DE102020108937A1 - Peilsystem und Verfahren zum Peilen wenigstens eines Signals - Google Patents

Abstract

Ein Peilsystem (10) mit einer Antennenanordnung (12) und einem Signalverarbeitungsmodul (14) ist beschrieben. Die Antennenanordnung (12) weist mehrere Antennen (16) auf, welche in einem wenigstens zweidimensionalen Muster angeordnet sind. Die Antennen (16) sind jeweils dazu eingerichtet, elektromagnetische Wellen in wenigstens einem vordefinierten Frequenzband zu empfangen und ein entsprechendes Eingangssignal zu generieren. Das Signalverarbeitungsmodul (14) weist wenigstens eine Empfangseinheit (18) auf, die den Antennen (16) zugeordnet ist. Die Empfangseinheit (18) ist dazu eingerichtet, das jeweilige Eingangssignal der zugeordneten Antenne (16) mit einem Referenzsignal zu mischen und so ein entsprechendes Interferenzsignal zu generieren, das der entsprechenden Antenne (16) zugeordnet ist. Das Signalverarbeitungsmodul (14) weist ein Analysemodul (22) auf, das dazu eingerichtet ist, basierend auf den Interferenzsignalen jeweils eine Interferenzkenngröße zu ermitteln. Ferner ist ein Verfahren zum Peilen von wenigstens einem Signal beschrieben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Peilsystem sowie ein Verfahren zum Peilen wenigstens eines Signals.
• Peilsysteme zur Bestimmung der Einfallsrichtung eines elektromagnetischen Signals sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Varianten bekannt. Solche Peilsysteme weisen typischerweise eine oder mehrere Antennen auf, die das elektromagnetische Signal empfangen, wobei die Einfallsrichtung basierend auf dem von der bzw. den Antennen empfangenen Signal ermittelt wird.
• Besonders für Anwendungen, in denen die Einfallsrichtung des elektromagnetischen Signals genau ermittelt werden soll, müssen diese Peilsysteme eine hohe Präzision aufweisen.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Peilsystem sowie ein Verfahren zum Peilen wenigstens eines Signals bereitzustellen, das eine genaue Ermittlung der Einfallsrichtung erlaubt.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Peilsystem mit einer Antennenanordnung und einem Signalverarbeitungsmodul. Die Antennenanordnung weist mehrere Antennen auf, welche in einem wenigstens zweidimensionalen Muster angeordnet sind. Die Antennen sind jeweils dazu eingerichtet, elektromagnetische Wellen in wenigstens einem vordefinierten Frequenzband zu empfangen und ein entsprechendes Eingangssignal zu generieren. Das Signalverarbeitungsmodul weist wenigstens eine Empfangseinheit auf, die den Antennen zugeordnet ist. Die Empfangseinheit ist dazu eingerichtet, das jeweilige Eingangssignal der zugeordneten Antenne mit einem Referenzsignal zu mischen und so ein entsprechendes Interferenzsignal zu generieren, das der entsprechenden Antenne zugeordnet ist. Das Signalverarbeitungsmodul weist ein Analysemodul auf, das dazu eingerichtet ist, basierend auf den Interferenzsignalen jeweils eine Interferenzkenngröße zu ermitteln.
• Beispielsweise umfassen die Interferenzkenngrößen eine momentane Amplitude des entsprechenden Interferenzsignals, eine momentane Phase des entsprechenden Interferenzsignals, eine Amplitude des entsprechenden Interferenzsignals in Abhängigkeit von der Zeit und/oder eine Phase des entsprechenden Interferenzsignals in Abhängigkeit von der Zeit.
• Die Interferenzkenngrößen können direkt herangezogen werden, um eine Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich können die Interferenzkenngrößen jedoch auch weiterverarbeitet werden, um die Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen zu bestimmen.
• Die Einfallsrichtung des wenigstens einen elektromagnetischen Signals kann basierend auf den Interferenzkenngrößen ermittelt werden, da die jeweils den Antennen zugeordneten Eingangssignale mit dem Referenzsignal gemischt werden, das eine bekannte Phase aufweist.
