DE102017128051A1 - Method for locating an object that is floating on a water surface and marked with a transponder by means of a radar - Google Patents

Method for locating an object that is floating on a water surface and marked with a transponder by means of a radar Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Ortung eines auf einer Wasseroberfläche schwimmenden, mit einem Transponder markierten Objekts mittels eines Radars, wobei der Empfänger des Radars in der Lage ist ein vektorielles Signal des Senders des Radars trotz veränderter Frequenz genau zu vermessen und der Transponder eine Empfangsantenne für den Empfang des vom Radar gesendeten Signals, entweder eine rein passive Schaltung zur Vervielfachung der Frequenz des vom Transponder empfangenen Signals oder eine aktive Schaltung zur Vervielfachung der Frequenz des vom Transponder empfangenen Signals, ggf. eine oder mehrere Verstärkerstufen und eine Sendeantenne für das Senden des empfangenen Signals mit vervielfachter Frequenz als Antwortsignal aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte: Senden eines ersten Sinussignals mit einer ersten vorbestimmten Frequenz, Senden eines zweiten Sinussignals mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, Empfangen der vom Transponder gesendeten Antwortsignale und Bestimmen der Entfernung des Transponders zum Radar aus der über die Sendefrequenz der vom Radar abgegebenen Sinussignale ermittelten Phasenänderung der Antwortsignale des Transponders.A method for locating an object floating on a water surface, marked with a transponder by means of a radar, wherein the receiver of the radar is able to accurately measure a vectorial signal of the transmitter of the radar despite changed frequency and the transponder a receiving antenna for the reception of the Radar transmitted signal, either a purely passive circuit for multiplying the frequency of the signal received from the transponder or an active circuit for multiplying the frequency of the signal received from the transponder, optionally one or more amplifier stages and a transmitting antenna for transmitting the received signal with a multiplied frequency as a response signal, characterized by the steps of: transmitting a first sine signal at a first predetermined frequency, transmitting a second sine signal at a second predetermined frequency, receiving the response signals transmitted from the transponder and determining the distance tion of the transponder to the radar from the over the transmission frequency of the radiated from the radar sinusoidal phase change of the response signals of the transponder.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung eines mit einem Transponder markierten Objekts mittels eines Radars, wobei der Transponder eine Empfangsantenne für den Empfang des vom Radar gesendeten Signals, eine passive Schaltung zur Vervielfachung der Frequenz des vom Transponder empfangenen Signals und eine Sendeantenne für das Senden des empfangenen Signals mit vervielfachter Frequenz als Antwortsignal aufweist.The invention relates to a method for locating an object marked with a transponder by means of a radar, wherein the transponder has a receiving antenna for receiving the signal transmitted by the radar, a passive circuit for multiplying the frequency of the signal received by the transponder and a transmitting antenna for transmitting the Having received signal with a multiplied frequency as a response signal.

Ein derartiges System wird bereits als Lawinenverschütteten-Suchsystem verwendet. Das System arbeitet mit passiven Reflektoren (Transpondern) und aktiven Suchgeräten nach dem Prinzip des Harmonischen-Radar. Die Reflektoren benötigen dabei keine eigene Energieversorgung, sind einfach herzustellen und werden problemlos in Wintersportbekleidung und -ausrüstung eingebaut. Das Auffinden von Verschütteten durch professionelle Bergungsteams wird mithilfe des Systems enorm erleichtert und beschleunigt, was oft lebensrettend ist.Such a system is already being used as an avalanche search system. The system works with passive reflectors (transponders) and active search devices according to the principle of harmonic radar. The reflectors do not require their own power supply, are easy to manufacture and are easily installed in winter sports clothing and equipment. Searching for burials by professional salvage teams is greatly facilitated and accelerated by the system, which is often lifesaving.

