passiven Ziele enthält, Informationen 817 zu den passiven Zielen abgeleitet. Aus dem demodulierten Signal 816, das die von den aktiven Reflektoren verursachten Zielfrequenzkomponenten enthält, können Informationen 818 zu den aktiven Reflektoren gewonnen werden.
Im Folgenden soll die mit Hilfe einer Pseudo-Noise-Folge durchgeführte Modulation und Demodulation von Radarsignalen anhand eines Beispiels illustriert werden. In 10A ist ein Ausschnitt des Zwischenfrequenzsignals 811 für einen aktiven Reflektor im Abstand von 10 Metern zu sehen, das mit der in 9 gezeigten Pseudo-Noise-Folge 900 moduliert wurde. Dabei ist auf der horizontalen Achse jeweils die Samplenummer aufgetragen. In 10B ist ein Ausschnitt eines Zwischenfrequenzsignals für ein passives Ziel gezeigt, das sich im Abstand von 12 Metern vom Radarsensor befindet. In 10C ist ein Zwischenfrequenzsignal gezeigt, das sich aus der Überlagerung der in den 10A und 10B gezeigten Signale ergibt. Das in 10C gezeigte Zwischenfrequenzsignal enthält somit eine Überlagerung eines von einem aktiven Reflektor zurückreflektierten Signals und eines von einem passiven Ziel zurückreflektierten Signals.
Wenn das in 10C gezeigte Überlagerungssignal einer gewöhnlichen FMCW-Verarbeitung per Fouriertransformation unterworfen wird, dann erhält man das in 11A gezeigte Frequenz- bzw. Entfernungsprofil. In diesem Profil ist auf der horizontalen Achse der Zielabstand in Metern aufgetragen, während auf der vertikalen Achse die Signalintensität in Dezibel angegeben ist. In 11A ist zu erkennen, dass das in einem Abstand von 12 Metern befindliche passive Ziel als deutlich erkennbare Spitze 1100 aus dem Frequenz- bzw. Entfernungsprofil herausragt. Dagegen wird das von dem aktiven Reflektor verursachte Spektrum infolge der Modulation mit der Pseudo-Noise-Folge über einen großen Frequenzbereich aufgespreizt und erscheint als zusätzlicher Rauschanteil 1101. Aus 11A ergibt sich daher, dass man ohne Demodulation durch den zusätzlichen Demodulator 813 die zu den passiven Zielen gehörigen Zielabstände bestimmen kann.
Wenn man jedoch mittels des zusätzlichen Demodulators 813 zuerst die Pseudo-Noise-Modulation auf dem in 10C gezeigten Zwischenfrequenzsignal 811 entfernt und dann erst die FMCW-Verarbeitung per Fouriertransformation durchführt, dann erhält man das in 11B gezeigte Frequenz- bzw. Entfernungsprofil. In diesem Frequenz- bzw. Entfernungsprofil ist bei einem Zielabstand von 10 Metern eine Spitze 1102 zu erkennen, die durch den aktiven Reflektor verursacht wird. Der aktive Reflektor hebt sich also im Spektrum ab. Das vom passiven Ziel verursachte Spektrum dagegen wird über einen größeren Frequenzbereich aufgespreizt und erscheint als zusätzlicher Rauschanteil 1103.
Dabei ist die Unterdrückung des jeweils unerwünschten Ziels bzw. der Abstand der deutlich erkennbaren Zielfrequenzkomponenten vom hinzugefügten Rauschen jeweils proportional zur Länge der verwendeten Pseudo-Noise-Folge. Je länger die Pseudo-Noise-Folge gewählt wird, desto besser wird das jeweils unerwünschte Ziel unterdrückt.
Es ist zu beachten, dass die Modulationen, mit denen die Antworten von aktiven und passiven Zielen überlagert sind, orthogonal zueinander sind. Im oben beschriebenen Beispiel sind die Zwischenfrequenzsignale passiver Ziele unmoduliert, d. h., das Modulationssignal ist eine Konstante. Das Modulationssignal der aktiven Reflektoren ist durch die BPSK-Modulation mittelwertfrei. Die Modulationssignale sind also orthogonal.
