WO2001023906A1 - Distance measuring method - Google Patents

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WO2001023906A1
WO2001023906A1 PCT/DE2000/003356 DE0003356W WO0123906A1 WO 2001023906 A1 WO2001023906 A1 WO 2001023906A1 DE 0003356 W DE0003356 W DE 0003356W WO 0123906 A1 WO0123906 A1 WO 0123906A1
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frequency
active reflector
reflector
distance
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Patric Heide
Martin Vossiek
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01S13/87Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G01S13/878Combination of several spaced transmitters or receivers of known location for determining the position of a transponder or a reflector

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring a 7-distance and a 7-distance change of an object with the aid of microwaves, 7 uses thereof, and devices for reflecting microwave signals.
  • Microwave-based, and especially radar-based, 7-range and speed measurement methods offer advantages over an alternative waveform such as ultrasound or laser due to a low radio attenuation and a high degree of independence from the spread of temperature, pressure, humidity, etc.
  • a short radar pulse is emitted in the direction of a measurement object and received again as a reflected pulse after a transit time ⁇ .
  • the transit time of the radar pulse is proportional to the / distance between the radar device and the measurement object.
  • FMCW Frequency Modulated Contmuos Wave
  • a linear or step-wise frequency-modulated radar signal is emitted.
  • stepwise modulation at least two different frequency values are approached for a distance measurement.
  • Between the transmitted and received signal on the radar device there is a frequency or a phase shift corresponding to the transit time ⁇ .
  • the FMCW method is the most widespread in commercial radar sensors.
  • represents the total transit time of the radar signal.
  • the transit time ⁇ is directly linked to the distance d from the radar sensor to the reflector unit via the propagation speed c of the radar waves. The following applies:
  • phase measurement at only one radar frequency is only suitable for determining differential changes in distance.
  • An absolute position value can e.g. B. by continuously determining a change in distance following a calibration measurement relative to a calibration reference point.
  • Doppler measurement Continuous tracking of the phase is often referred to as Doppler measurement, where the time derivative of the phase corresponds to the Doppler frequency.
  • the Doppler frequency is proportional to the relative speed between the radar sensor and the measurement object in the direction of the signal transmission.
  • F o r an absolute distance measurement must be at least two phase values which are determined at least two different radar frequencies evaluated. If ⁇ f HF denotes the frequency difference between two radar frequencies f HF ⁇ and f HF2, the following applies to the difference ⁇ between the measured phase values ⁇ l and ⁇ 2:
  • a ⁇ 2 ⁇ Af HF ⁇ .
  • ⁇ f is unique within a large distance range. To ensure an optimal measurement effect, however, ⁇ f should not be chosen to be unnecessarily small for a distance measurement.
  • a simultaneously high measuring effect, combined with a large ambiguity range, can be achieved by using still further measuring frequencies (and thus further phase measured values).
  • the radar frequency is measured with the time change and the phase change.
  • the known methods for FMCW signal processing are used, as are disclosed, inter alia, in WO 99/10757. All radar methods that evaluate signal frequencies for distance measurement are based on the above-mentioned phase relationships, since a frequency is only a time derivative of the phase.
  • Realization options for FMCW radar sensors with different topologies are, for example, m: B. Zimmermann et al: "24 GHz Microwave Close-Range Sensors For Industrial Measurement Applications ", Microwave Journal, May 1996; in: EP 0 647 857 AI, WO 99/10757; in: M. Vossiek et al. (See above); and in: M. Nalezmski, M: Vossiek, P. Heide: "Novel 24 GHz FMCW Front-End with 2.45 GHz ⁇ AW Reference Path for High-Precision Distance Measurements", 1997 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp., Denver, USA, pp. 185-188.
  • the range depends, among other things, on the transmission power and the level of the antenna.
  • the radio-technical approval regulations limit the permissible output per area.
  • the reachable measuring range is therefore typically a few tens of meters in practice.
  • the measurement accuracy may be restricted by objects in the store. If there are other objects besides the measurement object in the propagation path or in the environment of the measurement object, the wave propagation can be disturbed because interfering interactions of the desired reflections of the measurement object to be measured and the measurement environment result, for example by multipath wave propagation. This case will occur in particular if a radio antenna has an omnidirectional characteristic, that is to say if there are many objects in the detection range of the antenna at the same time. Such an interference can only be reduced to a limited extent by intelligent signal evaluation.
  • a method for distance measurement in which a distance to at least one object is measured by means of a CW microwave sensor and at least one active reflector is attached to the at least one object, which rather receives, modulates and signals emitted by the CW microwave sensor emits again after the modulation.
  • Amplitude modulation, frequency modulation or any combination of both types of modulation is possible as modulation.
  • This method is suitable for all CW microwave sensors, in particular CW radar sensors such as the Doppler radar and the FMCW radar.
  • CW radar sensors such as the Doppler radar and the FMCW radar.
  • the following versions are described above all with the help of radar sensors.
  • the use of other types of microwaves is not excluded.
  • a distance but also a change in distance and / or a position and / or any time derivative of these variables can be determined.
  • To measure the distance and the change in distance it is sufficient to use only one radar sensor.
  • One, generally my three-dimensional, but also two-dimensional, position can be z. B. by means of a single radar sensor and performing a Kalib ⁇ er distress or by means of two radar sensors with triangulation determination.
  • An active reflector is from the area of communication and flight location, for example as a secondary radar (secondary surveillance radar SSR) from Memke Gundelach, "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", chapters S8, 1.7 and 1.8, 5th edition, Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1992, known.
  • An active reflector unit for testing the measurement quality of radar systems with a synthetic aperture is known from US Pat. No. 5,512,899.
  • the radar signal emitted by the radar sensor is picked up by the active reflector by means of an antenna, passed to a modulator (eg via a directional element) and then sent back to the radar sensor via the antenna of the active reflector.
  • An output of the modulator can, for. B. be connected to a third terminal of the directional element.
  • the modulator can be an amplifier by which the radar signal in the active reflector is amplified in proportion to the signal level of the incoming radar signal.
  • Such a pure amplitude amplification has the effect that the radar pulse sent back from the active reflector to the CW radar sensor is more pronounced in comparison to the interference signals. This makes it possible to suppress interference signals and increase a measuring range similar to a passive reflector.
  • the height of the reinforcement is largely independent of the surface of the reflector and is also largely freely selectable.
  • the modulation can also bring about a frequency modulation, for example a simple frequency shift, by means of which the radar signal returned from the active reflector to the radar device is frequency modulated.
  • a frequency modulation for example a simple frequency shift
  • the radar signal output by the active reflector can advantageously be separated from the interference signals in the frequency range of the radar sensor, for example by bandpass filtering.
  • the filtering or demodulation can, for. B. with an electronic circuit or algorithmic m a processor.
  • This method has the advantage that interference influences are reduced and a long range can be achieved. It is also flexible and comparatively inexpensive.
  • Each active reflector favorably transmits with a frequency modulation which is characteristic of it. In this way, signals from several active reflectors can be distinguished and separated. In addition to a distance or position determination, an object identification can thereby also be carried out.
  • So z. B. equipped several objects with at least one active reflector.
  • the characteristic modulation is expediently the same for all active reflectors attached to a measurement object, but different within a group of measurement objects.
  • a frequency modulator can be followed by an amplifier in the active reflector.
  • the amplifier can then be connected to the third connection of the straightening element.
  • a distance value and / or a change in distance between the measurement object and the CW radar is determined by separating the radar signal emitted by the CW radar and the Radar off received radar signal a phase difference or a temporal change in the phase difference is evaluated.
  • At least two distance values can be determined and these distance values can be combined using geometric equations (e.g. triangulation), thus determining the spatial position of the object.
  • the radar signal is amplitude-modulated in the amplifier by switching the amplifier with a modulation signal with a clock frequency fM, that is to say switching it on and off, and additionally the radar signal received in the CW radar by means of a high-pass filter or a Bandpass filtering is filtered and then demodulated.
  • the clock frequency fM is between 100 kHz and 10 MHz, which is typically significantly higher than the measuring frequency.
  • This amplitude modulation has the advantage that the useful signal emitted by the active reflector appears in the spectrum of the sensor signal on the CW radar as a modulated signal at a modulation frequency.
  • the interference signals are unmodulated and occur in the baseband.
  • a simple high-pass or band-pass filtering with subsequent demodulation effectively suppresses the interference signals.
  • the demodulation is of course matched to the modulation in the active reflector.
  • amplitude modulation In the case of amplitude modulation, it is not necessary to vary the amplification of the signal only in a dual manner (ie “on” or “off”). Gain changes in analog steps can also be used for modulation. In the case of amplitude modulation, it is advantageous not to carry out the change in gain with a constant clock ratio, but rather according to certain pseudo-random code sequences.
  • the known code sequences such as Barker codes, shift register sequences (M sequences), Golay codes, Gold codes or Huffmann sequences can be used for this purpose, among others. If several active reflectors are present at the same time, preference is given to using sequences which are not correlated or only very slightly correlated, so that a correlation in the CW radar enables separation and unambiguous assignment of the reflected signals.
  • the active reflector changes the radar signal by means of frequency modulation, in that it contains a mixer module which frequency mixes the incoming radar signal with a reference signal of frequency f.
  • the frequency-changed signal is sent back to the radar sensor and thus occurs in the spectrum of the CW radar at a changed frequency.
  • Appropriate bandpass filtering with subsequent demodulation can be used to suppress the stocho echoes in a manner similar to that in the case of amplitude modulation. It is advantageous, in particular to increase the measuring range, if the frequency-modulated radar signal is emitted simultaneously from the active reflector.
  • phase shifter which changes the phase of the signal arriving at the active reflector.
  • the phase is changed, for example, as m R. Mausl, digital modulation method, telecommunications, Heidelberg: Huthig Buch Verlag GmbH, 1991, called.
  • the time delay is expediently so great that interference signals, for example caused by reflections on in the measuring range, have largely subsided due to propagation vaporization in the free space. If the time delays are also selected differently for each reflector, the signal components can be clearly separated using known CW radar evaluation methods.
  • the delay element is designed with one or more delay lines in the form of a surface wave component (SAW).
  • SAWs are, for example, n C. Ruppel, L. Rhemdl, S. Berek, U.
  • the delay line is implemented with surface wave components, it is particularly advantageous to also apply a resonator structure directly to a substrate on which the delay line is built, from which the modulation frequency or the modulation signal can be derived. This optimally ensures that runtime changes due to temperature drift and aging of the substrate result in a proportional change in the modulation frequency. Because the transit time and the modulation frequency are generated on the same substrate with the same basic physical principle, they are automatically coupled in the desired manner. Dimensions of SAW delay elements and SAW resonators can be found in the relevant literature.
  • the substrate preferably consists of lithium niobate or quartz.
  • the sales Strengthening z. B. m regular intervals on and off.
  • the modulation frequency is preferably chosen so that it is mvers coupled to the delay time of the delay element, z. B. a delay of 1 ⁇ s is selected at a modulation frequency of 1 MHz.
  • Such an arrangement can prevent the amplified and modulated signal from again entering the input circuit of the active reflector, from being amplified again and thus from overdriving or feedback coupling.
  • the modulation of the radar signal in the active reflector is not limited to the modulation methods described above, further explanations of modulation methods can be found, for example, in Mausl et al.
  • All of the coding methods mentioned can also be used in any combination. It is particularly advantageous for a highly accurate measurement of distance and / or position to connect the change in time of the phase at one radar frequency, that is to say the differential distance measurement, to the phase difference values in the case of a plurality of Ra ⁇ ar frequency values, that is to say the absolute distance measurement.
  • the absolute measured values can e.g. B. can be corrected by the much more precise differential change values. It is important to ensure that the measuring process is sufficiently fast.
  • K also can further data ö of the autonomous vehicle, such as its destination or special transport orders are transmitted.
  • Another advantageous application of the method is to determine the position of a container in a high-bay warehouse. This use is similar to determining the position of autonomous vehicles, except that at least two interrogation devices are preferably arranged within a rack storage aisle, with which the height and position of the container is then determined as described.
  • the container typically a transport box or a unit of the transport vehicle, which contains the transport box, is provided with an active reflector unit.
  • the transport box can be taken from a specific position on the high rack or placed in a specific position.
  • Data about the box to be removed or data about the removed box can be transmitted from the interrogation device to the transport unit or vice versa using the communication arrangement described.
  • the method for determining the position can also be used very advantageously for determining the position of tools.
  • a tool is provided with an active reflector, preferably as close as possible to its mechanical point of application to the workpiece.
  • the distance of the tool to the respective radar system is then determined using one or more methods or arrangements as described above.
  • the exact position of the tool is then determined and / or regulated by combining the distance values.
