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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals eines mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Dauerstrichradars nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals nach Anspruch 12 sowie ein System nach Anspruch 14.
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Dauerstrichradare, auch Continuous Wave (CW) Radare genannt, senden ein kontinuierliches Hochfrequenzsignal aus, um verschiedene physikalische Eigenschaften (wie z.B. Geschwindigkeit und Richtung) von einem oder mehreren Zielen/Objekten relativ zum Radargerät zu erfassen. Die ausgesendete Strahlung in Form einer elektromagnetischen Welle wird dabei zumindest teilweise von einem Objekt in Richtung des Radars zurück reflektiert und anschließend vom Radar als zeitverzögertes Echosignal empfangen, wobei auch die Echosignale kontinuierlich empfangen werden. Das gleichzeitige Senden und Empfangen stellt den wesentlichen Unterschied zu den Impuls-Radaren dar, die kurze, elektromagnetische Impulse aussenden und dann auf ein Echosignal warten. Aus der Laufzeit, die das Signal vom Aussenden bis zum Empfangen braucht, kann dann der Abstand bzw. die Entfernung des Objektes vom Radargerät errechnet werden.
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Die Sendeleistung eines Dauerstrichradars ist um ein Wesentliches höher als die Empfangsleistung, so dass bei CW-Radaren die Schwierigkeit besteht, die Sendeeinheit möglichst gut von der Empfangseinheit abzuschirmen/zu isolieren, um ein Übersprechen von der Sendeeinheit auf die Empfangseinheit zu verhindern bzw. zu minimieren. Die Abschirmung/Isolation ist technisch sehr aufwendig und schwierig umzusetzen, so dass bei bekannten CW-Radaren beträchtliche Signalstörungen im Basisbandsignal auftreten.
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Unmodulierte Dauerstrichradargeräte können lediglich Änderungen der Entfernung von Objekten erfassen, nicht jedoch die absolute Entfernungen des Objektes, weil eine Messung der absoluten Laufzeit des Sendesignals nicht möglich ist. Wenn jedoch das Sendesignal zeitlich verändert, also moduliert wird, kann die Laufzeit aus der Veränderung/Modulation des Sendesignals gemessen werden. Im Prinzip ist jede Art von Modulation (Frequenzmodulation, Phasenmodulation und Amplitudenmodulation) geeignet, um das ausgesendete Signal mit Marken zu versehen, die nach dem Empfang des Echosignals auf die Laufzeit des Signales zurückschließen lassen. Wird in einem Dauerstrichradargerät eine Frequenzmodulation verwendet, so spricht man von einem frequenzmodulierten Dauerstrichradar oder auch FMCW-Radar. Diese sogenannten FMCW Radare modulieren die Sendefrequenz mit der Zeit, beispielswiese mit einer Sägezahnmodulation, so dass die empfangenen Echosignale durch die Laufzeit zwischen Sender und Empfänger eine andere Frequenz aufweisen, als die zum Empfangsmoment gesendeten Signale. Je höher der Frequenzunterschied ist, desto weiter ist das Objekt entfernt. FMCW Radare können auch als bildgebende Radare genutzt werden.
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Bei frequenzmodulierten CW Radaren tritt eine weitere Fehlerquelle/Störung im Basisband auf, nämlich ein Übersprechen des Modulationssignals von der Sendeeinheit auf die Empfangseinheit. Gerade bei Single-Chip Radaren tritt häufig ein Übersprechen des Modulationssignals in das Basisband auf. Diese Störung macht sich als Wechselspannungsanteil bemerkbar und kann um mehrere Größenordnungen höher sein, als die gesuchten Zielsignale.
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Eine weitere Fehlerquelle bei einigen CW- oder FMCW-Radaren ist, dass die differentiellen Verstärkerstufen nicht vollständig aufeinander angepasst sind. Dieser Fehler kann auch durch ein sorgsames Layout der Schaltungsbauteile nicht vollständig unterdrückt werden. Der Fehler macht sich durch ein differentielles Offset im Basisband bemerkbar.
