WO2013050597A1 - Verfahren zur winkelbestimmung beweglicher bauteile und vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur winkelbestimmung beweglicher bauteile und vorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2013050597A1
WO2013050597A1 PCT/EP2012/069863 EP2012069863W WO2013050597A1 WO 2013050597 A1 WO2013050597 A1 WO 2013050597A1 EP 2012069863 W EP2012069863 W EP 2012069863W WO 2013050597 A1 WO2013050597 A1 WO 2013050597A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radar
component
arrangement
targets
signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/069863
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg HÜTTNER
Andreas Ziroff
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP12773290.7A priority Critical patent/EP2745139A1/de
Priority to CN201280049473.XA priority patent/CN103842843B/zh
Priority to US14/350,315 priority patent/US9612321B2/en
Publication of WO2013050597A1 publication Critical patent/WO2013050597A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/75—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors
    • G01S13/751—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/75—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors
    • G01S13/751—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal
    • G01S13/753—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal using frequency selective elements, e.g. resonator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/75—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors
    • G01S13/751—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal
    • G01S13/755—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal using delay lines, e.g. acoustic delay lines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G01S13/874—Combination of several systems for attitude determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/024—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects
    • G01S7/025—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects involving the transmission of linearly polarised waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G01S7/4026—Antenna boresight
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G01S7/4026—Antenna boresight
    • G01S7/403—Antenna boresight in azimuth, i.e. in the horizontal plane
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G01S7/4026—Antenna boresight
    • G01S7/4034—Antenna boresight in elevation, i.e. in the vertical plane

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the angle of movable components and a device.
  • This object is achieved by a method having the features specified in claim 1 and described in the following description, with an arrangement having the features specified in claim 3 and with arrangements described in the following description, and with a device and a system with the solved in claim 16 specified characteristics.
  • Preferred embodiments of the invention are set forth in the appended subclaims and the description below.
  • the first and second components are components of a system.
  • this angle is the relative angle of rotation with each other rotatable first and second component.
  • a radar sensor the at least two each with the first component bewe ⁇ coupled coupled and in particular spatially spaced leh spaced channels, and at least two each with the second component motion coupled and arranged, in particular spatially spaced, encoding radar targets used.
  • a signal is sent to at least one of the radar targets by means of one of the at least two channels of the radar sensor.
  • each one of the at least two coded signals each by means of one or more channels of the radar sensor are received, and wherein the temporal Be, ⁇ drawing between at least two of the received coded signals determined and used to determine the angle.
  • the temporal relationship between at least two coded signals in the sense of this application is to be understood in particular as meaning the time sequence and / or a mutually relative time offset of the coded signals.
  • each transmitting and receiving unit of the radar sensor ⁇ in particular one of several each designed both as a transmitting and as a receiving antenna antennas of the radar sensor, understood.
  • the inventive arrangement has a first component and a relative to the first movable second component.
  • the arrangement includes a radar sensor having at least two per ⁇ wells arranged coupled for movement with the first member and mutually spaced apart channels and at least two motion-coupled with the second component arranged and mutually spaced apart len coding Radarzie-.
  • the arrangement of the invention comprises at least one evaluation device, which is designed to iden ⁇ development of temporal relationship between at least two encoding ten signals.
  • the evaluation device is preferably designed for preceding explicit or implicit separation of at least the coded signals, in particular by means of the MUSIC and / or ESPRIT method.
  • the inventive step lies in the possibility of ge ⁇ nauen determining the temporal relationship between the coded signals, in particular in the possibility of phase determinations in a series of radar targets in connection with the possibility of accurate angle determinations on the basis of this temporal relationship, and in particular on the basis of to perform phase information.
  • An important advantage of this approach is the separability of the radar signals. goals and thus the possibility of an accurate and robust determination of the angle. Further, advantageously a ⁇ angle determination on the basis of very little power or even free power-operated systems, especially little power or even power-operated free radar targets, are made. Another advantage is the availability very kos ⁇ -effectively fertigbarer devices / components.
  • the radar targets used can be used produced in very high numbers and thus give very high robustness and accuracy in the system.
  • This advantage results, for example, from a preferred use according to the invention of SAW-based radar targets (SAW: surface acoustic wave, in particular in the case of surface-wave components). Even when using the reflection amplitude modulating components, a very cost-effective production can be achieved.
  • SAW surface acoustic wave
  • a further advantage results from the usability of radio technologies in comparison to optical angle measuring methods and results in the very high achievable robustness, which is particularly expedient in the harsh industrial environment.
  • Another advantage results from the possibility ei ⁇ ner two-dimensional angle determination.
  • ⁇ tions of the radar system can be arranged in a two-dimensional distribution.
  • Advantages of the different usable radar target types result from the resulting degrees of freedom in component and frequency selection for the optimal solution of the user problem.
  • electrical resonators these can also be components to be manufactured mechanically.
  • the radar targets have simple electronic circuits. As a result, the applicability of the invention can be significantly widened.
  • the radar sensor is preferably capable of signals from ⁇ be voted directions selectively to receive and to determine this direction.
  • the radar sensor is designed such that within the Systems are taken into account only those signal components that come from meaningful directions of reception while the signals arriving from inappropriate directions are suppressed. This has a particularly advantageous effect if the radar sensor is to be operated in an environment in which
  • Multipath propagation of the high-frequency signals occurs.
  • the reasonable restriction of the reception angle then has a very positive effect on the robustness compared with multipath propagation.
  • the angle measurement on the basis ei ⁇ nes multi-channel radar sensor in conjunction with special, the radar sensor in a specific way to recognize radar targets, allows.
  • This specific manner of "giving-to-give” is referred to in this application as "coding”.
  • the radar sensor is a multi-channel radar sensor whose antennas radiate in a linear arrangement in parts of a half-space inside.
  • the radar targets are arranged linearly in a preferred development of the invention and are also useful domestic nerrenz this half-space disposed so that they are visible to the Ra ⁇ darsensor.
  • the signals received on channel k (the channel number k numbering the channels along a spatial order, such as one direction) from radar target j (radar target number j numbers the radar targets along a spatial order, such as one direction) are different in the first place Signal phase received from on the channel k + 1 from the radar target j
  • the signal phase is proportional to the propagation time through the wave number and therefore the difference of the phases between the channels k and k + 1 is a measure of the difference in the Running paths of the signals and thus a measure, which relies on Be ⁇ mood of the angle between the arrangement of the channels of the radar sensor and the arrangement of the radar targets load.
  • FSCW radars or Doppler radars are also possible.
  • the optimal selection of the radar concept will also depend on the type of radar target and should be adapted to this.
  • the arrangement of the antennas of the radar sensor and the Anord ⁇ voltage of radar targets need not necessarily be equidistantly take place on a line, but can be generalized to any configuration. In this case, measurement and algorithms must be adjusted accordingly.
  • the coding of the radar targets may, for example, consist in an amplitude-modulated or phase-modulated reflectivity of the radar target. Such modulations of reflectivity are very easy to implement by so-called base-point-modulated antennas.
  • the coding of the various radar targets is then obtained for example by suitably chosen different Modu ⁇ lationsfrequenzen.
  • the coding of the signals by means of radar targets can also be achieved by so-called surface acoustic wave devices which ⁇ struggled with the received signal with a time delay characteristic retransmit.
