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Technisches Gebiet
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Ausführungsbeispiele befassen sich mit eine Vorrichtung, einem Verfahren und einem Computerprogramm zum Erzeugen eines Kompensationssignals, mit einem Radar-Empfängermodul und einem entsprechenden Verfahren und Computerprogramm, mit einem Radar-Sendeempfänger sowie einem Radar-System.
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Hintergrund
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Dauerstrich-Radare (Continuous Wave, CW,-Radar) und sonstige verteilte Empfangssysteme zeichnen sich durch ihren kontinuierlichen Sende- und Empfangsbetrieb aus. Aufgrund des kontinuierlichen Empfangs kann es zu einer direkten Überkopplung des Sendesignals in den Empfänger kommen. Je nach Anwendung und System kann es jedoch dazu kommen, dass das übergekoppelte Sendesignal den Empfänger bereits sättigt und eine Prozessierung der Empfangssignale nicht mehr möglich ist. Aufgrund komplexer Anwendungsszenarien, wie etwa der Weltraumüberwachung, steigt die Sendeleistung stetig an und führt somit zu einer entsprechend stärkeren Überkopplung.
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Bisher wurden Ansätze verfolgt, in dem das analog ins Basisband gemischte Empfangssignal einer analogen Tiefpass-Filterung unterzogen und einem Vektormodulator, welcher mit einer Kopie des Sendesignals als LO (Lokales Oszillator)-Signal arbeitet, zugeführt wird. Das so generierte Signal wird dem Empfangssignal vor dem ersten LNA (Low Noise Amplifier, rauscharmer Verstärker) über einen Koppler überlagert und so eine Auslöschung des Überkopplungsanteils erzielt. Für diesen Ansatz ist eine Verteilung des Sendesignals im Empfangssystem mittels umfangreicher Hochfrequenz-Verteilstrukturen notwendig.
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Aus
DE 10 2015 100 804 A1 ist beispielsweise eine Radarvorrichtung mit Rauschunterdrückung bekannt. Diese mischt zwei HF-Radarsignale herunter und erzeugt daraus Digitalsignale, die dann anschließend verglichen werden, um ein Kompensationssignal zu erzeugen. Dieses kann nun zur Rauschunterdrückung verwendet werden.
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Zusammenfassung
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Es besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz für eine Reduzierung von Überkopplungseffekten, die insbesondere auch in komplexen Radar-Systemen mit einer Vielzahl von Sende-Empfängern eingesetzt werden kann.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung basieren auf der Erkenntnis, dass es, gerade im Zusammenhang mit Radar-Systemen mit einer Vielzahl von Empfängern, vorteilhaft sein kann, digitale Kopien des Radar-Sendesignals und des Radar-Empfangssignals zu nutzen und basierend auf diesen durch Signalverarbeitung ein Kompensationssignal zu generieren. Dabei können nicht nur Überkopplungseffekte von dem Sendesignal in das Empfangssignal berücksichtigt werden, sondern es können zusätzlich weitere unerwünschte Signalanteile von vornherein ausgefiltert werden, etwa Signalanteile von Reflektionen, die aufgrund ihrer Distanz nicht von Interesse sind für die Radar-Detektion. Um das Kompensationssignal zu generieren, wird die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals noch vor dem ersten rauscharmen Verstärker im Hochfrequenzband (auch engl. RF-Band, Radio Frequency Band) abgegriffen, das Kompensationssignal basierend auf der digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals und basierend auf einer digitalen Kopie eines Radar-Sendesignals erzeugt, und vor dem rauscharmen Verstärker über einen Koppler über das Radar-Empfangssignal überlagert und die unerwünschten Anteile damit entfernt. Somit wird das Radar-Empfangssignal schon vor dem ersten rauscharmen Verstärker entstört. Die Aussteuerung in den nichtlinearen Bereich eines jeden Empfangskanals eines Multisensorempfangssystems durch direkte Überkopplungen kann dadurch unterdrückt werden, sodass die Linearität eines jeden Empfangskanal trotz starker Überkopplung ermöglicht werden kann. Dies dient beispielsweise der Vermeidung von Empfindlichkeitsreduktion durch dämpfende Schutzschaltungen in jedem Empfangskanal. Die Wellenausbreitungsveränderungen im Multisensornahbereich können durch die vorgeschlagene Kompensationsmethode berücksichtigt werden.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Kompensationssignals zum Entstören eines Radar-Empfangssignals eines Dauerstrich-Radarsystems. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Schnittstelle zum Austausch von Informationen und Signalen. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Verarbeitungsmodul. Das Verarbeitungsmodul ist ausgebildet zum Erzeugen eines Kompensationssignals zum Entstören des Radar-Empfangssignals. Das Kompensationssignal wird basierend auf einer digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals und basierend auf einer digitalen Kopie eines Radar-Sendesignals erzeugt. Die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals im Hochfrequenz-Band digitalisiert ist. Das Verarbeitungsmodul ist ausgebildet zum Bereitstellen des Kompensationssignal in digitaler Form für einen Digital-zu-Analog-Konverter. Durch das Generieren des Kompensationssignals basierend auf den digitalen Kopien kann eine Signalverteilung, gerade in Multisensorsystemen, vereinfacht werden. Durch Digitalisieren des Empfangssignals im Hochfrequenzband kann das Empfangssignal bereits vor dem ersten rauscharmen Verstärker abgegriffen werden, und das Radar-Empfangssignal noch vor dem Verstärker mit dem Kompensationssignal überlagert werden.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Verarbeitungsmodul ausgebildet sein, um mittels digitaler Signalverarbeitung die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals mit der digitalen Kopie des Radar-Sendesignals in ein Basisband zu mischen und ein Beatfrequenzsignal zu erzeugen. Das Verarbeitungsmodul kann ausgebildet sein, um das Beatfrequenzsignal zu filtern, um einen Überkopplungsanteil zu extrahieren. Das Kompensationssignal kann auf dem extrahierten Überkopplungsanteil basieren. Somit können aus dem Beatfrequenzsignal diejenigen Anteile extrahiert werden, die der Überkopplung zugeordnet werden können.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann das Verarbeitungsmodul ferner ausgebildet sein, um aus dem Beatfrequenzsignal ferner einen Nahbereichsanteil zu extrahieren. Das Kompensationssignal kann ferner auf dem extrahierten Nahbereichsanteil basieren. Beispielsweise kann das Verarbeitungsmodul ausgebildet sein, um den Nahbereichsanteil basierend auf einem frequenzabhängigen Filter zu extrahieren. Durch die Extraktion des Nahbereichsanteil kann das Radar-Empfangssignal für bestimmte Anwendungen angepasst werden, etwa für Radar-Beobachtungen des Weltalls.
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In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verarbeitungsmodul den Digital-zu-Analog-Konverter. Alternativ kann eine Radar-Empfängereinheit oder ein Radar-System den Digital-zu-Analog-Konverter umfassen. Der Digital-zu-Analog-Konverter kann ausgebildet sein, um das Kompensationssignal basierend auf der digitalen Kopie des Radar-Sendesignals in das Hochfrequenzband zu mischen, und um das Digital-zu-Analog-konvertierte Kompensationssignal einem Koppler bereitzustellen. Dadurch kann das Radar-Empfangssignal mit dem Kompensationssignal überlagert werden, und die unerwünschten Signalanteile können durch Signalauslöschung unterdrückt werden.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung umfassen ferner eine Radar-Empfängereinheit. Die Radar-Empfängereinheit umfasst eine Empfangsschaltung zum Erzeugen eines Radar-Empfangssignals. Die Radar-Empfängereinheit umfasst eine Digitalisierungsschaltung zum Erzeugen einer digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals. Die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals ist im Hochfrequenz-Band digitalisiert. Die Radar-Empfängereinheit umfasst eine Kontrollschaltung, ausgebildet zum Bereitstellen der digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals für eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Kompensationssignals. Die Kontrollschaltung ist ausgebildet zum Erhalten eines Kompensationssignals in digitaler Form von der Vorrichtung zum Erzeugen des Kompensationssignals. Die Kontrollschaltung ist ausgebildet zum Entstören des Radar-Empfangssignals basierend auf dem Kompensationssignal. Damit ist die Radar-Empfängereinheit ein Gegenstück zu der zuvor vorgestellten Vorrichtung zum Erzeugen des Kompensationssignals, die einerseits die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals erzeugt, und andererseits das Kompensationssignal nutzt, um das Radar-Empfangssignal zu entstören.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst die Radar-Empfangseinheit einen rauscharmen Verstärker, ausgebildet zum rauscharmen Verstärken des entstörten Radar-Empfangssignals. In anderen Worten kann das Radar-Empfangssignal bereits entstört werden, bevor das Radar-Empfangssignal durch den rauscharmen Verstärker verstärkt wird.
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Beispielsweise kann die Radar-Empfangseinheit den Digital-zu-Analog-Konverter und einen Koppler umfassen. Das Entstören des Radar-Empfangssignals kann ein Bereitstellen des Kompensationssignals für den Digital-zu-Analog-Konverter umfassen. Der Digital-zu-Analog-Konverter kann ausgebildet sein, um das Kompensationssignal Digital-zu-Analog zu konvertieren. Der Koppler kann ausgebildet sein, um das Digital-zu-Analog-konvertiere Kompensationssignal mit dem Radar-Empfangssignal zu koppeln und damit zu entstören. Somit kann das Radar-Empfangssignal mit dem Kompensationssignal überlagert werden, um das Radar-Empfangssignal zu entstören.