• Das elektromagnetische Signal trifft zeitlich verzögert und dementsprechend mit anderer Phase auf die verschiedenen Antennen. Dies liegt daran, dass die Antennen einen (räumlichen) Abstand zueinander aufweisen. Die entsprechenden von den Antennen generierten Eingangssignale werden mit demselben Referenzsignal gemischt, sodass die Information über die zeitliche Abfolge des Auftreffens des wenigstens einen elektromagnetischen Signals in den Interferenzsignalen und damit in den Interferenzkenngrößen enthalten ist.
• Die elektromagnetischen Wellen werden also mittels der mehreren Antennen jeweils gleichzeitig empfangen, wobei die elektromagnetischen Wellen an den einzelnen Antennen jedoch eine unterschiedliche Phase aufweisen. Zu jedem Zeitpunkt enthalten die Interferenzkenngrößen also Informationen über eine räumliche Verteilung der Amplitude und/oder Phase der elektromagnetischen Wellen an den verschiedenen Antennen.
• Aus dieser räumlichen Verteilung, insbesondere auch aus deren zeitlicher Entwicklung, kann die Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen rekonstruiert werden.
• Es hat sich herausgestellt, das mittels des erfindungsgemäßen Peilsystems ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis der für die Peilung der elektromagnetischen Wellen, also insbesondere der Interferenzkenngrößen, wesentlich verbessert ist. Zudem ist das erfindungsgemäße Peilsystem weniger anfällig gegenüber Reflexionen von elektromagnetischen Wellen an Hindernissen und innerhalb der Antennenanordnung.
• Es kann eine einzelne Empfangseinheit mit mehreren Kanälen vorgesehen sein, wobei die Empfangseinheit dann einen separaten Eingangskanal für jede der Antennen aufweist.
• Jedoch kann auch für jede der Antennen eine separate Empfangseinheit vorgesehen sein.
• Denkbar ist es auch, dass mehrere Empfangseinheiten vorgesehen sind, die jeweils einen oder mehrere Kanäle aufweisen, wobei die Empfangseinheiten dann jeweils einer oder mehreren Antennen zugeordnet sind.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Analysemodul dazu eingerichtet, basierend auf den Interferenzkenngrößen eine Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen zu ermitteln.
• Dabei ist unter „ermitteln“ zu verstehen, dass die Einfallsrichtung des elektromagnetischen Signals basierend auf den Interferenzkenngrößen berechnet und/oder abgeschätzt wird.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Analysemodul dazu eingerichtet ist, eine Fourier-Transformation, eine Gradientenanalyse und/oder eine Hough-Transformation der Interferenzkenngrößen durchzuführen, um die Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen zu ermitteln.
• Die Amplitude und die Phase des elektromagnetischen Eingangssignals ändern sich entlang der Einfallsrichtung des elektromagnetischen Signals am stärksten. Dementsprechend kann mit einer Gradientenanalyse und/oder einer Hough-Transformation die Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen auf einfache und genaue Art und Weise bestimmt werden.
• Trifft mehr als ein elektromagnetisches Signal auf die Antennenanordnung, beispielsweise wenigstens zwei elektromagnetische Signale von verschiedenen Sendern, so kann eine Fourier-Transformation der Interferenzkenngrößen bestimmt werden, um die wenigstens zwei Signale voneinander zu trennen und jeweils die Einfallsrichtung der einzelnen elektromagnetischen Signale zu bestimmen.
• Insbesondere handelt es sich dabei um eine mehrdimensionale Fourier-Transformation, wobei die Zahl der Dimensionen der Fourier-Transformation wenigstens der Zahl der Dimensionen des Musters („Arrays“) entspricht, in dem die Antennen angeordnet sind. Beispielsweise handelt es sich um eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Fourier-Transformation.
• Vorzugsweise werden die Interferenzkenngrößen vom Ortsraum in den Wellenvektorraum transformiert. Elektromagnetische Wellen, die aus einer anderen Einfallsrichtung auf die Antennenanordnung treffen, weisen einen anderen Wellenvektor $\overrightarrow{k}$