  • This characteristic time-delayed sets can, if properly selected, are also allocated in suffi ⁇ accordingly good way each radar targets.
  • Another possible coding form is the selective switching on and off of individual radar targets. This possibility is a preferred embodiment of the previously described amplitude modulation.
  • radar targets which include a resonant component.
  • these resonances can occur spectrally very narrow band, and are also very well detected in this manner, when there for ⁇ A set coming resonant frequencies sufficiently large distance from each other.
  • Another way of coding is to elekt ⁇ ronisch mediated transmission of a digital or analog response signal in response to a received signal.
  • An example of this is the use of RFID tags as radar targets .
  • Another possibility is to apply environmental influences occurring at the position of the radar targets in a suitable manner to the signal properties of the signal reflected by the radar target. Such environmental influences can be, for example, temperature fluctuations or pressure fluctuations. If these environmental influences act on the radar targets in an uncorrelated manner and thus also change the reflection properties of the radar targets in an uncorrelated manner, it is also possible to separate the radar targets over time using this statistical reflection curve and to use them for an angle measurement.
  • a determination of the angle ⁇ on the side of the radar targets is also possible under certain conditions. It is expedient to know the phase relationship between the received and retransmitted signal of the radar targets. If these are known, the phases of the signal measured between channel j and radar target k and of the signal measured between channel j and radar target k + 1 can be compared. These then carry in case ß + 0 an additional, angle-dependent phase shift, from which the angle ß can be determined.
  • Challenging in this way of comparing the phases of the radar targets is in many cases the knowledge of the exact reflection phases of the radar targets. Depending on the application, this may not always be known a priori.
  • a sufficiently good estimate of the reflection phases of the radar targets involved can be made possible in many cases by means of suitable calibration algorithms (eg measurement of the radar signal at zero angle and possibly further angular positions).
  • the channels of the radar sensor can be designed in such a way that it is possible to transmit a signal with channel t and to receive it again on another channel r. As a result, the number of measured data increases significantly and, if suitable signal processing is used, the data evaluation may possibly be much more robust and / or more accurate.
  • a distance measurement can be performed with high accuracy. This can ⁇ example, the duration of the received signals from the radar sensor can be measured.
  • the methods to be used to determine a distance are known and will not be detailed here.
  • Fig. 1 shows an inventive arrangement of a first
  • Fig. 3 shows the time dependence of the transmission and reception ⁇ frequency of the radar sensor and radar targets acc.
  • Fig. 1 in a schematic diagram
  • Fig. 4 shows a mixed spectrum of the radar sensor of the arrangement gem.
  • Fig. 1 in a schematic diagram.
  • the illustrated in Fig. 1 arrangement of the invention comprises a first component 10 and a relative thereto movable two ⁇ th component 20 of an inventive system 1.
  • the first 10 and second component 20 relative to the imaginary connecting line between the first component 10 and second Component 20 each rotatably arranged (in non-specifically illustrated embodiments, which otherwise correspond to the illustrated embodiment, the first component 10 is rotatably disposed while the second member 20 is rotatably positioned or it is the second member 20 rotatably disposed, while the first
  • the first and second components may in additional embodiments also be translationally movable relative to each other).
  • a multi-channel radar sensor 30 with m channels, ie with m sensor antennas 40, which are each designed both as a transmitting and as a receiving antenna, ⁇ ordered (the m sensor antennas are in Fig. 1 each with channel numbers k numbered from 1 to m).
  • the sensor m antennas 40 are arranged with their respective channel numbers aufnismfol ⁇ quietly equidistantly on a straight line (in non-egg ⁇ gens illustrated embodiments, the m sensor antennas 40 may be arranged as a two-dimensional array) ,
  • the radar targets 60 in FIG. 1 are numbered according to their succession with radar target numbers j (in non-illustrated exemplary embodiments, the radar targets 60 can also be arranged as a two-dimensional array on the second component 20).
  • the radar targets 60 each include as shown in FIG fußticianmodultechnisches 70.
  • the antennas 70 fuß gleichmodul are amplitude modulated in the illustrated embodiment (not specifically illustrated in exporting ⁇ approximately examples, the antennas 70 are phase-modulated).
  • the base-point-modulated antennas 70 code the respective response signals RX.
  • the multi-channel radar sensor 30 will now send via its m sensor antennas 40 radar signals TX in the type of frequency-modulated continuous-wave signals (FMCW) to the n radar targets 60.
  • the n radar targets 60 receive the radar signals TX and send represents ⁇ aufhin again response signals RX from.
  • the m sensor antennas 40 of the multi-channel radar sensor 30 in turn receive the response signals RX emitted by the n radar targets 60.
  • the k-th sensor antenna 40 of the multichannel radar sensor 30 receives a response signal of the j-th radar target 60 and, on the other hand, the k + l-th sensor antenna 40 also receives a response signal of the j-th radar target 60
  • the response signals of the individual radar targets 60 can each be separated in the multichannel radar sensor 30.
  • K-th sensor antenna 40 and k + l-th sensor ⁇ antenna 40 receive the respective response signal of the j-th radar target with a phase shift ⁇ (Fig. 2).
  • response signals is determined from the total of m * n receive ⁇ NEN individual response signals, the angle ⁇ of the connecting line between the first component 10 and second component 20 ge ⁇ geninate a zero angle relative to the first component 10, ie against a zero orientation of the first component 10, determined.
  • the separation of the respective received response signals is implicitly determined as "MUSIC” or by means of the known as the "ESPRIT” Algo ⁇ algorithm by means of the.
  • the angle ⁇ of the common connecting line between the first component 10 and the second component 20 relative to a zero angle relative to the second component 20 is determined.
  • the knowledge of the phase relationship between the radar target TX received by the radar target 60 and the retransmitted response signal RX is used.
  • the response signal RX measured between the current channel and the k-th radar target as well as the response signal RX measured between the j-th channel and the k + l-th radar target are compared.
  • These response signals RX carry in case ß ⁇ 0 also a phase shift ⁇ . 2 From this phase shift ⁇ 2, the angle can ß the common connection line Zvi ⁇ 's first 10 and second component 20 relative to a zero angle determined relative to the second component 20th
  • the frequency of the radar signals TX emitted by the multichannel radar sensor 30 is temporally changed in the manner of a (linear representation) sawtooth-like profile, ie the frequency f of the channels of the multichannel radar sensor 30 is piecewise changed in the manner of a temporal ramp linear over time t, such as Darge ⁇ provides means in the frequency versus time t ascending ramps (Fig. 3).
  • the response signals RX are received at a given time with respect to the currently sent from the multi-channel radar sensor 30 radar signals TX, each with an amount df reduced frequency f.
  • the Amplitudenmodu ⁇ lation of the signals received by the radar targets radar signal TX is accomplished by the selective switching on and off of individual radar targets 60th The switching on and off takes place in this case with a specific for the respective radar target 60 switching frequency fb (see also Fig. 4). In this way, separation of the respective radar signals TX and re-transmitted response signals RX received from a single radar target 60 can be spectrally performed in a known manner. In the illustrated in Fig.
  • the coding of the response signals RX can be given via different polarization directions of the response signals RX.