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Beispielsweise kann der Digital-zu-Analog-Konverter ausgebildet sein, um das Kompensationssignal basierend auf einer digitalen Kopie eines Radar-Sendesignals in das Hochfrequenzband zu mischen. Damit kann das Radar-Empfangssignal im Hochfrequenzband mit dem Kompensationssignal überlagert werden.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ferner einen Radar-Sendeempfänger umfassend die Radar-Empfängereinheit, eine Radar-Sendeeinheit und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Kompensationssignals. Beispielsweise kann die Radar-Sendeeinheit ausgebildet sein, um die digitale Kopie eines Radar-Sendesignals zumindest der Vorrichtung zum Erzeugen des Kompensationssignals bereitzustellen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ferner ein Radar-System umfassend eine Mehrzahl von Radar-Sendeempfängern. Jeder Radar-Sendeempfänger umfasst eine Radar-Empfängereinheit, die in einem Empfangskanal operiert. Ein separates Kompensationssignal wird für jeden Empfangskanal basierend auf der digitalen Kopie des Radar-Sendesignals und basierend auf der digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals des jeweiligen Radar-Sendeempfängers generiert. Die Aussteuerung in den nichtlinearen Bereich eines jeden Empfangskanals eines Multisensorempfangssystems durch direkte Überkopplungen kann dadurch unterdrückt werden, sodass die Linearität eines jeden Empfangskanal trotz starker Überkopplung ermöglicht werden kann. In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Radar-System ferner eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Mehrzahl von Kompensationssignalen für die Mehrzahl von Radar-Sendeempfänger. In anderen Worten kann eine zentrale Vorrichtung zum Erzeugen der Mehrzahl von Kompensationssignalen verwendet werden. Alternativ kann ein dezentraler Ansatz angewandt werden.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ferner ein entsprechendes Verfahren zum Erzeugen eines Kompensationssignals zum Entstören eines Radar-Empfangssignals eines Dauerstrich-Radarsystems. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines Kompensationssignals zum Entstören des Radar-Empfangssignals. Das Kompensationssignal wird basierend auf einer digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals und basierend auf einer digitalen Kopie eines Radar-Sendesignals erzeugt. Die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals ist im Hochfrequenz-Band digitalisiert. Das Verfahren umfasst ferner ein Bereitstellen des Kompensationssignal in digitaler Form für einen Digital-zu-Analog-Konverter.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ferner ein Verfahren für eine Radar-Empfängereinheit. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines Radar-Empfangssignals. Das Verfahren umfasst ferner ein Erzeugen einer digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals. Die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals ist im Hochfrequenz-Band digitalisiert. Das Verfahren umfasst ferner ein Bereitstellen der digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals für eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Kompensationssignals.
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Das Verfahren umfasst ferner ein Erhalten eines Kompensationssignals in digitaler Form von der Vorrichtung zum Erzeugen des Kompensationssignals. Das Verfahren umfasst ferner ein Entstören des Radar-Empfangssignals basierend auf dem Kompensationssignal.
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Programm mit einem Programmcode zum Durchführen zumindest eines der Verfahren wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor, einem Kontrollmodul oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
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Figurenliste
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Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1a zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Kompensationssignals;
- 1b zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erzeugen eines Kompensationssignals;
- 2a zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Radar-Empfängereinheit;
- 2b zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens für eine Radar-Empfängereinheit;
- 3a zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Radar-Sendeempfängers; und
- 3b zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Radar-Systems.
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Beschreibung
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Einige Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Diese können Modifikationen der Merkmale sowie Entsprechungen und Alternativen zu den Merkmalen aufweisen. Ferner soll die Terminologie, die hierin zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, nicht einschränkend für weitere mögliche Beispiele sein.
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Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente beziehungsweise Merkmale, die jeweils identisch oder auch in abgewandelter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. In den Figuren können ferner die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
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Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt Äquivalent für Kombinationen von mehr als zwei Elementen.
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Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion im Folgenden als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei deren Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/einer Gruppe derselben ausschließen.
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1a zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines Kompensationssignals zum Entstören eines Radar-Empfangssignals eines Dauerstrich-Radarsystems 100. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Schnittstelle 12 zum Austausch von Informationen und Signalen. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Verarbeitungsmodul 14, das mit der zumindest einen Schnittstelle 12 gekoppelt ist. Grundsätzlich kann das Verarbeitungsmodul 14 ausgebildet sein, um die Funktionalität der Vorrichtung bereitzustellen, wobei ein Austausch von Signalen und Daten über die zumindest eine Schnittstelle 12 durchgeführt wird. Das Verarbeitungsmodul 14 ist ausgebildet zum Erzeugen eines Kompensationssignals zum Entstören des Radar-Empfangssignals. Das Kompensationssignal wird basierend auf einer digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals und basierend auf einer digitalen Kopie eines Radar-Sendesignals erzeugt. Die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals ist im Hochfrequenz-Band digitalisiert. Das Verarbeitungsmodul 14 ist ausgebildet zum Bereitstellen des Kompensationssignal in digitaler Form für einen Digital-zu-Analog-Konverter 24 (etwa über die zumindest eine Schnittstelle 12).