  

  auf. Dementsprechend können im Wellenvektorraum basierend auf den Interferenzkenngrößen die verschiedenen Einfallsrichtungen identifiziert und berücksichtigt werden.
• Zudem können im Wellenvektorraum basierend auf der Beziehung $\omega =\left|\overrightarrow{k}\right|\cdot c$

  

  auch elektromagnetische Wellen mit voneinander verschiedenen Frequenzen identifiziert werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Interferenzkenngrößen IQ-Daten der Eingangssignale. Dementsprechend umfassen die Interferenzkenngrößen Informationen sowohl über die Amplitude als auch die Phase der Interferenzsignale. Da die Phase des Referenzsignals bekannt ist, enthalten die Interferenzkenngrößen folglich auch Informationen über die Amplitude und die Phase der elektromagnetischen Wellen an der entsprechenden Antenne.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Empfangseinheit dazu ausgebildet ist, das Eingangssignal der zugeordneten Antenne phasengleich mit dem Referenzsignal zu mischen. Dies bedeutet, dass das Referenzsignal an jeder der Empfangseinheiten mit der gleichen Phase mit dem entsprechenden Eingangssignal gemischt wird, sodass an jedem Eingangssignal die gleiche Phase des Referenzsignals „anliegt“ bzw. vorliegt. Dadurch ist eine Rekonstruktion der Amplitude und/oder Phase der elektromagnetischen Wellen, wenn sie auf die entsprechende Antenne treffen, besonders einfach.
• Zum Beispiel ist eine Frequenz des gemeinsamen Referenzsignals von der Frequenz der elektromagnetischen Wellen abhängig. Insbesondere wird die Frequenz des Referenzsignals derart angepasst, dass die Frequenz des Interferenzsignals wenigstens eine vordefinierte Voraussetzung erfüllt.
• Beispielsweise wird die Frequenz des Referenzsignals derart angepasst, dass eine maximale Wellenlänge des Referenzsignals kleiner ist als wenigstens eine der räumlichen Abmessungen der Antennenanordnung, insbesondere kleiner als alle räumlichen Abmessungen der Antennenanordnung. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass eine volle Wellenlänge der Interferenzsignale über die Antennenanordnung hinweg gesampelt wird.
• Vorzugsweise ist das Muster ein zwei- oder dreidimensionales Gitter, insbesondere wobei pro Dimension jeweils wenigstens zwei Antennen vorgesehen sind. Dabei kann es sich, je nach Anwendung, beispielsweise um ein kubisches Gitter oder um ein sphärisches Gitter handeln.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abstand zwischen nächst benachbarten Antennen konstant. Anders ausgedrückt sind die Antennen also äquidistant auf dem Gitter angeordnet.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der Abmessungen der Antennenanordnung größer ist als eine Maximalwellenlänge, die mittels des Peilsystems verarbeitet werden soll. Insbesondere sind alle Abmessungen der Antennenanordnung größer als die Maximalwellenlänge.
• Bei der Maximalwellenlänge kann es sich um eine maximale Wellenlänge von elektromagnetischen Wellen handeln, die mittels des Peilsystems empfangen werden sollen. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der maximalen Wellenlänge um eine maximale Wellenlänge der Interferenzsignale handeln.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine der Antennen als Rundstrahlantenne ausgebildet, insbesondere wobei die Antennen jeweils als Rundstrahlantennen ausgebildet sind. Dementsprechend können die Antennen die elektromagnetische Wellen aus allen Richtungen, zumindest näherungsweise, mit gleicher Empfindlichkeit empfangen.
• Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Peilen wenigstens eines Signals. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
• - Empfangen von elektromagnetischen Wellen in wenigstens einem vordefinierten Frequenzband mittels einer Antennenanordnung, die mehrere Antennen aufweist, welche in einem wenigstens zweidimensionalen Muster angeordnet sind;
• - Generieren von jeweils einem Eingangssignal mittels der mehreren Antennen basierend auf den empfangenen elektromagnetischen Wellen;
• - Mischen der Eingangssignale mit einem Referenzsignal, wodurch jeweils ein Interferenzsignal generiert wird; und
• - Ermitteln von Interferenzkenngrößen basierend auf den Interferenzsignalen.
• Bezüglich der Vorteile und weiteren Eigenschaften des Verfahrens wird auf die obigen Erläuterungen hinsichtlich des Peilsystems verwiesen, welche ebenso für das Verfahren gelten und umgekehrt.
• Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass basierend auf den Interferenzkenngrößen eine Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen ermittelt wird.
• Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
• - 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Peilsystem;
• - 2 eine Antennenanordnung des Peilsystems von 1;
• - 3 eine alternative Antennenanordnung des Peilsystems von 1; und
• - 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
• In 1 ist ein Peilsystem 10 zum Peilen von wenigstens einem elektromagnetischen Signal gezeigt.
• Das Peilsystem 10 weist eine Antennenanordnung 12 und ein Signalverarbeitungsmodul 14 auf.
• Dabei und im Folgenden sind unter einem „Modul“ Bauteile zu verstehen, die aus reiner Hardware, reiner Software oder einer geeigneten Mischung aus Hardware und Software bestehen.
• Allgemein ausgedrückt ist das Peilsystem 10 dazu ausgebildet, das elektromagnetische Signal mittels der Antennenanordnung 12 zu empfangen und basierend auf dem empfangenen Signal mittels des Signalverarbeitungsmoduls 14 eine Einfallsrichtung des elektromagnetischen Signals zu bestimmen.
• Die Antennenanordnung 12 weist mehrere Antennen 16 auf, die in einem vordefinierten Muster angeordnet sind.
• Bei den Antennen 16 handelt es sich vorzugsweise um Rundstrahlantennen. Dementsprechend können die Antennen 16, zumindest näherungsweise, elektromagnetische Signale aus allen Richtungen mit gleicher Empfindlichkeit empfangen.
• Bei dem vordefinierten Muster handelt es um ein wenigstens zweidimensionales, insbesondere um ein dreidimensionales Muster.
• Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Antennen 16 in einem zweidimensionalen Gitter mit einer Länge l = N · a_l und einer Breite b = M · a_b angeordnet.
• Dabei sind a_l und a_m die entsprechenden Gitterkonstanten in der Längendimension bzw. in der Breitendimension. N und M sind natürliche Zahlen, welche die Zahl der Gitterpunkte in der Längendimension bzw. in der Breitendimension beschreiben.
• Die Gitterkonstanten a_l und a_b können gleich oder voneinander verschieden sein.
• Im konkreten Beispiel der 1 sind in der Längendimension und in der Breitendimension jeweils zwei Gitterpunkte vorgesehen. In diesem Fall sind also insgesamt vier Antennen 16 vorgesehen.
• Die genannte Länge l und Breite b sowie die genannten Zahlen der Gitterpunkte sind dabei rein beispielhaft zu verstehen. Natürlich kann das Gitter auch eine andere geeignete Länge l und/oder Breite b sowie eine andere geeignete Zahl von Gitterpunkten aufweisen.
