WO2015107088A1 - Receiver and method for determining phase information of a received signal, and system and method for measuring information across a distance to an object - Google Patents

Receiver and method for determining phase information of a received signal, and system and method for measuring information across a distance to an object Download PDF

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Thorsten Giese
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a receiver and a method for determining phase information of a received signal. Further embodiments of the present invention relate to a system and method for measuring information about a distance to an object. Further embodiments of the present invention relate to a method for measuring the distance and the reflectivity property of an object with a CW ("Continuous Wave") LIDAR ("Light Detection and Ranging”) method, for example using a real-time algorithm.
  • CW Continuous Wave
  • LIDAR Light Detection and Ranging
  • an intensity-modulated light signal is sent to the object, which is reflected at the object to a detector. Due to the duration of the light, which the beam needs to the object and back to the detector, a phase shift between emitted, intensity-modulated light and detected signal can be seen, because
  • FIGS. 12, 13 An illustration of a CW method (outgoing wave 2, reflected wave 4) is shown.
  • a T (t) a r - sin - t i +
  • phase difference ⁇ between the transmitted signal A T (t) and the received signal A R (t) is determined by the subtraction of both phases
  • FIG. 13 shows an exemplary structure of a known CW LIDAR system.
  • a laser diode (LD) having the sinusoidal function A T (t) is driven, whereby the intensity of the laser is sinusoidally modulated.
  • a photodiode (PD) converts the reflected light into electrical signals.
  • Subsequent signal conditioning generates the received signal A R (t).
  • the functions A T (t) and A R (t) differ in amplitude and phase, but not in frequency.
  • FIG. 14 shows a scan of a comb tip (left) and a scan of a valley (right). If the light beam points to a ridge, another phase shift is applied to the detector, as if the light beam were radiating exactly between two ridge points. The faster the light beam is scanned over a crest peak and the ridge, the faster the evaluation algorithm should be able to detect and evaluate the different phase signals.
  • FIG. 15 shows two exemplary measurements which have a different phase difference relative to one another (resulting from the distance between transmitter and object). In Fig. 15, a phase relationship between outgoing and detected signal is shown.
  • the emitted (outgoing) intensity modulated light wave is bandlimited. If a filter stage is also present in the returning path, ie from the detector to the receiver, for example to the ADC (analog-to-digital converter), a bandpass signal is output at the receiver or at the ADC - feels.
  • phase information can be extracted from a bandpass signal inter alia from a quadrature downmix. This assumes an ideal BP 2 signal
  • a disadvantage of the quadrature demodulation according to FIG. 16a is that the demodulation loses half the amplitude and adds a group delay through the TP filter.
  • LIDAR systems are relatively complicated and at the same time involve comparatively high computational effort or the use of additional resources.
  • the object of the present invention is therefore to provide a concept for determining a phase information of a received signal, which enables a simpler, more efficient and resource-saving implementation.
  • Embodiments of the present invention provide a concept for determining phase information of a received signal with a sample provider, wherein the sample provider is arranged to sample the received signal at a sampling rate less than a mean frequency of the received signal.
  • the sample value generator is designed to provide, as a pair of samples, two samples which are separated by a time interval
  • T C w is an average period of the received signal.
  • the gist of the present invention is that the above simpler, more efficient, and more resource efficient implementation can be achieved if the received signal is sampled at a sampling rate less than a mean frequency of the received signal, and if as a pair of samples two samples are provided, which have the above-mentioned time interval.
  • a high level of implementation complexity and at the same time a comparatively high computational effort or the use of additional resources can be avoided.
  • the simpler, more efficient and resource-saving implementation can be made possible.
  • the receiver includes a parameter calculator for calculating the phase information of the received signal based on the pair of samples.
  • the phase information of the received signal can be determined for the calculation of information about the distance to an object.
  • the receiver of the system comprises a parameter calculator for calculating the phase information of the received signal based on the pair of samples. Furthermore, the parameter calculator is designed to provide the information about the distance to the object based on a phase information of the transmitted signal and the phase information of the received signal to calculate.
  • the phase information of the received signal or the information about the distance to the object can be determined.
