JP2002357658A - 周波数信号に対する処理方法及びこの処理方法の使用及び距離測定機器 - Google Patents
周波数信号に対する処理方法及びこの処理方法の使用及び距離測定機器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 距離決定の精度及び信頼性を高める、周波数
信号に対する処理方法ならびに相応の距離測定機器を提
供することである。 【解決手段】 上記課題は周波数信号に対する処理方法
においては周波数信号は２つの主成分に相応する２つの
周波数領域に分割され、周波数信号は２つの周波数領域
においてそれぞれ別個にフーリエ変換され、一方の周波
数領域において第１の複素時間信号に相応する周波数信
号のフーリエ変換されたものが発生され、他方の周波数
領域において第２の複素時間信号に相応する周波数信号
のフーリエ変換されたものが発生され、第２の時間信号
は第１の時間信号によって除算され、これによって第３
の時間信号が発生され、第３の時間信号がフーリエ変換
されることによって解決され、さらに上記課題は距離測
定機器においては測定区間は遅延区間を有することによ
って解決される。
信号に対する処理方法ならびに相応の距離測定機器を提
供することである。 【解決手段】 上記課題は周波数信号に対する処理方法
においては周波数信号は２つの主成分に相応する２つの
周波数領域に分割され、周波数信号は２つの周波数領域
においてそれぞれ別個にフーリエ変換され、一方の周波
数領域において第１の複素時間信号に相応する周波数信
号のフーリエ変換されたものが発生され、他方の周波数
領域において第２の複素時間信号に相応する周波数信号
のフーリエ変換されたものが発生され、第２の時間信号
は第１の時間信号によって除算され、これによって第３
の時間信号が発生され、第３の時間信号がフーリエ変換
されることによって解決され、さらに上記課題は距離測
定機器においては測定区間は遅延区間を有することによ
って解決される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は周波数信号に対する
処理方法に関し、さらに本発明は周波数信号に対する処
理方法の使用に関し、さらに本発明は、送信器を有し、
受信器を有し、送信器から受信器へと経過する測定区間
及び送信器から受信器へと経過する少なくとも１つの基
準区間を有する、レーダー原理に基づいて電磁波によっ
て距離測定するための距離測定機器に関する。
処理方法に関し、さらに本発明は周波数信号に対する処
理方法の使用に関し、さらに本発明は、送信器を有し、
受信器を有し、送信器から受信器へと経過する測定区間
及び送信器から受信器へと経過する少なくとも１つの基
準区間を有する、レーダー原理に基づいて電磁波によっ
て距離測定するための距離測定機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】周波数信号はここでは信号Ｒ（ω）とす
る。この信号Ｒ（ω）は周波数スペクトルを記述し、周
波数ωに依存する振幅Ｒによって与えられる。これに相
応してここでは時間信号を時間ｔに依存する振幅ｒによ
って与えられる信号ｒ（ｔ）とする。
る。この信号Ｒ（ω）は周波数スペクトルを記述し、周
波数ωに依存する振幅Ｒによって与えられる。これに相
応してここでは時間信号を時間ｔに依存する振幅ｒによ
って与えられる信号ｒ（ｔ）とする。
【０００３】非接触による間隔測定乃至は充填レベル測
定のためには従来技術から音響波又は電磁波を利用する
様々な方法が周知である。この場合、音響波又は電磁波
が送信器からターゲットの方向に送信され、ターゲット
で反射され、受信器によって受信される。従って、充填
レベル測定のためには例えば電磁波が送信器から容器に
垂直に送信され、この容器に蓄積された媒体の表面で反
射され、受信器によって受信される。送信され反射され
た信号の伝播時間からこの場合送信器乃至は受信器から
この媒体の表面までの距離が直接的又は間接的に決定さ
れる。距離の直接的な決定のためには例えばパルス法を
使用する。このパルス法では距離測定のために短いパル
スから成る信号を使用する。この信号の伝播時間は非常
に短いという事実のために直接的な時間測定は実際には
排除され、この結果、サンプリング法が使用される。間
接的な距離決定は例えば周波数変調された時間的に連続
な高周波時間信号（Frequency Modulated Continuous W
ave、略してＦＭＣＷ）を使用する方法によって行われ
る。この場合、連続的な周波数掃引において信号の周波
数がそれぞれ例えばリニアに大きくなり、この結果、反
射された信号の伝播時間は周波数掃引が反射の時点に到
達した周波数に対する差周波数を介して決定される。低
周波の差周波数を有する相応の時間信号は、大抵の場
合、一方で掃引信号が供給され他方で反射された信号が
供給されるミキサを介して発生される。
定のためには従来技術から音響波又は電磁波を利用する
様々な方法が周知である。この場合、音響波又は電磁波
が送信器からターゲットの方向に送信され、ターゲット
で反射され、受信器によって受信される。従って、充填
レベル測定のためには例えば電磁波が送信器から容器に
垂直に送信され、この容器に蓄積された媒体の表面で反
射され、受信器によって受信される。送信され反射され
た信号の伝播時間からこの場合送信器乃至は受信器から
この媒体の表面までの距離が直接的又は間接的に決定さ
れる。距離の直接的な決定のためには例えばパルス法を
使用する。このパルス法では距離測定のために短いパル
スから成る信号を使用する。この信号の伝播時間は非常
