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Die vorliegende Erfindung betrifft die linear
frequenzmodulierten Dauerstrichradare, die unter der Bezeichnung FMCW-
Radar bekannt sind. Diese Radare senden einen Dauerstrich aus,
dessen Trägerfrequenz sich linear mit aufeinanderfolgenden
Rampen entwickelt, deren Dauer der Größenordnung von zehn
Millisekunden der Bestrahlungszeit eines Ziels entspricht und
viel größer als die Rückkehrzeit eines Echos ist. Sie
ermöglichen, eine Verzögerungsmessung durch eine Frequenzmessung zu
ersetzen, wobei der Abstand eines Ziels von der
Empfangsverzögerung des Echorückkehrsignals und folglich von der Differenz
der Trägerfrequenzen zwischen den gesendeten und empfangenen
Signalen abhängt.
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Die Meßgenauigkeit eines FMCW-Radars hängt direkt von der
Linearität der Veränderung der Trägerfrequenz im Verlauf einer
Rampe ab. Nun zeigt sich, daß es wegen Temperaturveränderungen
und wegen der Alterung schwierig ist, einen
Höchstfrequenzoszillator linear zu modulieren und vor allem eine gute
Einstellung beizubehalten. Das direkteste Mittel besteht nämlich
darin, in die Abstimmschaltung des Oszillators eine oder
mehrere Dioden mit variabler Kapazität einzubauen. Nun ist die
Veränderung der Frequenz eines Oszillators in Abhängigkeit von
der Reaktanz der abgestimmten Schaltung ebenso wie die
Veränderung der Reaktanz einer Diode mit variabler Kapazität in
Abhängigkeit von der Vorspannung logarithmisch, was die
Veränderung der Frequenz in Abhängigkeit von der Steuerspannung
nichtlinear macht. Es ist möglich, eine Anpassung an diese
Nichtlinearität vorzunehmen, indem eine nichtlineare
Modulationssteuerspannung gewählt wird, die eine in bezug auf die
Modulationsspannung des Senders umgekehrte
Frequenzcharakteristik besitzt. wegen der Tatsache, daß die
Reaktanzcharakteristik in bezug auf die Vorspannung einer Diode mit variabler
Kapazität stark von der Temperatur und von der Alterung
abhängt, wird jedoch eine Schwierigkeit angetroffen, derart, daß
eine Beschränkung auf eine bei der Herstellung ein für allemal
ausgeführte genaue Einstellung nicht möglich ist.
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Für die Lösung dieses Problems ist es bekannt, die
nichtlineare Form der Modulationsspannung in Abhängigkeit von einem
Fehlersignal zu verändern, das erhalten wird, indem der
Frequenzabstand gemessen wird, der zwischen der am Ausgang des
Oszillators direkt verfügbaren Sendeträgerfrequenz und der
Sendeträgerfrequenz, die in einer parallel an den Ausgang des
Oszillators angeschlossenen Verzögerungsleitung einer festen
Verzögerung unterworfen wird, vorhanden ist, und indem der
Wert des erhaltenen Frequenzabstandes mit dem theoretischen
Wert verglichen wird.
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Diese Lösung besitzt den Nachteil, daß sie sehr teuer ist,
weil sie für ihre Ausführung durchgehend eine
Höchstfrequenzschaltungsanordnung erfordert. Es sind nämlich ein Koppler für
die Umleitung eines Teils des Sendesignals, eine kalibrierte
Verzögerungsleitung, ein Modulator für die Überlagerung der
zwei Trägerfrequenzen, ein Frequenzmesser für die Ermittlung
des Frequenzabstandes sowie ein Komparator zum Vergleichen
dieses Frequenzabstandes mit dem theoretischen Wert
erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, das obengenannte
Problem zu lösen, ohne dafür zusätzliche
Höchstfrequenzkomponenten zu benötigen, indem sie ausnützt, daß im Empfangsteil
eines FMCW-Radars gewöhnlich ein Spektralanalysator vorhanden
ist, der für die Identifizierung und Aussonderung der
verschiedenen Frequenzlinien, die den beobachteten Echos während
einer Rampe entsprechen, verwendet wird.