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1b zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Verfahrens zum Erzeugen eines Kompensationssignals zum Entstören eines Radar-Empfangssignals eines Dauerstrich-Radarsystems. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen 110 des Kompensationssignals zum Entstören des Radar-Empfangssignals. Das Verfahren umfasst ferner das Bereitstellen 120 des Kompensationssignal in digitaler Form für den Digital-zu-Analog-Konverter.
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Die folgende Beschreibung bezieht sich sowohl auf die Vorrichtung als auch auf das entsprechende Verfahren, oder auf ein Computerprogramm, das verwendet wird, um das Verfahren auf einer programmierbaren Hardware auszuführen.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie ein Computerprogramm zum Erzeugen eines Kompensationssignals zum Entstören eines Radar-Empfangssignals eines Dauerstrich-Radarsystems 100. Dabei ist die Vorrichtung beispielsweise eine Signalverarbeitungseinheit zur Erzeugung des Kompensationssignals, und entsprechend das Verfahren ein Signalverarbeitungsverfahren zum Erzeugen des Kompensationssignals. Die Vorrichtung und das Verfahren können genutzt werden, um in Echtzeit das Kompensationssignal basierend auf den digitalen Kopien des Sende- und Empfangssignals zu generieren, welches anschließend über einen Koppler mit dem eigentlichen Empfangssignal kombiniert werden kann. Dabei handelt es sich um einen Ansatz, der für Dauerstrich-Radarsysteme geeignet ist, in dem kontinuierlich Radar-Signale über eine Radar-Sendeeinheit ausgesendet werden und Echos der ausgesandten Signale über eine entsprechende Radar-Empfangseinheit empfangen werden.
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Gleichzeitig kann das Radar-System ein Multisensorsystem sein, also ein System, das eine Mehrzahl von Radar-Sendeempfängern umfasst, die beispielsweise in verschiedenen Sende- und Empfangskanälen operieren. Im Folgenden wird auf die kleinste Einheit abgestellt, also eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines Kompensationssignals für eine Radar-Empfängereinheit. Vorzugsweise wird der Ansatz jedoch skaliert und damit auf eine Mehrzahl von Radar-Sendeempfängern angewandt, wobei in manchen Ausführungsbeispielen eine Vorrichtung genutzt werden kann, um mehrere Kompensationssignale für mehrere Radar-Empfängereinheiten bereitzustellen.
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Das Verarbeitungsmodul ist ausgebildet zum Erzeugen des Kompensationssignals zum Entstören des Radar-Empfangssignals. Dabei weist der Begriff „Kompensationssignal“ bereits darauf hin, dass das Kompensationssignal Signalanteile umfasst, die dazu geeignet sind, Störungen im Radar-Empfangssignal zu kompensieren. Dabei sollte der Begriff „kompensieren“ in zumindest einigen Ausführungsbeispielen nicht absolut gesehen werden - vorliegend handelt es sich lediglich in Ausnahmefällen um eine vollständige Kompensation aller Störungen im Radar-Empfangssignal, das Kompensationssignal ist vielmehr dazu ausgelegt, Störungen im Radar-Empfangssignal (wesentlich) zu reduzieren.
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Das Kompensationssignal wird basierend auf einer digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals und basierend auf einer digitalen Kopie des Radar-Sendesignals erzeugt. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei den Störungen, die im Radar-Empfangssignal vorhanden sind, zumindest teilweise um Störungen, die auf das Radar-Sendesignal zurückzuführen sind. Durch die Nutzung geteilter Strukturen des jeweiligen Radar-Sendeempfängers kommt es i.A. zu Überkopplungseffekten zwischen dem Radar-Sendesignal und dem Radar-Empfangssignal, die durch das Kompensationssignal kompensiert werden sollen. Daher wird das Kompensationssignal vorliegend basierend auf dem Radar-Sendesignal und basierend auf dem Radar-Empfangssignal generiert. Um das Radar-Empfangssignal möglichst früh in der Signalkette der Empfängereinheit abgreifen zu können, ist die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals im Hochfrequenz-Band digitalisiert. In anderen Worten kann die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals ein Hochfrequenzsignal abbilden, und kein Basisbandsignal. Zur Generierung des Kompensationssignal wird das Radar-Empfangssignal beispielsweise durch die Vorrichtung (oder das entsprechende Verfahren) in das Basisband gemischt. Entsprechend kann das Verarbeitungsmodul ausgebildet sein, um mittels digitaler Signalverarbeitung die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals mit der digitalen Kopie des Radar-Sendesignals in das Basisband zu mischen und ein Beatfrequenzsignal zu erzeugen. Das „Mischen“ von Frequenzen kann verwendet werden, um Signale innerhalb bestimmter Frequenzbänder in verschiedene Frequenzbänder zu verschieben. Dies kann beispielsweise zur Modulation auf ein Hochfrequenzband für die eigentliche Signalübertragung verwendet werden, oder, um Hochfrequenzbänder auf niedrigere Frequenzen zu verschieben, die für die weitere Signalverarbeitung, wie De-Modulation, Verstärkung und Filterung, besser geeignet sind. Das gemischte Signal, etwa das Beatfrequenzsignal, kann Informationen aus dem Radar-Sendesignal (etwa ein von einem Oszillator erzeugtes elektrische Signal) und Informationen aus dem Radar-Empfangssignal (z.B. das von der (Antenne des) empfangenen Radarsignals erzeugte elektrische Signal) enthalten. Dabei kann das Beatfrequenzsignal beispielsweise die Frequenzdifferenz zwischen zwei Wellen abbilden, also etwa einer Welle des Radar-Sendesignals und einer Welle des Radar-Empfangssignals.