Denkbar sind auch Anordnungen, in denen das Sendesignal mit der Wellenform s1(t) und die aktiven Reflektoren mit der Wellenform s2(t) moduliert sind. Dies bedeutet, dass die Antwort auf passive Ziele mit s1(t) moduliert ist, die Antwort von aktiven Reflektoren dagegen mit s1(t) × s2(t). Wenn s1(t) orthogonal zu s1(t) × s2(t) ist, lässt sich das Prinzip in gleicher Weise anwenden.

Claims

Aktiver Radarreflektor zum Einsatz in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik, welcher aufweist mindestens eine Radarantenne (200, 206, 207) zum Empfangen eines Radarsignals und zum Abstrahlen eines modifizierten Radarsignals; gekennzeichnet durch eine Modulationseinheit (201, 209), die dazu ausgelegt ist, ein empfangenes Radarsignal vor dem Zurücksenden auf charakteristische Weise zu modifizieren, wobei das zurückgesendete Radarsignal anhand der charakteristischen Modifikation als von einem aktiven Radarreflektor stammend erkennbar ist.
Aktiver Radarreflektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: die Modulationseinheit ist dazu ausgelegt, dem empfangenen Radarsignal vor dem Zurücksenden eine charakteristische Modulation aufzuprägen; die Modulationseinheit ist dazu ausgelegt, das empfangene Radarsignal entsprechend einem elektrischen Steuersignal zu modulieren; der aktive Radarreflektor umfasst einen Signalgenerator zum Erzeugen eines Modulationssignals, wobei der aktive Radarreflektor dazu ausgelegt ist, dem empfangenen Radarsignal entsprechend dem Modulationssignal eine charakteristische Modulation aufzuprägen; die Modulationseinheit ist dazu ausgelegt, dem empfangenen Radarsignal vor dem Zurücksenden mindestens eine von Folgenden aufzuprägen: eine Amplitudenmodulation, eine Phasenmodulation, eine Frequenzmodulation, eine Modulation der Polarisation, eine Modulation mit einer charakteristischen Spreizfolge; die Modulationseinheit ist dazu ausgelegt, dem empfangenen Radarsignal vor dem Zurücksenden eine Modulation mit einer charakteristischen Modulationsfrequenz aufzuprägen; die Modulationseinheit ist dazu ausgelegt, dem empfangenen Radarsignal vor dem Zurücksenden eine Modulation mit einer charakteristischen Modulationsfrequenz aufzuprägen, wobei die Modulationsfrequenz kleiner als die Frequenz des Radarsignals ist; bei dem empfangenen Radarsignal handelt es sich um ein frequenzmoduliertes Radarsignal entsprechend dem FMCW-Prinzip; bei dem empfangenen Radarsignal handelt es sich um ein frequenzmoduliertes Radarsignal entsprechend dem FMCW-Prinzip, wobei die Modulationseinheit dazu ausgelegt ist, dem frequenzmodulierten Radarsignal vor dem Zurücksenden zusätzlich eine Modulation mit einer charakteristischen Modulationsfrequenz aufzuprägen, wobei die Modulationsfrequenz größer ist als das Doppelte einer maximalen Zielfrequenz entsprechend dem FMCW-Prinzip; der aktive Radarreflektor wird durch mindestens eines von: Batterien, Akkus, Solarzellen, Energy Harvesting mit elektrischer Energie versorgt.
Aktiver Radarreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Radarreflektor an mindestens einem der folgenden angebracht ist: an Kleidung, Ausstattung, Helm einer Person, an einem Werkzeug, Greifarm, an beweglichen Robotik-Komponenten, an einem Schwimmer zur Füllstandsanzeige, an einem Fahrzeug.
Aktiver Radarreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Radarreflektor aufweist: eine Empfangsantenne zum Empfangen des Radarsignals, eine Sendeantenne zum Abstrahlen eines modifizierten Radarsignals, ein Transmissionsnetzwerk, das zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne angeordnet ist, wobei die Transmissionseigenschaften des Transmissionsnetzwerks veränderbar sind, und wobei das Transmissionsnetzwerk dazu ausgelegt ist, dem empfangenen Radarsignal durch Verändern der Transmissionseigenschaften eine charakteristische Modulation aufzuprägen.