に短いという事実のために直接的な時間測定は実際には
排除され、この結果、サンプリング法が使用される。間
接的な距離決定は例えば周波数変調された時間的に連続
な高周波時間信号（Frequency Modulated Continuous W
ave、略してＦＭＣＷ）を使用する方法によって行われ
る。この場合、連続的な周波数掃引において信号の周波
数がそれぞれ例えばリニアに大きくなり、この結果、反
射された信号の伝播時間は周波数掃引が反射の時点に到
達した周波数に対する差周波数を介して決定される。低
周波の差周波数を有する相応の時間信号は、大抵の場
合、一方で掃引信号が供給され他方で反射された信号が
供給されるミキサを介して発生される。
【０００４】反射波によるこのような距離測定の精度及
び信頼性を高めるためには、予め決定された既知の基準
区間を伝播する基準信号が使用される。この基準信号は
この場合送信器から反射表面を介して受信器に戻る本来
の測定区間を伝播する有効信号に対する正規化乃至は較
正として使用される。ＵＳ４６６５４０３から例えばマ
イクロ波によって作動する充填レベル測定機器が公知で
あり、この充填レベル測定機器は基準線路の形式の基準
区間を有し、この基準線路には送信された信号が入力結
合され、この基準線路の端部で反射が行われ、この結
果、予め決定された既知の伝播区間に対する基準信号が
発生される。しかし、全基準区間が測定区間の一部分を
形成し、この結果、測定区間内に例えば部分透過性を有
する反射器を設け、送信された信号が基本的に完全にこ
の送信された信号を反射してしまう表面に到達する前
に、この部分透過性を有する反射器がこの送信された信
号の一部分を反射することも可能である。これに関して
は例としてＤＥ４２４０４９１Ｃ２を参照してほしい。
び信頼性を高めるためには、予め決定された既知の基準
区間を伝播する基準信号が使用される。この基準信号は
この場合送信器から反射表面を介して受信器に戻る本来
の測定区間を伝播する有効信号に対する正規化乃至は較
正として使用される。ＵＳ４６６５４０３から例えばマ
イクロ波によって作動する充填レベル測定機器が公知で
あり、この充填レベル測定機器は基準線路の形式の基準
区間を有し、この基準線路には送信された信号が入力結
合され、この基準線路の端部で反射が行われ、この結
果、予め決定された既知の伝播区間に対する基準信号が
発生される。しかし、全基準区間が測定区間の一部分を
形成し、この結果、測定区間内に例えば部分透過性を有
する反射器を設け、送信された信号が基本的に完全にこ
の送信された信号を反射してしまう表面に到達する前
に、この部分透過性を有する反射器がこの送信された信
号の一部分を反射することも可能である。これに関して
は例としてＤＥ４２４０４９１Ｃ２を参照してほしい。
【０００５】しかし、従来技術から公知の方法は様々な
問題を抱えている。非常に精確な距離測定のためには基
準区間のない簡単な装置ではしばしば十分ではない。し
かし、基準区間を使用する公知の方法では基準信号を評
価に取り入れることがしばしば困難である。とりわけパ
ルス法における理想的ではないパルス形態乃至はＦＭＣ
Ｗ法における分散及び振幅特性は評価を困難にし、この
結果、距離決定の精度及び信頼性は部分的に不十分であ
る。
問題を抱えている。非常に精確な距離測定のためには基
準区間のない簡単な装置ではしばしば十分ではない。し
かし、基準区間を使用する公知の方法では基準信号を評
価に取り入れることがしばしば困難である。とりわけパ
ルス法における理想的ではないパルス形態乃至はＦＭＣ
Ｗ法における分散及び振幅特性は評価を困難にし、この
結果、距離決定の精度及び信頼性は部分的に不十分であ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
の問題を回避乃至は補償するような、周波数信号に対す
る処理方法ならびに相応の距離測定機器を提供すること
である。
の問題を回避乃至は補償するような、周波数信号に対す
る処理方法ならびに相応の距離測定機器を提供すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は、周波数信号
に対する処理方法においては、周波数信号はこの周波数
信号の２つの主成分に相応する少なくとも２つの周波数
領域に分割され、周波数信号はこれら２つの周波数領域
においてそれぞれ別個にフーリエ変換され、これによっ
て一方の周波数領域において第１の複素時間信号に相応
する周波数信号のフーリエ変換されたものが発生され、
他方の周波数領域において第２の複素時間信号に相応す
る周波数信号のフーリエ変換されたものが発生され、第
２の時間信号は第１の時間信号によって複素的に除算さ
れ、これによって第３の時間信号が発生され、この第３
の時間信号がフーリエ変換され、これによって処理され
た周波数信号が発生されることによって解決され、上記
課題は、距離測定機器においては、測定区間は遅延区間
を有することによって解決され、さらに上記課題は、距
離測定機器においては、複数の遅延区間が測定区間に対
して設けられており、それぞれ遅延区間のうちの１つは
測定区間に接続切り換え可能であり、又は、複数の遅延
区間が基準区間に対して設けられており、それぞれ遅延
区間のうちの１つは基準区間に接続切り換え可能である
ことによって解決される。
に対する処理方法においては、周波数信号はこの周波数
信号の２つの主成分に相応する少なくとも２つの周波数
領域に分割され、周波数信号はこれら２つの周波数領域
においてそれぞれ別個にフーリエ変換され、これによっ
て一方の周波数領域において第１の複素時間信号に相応
