DE19851307B4 - System and method for determining at least one physical quantity - Google Patents

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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Abstract

System zum Ermitteln eines Tiefen- und/oder Reflektivitätswerts aus einem Sendesignal und einem Empfangssignal, mit:
einer Sendeeinrichtung, die ein Sendesignal (TRM) einer ersten Frequenz (f1), ersten Phase und einer ersten Amplitude erzeugt und aussendet,
einer Empfangseinheit, die das über einen Signalweg gelaufenen Sendesignal als Empfangssignal (REC) aufnimmt, wobei das Empfangssignal (REC) eine zweite Phase und eine zweite Amplitude aufweist,
einem Lokaloszillator (LO), der ein Signal (LO) mit einer zweiten Frequenz (f2) erzeugt, wobei die erste und zweite Frequenz einen Frequenzunterschied (f3) aufweisen,
einer erste Mischeinrichtung (M1), die das Empfangssignal (REC) und das Lokaloszillatorssignal (LO) mischt, so dass ein Zwischensignal (IF) mit einer dem Frequenzunterschied entsprechenden dritten Frequenz (f3) und der zweiten Phase und der zweiten Amplitude erzeugt wird, und
einer Vergleichseinrichtung, mit der die Phasen und/oder Amplitudenänderungen (φ*, B*) von Sendesignal (TRM) zu Empfangssignal (REC) ermittelbar sind, aus denen ein Tiefen- und/oder Reflektivitätswert (d, Q) bestimmbar...System for determining a depth and / or reflectivity value from a transmission signal and a reception signal, comprising:
a transmitting device which generates and transmits a transmission signal (TRM) of a first frequency (f1), first phase and a first amplitude,
a receiving unit which receives the transmission signal passed via a signal path as a reception signal (REC), the reception signal (REC) having a second phase and a second amplitude,
a local oscillator (LO) generating a signal (LO) at a second frequency (f2), the first and second frequencies having a frequency difference (f3),
a first mixer (M1) mixing the received signal (REC) and the local oscillator signal (LO) to produce an intermediate signal (IF) having a third frequency (f3) corresponding to the frequency difference and the second phase and the second amplitude, and
a comparison device with which the phase and / or amplitude changes (φ *, B *) of the transmission signal (TRM) to the reception signal (REC) can be determined, from which a depth and / or reflectivity value (d, Q) can be determined.

Figure 00000001
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Ermitteln mindestens einer physikalischen Größe, die vorzugsweise bei der aktiven Erzeugung korrespondierender Tiefen- und Reflektivitätsbilder mittels eines Lasers und deren Nutzung zur Umgebungserfassung verwendbar sind.The The present invention relates to a system and method for determining at least one physical quantity, preferably in the active generation of corresponding depth and reflectivity images by means of a laser and their use for environment detection usable are.

Es ist bekannt, zur Entfernungs- und/oder Reflektivitätsmessung ein aktives AMCW- bzw. Amplitudenmodulations-Dauerstrich-Lasermeßsystem zu verwenden. Bei einem derartigen Meßsystem besteht zum Beispiel die Möglichkeit, ein sinusförmiges Sendesignal der Form TRM(t) = sin(ω1t) zum Beispiel mittels einer Halbleiterlaserdiode zu erzeugen und über einen zu vermessenden Signalweg der geometrischen Länge D auszusenden.It is known to use an active AMCW or amplitude modulation continuous wave laser measurement system for distance and / or reflectivity measurement. In such a measuring system, for example, it is possible to generate a sinusoidal transmission signal of the form TRM (t) = sin (ω 1 t), for example by means of a semiconductor laser diode and emit a signal path of geometric length D to be measured.

Aufgrund des Signalwegs weist das Empfangssignal der Form REC(t) = B sin(ω1t – φ) sowohl eine Dämpfung als auch eine Phasenverschiebung bezüglich des ursprünglichen Sendesignals TRM(t) auf. Das Empfangssignal kann dabei zum Beispiel mittels einer Avalanche-Photodiode empfangen werden.Due to the signal path, the receive signal of the form REC (t) = B sin (ω 1 t - φ) has both an attenuation and a phase shift with respect to the original transmit signal TRM (t). The received signal can be received, for example, by means of an avalanche photodiode.

Ein wesentlicher Aspekt bei einem derartigen System besteht nunmehr darin, sowohl die vorliegende Phasenverschiebung als auch die vorliegende Dämpfung hochgenau, das heißt mit einem relativen Fehler von ungefähr 0,01, und mit einer sehr hohen Meßrate, das heißt, bis zu 1·106 Messungen/s, zu bestimmen. Dabei kann das Empfangssignal eine hohe Signaldynamik bzw. Dämpfung von bis zu 80 dB (1:10000) aufweisen.An essential aspect of such a system is now that both the present phase shift and the present attenuation with high accuracy, that is with a relative error of about 0.01, and with a very high measuring rate, that is, up to 1 · 10 6th Measurements / s to determine. The received signal can have a high signal dynamic or attenuation of up to 80 dB (1: 10,000).

Die geometrische Länge D der Meßstäbe und des Signalwegs in der Elektronik kann zum Beispiel mittels der nach folgenden Gleichung (1) direkt berechnet werden.The geometric length D of the dipsticks and the Signal path in electronics, for example, by means of the following Equation (1) can be calculated directly.

Figure 00020001
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Dabei bezeichnet c die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals TRM(t), bezeichnet ω1 die verwendete Meßfrequenz, bezeichnet φ die Phasenverschiebung des Empfangssignals REC(t) bezüglich des Sendesignals TRM(t) und bezeichnet D die geometrische Länge des Signalwegs.Here, c denotes the propagation velocity of the transmission signal TRM (t), ω 1 denotes the measurement frequency used, φ denotes the phase shift of the reception signal REC (t) with respect to the transmission signal TRM (t) and D denotes the geometric length of the signal path.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines bei dem zuvor beschriebenen System und Verfahren verwendeten Meßprinzips. Entsprechende Meßapparaturen sind beispielsweise in den Dokumenten DE 4434666 , US 5,162,862 oder US 5,082,364 offenbartThe following is a description of a measuring principle used in the above-described system and method. Corresponding measuring apparatuses are for example in the documents DE 4434666 . US 5,162,862 or US 5,082,364 disclosed

Das ursprüngliche sinusförmige Sendesignal TRM(t) = sin(ω1t) wird mit dem am Ende des Signalwegs aufgenommenen Empfangssignal REC(t) = B sin(ω1t – φ) verglichen, welches nunmehr gegenüber dem Sendesignal TRM(t) gedämpft und in der Phase verschoben ist. Um die Phasenverschiebung φ von Interesse zu gewinnen, wird die nachfolgende Gleichung (2) verwendet, die durch Anwenden des allgemeinen mathematischen Zusammenhangs sinα sinα = 1/2[cos(α – β) – cos(α + β)] erzielt wird. sin(ω1t)·B·sin(ω1t – φ) = B/2[cos(–φ) – cos(2ω1t - φ)] (2) The original sinusoidal transmission signal TRM (t) = sin (ω 1 t) is compared with the received signal REC (t) = B sin (ω 1 t - φ) recorded at the end of the signal path, which is now attenuated with respect to the transmission signal TRM (t) and is moved in phase. In order to obtain the phase shift φ of interest, the following equation (2) is obtained, which is obtained by applying the general mathematical relationship sinα sinα = 1/2 [cos (α-β) -cos (α + β)]. sin (ω 1 t) · B · sin (ω 1 t - φ) = B / 2 [cos (-φ) - cos (2ω 1 t - φ)] (2)

Wie es aus der linken Seite der obigen Gleichung (2) ersichtlich ist, wird das ursprüngliche Sendesignal TRM(t) mit dem auszuwertenden Empfangssignal REC(t) multipliziert. Um diese Multiplikation durchzuführen, wird im Stand der Technik ein Teil des Sendesiganals abgeteilt und ebenfalls einer Empfangseinheit zugeführt. Im Anschluß an diese Multiplikation wird der bei der Multiplikation entstehende Signalanteil doppelter Frequenz (cos(2ω1t – φ)) ausgefiltert. Auf diese Weise steht der gesuchte Phasenwinkel indirekt im Wert B/2cos(–φ) zur Verfügung. Jedoch sind in diesem Ausdruck zwei Unbekannte (die gesucht werden), das heißt, B und φ, enthalten, so daß die nachfolgende Gleichung (3) erforderlich ist, die durch Anwenden des allgemeinen mathematischen Zusammenhangs sinα cosβ = 1/2[sin(α – β) + sin(α + β)] erzielt wird. cos(ω1t)·B·sin(ω1t – φ) = B/2[sin(–φ) + sin(2ω1t – φ)] (3) As is apparent from the left side of the above equation (2), the original transmission signal TRM (t) is multiplied by the reception signal REC (t) to be evaluated. In order to perform this multiplication, part of the transmission signal is divided in the prior art and also fed to a receiving unit. Following this multiplication, the double frequency signal component (cos (2ω 1 t -φ)) produced during the multiplication is filtered out. In this way, the desired phase angle is available indirectly in the value B / 2cos (-φ). However, in this expression, two unknowns (which are searched for), that is, B and φ, are included, so that the following equation (3) is required, which is obtained by applying the general mathematical relationship sinα cosβ = 1/2 [sin (α - β) + sin (α + β)] is achieved. cos (ω 1 t) · B · sin (ω 1 t - φ) = B / 2 [sin (-φ) + sin (2ω 1 t - φ)] (3)

Auch hier wird der bei der Multiplikation entstehende Signalanteil doppelter Frequenz (sin(2ω1t – φ)) ausgefiltert, so daß letztendlich die beiden Zwischenergebnisse B/2cos(–φ) und B/2sin(–φ) erzielt werden, die die beiden Unbekannten B und φ enthalten. Anhand der nachfolgenden Gleichungen (4) und (5) besteht nunmehr die Möglichkeit, die beiden gesuchten Werte B und φ zu berechnen.Here, too, the double frequency signal component (sin (2ω 1 t -φ)) produced during multiplication is filtered out, so that ultimately the two intermediate results B / 2cos (-φ) and B / 2sin (-φ) are obtained, which are the two Unknown B and φ included. Based on the following equations (4) and (5) it is now possible to calculate the two sought values B and φ.

