DE202009003983U1

DE202009003983U1 - Transmitter or sensor arrangement for achieving optimized directional characteristic for transmitting or receiving devices in two or three dimensions

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Publication number: DE202009003983U1
Application number: DE200920003983
Authority: DE
Original assignee: Pueschel Dirk Dr
Current assignee: Pueschel Dirk Dr
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: DE102010012388A1

Abstract

Sender- bzw. Sensoranordnung zur Erzielung optimierter Richtcharakteristik für Sende oder Empfangsvorrichtungen in 2 oder 3 Dimensionen dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter auf dem die Sensoren angeordnet sind, durch 2 bzw. 3 Folgen in den 2 bzw. 3 Raumrichtungen konstruiert wird. Die zur Konstruktion verwendeten Folgen sollen die Eigenschaft haben, dass kein Abstand zwischen irgendwelchen Punkten in der Folge doppelt vorkommt, es dürfen aber Abstände fehlen.Transmitter or sensor arrangement for achieving optimized directional characteristic for transmitting or receiving devices in 2 or 3 dimensions, characterized in that the grid on which the sensors are arranged, by 2 or 3 sequences in the 2 or 3 spatial directions is constructed. The sequences used for construction should have the property that no space between any points in the sequence is duplicated, but distances may be missing.

Description

Sensor oder Sendearrays werden in diversen Bereichen eingesetzt wie z. B. Arrays von Radioteleskopen oder Mikrofonarrays für akustische Kameras. Die Anordnung soll mit minimaler Zahl der Sende/Empfangseinheiten eine möglichst hohe Auflösung in der Abbildung des Wellenfeldes ermöglichen. Dabei soll ein definierter Frequenzbereich abgedeckt werden, welcher zusammen mit der Winkelauflösung den minimalen und maximalen Sensor-/Senderabstand definiert.sensor or transmit arrays are used in various fields such. As arrays of radio telescopes or microphone arrays for acoustic Cameras. The arrangement should be with a minimum number of transmit / receive units one possible high resolution in the picture of the wave field. It should be a defined Frequency range are covered, which together with the angular resolution of the defined minimum and maximum sensor / transmitter distance.

Für eine eindimensionale Anordnung entlang einer Geraden ist eine mögliche Anordnung die Positionierung der Sensoren im gleichen Mindestabstand bis zur geforderten Länge, also wie die Striche auf einem Lineal. Sollen aber möglichst wenig Sensoren auf dieser Länge verteilt werden, so stellt sich die Frage nach der optimalen Anordnung. Für den eindimensionalen Fall ist dies die sogenannte Golomb Folge. Dabei werden die Abstände in einem Raster, welches durch den Minimalabstand definiert ist, so gewählt, dass kein Abstand doppelt vokommt. Golomb Folgen sind dann die kürzesten solchen Folgen für eine gegebene Punktezahl.For a one-dimensional Arrangement along a straight line is a possible arrangement of positioning the sensors at the same minimum distance to the required length, ie like the strokes on a ruler. But as few sensors as possible this length the question arises as to the optimal arrangement. For the one-dimensional case, this is the so-called Golomb episode. there become the distances in a grid, which is defined by the minimum distance, chosen so that no distance is doubled. Golomb episodes are the shortest such consequences for a given score.

Eine kennzeichnenende Eigenschaft der Folgen ist es, dass bei beliebigen Verschiebungen der Folge sich immer nur maximal ein Punkt mit einem verschobenen Punkt trifft. Dies entspricht der Formulierung, dass die aus einer so angeordneten 0/1 Folge berechnete Autokorrelationsfunktion ausser bei Verschiebung 0 nie grösser als 1 ist. Dies wiederum ist damit äquivalent, dass die Nebenmaxima der Richtkeule einer so aufgebauten Antenne minimal sind.A characteristic feature of the consequences is that at arbitrary Shifts of the sequence always only a maximum of one point with a shifted Point applies. This corresponds to the formulation that comes from a so ordered 0/1 sequence calculated autocorrelation function except with displacement 0 never bigger than 1. This in turn is equivalent to the fact that the secondary maxima the straightening lobe of a thus constructed antenna are minimal.

Aus diesem Grund ist es erstrebenswert, auch für 2 und 3 dimensionale, also flächige und räumliche Sensor/Sender-Anordnungen die gleichen Eigenschaften zu fordern. Statt also direkt Anordnungen mit optimierten Richteigenschaften zu suchen, kann die Anordnung so optimiert werden, dass in einem gewählten Raster kein Abstand in einer der Raumrichtungen doppelt vorkommt. Existierende zweidimensionale Anordnungen sind z. B. zufällig optimiert oder spiralförmig und Variationen davon (z. B. Wagenrad mit schrägen Speichen).Out For this reason, it is desirable, even for 2 and 3 dimensional, that is area and spatial Sensor / transmitter assemblies require the same characteristics. Instead of direct arrangements with optimized directional properties To search, the arrangement can be optimized so that in one selected Grid no distance occurs twice in one of the spatial directions. Existing two-dimensional arrangements are z. B. optimized at random or spiral and variations thereof (eg cartwheel with oblique spokes).

Eine Anordnung, die in 2 oder 3 Dimensionen die Forderung erfüllt, dass kein Abstand doppelt vorkommt, aber mit wenigen Sensoren eine gegebene Fläche so belegt wird, dass eine optimierte Richtcharakteristik ensteht, kann aus zwei oder drei solchen Folgen unter Verwendung von den in Schutzanspruch 1 beschriebenen Merkmalen konstruiert werden.A Arrangement that meets in 2 or 3 dimensions the requirement that no distance occurs twice, but with a few sensors a given area it is proven that an optimized directional characteristic is created, can be made out of two or three such episodes using the be constructed in protection claim 1 features described.