する周波数信号のフーリエ変換されたものが発生され、
他方の周波数領域において第２の複素時間信号に相応す
る周波数信号のフーリエ変換されたものが発生され、第
２の時間信号は第１の時間信号によって複素的に除算さ
れ、これによって第３の時間信号が発生され、この第３
の時間信号がフーリエ変換され、これによって処理され
た周波数信号が発生されることによって解決され、上記
課題は、距離測定機器においては、測定区間は遅延区間
を有することによって解決され、さらに上記課題は、距
離測定機器においては、複数の遅延区間が測定区間に対
して設けられており、それぞれ遅延区間のうちの１つは
測定区間に接続切り換え可能であり、又は、複数の遅延
区間が基準区間に対して設けられており、それぞれ遅延
区間のうちの１つは基準区間に接続切り換え可能である
ことによって解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】上記の課題を解決する周波数信号
に対する本発明の処理方法は次のことを特徴とする。す
なわち、周波数信号がこの周波数信号の２つの主成分に
相応する少なくとも２つの周波数領域に分割され、周波
数信号はこれら２つの周波数領域においてそれぞれ別個
にフーリエ変換され、これによって一方の周波数領域に
おいて第１の複素時間信号に相応する周波数信号のフー
リエ変換されたものが発生され、他方の周波数領域にお
いて第２の複素時間信号に相応する周波数信号のフーリ
エ変換されたものが発生され、第２の時間信号は第１の
時間信号によって複素的に除算され、これによって第３
の時間信号が発生され、この第３の時間信号がフーリエ
変換され、これによって処理された周波数信号が発生さ
れることを特徴とする。
に対する本発明の処理方法は次のことを特徴とする。す
なわち、周波数信号がこの周波数信号の２つの主成分に
相応する少なくとも２つの周波数領域に分割され、周波
数信号はこれら２つの周波数領域においてそれぞれ別個
にフーリエ変換され、これによって一方の周波数領域に
おいて第１の複素時間信号に相応する周波数信号のフー
リエ変換されたものが発生され、他方の周波数領域にお
いて第２の複素時間信号に相応する周波数信号のフーリ
エ変換されたものが発生され、第２の時間信号は第１の
時間信号によって複素的に除算され、これによって第３
の時間信号が発生され、この第３の時間信号がフーリエ
変換され、これによって処理された周波数信号が発生さ
れることを特徴とする。
【０００９】周波数信号に対する上記の本発明の処理方
法は、前述のパルス法による距離測定の評価に直接適用
できる。同様に前述のＦＭＣＷ法を使用する距離測定が
実施される場合には、付加的なステップが必要である。
すなわち、ＦＭＣＷ法の使用の際には、まず最初に時間
信号が、しかもミキサで発生された低周波信号が使用さ
れる。この低周波信号からフーリエ変換によってまず最
初に周波数信号がもとめられなければならない。
法は、前述のパルス法による距離測定の評価に直接適用
できる。同様に前述のＦＭＣＷ法を使用する距離測定が
実施される場合には、付加的なステップが必要である。
すなわち、ＦＭＣＷ法の使用の際には、まず最初に時間
信号が、しかもミキサで発生された低周波信号が使用さ
れる。この低周波信号からフーリエ変換によってまず最
初に周波数信号がもとめられなければならない。
【００１０】従って、周波数信号に対する本発明の処理
方法はなるほど広範に適用可能であるが、本発明の有利
な実施形態によれば、この方法はレーダー原理に基づく
パルス状電磁波乃至は時間的に連続する周波数変調され
た電磁波による距離測定の評価のために使用される。こ
れに関連して、有利には、さらに、周波数信号は測定区
間に沿った伝播時間に相応する有効信号と基準区間に沿
った伝播時間に相応する基準信号を含み、この周波数信
号の２つの主成分が有効信号乃至は基準信号に相応す
る。この場合、送信器から送信され表面で反射され受信
器により受信される有効信号は距離の本来の決定に使用
される。この有効信号の正規化乃至は較正は基準信号に
よって行われ、この基準信号は既知の予め決定された基
準区間を伝播することによって得られる。
方法はなるほど広範に適用可能であるが、本発明の有利
な実施形態によれば、この方法はレーダー原理に基づく
パルス状電磁波乃至は時間的に連続する周波数変調され
た電磁波による距離測定の評価のために使用される。こ
れに関連して、有利には、さらに、周波数信号は測定区
間に沿った伝播時間に相応する有効信号と基準区間に沿
った伝播時間に相応する基準信号を含み、この周波数信
号の２つの主成分が有効信号乃至は基準信号に相応す
る。この場合、送信器から送信され表面で反射され受信
器により受信される有効信号は距離の本来の決定に使用
される。この有効信号の正規化乃至は較正は基準信号に
よって行われ、この基準信号は既知の予め決定された基
準区間を伝播することによって得られる。
【００１１】有効信号の最大値が基準信号の最大値から
少なくとも有効信号乃至は基準信号の半値幅だけ離れて
いる場合には、本発明の方法はとりわけ精確かつ確実な
結果をもたらすということが判明した。有利には、有効
信号の最大値は基準信号の最大値から少なくとも有効信
号乃至は基準信号の大きさの１０％の幅だけ離れてい
る。とりわけ有利には有効信号の最大値は基準信号の最
大値から有効信号乃至は基準信号の大きさの１０％の幅
の倍数だけ、有利には少なくとも５倍だけ離れている。
少なくとも有効信号乃至は基準信号の半値幅だけ離れて
いる場合には、本発明の方法はとりわけ精確かつ確実な
結果をもたらすということが判明した。有利には、有効