Wenngleich das bekannte Verfahren bei der Suche nach Lawinenverschütteten erprobt ist und erfolgreich eingesetzt wird, lässt sich das Verfahren nicht ohne weiteres auf andere Anwendungsfälle, z.B. auf die Rettung Schiffbrüchiger, übertragen. Insbesondere fehlt es dem bekannten Verfahren an der Möglichkeit, die Entfernung des Suchenden zum Hilfebedürftigen abzuschätzen - dieses ist bei der Rettung Lawinenverschütteter aufgrund der relativ geringen Verschüttungstiefe nicht notwendig. Auf See hingegen ist die Abschätzung der Entfernung zwischen dem Schiff und dem Schiffbrüchigen Voraussetzung für ein schnelles und sicheres Auffinden des Schiffbrüchigen und dessen Rettung.Although the known method has been tried and tested successfully for avalanche victims, the method can not readily be applied to other applications, e.g. to the rescue of shipwrecked, transferred. In particular, the known method lacks the possibility of estimating the distance of the seeker to the person in need of assistance - this is not necessary in the rescue of avalanche victims due to the relatively low burial depth. At sea, on the other hand, the estimation of the distance between the ship and the shipwrecked is a prerequisite for a quick and safe locating of the shipwrecked and its rescue.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das bekannte Verfahren so weiterzuentwickeln, dass mit einem Transponder ausgerüstete Schiffbrüchige schnell aufgefunden werden können.The object of the invention is therefore to further develop the known method so that shipwrecked ships equipped with a transponder can be found quickly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und das System mit den Merkmalen von Anspruch 4 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.This object is achieved by the method with the features of claim 1 and the system with the features of claim 4. The subclaims reflect advantageous embodiments of the invention.

Grundgedanke der Erfindung ist es, statt aus der frequenzversetzten „Reflexion“ eines vom Radar ausgesendeten Sinussignals lediglich auf das Vorhandensein eines Hilfsbedürftigen einschließlich einer Richtungsinformation zu schließen, wenigstens zwei Sinussignale mit unterschiedlicher Frequenz auszugeben, wobei die Phasenverschiebung der zwei vom Transponder „reflektierten“, d.h. abgestrahlten Antwortsignale zur Berechnung der Entfernung zwischen Radar und Transponder genutzt wird.The basic idea of the invention is to deduce at least two sinusoidal signals of different frequency instead of the frequency-offset "reflection" of a sine signal emitted by the radar, with the phase shift of the two "reflected" by the transponder, i.e. the presence of a needy including directional information. radiated response signals is used to calculate the distance between radar and transponder.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Ortung eines auf einer Wasseroberfläche schwimmenden, mit einem Transponder markierten Objekts mittels eines Radars vorgesehen, wobei der Transponder eine Empfangsantenne für den Empfang des vom Radar gesendeten Signals, eine passive Schaltung zur Vervielfachung der Frequenz des vom Transponder empfangenen Signals und eine Sendeantenne für das Senden des empfangenen Signals mit vervielfachter Frequenz als Antwortsignal aufweist. Dieses besteht im Senden eines ersten Sinussignals mit einer ersten vorbestimmten Frequenz, Senden eines zweiten Sinussignals mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, Empfangen der vom Transponder gesendeten Antwortsignale und Bestimmen der Entfernung des Transponders zum Radar aus der über die Sendefrequenz der vom Radar abgegebenen Sinussignale ermittelten Phasenänderung der Antwortsignale des Transponders.According to the invention, a method is provided for locating an object floating on a water surface, marked with a transponder by means of a radar, the transponder having a receiving antenna for receiving the signal transmitted by the radar, a passive circuit for multiplying the frequency of the signal received by the transponder and a transmitting antenna for transmitting the received signal with a multiplied frequency as a response signal. This consists in transmitting a first sine signal at a first predetermined frequency, transmitting a second sine signal at a second predetermined frequency, receiving the response signals sent by the transponder, and determining the distance of the transponder to the radar from the phase change of the sinewave signal emitted by the radar over the transmission frequency Response signals of the transponder.

Die Genauigkeit der Entfernungsbestimmung kann dadurch erhöht werden, dass wenigstens ein drittes Sinussignal mit einer dritten vorbestimmten Frequenz gesendet und die Entfernung des Transponders zum Radar aus der über die Sendefrequenz der vom Radar abgegebenen Sinussignale ermittelten Phasenänderung der drei Antwortsignale des Transponders erfolgt.The accuracy of the distance determination can be increased by transmitting at least a third sine signal at a third predetermined frequency and removing the transponder from the radar from the phase change of the three response signals of the transponder determined via the transmission frequency of the sine signals emitted by the radar.

