WO2014173866A1

WO2014173866A1 - Messverfahren und messgerät zur vermessung von breitbandigen messsignalen

Info

Publication number: WO2014173866A1
Application number: PCT/EP2014/058069
Authority: WO
Inventors: Luke Cirillo; Andreas Lagler
Original assignee: Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2014-10-30
Also published as: US10088554B2; DE102013207464B4; JP6573599B2; US20160084940A1; USRE49560E1; KR20200085925A; KR20160002660A; JP2016526150A; KR102169078B1; DE102013207464A1; KR102239645B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Abweichung eines breitbandigen Messsignals von einem Referenzsignal. Das Verfahren weist die Schritte auf: Aufteilen (1) des Signals in zumindest zwei Messsignal-Frequenzbänder; Verschieben (2) der Messsignal-Frequenzbänder; und Zusammenfügen (3) der zumindest zwei Messsignal-Frequenzbänder. Im Erfindungsgrundgedanken ist auch ein entsprechendes Messgerät enthalten.

Description

Messverfahren und Messgerät zur Vermessung von

breitbandigen Messsignalen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Abweichung eines breitbandigen Messsignals, insbesondere eines Radarmesssignals von einem Referenzsignal sowie ein entsprechendes Messgerät.

Die Verwendung von sich wiederholenden

Dauerstrichsignalen, im Folgenden als Messsignal

bezeichnet, hat sich in der Radartechnik etabliert. Unter dem Begriff Dauerstrichsignal, englisch continuous

waveform (CW) , werden elektromagnetische Wellen mit konstanter Amplitude und Frequenz zusammengefasst . In der modernen Automobil-Radartechnik werden frequenzmodulierte Dauerstrichsignale eingesetzt, um beispielsweise

Abstandskontrollsysteme, Abstandswarnsysteme oder

Einparkhilfen in Automobilen zu realisieren.

Bei diesen Radarsystemen wird ein Dauerstrichsignal ausgesendet und eine mögliche Reflexion des Signals an Objekten im Umfeld des Radarsystems empfangen. Derartige Signale sind linear frequenzmoduliert, wobei die

Linearität der Frequenzmodulation unterschiedliche

Anstiege aufweist. Beim Vergleich zwischen dem empfangenen Messsignal und einem ausgesendetem Referenzsignal können aufgrund der unterschiedlichen Anstiege Aussagen bezüglich Entfernung und relativer Geschwindigkeit zwischen Sender und einem Objekt getroffen werden. Dabei werden

insbesondere die Zeitverzögerung und der Versatz (Doppler) zwischen dem ausgesendeten Referenzsignal und dem

empfangene Messsignal ausgewertet.

In der Publikation "Radar Waveform for Automotive Radar Systems and Applications", der Autoren Rohling und Möller, veröffentlicht auf der IEEE Radar Conference im Mai 2008 ist ein Automobilradarsystem beschrieben, bei dem

geschwindigkeitsauflösende und entfernungsauflösende Signale untersucht werden. Dabei werden linear- frequenzmodulierte Dauerstrichsignale eingesetzt. Diese

Signale sind zumindest abschnittsweise linear. Je größer die Bandbreite des Messsignals, desto größer ist die Tiefenauflösung des Radarsystems. Für Radarsysteme, die in einem Frequenzband von 77 GHz bis 81 GHz arbeiten, ist die Bandbreite eines derartigen Messsignals

typsicherweise zwei Gigahertz.

Um die Genauigkeit eines Radarsystems bewerten zu können, wird eine Abweichung der Linearität des Messsignals von der Linearität eines Referenzsignals ermittelt. Alternativ wird der Phasengang eines derartigen Signals untersucht. Eine Abweichung des Messsignals von einem idealen Verlauf, nachfolgend als Referenzsignal bezeichnet, wirkt sich negativ auf die Genauigkeit des Radarsystems aus und mindert entsprechend die Leistungsfähigkeit des Systems. Die Abweichungen des Messsignals vom Referenzsignal aufgrund des Linearitätsfehlers sind im Bereich weniger Kilohertz. Ein derart breitbandiges Messsignal kann mit heutigen Signalanalysatoren nicht bezüglich dieser

Fehlererwartung ausgewertet werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Messgerät zum Ermitteln einer Abweichung eines breitbandigen Messsignals von einem Referenzsignal

bereitzustellen, bei dem die Analysebandbreite eines

Messgeräts wesentlich geringer ist als die Bandbreite des Messsignals.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 1 sowie 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten: Aufteilen des breitbandigen Messsignals in zumindest zwei Messsignal-Frequenzbänder; Verschieben der zumindest zwei Messsignal-Frequenzbänder entsprechend den Messsignal-Frequenzbändern

korrespondierenden Referenzsignal-Frequenzbändern des Referenzsignals; und Zusammenführen der zumindest zwei Messsignal-Bändern zu einem rekonstruierten breitbandigen Messsignals .