信号の最大値は基準信号の最大値から少なくとも有効信
号乃至は基準信号の大きさの１０％の幅だけ離れてい
る。とりわけ有利には有効信号の最大値は基準信号の最
大値から有効信号乃至は基準信号の大きさの１０％の幅
の倍数だけ、有利には少なくとも５倍だけ離れている。
【００１２】周波数信号に対する本発明の処理方法はさ
らに有利には大きな信号バンド幅が使用されることによ
って実施される。すなわち、有利には少なくとも５００
ＭＨｚの周波数信号の変調ハンド幅が設けられる。この
ためにパルス法を使用する際には十分に短いパルス持続
時間が必要であり、他方でＦＭＣＷ法を使用する際には
相応に大きな周波数偏移が使用されなければならない。
らに有利には大きな信号バンド幅が使用されることによ
って実施される。すなわち、有利には少なくとも５００
ＭＨｚの周波数信号の変調ハンド幅が設けられる。この
ためにパルス法を使用する際には十分に短いパルス持続
時間が必要であり、他方でＦＭＣＷ法を使用する際には
相応に大きな周波数偏移が使用されなければならない。
【００１３】原理的には周波数信号に対する本発明の処
理方法は電磁波の所定の周波数領域に限定されない。し
かし、本発明の有利な実施形態では、電磁波としてとり
わけ可視又は赤外線スペクトル領域の光が使用される。
この場合、本発明の有利な実施形態では基準区間はレン
ズ表面における光の反射によって形成される。電磁波と
してとりわけ可視又は赤外線スペクトル領域の光を使用
する際には、本発明の他の有利な実施形態では、測定区
間及び/又は基準区間は少なくとも部分的に光導波路と
して構成される。原理的には、電磁波として光を使用す
る際には、先に言及された周波数変調は光の周波数の変
調だけを意味しないと見なされる。むしろ光強度も周波
数変調され得る。この結果、光は「変調されたキャリ
ア」として作用する。
理方法は電磁波の所定の周波数領域に限定されない。し
かし、本発明の有利な実施形態では、電磁波としてとり
わけ可視又は赤外線スペクトル領域の光が使用される。
この場合、本発明の有利な実施形態では基準区間はレン
ズ表面における光の反射によって形成される。電磁波と
してとりわけ可視又は赤外線スペクトル領域の光を使用
する際には、本発明の他の有利な実施形態では、測定区
間及び/又は基準区間は少なくとも部分的に光導波路と
して構成される。原理的には、電磁波として光を使用す
る際には、先に言及された周波数変調は光の周波数の変
調だけを意味しないと見なされる。むしろ光強度も周波
数変調され得る。この結果、光は「変調されたキャリ
ア」として作用する。
【００１４】本発明の他の有利な実施形態では、電磁波
としてマイクロ波が使用され、このマイクロ波は共通の
送受信アンテナを介して送受信されるか又は送信アンテ
ナを介して送信され受信アンテナを介して受信される。
この場合、本発明の有利な実施形態では、基準区間は送
受信アンテナ乃至は送信アンテナの予め決定された位置
におけるマイクロ波の反射によって形成される。特に有
利には、送受信アンテナ乃至は送信アンテナの予め決定
された位置は送受信アンテナ乃至は送信アンテナの端部
によって形成される。なぜなら、この端部では理想的で
はないインピーダンス終端のために送信された信号の部
分的な反射が行われるからである。
としてマイクロ波が使用され、このマイクロ波は共通の
送受信アンテナを介して送受信されるか又は送信アンテ
ナを介して送信され受信アンテナを介して受信される。
この場合、本発明の有利な実施形態では、基準区間は送
受信アンテナ乃至は送信アンテナの予め決定された位置
におけるマイクロ波の反射によって形成される。特に有
利には、送受信アンテナ乃至は送信アンテナの予め決定
された位置は送受信アンテナ乃至は送信アンテナの端部
によって形成される。なぜなら、この端部では理想的で
はないインピーダンス終端のために送信された信号の部
分的な反射が行われるからである。
【００１５】上記課題を解決する本発明の距離測定機器
は、冒頭に記述された距離測定機器を前提として本発明
の第１の技術思想によれば、測定区間が遅延区間を有す
ることを特徴とする。従って、有効信号を基準信号から
明確に分離するために、これら２つの信号の相互の時間
的な分離は、基準区間の大きな長さを介して行われるの
ではなくて、測定区間に付加的に遅延区間が統合される
ことによって行われる。
は、冒頭に記述された距離測定機器を前提として本発明
の第１の技術思想によれば、測定区間が遅延区間を有す
ることを特徴とする。従って、有効信号を基準信号から
明確に分離するために、これら２つの信号の相互の時間
的な分離は、基準区間の大きな長さを介して行われるの
ではなくて、測定区間に付加的に遅延区間が統合される
ことによって行われる。
【００１６】とりわけ、遅延区間を含む測定区間に沿っ
た送信器から受信器までの電磁波の伝播時間は、基準区
間に沿った送信器から受信器までの電磁波の伝播時間よ
りも大きい。遅延区間を含む測定区間に沿った電磁波の
伝播速度と基準区間に沿った電磁波の伝播速度が等しい
場合、これは遅延区間を含む測定区間が基準区間よりも
長いことを意味する。この場合、とりわけ有利には、遅
延区間の最初から遅延区間の最後までの電磁波の伝播時
間は基準区間に沿った送信器から受信器までの電磁波の
伝播時間よりも大きい。これは遅延区間乃至は基準区間
に沿った伝播速度が等しい場合に遅延区間が基準区間よ
りも長いことを意味する。
た送信器から受信器までの電磁波の伝播時間は、基準区
間に沿った送信器から受信器までの電磁波の伝播時間よ
りも大きい。遅延区間を含む測定区間に沿った電磁波の
伝播速度と基準区間に沿った電磁波の伝播速度が等しい
