DE102015219612A1 - System architecture for a MIMO level radar - Google Patents
System architecture for a MIMO level radar Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015219612A1 DE102015219612A1 DE102015219612.7A DE102015219612A DE102015219612A1 DE 102015219612 A1 DE102015219612 A1 DE 102015219612A1 DE 102015219612 A DE102015219612 A DE 102015219612A DE 102015219612 A1 DE102015219612 A1 DE 102015219612A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- signal
- phase locked
- local oscillator
- locked loop
- bulk material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F22/00—Methods or apparatus for measuring volume of fluids or fluent solid material, not otherwise provided for
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/284—Electromagnetic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
- G01S13/343—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using sawtooth modulation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/35—Details of non-pulse systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
- G01B15/04—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/80—Arrangements for signal processing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
FMCW-Füllstandradar zum Erfassen der Topologie der Oberfläche eines Schüttguts, bei dem jedem Sender und jedem Empfänger eine eigene Phasenregelschleife zugeordnet ist. Sämtliche Phasenregelschleifen werden durch einen zentralen Referenztaktgeber angesteuert. Hierdurch ist es auf einfache und kostengünstige Weise möglich, die Anzahl der Sende- und/oder Empfangskanäle zu vergrößern.FMCW level radar for detecting the topology of the surface of a bulk material, where each transmitter and each receiver has its own phase locked loop. All phase-locked loops are controlled by a central reference clock. This makes it possible in a simple and cost-effective manner to increase the number of transmitting and / or receiving channels.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft die dreidimensionale Füllstandmessung mit Radar. Insbesondere betrifft die Erfindung ein FMCW-Füllstandradar zum Erfassen der Topologie der Oberfläche eines Schüttguts sowie ein Verfahren zum Erfassen der Topologie der Oberfläche eines Schüttguts.The invention relates to the three-dimensional level measurement with radar. In particular, the invention relates to an FMCW level radar for detecting the topology of the surface of a bulk material and to a method for detecting the topology of the surface of a bulk material.
Technischer HintergrundTechnical background
Im Bereich der dreidimensionalen Füllstandmessung mit Radar ergeben sich völlig neue Anwendungszielsetzungen. Konnte bislang bei Schüttgutmessungen nur ein grober Messwert der aktuellen Füllhöhe ermittelt werden, so eröffnet sich bei der dreidimensionalen Füllstandmessung die Möglichkeit der Erfassung des Volumens und/oder der Masse des in einem Behälter enthaltenen Schüttgutes.In the field of three-dimensional level measurement with radar, completely new application goals arise. So far, only a rough measurement of the current filling level could be determined in bulk material measurements, so opens in the three-dimensional level measurement, the possibility of detecting the volume and / or mass of the bulk material contained in a container.
Zur Erfassung der Topologie der Schüttgutoberfläche werden Füllstandradare eingesetzt, welche die Schüttgutoberfläche abtasten können. Aus den von den verschiedenen Bereichen der Schüttgutoberfläche reflektierten Sendesignalen kann dann die Oberflächentopologie des Schüttgutes berechnet werden.To record the topology of the bulk material surface level radars are used, which can scan the bulk material surface. The surface topology of the bulk material can then be calculated from the transmission signals reflected from the various regions of the bulk material surface.
Die Abtastung der Schüttgutoberfläche kann mechanisch durch Verstellen der Hauptabstrahlrichtung der Antenne erfolgen oder elektronisch, indem Verfahren der digitalen Strahlumformung angewendet werden. Im letzteren Fall weist das Füllstandmessgerät eine aus mehreren Sende- und/oder Empfangseinrichtungen bestehende Antenne sowie eine dazu passende Auswerteeinheit auf. Aufgrund der Vielzahl an Kanälen sind diese Geräte aufwendig in der Herstellung.Scanning of the bulk material surface may be done mechanically by adjusting the main emission direction of the antenna or electronically using digital beamforming techniques. In the latter case, the fill level measuring device has an antenna consisting of a plurality of transmitting and / or receiving devices and a matching evaluation unit. Due to the large number of channels, these devices are expensive to manufacture.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein FMCW-Füllstandradar zum Erfassen der Topologie der Oberfläche eines Schüttguts bereitzustellen, welches eine einfache aber dennoch zuverlässige und flexible Systemarchitektur aufweist.It is an object of the invention to provide an FMCW level radar for detecting the topology of the surface of a bulk material which has a simple yet reliable and flexible system architecture.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein FMCW-Füllstandradar (FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave), welches nach dem frequenzmodulierten Dauerstrichradarverfahren arbeitet und zum Erfassen der Topologie der Oberfläche des Schüttguts ausgeführt ist.A first aspect of the invention relates to an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) level radar, which operates according to the frequency-modulated continuous wave radar method and is designed to detect the topology of the surface of the bulk material.