Besonders bevorzugt erfolgt das Senden der Sinussignale als Stepped Sweep über 10-20 Frequenzpunkte.Particularly preferably, the transmission of the sinusoidal signals takes place as a stepped sweep over 10-20 frequency points.

Desweiteren wird auch ein System zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens bereitgestellt, mit einem Schiffsradar mit einem Transceiver aufweisend eine Steuereinheit, eine mit der Steuereinheit verbundene Sendeeinheit, eine ebenfalls mit der Steuereinheit verbundene Empfangseinheit, einen sowohl mit der Sendeeinheit als auch mit der Empfangseinheit verbundenen Diplexer und eine mit dem Diplexer verbundene erste Antenne, und einem Transponder mit einer zweiten Antenne und einer zur Frequenzdopplung eingerichteten Diode.Furthermore, a system is provided for carrying out the aforementioned method, comprising a ship radar with a transceiver comprising a control unit, a transmitting unit connected to the control unit, a receiving unit likewise connected to the control unit, a diplexer connected to both the transmitting unit and the receiving unit a first antenna connected to the diplexer, and a transponder having a second antenna and a diode configured for frequency doubling.

Der Transponder ist entweder als rein passiver Transponder oder als aktiver Transponder ausgebildet. Letzterer besteht aus den Baugruppen des passiven Transponders, ggf. einer aktiven Frequenzumsetzungseinheit, ggf. einem Kleinsignalverstärker im Empfangsbereich, ggf. einem Kleinsignalverstärker im Sendebereich und einer Stromversorgung (oft Batterie), die durch Seewasser, Knopfdruck o.ä. aktiviert wird.The transponder is designed either as a purely passive transponder or as an active transponder. The latter consists of the modules of the passive transponder, possibly an active frequency conversion unit, possibly a small signal amplifier in the reception area, possibly a small signal amplifier in the transmission range and a power supply (often battery), etc. by seawater, push of a button. is activated.

Dabei ist die erste Antenne des Schiffsradars bevorzugt aus einer zur Abgabe von Sinussignalen in einem ersten Frequenzbereich eingerichteten ersten Hohlleiterschlitzantenne und einer für den Empfang des vom Transponder abgegebenen Signals eingerichteten zweiten Hohlleiterschlitzantenne gebildet.In this case, the first antenna of the ship's radar is preferably composed of a first waveguide slot antenna configured for emitting sinusoidal signals in a first frequency range and one for the reception formed of the signal emitted by the transponder second waveguide slot antenna.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht des grundsätzlichen Aufbaus eines Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 2 eine schematische Ansicht eines besonders bevorzugt ausgestalteten ersten Ausführungsbeispiels eines Systems nach der Erfindung; und
  • 3 eine schematische Ansicht eines besonders bevorzugt ausgestalteten zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems nach der Erfindung.
The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the attached drawings, particularly preferred. Show it:
  • 1 a schematic view of the basic structure of a system for carrying out the method according to the invention;
  • 2 a schematic view of a particularly preferred embodiment of a first embodiment of a system according to the invention; and
  • 3 a schematic view of a particularly preferred embodiment of a second embodiment of a system according to the invention.

1 zeigt eine schematische Ansicht des grundsätzlichen Aufbaus eines Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 shows a schematic view of the basic structure of a system for carrying out the method according to the invention.

Speziell zeigt 1 die notwendigen Systemkomponenten des erfindungsgemäßen Seenotrettungssystems, bestehend aus einer Sende-Empfangseinheit, kurz Transceiver 10, die aus einer Sendeeinheit 40 und einer Empfangseinheit 50 und einem mit diesen verbundenen Diplexer 60 besteht, und mindestens einem Transponder 20 (auch als Tag bezeichnet). Das Tag 20 bestehen im einfachsten Fall aus einer Diode zur Frequenzverdoppelung sowie eine Dualband-Antenne für die Sende- und die Empfangsfrequenz und ist folglich rein passiv.Specially shows 1 the necessary system components of the maritime rescue system according to the invention, consisting of a transceiver unit, in short transceiver 10 coming from a sending unit 40 and a receiving unit 50 and a diplexer connected to them 60 exists, and at least one transponder 20 (also known as day). The day 20 consist in the simplest case of a diode for frequency doubling and a dual-band antenna for the transmission and the reception frequency and is therefore purely passive.