Als ein breitbandiges Signal wird im Folgenden ein Signal verstanden, dessen Bandbreite in Bezug zur

Analysebandbreite eines Messgeräts um ein Vielfaches höher ist. Die Bandbreite jedes Frequenzbands ist vorzugsweise kleiner als eine Analysebandbreite des Messgeräts.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist in

vorteilhafterweise erreicht, dass ein breitbandiges

Messsignal in zumindest zwei Frequenzbänder aufgeteilt wird und eine Analyse des Messsignals entsprechend der einzelnen Frequenzbänder erfolgt. Anhand geeigneter

Signalverarbeitungsalgorithmen wird anschließend jedes Frequenzbandes entsprechend eines Referenzsignals

verschoben, wodurch ein breitbandiges rekonstruiertes Messsignal erhalten werden kann. Dieses rekonstruierte Signal kann anschließend an einer Anzeigeeinrichtung zur Auswertung angezeigt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das breitbandige Messsignal ein periodisches frequenzmoduliertes Signal, wobei eine Periode des Signals zumindest abschnittsweise linear-frequenzmoduliert ist. Durch die Periodizität kann das Messsignal als Radarmesssignal verwendet werden, um beispielsweise für Abstandskontrollen, Abstandswarnungen oder Einparkhilfen in einem Automobil zur Verfügung zu stehen . Das Ausgestalten als abschnittsweises lineares Messsignal, was auch als Segmentierung des Messsignals bezeichnet wird, wird beispielsweise durch einen ersten linearen Anstieg der Frequenz über einen ersten Zeitraum und durch einen zweiten linearen Anstieg der Frequenz über einen zweiten Zeitraum realisiert. Die linearen Steigungen können dabei auch unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Wird ein vom ersten Anstieg verschiedener zweiter Anstieg in einer Periode des Messsignals untergebracht, können Entfernungs- und Geschwindigkeits-Informationen über ein detektiertes Objekt im Umfeld des Radarsystems sehr genau durch Zeitverzögerung und Versatz von Messsignal zu

Referenzsignal erfasst werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt nach dem

Schritt des Zusammenfügens ein Schritt des Subtrahierens des Referenzsignals vom rekonstruierten breitbandigen Messsignal. Als Ergebnis ist direkt die Abweichung des Messsignals vom Referenzsignal erhalten. Typischerweise beträgt die Abweichung wenige Kilohertz, wodurch die

Aufteilung des Messsignals in mehr als zwei Messsignal- Frequenzbänder erfolgen muss, um eine genügend hohe

Auflösung des Messsignals mittels des Signalanalysators zu erhalten.

Alternativ wird nach dem Schritt des Zusammenfügens ein Schritt des Darstellens des rekonstruierten breitbandigen Messsignals mit dem Referenzsignal erfolgen. Damit kann die Abweichung optisch ausgewertet werden.

Insbesondere umfasst der Schritt des Verschiebens

zumindest auch den Schritt des Korrelierens jedes

Messsignal-Frequenzbandes mit dem Referenzsignal. Auf diese Weise können die entsprechenden Frequenzbänder des

Messsignals bezüglich ihrer zeitlichen Verzögerung und der Trägerfrequenz des jeweiligen Frequenzbandes

zusammengefügt werden. Durch das erfindungsgemäße

Korrelieren werden demnach die einzelnen Frequenzbänder richtig zusammengefügt. Der Schritt des Verschiebens findet somit im Zeit- als auch im Frequenzbereich statt. Bevorzugt erfolgt der Schritt des Verschiebens unter

Verwendung eines externen Trigger-Signals. Dadurch kann der Analysezeitraum zum Erfassen des Messsignals

wesentlich kürzer gewählt werden kann, da anhand der

Informationen des Trigger-Signals festgestellt wird, wann eine Periode des Messsignals beginnt. Eine zeitliche

Verschiebung des jeweiligen Frequenzbandes zur

Rekonstruktion des Messsignals ist damit in einfacherer Weise erzielt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung, umfasst der Schritt des Zusammenfügens das Addieren aller verschobenen

Messsignal-Frequenzbänder. Das so erhaltene breitbandige Messsignal wird mit dem Referenzsignal verglichen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt der Schritt des Verschiebens im Frequenzmodulationsraum (kurz FM Domäne, englisch FM-Domain) . Dies ermöglicht, den Versatz des Messsignals vom Referenzsignal sowie die Frequenz- Verschiebung der einzelnen Frequenzteilbänder zur

Rekonstruktion des Messsignals anhand einer einfachen Addition durchführen zu können.

Insbesondere erfolgt vor dem Schritt des Verschiebens bevorzugt ein Demodulationsschritt . Da die

Signalanalysatoren die Frequenzteilbänder zumeist das Basisband im Inphase-Quadraturphase-Raum (kurz I/Q Domäne, englisch I/Q-Domain) bereitstellen, wird durch eine

Frequenzdemodulation dieser I/Q-Signale das Umsetzen der Frequenzteilbänder in die FM-Domain erwirkt, was zur erwähnten einfacheren Rekonstruktion des Messsignals führt .

In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt auch der

Schritt des Verschiebens im I/Q-Raum. In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt dann der Schritt des Zusammenfügens durch zeitliches Verschieben jedes Messsignal- Frequenzbandes um einen Zeitversatz entsprechend des Referenzsignals zu erreichen, das Multiplizieren jedes zeitlich verschobenen Frequenzbandes mit einer

Frequenzband-Trägerfrequenz, das Addieren aller

multiplizierten Messsignal-Frequenzbänder zu einem

rekonstruierten breitbandigen Messsignals und das

Demodulieren des rekonstruierten Messsignals.