  • radar targets can be used which have a resonant component with very high quality factors and, correspondingly, narrow-band resonant frequencies. The resonant frequencies are spaced sufficiently spectrally apart for accurate detection.
  • a white ⁇ tere realization of radar targets is by means of SAW-based (SAW: Surface Acoustic Wave, surface acoustic wave) radar targets possible.
  • multi-channel radar sensors can also be used which operate by means of pulse radar, FSCW radar or as Doppler radar.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Bei dem Verfahren zur Bestimmung des Winkels (α+β) zwischen einem ersten Bauteil (10) und einem relativ zum ersten Bauteil beweglichen zweiten Bauteil (20), insbesondere einer das erste (10) und das zweite Bauteil (20) umfassenden Anlage, wird ein Radarsensor (30) genutzt, der zumindest zwei jeweils mit dem ersten Bauteil bewegungsgekoppelt angeordnete und voneinander räumlich beabstandete Kanäle (40) aufweist, und es werden zumindest zwei jeweils mit dem zweiten Bauteil (20) bewegungsgekoppelt angeordnete und voneinander räumlich beabstandete codierende Radarziele (60) genutzt, wobei bei dem Verfahren mittels je einem der zumindest zwei Kanäle (40) des Radarsensors ein Signal (TX) an je eines der Radarziele (60) gesendet wird, wobei mittels der Radarziele (60) jeweils bei oder nach Empfang eines solchen Signals (TX) zumindest ein codiertes Signal (RX) gesendet wird, wobei je eines der zumindest zwei codierten Signale (RX) mittels je eines oder mehrerer Kanäle (40) des Radarsensors empfangen werden, und wobei die zeitlichen Beziehung zwischen zumindest zwei der empfangenen codierten Signale (RX) ermittelt und zur Bestimmung des Winkels (α+β) herangezogen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Winkelbestimmung beweglicher Bauteile und Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Winkelbestimmung beweglicher Bauteile und eine Vorrichtung.
Regelmäßig ist es erforderlich, bei Vorrichtungen oder Anla- gen mit zueinander beweglichen Bauteilen relative Lage- oder Winkelinformationen zwischen diesen beweglichen Bauteilen zu gewinnen. Beispielsweise ist es in Zügen von Interesse, die Winkelstellung der die Achsen tragenden Drehgestelle relativ zum Wagenkasten zu ermitteln.
Es sind Verfahren zur Winkelbestimmung mithilfe von Drehgebern bekannt, die auf optischen Verfahren beruhen. Ebenfalls bekannt sind Verfahren, die elektrische Widerstandsschichten verwenden, um die winkelproportionale Länge eines abgegriffe- nen Kreisbogens bestimmen. Aus der Militärtechnik sind träg- heitsbasierte Winkelbestimmungsverfahren bekannt. Allerdings sind diese Verfahren im rauen Industrieumfeld nur stark be¬ schränkt anwendbar. Viele der Verfahren lassen sich nicht in ausreichendem Maße in schmutzigen, feuchten und stark vibrie- renden Umgebungen anwenden. Häufig fehlt auch die konstruktive Möglichkeit, entsprechende Winkelbestimmungssensorik anzu¬ bringen .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung des Winkels zwischen einem ersten Bauteil und einem relativ zum ersten Bauteil beweglichen zweiten Bauteil bereitzustellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anordnung um¬ fassend ein erstes und ein relativ zum ersten bewegliches zweites Bauteil sowie eine Vorrichtung und eine Anlage be¬ reitzustellen, bei welchen jeweils das Verfahren zur Bestimmung des Winkels verbessert durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit in der nachfolgenden Beschreibung beschriebenen Verfahren, mit einer Anordnung mit den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen sowie mit in der nachfolgenden Beschreibung beschriebenen Anordnungen, sowie mit einer Vorrichtung und einer Anlage mit den in Anspruch 16 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bestimmung des Win¬ kels zwischen einem ersten Bauteil und einem relativ zum ersten Bauteil beweglichen, insbesondere drehbeweglichen, zweiten Bauteil. Insbesondere sind erstes und zweites Bauteil Bauteile einer Anlage. Zweckmäßig ist dabei dieser Winkel der relative Drehwinkel bei gegeneinander drehbeweglichem erstem und zweitem Bauteil. Bei dem Verfahren werden ein Radarsensor, der zumindest zwei jeweils mit dem ersten Bauteil bewe¬ gungsgekoppelt angeordnete und insbesondere voneinander räum- lieh beabstandete Kanäle aufweist, und zumindest zwei jeweils mit dem zweiten Bauteil bewegungsgekoppelt angeordnete und, insbesondere voneinander räumlich beabstandete, codierende Radarziele genutzt. Bei dem Verfahren wird mittels je eines der zumindest zwei Kanäle des Radarsensors ein Signal an je zumindest eines der Radarziele gesendet. Mittels je eines dieser, vorzugsweise verschiedenen, Radarziele wird jeweils bei oder nach Empfang eines solchen Signals zumindest ein co¬ diertes Signal gesendet, wobei je eines der zumindest zwei codierten Signale mittels je eines oder mehrerer Kanäle des Radarsensors empfangen werden, und wobei die zeitlichen Be¬ ziehung zwischen zumindest zwei der empfangenen codierten Signale ermittelt und zur Bestimmung des Winkels herangezogen wird . Unter der zeitlichen Beziehung zwischen zumindest zwei codierten Signalen im Sinne dieser Anmeldung ist insbesondere die zeitliche Abfolge und/oder ein zueinander relativer zeitlicher Versatz der codierten Signale zu verstehen. Unter einem Kanal eines Radarsensors im Sinne dieser Erfin¬ dung wird jeweils eine Sende- und Empfangseinheit des Radar¬ sensors, insbesondere eine von mehreren jeweils sowohl als Sende- als auch als Empfangsantenne ausgebildeten Antennen des Radarsensors, verstanden.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist ein erstes Bauteil und ein relativ zum ersten bewegliches zweites Bauteil auf. Die Anordnung umfasst einen Radarsensor mit zumindest zwei je¬ weils mit dem ersten Bauteil bewegungsgekoppelt angeordneten und voneinander räumlich beabstandeten Kanälen und zumindest zwei mit dem zweiten Bauteil bewegungsgekoppelt angeordneten und voneinander räumlich beabstandeten codierenden Radarzie- len.
Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Anordnung zumindest eine Auswerteinrichtung, welche ausgebildet ist zur Ermitt¬ lung der zeitlichen Beziehung zwischen zumindest zwei codier- ten Signalen. Vorzugsweise ist die Auswerteinrichtung zudem ausgebildet zur vorhergehenden expliziten oder impliziten, insbesondere mittels des MUSIC- und/oder ESPRIT-Verfahrens erfolgenden, Trennung zumindest der codierten Signale. Es versteht sich, dass bei Weiterbildungen des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens Bezugnahmen auf vorrichtungsmäßige Weiter¬ bildungen derart zu verstehen sind, dass die vorrichtungsmä¬ ßigen Weiterbildungen vorzugsweise bei der oder zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden.