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Weitere Fehlerquellen können z. B. Rauschen und/oder Drifteffekte sein, die oftmals im Größenordnungsbericht der gesuchten Zielsignale, d. h. der Signale im Basisband, die dem einen oder den mehreren Zielen/Objekten zugeordnet werden können, liegen.
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Zur Signalverarbeitung ist im analogen Bereich bekannt, Filterstrukturen einzusetzen, die den Frequenzbereich des Basisbands auf den zu erwartenden Bereich an Frequenzen eingrenzen. Ein Hochpassfilter wird hier z.B. gegen das DC-Offset eingesetzt. Diese Vorgehensweise ist vielmals unzureichend und führt nur mit sehr hohem Aufwand zu sinnvollen Ergebnissen, insbesondere wenn die Zielsignale benachbart zu den Störsignalen im Basisband liegen. Dieses ist beispielsweise der Fall, wenn sich die zu erfassenden Objekte langsam bewegen und/oder in geringer Entfernung zum Radar liegen. Zudem verringert ein Hochpassfilter die maximal mögliche Verstärkung des Signals, da z. B. an den steilen Flanken einer Sägezahnmodulation eine Sättigung des Verstärkers eintritt, die das Nutzsignal auslöscht. Auch ist diese Lösung nicht geeignet, den differentiellen Anteil des Gleichspannungs-Offsets zu kompensieren.
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Ebenfalls ist bekannt, das Basisband mittels eines Analog-Digital Wandlers (ADC) in ein digitales Signal zu wandeln und anschließend digital weiter zu bearbeiten. Um den vollen dynamischen Bereich des Analogsignals auszunutzen, sind hierfür jedoch hoch auflösende ADC mit mindestens 16 Bit notwendig. Jedoch auch bei der Verwendung eines 16 Bit-Signals werden nur etwa 3% des gesamten Wertebereiches verwendet, da die Zielsignale im Basisband um Größenordnungen schwächer als die Störungen im Basisband sind. Die Verwendung eines hochauflösenden ADCs, insbesondere der damit verbundenen Herstellungs- und Kostenaufwand, steht in keinem Verhältnis zu der gewonnen Signalausbeute. Darüberhinaus erhöhen sich auch der Software- und der digitale Bearbeitungsaufwand um ein Vielfaches, da die Auswertealgorithmen komplexer werden und hohe Rechenleistung von den Prozessoren erfordern.
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Verfahren und Vorrichtungen zur Signalverarbeitung bei FMCW-Radar sind beispielsweise in den Druckschriften
US 7,202,812 B2 und/oder
US 6,147,638 beschrieben. In Genschow et al. Synchronous signal acquisition and processing in FMCW-Radar applications, IEEE International Symposium on Signals, Systems, and Electronics (ISSSE 2012), Oct. 2012, ist ein Verfahren zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals bei einem FMCW-Radar beschrieben, wobei die durch das Übersprechen vom Sende- zum Empfangszweig hervorgerufenen unerwünschten Gleichspannungsanteile im Basis-bandsignal mittels eines Hochpassfilters unterdrückt werden, Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik besteht daher ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren und einer verbesserten Vorrichtung zur Signalverarbeitung eines Basisbandsignals eines frequenzmodulierten Dauerstrichradars.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Signalverarbeitung, insbesondere zur Störungskompensation, eines gestörten Basisbandsignals eines frequenzmodulierten Dauerstrichradars bereitzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, wobei die Störsignale im Basisbandsignal des Radars minimiert oder herausgefiltert und die Zielsignale erhöht sind.
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Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals eines mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Dauerstrichradars nach Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals nach Anspruch 12 sowie ein System nach Anspruch 14 gelöst.