  • Tools include, for example, tools for material processing, such as turning, milling, drilling, punching and / or cutting tools, gripping tools or also medical in- instruments into consideration.
  • the task of the measuring system is to determine the position and / or the position of the tool in space as precisely as possible.
  • the advantage over a mechanical measuring system is that the position of the tool can be measured directly on the tool without contact and an error due to mechanical deformation (torsion, bending, etc.) is avoided.
  • the principle of the active reflector is particularly suitable because a passive reflector arrangement generally does not provide sufficiently precise measurement results due to a large number of strong reflections on the metal surfaces customary in machine tools. The active reflector prevents interference from disturbing reflections, so that even highly reflective environments can be measured safely and precisely.
  • both the location of the reflector and radar device and the number of active reflectors and radar sensors can be interchanged.
  • the information that can be obtained is only determined by the number and geometric position of the measuring paths.
  • the method is equally suitable for measuring a change in distance, a distance, a (two- or multi-dimensional) position or position and / or a speed.
  • FIG. 1 shows a device for distance measurement
  • FIG. 2 shows an FMCW radar sensor
  • FIGS. 3a to 3d show embodiments of an active reflector
  • FIG. 4 shows a sketch of a spectrum of a signal received at the radar sensor.
  • FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a typical microwave measuring arrangement in the form of a CW microwave sensor MS m form of an FMCW radar sensor RS shown with oscillator (VCO), signal generator / linearizer (SGLIN), radar receiver (EMIX) and antenna (ANT). There is also an evaluation unit (FFT) for fast Fourier Transformation (FFT) and a reference unit (REF).
  • VCO oscillator
  • SGLIN signal generator / linearizer
  • EMIX radar receiver
  • ANT antenna
  • FFT fast Fourier Transformation
  • REF reference unit
  • the frequency of the oscillator VCO can be set.
  • the signal emitted by the oscillator VCO is emitted as a radar signal via the antenna ANT and the resulting reflections are received again (indicated by the arrows).
  • the radar receiver EMIX which transmits a first part of the signal emitted by the oscillator VCO to the antenna ANT and carries out a frequency mixing with the received signal with a second part of the signal.
  • the radar or Microwave receiver EMIX is designed as a detector mixer.
  • This radar sensor RS supplies a sensor signal SES, the phase or frequency of which is proportional to a distance dr of the measurement object MO.
  • a linear frequency modulation is used to determine the object distance dr, which is evaluated by means of a fast Fourier transformation m of the evaluation unit FFT.
  • the FFT evaluation unit receives the sensor signal from the EMIX radar receiver.
  • the result of the fast Fourier transformation is an echo profile that represents the radar reflections as a function of the distance.
  • a signal derived from the oscillator VCO is fed into the signal generator / linearizer SGLIN, which controls the frequency of the oscillator VCO in such a way that linear frequency modulation results.
  • a comparison with a stable reference REF usually serves as the basis for controlling the modulation voltage.
  • the individual echoes overlap to form an overall echo that can no longer be discriminated.
  • the reflection of the storage objects SO is greater than the reflection of the measurement object MO.
  • SO With moving Whether j ects MO, SO, it may also come through interference effects to a strong amplitude fluctuation of echo. Overall, this has the consequence that the measurement accuracy is reduced or the measurement is prevented.
  • the measurement object MO is now equipped with an active reflector AR.
  • the active reflector AR has, as subcomponents, an antenna A2, a directional element RE and a modulator MOD.
  • the modulator MOD contains an amplifier AMP and a frequency modulator FMOD connected downstream of this.
  • the radar sensor RS can, but need not, correspond to the radar sensor RS in FIG. 2. For clarity of the measurement situation, the antenna ANT of the radar sensor RS is also shown.
  • the radar signal emitted by the radar sensor RS is picked up by the active reflector AR by means of the antenna A2, passed via the directional element RE to the amplifier AMP and from there the frequency modulator FMOD.
  • the frequency-modulated and amplified signal is then m a third connection of the Directional element RE fed and then sent back to the radar sensor RS via the antenna A2 of the active reflector AR.
  • the received signal is filtered or demodulated again in a filter unit FIL / DEM connected downstream of the radar sensor RS and then entered as a sensor signal SES in an evaluation unit FFT.
  • filter unit FIL / DEM and evaluation unit FFT can also be integrated in the radar sensor RS.
  • FIG. 3a shows an active reflector AR which generates an amplitude modulation.
  • the frequency modulator MOD is missing here.
  • the amplitude modulation is generated by switching the amplifier AMP with a modulation signal MSIG with a clock frequency fM, that is to say here: on and off.
  • the clock frequency fM is chosen to be significantly higher than the measuring frequency, here: 100 kHz ⁇ fM ⁇ 10 MHz.
  • the useful signal advantageously occurs in the spectrum of the sensor signal SES as a modulated signal at a modulation frequency.
  • the interference signals are unmodulated and occur in the baseband.
  • the interference signals are thus effectively suppressed by simple high-pass or band-pass filtering in the filter and / or demodulation unit FIL / DEM with subsequent demodulation.
  • the demodulation is of course matched to the modulation in the active reflector AR.
  • amplitude modulation With amplitude modulation, it is generally not necessary to merely vary the amplification of the signal. Amplification changes in analog steps can also be used for modulation. In the case of amplitude modulation, it can also be advantageous not to carry out the amplification change with a constant clock ratio, but with certain pseudo-random modulation sequences.
  • the known code sequences such as Barker codes, shift register sequences (M sequences), Golay codes, Gold codes or Huffmann sequences, can be used for this purpose, among other things.
  • pulse sequences for. B. the above-mentioned code sequences
  • data are transmitted.
  • the data transmission can also take place in such a way that the amplifier clock is switched over in its frequency (high / low) or in its clock ratio.
  • a further active reflector AR is shown as a sketch in FIG. 3b.
  • the mixer module MIX it is a single-side band mixer or a double-side band mixer.
  • the incoming signal is sent back to the radar sensor RS with a frequency offset and occurs with an offset frequency fR in the spectrum of the sensor signal SES.
  • Suitable bandpass filtering with subsequent demodulation can suppress interference signals.
  • data can be transmitted, for example, by changing the modulation frequency fR, which corresponds to a so-called FSK (frequency key shiftmg) modulation.
  • FIG. 3c shows a further active reflector AR.
  • This now has a controllable phase shifter PHS, which changes the incoming signal with respect to the phase via a phase signal PSIG, which can also be viewed as a modulation frequency.
  • the phase is based on known schemes (see, for example, Mausl. Et al.).
  • phase modulation phase key shift mg
  • the phase modulation (phase key shift mg) known from communication technology is favorable for data transmission.
  • FIG. 3d shows a further active reflector AR, in which the signals in the active reflector AR are delayed by a defined time offset in the delay element DEL, which determines the time delay, and which is connected between the directional element RE and the amplifier AMP. It is advantageous if the delay element DEL is designed with one or more delay lines in the form of a surface wave component (SAW).
  • SAW surface wave component
  • FIG. 4 shows a frequency spectrum of a signal received at the radar sensor as a plot of a signal level in arbitrary units against a frequency f m of any units.
  • the signal emitted by the radar sensor MS, RS is given by
  • ⁇ 0 and f 0 represent the modulation start frequency ("sweep start frequency”) and ⁇ the tuning rate (“sweep rate”) provides.
  • the signal received by the radar sensor MS, RS is a sum of several time-delayed images of the transmitted signal; however, only the signal component emitted by the active reflector AR is modulated with a frequency ⁇ m0 d or f mod .
  • the signal received by the radar sensor MS, RS can be represented as
  • s rx s tx (t- ⁇ r ) - cos (( ⁇ mod -t + ⁇ m0 ) + ⁇ * s tx (t- ⁇ n ) (2)
  • the radar receiver EMIX multiplies that from the radar device
  • the two spectral components mcl, mc2 of the active reflector AR are centered around the modulation frequency f mod , while the other signals are located in the baseband ("baseband"). So if the modulation frequency f mo and the
  • Sweep rate ⁇ are chosen appropriately, the desired, from active reflector AR, the signal emitted can be clearly separated from the interference signals.
  • phase difference ⁇ from Eq. (5) cannot be used to measure an absolute distance dr, but it is very useful for precisely determining a change in distance. It makes sense to determine the absolute distance dr from equation (4) and to refine the measurement using Eq. (5).
  • a measurement inaccuracy can be caused by a changing time delay of the delay element DEL, z. B. is caused by a temperature change of an SAW.
  • the delay time is proportional to the modulation frequency f m ⁇ so that a changing time delay can be recognized and compensated for by monitoring the modulation frequency f mod .
  • the modulation frequency f mod which corresponds to the average of the two frequency components reflected by the active reflector AR, can be measured very precisely over many measurement cycles.

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Abstract

According to the inventive method, the distance from at least one test object (MO) is measured using a CW microwave sensor (MS). The invention is characterized in that at least one active reflector (AR) is fixed to the at least one test object (MO). Said active reflector is used to receive, modulate and emit a signal sent by the CW microwave sensor (MS, RS).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur TAbstandsmessungDistance measurement procedure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines 7Ab- stands und einer 7Abstandsanderung eines Objekts mit Hilfe von Mikrowellen, 7Λnwendungen derselben sowie Vorrichtungen zur Reflexion von Mikrowellensignalen.The invention relates to a method for measuring a 7-distance and a 7-distance change of an object with the aid of microwaves, 7 uses thereof, and devices for reflecting microwave signals.
Beispielsweise aus J. Detlefsen: "Radartechnik", SpringerFor example from J. Detlefsen: "Radartechnik", Springer
Verlag Berlin, 1998, ist es bekannt, mit Hilfe von Radarwellen einen Relativabstand bzw. eine Relativgeschwmdigkeit zwischen einem Radargerat und einem oder mehreren Meßobjekten zu messen, insbesondere mittels Messung der Pulslaufzeit und mittels FMC -Messung.Verlag Berlin, 1998, it is known to use radar waves to measure a relative distance or a relative speed between a radar device and one or more test objects, in particular by measuring the pulse transit time and by means of FMC measurement.
Mikrowellen-basierte, und besonders Radar-basierte, 7Λbstands- und Geschwindigkeits-Meßverfahren bieten aufgrund einer geringen Funkdampfung und einer hohen Unabhängigkeit der el- lenausbreitung von Temperatur, Druck, Feuchtigkeit etc. Vorteile gegenüber einer alternativen Wellenform wie beispielsweise Ultraschall oder Laser.Microwave-based, and especially radar-based, 7-range and speed measurement methods offer advantages over an alternative waveform such as ultrasound or laser due to a low radio attenuation and a high degree of independence from the spread of temperature, pressure, humidity, etc.
Bei dem Pulslaufzeit-Verfahren wird ein kurzer Radarpuls in Richtung eines Meßobjekts ausgesendet und nach einer Laufzeit τ als reflektierter Puls wieder empfangen. Die Laufzeit des Radarpulses ist proportional zum /Abstand zwischen Radargerat und Meßobjekt.In the pulse transit time method, a short radar pulse is emitted in the direction of a measurement object and received again as a reflected pulse after a transit time τ. The transit time of the radar pulse is proportional to the / distance between the radar device and the measurement object.
Beim FMCW (Frequency Modulated Contmuos Wave) -Verfahren wird ein linear oder stufenweise frequenzmoduliertes Radarsignal ausgesendet. Bei einer stufenweisen Modulation werden für eine Entfernungsmessung mindestens zwei unterschiedliche Frequenzwerte angefahren. Zwischen Sende- und Empfangssignal am Radargerat ergibt sich eine Frequenz- bzw. eine Pnasenver- Schiebung entsprechend der Laufzeit τ. Das FMCW-Verfahren besitzt bei kommerziellen Radarsensoren die größte Verbreitung. Arbeitet ein allgemeines C (Contιnous Wave) -Radar, also auch z. B. ein Doppler-Radar, mit einem monofrequenten Radarsignal mit einer Frequenz fHF/ so betragt die Phasendifferenz φ zwischen dem ausgesandten Signal und einem vom Meßobjekt reflek- tierten EmpfangssignalIn the FMCW (Frequency Modulated Contmuos Wave) method, a linear or step-wise frequency-modulated radar signal is emitted. With stepwise modulation, at least two different frequency values are approached for a distance measurement. Between the transmitted and received signal on the radar device there is a frequency or a phase shift corresponding to the transit time τ. The FMCW method is the most widespread in commercial radar sensors. Works a general C (Contιnous Wave) radar, so also z. B. a Doppler radar with a monofrequency radar signal with a frequency f HF / so the phase difference φ between the transmitted signal and a received signal reflected by the measurement object
φ = 2 π•fH τ , ( 1 )φ = 2 π • f H τ, (1)
wobei τ die gesamte Laufzeit des Radarsignals darstellt. Ne- ben konstanten Offset-Emflussen ist die Laufzeit τ ber die Ausbreitungsgeschwindigkeit c der Radarwellen direkt mit der Entfernung d vom Radarsensor zur Reflektoremheit verkn pft. Es gilt:where τ represents the total transit time of the radar signal. In addition to constant offset influences, the transit time τ is directly linked to the distance d from the radar sensor to the reflector unit via the propagation speed c of the radar waves. The following applies:
τ = τφ + . (2) cτ = τ φ +. (2) c
Aufgrund der Periodizitat der Phase (und wegen des allgemein unbekannten Offsets τ0ffs) eignet sich eine Phasenmessung bei nur einer Radarfrequenz lediglich zur Bestimmung von diffe- rentiellen Abstandsanderungen.Due to the periodicity of the phase (and because of the generally unknown offset τ 0 ffs), a phase measurement at only one radar frequency is only suitable for determining differential changes in distance.