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Sie hat ein Verfahren zur automatischen Kompensation der
Nichtlinearität der Modulationssteigung eines FMCW-Radars zum
Gegenstand, das sendeseitig mit einem das Sendesignal
erzeugenden spannungsgesteuerten Oszillator und mit einem das
Frequenzmodulations-Steuersignal für den Oszillator
erzeugenden Rampengenerator und empfangsseitig mit einem
Spektralanalysator versehen ist, der es ermöglicht, in dem im Verlauf
einer Rampe empfangenen und durch das Sendesignal
demodulierten Signal verschiedene Frequenzlinien, die den beobachteten
Echos entsprechen, zu identifizieren und auszusondern. Dieses
Verfahren besteht darin, die Form des Signals des
Rampengenerators auf einen Extremwert eines Fehlersignals zu regeln, das
aus dem Ausgangssignal des Spektralanalysators entnommen
worden ist und für die mittlere Auflösung des
Frequenzspektrums der im Verlauf jeder Rampe beobachteten Echos
repräsentativ ist.
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Die mittlere Auflösung des Frequenzspektrums der im Verlauf
jeder Rampe beobachteten Echos, d. h. seine Feinheit, gibt die
Nichtlinearitäten der Modulationssteigung wieder, weil diese
letzteren Frequenzmodulationen erzeugen, die bestrebt sind,
das Frequenzspektrum der punktförmigen Echos zu stauchen und
zu erweitern.
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Die Auswertung der mittleren Auflösung des Frequenzspektrums
der im Verlauf jeder Rampe beobachteten Echos kann über ein
Fehlersignal erfolgen, das aus dem Ausgangssignal des
Spektralanalysators entnommen worden ist und für den Mittelwert
des Verhältnisses der Amplitude der größten Frequenzlinie und
des Rauschpegels, die vom Spektralanalysator geliefert werden,
repräsentativ ist. Die Regelung der Form des
Rampengeneratorsignals erfolgt dann auf ein Maximum des Fehlersignals.
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Die Auswertung der mittleren Auflösung des Frequenzspektrums
der im Verlauf jeder Rampe beobachteten Echos kann auch über
ein Fehlersignal erfolgen, das aus dem Ausgangssignal des
Spektralanalysators entnommen worden ist und für die mittlere
Breite bei 3 dB der Spitze der Autokorrelationsfunktion des
vom Spektralanalysator im Verlauf jeder Rampe gelieferten
Frequenzspektrums repräsentativ ist. Die Regelung der Form des
Rampengeneratorsignals erfolgt dann auf ein Minimum des
Fehlersignals.
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Die Erfindung hat außerdem ein FMCW-Radar für die Ausführung
des obengenannten Verfahrens zum Gegenstand.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich
aus der Beschreibung einer Ausführungsform, die anhand eines
Beispiels gegeben wird. Diese Beschreibung wird im folgenden
mit Bezug auf die zeichnungen gegeben, in denen:
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- Fig. 1 ein Schaltbild eines FMCW-Radars für die Ausführung
der Erfindung zeigt;
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- Fig. 2 ein Diagramm ist, das ein Beispiel der
zeitabhängigen Veränderung der Frequenz des von einem FMCW-Radar
ausgesendeten Signals zeigt;
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- Fig. 3 den Aufbau eines in Fig. 1 gezeigten
Rampengenerators im einzelnen darstellt;
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- Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Wahl der Koeffizienten
veranschaulicht, die die Form des Signals des in Fig. 3
gezeigten Rampengenerators bestimmen; und
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- Fig. 5 den Aufbau einer in Fig. 1 gezeigten
Signalformerschaltung im einzelnen darstellt.
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In den verschiedenen Figuren beziehen sich die gleichen
Bezugszeichen auf die gleichen Elemente.
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Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Signalformerschaltung 10, die
eine automatische Kompensation der Nichtlinearität der
Modulation
gemäß dem Verfahren der Erfindung gewährleistet, zwischen
den wesentlichen Elementen eines FMCW-Radars.
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Der Sendekanal dieses FMCW-Radars enthält wie üblich eine
Sendeantenne 20, einen Sender 21, einen spannungsgesteuerten
Oszillator 22, einen Rampengenerator 23 und einen Taktgeber
24, der dem Empfangskanal gemeinsam ist. Der Taktgeber 24
taktet den Rampengenerator 23, der die Frequenzsteuerspannung
für den spannungsgesteuerten Oszillator 22 liefert. Dieser
letztere, dessen Frequenz sich entsprechend den
aufeinanderfolgenden Rampen entwickelt, steuert den Sender 21, der die
Sendeantenne 20 anregt.