Der erfinderische Schritt besteht in der Möglichkeit der ge¬ nauen Ermittlung der zeitlichen Beziehung zwischen den codierten Signalen, insbesondere in der Möglichkeit von Phasenbestimmungen bei einer Reihe von Radarzielen in Verbindung mit der Möglichkeit, genaue Winkelbestimmungen auf der Basis dieser zeitlichen Beziehung und insbesondere auf der Basis von Phaseninformationen durchzuführen. Ein wichtiger Vorteil dieses Ansatzes ist die Trennbarkeit der Signale der Radar- ziele und damit die Möglichkeit einer genauen und robusten Bestimmung des Winkels. Ferner kann vorteilhaft eine Winkel¬ bestimmung auf der Basis von sehr leistungsarm oder sogar leistungsfrei betriebenen Systemen, insbesondere leistungsarm oder sogar leistungsfrei betriebenen Radarzielen, vorgenommen werden. Ein weiterer Vorteil ist die Verwendbarkeit sehr kos¬ tengünstig fertigbarer Bauelemente/Komponenten. Insbesondere die verwendeten Radarziele können in sehr hoher Zahl hergestellt verwendet werden und so im System sehr hohe Robustheit und Genauigkeiten ergeben. Dieser Vorteil ergibt sich beispielsweise bei einer erfindungsgemäß bevorzugten Verwendung von SAW-basierten Radarzielen (SAW: surface acoustic wave; akustische Oberflächenwellen) , insbesondere bei Oberflächen- wellenbauelementen . Auch bei der Verwendung von die Reflexi- onsamplitude modulierenden Bauelementen kann eine sehr kostengünstige Herstellung erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Verwendbarkeit von Funktechniken im Vergleich zu optischen Winkelmessverfahren und resultiert in der sehr hohen erzielbaren Robustheit, die besonders im rauen Industrieumfeld besonders zweckdienlich ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Möglichkeit ei¬ ner zweidimensionalen Winkelbestimmung. Dazu können sowohl Radarziele wie auch die zweckmäßigerweise vorhandenen Anten¬ nen des Radarsystems in einer zweidimensionalen Verteilung angeordnet sein. Vorteile der verschiedenen verwendbaren Radarzielarten ergeben sich aus den daraus resultierenden Freiheitsgraden bei Komponenten- und Frequenzauswahl zur optimalen Lösung der anwenderischen Problemstellung. Dies können, im Falle von elektrischen Resonatoren, auch mechanisch zu fertigende Komponenten sein. Vorzugsweise weisen die Radarziele einfache elektronische Schaltungen auf. Dadurch lässt sich die Anwendbarkeit der Erfindung deutlich verbreitern. Der Radarsensor ist bevorzugt in der Lage, Signale aus be¬ stimmten Richtungen selektiv zu empfangen und diese Richtung zu bestimmen. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Radarsensor derart ausgelegt, dass innerhalb des Systems nur solche Signalanteile berücksichtigt werden, die aus sinnvollen Empfangsrichtungen kommen während die aus nicht sinnvollen Richtungen eintreffenden Signale unterdrückt werden. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn der Radarsensor in einem Umfeld betrieben werden soll, in dem
Mehrwegeausbreitung der hochfrequenten Signale auftritt. Die sinnvolle Beschränkung des Empfangswinkels wirkt sich dann sehr positiv auf die Robustheit gegenüber Mehrwegeausbreitungen aus .
Zweckmäßig ist dabei die die Winkelmessung auf der Basis ei¬ nes mehrkanaligen Radarsensors in Verbindung mit besonderen, dem Radarsensor in spezifischer Weise sich zu erkennen gebenden Radarzielen, ermöglicht. Diese spezifische Weise des „sich-zu-erkennen-Gebens" wird im Rahmen dieser Anmeldung mit "Codierung" bezeichnet.
In einer einfachen und bevorzugten Weiterbildung ist der Radarsensor ein mehrkanaliger Radarsensor, dessen Antennen in linearer Anordnung in Teile eines Halbraumes hinein abstrahlen .
Die Radarziele sind in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung linear angeordnet und sind zweckmäßig ebenfalls in- nerhalb dieses Halbraumes angeordnet, so dass sie für den Ra¬ darsensor sichtbar sind.
Der Radarsensor empfängt nun auf seinen m (m = Anzahl der Kanäle) Kanälen Signale der n spezifisch codierten Radarziele. Die Signale, die auf Kanal k (die Kanalnummer k nummeriert die Kanäle entlang einer räumlichen Abfolge, etwa einer Richtung) vom Radarziel j (die Radarzielnummer j nummeriert die Radarziele entlang einer räumlichen Abfolge, etwa einer Richtung) empfangen werden, unterscheiden sich zuvorderst in der Signalphase vom auf Kanal k+1 vom Radarziel j empfangenen
Signal. Die Signalphase ist über die Wellenzahl proportional zur Laufzeit und daher ist die Differenz der Phasen zwischen den Kanälen k und k+1 ein Maß für den Unterschied in den Laufwegen der Signale und somit ein Maß, welches sich zur Be¬ stimmung des Winkels zwischen der Anordnung der Kanäle des Radarsensors und der Anordnung der Radarziele heranziehen last .
Enthalten nun die Signale, die von den Radarzielen ausgesendet werden eine hinreichend gut unterscheidbare Codierung, so lässt sich auf algorithmischem Wege eine hinreichende Tren¬ nung der, insbesondere m*n (n = Anzahl der Radarziele) , auf- tretenden Signalanteile durchführen und aus den Phasen der, insbesondere m*n, Signalanteile eine Winkelschätzung des Win¬ kels durchführen. Die Trennung der Signalanteile muss hierbei nicht zwingend explizit durchgeführt werden, vielmehr genügt eine implizite Trennung wie sie beispielsweise von den als "MUSIC" (MUSIC: MUltiple Signal Classification) oder "ESPRIT" (ESPRIT: Estimation of S_ignal Parameters via Rotational I_nva- riance Techniques) bekannten Algorithmen/Verfahren bewerkstelligt wird. Zum Detektieren der Radarziele kann beispielsweise ein FMCW- Radar (FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave) verwendet werden. Alternative Radarkonzepte, wie Pulsradare,
FSCW-Radare oder Dopplerradare sind ebenfalls möglich. Die optimale Auswahl des Radarkonzeptes wird dabei auch von der Art des Radarzieles abhängen und sollte diesem angepasst sein .
Die Anordnung der Antennen des Radarsensors sowie die Anord¬ nung der Radarziele muss nicht zwingend äquidistant auf einer Linie erfolgen, sondern kann auf beliebige Anordnungen verallgemeinert werden. In diesem Fall bleiben Einmessung und Algorithmen entsprechend anzupassen.
Die Codierung der Radarziele kann beispielsweise in einer amplitudenmodulierten oder phasenmodulierten Reflektivität des Radarzieles bestehen. Derartige Modulationen der Reflek- tivität sind sehr leicht durch sogenannte fußpunktmodulierte Antennen zu realisieren. Die Codierung der verschiedenen Radarziele ergibt sich dann beispielsweise durch geeignet gewählte unterschiedliche Modu¬ lationsfrequenzen .
Die Codierung der Signale mittels der Radarziele kann ebenso erzielt werden durch sogenannte Oberflächenwellenbauelemente, die das empfangene Signal mit charakteristischen Zeitverzö¬ gerungen wieder aussenden. Diese charakteristischen Zeitver- sätze können, sofern geeignet gewählt, ebenfalls in ausrei¬ chend guter Weise den einzelnen Radarzielen zugeordnet werden .