Ein absoluter Positionswert kann z. B. durch eine kontinuierliche Bestimmung einer Abstandsanderung im Anschluß an eine Kalibriermessung relativ zu einem Kalibrierungs-Bezugspunkt bestimmt werden.An absolute position value can e.g. B. by continuously determining a change in distance following a calibration measurement relative to a calibration reference point.
Bei einer kontinuierlichen Messung ist dafür Sorge zu tragen, daß die Messung so schnell erfolgt, daß zwischen zwei Messungen keine so große Entfernungsanderung erfolgt, die eine Pha- senanderung großer als 180° nach sich zieht. Diese Bedingung entspricht dem allgemein bekannten Abtast-Theorem.In the case of a continuous measurement, care must be taken that the measurement is carried out so quickly that there is no such great distance change between two measurements that results in a phase change greater than 180 °. This condition corresponds to the well-known sampling theorem.
Eine kontinuierliche Verfolgung der Phase wird häufig als Dopplermessung bezeichnet, wobei die zeitliche Ableitung der Phase der Dopplerfrequenz entspricht. Die Dopplerfrequenz ist proportional zur Relativgeschwmdigkeit zwischen Radarsensor und Meßobjekt in Richtung der Signalubertragung. Für eine absolute Entfernungsmessung müssen mindestens zwei Phasenwerte, die bei mindestens zwei unterschiedlichen Radarfrequenzen bestimmt werden, ausgewertet werden. Bezeichnet ΔfHF die Frequenzdifferenz zwischen zwei Radarfrequenzen fHFι und fHF2 so gilt für die Differenz Δφ zwischen den gemessenen Phasenwerten φl und φ2 :Continuous tracking of the phase is often referred to as Doppler measurement, where the time derivative of the phase corresponds to the Doppler frequency. The Doppler frequency is proportional to the relative speed between the radar sensor and the measurement object in the direction of the signal transmission. F o r an absolute distance measurement must be at least two phase values which are determined at least two different radar frequencies evaluated. If Δf HF denotes the frequency difference between two radar frequencies f HF ι and f HF2, the following applies to the difference Δφ between the measured phase values φl and φ2:
Aφ = 2 π AfHF τ .Aφ = 2 π Af HF τ.
Wird Δf nicht zu groß gewählt, ist Δφ innerhalb eines großen Entfernungsbereichs eindeutig. Zur Gewährleistung eines optimalen Meßeffekts ist Δf für eine Entfernungsmessung allerdings auch nicht unnötig klein zu wählen. Ein gleichzeitig hoher Meßeffekt, verbunden mit einem großen Emdeutigkeitsbe- reich, kann bei einer Verwendung noch weiterer Meßfrequenzen (und somit weiterer Phasenmeßwerte) erreicht werden.If Δf is not chosen too large, Δφ is unique within a large distance range. To ensure an optimal measurement effect, however, Δf should not be chosen to be unnecessarily small for a distance measurement. A simultaneously high measuring effect, combined with a large ambiguity range, can be achieved by using still further measuring frequencies (and thus further phase measured values).
Im Grenzfall einer kontinuierlichen Frequenzmodulation werden die Radarfrequenz mit der Zeitveranderung und die Phasenande- rung gemessen. Bei einer linearen Frequenzmodulation kommen die bekannten Verfahren zur FMCW-Signalverarbeitung zum Zuge, wie sie unter anderem in WO 99/10757 offenbart sind. Alle Radarverfahren, die zur Entfernungsmessung Signalfrequenzen auswerten, beruhen auf den oben genannten Phasenbeziehungen, da eine Frequenz lediglich eine zeitliche Ableitung der Phase ist .In the limit case of a continuous frequency modulation, the radar frequency is measured with the time change and the phase change. In the case of linear frequency modulation, the known methods for FMCW signal processing are used, as are disclosed, inter alia, in WO 99/10757. All radar methods that evaluate signal frequencies for distance measurement are based on the above-mentioned phase relationships, since a frequency is only a time derivative of the phase.
Diese und weitere Ausfuhrungen zu systemtheoretischen Grundlagen sind m M. Vossiek, T. v. Kerssenbrock, P. Heide, "Si- gnal Processing Methods for Millimetrewave FMCW-Radar with high Distance and Doppier Resolution", 27th European Microwa- ve Conference, Jerusalem, Israel, pp. 1127-1132, 1997, zu finden.These and other explanations of systems theory are described in M. Vossiek, T. v. Kerssenbrock, P. Heath, "Si gnal Processing Methods for Millimetrewave FMCW radar with high Distance and Doppler resolution", 27 th European Microwa- ve Conference, Jerusalem, Israel, pp. 1127-1132, 1997.
Realisierungsmoglichkeiten für FMCW-Radarsensoren mit unterschiedlichen Topologien sind beispielsweise m: B. Zimmermann et al : "24 GHz Microwave Close-Range Sensors For Industπal Measurement Applications", Microwave Journal, May 1996; in: EP 0 647 857 AI, WO 99/10757; in: M. Vossiek et al . (s. o.); und in: M. Nalezmski, M: Vossiek, P.Heide: "Novel 24 GHz FMCW Front-End with 2.45 GHz ΞAW Reference Path for High- Precision Distance Measurements", 1997 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp., Denver, USA, pp. 185-188, zu finden.Realization options for FMCW radar sensors with different topologies are, for example, m: B. Zimmermann et al: "24 GHz Microwave Close-Range Sensors For Industrial Measurement Applications ", Microwave Journal, May 1996; in: EP 0 647 857 AI, WO 99/10757; in: M. Vossiek et al. (See above); and in: M. Nalezmski, M: Vossiek, P. Heide: "Novel 24 GHz FMCW Front-End with 2.45 GHz Ξ AW Reference Path for High-Precision Distance Measurements", 1997 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp., Denver, USA, pp. 185-188.
In der Regel erwünscht ist eine hohe Meße pfmdlichkeit verbunden mit einer hohen Reichweite. Die Reichweite ist unter anderem von der Sendeleistung und der Antennenrichtscharfe abhangig. Die funktechnischen Zulassungsvorschriften begrenzen die zulässige ausgesandte Leistung pro Flache. Die erreichbare Meßreichweite betragt daher m der Praxis typischerweise einige zehn Meter.As a rule, a high level of sensitivity combined with a long range is desirable. The range depends, among other things, on the transmission power and the level of the antenna. The radio-technical approval regulations limit the permissible output per area. The reachable measuring range is therefore typically a few tens of meters in practice.
Insbesondere bei einer Messung großer Abstände kann es zu einer Einschränkung der Meßgenauigkeit durch Storobjekte kommen. Befinden sich außer dem Meßobjekt noch andere Objekte im Ausbreitungsweg oder m der Umgebung des Meßobjekts, so kann die Wellenausbreitung gestört sein, weil sich störende Wechselwirkungen der gewünschten Reflexionen des zu messenden Meßobjekts und der Meßumgebung ergeben, zum Beispiel durch Mehrwege-Wellenausbreitung. Dieser Fall wird insbesondere dann auftreten, wenn eine Funkantenne eine Rundstrahlcharak- teristik aufweist, das heißt, wenn sich viele Objekte gleichzeitig im Erfassungsbereich der Antenne befinden. Eine derartige Störung kann durch eine intelligente Signalauswertung nur bedingt wirksam reduziert werden.In particular when measuring large distances, the measurement accuracy may be restricted by objects in the store. If there are other objects besides the measurement object in the propagation path or in the environment of the measurement object, the wave propagation can be disturbed because interfering interactions of the desired reflections of the measurement object to be measured and the measurement environment result, for example by multipath wave propagation. This case will occur in particular if a radio antenna has an omnidirectional characteristic, that is to say if there are many objects in the detection range of the antenna at the same time. Such an interference can only be reduced to a limited extent by intelligent signal evaluation.
Es ist zur Kalibriermessung m der Antennenmeßtechnik bekannt, daß zur Reduktion derartiger Storeffekte metallische Referenzreflektoren, z. B. Tripelreflektoren, Verwendung finden. Diese passiven Reflektoren besitzen einen im Vergleich zu ihren geometrischen Abmessungen hohen Streuquerschnitt, d. h. eine hohe Reflektivitat . Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Reduzierung von Storeinflussen bei der Abstandsmessung mittels Mikrowellen, insbesondere Radarwellen, bereitzustellen.It is known for the calibration measurement m of the antenna measurement technology that metallic reference reflectors, e.g. B. triple reflectors are used. These passive reflectors have a high scattering cross section compared to their geometrical dimensions, ie a high reflectivity. It is an object of the present invention to provide a possibility for reducing interference influences in the distance measurement by means of microwaves, in particular radar waves.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Abstandsmessung mittels Mikrowellen, insbesondere Radarwellen, mit hoher Reichweite bereitzustellen.It is a further object of the present invention to provide a possibility for distance measurement by means of microwaves, in particular radar waves, with a long range.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, eine Anwendung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 17 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 19 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteranspruchen entnehmbar .These tasks are solved by a method according to claim 1, an application of the method according to claim 17 and by a device according to claim 19. Advantageous refinements can be found in the subclaims.
Dazu wird ein Verfahren zur Abstandsmessung verwendet, bei dem mittels eines CW-Mikrowellensensors ein Abstand zu mindestens einem Objekt gemessen wird und an dem mindestens einem Objekt mindestens ein aktiver Reflektor befestigt ist, wel- eher ein vom CW-Mikrowellensensor ausgesandtes Signal empfangt, moduliert und nach der Modulation wieder abstrahlt. Als Modulation ist eine Amplitudenmodulation, eine Frequenzmodulation oder eine beliebige Kombination beider Modulationsarten möglich.For this purpose, a method for distance measurement is used, in which a distance to at least one object is measured by means of a CW microwave sensor and at least one active reflector is attached to the at least one object, which rather receives, modulates and signals emitted by the CW microwave sensor emits again after the modulation. Amplitude modulation, frequency modulation or any combination of both types of modulation is possible as modulation.
Dieses Verfahren ist für alle CW-Mikrowellensensoren, insbesondere CW-Radarsensoren wie zum Beispiel das Doppler-Radar und das FMCW-Radar, geeignet. Zur Vereinfachung werden die folgenden Ausfuhrungen vor allem mit Hilfe von Radarsensoren beschrieben. Die Anwendung von anderen Mikrowellenarten ist dadurch selbstverständlich nicht ausgeschlossen.This method is suitable for all CW microwave sensors, in particular CW radar sensors such as the Doppler radar and the FMCW radar. For simplification, the following versions are described above all with the help of radar sensors. Of course, the use of other types of microwaves is not excluded.
Selbstverständlich kann nicht nur ein Abstand, sondern auch eine Abstandsanderung und/oder eine Lage und/oder eine belie- bige zeitliche Ableitung dieser Großen ermittelt werden. Zur Messung des Abstands und der Abstandsanderung ist eine Verwendung nur eines Radarsensors ausreicnend. Eine, im allge- meinen dreidimendionale, aber auch zweidimensionale, Position laßt sich z. B. mittels eines einzigen Radarsensors und Durchfuhrung einer Kalibπermessung oder auch mittels zweier Radarsensoren mit Triangulationsbestimmung durchfuhren.Of course, not only a distance, but also a change in distance and / or a position and / or any time derivative of these variables can be determined. To measure the distance and the change in distance, it is sufficient to use only one radar sensor. One, generally my three-dimensional, but also two-dimensional, position can be z. B. by means of a single radar sensor and performing a Kalibπermessung or by means of two radar sensors with triangulation determination.