Aktiver Radarreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Radarreflektor aufweist: eine Sende-/Empfangsantenne zum Empfangen des Radarsignals und zum Abstrahlen eines modifizierten Radarsignals, eine Schaltung zur Beeinflussung der Reflektivität der Sende-/Empfangsantenne, die dazu ausgelegt ist, die Reflektivität der Sende-/Empfangsantenne zu verändern und dem empfangenen Radarsignal durch Verändern der Reflektivität der Sende-/Empfangsantenne eine charakteristische Modulation aufzuprägen.
Aktiver Radarreflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Beeinflussung der Reflektivität der Sende-/Empfangsantenne mit dem Antennenfußpunkt der Sende-/Empfangsantenne verbunden ist und dazu ausgelegt ist, den Antennenfußpunkt entweder mit Masse zu verbinden oder von der Schaltung zu entkoppeln.
Aktiver Radarreflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Beeinflussung der Reflektivität der Sende-/Empfangsantenne mit dem Antennenfußpunkt der Sende-/Empfangsantenne verbunden ist und dazu ausgelegt ist, den Antennenfußpunkt entweder über einen Abschlusswiderstand mit Masse zu verbinden oder vom Abschlusswiderstand zu entkoppeln.
Aktiver Radarreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Radarreflektor aufweist: einen Eckreflektor, der dazu ausgelegt ist, ein eintreffendes Radarsignal in eine Richtung des Einfalls zurück zu reflektieren, eine gesteuerte reflektierende Struktur, die dem Eckreflektor vorgelagert ist und die entweder in einen für Radarstrahlung reflektierenden Zustand oder in einen für Radarstrahlung transparenten Zustand schaltbar ist.
Aktiver Radarreflektor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: der Eckreflektor umfasst drei senkrecht zueinander angeordnete Metallplatten, die ein eintreffendes Radarsignal in die Richtung des Einfalls zurückreflektieren; der aktive Radarreflektor ist dazu ausgelegt, ein eintreffendes Radarsignal mittels des Eckreflektors überwiegend in die Richtung des Einfalls zurückreflektieren, falls sich die gesteuerte reflektierende Struktur im transparenten Zustand befindet; der aktive Radarreflektor ist dazu ausgelegt, ein eintreffendes Radarsignal mittels der gesteuerten reflektierenden Struktur auch in andere Richtungen als die Richtung des Einfalls zurückreflektieren, falls sich die gesteuerte reflektierende Struktur im reflektierenden Zustand befindet; die gesteuerte reflektierende Struktur umfasst eine Mehrzahl von leitfähigen Bereichen sowie ein oder mehrere steuerbare Schaltelemente, wobei die leitfähigen Bereiche mittels der steuerbaren Schaltelemente wahlweise miteinander verschaltbar oder voneinander trennbar sind; die gesteuerte reflektierende Struktur umfasst eine Mehrzahl von leitfähigen Bereichen sowie ein oder mehrere steuerbare Schaltelemente, wobei die leitfähigen Bereiche mittels der steuerbaren Schaltelemente wahlweise miteinander verschaltbar oder voneinander trennbar sind, wobei im reflektierenden Zustand der gesteuerten reflektierenden Struktur die leitfähigen Bereiche über die steuerbaren Schaltelemente miteinander verbunden sind, und wobei im transparenten Zustand der gesteuerten reflektierenden Struktur die leitfähigen Bereiche voneinander isoliert sind; die gesteuerte reflektierende Struktur umfasst eine Mehrzahl von leitfähigen Bereichen, ein oder mehrere steuerbare Schaltelemente sowie mindestens eine lichtleitende Schicht, wobei die mindestens eine lichtleitende Schicht dazu ausgebildet ist, Steuersignale zu den steuerbaren Schaltelementen zu übermitteln, und wobei die leitfähigen Strukturen mittels der steuerbaren Schaltelemente entsprechend den Steuersignalen wahlweise miteinander verschaltbar oder voneinander trennbar sind; die gesteuerte reflektierende Struktur umfasst eine Mehrzahl von leitfähigen Bereichen, ein oder mehrere PIN-Dioden sowie mindestens eine lichtleitende Schicht, wobei die mindestens eine lichtleitende Schicht dazu ausgebildet sind, Steuersignale zu den PIN-Dioden zu übermitteln, und wobei die leitfähigen Strukturen mittels der PIN-Dioden entsprechend den Steuersignalen wahlweise miteinander verschaltbar oder voneinander trennbar sind.