Figure 00030001
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Dabei bezeichnen B* und φ* die berechneten Werte zur Unterscheidung von den physikalischen Meßgrößen B und φ.there denote B * and φ * the calculated values for differentiation from the physical ones Measured variables B and φ.

Anhand des somit ermittelten Werts φ* kann nunmehr gemäß Gleichung (1) die geometrische Länge D des Signalwegs berechnet werden und anhand der somit ermittelten gedämpften Amplitude des Empfangssignals REC(t) kann die Intensität des Empfangssignals REC(t) bzw. die Reflektivität berechnet werden.Based of the thus determined value φ * can now according to equation (1) the geometric length D be calculated of the signal path and based on the thus determined steamed Amplitude of the received signal REC (t) can be the intensity of the received signal REC (t) or the reflectivity be calculated.

Das zuvor beschriebene Meßprinzip ist mathematisch zwar absolut exakt, jedoch ergeben sich bei der technischen Umsetzung dieses Meßprinzips die folgenden Probleme.The previously described measuring principle is mathematically absolutely exact, but results in the technical Implementation of this measuring principle the following problems.

Die miteinander zu multiplizierenden Signale befinden sich im Bereich einiger 10 MHz. Bei derart hohen Frequenzen entstehen jedoch bei den verwendeten analogen Mischern und Phasenschiebern Fehler, wodurch genaue Messungen nicht möglich sind. So liegt die „normale" Auflösung im Bereich von mm, was jedoch oftmals nicht ausreichend ist.The Signals to be multiplied are in range some 10 MHz. At such high frequencies, however, arise used analog mixers and phase shifters errors, causing exact measurements not possible are. So is the "normal" resolution in Range of mm, which is often insufficient.

Es ist deshalb im Stand der Technik, beispielsweise US 5,082,364 , vorgeschlagen worden, die Auswertung an niederfrequenten Signalen durchzuführen. Dafür wird das Messsignal mit einer Frequenz f1 mit einem sogenannten Lokaloszillatorsignal mit einer Frequenz f2 im Empfangsgerät hetrodyn überlagert, so dass ein Zwischenfrequenzsignal mit niederer Frequenz f3 entsteht. Dieses Zwischensignal kann dann ebenfalls verwendet werden um die Abstands- bzw. Reflektivitätswerte zu bestimmen.It is therefore in the art, for example US 5,082,364 , has been proposed to carry out the evaluation on low-frequency signals. For this purpose, the measurement signal is superimposed hetrodyn with a frequency f 1 with a so-called local oscillator signal with a frequency f 2 in the receiving device, so that an intermediate frequency signal with a low frequency f 3 is formed. This intermediate signal can then also be used to determine the distance or reflectivity values.

Um diese Werte zu bestimmen, muss das Zwischenfrequenzsignal mit einem Referenzsignal phasenverglichen werden. Das Referenzsignal wird dabei wie üblich durch analoges Mischen aus dem Messsignal und dem Lokaloszillatorsignal abgeleitet, bevor das Messsignal ausgesendet wird.Around To determine these values, the intermediate frequency signal must have a Reference signal are phase-compared. The reference signal is as usual by analog mixing of the measuring signal and the local oscillator signal derived before the measurement signal is sent out.

Zwar wird durch die Ausnutzung von niederfrequenten Signalen die Fehlerrate reduziert, aber durch die Verwendung von analogen Mischern und Phasenschiebern für die Signaleregung treten weiter Fehler auf. Dies ist damit begründet, dass analoge Mischer nicht absolut linear sind und ihre Parameter zudem temperaturabhängig sind. Dies führt zu Fehlern bei der Multiplikation, welche das Endergebnis verfälschen, d. h. Meßfehler verursachen.Though becomes the error rate by the utilization of low-frequency signals reduced, but through the use of analog mixers and phase shifters for the Signal excitation continue to error. This is justified by the fact that analog mixers are not absolutely linear and their parameters in addition temperature-dependent are. this leads to errors in multiplication that distort the final result, d. H. measurement error cause.

Weiterhin wird das zur Auswertung des Pha senunterschieds erforderliche Signal aus dem ursprünglichen Sendesignal TRM(t) erzeugt. Der hierfür üblicherweise verwendete analoge Phasenschieber ist jedoch kein idealer Phasenschieber und verursacht demgemäß ebenso temperaturabhängige Amplituden- und/oder Phasenfehler, die zu Meßfehlern führen.Farther becomes the signal required to evaluate the phase difference from the original one Transmission signal TRM (t) generated. The analog commonly used for this Phase shifter, however, is not an ideal phase shifter and causes accordingly as well temperature-dependent Amplitude and / or phase errors that lead to measurement errors.

Schließlich werden die zur Gewinnung von B* und φ* erforderlichen Berechnungen in hochintegrierten digitalen Signalprozessoren durchgeführt, was voraussetzt, daß vor diesen Berechnungen die beiden erzielten Zwischenergebnisse B/2cos(–φ) und B/2sin(–φ) gefiltert und anschließend mit einem Ananlog/Digitalwandler von einem analogen Signal zu einem entsprechenden digitalen Signal gewandelt werden müssen. Dadurch, daß diese beiden Zwischenergebnisse mittels unterschiedlicher nichtidealer Filter und Analog/Digitalwandler verarbeitet werden, werden wiederum temperaturabhängige Meßfehler eingebracht.Finally for obtaining B * and φ * necessary calculations in highly integrated digital signal processors carried out, which presupposes that before These two filtered intermediate results B / 2cos (-φ) and B / 2sin (-φ) are filtered and subsequently with an analogue to digital converter from an analog signal to a corresponding digital signal must be converted. Because of this two intermediate results by means of different nichtidealer Filters and analog / digital converters are processed, turn temperature-dependent measurement error brought in.

Im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Probleme im Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und Verfahren zum Ermitteln mindestens einer physikalischen Größe aus einem Sendesignal und einem Empfangssignal zu schaffen, mittels denen unverfälschte Meßergebnisse erzielbar sind bzw. es möglich ist, Meßfehler zu beseitigen bzw. zu kompensieren.in the In view of the above-described problems in the prior art The object of the present invention is a system and method for determining at least one physical variable from a transmission signal and to provide a received signal, by means of which unadulterated measurement results are achievable or possible is, measurement error to eliminate or compensate.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Systems mit den in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den in Anspruch 17 angegebenen Maßnahmen gelöstThese The object is with respect to the system with the in claim 1 and with regard to the method with the measures specified in claim 17 solved

Genauer gesagt wird zuerst, wie im Stand der Technik, ein Sendesignal (TRM) und ein Lokaloszillatorsignal (LO) erzeugt. Das Sendesignal wird, nachdem es über einen Signalweg gelaufen ist, einer Empfangseinheit als Empfangssignal (REC) zugeführt, wo es in einer Mischeinheit mit dem Lokaloszillatorsignal gemischt wird. Das so erzeugte Zwischen frequenzsignal mit einer dritten Frequenz f3 enthält die Information über Phasen- bzw. Amplitudenänderung zwischen Sende- und Empfangssignal, kann aber, aufgrund der niederen Frequenz, leichter ausgewertet werden.More specifically, first, as in the prior art, a transmission signal (TRM) and a local oscillator generated gate signal (LO). The transmission signal, after it has passed over a signal path, is fed to a reception unit as a reception signal (REC), where it is mixed in a mixing unit with the local oscillator signal. The thus generated intermediate frequency signal with a third frequency f3 contains the information about phase or amplitude change between transmit and receive signal, but can be easily evaluated due to the lower frequency.

Für die Auswertung selbst werden erfindungsgemäß in einem dritten/vierten Signalgeber Signale mit der dritten Frequenz f3 neu erzeugt. Diese neu erzeugten Signale sind nicht, wie im Stand der Technik, aus bereits bestehenden Signalen abgeleitet, so dass Fehlerquellen aufgrund von nicht ideal arbeitenden Bauelementen ausgeschlossen werden können. Erst der Vergleich von Zwischenfrequenzsignal mit drittem/bzw. viertem Signal liefert dann die Phasen- und Amplitudenänderung von Sende- zu Empfangssignal, aus denen Tiefen- und Reflektivitätswert bestimmt werden.For the evaluation itself, according to the invention signals with the third frequency f 3 are newly generated in a third / fourth signal generator. These newly generated signals are not, as in the prior art, derived from existing signals, so that error sources can be excluded due to not ideal working components. Only the comparison of intermediate frequency signal with third / or. The fourth signal then provides the phase and amplitude change from transmit to receive signal, from which depth and reflectivity values are determined.

Da alle für die Bestimmung der Phasenverschiebung/Amplitudenveränderung notwendigen Signale direkt und getrennt von dem Sendesignal abgeleitet bzw. erzeugt werden, ist es nicht notwendig, die Signale durch Mischen aus dem Sendesignal abzuleiten. Dadurch werden Fehler aufgrund dieses Mischvorgangs vermieden, die dadurch entstehen, daß die verwendeten Vorrichtungen keine idealen Vorrichtungen sind.There all for the determination of the phase shift / amplitude change necessary signals directly and separately derived from the transmission signal or generated, it is not necessary to mix the signals derive from the transmission signal. This will cause errors due to this Avoiding mixing caused by the fact that the used Devices are not ideal devices.