Insbesondere erfolgt vor dem Schritt des Subtrahierens ein Schritt des Messfehler-Korrigierens, insbesondere durch eine Reduktion des Videorauschens und/oder eine

Bandbreitenbeschränkung des rekonstruierten Messsignals. Damit wird das Eigenrauschen wesentlich verringert.

Im Erfindungsgrundgedanken ist ebenfalls ein Messgerät zum Analysieren eines breitbandigen Messsignals enthalten. Das Messgerät weist eine Einheit zum Aufteilen des

breitbandigen Messsignals in zumindest zwei

Messsignalfrequenzbänder auf, wobei jedes

Messsignalfrequenzband ein I /Q-Basisbandsignal ist. Das Messgerät weist eine Einheit zum Verschieben der einzelnen Messsignalfrequenzbänder in Bezug auf das

korrespondierende Referenzsignalfrequenzbänder eines

Referenzsignals auf. Das Messgerät weist weiterhin eine Einheit zum Zusammenfügen der abgeglichenen

Messsignalfrequenzbänder zu einem rekonstruierten

breitbandigen Messsignal auf. Das Messgerät weist weiter eine Einheit zum Analysieren des rekonstruierten

breitbandigen Messsignals in Bezug auf das Referenzsignal auf, wobei eine Abweichung des rekonstruierten

breitbandigen Messsignals zum Referenzsignal als

Ausgangswert des Messgeräts bereitgestellt ist.

Insbesondere weist das Messgerät eine Einheit zur

Reduzierung des Eigenrauschens auf. Diese Einheit ist entweder ein Videofilter und/oder eine Einheit zur

Mittelung des rekonstruierten Messsignals. Dieses Mitteln wird auch als Trace-Averaging bezeichnet. Nachfolgend wird anhand von Figuren die Erfindung bzw. weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung näher erläutert, wobei die Figuren lediglich

Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Gleiche Bestandteile in den Figuren werden mit gleichen

Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines

erfindungsgemäßen Verfahrens zum Mitteln einer Messsignal-Abweichung,

Fig. 2 eine Weiterbildung des in Fig. 1 gezeigten

erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels , Fig. 3 ein zur Fig. 2 alternatives erfindungsgemäßes

Ausführungsbeispiel ,

Fig. 4a ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen

Aufteileinheit ,

Fig. 4b eine Übertragungskennlinie der in Fig. 4a

dargestellten Aufteileinheit ,

Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Frequenzdemodulator,

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Abgleicheinheit im I/Q- Basisband,

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Abgleicheinheit im FM- Basisband

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Zusammenfügeeinheit im

I /Q-Bereich, Fig. 9 eine erfindungsgemäße Zusammenfügeeinheit im FM- Bereich, Fig. 10 ein erfindungsgemäßes breitbandiges Messsignal mit Referenzsignal,

Fig. IIa ein erfindungsgemäßes Frequenzband nach der

Demodulation,

Fig. IIb das in Fig. IIa dargestellte demodulierte

Frequenzband nach einer Filterung, Fig. 12a ein erfindungsgemäßes externes Trigger-Signal,

Fig. 12b eine erfindungsgemäße Aufteilung des Breitband- Messsignals in drei Frequenzbänder, und Fig. 12c ein rekonstruiertes breitbandiges Messsignal

gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wird ein breitbandiges Messsignal RF_in an einen Eingang einer Aufteileinheit 1 angelegt. Am Ausgang der Aufteileinheit 1 sind mehrere Frequenzbänder RF_sub des Messsignals RF_in bereitgestellt. Diese Messsignal- Frequenzbänder RF_sub werden einer Abgleicheinheit 2 zur Verfügung gestellt. Am Ausgang der Abgleicheinheit 2 sind verschobene Messsignal-Frequenzbänder RF_subit

bereitgestellt. Diese Messsignal-Frequenzbänder RF_subit werden einer Zusammenfügeeinheit 3 bereitgestellt. Am Ausgang der Zusammenfügeeinheit 3 ist ein breitbandiges rekonstruiertes Messsignal RF_recon bereitgestellt. Das breitbandige zusammengeführte Messsignal RF_recon ist einer Auswerteeinheit 4 bereitgestellt. Am Ausgang der

Auswerteinheit 4, ist ein Abweichsignal ε zwischen

Messsignal RF_in und Referenzsignal RF_ref bereitgestellt. Das dazu benötigte Referenzsignal RF_ref wird der

Auswerteeinheit 4 zur Verfügung gestellt oder dort

generiert . Durch das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird ein breitbandiges Messsignal in eine Mehrzahl von Frequenzteilbändern RF_sub zerlegt. Durch die Zerlegung kann ein Messgerät, insbesondere ein Signalanalysator, mit einer geringeren Auflösebandbreite als der Bandbreite des Messsignals RF_in verwendet werden, um die Abweichung ε zwischen Messsignal RF_in und Referenzsignal RF_ref zu

ermitteln. In Bezug auf Radarmesssignale beläuft sich der Abweichfehler ε im Kilohertz-Bereich, währenddessen die Bandbreite des Messsignals RF_in mehrere Gigahertz beträgt.

