DE102017100909B4 - Schätzung eines Einfallswinkels - Google Patents

Abstract

Verfahren (100) zum Ermitteln eines Einfallwinkels (θ) einer einfallenden ebenen Welle (16), die von einer Antennenmatrix (22) empfangen wird, wobei das Verfahren (100) die folgenden Schritte umfasst:
Empfangen (102) von Signalen von einer Vielzahl von Empfangskanälen (12'_a-N);
Ermitteln (106) eines Satzes möglicher Einfallswinkel der einfallenden ebenen Welle (16) auf der Grundlage der Signale, die bei der Vielzahl von Empfangskanälen (12'_a-N) empfangen werden;
Messen (108) einer Impulsverzögerung der einfallenden ebenen Welle (16) zwischen den Signalen, die bei der Vielzahl von Empfangskanälen (12'_a-N) empfangen werden; und
Berechnen (110) des Einfallswinkels (θ) der einfallenden ebenen Welle (16) auf der Grundlage des Satzes möglicher Einfallswinkel und der gemessenen Impulsverzögerung,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ermitteln (106) des Satzes möglicher Einfallswinkel ein Auswerten einer Leistung für eine phasenkorrigierte Summe eines empfangenen Signalspektrums, welche eine Funktion der Hypothese des Einfallswinkels (θ) ist, umfasst.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Radarsysteme und insbesondere das Schätzen eines Einfallswinkels in einer Antennenmatrix, die weit voneinander beabstandete Elemente aufweist.
• Hintergrund
• Radarsysteme sind Objektdetektionssysteme, die Funkwellen verwenden, welche von einer Antenne ausgesendet und empfangen werden, um die Entfernung zu, den Winkel zu und/oder die Geschwindigkeit von Objekten zu ermitteln. In den meisten modernen Systemen verwenden Radarsysteme eine Matrixantenne, die aus mehreren Antennenelementen besteht, die so angeordnet und miteinander verbunden sind, dass sie eine Einzelantenne ausbilden. Im Betrieb wird die Phasendifferenz zwischen den von den Antennenelementen empfangenen Signalen gemessen und verwendet, um die Signaleinfallsrichtung festzustellen. Wenn die Antennenelemente beispielsweise auf einer planaren Oberfläche angeordnet sind und wenn das Signal rechtwinklig zu der Oberfläche einfällt, dann sind die Signalausgänge aller Antennenelemente in Phase und die relative Phasendifferenz zwischen den Elementen ist im Idealfall Null. Wenn das Signal schräg zu der Ebene einfällt, variieren die Phasendifferenzen zwischen den Elementen in Abhängigkeit von der Signalfrequenz, von der Distanz zwischen den Antennenelementen und von der Signalrichtung. Mit anderen Worten beobachtet aufgrund der Differenz der Ausbreitungsdistanzen von der Signalquelle zu den einzelnen Antennenelementen jedes Antennenelement eine andere Phasenverschiebung des Signals. Diese Phasenverschiebung kann dann verwendet werden, um die Einfallsrichtung des ankommenden Signals zu ermitteln.
• Es gibt eine Anzahl bekannter Verfahren zum Ermitteln des Einfallswinkels eines hereinkommenden Signals auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen Antennenelementen. Solche Verfahren sind beispielsweise aus den Druckschriften US 5 724 047 A und US 2008/0204322 A1 bekannt. Die grundlegende Beziehung wird jedoch am besten erläutert, indem eine lineare Matrix 10 mit zwei Elementen untersucht wird, wie in 1 gezeigt ist. Die Antennenelemente 12a, 12b sind um eine Distanz „d“ voneinander beabstandet und der Einfallswinkel der hereinkommenden Signale 14, die eine Wellenfront 16 bilden, ist θ, welcher eine Spannweite von 180° aufweist. Der Einfallswinkel θ wird von einer Achse aus gemessen, die rechtwinklig zu der Ebene der Matrix (d.h. der Breitseite der Matrix) verläuft, und liegt in einem Winkelbereich von π/2 bis -π/2 (90° bis -90°). In einer Matrix, die konstruiert ist, um an der Breitseite der Antennenmatrix auszustrahlen, weist das Ausstrahlungsmuster bei π/2 und bei -π/2 (90° und -90°) ein Minimum auf und wird an der Breitseite der Matrix bei 0 (0°) maximal. Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, kann der Einfallswinkel auch von der Achse der Matrix aus gemessen werden. In diesem Fall weist θ immer noch eine Spannweite von 180° auf, läuft aber stattdessen von 0 bis π (0° bis 180°) mit Minima bei 0 und π (0° und 180°) und einem Maximum bei π/2 (90°).