場合、これは遅延区間を含む測定区間が基準区間よりも
長いことを意味する。この場合、とりわけ有利には、遅
延区間の最初から遅延区間の最後までの電磁波の伝播時
間は基準区間に沿った送信器から受信器までの電磁波の
伝播時間よりも大きい。これは遅延区間乃至は基準区間
に沿った伝播速度が等しい場合に遅延区間が基準区間よ
りも長いことを意味する。
【００１７】本発明の更に別の技術思想によれば、上記
課題を解決する本発明の距離測定機器は、冒頭に記述さ
れた距離測定機器を前提として、複数の遅延区間が設け
られており、それぞれ遅延区間のうちの１つは測定区間
に又は基準区間に接続切り換え可能であることを特徴と
する。この場合、原理的には、遅延区間は、選択的に測
定区間又は基準区間に接続切り換えされることに適して
いることが可能である。しかし、本発明の有利な実施形
態によれば、少なくとも２つの異なる遅延区間が設けら
れ、これらの少なくとも２つの異なる遅延区間がそれぞ
れ測定区間だけに接続切り換えされるか、又は、少なく
とも２つの異なる遅延区間が設けられ、これらの少なく
とも２つの異なる遅延区間が基準区間だけに接続切り換
えされるかのいずれかである。
課題を解決する本発明の距離測定機器は、冒頭に記述さ
れた距離測定機器を前提として、複数の遅延区間が設け
られており、それぞれ遅延区間のうちの１つは測定区間
に又は基準区間に接続切り換え可能であることを特徴と
する。この場合、原理的には、遅延区間は、選択的に測
定区間又は基準区間に接続切り換えされることに適して
いることが可能である。しかし、本発明の有利な実施形
態によれば、少なくとも２つの異なる遅延区間が設けら
れ、これらの少なくとも２つの異なる遅延区間がそれぞ
れ測定区間だけに接続切り換えされるか、又は、少なく
とも２つの異なる遅延区間が設けられ、これらの少なく
とも２つの異なる遅延区間が基準区間だけに接続切り換
えされるかのいずれかである。
【００１８】とりわけ有利には、遅延区間を接続切り換
えした場合に測定区間に沿った送信器から受信器への電
磁波の伝播時間が基準区間に沿った送信器から受信器へ
の電磁波の伝播時間とは異なるような遅延区間がそれぞ
れ接続切り換えされる。これには、測定区間乃至は基準
区間に沿った電磁波の伝播速度が等しい場合に遅延区間
が接続切り換えされた際に測定区間の長さが基準区間の
長さとは異なることが相応する。従って、測定区間又は
基準区間に接続切り換え可能な遅延区間のために、有効
信号乃至は基準信号に対して明らかに異なる伝播時間が
得られる。
えした場合に測定区間に沿った送信器から受信器への電
磁波の伝播時間が基準区間に沿った送信器から受信器へ
の電磁波の伝播時間とは異なるような遅延区間がそれぞ
れ接続切り換えされる。これには、測定区間乃至は基準
区間に沿った電磁波の伝播速度が等しい場合に遅延区間
が接続切り換えされた際に測定区間の長さが基準区間の
長さとは異なることが相応する。従って、測定区間又は
基準区間に接続切り換え可能な遅延区間のために、有効
信号乃至は基準信号に対して明らかに異なる伝播時間が
得られる。
【００１９】よって、本発明では、複数の遅延区間が準
備され、測定区間に又は基準区間に接続切り換えされる
ことによって、それぞれこれらの遅延区間のうちのちょ
うど１つが「アクティブ」な遅延区間として使用され
る。こうして、測定距離すなわち送信された有効信号を
反射する表面から送信器乃至は受信器までの距離の非常
に大きな領域に対して、有効信号と基準信号との間に明
白な伝播時間差が生じることが可能である。すなわち、
有効信号と基準信号との間の時間的間隔があまりにも小
さい場合には、簡単に比較的長い遅延区間が接続切り換
えされる。この結果、有効信号と基準信号との間に十分
に大きな時間的な間隔が生じる。
備され、測定区間に又は基準区間に接続切り換えされる
ことによって、それぞれこれらの遅延区間のうちのちょ
うど１つが「アクティブ」な遅延区間として使用され
る。こうして、測定距離すなわち送信された有効信号を
反射する表面から送信器乃至は受信器までの距離の非常
に大きな領域に対して、有効信号と基準信号との間に明
白な伝播時間差が生じることが可能である。すなわち、
有効信号と基準信号との間の時間的間隔があまりにも小
さい場合には、簡単に比較的長い遅延区間が接続切り換
えされる。この結果、有効信号と基準信号との間に十分
に大きな時間的な間隔が生じる。
【００２０】前述したように、本発明は電磁波の所定の
周波数領域の使用に限定されない。しかし、本発明の有
利な実施形態によれば、電磁波としてとりわけ可視又は
赤外線スペクトル領域の光が設けられ、遅延区間は光学
的スイッチによって接続切り換え乃至は遮断切り換え可
能である。とりわけこの場合光学的スイッチとして透過
型ＬＣＤセルが使用される。
周波数領域の使用に限定されない。しかし、本発明の有
利な実施形態によれば、電磁波としてとりわけ可視又は
赤外線スペクトル領域の光が設けられ、遅延区間は光学
的スイッチによって接続切り換え乃至は遮断切り換え可
能である。とりわけこの場合光学的スイッチとして透過
型ＬＣＤセルが使用される。
【００２１】詳しく言えば、周波数信号に対する本発明
の処理方法ならびに本発明の距離測定機器を実施する多
数の方法がある。これについては、主請求項に従属する
特許請求項及び図面に関連して本発明の有利な実施例の
次の詳しい記述を参照されたい。
の処理方法ならびに本発明の距離測定機器を実施する多
数の方法がある。これについては、主請求項に従属する
特許請求項及び図面に関連して本発明の有利な実施例の
次の詳しい記述を参照されたい。