  • FIG. 1 a shows a receiver for determining a phase information of a received signal according to an exemplary embodiment of the present invention
  • an exemplary illustration of providing at least one pair of samples with a sample value provider of the embodiment of the receiver according to FIG. 1 a a block diagram of an embodiment of the sample value provider of the embodiment of the receiver of FIG. 1a; a block diagram of another embodiment of the sample of the embodiment of the receiver 100 of FIG. 1 a; a block diagram of another embodiment of the sample of the embodiment of the receiver of FIG. 1 a; a block diagram of an embodiment of the Wertbaararbimmers of the embodiment of the sample value provider of FIG. 4;
  • 6a is a block diagram of an embodiment of a
  • Fig. 6b, c is a schematic diagram and a block diagram, respectively, for illustrating an exemplary time-shifted sample
  • Fig. 6d is an exemplary equivalent circuit diagram of an ideal sampler
  • FIG. 8a is an illustration of an exemplary power distribution in FIG.
  • FIG. 8c is an illustration of an exemplary measurement according to the embodiment of FIG. 4; FIG.
  • FIG. 10a-c show details of the system shown in FIG. 9 according to further embodiments of the present invention.
  • Fig. 1 1 shows another embodiment of a time-shifted scan
  • Figs. 12, 13 are illustrations of a conventional CW system
  • FIG. 15 shows a phase relationship between outgoing and detected signal in a known CW system
  • Fig. 16 is a block diagram of a known quadrature demodulation
  • the receiver 100 comprises a sample provider 110 for providing at least one pair of samples 15 (A, B; A 1; B 1) .
  • the sample provider 110 is adapted to receive the received signal 105, A R , with a sampling rate of 1 1 1, f Abt , which is less than an average frequency (f C w) of the received signal 105, A R , is.
  • the received signal 105, A R is a sinusoidal signal R R sm ⁇ 2nf cw t + (p R ) where R R and ⁇ p R are the amplitude information and the phase information, respectively, and f C w is the average frequency of the received signal 105 , A R , represent.
  • FIG. 1 b illustrates providing at least one pair of samples 15 (A, B, A t , Bi) with the sample provider 110 of the embodiment of the receiver 100 according to FIG. 1 a.
  • exemplary diagrams 10, 20, 30 and 40 are shown.
  • the exemplary diagrams 10, 20 each illustrate a temporal distance T Abt two samples or the pair of samples 1 15 (A, B, Ai, B,), while the exemplary diagrams 30, 40 respectively the corresponding pair of samples 1 15th (A, B; ⁇ ,, ⁇ ⁇ ,) make clear.
  • a time interval T is Abt of Tcw ⁇ Am + l)
  • T C w is the mean period of the received signal 105, A R.
  • the time interval l AM corresponds to one
  • the time interval T A bt a 7/4 times the average period of the received signal 105, A R corresponds.
  • the time interval T A bt is greater than the average period Tcw of the received signal 105, A R.
  • the respective time interval T A bt in the exemplary diagrams 10, 20 corresponds, for example, to the sampling rate 1 1 1, f A bt > while the mean period T C w of the received signal 105, A R , corresponds to the mean frequency (f C w ) of the received signal 105, A R.
  • the exemplary diagrams 10, 20 essentially represent sampling of the received signal 105, A R , at a sampling rate 1 1 1, f Abt> where the sampling rate 1 1 1, f Abt , is less than the average frequency (f C w) of the received signal 105, A R.
  • the exemplary diagrams 10, 20 essentially illustrate undersampling of the received signal 105, A R.
  • an integer greater than or equal to (>) 1 can be selected.
  • the time interval T Abt can thus be correspondingly increased or the sampling rate 1 1 1, f Abt , be reduced accordingly.
  • 20 are four samples A, B; AB, wherein the samples A, B form a first pair and the samples Ai, B form a second pair of samples.
  • the time offset between the first pair A, B and the second pair Ai, B, of samples each given by the time interval T Abt .
  • the exemplary diagrams 30, 40 respectively show the corresponding samples A, B; Ai, Bi as a sequence s (n) of samples.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of the sample value provider 110 of the exemplary embodiment of the receiver 100 according to FIG. 1 a.
  • sample value generator 110 includes an analog-to-digital converter 12 (ADC) for sampling the received signal 105, A R , and a value-pairing determiner 1 14 for determining the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A ⁇ B ⁇ based on a sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC).
  • the analog-to-digital converter 1 is 12 (ADC), for example, designed to sample the received signal 105, A R , with the sampling rate 1 1 1, f A bt.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a further exemplary embodiment of the sample value provider 110 of the exemplary embodiment of the receiver 100 according to FIG. 1 a.