• Antennenmatrizen sind insofern gerichtet, als sie so konstruiert sind, dass das Antennenaustrahlungsmuster auf eine spezielle Richtung hin fokussiert ist, indem die Antennenelemente mit Phasenjustierungen kombiniert werden, die eine Funktion der Einfallsrichtung sind. Die Richtung des Strahlungsmusters wird durch die Hauptstrahlkeule vorgegeben, welche in die Richtung zeigt, in die der größte Teil der ausgestrahlten Leistung wandert. Die Richtwirkung und die Verstärkung einer Antennenmatrix können mit Hilfe einer genormten Feldstärke und eines Arrayfaktors der Antenne ausgedrückt werden, welche Grundprinzipien der Antennenmatrixtheorie und in der Technik gut bekannt sind. Wieder mit Bezug auf 1 beispielsweise ist die genormte Feldstärke E(θ) bei einem Winkel θ, der von der Breitseite aus gemessen wird, proportional zu (sin NΨ/2)/(N sin Ψ/2), wobei N die Anzahl der Antennenelemente in der Matrix ist, Ψ die Phasendifferenz zwischen benachbarten Antennenelementen ist und gleich 2πd/λ(sin θ) ist, wobei λ die Wellenlänge ist und d(sin θ) die lineare Distanz der Ausbreitungsverzögerung der Wellenfront 16 zwischen benachbarten Antennenelementen repräsentiert. Der Einfallswinkel θ der hereinkommenden Signale 14 kann daher ermittelt werden, wenn die Phasendifferenz Ψ bekannt ist.
• Es gibt jedoch ein Problem, da die Phase zwischen den Elementen nur über einen Bereich von 180° ohne Mehrdeutigkeit gemessen werden kann. Wenn die Antennenelemente weit voneinander beabstandet sind (d.h. wenn eine Distanz zwischen Antennenelementen die Hälfte der Wellenlänge des hereinkommenden Signals überschreitet), kann die Phasendifferenz zwischen Antennenelementen mehr als 360° überspannen. Folglich kann mehr als ein möglicher Einfallswinkel erhalten werden und diese werden üblicherweise als Mehrdeutigkeiten bezeichnet.
• Die durch Antennenarrays mit weiten Abständen verursachten Mehrdeutigkeiten führen zu Rasterkeulen, welche einen räumlichen Aliasing-Effekt bezeichnen, der auftritt, wenn Seitenkeulen des Strahlungsmusters in der Amplitude wesentlich größer werden und sich dem Niveau der Hauptkeule nähern. Rasterkeulen strahlen in nicht beabsichtigte Richtungen und sind in der Größe zu den Keulen des Hauptstrahls identisch oder nahezu identisch. Unter Bezugnahme beispielsweise auf die vorstehende Gleichung der genormten Feldstärke E(θ) tritt ein Maximum auf, wenn der Nenner Null ist oder wenn sin θ = ±n (d/λ), wobei n = 0, 1, 2, 3 ... In Matrizen, bei denen die Distanz d zwischen Antennenelementen gleich der Hälfte der Wellenlänge ist, erzeugt die Matrix ein einziges Maximum (d.h. die Hauptkeule) in der sichtbaren Region der Matrix in die Richtung θ = 0°. Bei Matrizen, bei denen der Zwischenraum d zwischen Antennenelementen größer als die Hälfte der Wellenlänge ist, tauchen zusätzliche Maxima in der sichtbaren Region bei anderen Winkeln als der Richtung der Hauptkeule auf. Wenn der Zwischenraum zwischen Antennenelementen beispielsweise 2λ ist, tritt die Hauptkeule bei θ = 0° auf, aber es treten auch Rasterkeulen bei θ = ±30° und ±90° auf. Da jeder dieser Winkel einem Maximum entspricht, ist das Radarsystem nicht in der Lage, zwischen dem Einfallswinkel, der der Hauptkeule entspricht, und den Einfallswinkeln, die den Rasterkeulen entsprechen, zu unterscheiden. Anders ausgedrückt, kann eine einzelne Phasenmessung mehrere Einfallswinkel messen, was zu zusätzlichen Mehrdeutigkeiten führt.