• Es ist denkbar, dass die Zahl der Gitterpunkte N . M und die Gitterkonstanten a_l und a_b derart gewählt werden, dass die Länge l und/oder die Breite b wenigstens einer vordefinierten maximalen Wellenlänge λ_max entspricht.
• Die vordefinierten maximalen Wellenlänge λ_max kann dabei der maximalen Wellenlänge von elektromagnetischen Strahlen entsprechen, die mittels des Peilsystems 10 empfangen werden sollen.
• Demensprechend gilt für die Länge l und/oder die Breite b dann die Ungleichung l = N · a_l ≥ λ_max bzw. b = M · a_b ≥ λ_max.
• Die Gitterkonstanten a_l und a_b bestimmen dementsprechend die Auflösung des Peilsystems 10, wobei bei kleineren Gitterkonstanten mehr Messpunkte erfasst werden, wodurch eine bessere Peilung des elektromagnetischen Signals möglich ist.
• Das Signalverarbeitungsmodul 14 weist mehrere Empfangseinheiten 18, einen Referenzoszillator 20 und ein Analysemodul 22 auf.
• Die Empfangseinheiten 18 sind jeweils mit einer der Antenennen 16 signalübertragend verbunden.
• Genauer gesagt weisen die Empfangseinheiten 18 jeweils wenigstens einen Mischer 24 auf, der mit der entsprechenden zugeordneten Antenne 16 und mit dem Referenzoszillator 20 signalübertragend verbunden ist.
• Der Referenzoszillator 20 ist beispielsweise als numerisch gesteuerter Oszillator oder als spannungsgesteuerter Oszillator ausgebildet.
• Bei den Empfangseinheiten 18 handelt es sich um Empfangskanäle des Signalverarbeitungsmoduls 14, wobei die Empfangskanäle einen gemeinsamen Referenzoszillator 20 aufweisen.
• Die Empfangseinheiten 18, genauer gesagt die Mischer 24, sind jeweils mit dem Analysemodul 22 signalübertragend verbunden.
• In 2 ist eine alternative Ausgestaltung der Antennenanordnung 12 gezeigt, in er das vordefinierte Muster ein dreidimensionales Gitter ist.
• Gegenüber dem Beispiel von 1 weist das Gitter dementsprechend eine Höhe h = K · a_h auf, wobei K die Zahl der Gitterpunkte in der Höhendimension und a_h die entsprechende Gitterkonstante ist.
• Wie oben können die Gitterkonstanten a_l, a_b und a_h paarweise gleich oder voneinander verschieden sein.
• Zudem gilt auch für die Höhe h die Ungleichung h = K · a_h ≥ λ_max.
• 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Antennenanordnung 12, in der die Antennen 16 auf der Oberfläche einer Kugel angeordnet sind, was also einer sphärischen Anordnung der Antennen 16 entspricht.
• Insbesondere sind die Antennen 16 in mehreren Ebenen auf der Kugeloberfläche angeordnet, die jeweils parallel zu einer Äquatorebene verlaufen.
• Anders ausgedrückt sind die Antennen 16 auf der Kugeloberfläche in Gruppen angeordnet, wobei die Antennen 16 innerhalb der jeweiligen Gruppe denselben Polarwinkel aufweisen.
• Insbesondere sind die Antennen 16 innerhalb der jeweiligen Gruppe in Bezug auf den Azimutwinkel äquidistant angerordnet. Innerhalb der jeweiligen Gruppe nächst benachbarte Antennen 16 haben also auf der Kugeloberfläche jeweils den gleichen Abstand voneinander.
• Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die konkret anhand der 1 bis 3 beschriebenen Varianten des vordefinierten Musters der Antennenanordnung 12 lediglich als Beispiele zu verstehen sind.
• Selbstverständlich können die Antennen 16 auch in jedem anderen, geeigneten zwei- oder dreidimensionalen Muster angeordnet sein.
• Das Peilsystem 10 ist dazu ausgebildet, das im Folgenden anhand der 4 beschriebene Verfahren zum Peilen von wenigstens einem elektromagnetischen Signal durchzuführen.
• Zunächst wird wenigstens ein elektromagnetisches Signal mittels der Antennen 16 empfangen, wobei von den Antennen 16 jeweils ein entsprechendes Eingangssignal generiert wird (Schritt S1).