Ein aktiver Reflektor ist aus dem Bereich der Kommunikation und der Flugortung, zum Beispiel als Sekundarradar (secondary surveillance radar SSR) aus Memke Gundelach, "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", Kapitel S8, 1.7 und 1.8, 5. Aufl., Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1992, bekannt. Aus US 5 512 899 ist eine aktive Reflektoremheit zum Test der Meßqua- litat von Radarsystemen mit synthetischer Apertur bekannt.An active reflector is from the area of communication and flight location, for example as a secondary radar (secondary surveillance radar SSR) from Memke Gundelach, "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", chapters S8, 1.7 and 1.8, 5th edition, Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1992, known. An active reflector unit for testing the measurement quality of radar systems with a synthetic aperture is known from US Pat. No. 5,512,899.
Typischerweise wird das vom Radarsensor emittierte Radarsi- gnal vom aktiven Reflektor mittels einer Antenne aufgenommen, zu einem Modulator geleitet (z. B. über ein Richtelement) und sodann über die Antenne des aktiven Reflektors zurück zum Radarsensor gesendet. Ein Ausgang des Modulators kann dabei z. B. mit einem dritten Anschluß des Richtelementes verbunden sein.Typically, the radar signal emitted by the radar sensor is picked up by the active reflector by means of an antenna, passed to a modulator (eg via a directional element) and then sent back to the radar sensor via the antenna of the active reflector. An output of the modulator can, for. B. be connected to a third terminal of the directional element.
Der Modulator kann ein Verstarker sein, durch den das Radarsignal im aktiven Reflektor proportional zur Signalhohe des eingehenden Radarsignals verstärkt wird. Eine solche reine Amplitudenverstarkung bewirkt, daß das vom aktiven Reflektor zum CW-Radarsensor zurückgesandte Radarpuls im Vergleich zu den Storsignalen starker ausgeprägt ist. Dadurch ist eine Storsignalunterdruckung und Erhöhung einer Meßreichweite ähnlich eines passiven Reflektors möglich. In Gegensatz zum pas- siven Reflektor ist aber die Hohe der Verstärkung weitgehend unabhängig von der Flache des Reflektors und zudem weitgehend frei wahlbar.The modulator can be an amplifier by which the radar signal in the active reflector is amplified in proportion to the signal level of the incoming radar signal. Such a pure amplitude amplification has the effect that the radar pulse sent back from the active reflector to the CW radar sensor is more pronounced in comparison to the interference signals. This makes it possible to suppress interference signals and increase a measuring range similar to a passive reflector. In contrast to the passive reflector, the height of the reinforcement is largely independent of the surface of the reflector and is also largely freely selectable.
Der Modulation kann auch eine Frequenzmodulation, beispiels- weise eine einfache Frequenzverschiebung, bewirken, durch die das vom aktiven Reflektor zum Radargerat zurückgesandte Radarsignal frequenzmoduliert ist. Dadurch laßt sich vorteilhafterweise das vom aktiven Reflektor ausgegebene Radarsignal von den Storsignalen im Frequenzbereich des Radarsensors trennen, beispielsweise durch Band- paßfllterung. Die Filterung bzw. Demodulation kann z. B. mit einer elektronischen Schaltung oder algorithmisch m einem Prozessor durchgeführt werden.The modulation can also bring about a frequency modulation, for example a simple frequency shift, by means of which the radar signal returned from the active reflector to the radar device is frequency modulated. As a result, the radar signal output by the active reflector can advantageously be separated from the interference signals in the frequency range of the radar sensor, for example by bandpass filtering. The filtering or demodulation can, for. B. with an electronic circuit or algorithmic m a processor.
Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, daß Storeinflusse reduziert werden und ein hohe Reichweite erzielbar ist. Zudem ist es flexibel und vergleichsweise preiswert.This method has the advantage that interference influences are reduced and a long range can be achieved. It is also flexible and comparatively inexpensive.
Gunstigerweise sendet jeder aktive Reflektor mit einer für ihn charakteristischen Frequenzmodulation. Auf diese Weise können Signale mehrerer aktiver Reflektoren unterschieden und getrennt werden. Dadurch kann außer einer Abstands- bzw. Positionsbestimmung auch eine Objektidentifizierung durchgeführt werden.Each active reflector favorably transmits with a frequency modulation which is characteristic of it. In this way, signals from several active reflectors can be distinguished and separated. In addition to a distance or position determination, an object identification can thereby also be carried out.
So sind z. B. mehrere Meßobjekte mit jeweils mindestens einem aktiven Reflektor ausgestattet. Zweckmaßigerweise ist die charakteristische Modulation für alle an einem Meßobjekt befestigen aktiven Reflektoren gleich, jedoch unterschiedlich innerhalb einer Gruppe von Meßobjekten.So z. B. equipped several objects with at least one active reflector. The characteristic modulation is expediently the same for all active reflectors attached to a measurement object, but different within a group of measurement objects.
Es ist unter anderem zur Steigerung der Meßreichweite besonders vorteilhaft, wenn im aktiven Reflektor das Radarsignal sowohl frequenz- als auch amplitudenmoduliert wird. Dazu kann im aktiven Reflektor einem Frequenzmodulator ein Verstarker nachgeschaltet sein. Der Verstarker kann dann mit dem dritten Anschluß des Richtelementes verbunden sein.It is particularly advantageous, among other things, to increase the measuring range if the radar signal is frequency-modulated as well as amplitude-modulated in the active reflector. For this purpose, a frequency modulator can be followed by an amplifier in the active reflector. The amplifier can then be connected to the third connection of the straightening element.
Insbesondere ist es bei Vorhandensein eines Ubertragungsweges zwischen dem CW-Radar und dem aktiven Reflektor vorteilhaft, wenn ein Abstandswert und/oder eine Abstandsanderung zwischen Meßobjekt und CW-Radar bestimmt w rd, indem zwischen dem vom CW-Radar ausgesandten Radarsignal und dem vom CW-Radar aus empfangenen Radarsignal eine Phasendifferenz oder eine zeitliche Änderung der Phasendifferenz ausgewertet wird.In particular, if there is a transmission path between the CW radar and the active reflector, it is advantageous if a distance value and / or a change in distance between the measurement object and the CW radar is determined by separating the radar signal emitted by the CW radar and the Radar off received radar signal a phase difference or a temporal change in the phase difference is evaluated.
Bei Vorhandensein zweier unterschiedlicher Ubertragungswege zwischen CW-Radar und aktivem Reflektor können mindestens zwei Entfernungswerte bestimmt werden und diese Entfernungswerte mit Hilfe von geometrischen Gleichungen kombiniert werden (z. B. Triangulation), und so die raumliche Position des Objekts bestimmt wird.If there are two different transmission paths between the CW radar and the active reflector, at least two distance values can be determined and these distance values can be combined using geometric equations (e.g. triangulation), thus determining the spatial position of the object.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Radarsignal im Verstarker amplitudenmoduliert wird, indem der Verstarker mit einem Modulationssignal mit einer Taktfrequenz fM geschaltet, das heißt ein- und ausgeschaltet, wird, und zusätzlich das im CW-Radar empfangene Radarsignal mittels einer Hochpaßfllte- rung oder einer Bandpaßfllterung gefiltert und anschließend demoduliert wird.It is also advantageous if the radar signal is amplitude-modulated in the amplifier by switching the amplifier with a modulation signal with a clock frequency fM, that is to say switching it on and off, and additionally the radar signal received in the CW radar by means of a high-pass filter or a Bandpass filtering is filtered and then demodulated.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Taktfrequenz fM zwischen 100 kHz und 10 MHz liegt, was typischerweise deut- lieh großer ist als die Meßfrequenz.It is particularly advantageous if the clock frequency fM is between 100 kHz and 10 MHz, which is typically significantly higher than the measuring frequency.
Durch diese Amplitudenmodulation ergibt sich der Vorteil, daß das vom aktiven Reflektor ausgesandte Nutzsignal im Spektrum des Sensorsignals am CW-Radar als moduliertes Signal bei ei- ner Modulationsfrequenz auftritt. Die Storsignale hingegen sind unmoduliert und treten im Basisband auf. Schon durch eine einfache Hochpaß- oder Bandpaßfllterung mit anschließender Demodulation werden die Storsignale somit wirksam unterdruckt. Selbstverständlich ist die Demodulation auf die Modu- lation im aktiven Reflektor abgestimmt.This amplitude modulation has the advantage that the useful signal emitted by the active reflector appears in the spectrum of the sensor signal on the CW radar as a modulated signal at a modulation frequency. The interference signals, however, are unmodulated and occur in the baseband. A simple high-pass or band-pass filtering with subsequent demodulation effectively suppresses the interference signals. The demodulation is of course matched to the modulation in the active reflector.
Bei einer Amplitudenmodulation ist es nicht notwendig, die Verstärkung des Signals lediglich dual (also "an" oder "aus") zu variieren. Ebenso können zur Modulation Verstarkungsande- rungen m analogen Schritten verwendet werden. Es ist bei der Amplitudenmodulation vorteilhaft, die Verstar- kungsanderung nicht mit einem konstanten Taktverhaltnis durchzufuhren, sondern nach bestimmten pseudozufalligen Codesequenzen. Die bekannte Codesequenzen wie etwa Barker-Codes, Schieberegistersequenzen (M-Sequenzen) , Golay-Codes, Gold- Codes oder Huffmann-Sequenzen können unter anderem hierzu verwendet werden. Bei einem gleichzeitigen Vorhandensein mehrere aktiver Reflektoren werden bevorzugt solche Sequenzen verwendet, die nicht oder nur sehr wenig korreliert sind, so daß durch eine Korrelation im CW-Radar eine Trennung und eindeutige Zuordnung der reflektierten Signale möglich ist.In the case of amplitude modulation, it is not necessary to vary the amplification of the signal only in a dual manner (ie “on” or “off”). Gain changes in analog steps can also be used for modulation. In the case of amplitude modulation, it is advantageous not to carry out the change in gain with a constant clock ratio, but rather according to certain pseudo-random code sequences. The known code sequences such as Barker codes, shift register sequences (M sequences), Golay codes, Gold codes or Huffmann sequences can be used for this purpose, among others. If several active reflectors are present at the same time, preference is given to using sequences which are not correlated or only very slightly correlated, so that a correlation in the CW radar enables separation and unambiguous assignment of the reflected signals.
Es ist auch vorteilhaft, wenn der aktive Reflektor das Radarsignal mittels einer Frequenzmodulation verändert, indem er einen Mischerbaustein enthalt, welcher das eintreffende Radarsignal mit einem Referenzsignal der Frequenz f frequenzmischt. Das frequenzveranderte Signal wird zum Radarsensor zurückgesandt und tritt im Spektrum des CW-Radars somit bei einer veränderten Frequenz auf. Durch eine geeignete Bandpaß- filterung mit anschließender Demodulation können die Sto- rechos ähnlich wie im Fall der Amplitudenmodulation unterdruckt werden. Es ist, insbesondere zur Steigerung der Meß- reichweite, vorteilhaft, wenn das frequenzmodulierte Radarsignal gleichzeitig verstärkt vom aktiven Reflektor abgestrahlt wird.It is also advantageous if the active reflector changes the radar signal by means of frequency modulation, in that it contains a mixer module which frequency mixes the incoming radar signal with a reference signal of frequency f. The frequency-changed signal is sent back to the radar sensor and thus occurs in the spectrum of the CW radar at a changed frequency. Appropriate bandpass filtering with subsequent demodulation can be used to suppress the stocho echoes in a manner similar to that in the case of amplitude modulation. It is advantageous, in particular to increase the measuring range, if the frequency-modulated radar signal is emitted simultaneously from the active reflector.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn statt eines Mischers ein Phasenschieber verwendet wird, welcher das am aktiven Reflektor eintreffende Signal bezuglich der Phase ändert. Die Phase wird hierbei beispielsweise wie m R. Mausl, Digitale Modulationsverfahren, Telekommunikation, Heidelberg: Huthig Buch Verlag GmbH, 1991, genannt, verändert.It can also be advantageous if, instead of a mixer, a phase shifter is used which changes the phase of the signal arriving at the active reflector. The phase is changed, for example, as m R. Mausl, digital modulation method, telecommunications, Heidelberg: Huthig Buch Verlag GmbH, 1991, called.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, die Radarsignale im akti- ven Reflektor um einen definierten Zeitversatz zu erzogern. Die Zeitverzogerung ist zweckmaßigerweise so groß, daß Storsignale, beispielsweise verursacht αurch Reflexionen an Ge- genstanden im Meßbereich, durch eine Ausbreitungsdampfung im Freiraum weitestgehend abgeklungen sind. Werden die Zeitverzogerungen zudem f r jeden Reflektor unterschiedlich gewählt, so sind die Signalanteil mit bekannten CW-Radar- Auswerteverfahren eindeutig trennbar.It can furthermore be advantageous to generate the radar signals in the active reflector by a defined time offset. The time delay is expediently so great that interference signals, for example caused by reflections on in the measuring range, have largely subsided due to propagation vaporization in the free space. If the time delays are also selected differently for each reflector, the signal components can be clearly separated using known CW radar evaluation methods.