Der Steuerrechner 30 des Transceivers 10 ermittelt die Entfernung und mittels der Information der Antennenausrichtung und der Messwerte die Position. Diese Daten übergibt der Steuerrechner dem Zentralrechner des Schiffes. Der Transceiver 10 sendet ein Sinussignal mit der Frequenz fi (i: Laufindex) zu einem Tag. Im Tag 20 wird dieses Sinussignal in der Frequenz versetzt. Beispielsweise findet eine Verdopplung statt. Das in der Frequenz versetzte Signal wird im Weiteren vom Transponder 20 reflektiert, d.h. abgestrahlt.The control computer 30 of the transceiver 10 determines the distance and using the information of the antenna orientation and the measured values the position. This data is transferred by the control computer to the central computer of the ship. The transceiver 10 sends a sine signal with frequency fi (i: running index) to one day. In day 20, this sinusoidal signal is offset in frequency. For example, there is a duplication. The frequency offset signal is further from the transponder 20 reflected, ie radiated.

Der Transceiver 10 empfängt das reflektierte und in der Frequenz veränderte sinusförmige Signal und wertet die Phase ϕ(fi) aus. Diese Messung wird bei weiteren Frequenzen durchgeführt. Aus der Phase über der Sendefrequenz lässt sich dann die Entfernungsinformation ermitteln.The transceiver 10 receives the reflected and frequency-changed sinusoidal signal and evaluates the phase φ (f i ). This measurement is carried out at additional frequencies. From the phase above the transmission frequency can then determine the distance information.

Dieses Seenotrettungssystem lässt sich prinzipiell in verschiedenen Technologien (Mikrowellentechnik, Optik, Ultraschall usw.) umsetzen. Im Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich gilt für die Ausbreitung im Freiraum der Ausbreitungskoeffizient β ( f i ) = β i = ( 2 π f i ) /c 0

Figure DE102017128051A1_0001
wobei c0die Lichtgeschwindigkeit angibt. Aus den Grundlagen der nichtlinearen Frequenzumsetzung ist bekannt, dass sowohl beim quadratischen Term, der für die Frequenzumsetzung bei Verdopplern herangezogen werden muss, wie auch beim kubischen Term, der für IM-Produkte 3. Ordnung herangezogen werden muss, die durch die Frequenzkonversion veränderte Phase des ankommenden Signales um den festen Faktor 2 verändert wird. Es gilt somit für die gesamte Phasendrehung der frequenzumsetzenden Reflexionsmessung über die Entfernung ℓx für den Frequenzpunkt f1 am Eingang und den Frequenzpunkt f2 am Empfänger: r g 21 = 2 β 1 l x + r x 21 + β 2 l x
Figure DE102017128051A1_0002
wobei r x 21
Figure DE102017128051A1_0003
der bekannte S ii kl Reflexionsfaktor
Figure DE102017128051A1_0004
der Referenzstation bei der Frequenz f1 auf die Frequenz f2 ist (z.B. die doppelte Frequenz f2 = 2f1).This maritime rescue system can be implemented in principle in various technologies (microwave technology, optics, ultrasound, etc.). In the high-frequency and microwave range, the propagation coefficient in the free space is the propagation coefficient β ( f i ) = β i = ( 2 π f i ) / c 0
Figure DE102017128051A1_0001
where c 0 indicates the speed of light. From the basics of nonlinear frequency conversion it is known that both for the quadratic term, which has to be used for frequency conversion in doublers, as well as for the cubic term, for IM products 3 , Order must be used, the phase of the incoming signal, which has been changed by the frequency conversion, by the fixed factor 2 is changed. It thus applies to the entire phase rotation of the frequency-converting reflection measurement over the distance ℓ x for the frequency point f 1 at the input and the frequency point f 2 at the receiver: r G 21 = 2 β 1 l x + r x 21 + β 2 l x
Figure DE102017128051A1_0002
in which r x 21
Figure DE102017128051A1_0003
the known S ii kl - reflection factor
Figure DE102017128051A1_0004
the reference station at the frequency f 1 is at the frequency f 2 (eg the double frequency f 2 = 2f 1 ).