Eine weitere mögliche Codierungsform besteht im selektiven Ein- und Ausschalten einzelner Radarziele. Diese Möglichkeit ist eine bevorzugte Ausführungsform der zuvor beschriebenen Amplitudenmodulation .
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Radar- zielen, die ein resonantes Bauelement beinhalten. Bei Verwen¬ dung von Resonanzen mit sehr hohen Gütefaktoren können diese Resonanzen spektral sehr schmalbandig auftreten und auf diese Weise ebenfalls sehr gut detektiert werden, wenn die zum Ein¬ satz kommenden Resonanzfrequenzen hinreichend großen Abstand voneinander haben.
Eine weitere Möglichkeit der Codierung besteht in der Verwen¬ dung unterschiedlicher Polarisationen. So kann zweckmäßigerweise ein erstes Ziel horizontal, ein zweites dagegen verti- kal polarisiert sein. Diese Polarisationen sind dann entspre¬ chend einfach trennbar.
Eine weitere Möglichkeit der Codierung besteht in der elekt¬ ronisch vermittelten Aussendung eines digitalen oder analogen Antwortsignals als Reaktion auf ein empfangenes Signal. Ein Beispiel hierzu ist die Verwendung von RFID-Tags als Radar¬ ziele. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, an der Position der Radarziele auftretende Umwelteinflüsse auf geeignete Art und Weise auf die Signaleigenschaften des vom Radarziel reflektierten Signals aufzubringen. Solche Umwelteinflüsse können beispielsweise Temperaturschwankungen oder Druckschwankungen sein. Wenn diese Umwelteinflüsse in unkorrelierter Weise auf die Radarziele einwirken und damit auch die Reflexionseigenschaften der Radarziele in unkorrelierter Weise ändern, so ist es möglich auch über diesen statistischen Reflexionsver- lauf über der Zeit die Radarziele zu trennen und für eine Winkelmessung zu verwenden.
Auch Kombinationen der zuvor beschriebenen Codierungsarten sind prinzipiell möglich.
Aus der Anzahl mehrerer Kanäle des Radarsensors ergibt sich eine vorteilhafte Möglichkeit der Winkelschätzung oder der Bestimmung des Winkels auf der Seite des Radars, a. Eine Bestimmung des Winkels ß auf der Seite der Radarziele ist unter bestimmten Bedingungen ebenfalls möglich. Zweckmäßig ist dabei die Kenntnis der Phasenbeziehung zwischen empfangenem und wieder ausgesendetem Signal der Radarziele. Kennt man diese, so lassen sich die Phasen des zwischen Kanal j und Radarziel k gemessenen Signals und des zwischen Kanal j und Radarziel k+1 gemessenen Signals vergleichen. Diese tragen dann im Falle ß + 0 eine zusätzliche, winkelabhängige Phasenverschiebung, aus der sich der Winkel ß bestimmen lässt.
Herausfordernd bei dieser Art des Vergleichs der Phasen der Radarziele ist in vielen Fällen die Kenntnis der genauen Reflexionsphasen der Radarziele. Diese dürfte je nach Anwendung nicht immer a priori bekannt sein. Vorteilhaft kann vielfach über geeignete Kalibrationsalgorithmen (z.B. Messung des Radarsignals bei Nullwinkel und ggf. weiterer Winkelstellungen) eine hinreichend gute Schätzung der Reflexionsphasen der beteiligten Radarziele ermöglicht sein. Die Kanäle des Radarsensors können so ausgelegt sein, dass es möglich ist, mit Kanal t ein Signal auszusenden und dieses auch auf einem weiteren Kanal r wieder zu empfangen. Dadurch vergrößert sich die Anzahl der gemessenen Daten deutlich und bei Verwendung einer geeigneten Signalverarbeitung kann die Datenauswertung unter Umständen deutlich robuster und/oder genauer erfolgen.
Auf der Basis der gemessenen Radarsignale und der Phasenmes¬ sung kann unter Umständen auch eine Entfernungsmessung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Dazu kann beispiels¬ weise die Laufzeit der vom Radarsensor empfangenen Signale gemessen werden. Die zur Bestimmung einer Entfernung heranzu ziehenden Verfahren sind bekannt und werden hier nicht detaillierter aufgeführt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei¬ gen :
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung eines ersten
Bauteils und eines relativ zum ersten bewegli chen zweiten Bauteils mit einem Radarsensor und Radarzielen in einer Prinzipskizze in einer Seitenansicht,
Fig. 2 die Phasenbeziehungen zwischen von Radarsensor und Radarzielen in der Anordnung gem. Fig. 1 jeweils übertragenen Signalen in einer Prin- zipskizze,
Fig. 3 die Zeitabhängigkeit der Sende- und Empfangs¬ frequenz des Radarsensors und der Radarziele gem. Fig. 1 in einer Prinzipskizze und
Fig. 4 ein Mischspektrum des Radarsensors der Anordnung gem. Fig. 1 in einer Prinzipskizze. Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein erstes Bauteil 10 und ein dazu relativ bewegliches zwei¬ tes Bauteil 20 einer erfindungsgemäßen Anlage 1. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind erstes 10 und zweites Bauteil 20 re- lativ zur gedachten Verbindungslinie zwischen erstem Bauteil 10 und zweitem Bauteil 20 jeweils drehbeweglich angeordnet (in nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen, ist das erste Bauteil 10 drehbar angeordnet, während das zweite Bauteil 20 drehfest positioniert ist oder aber es ist das zweite Bauteil 20 drehbar angeordnet, während das erste Bauteil 10 drehfest positioniert ist; ferner können erstes und zweites Bauteil in weiteren Ausführungsbeispielen auch zusätzlich relativ zueinander translationsbeweglich sein) .
Am ersten Bauteil 10 ist ein Mehrkanal-Radarsensor 30 mit m Kanälen, d.h. mit m Sensorantennen 40, welche jeweils sowohl als Sende- als auch als Empfangsantenne ausgebildet sind, an¬ geordnet (die m Sensorantennen sind in Fig. 1 jeweils mit Ka- nalnummern k von 1 bis m nummeriert) . Der Mehrkanal- Radarsensor 30 ist an dem ersten Bauteil 10 orts- und dreh¬ fest angebunden, sodass jeder Kanal k=l, k=2, k=m starr mit dem ersten Bauteil bewegungsgekoppelt ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Mehrkanal-Radarsensor 30 sind die m Sen- sorantennen 40 jeweils mit ihren Kanalnummern aufeinanderfol¬ gend auf einer Geraden äquidistant angeordnet (in nicht ei¬ gens dargestellten Ausführungsbeispielen können die m Sensorantennen 40 auch als zweidimensionales Array angeordnet sein) .