In Fig. 2 ist eine Weiterbildung des in Fig. 1

dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt. Die Darstellung gemäß Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. Messgerät, welches in einem I/Q-Bereich arbeitet. Derartige In Phase/Quadraturphase-Signale werden in Messgeräten standardisiert verwendet. Um eine Umsetzung von dem I/Q-Bereich in einen Frequenzbereich zu erhalten, wird gemäß Fig. 2 ein Demodulator 5, der in Fig. 5 näher dargestellt ist, zwischen die Aufteileinheit 1 und die Abgleicheinheit 2 eingebracht. Im Anschluss kann die

Abgleicheinheit 2 und die Zusammenfüge-Einheit 3 mit einfachen mathematischen Operationen, insbesondere

Addition, das rekonstruierte Messsignal RF_recon ermitteln, um den Abgleichfehler ε bereitzustellen.

In Fig. 3 ist eine zur Fig. 2 alternative Weiterbildung des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Gegenstands beschrieben. Im Unterschied zu Fig. 2 ist die

Demodulationseinheit 5 zwischen der Zusammenfügeeinheit 3 und der Auswerteinheit 4 eingebracht. Gemäß

Ausführungsbeispiel der Fig. 3 stellt die Aufteileinheit 1 das Messsignal RF_in in Messsignal-Frequenzbändern RF_sub im I/Q-Bereich bereit. Gemäß Fig. 3 werden die so

bereitgestellten I/Q-Daten der Abgleicheinheit 2 und der Zusammenfügeeinheit 3 direkt zur Verfügung gestellt. In den Figuren 1 bis 3 sind somit Ausführungsbeispiele zur Aufteilung eines breitbandigen Messsignals RF_in gezeigt. Dazu wird der Auswerteeinheit 4 einerseits ein

zusammengefügtes, breitbandiges Messsignal RF_recon

bereitgestellt, welches mit einem Referenzsignal RF_ref verglichen wird. Der Vergleich kann durch eine Subtraktion des Referenzsignals RF_ref von dem zusammengefügten

breitbandigen Messsignal RF_recon ermittelt werden, wobei dann direkt der Abweichfehler ε dargestellt wird.

Alternativ ist die Auswerteeinheit 4 ein Anzeigeelement eines Messgeräts, welches die Signal RF_recon und RF_ref lediglich darstellt. Mittels geeigneter Auswerte- Algorithmen kann dann auf die Abweichung ε geschlossen werden .

In Fig. 4a ist eine erfindungsgemäße Aufteileinheit 1 aus den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Das am Eingang der

Aufteileinheit 1 angelegte Messsignal RF_in wird in drei Frequenzbänder I/Gh, I/Q2 und I/Q₃ aufgeteilt. Die

Bandbreite jedes Frequenzteilbands I/Qi, I/Q2 und I/Q₃ ist dabei kleiner als die Analysebandbreite des Messgeräts.

Gemäß Fig. 4a wird das RF_in in einer Mischeinheit 6 mit einer ersten Trägerfrequenz ωι gemischt. Anschließend wird über ein Filterelement 7, insbesondere ein Bandpassfilter, der Teil des Spektrums des Messsignals RF_in entfernt, der nicht Teil des Frequenzteilband I/Qi sein soll.

Anschließend wird das erhaltene Basisbandsignal in einem Analog-/Digital-Wandler 8 digitalisiert und einem I/Q- Modulator 9 zugeführt. Am Ausgang des I /Q-Modulators 9 ist ein Frequenzteilband I/Qi erhalten. Das jeweilige

Frequenzteilband liegt dann in sogenannten I/Q-Daten vor und wird im Folgenden als I/Gh-Signal bezeichnet. Respektive werden die beiden anderen Frequenzbänder I/Q2, und I/Q₃ durch Mischen des Eingangssignals RF_in mit einer zweiten Trägerfrequenz 02 oder einer dritten Trägerfrequenz ω₃ gemischt. Am Ausgang sind somit

Frequenzteilbänder in I/Q-Daten erhalten.

Zur Veranschaulichung ist in Fig. 4b ein

Übertragungsverhalten der in Fig. 4a dargestellten

Aufteileinheit 1 dargestellt. Dabei ist das breitbandige Signal RF_in als durchgehende Linie gezeichnet.

Entsprechend der Trägerfrequenzen ωι, ω₂, <>3 wird das

Signal RF_in in drei Teilbänder RF_subi bis RF_sub3 aufgeteilt, welche jeweils gestrichelt dargestellt sind. Durch die Mischeinheiten 6 werden diese Teilbänder RF_sub als

Basisbandsignale weiter verarbeitet. Die dazu notwendige Filterung erfolgt durch das Filterelement 7. Die Auswahl der Anzahl der Frequenzbänder erfolgt im

Messgerät selbst. Dabei sind die Auflösebandbreite des Messgeräts und die Bandbreite B des Messsignals

entscheidend. Je breitbandiger das Messsignal RF_in ist, desto mehr Frequenzbänder sind notwendig, um mit einer geeigneten Auflösung, insbesondere im Kilohertzbereich, eine Signalanalyse betreiben zu können.