Gemessen wird die Phase des frequenzumsetzenden Anteils nur im Eindeutigkeitsbereich von 360°. Folglich gilt für gesamten Phasenwert r g 21

Figure DE102017128051A1_0005
in Abhängigkeit vom Messwert r m 21 :
Figure DE102017128051A1_0006
r g 21 = r m 21 + n 2 π
Figure DE102017128051A1_0007
wobei n eine ganze Zahl ist, die im Weiteren noch bestimmt wird.The phase of the frequency-converting component is measured only in the uniqueness range of 360 °. Consequently, the whole phase value applies r G 21
Figure DE102017128051A1_0005
depending on the measured value r m 21 :
Figure DE102017128051A1_0006
r G 21 = r m 21 + n 2 π
Figure DE102017128051A1_0007
where n is an integer, which will be determined later.

Die Messwerte des S ii kl Reflexionsfaktors

Figure DE102017128051A1_0008
liegen von einer unteren Frequenz f1u bis zu einer oberen Frequenz f1o als m 21 u  und  r m 21 o
Figure DE102017128051A1_0009
vor. Zwischen den verschiedenen Messpunkten soll es keine Phasensprünge geben, die sich in der praktischen Mathematik auch einfach eliminieren lassen. Aus diesen beiden Messwerten und den bekannten zugehörigen Frequenzpunkten lässt sich die Steigung der Phase über der Frequenz ermitteln: S = Δϕ Δ f = r m 21 o r m 21 u f 1 o f 1 u
Figure DE102017128051A1_0010
The measured values of the S ii kl - reflection factor
Figure DE102017128051A1_0008
are from a lower frequency f 1u up to an upper frequency f 1o than m 21 u and r m 21 O
Figure DE102017128051A1_0009
in front. Between the different measuring points, there should be no phase jumps, which can be easily eliminated in practical mathematics. From these two measured values and the known associated frequency points, the slope of the phase over the frequency can be determined: S = Δφ Δ f = r m 21 O - r m 21 u f 1 O - f 1 u
Figure DE102017128051A1_0010

Bei der beliebigen Frequenz fi gibt es aufgrund der Steigung eine Grundphasendrehung von ϕi = fiS. Diese Gleichung lässt sich auch mit fo = fi und fu = 0 Hz und den zugehörigen Phasenwerten aus der vorstehenden Gleichung ableiten. Durch die folgende Bedingung 180 ° | r m 21 i + n 2 π− f i S |

Figure DE102017128051A1_0011
wird der richtige Wert für n gefunden. Es gilt für die Längenbestimmung der Entfernung ℓx basierend auf den Gleichungen [2] und [3] für jeden Frequenzpunkt: l x = r g 21 r x 21 2 β 1 + β 2
Figure DE102017128051A1_0012
At the arbitrary frequency f i , due to the slope, there is a fundamental phase rotation of φ i = f i S. This equation can also be obtained with f o = f i and f u = 0 Hz and the associated phase values from derive the above equation. By the following condition 180 ° | r m 21 i + n 2 π- f i S |
Figure DE102017128051A1_0011
the right value for n is found. It applies to the length determination of the distance ℓ x based on the equations [2] and [3] for each frequency point: l x = r G 21 - r x 21 2 β 1 + β 2
Figure DE102017128051A1_0012

Neben der exakten Lösung lässt sich r x 21

Figure DE102017128051A1_0013
auch durch eine einmalige Messung bei bekannter Länge bestimmen. In der Praxis wird jedoch Gleichung [6] für jeden gemessenen Frequenzpunkt ausgewertet, damit durch eine anschließende Mittelung stochastische Fehler minimiert werden.In addition to the exact solution can be r x 21
Figure DE102017128051A1_0013
also determined by a single measurement at a known length. In practice, however, equation [6] is evaluated for each measured frequency point so that subsequent averaging minimizes stochastic errors.

Die Genauigkeit dieser Messung steigt mit der Bandbreite (f1o - f1u) und der Anzahl der Messungen, somit mit der Messzeit. Für die Seenotrettung wird man einen Kompromiss aus Genauigkeit und Messzeit, der u.a. auch entfernungsabhängig sein kann, erarbeiten.The accuracy of this measurement increases with the bandwidth (f 1o - f 1u ) and the number of measurements, thus with the measuring time. For the rescue of the sea one will work out a compromise of accuracy and measuring time, which may also be dependent on distance.