Das Füllstandradar weist eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung auf. Die Sendeeinrichtung enthält eine erste Phasenregelschleife (PLL: Phase Locked Loop), wobei die Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Sendesignals in Richtung der Oberfläche des Schüttguts ausgeführt ist. Die Empfangseinrichtung weist eine zweite Phasenregelschleife auf und dient dem Empfangen eines Empfangssignals. Bei dem Empfangssignal handelt es sich um das an der Oberfläche des Schüttguts reflektierte Sendesignal.The filling level radar has a transmitting device and a receiving device. The transmitting device contains a first phase locked loop (PLL: Phase Locked Loop), wherein the transmitting device is designed to emit a transmission signal in the direction of the surface of the bulk material. The receiving device has a second phase-locked loop and is used to receive a received signal. The received signal is the transmission signal reflected on the surface of the bulk material.
Darüber hinaus dient die Empfangseinrichtung zum Mischen des Empfangssignals mit einem von der zweiten Phasenregelschleife erzeugten Lokaloszillatorsignal, um ein Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen. Es ist ein zentraler Referenztaktgeber vorgesehen, der zum Bereitstellen eines Taktsignals an sämtliche Phasenregelschleifen sowohl der Sendeeinrichtung(en) als auch der Empfangseinrichtung(en) ausgeführt ist.In addition, the receiving means is for mixing the received signal with a local oscillator signal generated by the second phase locked loop to produce an intermediate frequency signal. A central reference clock is provided, which is designed to provide a clock signal to all phase locked loops of both the transmitting device (s) and the receiving device (s).
Insbesondere können die Sendeeinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung weitere Phasenregelschleifen aufweisen, welche entsprechende Sendesignale bzw. Lokaloszillatorsignale zum Erzeugen der Zwischenfrequenzsignale erzeugen.In particular, the transmitting device and / or the receiving device can have additional phase locked loops which generate corresponding transmission signals or local oscillator signals for generating the intermediate frequency signals.
Das Füllstandradar weist demnach mehrere Sender und Empfänger auf, wobei jeder Sendeeinrichtung und jeder Empfangseinrichtung jeweils eine eigene Phasenregelschleife zugeordnet ist. Jedoch weist das FMCW-Füllstandradar beispielsweise nur genau einen zentralen Referenztaktgeber auf, der sämtlichen Phasenregelschleifen das Taktsignal vorgibt.The filling level radar therefore has a plurality of transmitters and receivers, wherein each transmitting device and each receiving device is each assigned its own phase locked loop. However, the FMCW level radar, for example, has only one central reference clock, which gives the clock signal to all phase locked loops.