Das erzeugte Zwischenfrequenzsignal weist eine Frequenz auf, die der Differenz der Frequenz des Empfangssignals bzw. Sendesignals zu der des Referenzsignals entspricht, wodurch das Zwischenfrequenzsignal in einem weitaus niedrigerem Frequenzbereich als das Empfangssignal liegen kann, was insbesondere bei einer nachfolgenden digitalen Verarbeitung zur Fehlervermeidung nützlich ist.The generated intermediate frequency signal has a frequency that the Difference of the frequency of the received signal or transmission signal to which corresponds to the reference signal, whereby the intermediate frequency signal in a much lower frequency range than the received signal can lie, which is especially true for a subsequent digital Processing is useful for error prevention.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Signalgeber als Oszillatoren ausgebildet sind, die nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese arbeiten. Dadurch besteht zwi schen beispielsweise dem Sendesignal und dem Lokaloszillatorsignal eine zu jedem beliebigen Zeitpunkt exakt reproduzierbare Phasenbeziehung. Dies ist bei den herkömmlich verwendeten Signalgebern nicht möglich, da eine Bestimmung der Phasenbeziehung immer durch Rauschen oder sogenannte „Spurious" Signale verfälscht wird. Diese Fehler machen sich bei der Auswertung von Tiefen- und/oder Reflektivitätswert empfindlich bemerkbar.Especially is advantageous if the signal generator is designed as an oscillator are working on the principle of direct digital synthesis. As a result, between rule, for example, the transmission signal and the local oscillator signal an exactly reproducible phase relationship at any given time. This is conventional used signalers are not possible since a determination of the phase relationship is always due to noise or so-called "Spurious" signals is corrupted. These errors occur in the evaluation of depth and / or reflectivity sensitive.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.The The present invention will be described below with reference to an embodiment described in more detail with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt:It shows:

1 eine Sende/Empfangseinheit eines Systems zum Ermitteln mindestens einer physikalischen Größe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a transmitting / receiving unit of a system for determining at least one physical quantity according to an embodiment of the present invention;

2 eine digitale Signalverarbeitungseinheit des Systems zum Ermitteln mindestens einer physikalischen Größe gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 2 a digital signal processing unit of the system for determining at least one physical quantity according to the embodiment of the present invention; and

3 eine Darstellung eines aus zwei Zwischenergebnissen bestehenden Zeigers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 a representation of an existing two intermediate results pointer according to the embodiment of the present invention.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.below the description will be given of an embodiment of the present invention Invention.

1 zeigt eine Sende/Empfangseinheit eines Systems zum Ermitteln mindestens einer physikalischen Größe gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 shows a transmitting / receiving unit of a system for determining at least one physical quantity according to the embodiment of the present invention.

In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen ersten Oszillator (DDS1) zur direkten digitalen Synthese bzw. DDS, bezeichnet das Bezugszeichen 2 ein erstes Bandpaßfilter (BP1), bezeichnet das Bezugszeichen 3 ein zweites Bandpaßfilter (BP2), bezeichnet das Bezugszeichen 4 einen Verstärker, bezeichnet das Bezugszeichen 5 einen zweiten (Lokal-)Oszillator (DDS2) zur direkten digitalen Synthese bzw. DDS, bezeichnet das Bezugszeichen 6 ein drittes Bandpaßfilter (BP3), bezeichnet das Bezugszeichen 7 einen Hauptoszillator (Oszi), bezeichnet das Bezugszeichen 8 ein erstes Tiefpaßfilter (LP1), bezeichnet das Bezugszeichen 9 einen Analog/Digitalwandler (A/D) und bezeichnet das Bezugszeichen M1 einen ersten Mischer.In 1 denotes the reference numeral 1 a first oscillator (DDS1) for direct digital synthesis or DDS, the reference numeral 2 a first band-pass filter (BP1) denotes the reference numeral 3 a second band-pass filter (BP2) denotes the reference numeral 4 an amplifier, denoted by the reference numeral 5 a second (local) oscillator (DDS2) for direct digital synthesis or DDS, the reference numeral 6 a third band-pass filter (BP3), denoted by the reference numeral 7 a main oscillator (Oszi), the reference numeral 8th a first low-pass filter (LP1), denoted by the reference numeral 9 an analog-to-digital converter (A / D) and reference M1 denotes a first mixer.

Weiterhin bezeichnen in 1 die Bezugszeichen CLK1, CLK2 und CLK3 ein erstes, zweites bzw. drittes Taktsignal, bezeichnet TRM(t) ein Sendesignal und bezeichnet REC(t) ein Empfangssignal.Furthermore, in 1 the reference symbols CLK1, CLK2 and CLK3 denote a first, second and third clock signal, respectively, TRM (t) denotes a transmission signal and REC (t) designates a reception signal.

Nachstehend wird die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Sende/Empfangseinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.below becomes the operation of the previously described transceiver unit according to the embodiment of the present invention.

Ein Sendesignal der Form TRM(t) = sin(ω1t) mit einer Frequenz f1(ω1 = 2πf1) wird von dem ersten digital programmierbaren Oszillator 1 erzeugt. Dieser erste Oszillator 1 arbeitet dabei nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese bzw. DDS. Der erste Oszillator 1 erhält das erste Taktsignal CLK1 von dem quarzstabilen Hauptoszillator 7. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden digitale Frequenzerzeuger(DDS1, DDS2) eingesetzt. Alternativ könnten auch analoge Frequenzerzeuger verwendet werden.A transmission signal of the form TRM (t) = sin (ω 1 t) with a frequency f 1 (ω 1 = 2πf 1 ) is from the first digitally programmable oscillator 1 generated. This first oscillator 1 works according to the principle of direct digital synthesis or DDS. The first oscillator 1 receives the first clock signal CLK1 from the quartz-stable main oscillator 7 , In the illustrated embodiment, digital frequency generators (DDS1, DDS2) are used. Alternatively, analog frequency generators could also be used.

Das somit erzeugte Sendesignal TRM(t) wird durch das Bandpaßfilter 2 von unerwünschten Oberwellen und Syntheseprodukten befreit und ausgesendet. Nach Durchlaufen eines in 1 gezeigten Signalwegs wird das in der Phase verschobene sinusförmige Signal REC(t) der Form REC(t) = B sin(ω1t – φ) empfangen, durch das zweite Bandpaßfilter 3 gefiltert und anschließend von dem Verstärker 4 verstärkt. Dabei ist das zweite Bandpaßfilter 3 auf die Frequenz f1 des Empfangssignals REC(t) abgestimmt, um unerwünschte Störsignale zu unterdrücken und verstärkt der Verstärker 4 das gegebenenfalls stark abgeschwächte Empfangssignal REC(t) vor einer weiteren Verarbeitung auf eine Amplitude A.The thus generated transmission signal TRM (t) is passed through the bandpass filter 2 freed of unwanted harmonics and synthesis products and sent out. After going through an in 1 The phase-shifted sinusoidal signal REC (t) of the form REC (t) = B sin (ω 1 t -φ) is received by the second band-pass filter 3 filtered and then from the amplifier 4 strengthened. Here is the second bandpass filter 3 tuned to the frequency f 1 of the received signal REC (t) to suppress unwanted spurious signals and amplifies the amplifier 4 the optionally greatly attenuated received signal REC (t) before further processing to an amplitude A.

Weiterhin erzeugt der zweite digital programmierbare Oszillator 5 ein sinusförmiges Lokaloszillatorsignal der Form LO(t)~2sin(ω2t) mit einer Frequenz f2(ω2 = 2πf2). Dieser zweite Oszillator 5 arbeitet dabei ebenso wie der erste Oszillator 1 nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese bzw. DDS. Der zweite Oszillator 1 erhält ebenso das erste Taktsignal CLK1 von dem quarzstabilen Hauptoszillator 7.Furthermore, the second digitally programmable oscillator generates 5 a sinusoidal local oscillator signal of the form LO (t) ~ 2sin (ω 2 t) with a frequency f 2 (ω 2 = 2πf 2 ). This second oscillator 5 works as well as the first oscillator 1 according to the principle of direct digital synthesis or DDS. The second oscillator 1 also receives the first clock signal CLK1 from the quartz-stable main oscillator 7 ,

Aufgrund dessen, daß sowohl der erste Oszillator 1 als auch der zweite Oszillator 5 mit dem gleichen ersten Taktsignal CLK1 angesteuert werden, besteht hierbei die Möglichkeit zu gewährleisten, daß die Frequenz f2 einen hochgenauen konstanten Frequenzunterschied f3 zu der Frequenz f1 aufweist, das heißt, f3 = f1 – f2. Dies ist ein sehr wichtiger Punkt, wie es aus der nachfolgenden Beschreibung besser ersichtlich wird. Das derart erzeugte Signal der Form 2sin(ω2t) wird dem dritten Bandpaßfilter 6 zugeführt, um unerwünschte Oberwellen und Syntheseprodukte zu beseitigen.Due to the fact that both the first oscillator 1 as well as the second oscillator 5 With the same first clock signal CLK1, it is possible to ensure that the frequency f 2 has a high-precision constant frequency difference f 3 to the frequency f 1 , that is, f 3 = f 1 -f 2 . This is a very important point, as will be better understood from the following description. The signal of the form 2sin (ω 2 t) thus generated becomes the third band-pass filter 6 supplied to eliminate unwanted harmonics and synthesis products.