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Der Empfangskanal dieses FMCW-Radars enthält ebenfalls wie
üblich eine Empfangsantenne 30, einen Mischer 31, einen
Koppler 32, einen Empfänger 33, einen Spektralanalysator 34 und
eine Radarsignal-Verarbeitungsschaltung 35. Die
Empfangsantenne 30 regt einen der Eingänge des Mischers 31 an, dessen
anderer Eingang über den Koppler 32 mit dem Ausgang des
Senders 21 verbunden ist. Die Überlagerung der gesendeten bzw.
empfangenen Signale, die am Ausgang des Mischers 31 verfügbar
ist, wird durch den Empfänger 33 auf einer konstanten
Amplitude gehalten, bevor sie dem Spektralanalysator 34 unterworfen
wird, der daraus Frequenzlinien entnimmt, was der Radarsignal-
Verarbeitungsschaltung 35 ermöglicht, die Echos nach dem
Abstand auszusondern.
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Im Idealbetrieb erzeugt der Sender 11, wie durch die
durchgezogene Kurve von Fig. 2 gezeigt ist, ein Signal, dessen
Trägerfrequenz sich linear mit aufeinanderfolgenden Rampen, die
beispielsweise vom Fabrikdachtyp sind, entwickelt. Wenn zur
Vereinfachung angenommen wird, daß nur ein einziges Echo
vorhanden ist, ist das über das Echo zurückkehrende Signal,
das durch die gestrichelte Kurve von Fig. 2 dargestellt ist,
aus dem um eine Verzögerung τ verzögerten gesendeten Signal
gebildet, derart, daß:
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τ = 2D/c,
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wobei D der radiale Abstand des Echos ist und c die
Lichtgeschwindigkeit ist.
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Beim Empfang tritt nach der Demodulation des empfangenen
Signals durch das gesendete Signal im größten Teil einer
Rampe, von deren Dauer angenommen wird, daß sie viel größer
als der Wertebereich der Verzögerung τ ist, eine Überlagerung
mit der Frequenz fb auf, derart, daß:
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τ/T = fb/Δf,
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mit T Dauer der Rampe und Δf Frequenzauswanderung der Rampe.
Der Abstand vom Echo D ist dann gegeben durch die Beziehung:
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D = ½cT fb/Δf.
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In dem Fall, in dem mehrere Echos in verschiedenen Abständen
vorhanden sind, ergibt die Demodulation des empfangenen
Signals durch das gesendete Signal ein zusammengesetztes Signal,
das aus mehreren Überlagerungsfrequenzen gebildet ist, für die
durch Spektralanalyse die Linien identifiziert und
ausgesondert werden, was ermöglicht, die Echos zu erfassen und sie
nach dem Abstand zu trennen und schließlich durch eine
geeignete Verarbeitung des Radarsignals von ihnen ein Bild
herzustellen oder die Form zu erkennen.
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In der Praxis ist es schwierig, wegen der Drifts der
Eigenschaften der verwendeten Komponenten sowie wegen der
Temperatur- und Alterungsabhängigkeit beim Senden die Linearität der
Trägerfrequenz-Modulation im Verlauf der Rampen beizubehalten,
so daß die Überlagerung als Antwort auf ein Echo keine reine
Frequenz fb mehr ist, sondern eine durch die Nichtlinearitäten
der ausgesendeten Rampe modulierte Frequenz, was die
Abstandsauflösung verschlechtert.
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Um dieses Problem zu lösen, ohne auf Höchstfrequenzkomponenten
zurückzugreifen, wird vorgeschlagen, die Form der
Spannungsrampe, die die Frequenz des Oszillators steuert, auf einen
optimalen Wert der mittleren Auflösung des vom
Spektralanalysator gelieferten Frequenzsspektrums zu regeln. Hierzu ist ein
Rampengenerator 23 mit veränderlicher Form vorgesehen, die
anhand eines Steuereingangs modifizierbar ist, außerdem ist
zwischen dem Ausgang des Spektralanalysators 34 und dem
Formsteuereingang des Rampengenerators 23 eine
Signalformerschaltung 10 eingefügt, die auf die mittlere Auflösung des vom
Spektralanalysator gelieferten Frequenzspektrums anspricht.