【００２２】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。
説明する。
【００２３】図１からは本発明の第１の有利な実施例に
よる距離測定機器の構成が概略的に見て取れる。この距
離測定機器は測定区間１及び基準区間２を有する。測定
区間１は送信器３から表面４に向かい、この表面４で送
信器３から送信された信号が反射され、受信器５へと戻
る。２つの遅延区間６が設けられており、これら２つの
遅延区間６は基準区間２に接続切り換え可能である。
よる距離測定機器の構成が概略的に見て取れる。この距
離測定機器は測定区間１及び基準区間２を有する。測定
区間１は送信器３から表面４に向かい、この表面４で送
信器３から送信された信号が反射され、受信器５へと戻
る。２つの遅延区間６が設けられており、これら２つの
遅延区間６は基準区間２に接続切り換え可能である。
【００２４】本発明の第１の有利な実施例の図１から見
て取れる距離測定機器では電磁波として可視スペクトル
領域の光が使用される。これによって遅延区間６を含む
基準区間２を光導波路として構成することができる。基
準区間２に対する光導波路６の接続切り換え乃至は遮断
切り換えは図１には概略的にしか図示されていない光学
的スイッチ７を介して行われる。この光学的スイッチ７
は透過型ＬＣＤセルとして構成されている。
て取れる距離測定機器では電磁波として可視スペクトル
領域の光が使用される。これによって遅延区間６を含む
基準区間２を光導波路として構成することができる。基
準区間２に対する光導波路６の接続切り換え乃至は遮断
切り換えは図１には概略的にしか図示されていない光学
的スイッチ７を介して行われる。この光学的スイッチ７
は透過型ＬＣＤセルとして構成されている。
【００２５】図１から容易に見て取れるように、２つの
遅延区間６は異なった長さを有する。外側の乃至は上の
遅延区間６は内側の乃至は下の遅延区間６より長い。こ
の結果、送信器３から表面４を経てさらに受信器５まで
の距離によって決定される測定区間１の長さに依存し
て、常に測定区間１に沿った有効信号の伝播時間乃至は
基準区間２に沿った基準信号の伝播時間が十分に異なる
ような、遅延区間６を含む基準区間２の長さが選択され
る。
遅延区間６は異なった長さを有する。外側の乃至は上の
遅延区間６は内側の乃至は下の遅延区間６より長い。こ
の結果、送信器３から表面４を経てさらに受信器５まで
の距離によって決定される測定区間１の長さに依存し
て、常に測定区間１に沿った有効信号の伝播時間乃至は
基準区間２に沿った基準信号の伝播時間が十分に異なる
ような、遅延区間６を含む基準区間２の長さが選択され
る。
【００２６】基準区間２に沿った基準信号の伝播時間に
対する測定区間１に沿った有効信号の伝播時間の十分に
大きな差は、本発明の第２の有利な実施例の図２から見
て取れる距離測定機器では、遅延区間６が測定区間１に
統合されていることによって得られる。この場合、図２
では、この本発明の第２の有利な実施例の遅延区間６が
基準区間２よりも大きな長さを有することは概略的にし
か示されていない。これによって、送信器３乃至は受信
器５から有効信号を反射する表面４までの距離には依存
せずに、遅延区間６を含む測定区間１が基準区間２より
も長いことが保証される。
対する測定区間１に沿った有効信号の伝播時間の十分に
大きな差は、本発明の第２の有利な実施例の図２から見
て取れる距離測定機器では、遅延区間６が測定区間１に
統合されていることによって得られる。この場合、図２
では、この本発明の第２の有利な実施例の遅延区間６が
基準区間２よりも大きな長さを有することは概略的にし
か示されていない。これによって、送信器３乃至は受信
器５から有効信号を反射する表面４までの距離には依存
せずに、遅延区間６を含む測定区間１が基準区間２より
も長いことが保証される。
【００２７】本発明の第３の有利な実施例による周波数
信号に対する処理方法の経過が概略的に図３に図示され
ている。この処理方法はＦＭＣＷ法の例において記述さ
れる。最上部には距離測定機器の受信器５から得られる
時間信号ｒ（ｔ）が図示されている。この時間信号ｒ
（ｔ）は基準信号Ｓ１（ｔ）及び有効信号Ｓ２（ｔ）の
和を受信器５の増幅率ｇ（ｔ）で乗算することから得ら
れる。この時間信号ｒ（ｔ）は受信器５においてここに
は図示されていないミキサによって発生される。本発明
の第３の有利な実施例による処理方法を適用する周波数
信号を発生するために、時間信号ｒ（ｔ）はフーリエ変
換され、この結果、周波数信号Ｒ（ω）が得られる。図
３から見て取れるように、この周波数信号Ｒ（ω）は基
本的に２つの主成分を有し、これら２つの主成分は基準
信号Ｓ１（ｔ）乃至は有効信号Ｓ２（ｔ）に相応する。
信号に対する処理方法の経過が概略的に図３に図示され
ている。この処理方法はＦＭＣＷ法の例において記述さ
れる。最上部には距離測定機器の受信器５から得られる
時間信号ｒ（ｔ）が図示されている。この時間信号ｒ
（ｔ）は基準信号Ｓ１（ｔ）及び有効信号Ｓ２（ｔ）の
和を受信器５の増幅率ｇ（ｔ）で乗算することから得ら
れる。この時間信号ｒ（ｔ）は受信器５においてここに
は図示されていないミキサによって発生される。本発明
の第３の有利な実施例による処理方法を適用する周波数
信号を発生するために、時間信号ｒ（ｔ）はフーリエ変
換され、この結果、周波数信号Ｒ（ω）が得られる。図
３から見て取れるように、この周波数信号Ｒ（ω）は基
本的に２つの主成分を有し、これら２つの主成分は基準
信号Ｓ１（ｔ）乃至は有効信号Ｓ２（ｔ）に相応する。
【００２８】こうして得られた周波数信号Ｒ（ω）は今