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Gegenstände nach den abhängigen Unteransprüchen beschreiben bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und gestalten sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das System aus.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals eines mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Dauerstrichradars, umfassend die folgenden Schritte, nämlich ein Empfangen des gestörten Basisbandsignals über eine Schnittstelle des Dauerstrichradars, ein Bestimmen und Ausgeben eines einer Differenz des empfangenen Basisbandsignals und eines Gleichspannungsanteils entsprechenden Zwischensignals, ein Empfangen eines skalierten Modulationssignals, und ein Bestimmen und Ausgeben eines einer Differenz des Zwischensignals und des skalierten Modulationssignals entsprechenden gereinigten Basisbandsignals.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals eines mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Dauerstrichradar, umfassend die folgenden Merkmale, nämlich: eine erste Schnittstelle zum Empfangen des gestörten Basisbandsignals, eine zweite Schnittstelle zum Empfangen eines skalierten Modulationssignals, und einen Basisbandverstärker zum Bestimmen und Ausgeben eines einer Differenz des empfangenen Basisbandsignals und eines Gleichspannungsanteils entsprechenden Zwischensignals, und zum Bestimmen und Ausgeben eines einer Differenz des Zwischensignals und des skalierten Modulationssignals entsprechenden gereinigten Basisbandsignals.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein System mit einer Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung und einem frequenzmodulierten Dauerstrichradar.
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Ein gestörtes Basisbandsignal im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Basisband, welches Störungssignale in Form eines Gleichspannungs- und eines Wechselspannungsanteils umfasst, die unter anderem durch ein Übersprechen von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit herrühren. Darüberhinaus haben die Begriffe „Gleichspannungsanteil“ und „Gleichspannungssoffset“ im Sinne der vorliegenden Erfindung die Gleiche Bedeutung.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass ein direktes Übersprechen von der Senderseite zur Empfangsseite des Radargerätes, insbesondere von einer Sendeeinheit zur Empfangseinheit eines frequenzmodulierten Dauerstrichradars, sich durch einen Gleichspannungsanteil oder Gleichspannungs-Offset im Basisband bemerkbar macht und so zu einer Störung im Basisband führt. Im Vergleich zu den gesuchten Zielsignalen, d. h. die Signalanteile im Basisband, die einem und/oder mehreren Zielen/Objekten zugeordnet werden können, liegt der Gleichspannungsanteil im Basisband um mehrere Größenordnungen erhöht. Erfindungsgemäß wird dieser Gleichspannungsanteil oder Gleichspannungs-Offset vom Basisband mittels eines Basisbandverstärkers vom gestörten Basisband abgezogen.
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Weiterhin beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass bei frequenzmodulierten CW Radaren eine weitere Störung im Basisband auftritt, nämlich ein Übersprechen des Modulationssignals von der Sendeeinheit auf die Empfangseinheit. Diese Störung macht sich als Wechselspannungsanteil bemerkbar und kann um mehrere Größenordnungen größer als die gesuchten Zielsignale(anteile) im Basisband sein. Erfindungsgemäß ist es deshalb vorgesehen, eine skalierte Version des Modulationssignals bereitzustellen und anschließend mittels des Basisbandverstärkers vom Basisbandsignal abzuziehen. Das Modulationssignal beschreibt eine Modulation, z. B einen Sägezahn, des Sendesignales des frequenzmodulierten Dauerstrichradars. Das skalierte Modulationssignal umfasst einem statischen Anteil, der die Umkehrung des differentiellen Offsets beinhaltet, und einem dynamischen Anteil, der die inverse Modulationskurve (Sägezahn, Dreieck, ...) beinhaltet.