In Fig. 5 ist eine erfindungsgemäße Demodulationseinheit 5 dargestellt. Diese ist gemäß Fig. 2 und Fig. 3 notwendig, um Frequenzbänder, die als I/Q-Signal vorliegen, wie beispielsweise in Fig. 4a gezeigt, in Frequenzbänder im FM-Bereich umzusetzen. Allgemein gilt dabei für ein phaseninvariantes Signal x(t) mit der Amplitude A x(t) = A^■ eJ

, dass die Kreis-Frequenz w die zeitliche Ableitung der Phase φ ist:

Für ein zeitdiskretes Signal x[n]■ x*[n- 1] -> \A²\■ _eJ^'M«I-?^»{«-ⁱ]} Bei zeitdiskreten Signalen gilt für die Phase φ:

Q

ψ = arctan (—)

1

, wobei I die Inphase-Komponente und Q die Quadraturphase- Komponente des jeweiligen I/Q-Signals sind.

Daher werden bei den bereitgestellten Signale I/Gh bis I/Q₃ der Phasenwert φ durch Phasendifferenzen Δφ und

Arkustangens-Berechnung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten des I/Q-Signals in der Phaseneinheit 51 ermittelt. Das Ergebnis der Phaseneinheit 51 wird dann dem Differentiator 52 zugeführt, der die Ableitung der Phase gemäß obigem Zusammenhang ermittelt. Somit wird durch Ableitung der Phaseninformation des jeweiligen I/Q-Signal ein Signal in den Frequenzbereich übertragen. Ein

Differentiator 52 wird insbesondere mittels eines idealen Hochpasses oder eines zumindest für den Frequenzbereich des Teilbandes RF_sub notwendigen Teilbereichs linearen Hochpasses erzeugt. In Fig. 6 ist ein erfindungsgemäße Abgleicheinheit 2 dargestellt. Gemäß Fig. 6 werden I/Q-Signal gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 an den Eingang der

Abgleicheinheit 2 angelegt. Das entsprechende I/Q-Signal wird mit einem mit dem jeweiligen Frequenzband

korrespondierenden Referenzfrequenzband I/Q_ref mittels eines Korrelators 22 korreliert. Um ein derartiges

Referenzfrequenzband I/Q_ref ^zu erhalten, wird das

Referenzsignal RF_ref mittels eines Frequenzmodulators 21 moduliert und mittels Filterelementen 7

bandbreitenbegrenzt. Durch die Korrelatoren 22 werden die entsprechenden

Referenzbänder I/Q_ref mit den jeweiligen I/Q-Signalen verglichen, um die entsprechende Zeitkonstante t und die entsprechende Trägerfrequenz f zu ermitteln. Die

Zeitkonstante t und die Trägerfrequenz f sind notwendig, um die I/Q-Signale (Basisbandsignale) in der richtigen Reihenfolge und mit der richtigen zeitlichen Abfolge in der Zusammenfügeeinheit 3 zu dem rekonstruierten Signal RF_recon zusammenzufügen.

Am Ausgang der Abgleicheinheit 2 sind somit die jeweiligen Zeitverschiebungen ti bis t3 als auch die Trägerfrequenzen fi bis f3 abgreifbar. Die Trägerfrequenzen f ₁ bis f3 korrespondieren zu den Trägerkreisfrequenzen ωι, (>2 und 03 der Aufteileinheit 1.

In Fig. 7 ist eine Zusammenfügeeinheit 3 für das

Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dargestellt. Dabei werden die jedes Frequenzteilband FMi bis FM₃ mit einem zu dem Frequenzteilband FMi bis FM₃ korrespondierenden

Referenzsignalteilband FM_refi bis FM_ref3 korreliert. Am

Ausgang der Abgleicheinheit 2 sind entsprechend zu Fig. 6 die Parameter ti bis t3 sowie die Frequenzen f ₁ bis f3 als Parameter der Zusammenfügeeinheit bereitgestellt. Die Trägerfrequenzen f ₁ bis f3 korrespondieren zu den

Trägerkreisfrequenzen ωι, 0)2 und 03 der Aufteileinheit 1.

Zu erkennen ist, dass die Zusammenfügeeinheit 2 gemäß Fig. 7 einfacher realisierbar ist als die Zusammenfügeeinheit 2 gemäß Fig. 6, da eine Modulation des Referenzsignals RF_ref in den I/Q-Bereich nicht erfolgen muss, was bei Vorliegen des Referenzsignals RF_ref im FM-Bereich zu einer

Vereinfachung führt. In Fig. 8 ist eine erfindungsgemäße Zusammenfügeeinheit 3 dargestellt. Dabei werden I/Q-Signale gemäß dem

Ausführungsbeispiel aus der Fig. 3 an den Eingang der Zusammenfügeeinheit 3 angelegt. Zusätzlich werden die gemäß Abgleicheinheit 2 ermittelten Zeitverzögerungen t und Trägerfrequenzen f für jedes I/Q-Signal der

Zusammenfügeeinheit 3 bereitgestellt. Jedes I/Q-Signal I/Gh bis I/Q3 wird dabei einer

Zeitverzögerungseinheit 31 zugeführt, um eine ermittelte Zeitverzögerung des Messsignals RF_in zeitrichtig zu rekonstruieren. Nach der zeitlichen Verschiebung des jeweiligen Signals I/Gh bis I/Q3 wird mittels einer

Mischeinheit 6 das jeweilige I/Q-Signal in den

entsprechenden Frequenzbereich des Messsignals RF_in verschoben. Abschließend werden alle verschobenen Signale mittels einer Addiereinheit 33 zusammengefügt. Am Ausgang der Zusammenfügeeinheit 3 ist ein breitbandiges

rekonstruiertes I/Q-Signal erzeugt.