Verglichen mit der Bereitstellung einer einzigen Phasenregelschleife, deren Signal auf mehrere Sendeeinrichtungen aufgeteilt wird, ist die Anordnung jeweils einer Phasenregelschleife pro Sendeeinrichtung in Kombination mit einem zentralen Referenztaktgeber vorteilhaft, da es aus technischer Sicht weniger anspruchsvoll ist, das eine Referenztaktsignal auf die verschiedenen Phasenregelschleifen aufzuteilen, als das Signal einer einzelnen Phasenregelschleife auf mehrere Sendeeinrichtungen aufzuteilen. Ein Grund hierfür ist darin zu sehen, dass die Frequenz des Taktsignals deutlich niedriger ist als die Frequenz des Signals, das von der Phasenregelschleife erzeugt wird.Compared to the provision of a single phase-locked loop whose signal is split among several transmitters, arranging one phase locked loop per transmitter in combination with a central reference clock is advantageous since it is technically less demanding to divide a reference clock signal among the different phase locked loops. as the signal of a single phase locked loop to divide multiple transmitters. One reason for this is that the frequency of the clock signal is significantly lower than the frequency of the signal generated by the phase locked loop.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dient die erste Phasenregelschleife dem Erzeugen eines ersten Lokaloszillatorsignals in Form einer Frequenzrampe, sodass die Frequenz des Lokaloszillatorsignals über die Zeit ansteigt. Bei dem ausgesendeten Sendesignal handelt es sich zumindest im Wesentlichen um dieses Lokaloszillatorsignal. Beispielsweise kann das LO-Signal im Sender noch verstärkt oder frequenzvervielfacht werden. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Frequenz des LO-Signals auch über der Zeit abfällt.According to one embodiment of the invention, the first phase-locked loop serves to generate a first local oscillator signal in the form of a frequency ramp, so that the frequency of the local oscillator signal increases over time. The transmitted transmission signal is at least substantially this local oscillator signal. For example, the LO signal in the transmitter can be amplified or frequency multiplied. In addition, it can be provided that the frequency of the LO signal also decreases over time.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich auch bei dem zweiten Lokaloszillatorsignal, das zum Erzeugen des Zwischenfrequenzsignals verwendet wird, um ein Signal in Form einer Frequenzrampe, sodass die Frequenz dieses Lokaloszillatorsignals über die Zeit ansteigt.According to a further embodiment of the invention, the second local oscillator signal used to generate the intermediate frequency signal is also a signal in the form of a frequency ramp, so that the frequency of this local oscillator signal increases over time.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Füllstandradar eine dritte Phasenregelschleife auf, die zum Erzeugen eines weiteren Lokaloszillatorsignals in Form einer Frequenzrampe ausgeführt ist, sodass die Frequenz des weiteren Lokaloszillatorsignals über die Zeit ansteigt. Es ist eine weitere Sendeeinrichtung oder Empfangseinrichtung vorgesehen, welche diese dritte Phasenregelschleife aufweist. Die Sendeeinrichtung verwendet dann das weitere Lokaloszillatorsignal als Sendesignal bzw. die Empfangseinrichtung verwendet das weitere Lokaloszillatorsignal zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals.According to a further embodiment of the invention, the fill level radar has a third phase-locked loop, which is designed to generate a further local oscillator signal in the form of a frequency ramp, so that the frequency of the further local oscillator signal increases over time. A further transmitting device or receiving device is provided which has this third phase locked loop. The transmitting device then uses the further local oscillator signal as the transmission signal or the receiving device uses the further local oscillator signal for generating an intermediate frequency signal.
Wie bereits oben beschrieben kann das Füllstandradar eine Vielzahl an Sendeeinrichtungen (je mit einer eigenen Phasenregelschleife versehen) und/oder Empfangseinrichtungen (ebenfalls jeweils mit einer eigenen Phasenregelschleife versehen) aufweisen. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass auch vorgesehen sein kann, dass sich jeweils eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung eine Phasenregelschleife teilen. Beispielsweise sind in diesem Fall Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung auf ein und demselben Chip integriert und der Chip kann, je nach Ansteuerung, die Funktion der Sendeeinrichtung bzw. der Empfangseinrichtung ausführen. Auch kann der Chip ausgeführt sein, gleichzeitig die Funktion der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung auszuführen.As already described above, the fill level radar can have a multiplicity of transmitting devices (each provided with its own phase locked loop) and / or receiving devices (likewise each provided with its own phase locked loop). It should be noted, however, that it can also be provided that in each case a transmitting device and a receiving device share a phase locked loop. For example, in this case, transmitting device and receiving device are integrated on one and the same chip, and the chip can, depending on the control, perform the function of the transmitting device or of the receiving device. Also, the chip may be designed to simultaneously perform the function of the transmitting device and the receiving device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine zentrale Steuereinheit vorgesehen, die zur Bereitstellung eines Triggersignals an eine Vielzahl oder sogar an sämtliche Phasenregelschleifen zum Starten der jeweiligen Frequenzrampe ausgeführt ist.According to a further embodiment of the invention, a central control unit is provided, which is designed to provide a trigger signal to a plurality or even to all phase-locked loops for starting the respective frequency ramp.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind jeweils eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung in einer Einheit integriert, bei der es sich beispielsweise um einen Chip handelt, wobei jede dieser Einheiten jeweils nur einer Phasenregelschleife zugeordnet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Sendeeinrichtungen und mehrere Empfangseinrichtungen in einem Chip untergebracht sind.According to a further embodiment of the invention, in each case a transmitting device and a receiving device are integrated in one unit, which is, for example, a chip, wherein each of these units is in each case associated with only one phase-locked loop. It may also be provided that a plurality of transmitting devices and a plurality of receiving devices are accommodated in a chip.