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Das Verarbeitungsmodul kann ausgebildet sein, um das Beatfrequenzsignal zu filtern, um einen Überkopplungsanteil zu extrahieren, wobei das Kompensationssignal auf dem extrahierten Überkopplungsanteil basiert. Dabei können beispielsweise ein oder mehrere Filterbänke verwendet werden, um den Überkoppelungsanteil zu extrahieren, etwa über ein oder mehrere frequenzabhängige Filter (etwa Hochpass-, Tiefpass- oder Bandpassfilter). Damit kann das Kompensationssignal beispielsweise diejenigen Anteil des Beatfrequenzsignals umfassen, die auf das Radar-Sendesignal zurückzuführen sind, oder eine verarbeitete (etwa invertierte) Fassung von denjenigen Anteilen.
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Das Verarbeitungsmodul ist ferner ausgebildet zum Bereitstellen des Kompensationssignal in digitaler Form für einen Digital-zu-Analog-Konverter 24. In anderen Worten kann das Kompensationssignal ein digitales Signal sein, das in digitalen Bitwerten für den Digital-zu-Analog-Konverter bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das Kompensationssignal einer Kontrollschaltung 23 übermittelt werden, die mit dem Digital-zu-Analog-Konverter gekoppelt ist. Alternativ kann das Verarbeitungsmodul den Digital-zu-Analog-Konverter umfassen. Dabei kann das übermittelte Kompensationssignal beispielsweise ein Basisbandsignal sein, und das Kompensationssignal kann von dem Digital-zu-Analog-Konverter in das Hochfrequenzband (also das Band, in dem das Radar-Sendesignal gesendet und das Radar-Empfangssignal empfangen wird) gemischt werden. In anderen Worten kann der Digital-zu-Analog-Konverter ausgebildet sein, um das Kompensationssignal basierend auf der digitalen Kopie des Radar-Sendesignals in das Hochfrequenzband zu mischen, und um das Digital-zu-Analog-konvertierte Kompensationssignal einem Koppler bereitzustellen. In anderen Worten kann der Digital-zu-Analog-Konverter einerseits ausgebildet sein, um aus dem digitalen Kompensationssignal ein analoges Signal zu erzeugen, und andererseits, um das analoge Signal direkt im Hochfrequenzband zu erzeugen und damit das Kompensationssignal in das Hochfrequenzband zu mischen.
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In manchen Ausführungsbeispielen können noch weitere Störanteile entfernt werden. In manchen Fällen kann es hilfreich sein, Reflektionen an Objekten, die nicht von Interesse sind, von vornherein herauszufiltern, da diese Reflektionen nicht nur nicht von Interesse sind, sondern aufgrund der geringeren distanzabhängigen Dämpfung auch noch eine hohe Amplitude aufweisen, die den rauscharmen Verstärker in die Sättigung treiben können. Daher kann das Verarbeitungsmodul ausgebildet sein, um aus dem Beatfrequenzsignal ferner einen Nahbereichsanteil zu extrahieren. Dies kann ebenfalls über ein frequenzabhängiges Filter geschehen. In anderen Worten kann das Verarbeitungsmodul ausgebildet sein, um den Nahbereichsanteil basierend auf einem frequenzabhängigen Filter zu extrahieren. Dabei kann beispielsweise ein Tiefpassfilter verwendet werden. Das Kompensationssignal basiert dabei beispielsweise ferner auf dem extrahierten Nahbereichsanteil. In anderen Worten kann das Kompensationssignal ferner Signalanteile des Radar-Empfangssignals umfassen (oder eine verarbeitete Fassung derjenigen Signalanteile), die auf den Nahbereich zurückzuführen sind, etwa auf Objekte, die eine Distanz zu einer Radar-Antenne der jeweiligen Radar-Empfängereinheit aufweisen, die geringer ist als ein Distanz-Schwellenwert.
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Die zumindest eine Schnittstelle 12 kann beispielsweise einem oder mehreren Eingängen und/oder einem oder mehreren Ausgängen zum Empfangen und/oder Übertragen von Informationen entsprechen, etwa in digitalen Bitwerten, basierend auf einem Code, innerhalb eines Moduls, zwischen Modulen, oder zwischen Modulen verschiedener Entitäten.