Alternativ zu Fig. 8 ist in Fig. 9 eine

Zusammenfügeeinheit 3 für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dargestellt. Dabei werden FM-Signale gemäß

Ausführungsbeispiel aus der Fig. 2 an den Eingang der Zusammenfügeeinheit 3 angelegt. Zusätzlich werden die gemäß Abgleicheinheit 2 ermittelten Zeitverzögerungen t und gemäß Aufteileinheit 1 verwendeten Trägerfrequenzen f für jedes FM-Signal der Zusammenfügeeinheit 3

bereitgestellt.

Die am Eingang der Zusammenfügeeinheit 3 bereitgestellten Frequenzbänder FMi bis FM₃ werden über eine

Zeitverschiebeeinheit 31 und einer Frequenzaddiereinheit 32 an die entsprechenden Stellen des Messsignal RF_in verschoben. Im Anschluss an die Zeit- und

Frequenzverschiebung erfolgt eine Addition aller

Frequenzbänder mittels der Addiereinheit 33. Am Ausgang der Zusammenfügeeinheit 3 ist ein breitbandiges,

rekonstruiertes Messsignal RF_recon erzeugt.

Fig. 10 zeigt eine Periode eines erfindungsgemäß

verwendeten breitbandigen Messsignal RF_in, wie es beispielsweise in Radarsystemen eingesetzt wird. Dabei ist die Änderung der Frequenz f in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt. Derartige Messsignale RF_in werden auch als abschnittsweise lineare frequenzmodulierte Signale

bezeichnet. Sie zeichnen sich durch ihre Parametrisierung aus. Dabei ist die Anzahl der Segmente, in den die

Frequenz des Messsignals RF_in konstant oder linear variant ist, ein erster Parameter. Gemäß Fig. 10 sind vier

Segmente vorgesehen, die jeweils eine charakteristische Segmentdauer ΤΊ bis T₄ aufweisen.

Ein zweiter Parameter ist die Startzeit to, zu der eine Periode des Messsignals RF_in beginnt. Ein Frequenzversatz fo ist als dritter Parameter enthalten. Ebenfalls ist die maximale Frequenz f₂ bzw. aufgrund des gezeigten Verlaufs auch Frequenz f₃ als vierter Parameter charakterisierend für ein derartiges Messsignal RF_in.

Das dargestellte Signal kann mathematisch beschrieben werden, durch:

FM (t) ^■ (t t_n) + fn-i ^■ g(t ^~ £«; r_n)/ür te[t_Q. t_s]

Darin bedeuten:

f_n: Endfrequenz eines Segments n

t_N: Zeitversatz pro Segment n

to: Zeitversatz vor Segment 1

T_N: Zeitdauer des n-ten Segments

N: Anzahl der Segmente

n: n-tes Segment

G(T;T_N) : Fensterfunktion

Ein Signal RF_ref wird nun von einem Sender ausgesendet und ein entsprechendes breitbandiges Messsignal RF_in - in Fig. 10 gestrichelt dargestellt - empfangen. Dabei weist das empfangene Messsignal RF_in eine zeitliche Verzögerung d sowie einen Versatz V der Amplitude in Bezug auf das

Referenzsignal RF_ref auf. Die zeitliche Verzögerung d entspricht dabei dem Abstand zwischen einem Objekt und dem Sender. Der Amplitudenversatz V entspricht dabei der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Sender und dem Obj ekt .

Die in Fig. 10 gezeigten Messsignale RF_in und RF_ref weisen im Segment T₂ und T₄ einen unterschiedlichen linearen Anstieg der Frequenzen auf. Diese unterschiedlichen

Anstiege dienen der verbesserten Auswertung der Entfernung und der Geschwindigkeit des detektierten Objekts.

Um die Güte eines Radarsystems bestimmen zu können, wird in einem Messgerät ein Referenzsignal RF_ref mit dem

Messsignal RF_in verglichen. Der in Fig. 10 dargestellte vergrößerte Bereich zeigt, dass das empfangene Messsignal RF_in schwach wellenförmig ist und im Vergleich zum

ausgesendeten Referenzsignal RF_ref um einen Abweichfaktor ε verschieden ist. Diese Abweichung ε ist der Fehler des Radarsystems und ist zu ermitteln. Die Abweichung ε beträgt üblicherweise einige wenige Kilohertz.

Die Frequenzmodulation des Messsignals variiert zwischen den Frequenzen f ₁ und f₂, was einer Bandbreite B des

Messsignals entspricht. Typischerweise beträgt die

Bandbreite B eines derartigen Messsignals RF_in 2 GHz. Um den geringen Abweichfehler ε detektieren zu können, ist ein entsprechend gut aufgelöstes Messgerät notwendig und die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. IIa ist ein Frequenzband dargestellt, welches gemäß Fig. 2 nach dem Demodulator 5 erhalten ist. Dabei werden Bereiche, die von dem Frequenzband bei der

Aufteilung nicht umfasst werden, dem Signal als Rauschen zugefügt. Derartiges Rauschen ist unerwünscht und wird daher vor dem Abgleichen in der Abgleicheinheit 2 und dem Rekonstruieren in der Zusammenfügeeinheit 3 herausgefiltert. Ein entsprechend gefiltertes Signal ist gemäß Fig. IIb gezeigt.