Aktiver Radarreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Radarreflektor aufweist: einen Signalgenerator, der eine charakteristische Spreizfolge zur Modulation eines empfangenen Radarsignals erzeugt, wobei die Modulationseinheit dazu ausgelegt ist, dem empfangenen Radarsignal vor dem Zurücksenden eine Modulation entsprechend der charakteristischen Spreizfolge aufzuprägen.
Aktiver Radarreflektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Spreizfolge eine vorgegebene Abfolge von Binärwerten umfasst.
Radarsensor zum Einsatz in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik, wobei der Radarsensor dazu ausgelegt ist, ein Radar-Sendesignal auszusenden und von mindestens einem Radarziel zurückgesendete Radar-Empfangssignale auszuwerten, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor dazu ausgelegt ist, Radar-Empfangssignale zu erkennen und auszuwerten, denen von einem aktiven Radarreflektor (704) eine charakteristische Modulation aufgeprägt wurde, wobei der Radarsensor einen zusätzlichen Demodulator (712) umfasst, der dazu ausgelegt ist, die charakteristische Modulation, die dem Radar-Empfangssignal durch den aktiven Radarreflektor (704) aufgeprägt wurde, zu demodulieren.
Radarsensor nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: der Radarsensor ist dazu ausgelegt, ein entsprechend dem FMCW-Prinzip frequenzmoduliertes Radar-Sendesignal auszusenden und die von mindestens einem Radarziel zurückgesendeten Radar-Empfangssignale entsprechend dem FMCW-Prinzip auszuwerten; der zusätzliche Demodulator ist dazu ausgelegt, die durch aktive Radarreflektoren verursachten Radar-Empfangssignale mit einem Modulationssignal zu mischen, das dem auf Seiten des aktiven Radarreflektors zum Aufprägen der charakteristischen Modulation verwendeten Modulationssignal entspricht; der zusätzliche Demodulator ist dazu ausgelegt, das von dem aktiven Radarreflektor zurückgesendete Radar-Empfangssignal mittels einer charakteristischen Spreizfolge zu demodulieren, welche einer auf Seiten des aktiven Radarreflektors zur Modulation des zurückgesendeten Radarsignals verwendeten Spreizfolge entspricht.
Radarsensor nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor einen Empfangsmischer umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Radar-Empfangssignal oder ein davon abgeleitetes Signal mit dem Radar-Sendesignal oder einem davon abgeleiteten Signal zu mischen und das Radar-Empfangssignal so in ein Zwischenfrequenzsignal umzuwandeln, wobei der zusätzliche Demodulator dazu ausgelegt ist, das Zwischenfrequenzsignal zu demodulieren.
Radarsensor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: der zusätzliche Demodulator ist dazu ausgelegt, das Zwischenfrequenzsignal mit einem Lokaloszillatorsignal zu mischen; der zusätzliche Demodulator ist dazu ausgelegt, das Zwischenfrequenzsignal mit einem Lokaloszillatorsignal zu mischen, wobei das Lokaloszillatorsignal dem auf Seiten des aktiven Radarreflektors zum Aufprägen der charakteristischen Modulation verwendeten Modulationssignal entspricht.
Radarsensor nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: der Radarsensor ist dazu ausgelegt, sowohl Radar-Empfangssignale von aktiven Radarreflektoren als auch Radar-Empfangssignale von passiven Radarzielen zu empfangen und auszuwerten; der Radarsensor umfasst eine Signaltrenneinheit, welche dazu ausgelegt ist, die durch aktive Radarreflektoren verursachten Radarsignalkomponenten im Zwischenfrequenzbereich von durch passive Radarziele verursachten Radarsignalkomponenten zu trennen und die durch aktive Radarreflektoren verursachten Radarsignalkomponenten im Zwischenfrequenzbereich dem zusätzlichen Demodulator zuzuführen; der Radarsensor ist dazu ausgelegt, zuerst die von den aktiven Radarreflektoren aufgeprägte charakteristische Modulation zu demodulieren und dann von den aktiven Radarreflektoren verursachte Zielfrequenzkomponenten und von den passiven Radarzielen verursachte Zielfrequenzkomponenten gemeinsam auszuwerten.