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In Ausführungsbeispielen kann das Verarbeitungsmodul 14 einem beliebigen Controller oder Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente entsprechen. Beispielsweise kann das Verarbeitungsmodul 14 auch als Software realisiert sein, die für eine entsprechende Hardwarekomponente programmiert ist. Insofern kann das Verarbeitungsmodul 14 als programmierbare Hardware mit entsprechend angepasster Software implementiert sein. Dabei können beliebige Prozessoren, wie Digitale Signalprozessoren (DSPs) zum Einsatz kommen. Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf einen bestimmten Typ von Prozessor eingeschränkt. Es sind beliebige Prozessoren oder auch mehrere Prozessoren zur Implementierung denkbar.
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Mehr Details und Aspekte der Vorrichtung und des Verfahrens werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die vorher oder nachher (z.B. 2a bis 3b) beschrieben werden. Die Vorrichtung und das Verfahren können ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben wurden.
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2a zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Radar-Empfängereinheit 20. Die Radar-Empfängereinheit umfasst eine Empfangsschaltung 21 zum Erzeugen eines Radar-Empfangssignals. Die Radar-Empfängereinheit umfasst eine Digitalisierungsschaltung 22 zum Erzeugen einer digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals. Die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals ist im Hochfrequenz-Band digitalisiert. Die Radar-Empfängereinheit umfasst ferner eine Kontrollschaltung 23, ausgebildet zum Bereitstellen der digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals für eine Vorrichtung 10 (von 1a) zum Erzeugen eines Kompensationssignals. Die Kontrollschaltung 23 ist ausgebildet zum Erhalten eines Kompensationssignals in digitaler Form von der Vorrichtung zum Erzeugen des Kompensationssignals. Die Kontrollschaltung 23 ist ausgebildet zum Entstören des Radar-Empfangssignals basierend auf dem Kompensationssignal. Die Kontrollschaltung 23 ist beispielsweise mit der Vorrichtung 10 gekoppelt, etwa über eine Schnittstelle. In manchen Ausführungsbeispielen kann die Radar-Empfängereinheit die Vorrichtung 10 umfassen, oder einen Teil davon, wenn die Vorrichtung 10 von mehreren Empfängereinheiten gemeinsam verwendet wird.
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2b zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Verfahrens für due Radar-Empfängereinheit. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen 210 des Radar-Empfangssignals. Das Verfahren umfasst ferner ein Erzeugen 220 der digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals. Das Verfahren umfasst ferner ein Bereitstellen 230 der digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals für die Vorrichtung zum Erzeugen eines Kompensationssignals. Das Verfahren umfasst ferner ein Erhalten 240 des Kompensationssignals in digitaler Form von der Vorrichtung zum Erzeugen des Kompensationssignals. Das Verfahren umfasst ferner ein Entstören 250 des Radar-Empfangssignals basierend auf dem Kompensationssignal.
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Die folgende Beschreibung bezieht sich sowohl auf die Radar-Empfangseinheit als auch auf das entsprechende Verfahren.
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Während im Zusammenhang mit den 1a und 1b die Erzeugung des Kompensationssignals diskutiert wurde, wird im Folgenden nun auf die Anwendung des Signals eingegangen. Grundsätzlich wird das Kompensationssignal von der Radar-Empfangseinheit genutzt, um das Radar-Empfangssignal zu entstören. Dabei ist die Radar-Empfangseinheit beispielsweise ein Bestandteil eines Radar-Sendeempfängers (auch engl. Transceiver) 30, der ferner eine entsprechende Radar-Sendeeinheit umfasst. Ein oder mehrere solcher Radar-Sendempfängern können nun Teil des Radar-Systems sein, das, wie bereits zuvor beschrieben, ein Multisensor-Radarsystem sein kann.
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Die Radar-Empfangseinheit umfasst die Empfangsschaltung 21, die ausgebildet ist zum Erzeugen des Radar-Empfangssignals. Dabei kann die Empfangsschaltung 21 beispielsweise eine Schnittstelle sein, die mit einer Antenne des Radar-Sendeempfängers gekoppelt ist. Die Empfangsschaltung wird dabei genutzt, um das Radar-Empfangssignal in die Radar-Empfangseinheit zu leiten.
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Die Radar-Empfangseinheit umfasst ferner die Digitalisierungsschaltung 22. Dabei kann die Digitalisierungsschaltung beispielsweise ein Digital-zu-Analog-Konverter sein, der ausgebildet ist, um das Radar-Empfangssignal zu digitalisieren. Dabei ist die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals im Hochfrequenz-Band digitalisiert. In anderen Worten wird das Radar-Empfangssignal abgegriffen, bevor das Radar-Empfangssignal (nach einer Verstärkung) in das Basisband gemischt wird.