Bei einer Dimensionierung eines zur Verzögerung der Laufzeit eingesetzten Laufzeitgliedes ist darauf zu achten, daß es m dem für die entsprechende Anwendung gegebenen Entfernungsbereich zu keiner Überlappung der Laufzeiten verschiedener Signalanteile des Reflektors kommen kann.When dimensioning a delay element used to delay the transit time, care must be taken to ensure that there is no overlap of the transit times of different signal components of the reflector in the distance range given for the corresponding application.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Laufzeitglied mit einer oder mehreren Verzögerungsleitungen m Form eines Oberflachenwellen-Bauelementes (OFW) ausgeführt sind. Solche OFWs sind beispielsweise n C. Ruppel, L. Rhemdl, S. Berek, U.It is particularly advantageous if the delay element is designed with one or more delay lines in the form of a surface wave component (SAW). Such OFWs are, for example, n C. Ruppel, L. Rhemdl, S. Berek, U.
Knauer, P. Heide, M. Vossiek, "Design Fabrication and Application of Precise Delay Lines at 2.45 GHz, IEEE, Ultrasonics Symposium, San Antonio, USA. 1996, dargestellt.Knauer, P. Heide, M. Vossiek, "Design Fabrication and Application of Precise Delay Lines at 2.45 GHz, IEEE, Ultrasonics Symposium, San Antonio, USA. 1996.
Wird die Verzögerungsleitung mit Oberflachenwellen- Bauelementen realisiert, so ist es besonders vorteilhaft, direkt auf einem Substrat, auf dem die Verzögerungsleitung aufgebaut wird, auch eine Resonatorstruktur aufzubringen, aus der die Modulationsfrequenz bzw. das Modulationssignal ab- leitbar wird. Hierdurch wird m optimaler Weise sichergestellt, daß Laufzeitanderungen aufgrund einer Temperaturdrift und einer Alterung des Substrats eine proportionale Änderung der Modulationsfrequenz nach sich zieht. Dadurch, daß die Laufzeit und die Modulationsfrequenz auf demselben Substrat mit demselben physikalischen Grundprinzip erzeugt werden, sind sie automatisch m gewünschter Weise gekoppelt. Dimen- sionierungen von OFW-Laufzeitgliedern und OFW-Resonatoren können m der einschlagigen Literatur nachgelesen werden. Das Substrat besteht bevorzugt aus Lithiumniobat oder Quartz.If the delay line is implemented with surface wave components, it is particularly advantageous to also apply a resonator structure directly to a substrate on which the delay line is built, from which the modulation frequency or the modulation signal can be derived. This optimally ensures that runtime changes due to temperature drift and aging of the substrate result in a proportional change in the modulation frequency. Because the transit time and the modulation frequency are generated on the same substrate with the same basic physical principle, they are automatically coupled in the desired manner. Dimensions of SAW delay elements and SAW resonators can be found in the relevant literature. The substrate preferably consists of lithium niobate or quartz.
Insbesondere günstig ist es, eine Amplitudenmodulation mit einer Zeitverzo erunσ zu kombinieren. Hierbei wird die Ver- Stärkung z. B. m regelmäßigen Abstanden ein- und ausgeschaltet. Die Modulationsfrequenz wird vorzugsweise so gewählt, daß sie mvers mit der Verzogerungszeit des Laufzeitgliedes verkoppelt ist, z. B. wird bei einer Modulationsfrequenz von 1 MHz eine Verzögerung von 1 μs gewählt wird.It is particularly favorable to combine amplitude modulation with a time delay. Here, the sales Strengthening z. B. m regular intervals on and off. The modulation frequency is preferably chosen so that it is mvers coupled to the delay time of the delay element, z. B. a delay of 1 μs is selected at a modulation frequency of 1 MHz.
Durch eine derartige Anordnung kann verhindert werden, daß das verstärkte und modulierte Signal wiederum in den Eingangskreis des aktiven Reflektors gelangt, nochmals verstärkt wird und somit eine Übersteuerung oder Ruckkopplungs-Such an arrangement can prevent the amplified and modulated signal from again entering the input circuit of the active reflector, from being amplified again and thus from overdriving or feedback coupling.
Schwmgungen verursacht. Durch die Kopplung der Verzögerung an die Modulationsfrequenz kann dafür gesorgt werden, daß der Eingangskreis immer dann abgeschaltet ist, wenn das verstärkte und verzögerte Signal zum Radarsensor zurückgesendet wird.Caused swellings. By coupling the delay to the modulation frequency, it can be ensured that the input circuit is always switched off when the amplified and delayed signal is sent back to the radar sensor.
Selbstverständlich ist die Modulation des Radarsignals im aktiven Reflektor nicht auf die oben beschriebenen Modulationsverfahren beschrankt, weitere Ausfuhrungen zu Modulationsverfahren finden sich beispielsweise m Mausl et al .Of course, the modulation of the radar signal in the active reflector is not limited to the modulation methods described above, further explanations of modulation methods can be found, for example, in Mausl et al.
Alle erwähnten Codierungsverfahren können auch m beliebiger Kombination verwendet werden. Besonders vorteilhaft für eine hochgenaue Messung von Abstand und/oder Position ist es, die zeitliche nderung der Phase bei einer Radarfrequenz, also die differentielle Entfernungsmessung, mit den Phasendiffe- renzwerten bei mehreren Raαarfrequenzwerten, also die absolute Entfernungsmessung, m Verbindung zu setzen. Die absoluten Meßwerte können z. B. durch die wesentlich genaueren diffe- rentiellen Anderungswerte korrigiert werden. Dabei ist auf einen ausreichend schnellen Meßvorgang zu achten.All of the coding methods mentioned can also be used in any combination. It is particularly advantageous for a highly accurate measurement of distance and / or position to connect the change in time of the phase at one radar frequency, that is to say the differential distance measurement, to the phase difference values in the case of a plurality of Raαar frequency values, that is to say the absolute distance measurement. The absolute measured values can e.g. B. can be corrected by the much more precise differential change values. It is important to ensure that the measuring process is sufficiently fast.
Für eine exakte Entfernungsmessung ist desweiteren wichtig, daß die Radarfrequenz und insbesondere die Frequenzanderung sehr exakt eingestellt und gehalten werden kann. Neben analo- gen Regelschleifen und Kalibriereinrichtungen mit Referenzlaufzeitgliedern bieten sich hierfür insbesondere Phasenre- ω co M to h→ P1 cn o Cπ o cπ o CJiFor an exact distance measurement it is also important that the radar frequency and in particular the frequency change can be set and maintained very precisely. In addition to analog control loops and calibration devices with reference delay elements, phase control ω co M to h → P 1 cn o Cπ o cπ o CJi
d t- d s H) er rt CΛ α ?o T) Λ CΛ CD z CΛ N rt 3 ti W CΛ α S σ PJ < r. 3 S CΛ uq φ P> σ φ Φ P CΛ Φ rt Φ J O rt rt Λ* φ n z Φ P φ P Ό s P d φ d o P P Φ ti CD Φ h→ h→ uq rt H P t→ CΛ Φ ) rt t→ er φ CΛ rt CΛ er P rt CΛ φ Hi t→ d υq rt υq t-→ d H n d φ j3 CD P 3 ti P h→ P h→ *» Φ φ φ rt Hi iQ rt d CΛ α cn rt* tr d Q→ Sj d t→ rt CΛ Q→ CΛ Φ Φ CD t→ fu o Φ CD P Φ CD Od t- d s H) er rt CΛ α? o T) Λ CΛ CD z CΛ N rt 3 ti W CΛ α S σ PJ <r. 3 S CΛ uq φ P> σ φ Φ P CΛ Φ rt Φ JO rt rt Λ * φ nz Φ P φ P Ό s P d φ do PP Φ ti CD Φ h → h → uq rt HP t → CΛ Φ ) rt t → er φ CΛ rt CΛ er P rt CΛ φ Hi t → d υq rt υq t- → d H nd φ j3 CD P 3 ti P h → P h → * »Φ φ φ rt Hi iQ rt d CΛ α cn rt * tr d Q → S j dt → rt CΛ Q → CΛ Φ Φ CD t → fu o Φ CD P Φ CD O
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Identifikationskennung des autonomen Fahrzeugs sein. Auch können weitere Daten des autonomen Fahrzeugs, wie etwa sein Fahrtziel oder spezielle Transportauftrage, übertragen werden.Identification identifier of the autonomous vehicle. K also can further data ö of the autonomous vehicle, such as its destination or special transport orders are transmitted.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung des Verfahrens ist die Positionsbestimmung eines Behältnisses m einem Hochregallager. Diese Verwendung ist ähnlich zur Positionsbestimmung von autonomen Fahrzeugen, nur daß hierbei vorzugsweise mindestens zwei Abfragegerate innerhalb einer Regallagergasse angeordnet sind, mit denen dann wie beschrieben die Hohe und Position des Behältnisses bestimmt wird.Another advantageous application of the method is to determine the position of a container in a high-bay warehouse. This use is similar to determining the position of autonomous vehicles, except that at least two interrogation devices are preferably arranged within a rack storage aisle, with which the height and position of the container is then determined as described.
Hierzu wird das Behältnis, typischerweise eine Transportbox oder eine Einheit des Transportfahrzeuges, welches die Transportbox enthalt, mit einer aktiven Reflektoremheit versehen. Dadurch kann die Transportbox gezielt von einer Position im Hochregal genommen oder auf eine bestimmte Position gestellt werden. Daten über die zum entnehmende Box bzw. Daten über die entnommene Box (beispielsweise Inhalt, Große etc.) können mit der beschriebenen Kommunikationsanordnung vom Abfragegerat zur Transporteinheit bzw. umgekehrt übertragen werden.For this purpose, the container, typically a transport box or a unit of the transport vehicle, which contains the transport box, is provided with an active reflector unit. This means that the transport box can be taken from a specific position on the high rack or placed in a specific position. Data about the box to be removed or data about the removed box (for example, content, size, etc.) can be transmitted from the interrogation device to the transport unit or vice versa using the communication arrangement described.
Sehr vorteilhaft kann das Verfahren zur Positionsbestimmung auch zur Positionsbestimmung von Werkzeugen eingesetzt werden. Hierbei wird ein Werkzeug, vorzugsweise möglichst nahe an seinem mechanischen Angriffspunkt zum Werkstuck, mit einem aktiven Reflektor versehen. Je nach Freiheitsgrad der Bewegung des Werkzeugs wird dann mit einem oder mehreren wie oben beschriebenen Verfahren bzw. Anordnungen die Entfernung des Werkzeugs zum jeweiligen Radarsystem bestimmt. Durch Kombination der Entfernungswerte wird dann die exakte Position des Werkzeugs bestimmt und/oder geregelt.The method for determining the position can also be used very advantageously for determining the position of tools. Here, a tool is provided with an active reflector, preferably as close as possible to its mechanical point of application to the workpiece. Depending on the degree of freedom of the movement of the tool, the distance of the tool to the respective radar system is then determined using one or more methods or arrangements as described above. The exact position of the tool is then determined and / or regulated by combining the distance values.
Als Werkzeuge kommen beispielsweise Werkzeuge zur Werkstoffbearbeitung wie etwa Dreh-, Fräs-, Bohr-, Stanz- und/oder Schneidwerkzeuge, Greifwerkzeuge oαer auch medizmiscne In- strumente in Betracht. Die Aufgabe des Meßsystems ist es, möglichst exakt die Position und/oder die Lage des Werkzeugs im Raum zu bestimmen. Der Vorteil gegenüber einem mechanischen Meßsystem besteht darin, daß die Position des Werkzeu- ges beruhrungslos direkt am Werkzeug meßbar ist und ein Fehler aufgrund einer mechanischen Verformung (Torsion, Biegung etc.) vermieden wird. Das Prinzip des aktiven Reflektors eignet sich insbesondere deshalb, weil eine passive Reflektoranordnung aufgrund einer Vielzahl starker Storreflexionen an den bei Werkzeugmaschinen üblichen metallischen Flachen in der Regel keine ausreichend präzisen Meßergebnisse liefert. Eine Störung durch Storreflexionen werden durch den aktiven Reflektor verhindert, so daß auch m stark reflektierenden Umgebungen sicher und genau gemessen werden kann.Tools include, for example, tools for material processing, such as turning, milling, drilling, punching and / or cutting tools, gripping tools or also medical in- instruments into consideration. The task of the measuring system is to determine the position and / or the position of the tool in space as precisely as possible. The advantage over a mechanical measuring system is that the position of the tool can be measured directly on the tool without contact and an error due to mechanical deformation (torsion, bending, etc.) is avoided. The principle of the active reflector is particularly suitable because a passive reflector arrangement generally does not provide sufficiently precise measurement results due to a large number of strong reflections on the metal surfaces customary in machine tools. The active reflector prevents interference from disturbing reflections, so that even highly reflective environments can be measured safely and precisely.