Dazu wird aus zwei oder drei eindimensionalen Folgen ein Gitter in 2 oder 3 Dimensionen aufgespannt. Das so entstehende Gitter ist unregelmässig. Die Schnittpunkte dieses Gitters stellen mögliche Sender- oder Sensorpositionen dar. Dies ist in 1 in einem Ausführungsbeispiel mit zwei Golomb Folgen aus je 10 Punkten dargestellt. Die Golomb Folge mit 10 Punkten hat Punkte an den Positionen 0, 1, 6, 10, 23, 26, 34, 51, 53, 55 (1). Es enstehen damit 100 Schnittpunkte (Ein Schnittpunkt: (2)). Da die in diesem Fall verwendeten Golomb Folgen aus je 10 Punkten die Abstände 1–55 abdecken, also Lineale mit der Gesamtlänge 55 sind, hat die Fläche für das gewählte Raster 55·55 = 3025 Punkte, die damit auf 100 mögliche für optimierte Anordnungen reduziert wurden.For this purpose, a grid in two or three dimensions is spanned out of two or three one-dimensional sequences. The resulting grid is irregular. The intersections of this grid represent possible transmitter or sensor positions. This is in 1 represented in an embodiment with two Golomb episodes of 10 points each. The Golomb episode with 10 points has points at positions 0, 1, 6, 10, 23, 26, 34, 51, 53, 55 (1). There are thus 100 intersections (one intersection: (2)). Since the Golomb sequences used in this case cover the distances 1-55 from 10 points each, ie rulers with the total length 55, the area for the selected grid has 55 × 55 = 3025 points, which thus reduces to 100 possible for optimized arrangements were.

Das Raster ist besonders vorteilhaft für die Richtcharakteristik, wenn es aus Golomb Folgen wie in Schutzanspruch 2 konstruiert wird.The Raster is particularly advantageous for the directional characteristic, if it is constructed from Golomb consequences as in protection claim 2.

Anordnungen auf diesem Raster erfüllen aber noch nicht unbedingt das Kriterium, dass bei beliebigen Verschiebungen immer nur ein Sensor/Sender einen anderen trifft. Dies wird durch die in Schutzanspruch 3 beschriebenen Merkmale erreicht. Hierzu muss wiederum eine Auswahl getroffen werden, die aber auf einer stark reduzierten Menge arbeiten kann. In dem Ausführungsbeispiel besteht die Menge aus 100 Punkten. Es lassen sich Anordnungen finden, die das Kriterium erfüllen, dass sich bei Verschiebungen immer nur ein Sensor oder Sender mit einem anderen trifft.arrangements but fulfill on this grid not necessarily the criterion that with any shifts Only one sensor / transmitter hits another. This is going through reaches the features described in protection claim 3. For this must In turn, a selection will be made, but on a strong reduced amount can work. In the embodiment, the Quantity from 100 points. It can be found arrangements that the Meet criterion that at shifts always only one sensor or transmitter with a others meet.

Dazu muss darauf geachtet zu werden, dass die Punkte jeder einzelnen Linie bei Parallelverschiebung der Linie auf anderen Linien jeweils nur maximal einen anderen Punkt treffen. Wird dies für alle Linien erfüllt, so gilt für die gesamte Anordnung, dass Ihre Verschiebung jeweils maximal einen Punkt mit einem anderen zur Deckung bringt. Eine in diesem Sinne funktionierende Anordnung kann durch Probieren gefunden werden, da eine beliebige Anordnung auf einer Linie mit N Punkten N-1 Positionen auf allen anderen parallelen Linien ausschliesst.To Care must be taken to get the points of each one Line with parallel shift of the line on other lines respectively only hit a maximum of one other point. Will this be for all lines Fulfills, so applies to the entire arrangement that your shift is a maximum of one Coincide point with another. One in this sense functioning arrangement can be found by trial and error as any arrangement on a line with N points N-1 positions on all other parallel lines excludes.

Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Anordnung ist in 2 gezeigt. Dort sind an 24 Stellen Sensoren oder Sender positioniert (Eine solche Position: (3))An embodiment of such an arrangement is in 2 shown. There sensors or transmitters are positioned at 24 locations (Such a position: (3))

Die Vorauswahl von 100 Punkten im Ausführungsbeispiel wird durch die in Schutzanspruch 1 + 2 beschriebenen Merkmale ermöglicht, indem eindimensionale Folgen auf die beschriebene Weise für die in dem Fall zweidimensionale Anordnungen verwendet werden.The Preselection of 100 points in the embodiment is by the in protection claim 1 + 2 features described, by applying one-dimensional consequences in the manner described for the in the case two-dimensional arrangements are used.

Claims

Transmitter or sensor arrangement to achieve optimized directional characteristic for transmitting or receiving devices in 2 or 3 dimensions, characterized in that the grid on which the sensors are arranged is constructed by 2 or 3 sequences in the 2 or 3 spatial directions. The sequences used for construction should have the property that no space between any points in the sequence is duplicated, but distances may be missing.

Transmitter or sensor arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the one-dimensional sequences used are the shortest for one given number of points, so Golomb are consequences.

Transmitter or sensor arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the grid of the possible positions occupied only so is that at every shift in one of the spatial directions only a maximum of one sensor or transmitter coincides with another.

Transmitter or sensor arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the costing consequences in the various Spatial directions can be different and so a rectangular or cuboid shape can accept.