Am zweiten Bauteil 20 ist eine lineare (d.h. auf einer Gera¬ den angeordnete) Anordnung 50 äquidistant aufeinanderfolgender Radarziele 60 angebunden. Zur Übersicht sind die Radar¬ ziele 60 in Fig. 1 entsprechend ihrer Aufeinanderfolge mit Radarzielnummern j durchnummeriert (in nicht gezeigten Ausführungsbeispielen können die Radarziele 60 auch als zweidimensionales Array an dem zweiten Bauteil 20 angeordnet sein) . Die Radarziele 60 umfassen jeweils wie in Fig. 1 dargestellt fußpunktmodulierte Antennen 70. Die fußpunktmodulierten Antennen 70 sind dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel amplitudenmoduliert (in nicht eigens dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispielen sind die Antennen 70 phasenmoduliert) . Infol- ge der Amplitudenmodulation codieren die fußpunktmodulierten Antennen 70 die jeweiligen Antwortsignale RX.
Der Mehrkanal-Radarsensor 30 sendet nun mittels seiner m Sensorantennen 40 Radarsignale TX in der Art frequenzmodulierter Continuous-Wave-Signale (FMCW) an die n Radarziele 60. Die n Radarziele 60 empfangen die Radarsignale TX und senden dar¬ aufhin erneut Antwortsignale RX aus. Die m Sensorantennen 40 des Mehrkanal-Radarsensors 30 wiederum empfangen die von den n Radarzielen 60 ausgesendeten Antwortsignale RX. Dabei emp- fängt zum einen die k-te Sensorantenne 40 des Mehrkanal- Radarsensors 30 ein Antwortsignal des j-ten Radarziels 60 und zum anderen empfängt auch die k+l-te Sensorantenne 40 ein Antwortsignal des j-ten Radarziels 60. Aufgrund der Amplitu¬ denmodulation der Antwortsignale 60 können die Antwortsignale der einzelnen Radarziele 60 jeweils im Mehrkanal-Radarsensor 30 getrennt werden. K-te Sensorantenne 40 und k+l-te Sensor¬ antenne 40 empfangen das jeweilige Antwortsignal des j-ten Radarziels mit einer Phasenverschiebung δφι (Fig. 2) . Aufgrund der Trennbarkeit der von einzelnen Radarzielen 60 ge- sendeten Antwortsignale wird aus den insgesamt m*n empfange¬ nen einzelnen Antwortsignalen der Winkel α der Verbindungslinie zwischen ersten Bauteil 10 und zweitem Bauteil 20 ge¬ genüber einem Nullwinkel relativ zum ersten Bauteil 10, also gegenüber einer Nullorientierung des ersten Bauteils 10, be- stimmt.
Mittels einer nicht eigens in den Figuren dargestellten Auswerteinrichtung, welche mit den einzelnen Kanälen des Mehrkanal-Radarsensors 30 signalverbunden ist, wird die Trennung der jeweiligen empfangenen Antwortsignale implizit mittels des als „MUSIC" oder mittels des als „ESPRIT" bekannten Algo¬ rithmus bestimmt. Ferner wird der Winkel ß der gemeinsamen Verbindungslinie von erstem Bauteil 10 und zweitem Bauteil 20 gegenüber einem Nullwinkel relativ zum zweiten Bauteil 20 bestimmt. Dazu wird die Kenntnis der Phasenbeziehung zwischen vom Radarziel 60 empfangenem Radarsignal TX und wiederausgesendetem Antwortsignal RX herangezogen. Auf diese Weise wird das zwischen j- tem Kanal und k-tem Radarziel sowie das zwischen j-tem Kanal und k+l-ten Radarziel gemessene Antwortsignal RX verglichen. Diese Antwortsignale RX tragen im Falle ß^0 ebenfalls eine Phasenverschiebung δφ2. Aus dieser Phasenverschiebung δφ2 lässt sich der Winkel ß der gemeinsamen Verbindungslinie zwi¬ schen erstem 10 und zweitem Bauteil 20 gegenüber einem Nullwinkel relativ zum zweiten Bauteil 20 bestimmen. Die Phasenbeziehung zwischen vom Radarziel 60 empfangenem Radarsignal TX und wiederausgesendetem Antwortsignal RX wird dabei über Messungen bei einem Nullwinkel ß=0 des zweiten Bauteils 20 gegenüber der gemeinsamen Verbindungslinie von erstem Bauteil 10 und zweitem Bauteil 20 bestimmt und zur Ka- libration herangezogen. Zusätzlich werden weitere Winkelstellungen herangezogen. Über diese Messungen wird eine hinreichend genaue Schätzung der Phasenbeziehung am Ort der jeweiligen Radarziele 60 ermöglicht. Zur einfachen Signaltrennung der Radarsignale TX und der Antwortsignale RX wird die Frequenz der vom Mehrkanal- Radarsensor 30 ausgesendeten Radarsignale TX zeitlich in der Art eines (in linearer Darstellung) sägezahnartigen Verlaufs geändert, d.h. die Frequenz f der von den Kanälen des Mehrka- nal-Radarsensors 30 wird in der Art einer zeitlichen Rampe stückweise linear über der Zeit t geändert, etwa wie darge¬ stellt mittels in der Frequenz über der Zeit t ansteigender Rampen (Fig. 3) . Entsprechend werden zu einem gegebenen Zeitpunkt die Antwortsignale RX mit gegenüber der aktuell vom Mehrkanal-Radarsensor 30 gesendeten Radarsignale TX mit jeweils um einen Betrag df erniedrigten Frequenz f empfangen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Amplitudenmodu¬ lation des von den Radarzielen empfangenen Radarsignals TX durch das selektive Ein- und Ausschalten einzelner Radarziele 60 bewerkstelligt. Das Ein- und Ausschalten erfolgt in diesem Falle mit einer für das jeweilige Radarziel 60 spezifischen Schaltfrequenz fb (vgl. auch Fig. 4) . Auf diese Weise kann eine Trennung der jeweiligen von einem einzelnen Radarziel 60 empfangenen Radarsignale TX und wiederausgesendeten Antwortsignalen RX auf bekannte Weise spektral erfolgen. Im in Fig. 4 dargestellten Spektrum ergeben sich dabei an der jeweiligen für das einzelne j-te Radarziel 60 charakteristischen Schalt¬ frequenz fb zwei um diese Schaltfrequenz fb symmetrisch gruppierte und voneinander um den zweifachen Betrag df (2*df) beabstandete Frequenzbeiträge. Diese Frequenzbeiträge können zur Auswertung wie an sich bekannt getrennt werden.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Radarziele 60 abweichend mittels RFID-Tags reali¬ siert. Dabei kann die Codierung der Antwortsignale RX über verschiedene Polarisationsrichtungen der Antwortsignale RX gegeben sein. Ferner können Radarziele verwendet werden, welche ein resonantes Bauelement mit sehr hohen Gütefaktoren und damit korrespondierend schmalbandigen Resonanzfrequenzen aufweisen. Dabei sind die Resonanzfrequenzen zur genauen Detek- tion hinreichend spektral voneinander beabstandet. Eine wei¬ tere Realisierung von Radarzielen ist mittels SAW-basierten (SAW: surface acoustic wave; akustische Oberflächenwellen) Radarzielen möglich. Alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel können ferner Mehrkanal-Radarsensoren verwendet werden, welche mittels Pulsradar, FSCW-Radar oder als Dopplerradar arbeiten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung des Winkels (α+ß) zwischen einem ersten Bauteil (10) und einem relativ zum ersten Bauteil beweglichen zweiten Bauteil (20), insbesondere einer das ers¬ te (10) und das zweite Bauteil (20) umfassenden Anlage, bei welchem ein Radarsensor (30) genutzt wird, der zumindest zwei jeweils mit dem ersten Bauteil bewegungsgekoppelt angeordnete und voneinander räumlich beabstandete Kanäle (40) aufweist, und bei welchem zumindest zwei jeweils mit dem zweiten Bau¬ teil (20) bewegungsgekoppelt angeordnete und voneinander räumlich beabstandete codierende Radarziele (60) genutzt wer¬ den, wobei bei dem Verfahren mittels je eines der zumindest zwei Kanäle (40) des Radarsensors ein Signal (TX) an je eines der Radarziele (60) gesendet wird, wobei mittels der Radar¬ ziele (60) jeweils bei oder nach Empfang eines solchen Sig¬ nals (TX) zumindest ein codiertes Signal (RX) gesendet wird, wobei je eines der zumindest zwei codierten Signale (RX) mit¬ tels je eines oder mehrerer Kanäle (40) des Radarsensors emp- fangen werden, und wobei die zeitliche Beziehung zwischen zumindest zwei der empfangenen codierten Signale (RX) ermittelt und zur Bestimmung des Winkels (α+ß) herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem eine Kalibrierung der zeitlichen Beziehung bei zumindest einem bekannten Ka- librationswinkel zwischen erstem (10) und zweitem Bauteil (20) vorgenommen und/oder eine vorbestimmte Kalibrierung der zeitlichen Beziehung bei zumindest einem bekannten Kalibrati- onswinkel zwischen erstem (10) und zweitem Bauteil (20) he- rangezogen wird und bei welchem die Kalibrierung zur Bestimmung des Winkels (α+ß) zwischen erstem (10) und zweitem Bau¬ teil (20) genutzt wird.