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In dem Ausführungsbeispiel, das nun beschrieben wird, wird im
Rampengenerator die Form seiner Rampe über Koeffizienten der
örtlichen Steigung an regelmäßig beabstandeten Punkten der
Rampe eingestellt, wobei die Signalformerschaltung die Werte
dieser Koeffizienten der örtlichen Steigungen auf ein Minimum
der mittleren Breite bei 3 dB der Spitze der
Autokorrelationsfunktion des vom Spektralanalysator gelieferten
Frequenzspektrums regelt.
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Der Rampengenerator 23 enthält im wesentlichen, wie in Fig. 3
gezeigt ist, einen digitalen Speicher 230 für unabhängiges
Lesen und Schreiben, der die Werte der Koeffizienten der
örtlichen Steigung der Rampe enthält, einen Zähler 231, der
durch die Taktgeberschaltung 24 getaktet wird und der die
Adressierung Ar beim Lesen des digitalen Speichers 230 steuert
und ein zyklisches Lesen dieses letzteren sicherstellt, einen
Digital/Analog-Umsetzer 232, der die am Datenleseausgang Dr
des digitalen Speichers 230 gelesenen digitalen Werte in
analoge Werte umsetzt, und eine Integrationsschaltung 233, die
am Ende jeder Rampe ebenso wie der Zähler 231 auf Null
zurückgesetzt wird und die Folge der analogen Werte der
Koeffizienten der örtlichen Steigung, die vom Digital/Analog-Umsetzer
232 geliefert werden, integriert, um die Steuerspannungsrampe
des spannungsgesteuerten Oszillators 22 zu erzeugen. Der
digitale Speicher 230 des Rampengenerators weist neben seinem
Leseadressierungseingang Ar, der durch den Zähler 231
gesteuert wird, und seinem Datenleseausgang Dr, der mit dem Eingang
des Digital/Analog-Umsetzers 232 verbunden ist, einen
Schreibadressierungseingang Aw und einen Datenschreibeingang Dw auf,
die durch die Signalformerschaltung 10 gesteuert werden.
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Fig. 4 zeigt die Definition der Koeffizienten der örtlichen
Steigung Ai, über die die Form einer Rampe gesteuert wird. Um
der Bequemlichkeit willen wird angenommen, daß es sich um eine
von der Zeit t linear abhängende Rampenspannung handelt, die
sich von einer minimalen Spannung Vmin bis zu einer maximalen
Spannung Vmax entwickelt. Die Dauer T dieser Rampe ist in n
Intervalle mit gleichen Zeiten Δt unterteilt, die durch die
Zeitpunkte to, ti, ... tn begrenzt sind:
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i [o,n] ti+1 - ti = Δt = konst.
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In jedem Zeitpunkt ti nimmt die Rampe die Spannung Vi an,
derart, daß der i-te Koeffizient der örtlichen Steigung den
Wert
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besitzt.
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In der Praxis wird Vmax - Vmin konstant gesetzt, um stets den
gleichen Spannungsabtastbereich zu haben, was sich in der
folgenden Bedingung äußert:
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Die Regelung, die zur Kalibrierung der
Frequenzsteuerspannungsrampe für den Oszillator führt, um eine lineare
Veränderung der Frequenz zu erhalten, besteht darin, einen
Feinheitskoeffizienten zu optimieren, der als Mittelwert über fünf
aufeinanderfolgende Rampen der Breite bei 3 dB der Spitze der
Autokorrelationsfunktion des Betrags des vom
Spektralanalysator ausgegebenen Signals definiert ist.
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Wenn angenommen wird, daß der Spektralanalysator eine schnelle
Fourier-Transformation an N Punkten ausführt, liefert er ein
komplexes Signal
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S(i) ≠ 0 i [1,N]
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und
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s(i) = 0 i [1,N]
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Der Betrag des Signals lautet dann:
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s(i) = [s(i) × s*(i)]
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Seine Autokorrelationsfunktion Rss (k) ist definiert durch
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wobei * die Komplexkonjugierte bezeichnet.
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Die Spitze der Autokorrelationsfunktion ist durch den Wert von
k = 0 gegeben. Die Breite bei 3 dB dieser Spitze ist gegeben
durch die Differenz zwischen den Werten K&sub1;, K&sub2; der Variablen k
in der Umgebung des Wertes Null, bei denen der Betrag der
Autokorrelationsfunktion durch einen Wert geht, der gleich der
Hälfte des Maximums ist. Der Mittelwert dieser Breite für fünf
aufeinanderfolgende Rampen ist eine Funktion der Koeffizienten
der örtlichen Steigung Ai für jeden Wert i, die in der Nähe
des optimalen Werts durch eine Parabel approximiert werden
kann:
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Der optimale Wert von Ai ist derjenige, für den gilt:
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∂f/∂Ai = 0,
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woraus Aiopt = -Ki/Hi folgt.