Bei allen genannten Anordnungen können sowohl der Anbringungsort von Reflektor und Radargerat als auch die Zahl der aktiven Reflektoren und Radarsensoren vertauscht werden. Der erzielbare Informationsgewinn wird lediglich durch die Zahl und geometrische Position der Meßwege bestimmt.In all of the arrangements mentioned, both the location of the reflector and radar device and the number of active reflectors and radar sensors can be interchanged. The information that can be obtained is only determined by the number and geometric position of the measuring paths.
Die Methode ist gleichermaßen geeignet zur Messung einer Abstandsanderung, eines Abstands, einer (zwei- oder mehrdimensionalen) Position bzw. Lage und/oder einer Geschwindigkeit.The method is equally suitable for measuring a change in distance, a distance, a (two- or multi-dimensional) position or position and / or a speed.
In den folgenden Ausfuhrungsbeispielen wird die Methode zur Abstandsmessung schematisch naher dargelegt.In the following examples, the method for distance measurement is schematically explained in more detail.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Abstandsmessung, Figur 2 zeigt einen FMCW-Radarsensor,FIG. 1 shows a device for distance measurement, FIG. 2 shows an FMCW radar sensor,
Die Figuren 3a bis 3d zeigen Ausfuhrungsformen einen aktiven Reflektors,FIGS. 3a to 3d show embodiments of an active reflector,
Figur 4 zeigt eine Skizze eines Spektrums eines am Radarsensor empfangenen Signals.FIG. 4 shows a sketch of a spectrum of a signal received at the radar sensor.
In Figur 2 ist ein schematisches Schaltbild einer typischen Mikrowellen-Meßanordnung m Form eines CW-Mikrowellensensors MS m Form eines FMCW-Radarsensors RS abgebildet mit Oszillator (VCO) , Signalgenerator / Lmearisierer (SGLIN) , Radare p- fanger (EMIX) und Antenne (ANT) . Weiterhin sind eine Auswer- teemheit (FFT) zur schnellen Fouπer-Transformation (Fast Fourier Transformation, FFT) und eine Referenzeinheit (REF) vorhanden.FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a typical microwave measuring arrangement in the form of a CW microwave sensor MS m form of an FMCW radar sensor RS shown with oscillator (VCO), signal generator / linearizer (SGLIN), radar receiver (EMIX) and antenna (ANT). There is also an evaluation unit (FFT) for fast Fourier Transformation (FFT) and a reference unit (REF).
Über ein Steuersignal, z. B. eine von Außen angelegte Spannung, kann die Frequenz des Oszillators VCO eingestellt wer- den. Das vom Oszillator VCO ausgesandte Signal wird als Radarsignal über die Antenne ANT emittiert und die sich ergebenden Reflexionen wieder empfangen (angedeutet durch die Pfeile) . Zwischen Oszillator VCO und Antenne ANT befindet sich der Radarempfanger EMIX, der einer ersten Teil des vom Oszillator VCO abgegebenen Signals zur Antenne ANT transmit- tiert und mit einem zweiten Teil des Signals eine Frequenzmischung mit dem empfangenen Signal durchfuhrt. Der Radarbzw. Mikrowellenempfanger EMIX ist hier als Detektormischer ausgeführt .Via a control signal, e.g. For example, a voltage applied from the outside, the frequency of the oscillator VCO can be set. The signal emitted by the oscillator VCO is emitted as a radar signal via the antenna ANT and the resulting reflections are received again (indicated by the arrows). Between the oscillator VCO and the antenna ANT is the radar receiver EMIX, which transmits a first part of the signal emitted by the oscillator VCO to the antenna ANT and carries out a frequency mixing with the received signal with a second part of the signal. The radar or Microwave receiver EMIX is designed as a detector mixer.
Dieser Radarsensor RS liefert ein Sensorsignal SES, dessen Phase oder Frequenz proportional zu einem Abstand dr des Meßobjektes MO ist. Durch Auswertung von Phasenwerten und/oder Phasendifferenzwerten und/oder Frequenzwerten kann nach be- kannten Methoden der Abstand dr von Meßobjekten und/oder die Abstandsanderung und/oder die Geschwindigkeit bestimmt werden.This radar sensor RS supplies a sensor signal SES, the phase or frequency of which is proportional to a distance dr of the measurement object MO. By evaluating phase values and / or phase difference values and / or frequency values, the distance dr from measurement objects and / or the distance change and / or the speed can be determined according to known methods.
In diesem Ausfuhrungsbeispiel wird eine lineare Frequenzmodu- lation zur Bestimmung des Objektabstands dr angewendet, welche mittels einer schnellen Fourier-Transformation m der Auswerteeinheit FFT ausgewertet wird. Die Auswerteeinheit FFT erhalt das Sensorsignal vom Radarempfanger EMIX. Das Ergebnis der schnellen Fourier-Transformation ist ein Echoprofil, das die Radar-Reflexionen m Abhängigkeit von der Entfernung darstellt. Ein vom Oszillator VCO abgeleitetes Signal wird m den Si- gnalgenerator/Lmearisierer SGLIN eingespeist, welcher die Frequenz des Oszillators VCO so steuert, daß sich eine lineare Frequenzmodulation ergibt. Als Basis zur Steuerung der Mo- dulationsspannung dient üblicherweise ein Vergleich mit einer stabilen Referenz REF.In this exemplary embodiment, a linear frequency modulation is used to determine the object distance dr, which is evaluated by means of a fast Fourier transformation m of the evaluation unit FFT. The FFT evaluation unit receives the sensor signal from the EMIX radar receiver. The result of the fast Fourier transformation is an echo profile that represents the radar reflections as a function of the distance. A signal derived from the oscillator VCO is fed into the signal generator / linearizer SGLIN, which controls the frequency of the oscillator VCO in such a way that linear frequency modulation results. A comparison with a stable reference REF usually serves as the basis for controlling the modulation voltage.
In dieser Figur befinden sich ein Meßobjekt MO und mehrere Storobjekte SO m einem etwa gleichen Abstand dr, z. B. dr = 100 m - 200 m, zur Antenne ANT des Radarsensors RS .In this figure there is a measurement object MO and a plurality of storage objects SO m at approximately the same distance dr, e.g. B. dr = 100 m - 200 m, to the antenna ANT of the radar sensor RS.
Im Spektrum des Sensorsignals überlagern sich die Einzelechos zu einem Gesamtechound können nicht mehr diskriminiert werden. Im schlimmsten Fall ist die Reflexion der Storobjekte SO großer als die Reflexion des Meßobjekts MO. Bei bewegten Objekten MO, SO kann es zudem durch Interferenzeffekte zu einer starken Amplitudenfluktuation der Echos kommen. Insgesamt hat dies zur Folge, daß sich die Meßgenauigkeit reduziert bzw. die Messung verhindert wird.In the spectrum of the sensor signal, the individual echoes overlap to form an overall echo that can no longer be discriminated. In the worst case, the reflection of the storage objects SO is greater than the reflection of the measurement object MO. With moving Whether j ects MO, SO, it may also come through interference effects to a strong amplitude fluctuation of echo. Overall, this has the consequence that the measurement accuracy is reduced or the measurement is prevented.
In Figur 1 ist nun das Meßobjekt MO mit einem aktiven Reflektor AR ausgestattet. Der aktive Reflektor AR weist als Teilkomponenten eine Antenne A2 , ein Richtelement RE und einen Modulator MOD auf. Der Modulator MOD enthalt einen Verstarker AMP und einen diesem nachgeschalteten Freqenz-Modulator FMOD.In FIG. 1, the measurement object MO is now equipped with an active reflector AR. The active reflector AR has, as subcomponents, an antenna A2, a directional element RE and a modulator MOD. The modulator MOD contains an amplifier AMP and a frequency modulator FMOD connected downstream of this.
Der Radarsensor RS kann, aber muß nicht, dem Radarsensor RS in Figur 2 entsprechen. Zur Übersichtlichkeit der Meßsituati- on ist die Antenne ANT des Radarsensors RS mit eingezeichnet.The radar sensor RS can, but need not, correspond to the radar sensor RS in FIG. 2. For clarity of the measurement situation, the antenna ANT of the radar sensor RS is also shown.
Das vom Radarsensor RS emittierte Radarsignal wird vom aktiven Reflektor AR mittels der Antenne A2 aufgenommen, über das Richtelement RE zum Verstärker AMP geleitet und von dort aus m den Frequenzmodulator FMOD. Das frequenzmodulierte und verstärkte Signal wird sodann m einen dritten Anschluß des Richtelementes RE eingespeist und danach über die Antenne A2 des aktiven Reflektors AR zurück zum Radarsensor RS gesendet.The radar signal emitted by the radar sensor RS is picked up by the active reflector AR by means of the antenna A2, passed via the directional element RE to the amplifier AMP and from there the frequency modulator FMOD. The frequency-modulated and amplified signal is then m a third connection of the Directional element RE fed and then sent back to the radar sensor RS via the antenna A2 of the active reflector AR.
In einer dem Radarsensor RS nachgeschalteten Filtereinheit FIL/DEM wird das empfangene Signal wieder gefiltert bzw. demoduliert und danach als Sensorsignal SES in eine Auswerteeinheit FFT eingegeben. Selbstverständlich können Filtereinheit FIL/DEM und Auswerteeinheit FFT auch in den Radarsensor RS integriert sein.The received signal is filtered or demodulated again in a filter unit FIL / DEM connected downstream of the radar sensor RS and then entered as a sensor signal SES in an evaluation unit FFT. Of course, filter unit FIL / DEM and evaluation unit FFT can also be integrated in the radar sensor RS.
In Figur 3a ist ein aktiver Reflektor AR aufgezeichnet, welcher eine Amplitudenmodulation erzeugt. Im Gegensatz zum aktiven Reflektor AR in Figur 1 fehlt hier der Frequenzmodula- tor MOD.FIG. 3a shows an active reflector AR which generates an amplitude modulation. In contrast to the active reflector AR in FIG. 1, the frequency modulator MOD is missing here.
Die Amplitudemmodulation wird erzeugt, indem der Verstärker AMP mit einem Modulationssignal MSIG mit einer Taktfrequenz fM geschaltet, das heißt hier: ein- und ausgeschaltet, wird. Die Taktfrequenz fM wird deutlich größer als die Meßfrequenz gewähl, hier: 100 kHz < fM ≤ 10 MHz. Durch diese im aktiven Reflektor AR durchgeführte Amplitudenmodulation tritt vorteilhafterweise im Spektrum des Sensorsignals SES das Nutzsignal als moduliertes Signal bei einer Modulationsfrequenz auf. Die Störsignale hingegen sind unmoduliert und treten im Basisband auf.The amplitude modulation is generated by switching the amplifier AMP with a modulation signal MSIG with a clock frequency fM, that is to say here: on and off. The clock frequency fM is chosen to be significantly higher than the measuring frequency, here: 100 kHz <fM ≤ 10 MHz. As a result of this amplitude modulation carried out in the active reflector AR, the useful signal advantageously occurs in the spectrum of the sensor signal SES as a modulated signal at a modulation frequency. The interference signals, however, are unmodulated and occur in the baseband.
Schon durch eine in der Filter- und/oder Demodulationseinheit FIL/DEM durchgef hrte einfache Hochpaß- oder Bandpaßfilterung mit anschließender Demodulation werden die Storsignale somit wirksam unterdrückt. Selbstverständlich ist die Demodulation auf die Modulation im aktiven Reflektor AR abgestimmt.The interference signals are thus effectively suppressed by simple high-pass or band-pass filtering in the filter and / or demodulation unit FIL / DEM with subsequent demodulation. The demodulation is of course matched to the modulation in the active reflector AR.
Bei einer Amplitudenmodulation ist es generell nicht notwendig, die Verstärkung des Signals lediglich zu variieren. Ebenso können zur Modulation Verstarkungsanderungen in analogen Schritten verwendet werden. Es kann bei der Amplitudenmodulation auch vorteilhaft sein, die Verstarkungsanderung nicht mit einem konstanten Taktver- haltnis durchzufuhren, sondern mit bestimmten pseudozufalli- gen Modulationssequenzen. Die bekannten Codesequenzen wie et- wa Barker-Codes, Schieberegister-Sequenzen (M-Sequenzen) , Go- lay-Codes, Gold-Codes oder Huffmann-Sequenzen können unter anderem hierzu verwendet werden.With amplitude modulation, it is generally not necessary to merely vary the amplification of the signal. Amplification changes in analog steps can also be used for modulation. In the case of amplitude modulation, it can also be advantageous not to carry out the amplification change with a constant clock ratio, but with certain pseudo-random modulation sequences. The known code sequences, such as Barker codes, shift register sequences (M sequences), Golay codes, Gold codes or Huffmann sequences, can be used for this purpose, among other things.