Diese mathematische Beschreibung kann als wörtliche Beschreibung so vereinfacht zusammengefasst werden, dass diese Entfernungsmessung mit Frequenzumsetzung ähnlich funktioniert wie eine Standardmessung eines vektoriellen Netzwerkanalysators (VNA) und dessen Auswertung der Reflexionsgröße S11. Die negative Steigung der Phase von der vektoriellen Größe S11 wird als Gruppenlaufzeit bezeichnet und gibt die Laufzeit zu einem Reflexionsobjekt an. Ist der Übertragungskanal (hier Luft) nicht dispersiv, so kann in jedem Frequenzbereich durch die Messung von mindestens 2 Frequenzpunkten diese Laufzeit bestimmt werden.This mathematical description can be summarized as a literal description so simplified that this distance measurement works with frequency conversion similar to a standard measurement of a vector network analyzer (VNA) and its evaluation of the reflection size S 11th The negative slope of the phase from the vectorial variable S 11 is referred to as a group delay and indicates the transit time to a reflection object. If the transmission channel (in this case air) is not dispersive, then this time can be determined in each frequency range by measuring at least 2 frequency points.

Im Gegensatz zu dieser VNA-Messung wird jedoch bei der frequenzumsetzenden Messung nicht jedes Objekt (wie beispielsweise Wellen) detektiert.In contrast to this VNA measurement, however, not every object (such as waves) is detected in the frequency-converting measurement.

Wie in Gleichung 6 erkennbar, die Entfernungsbestimmung ist nicht so einfach wie die Gruppenlaufzeitberechnung, deren Resultate der VNA auch direkt anzeigt.As can be seen in Equation 6, the distance determination is not as easy as the group delay calculation, the results of which the VNA also displays directly.

2 zeigt eine schematische Ansicht eines besonders bevorzugt ausgestalteten ersten Ausführungsbeispiels eines Systems als reines Seenotrettungsradar mit Frequenzverdopplung nach der Erfindung. 2 shows a schematic view of a particularly preferred embodiment of a first embodiment of a system as a pure rescue radio radar with frequency doubling according to the invention.

Der Steuerrechner 30 gibt über die integrierte Basisband-Signalverarbeitungseinheit ein Sinussignal tiefer Frequenz heraus. Dieses Sinussignal wird in der Sendeeinheit 40 mittels des Mischers, der zusätzlich durch das Großsignal des Lokalgenerators (LO) gepumpt wird, in der Frequenz (i.d.R. in den GHz-Bereich) umgesetzt. Dieses hochfrequente Signal wird im Leistungsverstärker (PA: power amplifier) der Sendeeinheit 10 verstärkt und zum Diplexer 60 weiter geleitet. Dort kann dieses Sendesignal durch die Filtereigenschaften des Diplexers nur zur Drehkopplung gelangen, die Teil der Antenneneinheit 70 ist.The control computer 30 outputs a low-frequency sine wave signal through the integrated baseband signal processing unit. This sinusoidal signal is in the transmitting unit 40 by means of the mixer, which is additionally pumped by the large signal of the local generator (LO), in the frequency (usually in the GHz range) implemented. This high-frequency signal is in the power amplifier (PA: power amplifier) of the transmitting unit 10 amplified and to the diplexer 60 passed on. There, this transmission signal can pass through the filter properties of the diplexer only to the rotary coupling, the part of the antenna unit 70 is.

Diese Drehkopplung lässt einerseits das Hochfrequenzsignal verlustarm transmittieren und erlaubt andererseits die Drehung, deren einfache Steuerung hier Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt wurde.On the one hand, this rotary coupling allows the high-frequency signal to be transmitted in a low-loss manner and, on the other hand, allows the rotation whose simple control has not been shown here for reasons of clarity.

Im Weiteren gelangt dieses Signal über einen weiteren Diplexer in die Sendeantenne, die durch LO gekennzeichnet ist. Das vom Transponder in der Frequenz umgesetzte und zurückreflektierte Signal wird von der durch 2LO gekennzeichneten Antenne detektiert, über den Diplexer der Antenneneinheit 70 zur Drehkopplung geleitet und dann über den Diplexer 60 der Empfangseinheit 50 zugeführt.In addition, this signal passes through another diplexer in the transmitting antenna, which is marked by LO. The signal transduced by the transponder in the frequency and reflected back is detected by the antenna indicated by 2LO, via the diplexer of the antenna unit 70 directed to the rotary coupling and then over the diplexer 60 the receiving unit 50 fed.