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Er kann bestimmt werden, indem der Koeffizient der örtlichen
Steigung Ai um ±10 % variiert wird, und indem die veränderung
von f beobachtet wird:
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Aus der letzten Beziehung (5) wird der Wert des Koeffizienten
Hi entnommen, während aus den Beziehungen (1) und (3) oder (1)
und (4) der Wert des Koeffizienten Ki entnommen wird, woraus
der optimale Wert des Koeffizienten der örtlichen Steigung
abgeleitet wird:
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Aiopt = -Ki/Hi
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Es bleibt übrig, ausgehend von diesem Verfahren der
Einstellung eines isolierten Koeffizienten der örtlichen Steigung in
die Nähe des optimalen Werts zur optimalen Einstellung
sämtlicher Koeffizienten der örtlichen Steigung zu gelangen, indem
von einer notwendigerweise groben Lösung ausgegangen wird.
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Hierzu wird vorgeschlagen, in mehreren aufeinanderfolgenden
Schritten vorzugehen, in deren Verlauf eine zunehmend größere
Anzahl von Koeffizienten der örtlichen Steigung berücksichtigt
wird. Es wird bei einer linearen Rampe begonnen, die
übereinstimmende Koeffizienten der örtlichen Steigung aufweist, die
ermöglichen, während der Dauer einer Rampe von einem
aufgeprägten minimalen Wert der Spannung zu einem aufgeprägten
maximalen Wert der Spannung zu gelangen. Anschließend wird
diese Rampe verfeinert, indem die Gerade, die sie
repräsentiert, in zwei Geradensegmente gleicher Länge unterteilt wird,
deren Steigungen optimiert sind, die zweite für die
Minimierung der Funktion f und die erste für die Wiedergewinnung der
Abweichung der aufgeprägten Spannung. Auf diese Weise werden
zwei Gruppen von Koeffizienten der örtlichen Steigung
erhalten. Es wird ein weiterer Schritt begonnen, in dessen Verlauf
jedes der zwei Segmente der Rampe in zwei Segmente gleicher
Länge unterteilt wird, deren Steigungen optimiert sind, was
die Bestimmung von vier Gruppen von Koeffizienten der
örtlichen Steigung ermöglicht, usw., bis ein Segment pro
Koeffizient der örtlichen Steigung erhalten wird.
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Um diesen Prozeß zu ermöglichen, wird eine Anzahl n von
Koeffizienten der örtlichen Steigung längs der Rampe gewählt, die
gleich einer Zweierpotenz ist:
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n = 2m,
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was m aufeinanderfolgende Schritte zuläßt. Im Verlauf des
p-ten Schrittes, wobei p im Bereich von 1 bis m liegt, wird
jede Steuerspannungsrampe für den Oszillator, die aus einer
geknickten Linie aus 2p-1 Gruppen von Koeffizienten der
örtlichen Steigung aufgebaut war, in jedem ihrer Segmente erneut in
zwei gleiche Teile unterteilt, denen 2p Gruppen von 2m-p zu
optimierenden, übereinstimmenden Koeffizienten der örtlichen
Steigung entsprechen.
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Die Gesamtheit der Gruppen von Koeffizienten der örtlichen
Steigung, die im Verlauf des p-ten Schrittes erhalten wird, in
dem die Gruppe der Koeffizienten der örtlichen Steigung des
I-ten Segments optimiert worden ist, wird bezeichnet durch:
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wobei der Index p, der im Bereich von 1 bis m liegt, die
Nummer des momentanen Schritts repräsentiert, der Index I, der im
Bereich von 1 bis 2p liegt, die Nummer des zuletzt
betrachteten Segments repräsentiert und der Index j, der im Bereich von
1 bis 2p liegt, der Index der Numerierung der Gruppen von
Koeffizienten der örtlichen Steigung ist, die den Segmenten
entsprechen. Am Ende der Schritte wird erhalten:
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mit i = j, die von 1 bis 2m laufen.
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Bevor der erste Schritt in Angriff genommen wird, werden die
Koeffizienten der örtlichen Steigung auf den Wert
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initialisiert.