In dem analogen Mischer M1 werden das Empfangssignal REC(t) und das erzeugte Lokaloszillatorsignal der Form 2sin(ω2t) gemischt, was in mathematischer Betrachtung einer Multiplikation dieser beiden Signale gleichkommt. Diese Multiplikation ist aus der nachfolgenden Gleichung (6) er sichtlich, die durch Anwenden des allgemeinen mathematischen Zusammenhangs sinα sinα = 1/2[cos(α - β) – cos(α + β)] erzielt wird. 2A·sin(ω2t)·sin(ω1t – φ) = A[cos((ω1 – ω2)t – φ) – cos((ω1 + ω2)t – φ)] (6) In the analog mixer M1, the received signal REC (t) and the generated local oscillator signal of the form 2sin (ω 2 t) are mixed, which mathematically equates to a multiplication of these two signals. This multiplication is apparent from the following equation (6), which is obtained by applying the general mathematical relationship sin α sin α = 1/2 [cos (α-β) -cos (α + β)]. 2A * sin (ω 2 t) · sin (ω 1 t - φ) = A [cos ((ω 1 - ω 2 ) t - φ) - cos ((ω 1 + ω 2 ) t - φ)] (6)

Wie es aus Gleichung (6) ersichtlich ist, enthält das durch die Multiplikation erzielte Signal zwei cosinusförmige Signalanteile, wobei ein Signalanteil die Summenfrequenz f1 + f2 und der andere Signalanteil die Differenzfrequenz f1 – f2 aufweist.As is apparent from equation (6), the signal generated by the multiplication includes two cosine signal components, wherein a proportion of the difference signal frequency, the sum frequency f 1 + f 2 and the other signal component f 1 - having f 2.

Anhand des hinter dem ersten Mischer M1 vorhandenen ersten Tiefpaßfilters 8 wird der cosinusförmige Signalanteil mit der Summenfrequenz aus dem Multiplikationssignal ausgefiltert, wodurch ein Zwischenfrequenzsignal IF(t) gemäß der nachfolgenden Gleichung (7) an den Eingangsanschluß des Analog/Digitalwandlers 9 angelegt wird. IF(t) = A·cos((ω1 – ω2)t – φ) (6) Based on the first low-pass filter present behind the first mixer M1 8th the cosinusoidal signal component with the sum frequency is filtered out of the multiplication signal, whereby an intermediate frequency signal IF (t) according to the following equation (7) to the input terminal of the analog / digital converter 9 is created. IF (t) = A · cos ((ω 1 - ω 2 ) t - φ) (6)

Der zuvor beschriebene Vorgang wird als Abmischen bezeichnet und es wird dabei ein Zwischenfrequenzsignal IF(t) erzeugt, das sowohl die gesuchte Phasenverschiebung φ des Empfangssignals REC(t) bezüglich des Sendesignals TRM(t) als auch die Amplitude A von Interesse enthält. Wenn der vorhergehend beschriebene von dem zweiten Oszillator 5 erzeugte Frequenzunterschied sehr klein ist, wird daher ein Zwischenfrequenzsignal IF(t) erzeugt, dessen Frequenz aufgrund der Beziehung f3 = f1 – f2 um mehrere Größenordnungen niedriger als die Frequenz f1 des Empfangssignals REC(t) sein kann.The process described above is referred to as mixing and it is an intermediate frequency signal IF (t) is generated, which contains both the desired phase shift φ of the received signal REC (t) with respect to the transmission signal TRM (t) and the amplitude A of interest. If the previously described by the second oscillator 5 generated frequency difference is very small, therefore, an intermediate frequency signal IF (t) is generated, the frequency due to the relationship f 3 = f 1 - f 2 by several orders of magnitude lower than the frequency f 1 of the received signal REC (t) may be.

Aus diesem Grund kann das Zwischenfrequenzsignal IF(t) ohne technische Probleme von dem Analog/Digitalwandler 9 erfaßt und hochauflösend digitalisiert werden, was wegen der hohen Frequenz f1 des Empfangssignals REC(t), die sich im allgemeinen im Bereich von mehreren 10 MHz befindet, mit dem Empfangssignal REC(t) nicht möglich ist.For this reason, the intermediate frequency signal IF (t) can without technical problems from the analog / digital converter 9 detected and high-resolution digitized, which due to the high frequency f 1 of Receive signal REC (t), which is generally in the range of several 10 MHz, with the received signal REC (t) is not possible.

Auch der Analaog/Digitalwandler 9 erhält ein Taktsignal, das Taktsignal CLK2, von dem Hauptoszillator 7.Also the analoge / digital converter 9 receives a clock signal, the clock signal CLK2, from the main oscillator 7 ,

Somit steht an einem Ausgangsanschluß der zuvor beschriebenen Sende/Empfangseinheit ein digitalisiertes Zwischenfrequenzsignal zur Verfügung, das ohne Fehler dem analogen Zwischenfrequenzsignal IF(t) entspricht, welches sowohl die Phasenverschiebung φ des Empfangssignals REC(t) bezüglich des Sendesignals TRM(t) als auch die Amplitude A von Interesse enthält.Consequently is at an output terminal of previously described transmitter / receiver unit a digitized intermediate frequency signal to disposal, that corresponds without error to the analog intermediate frequency signal IF (t), which both the phase shift φ of the received signal REC (t) in terms of of the transmission signal TRM (t) as well as the amplitude A of interest.

Dieses digitalisierte Zwischenfrequenzsignal und ebenso das dritte Taktsignal CLK3 von dem Hauptoszillator 7 werden einer digitalen Signalverarbeitungseinheit zugeführt, die nachfolgend beschrieben wird. Es ist dabei anzumerken, daß die drei Taktsignale CLK1, CLK2 und CLK3 absolut phasenstarr zueinander sind, um die Messung nicht zu verfälschen.This digitized intermediate frequency signal and also the third clock signal CLK3 from the main oscillator 7 are supplied to a digital signal processing unit, which will be described below. It should be noted that the three clock signals CLK1, CLK2 and CLK3 are absolutely phase locked to each other so as not to falsify the measurement.

2 zeigt die digitale Signalverarbeitungseinheit des Systems zum Ermitteln mindestens einer physikalischen Größe gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 shows the digital signal processing unit of the system for determining at least one physical quantity according to the embodiment of the present invention.

In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen hochintegrierten digitalen Prozessor, bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Endverarbeitungstufe, bezeichnet das Bezugszeichen 13 einen ersten numerischen Oszillator (NCO1), bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen zweiten numerischen Oszillator (NCO2), bezeichnet das Bezugszeichen 15 ein zweites Tiefpaßfilter in FIR- bzw. Finite-Impulse-Response-Ausgestaltung (FIR-LP2), das heißt, in einer Ausgestaltung mit endlicher Impulsantwort, bezeichnet das Bezugszeichen 16 ein drittes Tiefpaßfilter in FIR- bzw. Finite-Impulse-Re sponse-Ausgestaltung (FIR-LP3), das heißt, in einer Ausgestaltung mit endlicher Impulsantwort, bezeichnet das Bezugszeichen M2 einen zweiten Mischer und bezeichnet das Bezugszeichen M3 einen dritten Mischer.In 2 denotes the reference numeral 11 a highly integrated digital processor, denoted by the reference numeral 12 a finishing stage, denoted by the reference numeral 13 a first numerical oscillator (NCO1), denoted by the reference numeral 14 a second numerical oscillator (NCO2), denoted by the reference numeral 15 a second low-pass filter in FIR or finite impulse response configuration (FIR-LP2), that is, in a finite impulse response embodiment, denoted by the reference numeral 16 a third low-pass filter in FIR or Finite-Impulse-Re sponse embodiment (FIR-LP3), that is, in a finite impulse response embodiment, the reference M2 denotes a second mixer and the reference M3 denotes a third mixer.

Weiterhin bezeichnet in 2 das Bezugszeichen CLK3 das bereits unter Bezugnahme auf 1 erwähnte dritte Taktsignal von dem Hauptoszillator 7, das als Referenztaktsignal in die digitale Verarbeitungseinheit eingegeben wird, bezeichnet das Bezugszeichen D die letztlich berechnete Länge des Signalwegs und bezeichnet das Bezugszeichen Q die letztlich berechnete Intensität des Empfangssignals REC(t) bzw. die Reflektivität.Further referred to in 2 the reference CLK3 already with reference to 1 mentioned third clock signal from the main oscillator 7 , which is input as a reference clock signal in the digital processing unit, the reference character D denotes the ultimately calculated length of the signal path and the reference Q denotes the final calculated intensity of the received signal REC (t) or the reflectivity.

Nachstehend wird die Funktionsweise der zuvor beschriebenen digitalen Signalverarbeitungseinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.below the operation of the above-described digital signal processing unit according to the embodiment of the present invention.

Das mittels der in 1 gezeigten Sende/Empfangseinheit 1 erzeugte digitalisierte Zwischenfrequenzsignal wird in den hochintegrierten digitalen Prozessor der in 2 gezeigten digitalen Signalverarbeitungseinheit eingegeben. Genauer gesagt wird dieses digitalisierte Zwischenfrequenzsignal sowohl dem zweiten Mischer M2 als auch einem dritten Mischer M3 zugeführt.The means of in 1 shown transmitting / receiving unit 1 The digitized intermediate frequency signal generated in the highly integrated digital processor of the in 2 entered shown digital signal processing unit. More specifically, this digitized intermediate frequency signal is supplied to both the second mixer M2 and a third mixer M3.