やこの周波数信号Ｒ（ω）のこれら２つの主成分のうち
のそれぞれ一方を有する２つの互いに異なる周波数領域
に分割される。この結果、２つの周波数信号Ｒ１（ω）
及びＲ２（ω）が得られる。これら２つの周波数信号Ｒ
１（ω）及びＲ２（ω）は次いでそれぞれフーリエ変換
され、これにより第１の複素時間信号ｒ１（ｔ）及び第
２の複素時間信号ｒ２（ｔ）が、基準信号乃至は有効信
号に相応して、得られる。その後で、第２の時間信号ｒ
２（ｔ）が第１の時間信号ｒ１（ｔ）によって複素的に
除算され、これが時間信号ｓｇ（ｔ）をもたらす。この
時間信号ｓｇ（ｔ）はさらにフーリエ変換され、これに
よって処理された周波数信号Ｓｇ（ω）が得られる。こ
の処理された周波数信号は今や基準信号で正規化乃至は
較正されており、送信器３乃至は受信器５から表面４ま
での距離を決定するためにこの距離測定機器において周
知のやり方で後続処理される。
やこの周波数信号Ｒ（ω）のこれら２つの主成分のうち
のそれぞれ一方を有する２つの互いに異なる周波数領域
に分割される。この結果、２つの周波数信号Ｒ１（ω）
及びＲ２（ω）が得られる。これら２つの周波数信号Ｒ
１（ω）及びＲ２（ω）は次いでそれぞれフーリエ変換
され、これにより第１の複素時間信号ｒ１（ｔ）及び第
２の複素時間信号ｒ２（ｔ）が、基準信号乃至は有効信
号に相応して、得られる。その後で、第２の時間信号ｒ
２（ｔ）が第１の時間信号ｒ１（ｔ）によって複素的に
除算され、これが時間信号ｓｇ（ｔ）をもたらす。この
時間信号ｓｇ（ｔ）はさらにフーリエ変換され、これに
よって処理された周波数信号Ｓｇ（ω）が得られる。こ
の処理された周波数信号は今や基準信号で正規化乃至は
較正されており、送信器３乃至は受信器５から表面４ま
での距離を決定するためにこの距離測定機器において周
知のやり方で後続処理される。
【００２９】図４からは最後に本発明の第４の有利な実
施例による距離測定機器が見て取れる。この距離測定機
器は電磁波として可視スペクトル領域の光を使用する。
送信器３としてレーザーダイオードが設けられている。
このレーザーダイオードから送信された光はレンズ８に
よって一方で測定区間１へ他方で基準区間２へ入力結合
される。測定区間１はさらに偏向ミラー９、１０を介し
て表面４に向かう。この表面４で光が反射される。反射
された光は集光レンズ１１に入射し、この集光レンズ１
１によって遅延区間６の入力側にフォーカスされる。遅
延区間６は光導波路から形成される。遅延区間６を形成
する光導波路は、図４から少なくとも概略的に見て取れ
るように、基準区間２を形成する光導波路と少なくとも
ちょうど同じ長さを有する。こうして常に遅延区間６を
含む測定区間１に沿った有効信号の伝播時間が基準区間
２に沿った基準信号の伝播時間より明らかに長いことが
保証される。この結果、有効信号は基準信号から明確に
分離され、これにより本発明の方法は問題なく適用され
る。
施例による距離測定機器が見て取れる。この距離測定機
器は電磁波として可視スペクトル領域の光を使用する。
送信器３としてレーザーダイオードが設けられている。
このレーザーダイオードから送信された光はレンズ８に
よって一方で測定区間１へ他方で基準区間２へ入力結合
される。測定区間１はさらに偏向ミラー９、１０を介し
て表面４に向かう。この表面４で光が反射される。反射
された光は集光レンズ１１に入射し、この集光レンズ１
１によって遅延区間６の入力側にフォーカスされる。遅
延区間６は光導波路から形成される。遅延区間６を形成
する光導波路は、図４から少なくとも概略的に見て取れ
るように、基準区間２を形成する光導波路と少なくとも
ちょうど同じ長さを有する。こうして常に遅延区間６を
含む測定区間１に沿った有効信号の伝播時間が基準区間
２に沿った基準信号の伝播時間より明らかに長いことが
保証される。この結果、有効信号は基準信号から明確に
分離され、これにより本発明の方法は問題なく適用され
る。
【図１】基準区間に接続切り換え可能な２つの遅延区間
が設けられている本発明の第１の有利な実施例の距離測
定機器の概略図である。
が設けられている本発明の第１の有利な実施例の距離測
定機器の概略図である。
【図２】１つの遅延区間が測定区間に設けられている本
発明の第２の有利な実施例の距離測定機器の概略図であ
る。
発明の第２の有利な実施例の距離測定機器の概略図であ
る。
【図３】本発明の第３の有利な実施例における時間信号
から得られる周波数信号に対する処理方法の概略図であ
る。
から得られる周波数信号に対する処理方法の概略図であ
る。
【図４】電磁波として光を使用する本発明の第４の有利
な実施例の距離測定機器の構成の概略図である。
な実施例の距離測定機器の構成の概略図である。
１ 測定区間 ２ 基準区間 ３ 送信器 ４ 表面 ５ 受信器 ６ 遅延区間 ８ レンズ ９、１０ 偏向ミラー １１ 集光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルクハルト シーク ドイツ連邦共和国 ボフム ロベルト−コ ッホ−シュトラーセ 24 (72)発明者 トーマス ムーフ ドイツ連邦共和国 ミュールハイム エル ゼッサー ヴェーク ３ (72)発明者 ミヒャエル キュッパース ドイツ連邦共和国 エッセン モーゼルシ ュトラーセ 18 (72)発明者 ウーヴェ ヴェーゲマン ドイツ連邦共和国 シュプロックヘーフェ ル アイクレーンケン 23 (72)発明者 デトレフ ブルンビ ドイツ連邦共和国 メールス フォイヤー バッハシュトラーセ ８ Ｆターム(参考） 5J084 AA05 AD01 BA04 BA20 BB02 BB21 CA03 CA04 CA48 EA04