Bei einem gleichzeitigen Vorhandensein mehrerer aktiver Re- flektoren AR werden bevorzugt solche Sequenzen verwendet, die nicht oder nur sehr wenig korreliert sind, so daß durch eine Korrelation im Radarsensor RS eine Trennung und eindeutige Zuordnung der reflektierten Signale möglich ist.If a plurality of active reflectors AR are present at the same time, preference is given to using sequences which are not correlated or only very slightly correlated, so that a correlation in the radar sensor RS enables the reflected signals to be separated and clearly assigned.
Auch können mittels einer Kodierung der Pulsfolgen, z. B. der oben genannten Code-Sequenzen, Daten übertragen werden. Die Datenübertragung kann ebenfalls so geschehen, daß der Ver- starkertakt m seiner Frequenz umgeschaltet wird (hoch/tief) oder m seinem Taktverhaltnis .Also by coding the pulse sequences, for. B. the above-mentioned code sequences, data are transmitted. The data transmission can also take place in such a way that the amplifier clock is switched over in its frequency (high / low) or in its clock ratio.
In Figur 3b ist als Skizze ein weiterer aktiver Reflektor AR abgebildet. Dieser beinhaltet nun einen Mischerbaustein MIX, welcher das von der Richteinheit RE ausgegebene Signal mit einem Referenzsignal der Frequenz fR, das auch als Modulationsfrequenz bezeichnet werden kann, mischt und an den Verstarker AMP weiterleitet.A further active reflector AR is shown as a sketch in FIG. 3b. This now contains a mixer module MIX, which mixes the signal output by the directional unit RE with a reference signal of the frequency fR, which can also be referred to as the modulation frequency, and forwards it to the amplifier AMP.
Je nach Ausfuhrungsform des Mischerbausteins MIX handelt es sich um einen Einseitenbandmischer oder einen Zweiseitenband- mischer. Im Falle eines Einseitenbandmischers wird aas eintreffende Signal frequenzversetzt zum Radarsensor RS zurückgesandt und tritt im Spektrum des Sensorsignals SES mit einer Versatzfrequenz fR auf. Durch eine geeignete Bandpaßfilterung mit anschließender Demodulation können Storsignale unterdruckt werden. In diesem Ausfuhrungsbeispiel kann eine Datenübertragung zum Beispiel mittels einer Änderung der Modulationsfrequenz fR geschehen, was einer sog. FSK (frequency key shiftmg)- Modulierung entspricht.Depending on the design of the mixer module MIX, it is a single-side band mixer or a double-side band mixer. In the case of a single-sideband mixer, the incoming signal is sent back to the radar sensor RS with a frequency offset and occurs with an offset frequency fR in the spectrum of the sensor signal SES. Suitable bandpass filtering with subsequent demodulation can suppress interference signals. In this exemplary embodiment, data can be transmitted, for example, by changing the modulation frequency fR, which corresponds to a so-called FSK (frequency key shiftmg) modulation.
Figur 3c zeigt einen weiteren aktiven Reflektor AR. Dieser weist nun einen steuerbaren Phasenschieber PHS auf, der das eintreffende Signal bezüglich der Phase über ein Phasensignal PSIG, das auch als Modulationsfrequenz angesehen werden kann, ändert. Die Phase wird dabei nach bekannten Schemata (siehe z. B. Mausl . et al. ) .FIG. 3c shows a further active reflector AR. This now has a controllable phase shifter PHS, which changes the incoming signal with respect to the phase via a phase signal PSIG, which can also be viewed as a modulation frequency. The phase is based on known schemes (see, for example, Mausl. Et al.).
In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist zur Datenübertragung die aus der Kommunikationstechnik bekannte Phasenmodulation (pha- se key shiftmg) gunstig.In this exemplary embodiment, the phase modulation (phase key shift mg) known from communication technology is favorable for data transmission.
Figur 3d zeigt einen weiteren aktiven Reflektor AR, bei dem die Signale im aktiven Reflektor AR um einen definierten Zeitversatz im die Zeitverzogerung bestimmenden Laufzeitglied DEL verzögert werden, welches zwischen Richtelement RE und Verstarker AMP angebraccht ist. Es ist vorteilhaft, wenn das Laufzeitglied DEL mit einer oder mehreren Verzögerungsleitungen m Form eines Oberflachenwellen-Bauelementes (OFW) ausgeführt sind.FIG. 3d shows a further active reflector AR, in which the signals in the active reflector AR are delayed by a defined time offset in the delay element DEL, which determines the time delay, and which is connected between the directional element RE and the amplifier AMP. It is advantageous if the delay element DEL is designed with one or more delay lines in the form of a surface wave component (SAW).
Figur 4 zeigt ein Frequenzspektrum eines am Radarsensor empfangenen Signals als Auftragung einer Signalhohe in beleibi- gen Einheiten gegen eine Frequenz f m beliebigen Einheiten.FIG. 4 shows a frequency spectrum of a signal received at the radar sensor as a plot of a signal level in arbitrary units against a frequency f m of any units.
Das vom Radarsensor MS,RS ausgesendete Signal sei gegeben durchThe signal emitted by the radar sensor MS, RS is given by
Stx(t) = cos( (ω0 + 0,5μt) t) (1) ,Stx (t) = cos ((ω 0 + 0.5μt) t) (1),
wobei ω0 bzw. f0 die Modulations-Start-Frequenz ("Sweep- Start-Frequenz") und μ die Durchstimmrate ( "Sweep-Rate" ) dar- stellt. Das vom Radarsensor MS,RS empfangene Signal ist eine Summe mehrerer zeitverzögerter Abbildungen des ausgesandten Signals; allerdings ist nur die vom aktiven Reflektor AR ausgesandte Signalkomponente mit einer Frequenz ωm0d bzw. fmod mo- duliert. Dadurch ist das vom Radarsensor MS,RS empfangene Signal darstellbar alswhere ω 0 and f 0 represent the modulation start frequency ("sweep start frequency") and μ the tuning rate ("sweep rate") provides. The signal received by the radar sensor MS, RS is a sum of several time-delayed images of the transmitted signal; however, only the signal component emitted by the active reflector AR is modulated with a frequency ω m0 d or f mod . As a result, the signal received by the radar sensor MS, RS can be represented as
srx = stx (t-τr)- cos((ωmod-t + φm0) + ∑* stx (t-τn) (2)s rx = s tx (t-τ r ) - cos ((ω mod -t + φ m0 ) + ∑ * s tx (t-τ n ) (2)
mit τr der Laufzeit vom Radarsensor MS,RS zum aktiven Reflektor RS und zurück und τn der Laufzeit der anderen Objekte. Zur Einfachung werden Änderungen der Amplitudenhöhe nicht mitberücksichtigt . Ebenfalls zur Vereinfachung wird die mit rechteckförmige Amplitudenmodulation durch eine Cosinusmodu- lation (Frequenzmodulation) angenähert, höhere Terme werden also vernachlässigt. In der Praxis kann eine Unterdrückung höherer Terme mittels eines einfachen Bandpaßfilters durchgeführt werden.with τ r the transit time from the radar sensor MS, RS to the active reflector RS and back and τ n the transit time of the other objects. For simplicity, changes in the amplitude level are not taken into account. Also for simplification, the rectangular amplitude modulation is approximated by cosine modulation (frequency modulation), so higher terms are neglected. In practice, higher terms can be suppressed using a simple bandpass filter.
Der Radarempfänger EMIX multipliziert die vom RadargerätThe radar receiver EMIX multiplies that from the radar device
MS,RS ausgestrahlten und empfangenen Signale, was zu einem überlagerten SignalMS, RS broadcast and received signals, resulting in a superimposed signal
Sm(t)= cos(ωd*t + μ-τr-t + ω0r) + cos (ωmod-t + μ-τr-t + ω0r) + (3)S m (t) = cos (ω d * t + μ-τ r -t + ω 0r ) + cos (ω mod -t + μ-τ r -t + ω 0r ) + ( 3)
∑π cos (ω0n + μ-τn-t)∑π cos (ω 0n + μ-τ n -t)
führt. Höhere Frequenzanteile und Phasenterme, welche für die Abstandsmessung nicht von Bedeutung sind, sind hierbei ver- nachlässigt.leads. Higher frequency components and phase terms, which are not important for distance measurement, are neglected here.
Die zwei Spektralkomponenten mcl,mc2 des aktiven Reflektors AR sind um die Modulationsfrequenz fmod herum zentriert, während die anderen Signale im Basisband ("Baseband") angesie- delt sind. Falls also die Modulationsfrequenz fmo und dieThe two spectral components mcl, mc2 of the active reflector AR are centered around the modulation frequency f mod , while the other signals are located in the baseband ("baseband"). So if the modulation frequency f mo and the
Sweep-Rate μ geeignet gewählt sind, kann das gewünschte, vom aktiven Reflektor AR ausgestrahlte Signal klar von den Störsignalen getrennt werden.Sweep rate μ are chosen appropriately, the desired, from active reflector AR, the signal emitted can be clearly separated from the interference signals.
In dieser Figur ist dazu ein typisches Spektrum von Empfangs- Signalen aufgetragen, bei der die Frequenzanteile gemäß Gl . (3) aufgetragen sind.For this purpose, a typical spectrum of received signals is plotted in this figure, in which the frequency components according to Eq. (3) are plotted.
Aus einer Betrachtung der zwei durch den aktiven Reflektor AR verursachten Spektrallinien ml,mc2 ergibt sich ein Abstand dr zwischen Radarempfänger MS,RS und aktivem Reflektor AR nach From a consideration of the two spectral lines ml, mc2 caused by the active reflector AR, there is a distance dr between the radar receiver MS, RS and the active reflector AR
Δf = μ-τr / π → dr = c-τ r = π-c-Δf / (2-μ) (4)Δf = μ-τ r / π → dr = c-τ r = π-c-Δf / (2-μ) (4)
Δφ *= 4 π f0 τr → dr = c-Δφ / (8-π-f0) (5),Δφ * = 4 π f 0 τ r → dr = c-Δφ / (8-π-f 0 ) (5),
mit Δf der Frequenzdifferenz und Δφ der Phasendifferenz. Aufgrund der Periodizität der Phase kann die Phasendifferenz Δφ aus Gl . (5) nicht zur Messung eines absoluten Abstands dr verwendet werden, sie ist aber sehr nützlich zur präzisen Bestimmung einer Abstandsanderung. Es ist sinnvoll, die absolu- te Distanz dr aus Gleichung (4) zu bestimmen, und eine Verfeinerung der Messung mit Hilfe von Gl . (5) vorzunehmen.with Δf the frequency difference and Δφ the phase difference. Due to the periodicity of the phase, the phase difference Δφ from Eq. (5) cannot be used to measure an absolute distance dr, but it is very useful for precisely determining a change in distance. It makes sense to determine the absolute distance dr from equation (4) and to refine the measurement using Eq. (5).
Bei dieser Methode wird also statt einer Absolutmessung von Frequenz oder Phase eine Differenzmessung Δf bzw. Δφ durchge- führt, welche aus den zwei einander angrenzenden Modulationskomponenten mcl,mc2 gewonnen wird. Dadurch sind die aus den Gl . (4) und (5) gewonnenen Werte nicht von der Modulationsfrequenz fmθd abhängig. Somit ist auch bei einer Drift der Modulationsfrequenz fmod eine sehr präzise Messung möglich.In this method, instead of an absolute measurement of frequency or phase, a difference measurement .DELTA.f or .DELTA..phi. Is carried out, which is obtained from the two adjacent modulation components mcl, mc2. This means that from Eq. (4) and (5) values do not depend on the modulation frequency f mθd . A very precise measurement is therefore possible even when the modulation frequency fmod drifts.
Eine Meßungenauigkeit kann durch eine sich ändernde Zeitverzögerung des Laufzeitglieds DEL verursacht sein, die z. B. durch eine Temperaturänderung eines OFWs hervorgerufen wird.A measurement inaccuracy can be caused by a changing time delay of the delay element DEL, z. B. is caused by a temperature change of an SAW.