• Bei dem elektromagnetischen Signal handelt es sich um elektromagnetische Wellen mit einer definierten Frequenz oder mit einem definierten Frequenzspektrum.
• Insbesondere umfasst das elektromagnetische Signal Frequenzen aus einem oder mehreren vordefinierten Frequenzbändern, beispielsweise aus einem oder mehreren Frequenzbändern für Radarapplikationen.
• Der Referenzoszillator 20 generiert ein Referenzsignal (Schritt S2). Bei dem Referenzsignal handelt es sich um ein elektrisches Signal mit vordefinierter Frequenz und Phase.
• Die von den Antenennen 16 generierten Eingangssignale werden jeweils an die entsprechende zugeordnete Empfangseinheit 18, genauer gesagt an den Mischer 24 der entsprechenden Empfangseinheit 18 übertragen.
• Ferner wir das Referenzsignal an sämtliche Empfangseinheiten 18 bzw. Mischer 24 übertragen.
• Die Empfangseinheiten 18 bzw. Mischer 24 mischen das jeweils empfangene Eingangssignal mit dem Referenzsignal, wodurch jeweils ein entsprechendes Interferenzsignal generiert wird (Schritt S3).
• Anders ausgedrückt wird in Schritt S3 also für jede der Antennen 16 ein jeweils zugeordnetes Interferenzsignal generiert, wobei die Interferenzsignale gegenüber den entsprechenden Eingangssignalen heruntergemischt sind, also eine niedrigere Frequenz aufweisen als das jeweils zugeordnete Eingangssignal.
• Die Eingangssignale und das Referenzsignal werden dabei phasengleich gemischt. Dies bedeutet, dass das Referenzsignal an jedem der Mischer 24 mit der gleichen Phase mit dem entsprechenden Eingangssignal gemischt wird, sodass an jedem Eingangssignal die gleiche Phase des Referenzsignals „anliegt“ bzw. vorliegt.
• Vorzugsweise wird in Schritt S2 das Referenzsignal abhängig von einer Frequenz des empfangenen elektromagnetischen Signals generiert. Dabei wird die Frequenz des Referenzsignals basierend auf der Frequenz des empfangenen elektromagnetischen Signals angepasst.
• Genauer gesagt wird die Frequenz des Referenzsignals derart angepasst, dass die resultierende Wellenlänge λ_I des Interferenzsignals kleiner ist als die Länge, die Breite und/oder die Höhe der Antennenanordnung 12.
• In der in 1 Variante gezeigten Variante der Antennenanordnung 12 gilt dementsprechend l = N · a_l ≥ λ_I bzw. b = M · a_b ≥ λ_I, wobei λ_I durch die Wahl der Frequenz des Referenzsignals angepasst werden kann.
• Vorzugsweise weisen die Empfangseinheiten 18 jeweils zwei Mischer 24 auf, die das entsprechende Eingangssignal mit dem Referenzsignal bzw. einem um π/4 phasenverschobenen Referenzsignal mischen. In diesem Fall umfasst das Interferenzsignal jeweils ein aus dem Eingangssignal und dem Referenzsignal gemischtes Signal sowie ein aus dem Eingangssignal und dem phasenverschobenen Referenzsignal gemischtes Signal.
• Die generierten Interferenzsignale werden jeweils an das Analysemodul 22 weitergeleitet.
• Das Analysemodul 22 bestimmt basierend auf dem Interferenzsignal für sämtliche Interferenzsignale jeweils wenigstens eine Interferenzkenngröße, die dem Eingangssignal der entsprechenden Antenne zugeordnet ist (Schritt S4).
• Allgemein ausgedrückt handelt es sich bei den Interferenzkenngrößen um solche physikalischen Größen, die das jeweilige Interferenzsignal kennzeichnen.
• Beispielsweise umfasst die wenigstens eine Interferenzkenngröße eine momentane Amplitude des entsprechenden Interferenzsignals, eine momentane Phase des entsprechenden Interferenzsignals, eine Amplitude des entsprechenden Interferenzsignals in Abhängigkeit von der Zeit und/oder eine Phase des entsprechenden Interferenzsignals in Abhängigkeit von der Zeit.