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Dies bedeutet gleich, daß im Verlauf eines Schrittes 0 für die
Rampe die Form eines einzigen Geradensegments übernommen wird,
das von der aufgeprägten minimalen Spannung Vmin zur
aufgeprägten maximalen Spannung Vmax verläuft. Es gibt dann nur
eine einzige Gruppe von Koeffizienten der örtlichen Steigung,
die alle den gleichen Wert besitzen,
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Das Ziel des p-ten Schrittes besteht darin, die Gruppen der
Koeffizienten der örtlichen Steigung
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zu bestimmen, wenn die Gruppen der Koeffizienten der örtlichen
Steigung, die sich aus dem (p - 1)-ten Schritt ergeben&sub1;
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bekannt sind.
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Um den p-ten Schritt zu beginnen, wird jedes im Verlauf des
(p - 1)-ten Schrittes erhaltene Segment der Rampe in zwei
gleiche Teile mit gleicher Steigung unterteilt, was
ermöglicht, eine Gesamtheit mit doppelt so vielen Gruppen von
Koeffizienten der örtlichen Steigung zu erhalten, die aus der
vorhergehenden durch die Beziehung:
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abgeleitet wird, wobei E die mathematische Funktion ist, die
den ganzzahligen Teil bezeichnet.
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Dann wird die Steigung jedes der Geradensegmente der Rampe
optimiert, indem sie in der Reihenfolge steigender Spannung
angeordnet werden. Die Optimierung der Steigung des ersten
Segments (I = 1) ist nicht notwendig, weil die
Normierungsoperation, die auf die Anwendung einer festen Spannungsabtastung
zielt, einen Freiheitsgrad beseitigt.
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Nun wird angenommen, daß im Verlauf des p-ten Schritts die
Optimierung der örtlichen Steigung des (I - 1)-ten Segments
erfolgt ist, wobei die Optimierung der Steigung des I-ten
Segments gemäß den folgenden Stufen abläuft:
Stufe 1
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Die Gruppe der Koeffizienten der örtlichen Steigung, die dem
I-ten Segment entsprechen, wird um einen Wert x von ±10 %
variiert, wobei die Werte der anderen Gruppen von
Koeffizienten der örtlichen Steigung beibehalten werden. Dies führt zur
Übernahme eines neuen Satzes von Gruppen von Koeffizienten der
örtlichen Steigung der Form:
Stufe 2
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Der übernommene neue Satz von Gruppen von Koeffizienten der
örtlichen Steigung wird in der Weise normiert, daß die gleiche
Spannungsäbtastamplitude beibehalten wird, was dazu führt, zu
setzen:
Stufe 3
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Es wird der Satz von Gruppen von Koeffizienten der Steigung
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für x gleich 0,9; 1,1 und 1 berechnet. Im Fall x = 1 gilt:
Stufe 4
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Es werden die Werte der Funktion f für die gewählten Werte von
x (0,9 und 1,1), die durch fp,I(0,9) und fp,I(1,1) gegeben
sind, gemessen, weil der Wert der Funktion f für x gleich 1,
fp,I(1), bereits bei der Optimierung der Steigung des
vorangehenden Segments gemessen worden ist.
Stufe 5
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Es werden die ersten und zweiten Ableitungen der Funktion f
anhand der Beziehungen
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gemessen.
Stufe 6
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Es wird die Hypothese aufgestellt, daß die Ableitung der
Funktion f örtlich linear ist, außerdem wird der Wert xp,I
berechnet, für den sie Null ist:
Stufe 7
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Es wird anhand der in der Stufe 1 verwendeten Beziehungen
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der Satz von Gruppen von Koeffizienten der örtlichen Steigung
berechnet, der dem optimalen Wert entspricht, bei dem die
Ableitung der Funktion f Null ist.
Stufe 8
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Der Satz von Gruppen von Koeffizienten der örtlichen Steigung,
der für die Beibehaltung der gleichen Spannungsabtastamplitude
erhalten wird, wird normiert:
Stufe 9
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Dann wird der Wert fp,I(xp,I) der Funktion f, der mit diesem
neuen Satz von Gruppen von Koeffizienten der örtlichen
Steigung erhalten wird, gemessen, außerdem wird untersucht, ob die
Ungleichung
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fp,I(xp,I) < Min(fp,I(0,9),fp,I(1),fp,I(1,1))
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erfüllt ist. Wenn nicht, wird xmin so gewählt, daß
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fp,I(Xmin) = Min(fp,I(0,9),Fp,I(1),fp,I(1,1),fp,I(xp,I)),
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außerdem wird erneut ein neuer Satz von Gruppen von
Koeffizienten der örtlichen Steigung gemäß den Stufen 7 und 8
berechnet, indem xp,I durch xmin ersetzt wird.