Radarsystem zum Einsatz in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik, mit einem Radarsensor, der dazu ausgelegt ist, ein Radar-Sendesignal auszusenden und die von mindestens einem Radarziel zurückgesendeten Radar-Empfangssignale auszuwerten, und mindestens einem Radarziel, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einem der Radarziele um einen aktiven Radarreflektor (704) handelt, der dazu ausgelegt ist, das Radar-Sendesignal auf charakteristische Weise zu modifizieren und zurückzusenden, wobei der Radarsensor dazu ausgelegt ist, die von dem aktiven Radarreflektor (704) aufgeprägte Modifikation zu erkennen und zu demodulieren.
Radarsystem nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: das Radarsystem wird im Bereich der Prozessautomatisierungstechnik eingesetzt; der aktive Radarreflektor ist dazu vorgesehen, Menschen oder Objekte im Gefahrbereich einer Maschine oder Anlage für den Radarsensor erkennbar zu machen; der aktive Radarreflektor ist dazu vorgesehen, die jeweilige Position eines Werkzeugs, eines Greifarms, einer beweglichen Robotik-Komponente auf Seiten des Radarsensors zu verfolgen; der aktive Radarreflektor ist an einer vorgegebenen Position relativ zum Radarsensor angebracht und ist dazu vorgesehen, dem Radarsensor eine standardisierte Abstandskalibrierung zu ermöglichen; zwei oder mehr aktive Radarreflektoren sind an einem Objekt angebracht und sind dazu vorgesehen, dem Radarsensor eine Erfassung der räumlichen Orientierung des Objekts zu ermöglichen.
Verfahren zum Erkennen von aktiven Radarreflektoren in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Aussenden eines Radarsignals durch einen Radarsensor, auf Seiten eines aktiven Radarreflektors (704), Empfangen des Radarsignals, Aufprägen einer charakteristischen Modifikation und Zurücksenden eines modifizierten Radarsignals, auf Seiten des Radarsensors, Empfangen des modifizierten Radarsignals, Erkennen und Auswerten des vom aktiven Radarreflektor modifizierten Radarsignals.
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch mindestens einen der folgenden Schritte: auf Seiten des Radarsensors, Erkennen und Auswerten von Radarsignalen, die von passiven Radarzielen verursacht sind, zusätzlich zum Erkennen und Auswerten der von den aktiven Radarreflektoren verursachten Radarsignale, auf Seiten des Radarsensors, gemeinsames Auswerten der von den aktiven Radarreflektoren und den passiven Radarzielen verursachten Radarsignale nach der Demodulation der von den aktiven Radarreflektoren aufgeprägten charakteristischen Modifikation.
Verfahren zum Unterscheiden der Radarsignale von aktiven Radarreflektoren und passiven Radarzielen in einer produktions- oder fördertechnischen Umgebung der Automatisierungstechnik, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Aussenden eines Radarsignals durch einen Radarsensor, auf Seiten eines passiven Radarziels (703), Empfangen und Rücksenden des Radarsignals, auf Seiten eines aktiven Radarreflektors (704), Empfangen des Radarsignals, Aufprägen einer charakteristischen Modifikation und Zurücksenden eines modifizierten Radarsignals, auf Seiten des Radarsensors, Empfangen der von passiven Radarzielen (703) zurückgesendeten Radarsignale und der von aktiven Radarreflektoren (704) zurückgesendeten Radarsignale, und Unterscheiden zwischen den Radarsignalen von aktiven Radarreflektoren (704) und den Radarsignalen von passiven Radarzielen (703) anhand der durch aktive Radarreflektoren (704) aufgeprägten charakteristischen Modifikation.
Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch mindestens einen der folgenden Schritte: Darstellen von Entfernung und/oder Winkellage der passiven Radarzeile und der aktiven Radarzeile auf einem Anzeigeelement oder Display, wobei die passiven Radarziele und die aktiven Radarreflektoren wahlweise gemeinsam oder einzeln dargestellt werden; Darstellen von Entfernung und/oder Winkellage der passiven Radarzeile und der aktiven Radarzeile auf einem Anzeigeelement oder Display, wobei die passiven Radarziele und die aktiven Radarreflektoren grafisch unterschiedlich dargestellt werden.