• Insbesondere umfasst die wenigstens eine Interferenzkenngröße jeweils In-Phase-Daten (I-Daten) und Quadrature-Daten (Q-Daten) des entsprechenden Eingangssignals, also IQ-Daten des entsprechenden Eingangssignals.
• In diesem Fall weisen die Empfangseinheiten 18, wie oben beschrieben, jeweils zwei Mischer 24 auf, wobei die IQ-Daten aus den beiden oben beschriebenen Komponenten des Interferenzsignals ermittelt werden.
• Basierend auf den ermittelten Interferenzkenngrößen wird mittels des Analysemoduls 22 eine Einfallsrichtung des wenigstens einen elektromagnetischen Signals ermittelt (Schritt S5).
• Dabei ist unter „ermitteln“ zu verstehen, dass die Einfallsrichtung des elektromagnetischen Signals basierend auf den Interferenzkenngrößen berechnet und/oder abgeschätzt wird.
• Die Einfallsrichtung des wenigstens einen elektromagnetischen Signals kann basierend auf den Interferenzkenngrößen ermittelt werden, da die jeweils den Antennen 16 zugeordneten Eingangssignale mit dem Referenzsignal gemischt werden, das eine bekannte Phase aufweist, insbesondere dieselbe Phase an allen Mischern 24.
• Das elektromagnetische Signal trifft zeitlich verzögert und dementsprechend mit anderer Phase auf die verschiedenen Antennen 16. Die entsprechenden von den Antennen 16 generierten Eingangssignale werden mit demselben Referenzsignal phasengleich gemischt, sodass die Information über die zeitliche Abfolge des Auftreffens des wenigstens einen elektromagnetischen Signals in den Interferenzsignalen und damit in den Interferenzkenngrößen enthalten ist.
• Die Einfallsrichtung des wenigstens einen elektromagnetischen Signals kann mittels einer Gradientenanalyse der Interferenzkenngrößen ermittelt werden. Insbesondere wird die Einfallsrichtung mittels einer Gradientenanalyse der IQ-Daten der Interferenzsignale ermittelt.
• Die Amplitude und die Phase des elektromagnetischen Eingangssignals ändern sich entlang der Einfallsrichtung des elektromagnetischen Signals am stärksten. Da die IQ-Daten diese beiden Informationen, also Amplitude und Phase, umfassen, kann so die Einfallsrichtung des wenigstens einen elektromagnetischen Signals bestimmt werden.
• Alternativ oder zusätzlich kann die Einfallsrichtung des wenigstens einen elektromagnetischen Signals mittels einer Hough-Transformation der Interferenzkenngrößen ermittelt werden.
• Trifft mehr als ein elektromagnetisches Signal auf die Antennenanordnung 12, beispielsweise wenigstens zwei elektromagnetische Signale von verschiedenen Sendern, so kann eine Fourier-Transformation der Interferenzkenngrößen bestimmt werden, um die wenigstens zwei Signale voneinander zu trennen und jeweils die Einfallsrichtung der einzelnen elektromagnetischen Signale zu bestimmen.
• Insbesondere handelt es sich dabei um eine mehrdimensionale Fourier-Transformation, wobei die Zahl der Dimensionen der Fourier-Transformation wenigstens der Zahl der Dimensionen des Musters entspricht, in dem die Antennen 16 angeordnet sind. Beispielsweise handelt es sich um eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Fourier-Transformation.
• Vorzugsweise werden die Interferenzkenngrößen vom Ortsraum in den Wellenvektorraum transformiert. Elektromagnetische Wellen, die aus einer anderen Einfallsrichtung auf die Antennenanordnung treffen, weisen einen anderen Wellenvektor $\overrightarrow{k}$