In Fig. 12a ist ein externes Triggersignal T_ext gezeigt. Dieses aus Dirac-Impulsen bestehende Triggersignal T_ext zeigt den Beginn einer jeden Periode des Messsignals RF_in an. Dieses Triggersignal T_ext ist insbesondere hilfreich für die Rekonstruktion des abgeglichenen Signals in der Zusammenfügeeinheit 3. Jeder Dirac-Impuls des

Triggersignals T_ext zeigt in der Zusammenfügeeinheit 3 den Beginn einer neuen Periode des Messsignals RF_in an. Durch das externe Triggersignal T_ext kann die Messzeitdauer zum Ermitteln der Abweichung ε enorm verkürzt werden, da die einzelnen Frequenzbänder anhand des Triggersignals T_ext einfacher positioniert werden können. Eine aufwändige Korrelation kann in diesem Fall entfallen.

In Fig. 12b ist ein aufzuteilendes Messsignal RF_in

dargestellt. Die Bandbreite B wird dabei mittels des Messgeräts in drei Frequenzbänder B_subi bis B_sub3

unterteilt. Diese Frequenzbänder sind überlappend und weisen in der Summe eine größere Bandbreite auf als die Bandbreite B des Messsignals. Dies ist notwendig, um einerseits den Frequenzversatz V zwischen dem

Referenzsignal RF_ref und dem Messsignal RF_in auszugleichen und andererseits den Versatz für das Zusammenfügen der einzelnen Frequenzbänder auszugleichen.

Die so erhaltenen Frequenzbänder werden nach einem zeit- und frequenzgenauem Abgleich mittels Abgleicheinheit 1 zum rekonstruierten Messsignal RF_recon zusammengefügt, wie in Fig. 12c dargestellt ist.

In Fig. 12c ist ein breitbandiges rekonstruiertes

Messsignal RF_recon dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass zwischen den einzelnen Frequenzbändern ein zeitlicher Versatz ausgeglichen werden musste. Mittels der

Korrelatoren 22 der Abgleicheinheit 2 wurde die Frequenz jedes entsprechenden Frequenzbandes RF_sub in Bezug auf das Messsignal RF_in ermittelt und korrekt positioniert. Das so zusammengefügte Messsignal RF_recon weist eine Abweichung ε auf, die in Form von Nichtlinearität des Messsignals dargestellt ist. Diese Nichtlinearität stellt den

Abweichfaktor ε des Radarsystems dar.

Die in Fig. 12c gezeigte Nichtlinearität ist dabei

übertrieben dargestellt. Durch Subtraktion des

Referenzsignals RF_ref von dem zusammengefügten

rekonstruierten Signal RF_recon wird ein Abweichsignal ε erhalten. Das Messsignal RF_in ist periodisch. Aufgrund des digitalen Charakters können alle Perioden des Messsignals RF_in sequentiell der Aufteileinheit 1 bereitgestellt werden. Um ein Eigenrauschen des Messgeräts zu verringern, welches eine zusätzliche Verschlechterung des

rekonstruierten Signals RF_recon bedeuten würde, werden Videofilter eingesetzt. Der Videofilter wird nach der Frequenzdemodulation 5 angeordnet.

Alternativ wird zum Reduzieren des Eigenrauschens eine Mittelung der Messungen über eine Mehrzahl von Perioden des Messsignal RF_in durchgeführt, auch als Trace Averaging bezeichnet. Diese mehreren Perioden des Messsignals RF_in werden zu einer Periode gemittelt. Es entsteht ein

Mittelwert der Periode des Messsignals RF_in, wodurch große Nichtlinearitäten des Messsignals verkleinert werden. Die Mittelwertbildung erfolgt nach dem Zusammenfügen des

Signals RF_recon und vor der Auswertung.

Eine Korrelation ist vorteilhaft, da zum Finden des

Frequenzschwellwertes ein Rauschen des Signales

herausgerechnet werden muss. Dies ist insbesondere durch Korrelation mit dem Referenzsignal erhalten.

Alternativ zur Analyse der I/Q-Signale gemäß Fig. 2 oder der FM-Signale gemäß Fig. 3 kann auch ein phasenmoduliertes Signal analysiert werden. Für ein phasenmoduliertes Signal gilt:

<p(t) = ω(ί) dt

Aus den abschnittsweise linearen Bereichen des Messsignals RFin werden Abschnitte mit quadratischen Bereichen. Das Abgleichen von Frequenzbändern als PM-Signalen kann ebenfalls mittel Korrelation erfolgen. Mittels einer

Maximal-Wahrscheinlichkeits-Analyse, englisch Maximum- Likelihood, können Versatz und Zeitverzögerung ebenfalls ermittelt werden.

Unerlässlich bei der Zerlegung in Frequenzteilbänder ist die Verwendung von zumindest zwei Perioden des

Messsignals, um den Zeitversatz beim Zusammenlegen

ausgleichen zu können und eine volle Periode des

Messsignals darzustellen. Bei drei Frequenzbändern und sequentieller Verarbeitung ist dabei ein Messsignal RFi_n mit sechs Perioden zu analysieren.