Hierdurch kann die Flexibilität der Anordnung erhöht werden, da jeder Chip sowohl Sendefunktion als auch Empfangsfunktion übernehmen kann. Es kann somit vorgesehen sein, dass Sender und Empfänger in einem Chip untergebracht werden, die dann auch gleichzeitig mit einem LO-Signal betrieben werden können. Es ist auch möglich, entweder nur den Sender im Chip oder nur den Empfänger im Chip zu betreiben.As a result, the flexibility of the arrangement can be increased, since each chip can take over both transmit and receive function. It can thus be provided that the transmitter and receiver are accommodated in a chip, which can then also be operated simultaneously with an LO signal. It is also possible to operate either only the transmitter in the chip or only the receiver in the chip.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entspricht die Form des Lokaloszillatorsignals der ersten Phasenregelschleife der Form des Lokaloszillatorsignals der zweiten Phasenregelschleife. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der Topologie der Oberfläche eines Schüttguts, bei dem ein Taktsignal an mehrere Phasenregelschleifen durch einen zentralen Referenztaktgeber bereitgestellt wird. Daraufhin wird ein durch eine erste Phasenregelschleife erzeugtes Sendesignal in Richtung der Oberfläche des Schüttguts ausgesendet. Es erfolgt dann eine Reflexion des Signals an der Schüttgutoberfläche und ein Empfangen eines entsprechenden Empfangssignals, bei dem es sich um das an der Oberfläche des Schüttguts reflektierte Sendesignal handelt. Daraufhin wird das Empfangssignal mit einem von einer zweiten Phasenregelschleife erzeugten Lokaloszillatorsignal gemischt, um ein Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen. Dieses Zwischenfrequenzsignal wird dann an der Auswerteeinheit (zusammen mit den von den anderen Empfangseinheiten erzeugten Zwischenfrequenzsignalen) ausgewertet, um Informationen über die Topologie der Schüttgutoberfläche zu erzeugen.According to a further embodiment of the invention, the shape of the local oscillator signal of the first phase locked loop corresponds to the shape of the local oscillator signal of the second phase locked loop. A further aspect of the invention relates to a method for detecting the topology of the surface of a bulk material, wherein a clock signal is provided to a plurality of phase locked loops by a central reference clock. Subsequently, a transmission signal generated by a first phase-locked loop is emitted in the direction of the surface of the bulk material. There is then a reflection of the signal at the bulk material surface and receiving a corresponding received signal, which is the reflected on the surface of the bulk material transmission signal. Thereafter, the receive signal is mixed with a local oscillator signal generated by a second phase locked loop to produce an intermediate frequency signal. This intermediate frequency signal is then evaluated at the evaluation unit (together with the intermediate frequency signals generated by the other receiving units) in order to generate information about the topology of the bulk material surface.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Werden in den folgenden Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.Hereinafter, embodiments of the invention will be described. If the same reference numbers are used in the following figures, these designate the same or similar elements. However, identical or similar elements can also be designated by different reference symbols.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The illustrations in the figures are schematic and not to scale.
Das Füllstandradarmessgerät
Das Füllstandmessgerät
Je nach Ausgestaltung des Füllstandmessgeräts kann die Antennenhalterung
Es können verschiedene Radarverfahren eingesetzt werden. Häufig wird das frequenzmodulierte Dauerstrichverfahren verwendet. In diesem Zusammenhang spricht man von FMCW-Füllstandradargeräten. Dabei erzeugt eine Phasenregelschleife eine Frequenzrampe, die über die Antenne abgesendet wird. Dieses Signal wird als Lokaloszillatorsignal (LO-Signal) bezeichnet. Das reflektierte Empfangssignal wird mit dem Sendesignal gemischt, wobei die Frequenz des so erzeugten Zwischenfrequenzsignals in einem linearen Zusammenhang mit dem Abstand des Reflektors, also beispielsweise der Schüttgutoberfläche, steht.Various radar methods can be used. Frequently, the frequency-modulated continuous wave method is used. In this context we speak of FMCW level radars. In this case, a phase-locked loop generates a frequency ramp which is transmitted via the antenna. This signal is called a local oscillator (LO) signal. The reflected received signal is mixed with the transmission signal, wherein the frequency of the intermediate frequency signal thus generated in a linear relationship with the distance of the reflector, so for example, the bulk material surface is.