  

  auf. Dementsprechend können im Wellenvektorraum basierend auf den Interferenzkenngrößen die verschiedenen Einfallsrichtungen identifiziert und berücksichtigt werden.
• Für den Fall eines zweidimensionalen Musters, wie zum Beispiel in 1, wird für die Interferenzkenngrößen $I\left(\overrightarrow{r}\right)$

  

  also die Fourier-Transformierte $I\left(\overrightarrow{k}\right)$

  

  ermittelt.
• Dabei ist zu beachten, dass der Ortsvektor $\overrightarrow{r}$

  

  nur diskrete Werte annehmen kann, nämlich die Positionen der Antennen 16. Dementsprechend kann es sich bei der Fourier-Transformation um eine diskrete Fourier-Transformation handeln.
• Dabei können die wenigstens zwei elektromagnetischen Signale die gleiche oder verschiedene Frequenzen aufweisen. Die jeweilige Frequenz ω der elektromagnetische Signale steht dabei über $\omega =\left|\overrightarrow{k}\right|\cdot c$

  

  mit dem Wellenvektor $\overrightarrow{k}$

  

  und der Lichtgeschwindigkeit c in Beziehung und kann so ermittelt werden.

Claims (12)

1. Peilsystem, mit einer Antennenanordnung (12) und einem Signalverarbeitungsmodul (14), wobei die Antennenanordnung (12) mehrere Antennen (16) aufweist, welche in einem wenigstens zweidimensionalen Muster angeordnet sind, wobei die Antennen (16) jeweils dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Wellen in wenigstens einem vordefinierten Frequenzband zu empfangen und ein entsprechendes Eingangssignal zu generieren, wobei das Signalverarbeitungsmodul (14) wenigstens eine Empfangseinheit (18) aufweist, die den Antennen (16) zugeordnet ist, wobei die Empfangseinheit (18) dazu eingerichtet ist, das jeweilige Eingangssignal der zugeordneten Antenne (16) mit einem Referenzsignal zu mischen und so ein entsprechendes Interferenzsignal zu generieren, das der entsprechenden Antenne (16) zugeordnet ist, und wobei das Signalverarbeitungsmodul (14) ein Analysemodul (22) aufweist, das dazu eingerichtet ist, basierend auf den Interferenzsignalen jeweils eine Interferenzkenngröße zu ermitteln.
2. Peilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysemodul (22) dazu eingerichtet ist, basierend auf den Interferenzkenngrößen eine Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen zu ermitteln.
3. Peilsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysemodul (22) dazu eingerichtet ist, eine Fourier-Transformation, eine Gradientenanalyse und/oder eine Hough-Transformation der Interferenzkenngrößen durchzuführen, um die Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen zu ermitteln.
4. Peilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferenzkenngrößen IQ-Daten der Eingangssignale umfassen.
5. Peilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Empfangseinheit (18) dazu ausgebildet ist, das Eingangssignal der zugeordneten Antenne (16) phasengleich mit dem Referenzsignal zu mischen.
6. Peilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz des gemeinsamen Referenzsignals von der Frequenz der elektromagnetischen Wellen abhängig ist.
7. Peilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster ein zwei- oder dreidimensionales Gitter ist, insbesondere wobei pro Dimension jeweils wenigstens zwei Antennen (16) vorgesehen sind.
8. Peilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen nächst benachbarten Antennen (16) konstant ist.
9. Peilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Abmessungen der Antennenanordnung (12) größer ist als eine Maximalwellenlänge (A_max;λ_I), die mittels des Peilsystems (10) verarbeitet werden soll.
10. Peilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Antennen (16) als Rundstrahlantenne ausgebildet ist, insbesondere wobei die Antennen (16) jeweils als Rundstrahlantennen ausgebildet sind.
11. Verfahren zum Peilen wenigstens eines Signals, mit den folgenden Schritten - Empfangen von elektromagnetischen Wellen in wenigstens einem vordefinierten Frequenzband mittels einer Antennenanordnung (12), die mehrere Antennen (16) aufweist, welche in einem wenigstens zweidimensionalen Muster angeordnet sind; - Generieren von jeweils einem Eingangssignal mittels der mehreren Antennen (16) basierend auf den empfangenen elektromagnetischen Wellen; - Mischen der Eingangssignale mit einem Referenzsignal, wodurch jeweils ein Interferenzsignal generiert wird; und - Ermitteln von Interferenzkenngrößen basierend auf den Interferenzsignalen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf den Interferenzkenngrößen eine Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen ermittelt wird.

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