Das dem zweiten Mischer M2 zugeführte digitalisierte Zwischenfrequenzsignal IF wird von dem zweiten Mischer M2 mit einem dritten Signal (S3) der Form sin(ω3t) multipliziert, welches von dem ersten numerischen Oszillator 13 erzeugt wird und ebenso dem zweiten Mischer M2 zugeführt wird. Auf eine ähnliche Weise wird das dem dritten Mischer M3 zugeführte digitalisierte Zwischenfrequenzsignal |F mit einem vierten Signal (S4) der Form cos(ω3t) multipliziert, welches von dem zweiten numerischen Oszillator 14 erzeugt wird und ebenso dem dritten Mischer M3 zugeführt wird. Es ist anzumerken, daß bei den beiden von den ersten und zwei ten numerischen Oszillatoren erzeugten Signalen die Beziehung f3 = f1 – f2 bzw. ω3 = ω1 – ω2 höchstgenau erfüllt ist. Dies kann wiederum durch das dritte Taktsignal CLK3 gewährleistet werden, welches wie die ersten und zweiten Taktsignale CLK1 bzw. CLK2 von dem Hauptoszillator 7 in 1 erzeugt wird.The digitized intermediate frequency signal IF supplied to the second mixer M2 is multiplied by the second mixer M2 with a third signal (S3) of the form sin (ω 3 t), which is output from the first numerical oscillator 13 is generated and also the second mixer M2 is supplied. In a similar manner, the third mixer M3 is the supplied digitized intermediate frequency signal | F with a fourth signal (S4) of the form cos (ω 3 t) is multiplied, which from the second numerical oscillator 14 is generated and also the third mixer M3 is supplied. It is to be noted that in the two produced by the first and th two numeric oscillators signals, the relationship f1 = f3 - f2 and ω 3 = ω 1 - ω 2 is highly precisely met. This can in turn be ensured by the third clock signal CLK3, which, like the first and second clock signals CLK1 and CLK2, respectively, from the main oscillator 7 in 1 is produced.

Das Ergebnis dieser beiden zuvor beschriebenen Multiplikationen ist in den nachfolgenden Gleichungen (7) bzw. (8) dargestellt, die durch Anwenden der allgemeinen mathematischen Zusammenhänge sinα cosβ = 1/2[sin(α – β) + sin(α + β)] bzw. cosα cosβ = 1/2[cos(α – β) + cos(α + β)] erzielt werden. S5: sin(ω3t)·A·cos(ω1 – ω2)t – φ) = A/2[sin(+φ) + sin(2ω3t + φ)] (7) S6: cos(ω3t)·A·cos(ω1 – ω2)t – φ) = A/2[cos(2ω3t – φ) + cos(+φ)] (8) The result of these two multiplications described above is shown in equations (7) and (8) below, which are obtained by applying the general mathematical relationships sinα cosβ = 1/2 [sin (α-β) + sin (α + β)] or cosα cosβ = 1/2 [cos (α-β) + cos (α + β)]. S5: sin (ω 3 t) · A · cos (ω 1 - ω 2 ) t - φ) = A / 2 [sin (+ φ) + sin (2ω 3 t + φ)] (7) S6: cos (ω 3 t) · A · cos (ω 1 - ω 2 ) t - φ) = A / 2 [cos (2ω 3 t - φ) + cos (+ φ)] (8)

Durch die den zweiten und dritten Mischern M2 und M3 nachfolgenden zueinander identischen digitalen zweiten bzw. dritten Tiefpaßfilter 15 bzw. 16 in einer FIR-Ausgestaltung werden aus den Signalen, die durch die Gleichungen (7) bzw. (8) definiert sind, die Signalanteile der doppelten Frequenz, das heißt, 2ω3, ausgefiltert, wobei ebenso eine Verstärkung um den Faktor zwei durchgeführt wird, die zum Beispiel vor den zweiten und dritten Tiefpaßfiltern 15 bzw. 16 oder auch nach diesen vorgesehen sein kann.By the second and third mixers M2 and M3 following each other identical digital second and third low-pass filter 15 respectively. 16 in an FIR embodiment, from the signals defined by equations (7) and (8), the signal components of twice the frequency, that is, 2ω 3 , are filtered out, with amplification also being performed by a factor of two, for example, before the second and third low-pass filters 15 respectively. 16 or may be provided according to these.

Als Ergebnis wird an einem Ausgang des hochintergrierten digitalen Prozessors 11, der mit dem Ausgangsanschluß des zweiten Tiefpaßfilters 15 verbunden ist, ein Signal der Form Asinφ zu der nachfolgenden Endverarbeitungsstufe 12 ausgegeben und wird an einem anderen Ausgang des hochintegrierten digitalen Prozessors 11, der mit dem Ausgangsanschluß des dritten Tiefpaßfilters 16 verbunden ist, ein Signal der Form Acosφ zu der nachfolgenden Endverarbeitungsstufe 12 ausgegeben. Diese beiden Signale werden dabei in der Form digitaler Zahlenwerte an die Endverarbeitungsstufe 12 übergeben. Weiterhin ist anzumerken, daß die beiden digitalen Filter 15 und 16 im Meßbetrieb außerdem eine nahezu beliebige Wahl der Signalbandbreite zulassen.As a result, at an output of the highly-integrated digital processor 11 connected to the output terminal of the second low-pass filter 15 connected, a signal of the form Asinφ to the subsequent finishing stage 12 is output and at another output of the highly integrated digital processor 11 connected to the output terminal of the third low-pass filter 16 is a signal of the form Acosφ to the subsequent finishing stage 12 output. These two signals are in the form of digital numerical values to the final processing stage 12 to hand over. It should also be noted that the two digital filters 15 and 16 In the measuring mode also allow almost any choice of signal bandwidth.

Es wird auf 3 verwiesen, die eine Darstellung eines aus den zwei Zwischenergebnissen Asinφ und Acosφ bestehenden Zeigers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.It will open 3 which shows a representation of an existing from the two intermediate results Asinφ and Acosφ pointer according to the embodiment of the present invention.

Wie es aus dieser Figur ersichtlich ist, weisen die beiden zuvor genannten Zwischenergebnisse eine derartige Beziehung zueinander auf, daß unter Berücksichtigung der Gleichung (9), die der im Einleitungsteil der vorliegenden Anmeldung genannten Gleichung (1) entspricht, die nachfolgenden Gleichungen (10) und (11) abgeleitet werden können.As it can be seen from this figure, the two aforementioned Zwischenergebnisse such a relationship to each other that under consideration of equation (9), that in the introductory part of the present application Equation (1) corresponds to the following equations (10) and (11) can be derived.

Figure 00140001
Figure 00140001

Dabei bezeichnet in Gleichung (9) c die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals TRM(t), bezeichnet ω1 die verwendete Meßfrequenz, bezeichnet φ die Phasenverschiebung des Empfangssignals REC(t) bezüglich des Sendesignals TRM(t) und bezeichnet D die geometrische Länge des Signalwegs bzw. den Tiefenwert.In this case, equation (9) c denotes the propagation velocity of the transmission signal TRM (t), ω 1 denotes the measuring frequency used, φ denotes the phase shift of the received signal REC (t) with respect to the transmission signal TRM (t) and D denotes the geometric length of the signal path or the depth value.

Weiterhin bezeichnet ferner in Gleichung (10) D ebenfalls die geometrische Länge des Signalwegs bzw. den Tie fenwert und bezeichnet K eine aus Gleichung (9) abgeleitete Konstante, die das Meßergebnis in Metern, Millimetern oder einer anderen beliebigen Längeneinheit skaliert.Farther Further, in equation (10) D also denotes the geometric one Length of the Signal path or the Tie fenwert and K denotes an equation (9) derived constant, the measurement result in meters, millimeters or any other unit of length scaled.

Schließlich bezeichnet in Gleichung (11) Q die Intensität des Empfangssignals REC(t) bzw. die Reflektivität.Finally called in equation (11) Q is the intensity the received signal REC (t) or the reflectivity.

Wenn es nunmehr betrachtet wird, daß das zuvor beschriebene System mit einem Lasermeßkopf verwendet wird, der eine vorhandene Umgebung, zum Beispiel durch Schwenken dieses Lasermeßkopfs, abtastet, kann anhand der derart ermittelten Tiefenwerte ein Tiefenbild der abgetasteten Umgebung erzielt werden und kann anhand der derart ermittelten Reflektivitätswerte ein Reflektivitätsbild der abgetasteten Umgebung erzielt werden, wobei diese beiden Bilder einander korrespondierende Bilder sind.If It is now considered that the previously described system is used with a Lasermeßkopf, the one existing environment, for example by pivoting this laser measuring head, scans, on the basis of the thus determined depth values, a depth image the scanned environment and can be determined by such determined reflectivity values a reflectivity image the scanned environment, these two images are corresponding pictures.

Eine Endverarbeitung, die den Gleichungen (10) und (11) entspricht, wird demgemäß in der Endverarbeitungsstufe 12 in 2 durchgeführt, wobei die Endverarbeitungsstufe 12 im allgemeinen durch einen speziellen digitalen Signalprozessor gebildet ist. Aus dieser Endverarbeitungsstufe 12 werden dann die beiden erzielten Endergebnisse D und Q ausgegeben und stehen für weitere erwünschte Verarbeitungen und/oder Analysen zur Verfügung.An end processing corresponding to the equations (10) and (11) accordingly becomes in the finishing stage 12 in 2 performed, the finishing stage 12 is generally formed by a special digital signal processor. From this finishing stage 12 then the two achieved final results D and Q are output and are available for further desired processing and / or analyzes.