• Antennenelemente werden allgemein für eine optimale Richtwirkung mit hoher Winkelauflösung konstruiert. Die Winkelauflösung ist jedoch proportional zu der Größe der Antennenapertur bzw. der Antennenwirkfläche und der Anzahl der Antennenelemente. Eine hohe Winkelauflösung erfordert eine große Apertur mit einer großen Anzahl von Antennenelementen, wodurch die Kosten der Antenne erhöht werden. Zudem werden die Größe der Apertur und die Anzahl der Elemente durch den Zwischenraum zwischen den Antennenelementen aufgrund von Phasenmehrdeutigkeiten begrenzt. Das hier nachstehend beschriebene Verfahren löst das Problem der Phasenmehrdeutigkeiten, die mit Antennenmatrizen mit weitem Abstand verbunden sind, wodurch eine unzweideutige hohe Winkelauflösung mit einer reduzierten Anzahl von Kanälen erreicht wird. Durch die Reduktion der Antennenelemente, die in der Matrix verwendet werden, wird eine signifikante Kostenreduktion realisiert.
• Zusammenfassung
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein präzises und wirtschaftliches Verfahren zum Ermitteln eines Einfallswinkels bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Im Nachstehenden werden hier eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und bei denen:
• 1 ein Diagramm ist, das eine lineare Antennenmatrix mit zwei Elementen darstellt;
• 2 eine Ausführungsform eines Radardetektionssystems darstellt, das zum Verwenden des hier offenbarten Verfahrens in der Lage ist; und
• 3 ein Verfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung zum Schätzen des Einfallswinkels für eine hereinkommende ebene Welle darstellt.
• Genaue Beschreibung der veranschaulichten Ausführungsformen
• Das System und das Verfahren, die nachstehend beschrieben werden, sind auf das Auflösen von Phasenmehrdeutigkeiten gerichtet, die mit Antennenmatrizen verbunden sind, wenn der Einfallswinkel für hereinkommende ebene Wellen ermittelt wird. Das Verfahren umfasst, dass die Phasendifferenzen zwischen den bei jedem Antennenkanal empfangenen Signalen gemessen werden, um einen Satz möglicher Einfallswinkel auf der Grundlage von Phasenmehrdeutigkeiten zu erzeugen. Diese Mehrdeutigkeiten werden mit einem geschätzten Einfallswinkel verglichen, der auf Messwerten von Einfallszeitpunkten beruht, die von jedem Antennenkanal erfasst werden. Die Mehrdeutigkeiten werden aufgelöst, indem ein Einfallswinkel aus dem Satz möglicher Einfallswinkel gewählt wird, welcher die kleinste absolute Differenz zu dem geschätzten Einfallszeitpunkt aufweist.
• 2 veranschaulicht ein beispielhaftes Radardetektionssystem 20, das verwendet werden kann, um das hier offenbarte Verfahren zu implementieren. Das Radardetektionssystem 20 enthält eine lineare Antennenmatrix 22 mit N einheitlich voneinander beabstandeten Antennenelementen 12_a-N, die durch eine Distanz d voneinander getrennt sind. Der Einfallswinkel der ankommenden auftreffenden Signale 14, die eine Wellenfront 16 bilden, ist θ und weist eine Spanne von 180° auf. Die Wellenfront 16 ist rechtwinklig zu der Richtung der ebenen Welle, die durch die ankommenden Signale 14 angezeigt ist. Es wird angenommen, dass alle Punkte auf der Wellenfront 16 gleiche Amplituden- und Phasenwerte aufweisen. In dieser Ausführungsform wird der Einfallswinkel θ von einer Achse aus gemessen, die rechtwinklig zu der Ebene der Matrix ist (d.h. zu der Breitseite der Matrix), und er liegt in einem Winkelbereich von π/2 bis -π/2 (90° bis -90°).