Dort wird dieses Kleinsignal durch einen rauscharmen Vorverstärker (LNA: low noise amplifier) und weiterer Verstärkerstufen in der Leistung angehoben. Danach wird es über den Mischer der Empfangseinheit, der zusätzlich durch das Großsignal des Lokalgenerators über den Frequenzverdoppler X2 mittels des Signals 2LO gepumpt wird, auf eine niedrige Frequenz ohne Informationsverlust umgesetzt. Abschließend wird das Messsignal über Analog/Digital-Wandler (AD) vektoriell digitalisiert und im Steuerrechner ausgewertet.There, this small signal is boosted by a low-noise preamplifier (LNA: low noise amplifier) and other amplifier stages in the performance. Thereafter, it is via the mixer of the receiving unit, in addition by the large signal of the local generator via the frequency doubler X2 is pumped by the signal 2LO, converted to a low frequency without loss of information. Finally, the measurement signal is vectorially digitized via analog / digital converter (AD) and evaluated in the control computer.

Die Art und Weise der Sender- und der Empfängerhardware muss für dieses Verfahren so gestaltet sein, dass der Empfänger des Radars in der Lage ist ein vektorielles Signal des Senders des Radars trotz veränderter Frequenz genau zu vermessen. Hierfür müssen alle Oszillatoren (Quarzoszillator und Hochfrequenzoszillator(en) konstant zueinander in der Phase stehen.The mode of the transmitter and the receiver hardware must be designed for this method so that the receiver of the radar is able to accurately measure a vectorial signal of the transmitter of the radar despite changed frequency. For this purpose, all oscillators (quartz oscillator and high-frequency oscillator (s) must be constantly in phase with each other.

3 zeigt eine schematische Ansicht eines besonders bevorzugt ausgestalteten zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems als kombiniertes Schiffs- und Seenotrettungsradar mit Frequenzverdopplung nach der Erfindung. 3 shows a schematic view of a particularly preferred embodiment of a second embodiment of a system as combined marine and rescue radar frequency doubling according to the invention.

3 unterscheidet sich von 2 durch eine leichte Erweiterung der Diplexereinheit 60 durch einen Zirkulator und einer zusätzlichen Empfangseinheit 80 für den Schiffsradarbetrieb. 3 differs from 2 by a slight extension of the diplexer unit 60 by a circulator and an additional receiving unit 80 for ship radar operation.

Dieser Schiffsradarbetrieb kann ohne Unterbrechungen parallel zum Seenotrettungsbetrieb durchgeführt werden.This Schiffsradarbetrieb can be carried out without interruptions parallel to the rescue operation.

Der Zirkulator sorgt dafür, dass das kleine vom Schiff reflektierte Signal, das von der Antenne LO aufgenommen wird und als elektromagnetische Welle (Hochfrequenzsignal) zuvor beide Diplexer und die Drehkopplung passierte, der Empfängereinheit für das LO-Signal zugeführt wird. Die weitere Signalverarbeitung verläuft genauso wie beim Empfänger für 2LO, nur dass das Pumpsignal des Lokaloszillators bei der halben Frequenz den Mischer pumpt.The circulator ensures that the small signal reflected by the vessel, which is picked up by the antenna LO and passed through both diplexers and the rotary coupling as the electromagnetic wave (high-frequency signal), is fed to the receiver unit for the LO signal. The further signal processing is the same as with the receiver for 2LO, except that the pump signal of the local oscillator pumps at half the frequency of the mixer.

In der Praxis kann man auch über eine Umschaltung von einem Magnetronsenders eines Pulsradarsystems auf die Sendeeinheit 40 umschalten und den hier dargestellten Empfänger 80 durch den nur etwas anderen Empfänger eines Magnetronpulsradars ersetzen.In practice, it is also possible to switch over from a magnetron transmitter of a pulse radar system to the transmitter unit 40 switch over and the receiver shown here 80 replace with the only slightly different receiver of a magnetron pulse radar.