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Die Radar-Empfangseinheit umfasst ferner die Kontrollschaltung 23. Diese wird genutzt, um die unterschiedlichen Signale und Daten zwischen der Radar-Empfangseinheit (oder innerhalb der Radar-Empfangseinheit) zu verteilen und Daten mit der Vorrichtung 10 auszutauschen. Dabei ist die Kontrollschaltung ausgebildet, um die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals für die Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines Kompensationssignals bereitzustellen, und um im Gegenzug das Kompensationssignal in digitaler Form von der Vorrichtung zum Erzeugen des Kompensationssignals zu erhalten. Dabei kann die Kontrollschaltung 23 beispielsweise ausgebildet sein, um die digitale Kopie des Radar-Empfangssignals und das Kompensationssignal als digitales Signal, etwa über digitale Datenpakete oder als digitalen Datenstrom, mit der Vorrichtung 10 auszutauschen.
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Die Kontrollschaltung ist ferner ausgebildet zum Entstören des Radar-Empfangssignals basierend auf dem Kompensationssignal. Dazu kann die Kontrollschaltung beispielsweise zwei weitere Komponenten umfassen oder nutzen, nämlich den bereits im Zusammenhang mit 1a / 1b vorgestellten Digital-zu-Analog-Konverter 24 und einen Koppler 25. Beispielsweise kann das Entstören des Radar-Empfangssignals ein Bereitstellen des Kompensationssignals für den Digital-zu-Analog-Konverter umfassen oder einem solchen Bereitstellen entsprechen. Die eigentliche Entstörung (also die zumindest teilweise Kompensation der Störungen) kann dann durch das Überlagern des in das Hochfrequenzband gemischten Kompensationssignals und des Radar-Empfangssignals bewirkt werden. Der Digital-zu-Analog-Konverter kann ausgebildet sein, um das Kompensationssignal Digital-zu-Analog zu konvertieren. Dabei kann der Digital-zu-Analog-Konverter ausgebildet sein, wie etwa schon im Zusammenhang mit den 1a / 1b beschrieben ist, das Kompensationssignal mit Hilfe des Radar-Sendesignals in das Hochfrequenzband zu mischen bzw. direkt im Hochfrequenzband auszugeben. In anderen Worten kann der Digital-zu-Analog-Konverter ausgebildet sein, um das Kompensationssignal basierend auf einer digitalen Kopie des Radar-Sendesignals in das Hochfrequenzband zu mischen. Der Koppler (etwa eine Kopplungsschaltung) kann ausgebildet sein, um das Digital-zu-Analog-konvertiere Kompensationssignal (im Hochfrequenzband) mit dem Radar-Empfangssignal zu koppeln (also etwa zu überlagern) und damit zu entstören.
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Anschließend kann das entstörte Radar-Empfangssignal dem ersten rauscharmen Verstärker der Eingangs-Signalkette übergeben werden. In anderen Worten kann die Empfangseinheit ferner einen rauscharmen Verstärker 26 umfassen, der mit dem Koppler gekoppelt ist. Der rauscharme Verstärker ist beispielsweise ausgebildet zum rauscharmen Verstärken des entstörten Radar-Empfangssignals.
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In Ausführungsbeispielen kann die Kontrollschaltung 23 einem beliebigen Controller oder Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente entsprechen. Beispielsweise kann die Kontrollschaltung 23 auch als Software realisiert sein, die für eine entsprechende Hardwarekomponente programmiert ist. Insofern kann die Kontrollschaltung 23 als programmierbare Hardware mit entsprechend angepasster Software implementiert sein. Dabei können beliebige Prozessoren, wie Digitale Signalprozessoren (DSPs) zum Einsatz kommen. Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf einen bestimmten Typ von Prozessor eingeschränkt. Es sind beliebige Prozessoren oder auch mehrere Prozessoren zur Implementierung denkbar.
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Mehr Details und Aspekte der Radar-Empfängereinheit und des entsprechenden Verfahrens werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die vorher oder nachher (z.B. 1a bis 1b, 3a bis 3b) beschrieben werden. Die Radar-Empfängereinheit und das Verfahren können ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben wurden.
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3a zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Radar-Sendeempfängers 30. Der Radar-Sendeempfänger 30 die Radar-Empfängereinheit 20 (von 2a), eine Radar-Sendeeinheit 32 und die Vorrichtung 10 (von 1a) zum Erzeugen eines Kompensationssignals. Der Radar-Sendeempfänger ist dabei der nächstgrößere logische Block, der sowohl Sende- als auch Empfängerkomponenten umfasst. Von der Sende-Komponente kann nun auch die digitale Kopie des Radar-Sendesignals empfangen werden. Beispielsweise kann die Radar-Sendeeinheit ausgebildet sein, um die digitale Kopie des Radar-Sendesignals zumindest der Vorrichtung zum Erzeugen des Kompensationssignals, und optional auch dem Digital-zu-Analog-Konverter (etwa über die Kontrollschaltung) bereitzustellen. Dabei kann das Radar-Sendesignal beispielsweise in der Radar-Sendepfads digitalisiert werden, etwa über eine Digitalisierungsschaltung, oder das Radar-Sendesignal kann berechnet werden, etwa basierend auf einem Modell, welches nichtlinearitäten des Sendepfads abbildet.