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Als Ergebnis der beiden Operationen, nämlich das Subtrahieren/Abziehen des Gleichspannungsanteils und des skalierteren Modulationssignals vom gestörten Basisband, erhält man ein gereinigtes Basisbandsignal, das anschließend ausgegeben und weiter verarbeitet werden kann.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen frequenzmodulierten Dauerstrichradars und des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
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Bevorzugt sieht eine Ausgestaltung vor, dass die Differenzbildung des empfangenen Basisbandsignals und des Gleichspannungsanteils sowie die des Zwischensignals und des skalierten Modulationssignals mittels eines steuerbaren Verstärkers, insbesondere eines steuerbaren DC-Servoverstärkers ausgeführt werden. Ein DC-Servoverstärker ist ein Operationsverstärker, der eine Eingangsspannung über einen Zeitraum integriert und dessen Ausgangspannung mit negativem Vorzeichen wieder auf den Eingang zurückkoppelt, um den Gleichspannungsanteil am Eingang zu kompensieren.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt umfasst, nämlich ein Digitalisieren des Basisbandsignals mittels eines Analog-Digital-Konverters. Bei dieser Ausgestaltungsform wird das Ausgangssignal des Basisbandverstärkers, der zum Bestimmen und Ausgeben eines der Differenz aus empfangenen Basisbandsignal und Gleichspannungsanteil entsprechenden Zwischensignals dient, mittels eines Analog-Digital-Konverters digitalisiert.
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Gemäß einem derzeit besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt umfasst, nämlich ein Transformieren des digitalisierten Basisbandsignals mittels einer Fast Fourier Transformation. Eine schnelle Fourier-Transformation (englisch: Fast Fourier Transformation, kurz: FFT) ist ein Algorithmus zur effizienten Berechnung der Werte einer diskreten Fourier-Transformation.
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Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass mittels der Fast Fourier Transformation der Gleichspannungsanteil ermittelt wird. Hierbei kann der Gleichspannungsanteil im 0-ten Frequenzbin ermittel werden. Hierbei wird die Summe aller ersten Fourierpolynome über einen bestimmten Zeitbereich gebildet und durch ihre Anzahl geteilt. Das Ergebnis entspricht dem Gleichspannungsanteil im diesem Zeitbereich.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Gleichspannungsanteil als Parameter in einem Regelkreis verwendet wird und mit Hilfe des Reglers ein Skalierungsfaktor für das skalierte Modulationssignal ermittelt wird.
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Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt umfasst, nämlich Bilden des skalierten Modulationssignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Skalierungsfaktor mittels einer Skalierungseinrichtung.
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Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte umfasst, nämlich Umwandeln des skalierten Modulationssignals in ein analoges Signal, insbesondere in ein Spannungssignal, mittels eines Digital-Analog-Wandlers, und Weiterleiten des analogen Signals, insbesondere des analogen Spannungssignals, über einen geschlossenen Regelkreis zum Basisbandverstärker. Hierbei wird das analoge Signal, insbesondere das analoge Spannungssignal, mittels eines geschlossenen Regelkreises zur zweiten Schnittstelle des Basisbandverstärkers weitergeleitet. Dort wird mit einem Operationsverstärker eine Differenz aus dem Zwischensignal und dem skalierten Modulationssignal zum Bilden und Ausgeben eines gereinigten Basisbandsignals gebildet.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung umfasst zusätzlich den folgenden Schritte, nämlich Umwandeln des Modulationssignals in ein analoges Signal, insbesondere ein Spannungssignal, mittels eines Digital-Analog-Wandlers zum Ansteuern eines spannungsgesteuerten Oszillators des frequenzmodulierten Dauerstrichradars.
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Bevorzugt sieht eine Ausgestaltung vor, dass das Basisbandsignal in Form eines differentiellen Signals mit einen Realanteil, insbesondere einem In-Phasen-Anteil, und einem Imaginäranteil, insbesondere einem Quadratur-Anteil, vom frequenzmodulierten Dauerstrichradar ausgebeben wird.