• Das Radardetektionssystem 20 enthält ferner einen Empfänger 24 und einen Signalprozessor 26. Der Empfänger 24 ist ausgestaltet, um Signale von einer Vielzahl von Empfangskanälen 12'_a-N zu empfangen, die mit jedem der Antennenelemente 12_a-N verbunden sind. Die von jedem der Empfangskanäle 12'_a-N empfangenen Signale repräsentieren die Ausgabereaktion von jedem der Antennenelemente 12_a-N mit Bezug auf eine auftreffende Wellenfront 16 und sind eine Funktion der Richtung der Welle. In einer Ausführungsform kann der Empfänger 24 ohne Beschränkung Verstärker, Mischer, Oszillatoren, Kombinatoren, Filter und Wandler umfassen. Die von dem Empfänger 24 ausgeführten Funktionen können Variieren, aber sie umfassen im Allgemeinen das Ausführen verschiedener Filterungs-, Verstärkungs- und Umwandlungsfunktionen vor dem Digitalisieren und Senden des Ausgabesignals an den Signalprozessor 26. Der Signalprozessor 26 ist allgemein ausgestaltet, um Eigenschaften des Signals zu analysieren, das er von dem Empfänger 24 empfängt, um Eigenschaften des Signals wie etwa Phase, Frequenz und Amplitude zu ermitteln. Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, können die Techniken, die zum Extrahieren dieser Informationen aus den Signalen verwendet werden, variieren, aber sie können ohne Beschränkung eine In-Phasen- und Quadratur-Analyse und eine Analyse im Frequenzbereich unter Verwendung einer Fouriertransformation umfassen. In einer Ausführungsform kann der Signalprozessor 26 ohne Einschränkung außerdem Komponenten zum Ausführen von Impulskompressions- und Clutterrejection-Funktionen (z.B. eine Doppler-Filterung) enthalten.
• Die Signale, die von jedem der Empfangskanäle 12'_a-N der Antenne empfangen werden, bestehen aus einem Niederfrequenzbandsignal, das typischerweise als Basisbandsignal (BBS) oder Mittelfrequenzsignal (IFS) bezeichnet wird, das auf eine hohe Trägerfrequenz aufmoduliert ist. Die resultierenden modulierten Signale bestehen aus einer Wellenformhüllkurve und einem Träger mit einer sinusförmigen Wellenform. Die Wellenformhüllkurve ist allgemein eine Impulsfolge, deren Dauer in Beziehung zu der Bandbreite des Basisbandsignals steht. Die sinusförmige Wellenform innerhalb der Hüllkurve weist die Frequenz der Trägerfrequenz auf. Die Wellenformhüllkurve schwankt im Vergleich mit der sinusförmigen Wellenform des Trägers mit einer viel niedrigeren Frequenz. Wie nachstehend im Detail offengelegt wird, verwendet das offenbarte Verfahren beide Komponenten des modulierten Signals, um den Einfallswinkel zu ermitteln. Mit anderen Worten führt jeder Einfallswinkel einer hereinkommenden ebenen Welle zu speziellen Verzögerungsdifferenzen zwischen allen empfangenden Antennenelementen 12_a-N. Diese Verzögerungsdifferenzen werden unter Verwendung von zwei verschiedenen Messungen erfasst: eine, welche die Trägerphasendifferenzen zwischen den sinusförmigen Wellenformen des Trägers betrifft; und eine, welche Verzögerungsdifferenzen in dem BBS oder IFS betrifft, welche die Differenzen bei den Einfallszeitpunkten der Wellenformhüllkurve misst (d.h. die Zeitdifferenz zwischen den führenden Flanken von Impulsen). Die Differenzen bei den Einfallszeitpunkten der Wellenformhüllkurve werden hier nachstehend als „Impulsverzögerungen“ bezeichnet.