  • FIG. 3 shows a time-shifted scan with an ADC.
  • the sample provider 110 includes an analog-to-digital converter 12 (ADC) for sampling the received signal 105, A R , and a value pairing determiner 1 14 for determining the at least one pair of samples 15 (FIG. A, B; ⁇ ,, B,) based on a sample signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC).
  • ADC analog-to-digital converter 12
  • the analog-to-digital converter 12 is designed to receive the received one Signal 105, A R , with the sampling rate 1 1 1, f Ab t to scan.
  • the value pairing determiner 1 14 is designed to decimate the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC) by a decimation factor 4 (block 312) by a first sample A of the at least one pair of samples 1 15 (A, B, AB,).
  • the value pairing determiner 14 may be configured to delay the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC) by the time interval T Abt (block 322) and by a delay signal delayed by the time interval T Abt 323 with the decimation factor 4 (block 324) to obtain a second sample B of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A, B, B).
  • block 322 in FIG. 3 is a delay Z '"" for delaying the time interval T Abt
  • blocks 312, 324 in FIG. 3 are, for example, decimators for decimation with the decimation factor 4.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a further exemplary embodiment of the sample value renderer 110 of the exemplary embodiment of the receiver 100 according to FIG. 1 a.
  • FIG. 4 shows an expanded structure of the time-shifted sampling or a block diagram of a "LIDAR Core Algorithm".
  • the sample provider 110 includes an analog-to-digital converter 12 (ADC) for sampling the received signal 105, A R , and a value pair determiner 14 for determining a first pair A, B and a second one Pair A ⁇ B ⁇ of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A ⁇ B ⁇ based on a sample signal 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC).
  • ADC analog-to-digital converter 12
  • the analog-to-digital converter is 1 12 (ADC) is designed to sample the received signal 105, A R , with the sampling rate 1 1 1, f Abt .
  • the value-pairing tester 1 14 is designed to receive the signal from the analog-to-digital converter 12 (FIG.
  • ADC sampled sampling signal 1 13 with a decimation factor 4 to decimate
  • the value-pairing tester 1 14 may be designed to be analogous to that of the analogue digita I-converter 1 12 (ADC) sampled sampling signal I 13 to delay the time interval T Abt (block 322) and to decimate by the time interval T Abt delayed delay signal 323 with the decimation factor 4 (block 324) to a second Sample B of the first pair A, B of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A ⁇ B,).
  • the value pairing determiner 14 may be configured to delay the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC) by a double of the time interval T Abt (block 332) and by a double of the time interval T A t delayed delay signal 333 with the decimation factor 4 to decimate (block 334) to a first sample A, the second pair AB, the at least one pair of samples 1 1 5 (A, B, A,, Bi) receive.
  • ADC analog-to-digital converter 12
  • the value pairing determiner 14 may be configured to delay the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC) by a factor of three times the time interval T A t (block 342) and by one-third of the time Distance T Abt decelerated delay signal 343 with the decimation factor 4 (block 344), to obtain a second sample Eh of the second pair A, B 1 of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; Ai, Bi).
  • the blocks 322, 332, 342 in FIG. 4 are a delay unit Z "7 “"for delaying by the time interval T Abt , a delay unit Z for delaying by twice the time interval T Abt and a delay unit Z ⁇ Y ', respectively.
  • M for delaying by three times the time interval T Abt> while the blocks 31 2, 324, 334, 344 in Fig. 4 are each a decimator for decimation with the decimation factor 4.
  • the value pairing determiner 14 is adapted to multiply the first sample ⁇ of the second pair B 1 of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ by a factor (-1) (block 335)) Furthermore, the value pairing determiner 1 14 is designed (optionally) to include the second sample value ⁇ - ⁇ of the second pair ⁇ ⁇ of the at least one pair of sample values 15 (A, B; Ai, B) multiplied by a factor (-1) (block 345) to obtain a modified second sample Bi '.
  • the blocks 335, 345 in FIG. 4 are multipliers multiplied by the factor (-1).
  • sub-sampling may be extended to improve signal-to-noise ratio (SNR), for example.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • Fig. 3 compares with the associated simulation in Fig. 7a. The real or imaginary part is determined, for example, in each case from one of four samples (FIG. 7a).