Claims (6)

Verfahren zur Ortung eines auf einer Wasseroberfläche schwimmenden, mit einem Transponder markierten Objekts mittels eines Radars, wobei der Empfänger des Radars in der Lage ist ein vektorielles Signal des Senders des Radars trotz veränderter Frequenz genau zu vermessen und der Transponder eine Empfangsantenne für den Empfang des vom Radar gesendeten Signals, entweder eine rein passive Schaltung zur Vervielfachung der Frequenz des vom Transponder empfangenen Signals oder eine aktive Schaltung zur Vervielfachung der Frequenz des vom Transponder empfangenen Signals, ggf. eine oder mehrere Verstärkerstufen und eine Sendeantenne für das Senden des empfangenen Signals mit vervielfachter Frequenz als Antwortsignal aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte: - Senden eines ersten Sinussignals mit einer ersten vorbestimmten Frequenz, - Senden eines zweiten Sinussignals mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, - Empfangen der vom Transponder gesendeten Antwortsignale und - Bestimmen der Entfernung des Transponders zum Radar aus der über die Sendefrequenz der vom Radar abgegebenen Sinussignale ermittelten Phasenänderung der Antwortsignale des Transponders.A method for locating an object floating on a water surface, marked with a transponder by means of a radar, wherein the receiver of the radar is able to accurately measure a vectorial signal of the transmitter of the radar despite changed frequency and the transponder a receiving antenna for the reception of the Radar transmitted signal, either a purely passive circuit for multiplying the frequency of the signal received from the transponder or an active circuit for multiplying the frequency of the signal received from the transponder, optionally one or more amplifier stages and a transmitting antenna for transmitting the received signal with a multiplied frequency characterized by the steps of: transmitting a first sine signal at a first predetermined frequency, transmitting a second sine signal at a second predetermined frequency, receiving the response signals transmitted by the transponder, and determining the Distance of the transponder to the radar from the phase change of the response signals of the transponder determined via the transmission frequency of the sine signals emitted by the radar. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Senden wenigstens eines dritten Sinussignals mit einer dritten vorbestimmten Frequenz und Bestimmen der Entfernung des Transponders zum Radar aus der über die Sendefrequenz der vom Radar abgegebenen Sinussignale ermittelten Phasenänderung der Antwortsignale des Transponders.Method according to Claim 1 characterized by transmitting at least a third sine signal at a third predetermined frequency and determining the distance of the transponder to the radar from the phase change of the response signals of the transponder determined via the transmission frequency of the sine signals emitted by the radar. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinussignale in einem Sweep gesendet werden.Method according to Claim 2 , characterized in that the sine signals are sent in a sweep. System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem - Schiffsradar mit einem Transceiver (10) aufweisend eine Steuereinheit (30), eine mit der Steuereinheit (30) verbundene Sendeeinheit (40), eine ebenfalls mit der Steuereinheit (30) verbundene Empfangseinheit (50), einen sowohl mit der Sendeeinheit (40) als auch mit der Empfangseinheit (50) verbundenen Diplexer (60) und eine mit dem Diplexer (60) verbundene erste Antenne, und - einem Transponder (20) mit einer zweiten Antenne und einer zur Frequenzdopplung eingerichteten Diode.System for carrying out the method according to one of the preceding claims, with a Ship radar with a transceiver (10) comprising a control unit (30), a transmission unit (40) connected to the control unit (30), a reception unit (50) likewise connected to the control unit (30), one with both the transmission unit (40) and diplexers (60) connected to the receiving unit (50) and a first antenna connected to the diplexer (60), and - A transponder (20) with a second antenna and a diode configured for frequency doubling. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (20) ein passiver Transponder ist.System after Claim 4 , characterized in that the transponder (20) is a passive transponder. System nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne aus einer zur Abgabe von Sinussignalen in einem ersten Frequenzbereich eingerichteten ersten Hohlleiterschlitzantenne und einer für den Empfang des vom Transponder abgegebenen Signals eingerichteten zweiten Hohlleiterschlitzantenne gebildet ist.System according to one of Claims 4 and 5 , characterized in that the first antenna is formed of a first waveguide slot antenna configured to emit sinusoidal signals in a first frequency range and a second waveguide slot antenna configured to receive the signal emitted by the transponder.
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