• Obwohl sich die Herangehensweise und die Methodik, die nachstehend beschrieben werden, auf die in 2 gezeigte Radarkonfiguration beziehen, stellt der Fachmann auf dem Gebiet fest, dass das Radardetektionssystem 20 nur beispielhaft ist und in mehrerer Hinsicht vereinfacht wurde, um die Erläuterung zu erleichtern. Weiter stellt man fest, dass die hier offenbarten Konzepte und Verfahren auf ein beliebiges geeignetes Radardetektionssystem mit einer beliebigen geometrischen Konfiguration angewendet werden kann, welches Radarsysteme umfasst, die synthetische und/oder physikalische Antennenelemente aufweisen, die einheitlich oder nicht einheitlich voneinander beabstandet sind und als lineare Matrizen, planare Matrizen und/oder konforme Matrizen angeordnet sind, aber nicht darauf beschränkt ist. Die Antennenmatrizen können auch Matrizen mit dynamischer oder feststehender Phase sein, die aktive oder passive Phasenschieber aufweisen. Darüber hinaus versteht der Fachmann auf dem Gebiet, dass der Empfänger 24 und der Signalprozessor 26, die in 2 gezeigt sind, sehr vereinfacht wurden, um die Erläuterung zu erleichtern. In der Praxis können der Empfänger 24 und der Signalprozessor 26 in Struktur und Komplexität in Abhängigkeit von den speziellen Anwendungs- und Entwurfskriterien für das Radardetektionssystem 20 variieren. Obwohl 2 aus Erläuterungsgründen einen einzigen Empfänger 24 und einen einzigen Signalprozessor 26 darstellt, stellt der Fachmann auf dem Gebiet zudem fest, dass das Radarsystem 20 derart konfiguriert sein kann, dass es ein separates Empfängermodul für jedes der Antennenelemente 12_a-N oder für eine Untergruppe von Antennenelementen gibt.
• 3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Schätzen des Einfallswinkels von hereinkommenden ebenen Wellen und zum Auflösen von Mehrdeutigkeiten, die für gewöhnlich mit Antennenmatrizen mit weiten Abständen verbunden sind, was im Allgemeinen jede Matrix mit einem einheitlichen Abstand d zwischen den Antennenelementen betrifft, der größer oder gleich λ/2 ist. Das nachstehend beschriebene Verfahren 100 wird mit Bezug auf das in 2 gezeigte beispielhafte Radardetektionssystem 20 beschrieben, aber es kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Radarsystems implementiert werden. Bei Schritt 102 empfängt der Empfänger 24 Signale von allen empfangenden Antennenkanälen 12'_a-N. Bei Schritt 104 wird die Phasendifferenz Ψ zwischen den Signalen, die bei den Empfangskanälen 12'_a-N empfangen werden, gemessen. Wenn die bekannte Konfiguration der Antennenmatrix 22 gegeben ist, kann die Phasendifferenz Ψ mit Hilfe des Einfallswinkels θ der hereinkommenden ebenen Welle 16 ausgedrückt werden, welche in einer Ausführungsform 2πd/λ(sin θ) ist, wobei der Einfallswinkel θ von der Breitseite aus gemessen wird, d die Distanz zwischen zwei Antennenelementen in der Antennenmatrix 22 ist, λ die Wellenlänge ist, und wobei d(sin θ) die lineare Distanz der Ausbreitungsverzögerung der Wellenfront 16 zwischen benachbarten Empfangskanälen 12'_a-N repräsentiert. Da die Elemente der Antennenmatrix jedoch voneinander weit beabstandet sind, sind Mehrdeutigkeiten insofern vorhanden, als die Messwerte der Phasendifferenz Ψ sich auf mehr als einen möglichen Einfallswinkel θ beziehen können. Auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Phasendifferenz Ψ und der Gleichung der genormten Feldstärke E(θ) wird daher bei Schritt 106 ein Satz möglicher Einfallswinkel Ω_θ unter Verwendung bekannter Techniken erzeugt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann Ω_θ als Ω_θ = {θ̂₁, θ̂₂, ...