3. Anordnung mit einem ersten Bauteil (10) und einem rela- tiv zum ersten beweglichen zweiten Bauteil (20), umfassend einen Radarsensor (30) mit zumindest zwei mit dem ersten Bau¬ teil (10) bewegungsgekoppelt angeordneten und voneinander räumlich beabstandeten Kanälen (40) und zumindest zwei mit dem zweiten Bauteil (20) bewegungsgekoppelt angeordneten und voneinander räumlich beabstandeten codierenden Radarzielen (60) .
4. Anordnung nach Anspruch 3, umfassend eine Auswerteinrichtung, welche ausgebildet ist zur Ermittlung der zeitli¬ chen Beziehung zwischen zumindest zwei codierten Signalen (RX) , und insbesondere ausgebildet zur vorhergehenden expli¬ ziten oder impliziten, insbesondere mittels des MUSIC- und/oder ESPRIT-Verfahrens erfolgenden, Trennung der codierten Signale (RX) .
5. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein oder mehrere Kanäle des Radarsen- sors (30) jeweils zumindest einen Sender (40) zur Aussendung von Radarsignalen (TX) und zumindest eine Empfangseinrichtung (40) zum Empfang von Radarsignalen (RX) aufweisen, insbesondere mit einer, vorzugsweise gemeinsamen, Antenne (40).
6. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei welchem zumindest ein Kanal (40) des Radarsen¬ sors (30) ein FMCW-Radar und/oder ein Pulsradar und/oder ein FSCW-Radar und/oder ein Dopplerradar aufweist.
7. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei welchem zumindest eines der codierenden Radar¬ ziele (60) eine amplitudenmodulierende und/oder phasenmodu¬ lierende Reflektivität , insbesondere eine fußpunktmodulierte Antenne (70), aufweist.
8. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest eines der codierenden Radar¬ ziele (60) ein Oberflächenwellenbauelement aufweist, welches insbesondere ausgebildet ist, ein empfangenes Signal (TX) mit charakteristischer Zeitverzögerung auszusenden, sodass ein derart ausgesendetes Signal das codiertes Signal (RX) bildet.
9. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest eines der codierenden Radar¬ ziele schaltbar, vorzugsweise ein- und ausschaltbar, ist.
10. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest eines der codierenden Radar¬ ziele (60) ausgebildet ist, ein, insbesondere zuvor empfange¬ nes, Signal mit geänderter oder festgelegter Polarisation auszusenden, sodass ein derart ausgesendetes Signal das co¬ dierte Signal (RX) bildet.
11. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest eines, vorzugsweise mehrere, der codierenden Radarziele (60) ausgebildet ist, ein Signal (RX) abhängig von Umwelteinflüssen an dem Radarziel, insbesondere abhängig vom Druck und/oder der Temperatur und/oder zeitlichen Druck- und/oder Temperaturschwankungen und/oder zeitlichen Druck- und/oder Temperaturänderungen zu codieren.
12. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem drei oder mehrere, insbesondere sämt¬ liche, der Kanäle (40) und/oder der Radarziele (60) linear oder flächig, und insbesondere äquidistant, angeordnet sind.
13. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest zwei der codierten Signale
(RX) explizit oder implizit, insbesondere mittels des MUSIC- und/oder ESPRIT-Verfahrens , getrennt werden.
14. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die zeitliche Beziehung zwischen zu¬ mindest zwei codierten Signalen (RX) als eine oder mittels einer relativen Phasenbeziehung (δφι, δφ2) zwischen den co¬ dierten Signalen (RX) ermittelt wird.
15. Anordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei welchem zumindest ein Kanal (40) des Radarsen¬ sors (30) richtungssensitiv ausgebildet ist.