Claims (14)
- 【請求項１】 周波数信号に対する処理方法において、 周波数信号は該周波数信号の２つの主成分に相応する少
なくとも２つの周波数領域に分割され、前記周波数信号
はこれら２つの周波数領域においてそれぞれ別個にフー
リエ変換され、これによって一方の周波数領域において
第１の複素時間信号に相応する前記周波数信号のフーリ
エ変換されたものが発生され、他方の周波数領域におい
て第２の複素時間信号に相応する前記周波数信号のフー
リエ変換されたものが発生され、前記第２の時間信号は
前記第１の時間信号によって複素的に除算され、これに
よって第３の時間信号が発生され、該第３の時間信号が
フーリエ変換され、これによって処理された周波数信号
が発生されることを特徴とする、周波数信号に対する処
理方法。 - 【請求項２】 周波数信号は測定区間（１）に沿った伝
播時間に相応する有効信号と基準区間（２）に沿った伝
播時間に相応する基準信号を含み、前記周波数信号の２
つの主成分は前記有効信号乃至は前記基準信号に相応す
ることを特徴とする、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 パルス状電磁波によって乃至は時間的に
連続する周波数変調された電磁波によってレーダー原理
に基づいて距離測定を評価するための請求項１又は２記
載の方法の使用。 - 【請求項４】 電磁波としてとりわけ可視又は赤外線ス
ペクトル領域の光が使用され、測定区間（１）及び/又
は基準区間（２）は少なくとも部分的に光導波路として
構成されていることを特徴とする、請求項３記載の使
用。 - 【請求項５】 レーダー原理に基づいて電磁波によって
距離測定するための距離測定機器であって、送信器
（３）を有し、受信器（５）を有し、前記送信器（３）
から前記受信器（５）へと経過する測定区間（１）及び
前記送信器（３）から前記受信器（５）へと経過する少
なくとも１つの基準区間（２）を有する、レーダー原理
に基づいて電磁波によって距離測定するための距離測定
機器において、 前記測定区間（１）は遅延区間（６）を有することを特
徴とする、レーダー原理に基づいて電磁波によって距離
測定するための距離測定機器。 - 【請求項６】 遅延区間（６）は基準区間（２）よりも
長いことを特徴とする、請求項５記載の距離測定機器。 - 【請求項７】 電磁波として、とりわけ可視又は赤外線
スペクトル領域の光が設けられ、遅延区間（６）は光導
波路として構成されていることを特徴とする、請求項５
又は６記載の距離測定機器。 - 【請求項８】 基準区間（２）は少なくとも部分的に光
導波路として構成されていることを特徴とする、請求項
５〜７のうちの１項記載の距離測定機器。 - 【請求項９】 レーダー原理に基づいて電磁波によって
距離測定するための距離測定機器であって、送信器
（３）を有し、受信器（５）を有し、前記送信器（３）
から前記受信器（５）へと経過する測定区間（１）及び
前記送信器（３）から前記受信器（５）へと経過する少
なくとも１つの基準区間（２）を有する、レーダー原理
に基づいて電磁波によって距離測定するための距離測定
機器において、 複数の遅延区間（６）が前記測定区間（１）に対して設
けられており、それぞれ前記遅延区間（６）のうちの１
つは前記測定区間（１）に接続切り換え可能であり、又
は、複数の遅延区間（６）が前記基準区間（２）に対し
て設けられており、それぞれ前記遅延区間（６）のうち
の１つは前記基準区間（２）に接続切り換え可能である
ことを特徴とする、レーダー原理に基づいて電磁波によ
って距離測定するための距離測定機器。 - 【請求項１０】 遅延区間（６）が接続切り換えされた
場合に測定区間（１）に沿った送信器（３）から受信器
（５）への電磁波の伝播時間が、基準区間（２）に沿っ
た前記送信器（３）から前記受信器（５）への電磁波の
伝播時間とは異なるような遅延区間（６）がそれぞれ接
続切り換えされることを特徴とする、請求項９記載の距
離測定機器。 - 【請求項１１】 遅延区間（６）が接続切り換えされた
場合に測定区間（１）の長さが基準区間（２）の長さと
は異なることを特徴とする、請求項１０記載の距離測定
機器。 - 【請求項１２】 電磁波としてとりわけ可視又は赤外線
スペクトル領域の光が設けられており、遅延区間（６）
は光学的スイッチ（７）によって接続切り換え乃至は遮
断切り換え可能であることを特徴とする、請求項９〜１
１のうちの１項記載の距離測定機器。 - 【請求項１３】 光学的スイッチ（７）として透過型Ｌ
ＣＤセルが設けられていることを特徴とする、請求項１
２記載の距離測定機器。 - 【請求項１４】 遅延区間（６）は光導波路として構成
されていることを特徴とする、請求項１２又は１３記載
の距離測定機器。
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| DE10119693A DE10119693A1 (de) | 2001-04-20 | 2001-04-20 | Verarbeitungsverfahren für ein Frequenzsignal |
| DE10119693.8 | 2001-04-20 | ||
| DE10206858A DE10206858A1 (de) | 2001-04-20 | 2002-02-18 | Verarbeitungsverfahren für ein Frequenzsignal |
| DE10206858.5 | 2002-02-18 |
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