θ̂_J} ausgedrückt werden, wobei θ̂ die möglichen Einfallswinkel repräsentiert, welche einem Satz aus J größten Spitzenwerten in dem Strahlbildungsspektrum [engl.: beamforming spectrum] entsprechen. Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, können die größten Spitzenwerte in dem Strahlbildungsspektrum auch die Maxima in der Antwort der Matrix bezeichnen, welche in Matrizen mit Mehrdeutigkeiten Spitzenwerte in der Form von Rasterkeulen enthalten können. Eine Technik zum Ermitteln des Satzes möglicher Einfallswinkel Ω_θ umfasst das Bewerten der Leistung P für die phasenkorrigierte Summe des empfangenen Signalspektrums, das als das Strahlbildungsspektrum der Antennenmatrix 22 bezeichnet wird, welche eine Funktion der Hypothese θ̂ des Einfallswinkels ist. Wie nachstehend gezeigt ist, bezeichnet die Leistung, die mit dem Strahlbildungsspektrum in Beziehung steht, das Signal, das bei jeder Phase empfangen wird, wobei x der Spaltenvektor des empfangenen Signals ist, d die Distanz zwischen zwei benachbarten Elementen 12_a-N ist, λ die Wellenlänge ist und N die Anzahl von Antennenelementen 12_a-N ist. $$P_{\widehat{\theta }}={\left|\left[\begin{array}{cccc}\begin{array}{cc}1& e^{-j2\pi d\text{ sin}\left(\widehat{\theta }\right)/\lambda }\end{array}& e^{-j2\pi 2d\text{ sin}\left(\widehat{\theta }\right)/\lambda }& \dots & e^{-j2\pi \left(N-1\right)d\text{ sin}\left(\widehat{\theta }\right)/\lambda }\end{array}\right]\text{x}\right|}^2$$

  
• Das Verfahren 100 wird bei Schritt 108 fortgesetzt, bei dem aus den bei Schritt 102 empfangenen Signalen eine Impulsverzögerung zwischen den Wellenformhüllkurven (z.B. BBS oder IFS) der Signale, die bei den Antennenelementen 12_a-N empfangen werden, gemessen wird. Aus der Impulsverzögerung wird eine Differenz τ der Einfallszeitpunkte der hereinkommenden ebenen Welle 16 zwischen Antennenelementen 12_a-N ermittelt. Obwohl es viele bekannte Techniken gibt, wird in einer Ausführungsform die Differenz τ der Einfallszeitpunkte unter Verwendung einer Matched Filter Response ermittelt, welche allgemein eine Faltung auf einem ursprünglichen Signal und einer Nachbildung des ursprünglichen Signals ausführt, um Störungen und Rauschen auszufiltern. Der Spitzenwert des Matched Filter ist der Einfallszeitpunkt des Signals. Mit anderen Worten stellt der Zeitpunkt, an dem die Spitzenwertausgabe des Matched Filters auftritt, einen Schätzwert für die Differenz τ der Einfallszeitpunkte zwischen den Empfangskanälen 12'_a-N bereit. Bei Schritt 110 wird die Differenz τ der Einfallszeitpunkte, die bei Schritt 108 ermittelt wurde, in einen geschätzten Einfallswinkel θ_T unter Verwendung der Beziehung τ = (d/c)*(sin θ_T) umgewandelt, wobei d die Distanz zwischen allen Antennenelementen in der Antennenmatrix 22 ist und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Der Winkel θ_T ist dann der Einfallswinkel der hereinkommenden ebenen Welle 16 auf der Grundlage von Berechnungen des Einfallszeitpunkts zwischen den Empfangskanälen 12'_a-N.
• Bei Schritt 112 werden die Mehrdeutigkeiten aufgelöst, die mit dem Einfallswinkel der hereinkommenden ebenen Welle 16 verbunden sind, indem der Satz möglicher Einfallswinkel Ω_θ = {θ̂₁, θ̂₂, ...θ̂_J}, der bei Schritt 106 erzeugt wurde, mit dem geschätzten Einfallswinkel θ_T verglichen wird und aus dem Satz Ω_θ derjenige Winkel gewählt wird, welcher die kleinste absolute Differenz zu dem geschätzten Winkel θ_T aufweist. Mathematisch dargestellt ist der unzweideutige geschätzte Einfallswinkel θ_E der hereinkommenden ebenen Welle 16 θ_E = argmin_θi∈Ωθ - |θ_i-θ_T|.