Im Rahmen der Erfindung können alle beschriebenen und/oder gezeichneten und/oder beanspruchten Elemente beliebig miteinander kombiniert werden. Insbesondere ist ein

Kombinieren der beiden Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 2 und Fig. 3 nicht ausgeschlossen.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Ermitteln einer Abweichung (ε) eines breitbandigen Messsignals (RF_in) von einem Referenzsignal (RF_ref) ,

mit den Verfahrenschritten:

Aufteilen (1) des breitbandigen Messsignals (RF_in) in zumindest zwei Messsignalfrequenzbänder (RF_sub) ;

Verschieben (2) der zumindest zwei

Messsignalfrequenzbänder (RF_sub) entsprechend zu den

Messsignalfrequenzbändern (RF_sub) korrespondierenden

Referenzsignalfrequenzbändern (RF_refiSub) des

Referenzsignals (RF_ref) ; und

Zusammenfügen (3) der zumindest zwei

Messsignalfreuqenzbänder (RF_sub) zu einem rekonstruierten breitbandigen Messsignal (RF_recon) .

2. Verfahren nach Anspruch 1,

wobei das breitbandige Messsignal (RF_in) ein periodisches frequenzmoduliertes Signal ist und wobei eine Periode des Signals zumindest abschnittsweise linear frequenzmoduliert ist .

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

wobei nach dem Schritt des Zusammenfügens (3) ein Schritt des Subtrahieren (4) des Referenzsignals (RF_ref) vom rekonstruierten breitbandigen Messsignal (RF_recon) erfolgt und/oder ein Schritt des Darstellens des rekonsturierten breitbandigen Messsignal (RF_recon) mit dem

Referenzsignal (RF_ref) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Verschiebens (2) zumindest den

Schritt des Korrelierens (22) jedes

Messsignalfrequenzbandes (RF_sub) mit dem Referenzsignal (RF_ref) umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Verschiebens (2) unter Verwendung eines Triggersignals (T_ext) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Zusammenfügens (3) einen Schritt des Addierens (33) aller verschobenen Messsignalfrequenzbänder (RF_subit) umfasst.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Verschiebens (2) in einer

Frequenzmodulations-Domäne der Messsignalfrequenzbänder (RF_sub) erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

wobei vor dem Schritt des Verschiebens (2) ein

Demodulations-Schritt (5) erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

wobei der Schritt des Verschiebens (2) im I /Q-Basisband der Messsignalfrequenzbänder (RF_sub) erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Zusammenfügens (3) folgende Verfahrensschritte umfasst:

- zeitliches Verschieben (31) jedes

Messsignalfrequenzbandes (RF_sub) um einen Zeitversatz (t) entsprechend des Referenzsignals (RF_ref) ;

- Mischen (6) jedes zeitlich verschobenen

Messsignalfrequenzbandes (RF_subit) mit einem

Frequenzbandträger (f) entsprechend des

Referenzsignalfrequenzbandes (RF_refiSub)

Addierens (33) aller gemischten

Messsignalfrequenzbänder; und

Demodulieren der gemischten Messsignalfrequenzbänder zu einem rekonstruierten breitbandigen Messsignal

(RF_recon) .

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Schritt des Zusammenfügens (3) ein Schritt der Messfehlerkorrektur erfolgt.

12. Messgerät zum Analysieren eines breitbandigen

Messsignals (RF_in) , aufweisend:

eine Einheit (1) zum Aufteilen des breitbandigen Messsignals (RF_in) in zumindest zwei

Messsignalfrequenzbänder (RF_sub) , wobei jedes

Messsignalfrequenzband (RF_sub) ein I /Q-Basisbandsignal ist; - eine Einheit (2) zum Verschieben der einzelnen

Messsignalfrequenzbänder (RF_sub) in Bezug auf das

korrespondierende Referenzsignalfrequenzbänder (RF_refiSub) eines Referenzsignals (RF_ref) ;

eine Einheit (3) zum Zusammenfügen der abgeglichenen Messsignalfrequenzbänder (RF_subitif) zu einem

rekonstruierten breitbandigen Messsignal (RF_recon) ; und

eine Einheit (4) zum Analysieren des rekonstruierten breitbandigen Messsignals (RF_recon) in Bezug auf das

Referenzsignal (RF_ref) derart, dass eine Abweichung (ε) des rekonstruierten breitbandigen Messsignals (RF_recon) zum Referenzsignal (RF_ref) als Ausgangswert des Messgeräts bereitgestellt ist.

13. Messgerät nach Anspruch 12,

wobei das Messgerät eine Einheit zum Bestimmen der Anzahl der Messsignalfrequenzbänder (RF_sub) in Abhängigkeit der Bandbreite (B) des empfangenen Messsignals (RF_in) aufweist und wobei die Einheit die Anzahl mit zunehmender

Bandbreite erhöht.

14. Messgerät nach einem der Ansprüche 12 oder 13,

wobei das Messgerät eine Einheit zur Auswahl der

Messzeitraumlänge (T) aufweist.

15. Messgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 14,

wobei das Messgerät zur Reduzierung des Eigenrauschens des Messgeräts ein Filterelement (7) und/oder eine Einheit zur Mittelung des rekonstruierten breitbandigen Messsignals aufweist .