Bei einem OFW ist die Verzögerungszeit proportional zur Modulationsfrequenz f so daß eine sich ändernde Zeitverzögerung erkennbar und kompensierbar ist durch eine Überwachung der Modulationfrequenz fmod. Die Modulationsfrequenz fmod, die dem Mittel der beiden vom aktiven Reflektor AR reflektierten Frequenzkomponenten entspricht, kann über viele Meßzyklen sehr präzise vermessen werden. In a SAW, the delay time is proportional to the modulation frequency f so that a changing time delay can be recognized and compensated for by monitoring the modulation frequency f mod . The modulation frequency f mod , which corresponds to the average of the two frequency components reflected by the active reflector AR, can be measured very precisely over many measurement cycles.

Claims

Patentanspr che Claims
1. Verfahren zur Messung eines Abstands, bei dem mittels eines CW-Mikrowellensensors (MS) ein Abstand zu min- destens einem Meßobjekt (MO) gemessen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß an dem mindestens einen Meßobjekt (MO) mindestens ein aktiver Reflektor (AR) befestigt ist, welcher ein vom CW- Mikrowellensensor (MS,RS) ausgesandtes Signal empfangt, modu- liert und danach abstrahlt.1. A method for measuring a distance, in which a distance to at least one measurement object (MO) is measured by means of a CW microwave sensor (MS), characterized in that at least one active reflector (AR) is connected to the at least one measurement object (MO) ) is attached, which receives a signal emitted by the CW microwave sensor (MS, RS), modulates it and then emits it.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem2. The method according to claim 1, wherein
- das vom CW-Mikrowellensensor (MS,RS) ausgesandte Signal vom aktiven Reflektor (AR) mittels einer Reflektor-Antenne (A2) empfangen wird,the signal emitted by the CW microwave sensor (MS, RS) is received by the active reflector (AR) by means of a reflector antenna (A2),
- über ein Richtelement (RE) zu einem Modulator (MOD) geleitet und von diesem moduliert wird,is directed via a directional element (RE) to a modulator (MOD) and is modulated by the latter,
- auf einen dritten Anschluß des Richtelementes (RE) gegeben wird, - über die Reflektor-Antenne (A2) abgestrahlt wird.- Is given to a third connection of the directional element (RE), - is emitted via the reflector antenna (A2).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das vom CW-Mikrowellensensor (MS,RS) empfangene Signal entsprechend der Modulation des aktiven Reflektors (AR) demodu- liert wird.3. The method according to claim 1 or 2, in which the signal received by the CW microwave sensor (MS, RS) is demodulated in accordance with the modulation of the active reflector (AR).
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem4. The method according to claim 3, wherein
- mehrere Meßobjekte (MO) mit jeweils mindestens einem aktiven Reflektor (AR) ausgestattet sind, wobei der mindestens eine aktive Reflektor (AR) ein von ihm empfangenes Signal m charakteristischer Weise moduliert, und- Several measurement objects (MO) are each equipped with at least one active reflector (AR), the at least one active reflector (AR) modulating a signal m that it receives in a characteristic manner, and
- der CW-Mikrowellensensor (MS,RS) das von ihm empfangene Signal entsprechend der Modulation der aktiven Reflektoren (AR) demoduliert und getrennt auswertet. - The CW microwave sensor (MS, RS) demodulates the signal it receives in accordance with the modulation of the active reflectors (AR) and evaluates it separately.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für einen Übertragungsweg zwischen CW-Mikrowellensensor (MS,RS) und aktivem Reflektor (AR) ein Wert für einen Abstand (dr) und/oder eine Änderung des Abstands (dr) bestimmt wird, indem zwischen dem vom CW-Mikrowellensensor (MS,RS) ausgesandten Signal und dem vom CW-Mikrowellensensor (MS,RS) empfangenen Signal eine Phasendifferenz und/oder eine zeitliche Änderung der Phasendifferenz ausgewertet wird.5. The method as claimed in claim 1, in which a value for a distance (dr) and / or a change in the distance (dr) is determined for a transmission path between the CW microwave sensor (MS, RS) and the active reflector (AR), by evaluating a phase difference and / or a temporal change in the phase difference between the signal emitted by the CW microwave sensor (MS, RS) and the signal received by the CW microwave sensor (MS, RS).
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein Abstand dr gemäß einer Gleichung dr = π-c-Δf / (2-μ) und eine Änderung des Abstands (dr) aufbauend auf einer Gleichung dr = c-Δφ / (8-π-f0) bestimmt wird.6. The method of claim 5, wherein a distance dr according to an equation dr = π-c-Δf / (2-μ) and a change in the distance (dr) based on an equation dr = c-Δφ / (8-π -f 0 ) is determined.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zwischen CW- Mikrowellensensor (MS,RS) und aktivem Reflektor (AR) mindestens zwei Entfernungswerte über unterschiedliche Übertragungswege bestimmt werden und diese Entfernungswerte mit Hilfe von geometrischen Gleichungen kombiniert werden, und so die räumliche Position des Meßobjekts (MO) bestimmt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, in which between CW microwave sensor (MS, RS) and active reflector (AR) at least two distance values are determined via different transmission paths and these distance values are combined using geometric equations, and so the spatial position of the measurement object (MO) is determined.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem8. The method according to any one of claims 2 to 7, in which
- das vom aktiven Reflektor empfangene Signal amplitudenmoduliert wird, indem der Verstärker (AMP) mit einem Modula- tionssignal mit einer Taktfrequenz fM geschaltet wird, und - das im CW-Mikrowellensensor (MS,RS) empfangene Signal mittels einer Hochpaßfilterung oder einer Bandpaßfilterung gefiltert und anschließend demoduliert wird.- The signal received by the active reflector is amplitude modulated by switching the amplifier (AMP) with a modulation signal with a clock frequency fM, and - the signal received in the CW microwave sensor (MS, RS) is filtered by means of high-pass filtering or bandpass filtering and is then demodulated.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem als Modulationssignal ein digitales Taktsignal mit einer9. The method according to claim 8, in which a digital clock signal with a modulation signal
Taktfrequenz fM zwischen 100 KHz und 10 MHz verwendet wird. Clock frequency fM between 100 kHz and 10 MHz is used.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die Taktfrequenz durch Barker-Codes, Schieberegister- Sequenzen, Golay-Codes, Gold-Codes oder Huffmann-Sequenzen bestimmt wird.10. The method according to any one of claims 8 or 9, wherein the clock frequency is determined by Barker codes, shift register sequences, Golay codes, Gold codes or Huffmann sequences.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei dem11. The method according to any one of claims 2 to 10, in which
- das vom aktiven Reflektor (AR) empfangene Signal m einen Mischerbaustein (MIX) eingeleitet wird, und m diesem mit einem Referenzsignal der Frequenz fR frequenzversetzt wird,the signal received by the active reflector (AR) is introduced into a mixer module (MIX), and m is frequency-offset with a reference signal of frequency fR,
- das vom CW-Mikrowellensensor (MS,RS) empfangene Signal mittels einer Bandpaßfilterung gefiltert und anschließend demoduliert wird.- The signal received by the CW microwave sensor (MS, RS) is filtered by means of bandpass filtering and then demodulated.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei dem12. The method according to any one of claims 2 to 11, in which
- das Signal im aktiven Reflektor (AR) in einen Phasenschieber (PHS) eingeleitet wird, und in diesem frequenzversetzt wird,the signal in the active reflector (AR) is introduced into a phase shifter (PHS) and is frequency-shifted in this,
- das im CW-Mikrowellensensor (MS) empfangene Signal mittels einer Bandpaßfllterung gefiltert und anschließend demoduliert wird.- The signal received in the CW microwave sensor (MS) is filtered by means of a bandpass filter and then demodulated.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Signal im aktiven Reflektor (AR) in ein Laufzeitglied (DEL) eingeleitet wird, das im CW-Mikrowellensensor (MS,RS) empfangene Signal mittels einer Bandpaßfilterung gefiltert und anschließend demoduliert wird.13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the signal in the active reflector (AR) is introduced into a delay element (DEL), the signal received in the CW microwave sensor (MS, RS) is filtered by means of a bandpass filtering and then demodulated.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem als Laufzeitglied (DEL) ein Oberflachenwellen-Bauelement eingesetzt wird.14. The method according to claim 13, in which a surface wave component is used as the delay element (DEL).
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als CW-Mikrowellensensor (MS) ein FMCW-Radar (RS) verwen- det wird. 15. The method according to any one of the preceding claims, in which an FMCW radar (RS) is used as the CW microwave sensor (MS).
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vom aktiven Reflektor (AR) gesendeten Signale so moduliert sind, daß durch eine folgende Demodulation Daten übertragen werden.16. The method according to any one of the preceding claims, in which the signals transmitted by the active reflector (AR) are modulated such that data are transmitted by a subsequent demodulation.
17. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
Figure imgf000027_0001
17. Application of the method according to one of claims 1 to
Figure imgf000027_0001
- mindestens zwei CW-Mikrowellensensoren (MS) an unterschiedlichen Positionen vorhanden sind, mittels denen je- weils der Abstand zum dem mit einem Meßobjekt (MO) , insbesondere einem autonomen Fahrzeug oder einem Transportbe- haltnis, verbundenen aktiven Reflektor (AR) gemessen wird, undat least two CW microwave sensors (MS) are present at different positions, by means of which the distance to the active reflector (AR) connected to a test object (MO), in particular an autonomous vehicle or a transport condition, is measured, and
- durch eine Kombination der Abstands-Meßwerte die Position des autonomen Fahrzeuges bestimmt wird.- The position of the autonomous vehicle is determined by a combination of the measured distance values.
18. Anwendung nach Anspruch 17, bei der an dem Meßobjekt (MO) mehrere aktive Reflektoren (AR) vorhanden sind, so daß die Lage des Meßobjekts (MO) im Raum durch Auswertung der Lage der mehreren aktiven Reflektoren (AR) bestimmt wird.18. Application according to claim 17, in which a plurality of active reflectors (AR) are present on the measurement object (MO), so that the position of the measurement object (MO) in space is determined by evaluating the position of the plurality of active reflectors (AR).
19. Aktiver Reflektor, aufweisend19. Active reflector, having
- eine Antenne (A2) , welche mit einem Richtelement (RE) ver- bunden ist,an antenna (A2) which is connected to a directional element (RE),
- einen Modulator (MOD) , welcher zwischen einem Ausgang und einem dritten Anschluß des Richtelementes (RE) angebracht- A modulator (MOD), which is attached between an output and a third connection of the directional element (RE)
so daß ein von der Reflektor-Antenne (A2) empfangenes Signal mittels des Modulators (MOD) modulierbar ist und danach über die Reflektor-Antenne (A2) abstrahlbar ist.so that a signal received by the reflector antenna (A2) can be modulated by means of the modulator (MOD) and can then be emitted via the reflector antenna (A2).
20. Aktiver Reflektor nach Anspruch 19, bei dem der Modulator (MOD) einen Verstarker (AMP) enthalt. 20. Active reflector according to claim 19, wherein the modulator (MOD) contains an amplifier (AMP).
21. Aktiver Reflektor nach einem der Ansprüche 19 oder 20, bei dem der Modulator (MOD) einen Frequenzmodulator (FMOD) enthalt.21. Active reflector according to one of claims 19 or 20, wherein the modulator (MOD) contains a frequency modulator (FMOD).
22. Aktiver Reflektor nach Anspruch 21, bei dem der Frequenzmodulator (FMOD) ein Mischerbaustein (MIX) ist ist, mittels dessen das m ihn eingespeiste Signal mit einem Referenzsignal der Frequenz fR frequenzversetzbar ist.22. Active reflector according to claim 21, in which the frequency modulator (FMOD) is a mixer module (MIX) by means of which the signal fed to it can be frequency-shifted with a reference signal of the frequency fR.
23. Aktiver Reflektor nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem zwischen Richtelement (RE) und Verstarker (AMP) ein Phasenschieber (PHS) vorhanden ist.23. Active reflector according to one of claims 20 to 22, in which a phase shifter (PHS) is present between the directional element (RE) and the amplifier (AMP).
24. Aktiver Reflektor nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem zwischen einem Ausgang und einem dritten Anschluß des24. Active reflector according to one of claims 19 to 23, in which between an output and a third terminal of the
Richtelementes (RE) ein Laufzeitglied (DEL) vorhanden ist.Straightening element (RE) a delay element (DEL) is present.
25. Aktiver Reflektor nach Anspruch 24, bei dem das Laufzeitglied (DEL) mittels eines oder mehrerer Ober- flachenbauelemente realisiert ist, welche auf einem Substrat aufgebracht sind, und auf dem gleichen Substrat eine Resonatorstruktur zur Erzeugung eines Modulationssignals (MSIG, fR, PSIG) aufgebracht ist. 25. Active reflector according to claim 24, in which the delay element (DEL) is realized by means of one or more surface components which are applied to a substrate, and on the same substrate a resonator structure for generating a modulation signal (MSIG, fR, PSIG) is applied.
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