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Bevorzugt sieht eine Ausgestaltung vor, dass das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt umfasst, nämlich ein Anpassen des gereinigten Basisbandsignals an eine Verwendung des Dauerstrichradars, insbesondere Einschränken des gereinigten Basisbandsignals auf einen bestimmten Frequenzbereich und/oder Komprimieren des Basisbandsignals auf einen bestimmten Dynamikbereich. Hierdurch ist es beispielsweise möglich nahe und starke Zeile, insbesondere deren Signalanteile im Basisbandsignal zu dämpfen, so dass entfernte Ziele, insbesondere deren Signalanteile im Basisbandsignal besser erfasst werden können.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung konfiguriert ist, ein Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird. Im Einzelnen zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung für ein System zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals eines mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Dauerstrichradars,
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2: ein schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltungsform für einen Kanal eines Basisbandverstärkers, und
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3: ein Ergebnis der Basisbandverarbeitung mit dem/der in den 1 und 2 dargestellten und beschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltungsform für ein System 1 zur Signalverarbeitung eines Basisbandsignals, insbesondere zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals eines mit einem Modulationssignal 10 frequenzmodulierten Dauerstrichradars 2 (FMCW). Das frequenzmodulierte Dauerstrichradar 2 umfasst eine Sendeeinheit 2.1, insbesondere eine Sendeantenne, zum Aussenden eines kontinuierlichen, frequenzmodulierten Sendesignals, eine Empfangseinheit 2.2, insbesondere eine Empfangsantenne, zum Empfangen eines zeitverzögerten Echosignals und eine Schnittstelle, insbesondere einen Eingang 2.3 zur Steuerung der Sendefrequenz des ausgesendeten frequenzmodulierten Sendesignals mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators, auch als VCO (englisch: voltage-controlled oscillator) bekannt. An den Eingang 2.3 wird ein Modulationssignal, das mittels eines ersten Digital-Analog-Konverters (DAC) 9 in ein analoges Spannungssignal gewandelt wurde, angelegt und dient zur Steuerung des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) des frequenzmodulierten Dauerstrichradars 2, das dementsprechend das ausgesendete Sendesignal moduliert.
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Die Basisbandausgänge 2.4 des Dauerstrichradars 2 sind über eine Schnittstelle mit einem ersten Eingang 3.1 des Basisbandverstärkers 3 verbunden. Darüberhinaus umfasst der Basisbandverstärker 3 zusätzlich eine weitere Schnittstelle, insbesondere einen zweiten Eingang 3.2, zum Empfangen einer skalierten Version des Modulationssignals, das den Modulationsstörungen im Radargerät entspricht. Das Modulationssignal beschreibt eine Modulation des vom Dauerstrichradars 1 ausgesendeten Sendesignales.
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Das Ausgangssignal des Basisbandverstärkers 3 wird mittels eines Analog-Digital-Konverters (ADC) 4 digitalisiert und der weiteren Verarbeitung, vorliegend einer Fast Fourier Transformation (FFT) 5 unterzogen. Als Nebenprodukt der FFT kann ein Gleichspannungsanteil berechnet werden, der als Parameter für den Regler 6 (DC) verwendet wird. Mit dem Regler 6 wird ein Skalierungsfaktor des bekannten Modulationssignals 10 so gewählt werden, dass der Gleichspannungsanteil auf null geht. Der Regler 6 ist hierbei konfiguriert, den Skalierungsfaktor solange anzupassen bis der Gleichspannungsanteil auf null geregelt wird, wobei der Skalierungsfaktor als Steuergröße im Regler 6 verwendet wird. Der Gleichspannungsanteil, bzw. eine entsprechendes Gleichspannungsanteilsignal, dient also als zu regelnde Größe, die auf einen Sollwert von Null geregelt wird.