Weiterhin ist folgendes anzumerken. Das zuvor beschriebene System bzw. Verfahren stützt sich auf insgesamt vier verschiedene Oszillatoren 1, 5, 13 bzw. 14, deren einzelne Frequenzen in einer absolut konstanten und exakt definierten Phasenbeziehung zueinander stehen müssen. Dies ist dadurch gewährleistet, daß alle Oszillatoren 1, 5, 13 bzw. 14 über eine digitale Takterzeugung verfügen, wobei diese jeweils einen gemeinsamen digitalen Haupttakt verwenden. Dieser gemeinsame digitale Haupttakt wird von dem quarzstabilen Hauptoszillator 7 erzeugt. Die in den 1 und 2 dargestellten Takte CLK1, CLK2 bzw. CLK 3 sind demgemäß phasenstarr aus diesem digitalen Haupttakt abgeleitet. Genauer gesagt sind zur Phasenmessung zwei digitale Oszillatoren 13 und 14 sowie zwei nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese bzw. DDS arbeitende Oszillatoren 1 und 5 vorgesehen, deren Takt sich, wie zuvor beschrieben, aus dem digitalen Haupttakt ableitet.Furthermore, the following should be noted. The system or method described above is based on a total of four different oscillators 1 . 5 . 13 respectively. 14 whose individual frequencies must be in an absolutely constant and exactly defined phase relation to each other. This is guaranteed by the fact that all oscillators 1 . 5 . 13 respectively. 14 have a digital clock generation, each using a common digital master clock. This common digital master clock is provided by the quartz-stable main oscillator 7 generated. The in the 1 and 2 Clocks CLK1, CLK2 and CLK 3 shown are accordingly phase-locked derived from this digital master clock. More specifically, for phase measurement, there are two digital oscillators 13 and 14 as well as two oscillators operating on the principle of direct digital synthesis or DDS 1 and 5 provided, the clock, as described above, derived from the digital master clock.

Außerdem unterscheiden sich die beiden nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese arbeitenden Oszillatoren 1 und 5 in ihren Ausgangsfrequenzen f1 bzw. f2 um einen geringen Betrag von f3, das heißt, f3 = f1 – f2, der als Zwischenfrequenz verwendet wird. Aufgrund dessen entfällt eine Ableitung, zum Beispiel durch Mischen, eines Lokaloszillatorsignals vom Sendesignal TRM(t). Vielmehr wird hier das Lokaloszillatorsignal direkt durch den getrennt vorgesehenen nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese arbeitenden zweiten Oszillator 5 erzeugt.In addition, the two differ according to the principle of direct digital synthesis oscillators working 1 and 5 in their output frequencies f 1 and f 2 by a small amount of f3, that is, f 3 = f 1 -f 2 , which is used as an intermediate frequency. Because of this eliminates a derivative, for example by mixing, a local oscillator signal from the transmission signal TRM (t). Rather, here is the local oscillator signal directly through the separately provided operating on the principle of direct digital synthesis second oscillator 5 generated.

Unter Verwendung lediglich des einen Analog/Digitalwandlers 9 und der anschließenden vollständig digitalen und somit für nachfolgende parallel stattfindende Verarbeitungen identischen Multiplikations- und Filterungsverarbeitungsvorgänge wirken sich Fehler in dieser Verarbeitungsabfolge auf beide Zeiger Asinφ und Acosφ genau gleich aus, was demgemäß bewirkt, daß bei der anschließenden Phasenberechnung in der Endverarbeitungsstufe 12 derartige Fehler im Bruch der arctan-Funktion von Gleichung (10) wieder herausfallen.Using only one analog-to-digital converter 9 and the subsequent fully digital multiplication and filtering processing operations, which are thus identical for subsequent parallel processing operations, errors in this processing sequence affect both pointers Asinφ and Acosφ exactly the same, thus causing subsequent phase computation in the final processing stage 12 such errors in the fraction of the arctan function of equation (10) fall out again.

Schließlich werden bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel alle Oszillatoren 1, 5, 13 bzw. 14 zu einem Zeitpunkt t0 nach einem Einschalten der Elektronik mit einer definierten Anfangsphase gestartet, um zu gewährleisten, daß alle Oszillatoren 1, 5, 13 bzw. 14 immer in reproduzierbaren Phasenbeziehungen zueinander stehen.Finally, in the embodiment described above, all oscillators 1 . 5 . 13 respectively. 14 at a time t 0 after switching on the electronics started with a defined initial phase, to ensure that all oscillators 1 . 5 . 13 respectively. 14 always in reproducible phase relationships.

Abschließend ist folgendes anzumerken. Das zuvor be schriebene System läßt sich zum Beispiel in einem AMCW- bzw- Amplitudenmodulations-Dauerstrich-Lasermeßsystem verwirklichen bzw. integrieren, wie es in "Aktive Erzeugung korrespondierender Tiefen- und Reflektivitätsbilder und ihre Nutzung zur Umgebungserfassung", Wissenschafliche Schriften, Robotik, Pro Universitate Verlag, 1. Auflage, 1996, von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung beschrieben ist.In conclusion is to note the following. The previously be written system can be for example in an AMCW or Realize amplitude modulation continuous wave laser measuring system or integrate, as in "Active Generation of corresponding depth and reflectivity images and their use for environmental detection ", scientific writings, robotics, Pro Universitate Verlag, 1st edition, 1996, by the inventor of Present invention is described.

Bei dem System der zuvor genannten Literaturstelle wird kein einzelnes Sendesignal und demgemäß kein einzelnes Empfangssignal verwendet, sondern werden zwei Sendesignale unterschiedlicher Frequenzen und demgemäß ebenso zwei Empfangssignale unterschiedlicher Frequenzen verwendet. Die beiden Frequenzen betragen dabei zum Beispiel 10 bzw. 80 MHz. Die niedrigere Frequenz wird hierbei dazu verwendet, um eine sogenannte Grobmessung durchzuführen, die dazu dient, einen groben, aber absoluten Tiefenwert zu erzielen, wohingegen die höhere Frequenz dazu verwendet wird, genaue, aber mehrdeutige Tiefenwerte zu erzielen.at the system of the aforementioned reference does not become a single one Transmission signal and accordingly no single Receive signal is used, but two transmission signals are different Frequencies and accordingly as well used two received signals of different frequencies. The Both frequencies are for example 10 or 80 MHz. The lower frequency is used here to a so-called Perform rough measurement, which serves to achieve a coarse, but absolute depth value whereas the higher one Frequency is used for accurate, but ambiguous depth values to achieve.

Hinsichtlich detaillierter Ausführungen, weiterer Funktionsweisen und eines Aufbaus des zuvor genannten Systems wird hier auf die vorhergehende Literaturstelle verwiesen, die hierin durch Verweis eingeschlossen sei.Regarding detailed explanations, further functionalities and a structure of the aforementioned system Reference is made to the preceding reference herein is included by reference.

Schließlich ist anzumerken, das die vorliegende Erfindung vorzugsweise bei aktiven Sensorsystemen, wie zum Beispiel Mikrowellen-, Ultraschall- und insbesondere Lasersensoren angewendet werden kann, die ihre Umgebung eigenständig bestrahlen. Bei diesen Sensorsystemen können zum Beispiel Reflektivitätswerte anhand der Amplitude des an einem Objekt reflektierten Strahls erzeugt werden. Eine weitgehende Unabhängigkeit von externen Störeinflüssen auf die Meßergebnisse wird durch Aussenden von Signalen hoher Intensität in einem günstigen Spektralbereich erreicht, wobei spezielle Signalfilter eingesetzt werden. Eine zweidimen sionale und/oder dreidimensionale Vermessung einer Umgebung wird durch Ablenken des Sendesignals in die zu vermessenden Raumrichtungen erreicht.Finally is Note that the present invention is preferably active Sensor systems, such as microwave, ultrasonic and In particular, laser sensors can be applied to their environment independently irradiate. For example, in these sensor systems reflectivity values can be based on generates the amplitude of the beam reflected on an object become. A far-reaching independence from external disturbances the measurement results is by emitting high-intensity signals in a favorable Spectral range achieved using special signal filters become. A two-dimensional and / or three-dimensional measurement an environment is created by deflecting the transmission signal into the one to be measured Spaces achieved.

Bezüglich noch weiterer, nicht näher erläuterter Wirkungen, und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Figuren verwiesen.Regarding yet further, not closer Illustrated Effects, and advantages of the present invention will become apparent referenced the disclosure of the figures.

Claims (31)