16. Vorrichtung oder Anlage umfassend eine Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 15.
PCT/EP2012/069863 2011-10-07 2012-10-08 Verfahren zur winkelbestimmung beweglicher bauteile und vorrichtung WO2013050597A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12773290.7A EP2745139A1 (de) 2011-10-07 2012-10-08 Verfahren zur winkelbestimmung beweglicher bauteile und vorrichtung
CN201280049473.XA CN103842843B (zh) 2011-10-07 2012-10-08 用于确定可移动的构件的角度的方法和设备
US14/350,315 US9612321B2 (en) 2011-10-07 2012-10-08 Method for angle determination for moving assemblies, and apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011084176.8 2011-10-07
DE102011084176 2011-10-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013050597A1 true WO2013050597A1 (de) 2013-04-11

Family

ID=47040699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/069863 WO2013050597A1 (de) 2011-10-07 2012-10-08 Verfahren zur winkelbestimmung beweglicher bauteile und vorrichtung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9612321B2 (de)
EP (1) EP2745139A1 (de)
CN (1) CN103842843B (de)
WO (1) WO2013050597A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103308911A (zh) * 2013-06-06 2013-09-18 重庆大学 基于距离欺骗技术的微位移测量方法及系统
US20130293410A1 (en) * 2010-11-12 2013-11-07 Christian Hieronimi System for determining and/or controlling the location of objects
WO2014006013A1 (de) * 2012-07-06 2014-01-09 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und anordnung zur relativen lageerkennung von stationen mittels funkortung
DE102014220910A1 (de) * 2014-10-15 2016-04-21 Siemens Aktiengesellschaft Radaranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Radaranordnung
US9612321B2 (en) 2011-10-07 2017-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Method for angle determination for moving assemblies, and apparatus
DE102016207424A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Transponder, insbesondere RFID Transponder, und Verfahren zum Betreiben eines, insbesondere RFID, Transponders

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3165944B1 (de) * 2015-11-04 2022-04-20 Nxp B.V. Eingebettete kommunikationsauthentifizierung
US11237649B2 (en) 2017-08-10 2022-02-01 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Inductive beacon for time-keying virtual reality applications
DE102018202289A1 (de) * 2018-02-15 2019-08-22 Robert Bosch Gmbh Winkelauflösender breitbandiger Radarsensor für Kraftfahrzeuge

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002095442A1 (en) * 2001-05-18 2002-11-28 Faeger Jan G A device for determining the position and/or orientation of a creature relative to an environment
US20060145922A1 (en) * 2004-09-24 2006-07-06 Hill Edward L Tracking system utilizing antenna multiplexing
DE102006029122A1 (de) * 2006-06-22 2007-12-27 Amedo Gmbh System zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes
WO2011047899A1 (de) * 2009-10-20 2011-04-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur relativen lageerkennung von funkortungsstationen
EP2369363A1 (de) * 2010-03-25 2011-09-28 Guidance IP Ltd Aktives Target

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5289160A (en) * 1991-09-30 1994-02-22 Fiorletta Carl A Tire pressure monitoring system
US6369703B1 (en) * 2000-06-30 2002-04-09 Eaton Corporation Tire pressure monitor and location identification system
US6518877B1 (en) * 2001-05-31 2003-02-11 The Goodyear Tire & Rubber Company Pneumatic tire monitor
US6694231B1 (en) * 2002-08-08 2004-02-17 Bombardier Transportation Gmbh Train registry overlay system
TW577834B (en) * 2002-08-30 2004-03-01 Lite On Automotive Corp Code learning method for tire pressure monitor
JP2004299448A (ja) * 2003-03-28 2004-10-28 Pacific Ind Co Ltd タイヤ状態監視装置の受信機、及びタイヤ状態監視装置
US7614555B2 (en) * 2004-09-09 2009-11-10 The Gillette Company RFID sensor array
US7348878B2 (en) * 2005-09-29 2008-03-25 International Truck Intellectual Property Company, Llc Tire pressure monitoring system with permanent tire identification
JP4821714B2 (ja) * 2006-08-24 2011-11-24 株式会社デンソー タイヤ盗難検出装置
US20090102610A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-23 The Stanley Works Rfid antenna selection system and method
US8154402B2 (en) * 2009-03-12 2012-04-10 Raytheon Company Wireless temperature sensor network
US8292173B2 (en) * 2009-12-15 2012-10-23 Carefusion 303, Inc. Methods and systems for tracking inventory using an RFID tag tape
CN103842843B (zh) 2011-10-07 2016-12-14 西门子公司 用于确定可移动的构件的角度的方法和设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002095442A1 (en) * 2001-05-18 2002-11-28 Faeger Jan G A device for determining the position and/or orientation of a creature relative to an environment
US20060145922A1 (en) * 2004-09-24 2006-07-06 Hill Edward L Tracking system utilizing antenna multiplexing
DE102006029122A1 (de) * 2006-06-22 2007-12-27 Amedo Gmbh System zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes
WO2011047899A1 (de) * 2009-10-20 2011-04-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur relativen lageerkennung von funkortungsstationen
EP2369363A1 (de) * 2010-03-25 2011-09-28 Guidance IP Ltd Aktives Target

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130293410A1 (en) * 2010-11-12 2013-11-07 Christian Hieronimi System for determining and/or controlling the location of objects
US9322903B2 (en) * 2010-11-12 2016-04-26 Christian Hieronimi System for determining and/or controlling the location of objects
US9612321B2 (en) 2011-10-07 2017-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Method for angle determination for moving assemblies, and apparatus
WO2014006013A1 (de) * 2012-07-06 2014-01-09 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und anordnung zur relativen lageerkennung von stationen mittels funkortung
US10006992B2 (en) 2012-07-06 2018-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Method and arrangement for the relative position detection of stations by means of radio location
CN103308911A (zh) * 2013-06-06 2013-09-18 重庆大学 基于距离欺骗技术的微位移测量方法及系统
DE102014220910A1 (de) * 2014-10-15 2016-04-21 Siemens Aktiengesellschaft Radaranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Radaranordnung
DE102016207424A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Transponder, insbesondere RFID Transponder, und Verfahren zum Betreiben eines, insbesondere RFID, Transponders

Also Published As

Publication number Publication date
US20140285374A1 (en) 2014-09-25
EP2745139A1 (de) 2014-06-25
CN103842843B (zh) 2016-12-14
CN103842843A (zh) 2014-06-04
US9612321B2 (en) 2017-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2745139A1 (de) Verfahren zur winkelbestimmung beweglicher bauteile und vorrichtung
EP3377915B1 (de) Radarsystem mit verschachtelt seriellem senden und parallelem empfangen
EP2629113B1 (de) Radarsystem mit anordnungen und verfahren zur entkopplung von sende- und empfangssignalen sowie unterdrückung von störeinstrahlungen
DE102009000468B4 (de) Radarverfahren und -systeme mit Rampensequenzen
EP2824433B1 (de) Universelle Messdatenerfassung in Gewässern
DE102016224900A1 (de) MIMO-Radarsensor für Kraftfahrzeuge
EP2824431B1 (de) Bestimmung von Pegel und Fließgeschwindigkeit eines Mediums
DE102009057191A1 (de) Verfahren zum eindeutigen Bestimmen einer Entfernung und/oder einer relativen Geschwindigkeit eines Objektes, Fahrerassistenzeinrichtung und Kraftfahrzeug
EP2824427A1 (de) Bestimmung einer Distanz und einer Fließgeschwindigkeit eines Mediums
DE10252091A1 (de) Verfahren und Anordnung für multistatische Nachdistanzradarmessungen
WO2010091746A1 (de) Verfahren und system zur bestimmung der entfernung, der geschwindigkeit und/oder der bewegungsrichtung eines rfid-transponders
DE102012103085A1 (de) Radarvorrichtung
WO2020069921A1 (de) Radarsystem für ein fahrzeug
DE102013205892A1 (de) Radarvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Radarvorrichtung
DE102018202289A1 (de) Winkelauflösender breitbandiger Radarsensor für Kraftfahrzeuge
DE102009027003A1 (de) Optimierung der Schaltreihenfolge bei geschalteten Antennenarrays
DE19961855B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter
DE102018202290A1 (de) Winkelschätzung und Mehrdeutigkeitsauflösung von Radarsensoren für Kraftfahrzeuge mit großem Antennenarray
DE102015013389A1 (de) Verfahren zur Detektion eines schnellen Ziels mittels einer Radaranlage
DE102011120447B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs, Fahrerassistenzeinrichtung und Kraftfahrzeug
WO2021204536A1 (de) Verfahren zur bestimmung einer winkelinformation
DE102013021568A1 (de) Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Position eines Objekts
EP3803443A1 (de) Polarimetrisches radar sowie eine geeignete verwendung und verfahren hierfür
DE102019112078A1 (de) Kohärentes, multistatisches Radarsystem, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug
DE102018211610A1 (de) Polarimetrisches Radar sowie eine geeignete Verwendung und Verfahren hierfür

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12773290

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012773290

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14350315

Country of ref document: US