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Nach der Ermittlung des Skalierungsfaktors wird das Modulationssignal 10 gemäß dem ermittelten Skalierungsfaktor skaliert und mit dem zweiten Digital-Analog-Konverter 9 in ein Spannungssignal gewandelt, welches dann zur Kompensation für das Modulationsübersprechen verwendet wird, wobei das mittels des zweiten Digital-Analog-Konverters 9 (DAC) gewandelte Signal wieder an den Basisbandverstärker 3, insbesondere den Eingang 3.2, zugeführt wird.
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Mit dem in der 1 dargestellten System 1 zur Signalverarbeitung eines Basisbandsignals, insbesondere zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals, erfolgt die Entfernung der Gleichspannungskomponente vorzugsweise mit einem Differenzverstärker mit geringer Verstärkung. Die Kompensation der Modulationssignale erfolgt über die Subtraktion einer skalierten Version des Modulationssignals vom Basisbandsignal. Vorzugsweise geschieht dies mit einem einfachen Operationsverstärker, der als Summierer geschaltet ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden diese beiden Schritte von einem oder mehreren steuerbaren Servoverstärker(n) ausgeführt.
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Darüberhinaus können in einem weiteren Schritt mittels einer Anpassungseinrichtung der Dynamik- und Frequenzbereich des Basisbandsignals an die gewünschte Verwendung des Dauerstrichradars angepasst. Hierfür ist beispielsweise ein Tiefpassfilter als Anti-Aliasfilter und optional ein Hochpassfiler vorgesehen, um z. B. Dopplersignale zu entfernen oder niederfrequente Signale von nahen Zielen mit hoher Amplitude zu dämpfen. Hierdurch wird die Erkennung entfernter Ziele mit geringer Amplitude erleichtert.
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Die in der 1 dargestellte Signalverarbeitungsvorrichtung zur Signalverarbeitung eines Basisbandsignals eines frequenzmodulierten Dauerstrichradars, insbesondere zur Störungskompensation eines gestörten Basisbandsignals, ist als geschlossener Regelkreis gebildet, wobei der Regelkreis durch die folgenden Bauelemente gebildet wird, nämlich Basisbandverstärker 3, Analog-Digital-Wandler (ADC) 4, Fast Fourier Transformation (FFT) 5, Regler (DC) 6 Skalierungseinrichtung 7 und zweiter Digital-Analog Wandler (DAC) 9. Insbesondere über die (Zurück-)Rückführung des skalierten Modulationssignals vom zweiten Digital-Analog-Konverter zum Basisbandverstärker 3 wird der Regelkreis geschlossen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltungsform für einen Kanal, beispielsweise einen Realanteil, insbesondere einem In-Phasen-Anteil I, oder einem Imaginäranteil, insbesondere einem Quadratur-Anteil Q, des Basisbandverstärkers 3, wie er beispielsweise in dem System gemäß der 1 verwendet wird. Der in der 2 dargestellte Basisbandverstärker 3 ist zwischen dem Dauerstrichradar 2, insbesondere dem FMCW-Radar, und dem Analog-Digital-Wandler 4 angeordnet und umfasst zumindest einen ersten Differenzverstärker 21 und einen zweiten Differenzverstärker 23. Optional kann ein Filterkreis 22 vorgesehen sein.
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Im ersten Differenzverstärker 21 wird der Gleichspannungsanteil oder Offset entfernt. Vorliegend ist der Differenzverstärker 21 als ein steuerbarer DC-Servoverstärker ausgeführt, der die Eingangsspannung über einen Zeitraum mittels eines ersten Integrators 24 integriert und dessen Ausgangspannung mit negativem Vorzeichen wieder auf den Eingang zurückkoppelt, um den Gleichspannungsanteil zu kompensieren. Außerdem wird im ersten Differenzverstärker 21 das Modulationsübersprechen im Basisbandsignal entfernt. Für die Kompensation der Modulationsstörung wird am zweiten Eingang 3.2 des Basisbandverstärkers 3 eine skalierte Version des Modulationsspannungssignals angelegt. Der Skalierungsfaktor für die Kompensation wird aus dem Gleichspannungsanteil des Analog-Digital (A-D) gewandelten Signals gewonnen. Dazu wird das Basisbandsignal von einem ADC in die digitale Domäne überführt (wie oben beschrieben). Anschließend wird der Gleichspannungsanteil errechnet. Dazu kann entweder die in den meisten FMCW-Radaren implementierte FFT genutzt werden, die den Gleichanteil im 0-ten Frequenz-Bin enthält. Alternativ oder ergänzend kann auch eine Summe über alle Werte eines Wertefensters berechnet werden.