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3b zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Radar-Systems 100. Dabei kann das Radar-System beispielsweise ein Dauerstrich-Radarsystem sein, etwa ein Dauerstrich-Radarsystem mit einer Mehrzahl von Radar-Sendempfängern (etwa zumindest zwei, zumindest vier, zumindest 8, zumindest 16 Radar-Sendeempfänger). Beispielsweise kann das Radar-System 100 einen oder eine Mehrzahl von Radar-Sendeempfängern 30 (von 3a) umfassen. Jeder Radar-Sendeempfänger umfasst eine Radar-Empfängereinheit 20, die in einem Empfangskanal operiert (und eine entsprechende Radar-Sendeeinheit). Die Vorrichtung 10 kann nun genutzt werden, um für jede Radar-Empfangseinheit ein separates Kompensationssignal zu generieren. In anderen Worten kann ein separates Kompensationssignal für jeden Empfangskanal basierend auf der digitalen Kopie des Radar-Sendesignals und basierend auf der digitalen Kopie des Radar-Empfangssignals des jeweiligen Radar-Sendeempfängers generiert werden. Dazu kann beispielsweise jeder Radar-Sendeempfänger eine entsprechende Vorrichtung 10 umfassen, oder eine Vorrichtung 10 kann Kompensationssignale für mehrere (etwa alle) der Mehrzahl von Radar-Sendeempfängern erzeugen. Ein solches Beispiel ist in 3b gezeigt. In anderen Worten kann das Radar-System eine Vorrichtung 10 zum Erzeugen einer Mehrzahl von Kompensationssignalen für die Mehrzahl von Radar-Sendeempfänger umfassen.
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Mehr Details und Aspekte Radar-Sendeempfängers und des Radar-Systems werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die vorher oder nachher (z.B. 1a bis 2b) beschrieben werden. Der Radar-Sendeempfänger und das Radar-System können ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben wurden.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen eine digitale, aktive Überkopplungsunterdrückungmethode für Multisensorempfangssysteme.
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Um die analoge Zuführung des Kompensationsreferenzsignals an jeden Empfangskanal zu vermeiden, kann das Empfangssignal vor dem ersten LNA der Empfangselektronik ausgekoppelt und im HF-Band direkt digitalisiert werden. Mittels einer synchron generierten, digitalen Kopie des Sendesignals kann das digitalisierte Signal in jedem Empfangskanal ins Basisband gemischt und das sogenannte Beatfrequenzsignal generiert werden. Durch verschiedene Filterbänke können dann der Überkopplungsanteil sowie, optional, der Anteil von Nahbereichszielen, welche nicht relevant für die Radar-Anwendung sind und im niederfrequenten Demodulationssignal lokalisiert sind, aus dem Beatsignal extrahiert werden. Dieses Signal, etwa das Kompensationssignal, enthält beispielsweise ausschließlich die für die reguläre Radarprozessierung störenden und somit zu eliminierenden Anteile. Mittels moderner Digital-zu-Analog-Konverter kann das Basisbandsignal mit einer lokalen, digitalen Kopie des Sendesignals direkt zurück ins HF-Band gemischt werden, um eine Sättigung des ersten LNAs jedes Empfangskanals zu verhindern. Dieses Signal kann mittels eines Kopplers mit dem Empfangssignal überlagert werden und so die Nahbereichs- sowie Überkopplungsanteile eliminieren.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung können beispielsweise in allen Phased-Array-Radaren (Gruppenstrahler-Radaren) und sonstigen kohärenten Multisensorempfangssystemen, welche CW-Wellenformen und eine direkte Signalabtastung nutzen, eingesetzt werden. Insbesondere für die Nutzung in Radarsystemen zur Beobachtung des Weltraums oder anderen Großradarsystemen bietet sich das vorgestellte Konzept an.
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Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.
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Beispiele können weiterhin ein (Computer-)Programm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Programm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer sonstigen programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen der oben beschriebenen Verfahren können also auch durch programmierte Computer, Prozessoren oder sonstige programmierbare Hardwarekomponenten ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme und Anweisungen codieren beziehungsweise enthalten. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren, Steuereinheiten, (feld- )programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays),(feld- )programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), Grafikprozessoren (GPU = Graphics Processor Unit), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC = application-specific integrated circuit), integrierte Schaltungen (IC= Integrated Circuit) oder Ein-Chip-Systeme (SoC = System-on-a-Chip) abdecken, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind.
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Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als zwingend in der beschriebenen Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen zwingend erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Durchführung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.
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Wenn einige Aspekte in den vorhergehenden Abschnitten im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Dabei kann beispielsweise ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, etwa einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend dazu sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.
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Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.