Die Verfahren der digitalen Strahlumformung benötigen eine Vielzahl solcher Radarschaltungen in einem Gerät und können mit verschiedenen Systemarchitekturen realisiert werden. Zu unterscheiden sind Systeme mit einem Sender bzw. einer Sendeeinrichtung und mehreren Empfängern bzw. Empfangseinrichtungen (Single Input Multiple Output, SIMO), Systeme mit mehreren Sendern und einem Empfänger (Multiple Input Single Output, MISO) und Systeme mit mehreren Sendern und mehreren Empfängern (Multiple Input Multiple Output, MIMO).The methods of digital beamforming require a large number of such radar circuits in one device and can be implemented with different system architectures. A distinction must be made between systems with one transmitter or a transmitting device and several receivers or receiving devices (SIMO), systems with several transmitters and one receiver (Multiple Input Single Output, MISO) and systems with several transmitters and multiple receivers ( Multiple Input Multiple Output, MIMO).
Diese Art der Aufteilung der hochfrequenten Signale der PLL
Ein grundsätzlicher Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass jedem Sender
Es sind vier PLLs
Jeder Sender
Jeder Sender und jeder Empfänger ist also an den Signalausgang einer eigenen PLL angeschlossen, die das LO-Signal für jede Sende-/Empfangseinrichtung separat erzeugt.Each transmitter and each receiver is thus connected to the signal output of its own PLL, which generates the LO signal separately for each transceiver.
Den einzelnen PLLs wird jedoch der gleiche Systemtakt zugeführt, der aus einer einzigen Referenz
Darüber hinaus ist eine zentrale Steuereinheit
Jede PLL erzeugt somit eine separate Frequenzrampe, die mit den Frequenzrampen der anderen PLLs identisch ist. Durch die Sender wird diese Frequenzrampe abgesendet und in den Empfängern das empfangene Signal mit dieser Frequenzrampe gemischt, um so ein Zwischenfrequenzsignal zu erhalten. Zusätzliche Phasenfehler, die durch diese Systemarchitektur entstehen, können durch Kalibration herausgerechnet werden.Each PLL thus generates a separate frequency ramp which is identical to the frequency ramps of the other PLLs. By the transmitter, this frequency ramp is sent and mixed in the receivers, the received signal with this frequency ramp, so as to obtain an intermediate frequency signal. Additional phase errors caused by this system architecture can be eliminated by calibration.
Wie auch schon in den vorherigen und auch in den folgenden Ausführungsbeispielen kann ein einziger ein Referenztaktgeber
Bei dem Ausführungsbeispiel der
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können jeweils ein Sender und ein Empfänger in einer Einheit integriert sein. Diese Einheit nutzt für das Senden und Empfangen das gleiche LO-Signal und kann als Frontend für ein einzelnes Füllstandmessgerät verstanden werden, wie dies in der
Somit handelt es sich also bei der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung um dieselbe Vorrichtung (siehe beispielsweise Vorrichtung
Jede Gruppe
Der in der
PLL
In diesem und in allen anderen Ausführungsbeispielen können zehn oder mehr Sende- und/oder Empfangskanäle vorgesehen sein.In this and in all other embodiments, ten or more transmitting and / or receiving channels may be provided.