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Im zweiten Differenzverstärker 23 wird ein differentielles Offset aus dem Basisbandsignal entfernt. Außerdem wird über einen optionalen Eingang 3.3 eine Referenzspannung eingespeist, die auch dem Analog-Digital-Wandler zugeführt wird. Auch der zweite Differenzverstärker 23 ist vorliegend als DC-Servoverstärker mit einem zweiten Integrator 25 gebildet.
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Im Filter 22, welcher dem Differenzverstärker nachgeschaltet ist, wird der Frequenzbereich des Basisbandverstärkers an die gewünschten Anforderungen angepasst. Hierbei wird beispielsweise der Dynamik- und Frequenzbereich des Basisbandsignals an die gewünschte Verwendung des Dauerstrichradars angepasst. Hierfür sind beispielsweise ein Tiefpassfilter und/oder ein Hochpassfiler vorgesehen. Der Filter 22 ist optional.
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3 zeigt das Ergebnis der Basisbandbearbeitung nach dem in dem 1 und 2 beschriebenen Verfahren im Vergleich zu konventionellen Verfahren. Auf der horizontalen Achse ist die Frequenz f in [Hz] und auf der vertikalen Achse die Amplitude in [dB] dargestellt.
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Im linken Teil der 3 ist das gereinigte Basisband mit Kreisen dargestellt, das noch nicht an die Verwendung des Radars angepasst wurde. Im rechten Teil der 3 wurde eine Anpassung vorgenommen. Im vorliegenden Beispiel ist der optimale Skalierungsfaktor –2 (CorrScale). Es ist deutlich zu erkennen, wie das Dopplersignal bei 100 Hz aus dem Rauschpegel hervorsticht, wenn der Regelkreis eingeschwungen ist. Das Modulationsübersprechen und Demodulationsprodukte werden um 40 dB gesenkt. Das Zielobjekt bei 1 kHz wird um 10 dB angehoben und gleichzeitig der Rauschpegel um 10 dB abgesenkt. Im rechten Teil der Abbildung wurde ein Filter genutzt, um starke nahe Ziele zu dämpfen, so dass schwächere und weiter entfernte Ziele/Objekte besser detektiert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Dauerstrichradar, insbesondere FMCW-Radar
- 2.1
- Sendeeinheit, insbesondere Sendeantenne,
- 2.2
- Empfangseinheit, insbesondere Empfangsantenne
- 2.3
- Schnittstelle/Eingang zur Steuerung der Sendefrequenz
- 2.4
- Basisbandausgänge
- 3
- Basisbandverstärker
- 3.1
- Erster Eingang für das Basisbandsignal
- 3.2
- Zweiter Eingang für das skalierte Modulationssignal
- 3.3
- Dritter Eingang für eine Referenzspannung des ADC
- 4
- Analog-Digital-Wandler (ADC)
- 5
- Fast Fourier Transformation (FFT)
- 6
- Regler (DC)
- 7
- Skalierungseinrichtung
- 8
- Erster Digital-Analog Wandler (DAC)
- 9
- Zweiter Digital-Analog Wandler (DAC)
- 10
- Modulationssignal
- 11
- Applikationssoftware des Radars
- 21
- Erster Differenzverstärker
- 22
- Filterkreis
- 23
- Zweiter Differenzverstärker
- 24
- Erster Integrator
- 25
- Zweiter Integrator