System zum Ermitteln eines Tiefen- und/oder Reflektivitätswerts aus einem Sendesignal und einem Empfangssignal, mit: einer Sendeeinrichtung, die ein Sendesignal (TRM) einer ersten Frequenz (f1), ersten Phase und einer ersten Amplitude erzeugt und aussendet, einer Empfangseinheit, die das über einen Signalweg gelaufenen Sendesignal als Empfangssignal (REC) aufnimmt, wobei das Empfangssignal (REC) eine zweite Phase und eine zweite Amplitude aufweist, einem Lokaloszillator (LO), der ein Signal (LO) mit einer zweiten Frequenz (f2) erzeugt, wobei die erste und zweite Frequenz einen Frequenzunterschied (f3) aufweisen, einer erste Mischeinrichtung (M1), die das Empfangssignal (REC) und das Lokaloszillatorssignal (LO) mischt, so dass ein Zwischensignal (IF) mit einer dem Frequenzunterschied entsprechenden dritten Frequenz (f3) und der zweiten Phase und der zweiten Amplitude erzeugt wird, und einer Vergleichseinrichtung, mit der die Phasen und/oder Amplitudenänderungen (φ*, B*) von Sendesignal (TRM) zu Empfangssignal (REC) ermittelbar sind, aus denen ein Tiefen- und/oder Reflektivitätswert (d, Q) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung als digitale Signalverarbeitungseinheit (11, 12) ausgebildet ist und weiterhin aufweist: einen dritten und einen vierten Signalgeber (13, 14), zum Erzeugen eines dritten (S3) und eines vierten (S4) Signals mit jeweils der dritten Frequenz (f3), eine zweiten Mischeinheit (M2), die das Zwischensignal (IF) mit dem dritten Signal (S3) mischt, und ein fünftes Signal (S5) erzeugt, und einer dritte Mischeinheit (M3), die das Zwischensignal (IF) mit dem vierten Signal (S4) mischt, und ein sechstes Signal (S6) erzeugt, wobei die Phasen und/oder Amplitudenänderung (φ*, B*) mittels derer der Tiefen und/oder Reflektivitätswert (d, Q) bestimmbar sind über Vergleich der von der zweiten und dritten Mischeinheit erzeugten Signale (S5, S6) ermittelt werden.A system for determining a depth and / or reflectivity value from a transmission signal and a reception signal, comprising: a transmission device which generates and transmits a transmission signal (TRM) of a first frequency (f1), first phase and a first amplitude, to a reception unit which generates the a receive signal (REC) having a second phase and a second amplitude, a local oscillator (LO) generating a signal (LO) at a second frequency (f2), wherein the first and second frequencies have a frequency difference (f3), a first mixer (M1) mixing the received signal (REC) and the local oscillator signal (LO), such that an intermediate signal (IF) having a frequency difference corresponding third frequency (f3) and the second phase and the second amplitude is generated, and a comparison device, with which the phase and / or amplitude changes (φ *, B *) of Sendesig nal (TRM) to receive signal (REC) can be determined, from which a depth and / or reflectivity value (d, Q) can be determined, characterized in that the comparison device as a digital signal processing unit ( 11 . 12 ) and further comprising: a third and a fourth signal generator ( 13 . 14 ) for generating a third (S3) and a fourth (S4) signal each having the third frequency (f3), a second mixing unit (M2) which mixes the intermediate signal (IF) with the third signal (S3), and a fifth one Generates signal (S5), and a third mixing unit (M3), which mixes the intermediate signal (IF) with the fourth signal (S4), and a sixth signal (S6), wherein the phase and / or amplitude change (φ *, B *) by means of which the depth and / or reflectivity value (d, Q) can be determined by comparing the signals (S5, S6) generated by the second and third mixing unit. System nach Anspruch 1, wobei die Sendeeinrichtung einen ersten nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese arbeitenden Oszillator (1) aufweist, und der Lokaloszillator (LO) einen zweiten, insbesondere nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese arbeitenden Oszillator (5) aufweist, so dass Sendesignal (TRM) und Lokaloszillatorsignal (LO) eine jederzeit exakt reproduzierbare Phasenbeziehung zueinander aufweisen.A system according to claim 1, wherein the transmitting means comprises a first oscillator operating on the principle of direct digital synthesis ( 1 ), and the local oscillator (LO) a second, in particular on the principle of direct digital synthesis operating oscillator ( 5 ), so that the transmission signal (TRM) and local oscillator signal (LO) have an exactly reproducible phase relationship to one another at any time. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der dritte und vierte Signalgeber als erster (13) und als zweiter (14) numerischer Oszillator ausgebildet sind.A system according to claim 1 or 2, wherein the third and fourth signalers are the first ( 13 ) and second ( 14 ) Numerical oscillator are formed. System nach Anspruch 1, 2, oder 3, wobei weiterhin ein Analog/Digitalwandler (9) vorhanden ist, der das von der ersten Mischeinrichtung (M1) ausgegebene Zwischensignal (IF) in ein digitales Signal wandelt.A system according to claim 1, 2 or 3, further comprising an analog-to-digital converter ( 9 ), which converts the intermediate signal (IF) output from the first mixer (M1) into a digital signal. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin ein Hauptoszillator (7) vorhanden ist, der einen Haupttakt vorgibt, und mindestens ein erstes (CLK1) Taktsignal ausgibt, das zum Haupttakt in einer jederzeit exakt reproduzierbaren Phasenbeziehung steht.A system according to any one of the preceding claims, further comprising a main oscillator ( 7 ), which predefines a main clock, and outputs at least a first (CLK1) clock signal, which is at the main clock in an exactly reproducible phase relationship at any time. System nach Anspruch 5, wobei das erste Taktsignal (CLK1) der Sendeeinrichtung, insbesondere dem ersten nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese arbeitendem Oszillator (1), und dem Lokaloszillator (LO), insbesondere dem zweiten nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese arbeitendem Oszillator (5), zugeführt wird.System according to claim 5, wherein the first clock signal (CLK1) of the transmitting device, in particular the first operating on the principle of direct digital synthesis oscillator ( 1 ), and the local oscillator (LO), in particular the second operating according to the principle of direct digital synthesis oscillator ( 5 ) is supplied. System nach Anspruch 4 und Anspruch 5 oder 6, wobei der Hauptoszillator (7) ein zweites (CLK2) Taktsignal ausgibt, das zum Haupttakt in einer jederzeit exakt reproduzierbaren Phasenbeziehung steht und das dem Analog/Digitalwandler (9) zugeführt wird.System according to claim 4 and claim 5 or 6, wherein the main oscillator ( 7 ) outputs a second (CLK2) clock signal, which is in a precisely reproducible phase relationship with the main clock at all times, and which corresponds to the analog / digital converter ( 9 ) is supplied. System nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei der Hauptoszillator (7) ein drittes (CLK3) Taktsignal ausgibt, das zum Haupttakt in einer jederzeit exakt reproduzierbaren Phasenbeziehung steht, und das dem dritten Signalgeber, insbesondere dem ersten numerischen Oszillator (13), und dem vierten Signalgeber, insbesondere dem zweiten numerischen Oszillator (14), zugeführt wird.System according to claim 5, 6 or 7, wherein the main oscillator ( 7 ) outputs a third (CLK3) clock signal, which is the main clock in any time exactly reproducible phase relationship, and the third signal generator, in particular the first numerical oscillator ( 13 ), and the fourth signal generator, in particular the second numerical oscillator ( 14 ) is supplied. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Oszillatoren (1, 5, 13, 14) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt mit einer definierten Anfangsphase gestartet werden.System according to one of the preceding claims, wherein all the oscillators ( 1 . 5 . 13 . 14 ) are started at a predetermined time with a defined initial phase. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendesignal ein Signal der Form TRM(t) = sin(ω1 t) ist, das Empfangssignal ein Signal der Form REC(t) = B sin(ω1 t – φ) ist, das Lokaloszillatorsignal ein Signal der Form LO(t) = 2sin(ω2 t) ist und das Zwischenfrequenzsignal ein Signal der Form IF(t) = A cos((ω1 – ω2)t – φ) ist.System according to one of the preceding claims, wherein the transmission signal is a signal of the form TRM (t) = sin (ω 1 t), the received signal is a signal of the form REC (t) = B sin (ω 1 t - φ), the Local oscillator signal is a signal of the form LO (t) = 2sin (ω 2 t) and the intermediate frequency signal is a signal of the form IF (t) = A cos ((ω 1 - ω 2 ) t - φ). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Tiefpassfilter (8) vorgesehen ist, das das Ausgangssignal des ersten Mischers (M1) aufnimmt und einen von dem ersten Mischer (M1) erzeugten Signalanteil einer Frequenz von ω1 + ω2 ausfiltert, so dass das Zwischensignal in der Form IF(t) = A cos((ω1 – ω2)t – φ) erzeugt wird.System according to one of the preceding claims, wherein a first low-pass filter ( 8th ), which receives the output signal of the first mixer (M1) and filters out a signal component of a frequency of ω 1 + ω 2 generated by the first mixer (M1), so that the intermediate signal in the form IF (t) = A cos ( (ω 1 - ω 2 ) t - φ) is generated. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von dem dritten Signalgeber, insbesondere von dem ersten numerischen Oszillator (13), erzeugte dritte Signal (S3) einem Signal der Form S3 (t) = sin(ω3 t) entspricht und das von dem vierten Signalgeber, insbesondere von dem zweiten numerischen Oszillator (14), erzeugte vierte Signal (S4) einem Signal der Form S4 (t) = cos(ω3 t) entspricht, wobei ω3 = ω1 – ω2 gilt.System according to one of the preceding claims, wherein that of the third signal generator, in particular of the first numerical oscillator ( 13 ), the third signal (S3) produced corresponds to a signal of the form S3 (t) = sin (ω 3 t) and that of the fourth signal generator, in particular of the second numerical oscillator ( 14 ), the fourth signal (S4) produced corresponds to a signal of the form S4 (t) = cos (ω 3 t), where ω 3 = ω 1 - ω 2 . System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die digitale Signalverarbeitungseinheit (11, 12) weiterhin ein zweites Tiefpassfilter (15), das das Ausgangssignal des zweiten Mischers (M2) aufnimmt, und ein drittes Tiefpassfilter (16) aufweist, das das Ausgangssignal des dritten Mischers (M3) aufnimmt, wobei das zweite Tiefpassfilter (15) und das dritte Tiefpassfilter (16) einen von dem zweiten Mischer (M2) bzw. dritten Mischer (M3) erzeugten Signalanteil ausfiltern, der einem Signalanteil der Frequenz 2ω3 entspricht.System according to one of the preceding claims, wherein the digital signal processing unit ( 11 . 12 ), a second low-pass filter ( 15 ), which receives the output signal of the second mixer (M2), and a third low-pass filter ( 16 ), which receives the output signal of the third mixer (M3), wherein the second low-pass filter ( 15 ) and the third low-pass filter ( 16 ) One (of the second mixer M2) and third mixer (M3) to filter out signal component generated corresponding to a signal component of the frequency 2ω. 3 System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus dem zweiten Tiefpassfilter (15) ein fünftes Signal, das einem Signal der Form S5 (t) = A sinφ entspricht, und aus dem dritten Tiefpassfilter (16) ein sechstes Signal ausgegeben wird, das einem Signal der Form S6 (t) = A cosφ entspricht, wobei φ die Phasenverschiebung des Empfangssignals (REC) bezüglich des Sendesignals (TRM) bezeichnet und A eine Amplitude von Interesse bezeichnet.System according to one of the preceding claims, wherein from the second low-pass filter ( 15 ) a fifth signal, which corresponds to a signal of the form S5 (t) = A sinφ, and from the third low-pass filter ( 16 ) outputting a sixth signal corresponding to a signal of the form S6 (t) = A cosφ, where φ denotes the phase shift of the received signal (REC) with respect to the transmission signal (TRM) and A denotes an amplitude of interest. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tiefenwert D anhand der Gleichung D = arctan(Asinφ/Acosφ)Kin einer Endverarbeitungsstufe (12) der digitalen Signalverarbeitungseinheit (11, 12) bestimmt wird, wobei K eine Konstante bezeichnet.System according to one of the preceding claims, wherein the depth value D based on the equation D = arctane (Asinφ / Acosφ) K in a finishing stage ( 12 ) of the digital signal processing unit ( 11 . 12 ), where K denotes a constant. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reflektivitätswert Q anhand der Gleichung