• So, wie sie in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, sollen die Begriffe „z.B.“, „zum Beispiel“, „beispielsweise“, „wie etwa“ und „wie“ und die Verben „umfassend“, „aufweisend“, „enthaltend“, und deren andere Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Aufzählung aus einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet werden, jeweils als offen aufgefasst werden, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht so aufgefasst werden darf, dass sie andere, zusätzliche Komponenten oder Gegenstände ausschließt. Andere Begriffe müssen unter Verwendung ihrer am weitest gefassten vernünftigen Bedeutung aufgefasst werden, sofern sie nicht in einem Kontext verwendet werden, der eine andere Interpretation erfordert.

Claims (10)

1. Verfahren (100) zum Ermitteln eines Einfallwinkels (θ) einer einfallenden ebenen Welle (16), die von einer Antennenmatrix (22) empfangen wird, wobei das Verfahren (100) die folgenden Schritte umfasst: Empfangen (102) von Signalen von einer Vielzahl von Empfangskanälen (12'_a-N); Ermitteln (106) eines Satzes möglicher Einfallswinkel der einfallenden ebenen Welle (16) auf der Grundlage der Signale, die bei der Vielzahl von Empfangskanälen (12'_a-N) empfangen werden; Messen (108) einer Impulsverzögerung der einfallenden ebenen Welle (16) zwischen den Signalen, die bei der Vielzahl von Empfangskanälen (12'_a-N) empfangen werden; und Berechnen (110) des Einfallswinkels (θ) der einfallenden ebenen Welle (16) auf der Grundlage des Satzes möglicher Einfallswinkel und der gemessenen Impulsverzögerung, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln (106) des Satzes möglicher Einfallswinkel ein Auswerten einer Leistung für eine phasenkorrigierte Summe eines empfangenen Signalspektrums, welche eine Funktion der Hypothese des Einfallswinkels (θ) ist, umfasst.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die von den Empfangskanälen (12'_a-N) empfangenen Signale eine Ausgabe von Antennenelementen (12_a-N) darstellen, die jedem der Empfangskanäle (12'_a-N) in Reaktion auf die einfallende ebene Welle (16) zugeordnet sind.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei der Satz möglicher Einfallswinkel aufgrund von Phasenmehrdeutigkeiten besteht.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei der Satz möglicher Einfallswinkel auf der Grundlage einer Phasendifferenz bestimmt wird, die zwischen den zwischen der Vielzahl von Empfangskanälen (12'_a-N) empfangenen Signalen gemessen wird.
5. Verfahren (100) nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass eine Differenz von Einfallszeitpunkten zwischen den Signalen, die bei der Vielzahl von Empfangskanälen (12'_a-N) empfangen werden, auf der Grundlage der gemessenen Impulsverzögerung ermittelt (108) wird.
6. Verfahren (100) nach Anspruch 5, wobei die Differenz von Einfallszeitpunkten unter Verwendung einer Matched Filter Response ermittelt wird.
7. Verfahren (100) nach Anspruch 5, das ferner umfasst, dass die Differenz von Einfallszeitpunkten in einen geschätzten Einfallswinkel umgewandelt wird.
8. Verfahren (100) nach Anspruch 7, wobei der Schritt (110) des Berechnens des Einfallswinkels (θ) ferner das Auflösen von Mehrdeutigkeiten umfasst, die mit dem Satz möglicher Einfallswinkel verbunden sind, indem der Satz möglicher Einfallswinkel mit dem geschätzten Einfallswinkel verglichen wird.
9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, wobei das Berechnen (110) des Einfallswinkels ferner das Bestimmen des Einfallswinkels aus dem Satz möglicher Einfallswinkel umfasst, welcher die kleinste absolute Differenz zu dem geschätzten Einfallswinkel aufweist.
10. Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei die einfallende ebene Welle (16) eine Wellenlänge λ aufweist, und wobei die Antennenelemente (12_a-N) gleichmäßig um einen Abstand (d) voneinander getrennt sind, der größer oder gleich einer Hälfte der Wellenlänge λ ist.

Images