Einen wesentlichen Vorteil bietet die oben beschriebene Systemarchitektur hinsichtlich des einfacheren LO-Verteilnetzwerks, bei dem nahezu beliebig viele Radarfrontends parallelisiert werden können. Aufgrund der hohen Integrierbarkeit der einzelnen Systemkomponenten von PLL und Radarfrontend verursachen zusätzliche PLL-Bausteine keine höheren Kosten.The system architecture described above with regard to the simpler LO distribution network, in which almost any number of radar front ends can be parallelized, offers a significant advantage. Due to the high integrability of the individual system components of the PLL and the radar front end, additional PLL components do not cause any higher costs.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend” und „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.In addition, it should be noted that "comprising" and "having" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a plurality. It should also be appreciated that features or steps described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limitations.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015219612.7A DE102015219612A1 (en) | 2015-10-09 | 2015-10-09 | System architecture for a MIMO level radar |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015219612.7A DE102015219612A1 (en) | 2015-10-09 | 2015-10-09 | System architecture for a MIMO level radar |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015219612A1 true DE102015219612A1 (en) | 2017-04-13 |
Family
ID=58405490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015219612.7A Pending DE102015219612A1 (en) | 2015-10-09 | 2015-10-09 | System architecture for a MIMO level radar |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102015219612A1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017217805A1 (en) * | 2017-10-06 | 2019-04-11 | Vega Grieshaber Kg | Radar level gauge with synchronization signal on different line types |
WO2019211923A1 (en) * | 2018-05-01 | 2019-11-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Frequency modulation continuous wave (fmcw) -based system and method for fmcw range estimation |
EP3770632A1 (en) * | 2019-07-25 | 2021-01-27 | VEGA Grieshaber KG | Combined radar sensors with a radarsenor for level gauging and a radarsensor for environmental monitoring |
JP2021510202A (en) * | 2018-01-11 | 2021-04-15 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングRobert Bosch Gmbh | Radar system with clock generator built into central control unit |
EP3692343B1 (en) * | 2017-10-06 | 2022-10-05 | VEGA Grieshaber KG | Level gauge with radar system |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009027495A1 (en) * | 2008-08-01 | 2010-02-11 | Infineon Technologies Ag | Heterodyne transceiver systems and methods |
US20100066589A1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-03-18 | Enraf B.V. | Method and apparatus for highly accurate higher frequency signal generation and related level gauge |
DE102008050117A1 (en) * | 2008-10-06 | 2010-04-08 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Calibration of a radar unit with device-specific correction curves |
DE102013101547A1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | Electronics And Telecommunications Research Institute | MIMO radar system with multiple transmitters and receivers |
DE112013001102T5 (en) * | 2012-02-22 | 2014-11-06 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Hybrid radar integrated into single package |
DE102013108489A1 (en) * | 2013-08-06 | 2015-02-12 | Finetek Co., Ltd. | Frequency modulated continuous wave radar level indicator and signal tracking and phase locking method therefor |
US20150061781A1 (en) * | 2013-08-28 | 2015-03-05 | Fujitsu Limited | Electronic circuit and control method |
-
2015
- 2015-10-09 DE DE102015219612.7A patent/DE102015219612A1/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009027495A1 (en) * | 2008-08-01 | 2010-02-11 | Infineon Technologies Ag | Heterodyne transceiver systems and methods |
US20100066589A1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-03-18 | Enraf B.V. | Method and apparatus for highly accurate higher frequency signal generation and related level gauge |
DE102008050117A1 (en) * | 2008-10-06 | 2010-04-08 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Calibration of a radar unit with device-specific correction curves |
DE112013001102T5 (en) * | 2012-02-22 | 2014-11-06 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Hybrid radar integrated into single package |
DE102013101547A1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | Electronics And Telecommunications Research Institute | MIMO radar system with multiple transmitters and receivers |
DE102013108489A1 (en) * | 2013-08-06 | 2015-02-12 | Finetek Co., Ltd. | Frequency modulated continuous wave radar level indicator and signal tracking and phase locking method therefor |