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Dann kann die Optimierung der Steigung des (I + 1)-ten
Segrnents vorgenommen werden, indem die Stufen 1 bis 9 erneut
ausgeführt werden.
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Sobald der p-te Schritt beendet ist, sind die Gruppen der
Koeffizienten der örtlichen Steigung bekannt:
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Es werden sämtliche verbleibenden Schritte bis zum m-ten
Schritt ausgeführt, an dessen Ende die Gruppen der
Koeffizienten der örtlichen Steigung
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erhalten werden, die nichts anderes als die Gesamtheit der
Koeffizienten der örtlichen Steigung
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sind, die für die Formung der Spannung verwendet werden, die
die Steuerung der Frequenz des spannungsgesteuerten
Oszillators sicherstellt.
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Das Einstellverfahren, das eben beschrieben worden ist, wird
zum Betreiben des FMCW-Radars verwendet. Um während des
Betriebs die optimale Form der Rampe der Frequenzsteuerspannung
aufrechtzuerhalten, ist es ausreichend, die Operationen des
letzten Schrittes m periodisch zu wiederholen, wobei die
Periodizität in Abhängigkeit von den erwarteten Auswirkungen
der Temperaturveränderungen und der Alterung gewählt wird.
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Zur Verfeinerung des Resultats kann dem m-ten Schritt eventu
ell ein zusätzlicher Schritt folgen, der die Veränderungen des
Koeffizienten der örtlichen Steigung bei geringerer Weite,
beispielsweise 5 % anstelle von 10 %, prüft.
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Fig. 5 veranschaulicht die zwei Hauptteile der
Signalformerschaltung 10, welche durch eine Schaltung 101 für die
Bestimmung der Optimierungsfunktion, die an dem vom
Spektralanalysator 34 gelieferten Signal arbeitet, und eine Schaltung 102 für
die Einstellung der Koeffizienten gegeben sind, die die Form
des Signals des Rampengenerators 23 definiert.
Selbstverständlich ist die Signalformerschaltung 10 eine Schaltung auf der
Basis eines Mikroprozessors, der einen Algorithmus ausführt,
der die verschiedenen Stufen des automatischen
Einstellverfahrens, das eben beschrieben worden ist, reproduziert.
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Dieses Verfahren kann verschiedenen Veränderungen unterworfen
werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Insbesondere kann als Optimierungskriterium statt der mittleren Breite
bei 3 dB der Spitze der Autokorrelationsfunktion des vom
Spektralanalysator gelieferten Frequenzspektrums der
Mittelwert des Verhältnisses der Amplitude der größten Frequenzlinie
und des Rauschpegels, die vom Spektralanalysator geliefert
werden, übernommen werden. Die Regelung der Signalform des
Rampengenerators erfolgt dann auf ein Maximum dieses
Kriteriums, was den Vorteil hat, einfacher ausführbar zu sein, jedoch
grober ist. Es können außerdem andere Optimierungskriterien
übernommen werden, die stets die mittlere Auflösung des vom
Spektralanalysator gelieferten Frequenzspektrums
repräsentieren, etwa ein statistisches Moment (Abstandstyp oder Moment
höherer Ordnung) des vom Spektralanalysator gelieferten
Frequenzspektrums oder aber die Breite einer Linie, die einem
beweglichen Ziel entspricht.
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Ebenso kann die Signalform des Rampengenerators anstatt durch
die Koeffizienten der örtlichen Steigung direkt durch eine
Abtastung der in Abhängigkeit von der Zeit angenommenen
Spannungswerte
oder aber ausgehend von den Koeffizienten eines
Polynoms N-ten Grades, das die Form der Rampe definiert,
gesteuert werden.
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Das Beispiel des automatischen Einstellverfahrens, das eben
beschrieben worden ist, ist die automatische Kalibrierung der
Steigung eines FMCW-Radars gewesen, selbstverständlich ist es
jedoch auf sämtliche FMCW-Systeme wie etwa RADAR, SONAR, LIDAR
anwendbar.