Figure 00230001
in einer Endverarbeitungsstufe (12) der digitalen Signalverarbeitungseinheit (11, 12) bestimmt wird.A system according to any one of the preceding claims, wherein the reflectivity value Q is determined from the equation
Figure 00230001
in a finishing stage ( 12 ) of the digital signal processing unit ( 11 . 12 ) is determined. Verfahren zum Ermitteln eines Tiefen- und/oder Reflektivitätswerts aus einem Sendesignal und einem Empfangssignal, mit den folgenden Schritten: Erzeugen und Aussenden eines Sendesignals (TRM) mit einer ersten Frequenz (f1), einer ersten Phase und einer ersten Amplitude Aufnehmen eines über einen Signalweg gelaufenen Sendesignals (TRM) als Empfangssignal (REC), wobei das Empfangssignal (REC) die erste Frequenz (f1), eine zweite Phase und eine zweite Amplitude aufweist, Erzeugen eines Lokaloszillatorsignals (LO) mit einer zweiten Frequenz (f2), wobei die erste Frequenz (f1) und die zweite Frequenz (f2) einen Frequenzunterschied (f3) aufweisen, Mischen des Empfangssignals (REC) mit dem Referenzsignal (LO), so dass ein Zwischensignal (IF) mit einer dem Frequenzunterschied entsprechenden dritten Frequenz (f3) und der zweiten Phase und der zweiten Amplitude erzeugt wird, und Vergleichen der ersten Phase und/oder ersten Amplitude des Sendesignals mit der zweiten Phase und/oder der zweiten Amplitude des Empfangssignals und Ermitteln eines Tiefen- und/oder Reflektivitätswerts aus der ermittelten Phasen- und/oder Amplitudenänderung, gekennzeichnet durch Verwenden einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung als Vergleichseinrichtung, die ein drittes und ein viertes Signal mit der dritten Frequenz (f3) erzeugt, das dritte Signal und das vierte Signal jeweils mit dem Zwischensignal (IF) mischt, um ein fünftes und ein sechstes Signal zu erzeugen, und das fünfte und sechste Signal dazu verwendet, die Phasen- und oder Amplitudenänderung zu bestimmen.A method of determining a depth and / or reflectance value from a transmit signal and a receive signal, comprising the steps of: generating and transmitting a transmit signal (TRM) having a first frequency (f1), a first phase and a first amplitude taking one over a signal path transited transmit signal (TRM) as receive signal (REC), wherein the receive signal (REC) has the first frequency (f1), a second phase and a second amplitude, generating a local oscillator signal (LO) having a second frequency (f2), the first Frequency (f1) and the second frequency (f2) having a frequency difference (f3), mixing the received signal (REC) with the reference signal (LO), so that an intermediate signal (IF) having a frequency difference corresponding to the third frequency (f3) and the second phase and the second amplitude, and comparing the first phase and / or first amplitude of the transmission signal with the second phase and / or the second A amplitude of the received signal and determining a depth and / or Reflektivitätswerts from the determined phase and / or amplitude change, characterized by using a digital signal processing means as a comparison means which generates a third and a fourth signal at the third frequency (f3), the third signal and the fourth signal mixes with the intermediate signal (IF), respectively, to a fifth and a To generate the sixth signal, and the fifth and sixth signal used to determine the phase and or amplitude change. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Sendesignal (TRM) und das Lokalozillatorsignal (LO) mittels des Prinzips der direkten digitalen Synthese erzeugt werden, so dass Sendesignal (TRM) und Lokaloszillatorsignal (LO) eine jederzeit exakt reproduzierbare Phasenbeziehung zueinander aufweisen.The method of claim 17, wherein the transmit signal (TRM) and the Lokalozillatorsignal (LO) by means of the principle of direct digital synthesis can be generated, allowing transmission signal (TRM) and local oscillator signal (LO) at any time exactly reproducible Have phase relationship to each other. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Zwischenfrequenzsignal (IF) von einem analogen in ein digitales Signal gewandelt wird.The method of claim 17 or 18, wherein the intermediate frequency signal (IF) is converted from an analog to a digital signal. Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, wobei weiterhin ein Haupttakt erzeugt wird aus dem mindestens ein erstes Taktsignal (CLK1) abgeleitet wird.The method of claim 17, 18 or 19, wherein further a master clock is generated from the at least one first clock signal (CLK1) is derived. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das erste Taktsignal (CLK1) für die Erzeugung von Sendesignal (TRM) und Lokaloszillatorsignal (LO) nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese verwendet wird.A method according to any one of claims 17 to 20, wherein the first Clock signal (CLK1) for the generation of transmit signal (TRM) and local oscillator signal (LO) is used according to the principle of direct digital synthesis. Verfahren nach Anspruch 19 und 20 oder 21, wobei weiterhin ein zweites Taktsignal (CLK2) aus dem Haupttakt abgeleitet wird, das beim Wandeln des Zwischensignals (IF) verwendet wird.The method of claim 19 and 20 or 21, wherein further a second clock signal (CLK2) is derived from the master clock, used in converting the intermediate signal (IF). Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei weiterhin ein drittes Taktsignal (CLK3) aus dem Haupttakt abgeleitet wird, das zum Erzeugen des dritten und vierten Signals verwendet wird.The method of any one of claims 17 to 22, wherein further a third clock signal (CLK3) is derived from the master clock, used to generate the third and fourth signals. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei jedes Erzeugen eines Signals zu einem vorbestimmten Zeitpunkt mit einer definierten Anfangsphase gestartet wird.The method of any of claims 17 to 23, wherein each Generating a signal at a predetermined time with a defined start phase is started. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei als Sendesignal ein Signal der Form TRM(t) = sin(ω1 t), als Empfangssignal ein Signal der Form REC(t) = B sin(ω1 t – φ), als Lokaloszillatorsignal ein Signal der Form REF (t) = 2sin(ω2 t) ist und als Zwischenfrequenzsignal ein Signal der Form IF(t) = A cos((ω1 – ω2)t – φ) erzeugt wird.Method according to one of claims 17 to 24, wherein as the transmission signal, a signal of the form TRM (t) = sin (ω 1 t), as a received signal, a signal of the form REC (t) = B sin (ω 1 t - φ), as Local oscillator signal is a signal of the form REF (t) = 2sin (ω 2 t) and as an intermediate frequency signal, a signal of the form IF (t) = A cos ((ω 1 - ω 2 ) t - φ) is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei nach dem Mischen des Empfangssignals mit dem Lokaloszillatorsignal aus dem sich ergebenden Signal ein Signalanteil einer Frequenz von ω1 + ω2 ausfiltert wird.Method according to one of claims 17 to 25, wherein after mixing the received signal with the local oscillator signal from the resulting signal, a signal component of a frequency of ω 1 + ω 2 is filtered out. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, wobei das dritte Signal (S3) einem Signal der Form S3 (t) = sin(ω3 t) entspricht und das das vierte Signal (S4) einem Signal der Form S4 (t) = cos(ω3 t) entspricht, wobei ω3 = ω1 – ω2 gilt.Method according to one of Claims 17 to 26, wherein the third signal (S3) corresponds to a signal of the form S3 (t) = sin (ω 3 t) and the fourth signal (S4) corresponds to a signal of the form S4 (t) = cos (ω 3 t), where ω 3 = ω 1 - ω 2 applies. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei aus den sich durch Mischen des dritten und des vierten Signals mit dem Zwischensignal (IF) ergebenden Signalen ein Signalanteil ausgefiltert wird, der einer Frequenz von 2ω3 entspricht.Method according to one of claims 17 to 27, wherein from the signals resulting from the mixing of the third and the fourth signal with the intermediate signal (IF), a signal component corresponding to a frequency of 2ω 3 is filtered out. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 28, wobei nach dem Ausfiltern des Signalanteils der Frequenz von 2ω3 ein fünftes Signal, das einem Signal der Form S5 (t) = A sinφ entspricht, und ein sechstes Signal ausgegeben wird, das einem Signal der Form S6 (t) = A cosφ entspricht, wobei φ eine Phasenverschiebung des Empfangssignals (REC) bezüglich des Sendesignals (TRM) bezeichnet und A eine Amplitude von Interesse bezeichnet.Method according to one of claims 17 to 28, wherein after filtering out the signal portion of the frequency of 2ω 3, a fifth signal corresponding to a signal of the form S5 (t) = A sinφ, and a sixth signal is output, which is a signal of the form S6 (t) = A cosφ, where φ denotes a phase shift of the received signal (REC) with respect to the transmission signal (TRM) and A denotes an amplitude of interest. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 29, wobei der Tiefenwert D anhand der Gleichung D = arctan(Asinφ/Acosφ)Kbestimmt wird, wobei K eine Konstante bezeichnet.A method according to any one of claims 17 to 29, wherein the depth value D is determined from the equation D = arctane (Asinφ / Acosφ) K is determined, where K denotes a constant. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 30, wobei der Reflektivitätswert Q anhand der Gleichung
Figure 00260001
bestimmt wird.Method according to one of claims 17 to 30, wherein the reflectivity value Q based on the equation
Figure 00260001
is determined.
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