US20150061781A1 (en) * | 2013-08-28 | 2015-03-05 | Fujitsu Limited | Electronic circuit and control method |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11015970B2 (en) | 2017-10-06 | 2021-05-25 | Vega Grieshaber Kg | Radar level measurement device comprising synchronisation signals on different line types |
WO2019068504A1 (en) * | 2017-10-06 | 2019-04-11 | Vega Grieshaber Kg | Radar-based fill level gauge having a synchronization signal on different types of lines |
DE102017217805B4 (en) | 2017-10-06 | 2019-05-02 | Vega Grieshaber Kg | Radar level gauge with synchronization signal on different line types |
CN110088579A (en) * | 2017-10-06 | 2019-08-02 | Vega格里沙贝两合公司 | Radar level gauge with the synchronization signal on different circuit types |
EP3692343B1 (en) * | 2017-10-06 | 2022-10-05 | VEGA Grieshaber KG | Level gauge with radar system |
DE102017217805A1 (en) * | 2017-10-06 | 2019-04-11 | Vega Grieshaber Kg | Radar level gauge with synchronization signal on different line types |
JP7130044B2 (en) | 2018-01-11 | 2022-09-02 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | Radar system with clock generator integrated in central control unit |
JP2021510202A (en) * | 2018-01-11 | 2021-04-15 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングRobert Bosch Gmbh | Radar system with clock generator built into central control unit |
US11733365B2 (en) | 2018-01-11 | 2023-08-22 | Robert Bosch Gmbh | Radar system having a clock pulse generator integrated into a central control unit |
CN112105954A (en) * | 2018-05-01 | 2020-12-18 | 三菱电机株式会社 | Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) based system and method for FMCW range estimation |
US10969465B2 (en) | 2018-05-01 | 2021-04-06 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | Reference-free nonlinearity correction for FMCW-based sensing systems |
WO2019211923A1 (en) * | 2018-05-01 | 2019-11-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Frequency modulation continuous wave (fmcw) -based system and method for fmcw range estimation |
CN112105954B (en) * | 2018-05-01 | 2024-04-09 | 三菱电机株式会社 | Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) Based System and Method for FMCW Range Estimation |
EP3770632A1 (en) * | 2019-07-25 | 2021-01-27 | VEGA Grieshaber KG | Combined radar sensors with a radarsenor for level gauging and a radarsensor for environmental monitoring |
US12019137B2 (en) | 2019-07-25 | 2024-06-25 | Vega Grieshaber Kg | Radar sensor, interchangeable radar sensor arrangement, field device and container |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102015115017B4 (en) | RF receiver with test capability | |
DE102015219612A1 (en) | System architecture for a MIMO level radar | |
EP1340097B1 (en) | Radar device and method for operating a radar device | |
EP3418700A1 (en) | Fill level radar apparatus with automated frequency adjustment | |
EP3788394A1 (en) | Monitoring an fmcw radar sensor | |
EP3467447B1 (en) | Fill level measuring device with multiple radar chips | |
DE102019115107B3 (en) | RADAR SYSTEM WITH MULTIPLE RADAR CHIPS | |
DE102015107419A1 (en) | radar device | |
EP3255392B1 (en) | Fill level radar for beam forming using parallel phase-locked loops from the transmitter side | |
DE102016100497A1 (en) | System and method for synchronizing multiple oscillators using reduced frequency signaling | |
DE102017113730A1 (en) | RADAR FRONTEND WITH HF OSCILLATOR MONITORING | |
WO1992018876A1 (en) | Process and arrangement for retroreflective measurement of distance | |
DE102013113859A1 (en) | Compensating slowly varying intermediate frequency DC voltage offsets in receivers | |
DE3334453C2 (en) | ||
DE102018109081A1 (en) | BANDWIDTH ADAPTATION IN A PHASE RULE OF A LOCALOSCILLATOR | |
EP2440949B1 (en) | Method and device for measuring a change in distance | |
DE102017207783B3 (en) | Radar level gauge with a phase locked loop | |
DE102004051276A1 (en) | Radar sensor for determining the distance and the relative speed of objects | |
EP3418699B1 (en) | Fill level radar device with controlled transmission power | |
DE2002681B2 (en) | PULSE RADAR ALTIMETER FOR AIRCRAFT WITH A TEST ARRANGEMENT | |
EP3418698B1 (en) | Fill level reflectometer with reference reflection | |
DE3342057C2 (en) | ||
DE10163653A1 (en) | Device for radar system e.g. for speed control in vehicle, uses demodulated reception signals specifically as input signals for device | |
DE19713967A1 (en) | Distance measurement device using FMCW radar | |
DE102017210402A1 (en) | LEVELING RADAR WITH AUTOMATED FREQUENCY ADAPTATION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MAIWALD GMBH, DE Representative=s name: MAIWALD PATENTANWALTS- UND RECHTSANWALTSGESELL, DE |
|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01F0023296000 Ipc: G01F0023284000 |
|
R016 | Response to examination communication |