  • the last two samples (Ai, B ⁇ are discarded, however, it will be appreciated that the two latter samples (A h ) correspond to the previous samples (A, B) when multiplied by the factor -1 4, the extended structure is shown diagrammatically All other boundary conditions, such as the ratio of the sampling frequency f Abt to the applied frequency f cw are identical to those according to the embodiment of Fig. 3.
  • the first two branches are taken from Fig.
  • the signal is delayed by two clocks (block 332) and then decimated by the factor 4 (block 334)
  • the fourth branch is delayed by three clocks (block 342) and also decrimped by the factor 4 (block 344)
  • the signal quality can be increased by the addition (eg blocks 510, 520 in FIG. 5) of both value pairs to a value pair.
  • one pixel may now be split into two sub-pixels.
  • the extension according to the embodiment of FIG. 4 allows a doubling of the pixel resolution or an improvement of the SNR over the embodiment of FIG. 3, by a double measurement within a pixel.
  • FIG. 8c shows a comparison of both methods (according to the block diagrams of FIGS. 3 and 4). Above, an ideal magnitude image is shown, bottom left, the original method (according to the embodiment of Fig. 3), bottom right, the modified method (according to the embodiment of Fig. 4), with an SNR of -10 dB.
  • the discarded sampling points ( ⁇ - ⁇ , B,) can be multiplied by the factor -1 to take the values of the first and second samples (A, B).
  • This embodiment is based on the embodiment of FIG. 4.
  • FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment of the value-pairing estimator 1 14 of the exemplary embodiment of the sample provider 110 in FIG. 4.
  • the value-pairing determiner 1 14 is designed to match the first sample A of the first pair A, B of FIG at least one pair of samples 1 15 (A, B; A 1; Bi) and the first sample A, of the second pair A 1 t B, of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; ⁇ ,, B) to combine (block 510) to obtain a first combination value C.
  • the value pairing determiner 1 14 may be designed to determine the second sample value B of the first pair A, B of the at least one pair of samples 1 1 5 (A, B; A,, Bi) and the second sample value B, of the second sample value. pair (s) of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; ⁇ , Bi) (step 520) to obtain a second combination value C-.
  • the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 is also referred to as "ADC_Sample.” Further, in Fig. 5, the first combination value C is designated “real", while the second combination value d
  • the blocks 322, 332, 342, 312, 324, 334, 344 in Fig. 5 substantially correspond to the corresponding blocks in Fig. 4.
  • the blocks 322, 332, 342 in Fig. 5 are respectively denoted by the symbol 501, Z "n .
  • the symbol 501 represents an nth-order delay element or a delay unit for delaying n times the time interval T Abt .
  • the blocks 312, 324, 334, 344 in FIG. 5 are indicated by the symbol 502.
  • the symbol 502 represents a "downsampling" by a factor of 4 or a decimator for decimation by the decimation factor 4. Further, in Fig. 5, the blocks 510, 520 are marked with the symbol 503.
  • the symbol 503 represents a combiner ( eg adder).
  • FIGS. 3 to 5 essentially represent different implementations for a value-pair determination with the value-pairing tester 1 14.
  • the sample values A, B, ⁇ ⁇ , A, B ⁇ or the combination values C, d can be flexible be determined.
  • a flexible implementation for the sample value or combination value determination can be realized.
  • the receiver 100 includes a parameter calculator 120 for calculating the phase information 125, ⁇ p R , of the received signal 105, A R , based on the at least one pair of samples 15 (A, B;
  • the phase information of the received signal can be determined for a measurement of information about a distance to an object.
  • sampling of the received signal with the sampling value generator 110 can also be referred to as a time-delayed sampling of the received signal or of the detector signal.
  • Embodiments of the present invention have the advantage that it is possible by the time-shifted sampling of the detector signal to be able to perform a direct downmixing (folding) into the zero position (DC component) when choosing a specific sampling frequency or sampling rate (f A bt) ,
  • Fig. 6d shows an equivalent circuit diagram of an exemplary ideal sampler.
  • a BP signal rate of revolution of the wheel
  • Dirac pulse a Dirac pulse
  • the multipliers of FIG. 16 are replaced by, for example, two ADCs. These ADCs sample the bandpass signal U B p (t) at the frequency f Abt .
  • the clock of one ADC to the other ADC is, for example, phase-shifted by 90 ° (cf., FIG. 6c).
  • FIG. 6c shows a schematic structure of a time-shifted scan with two ADCs.
  • the Dirac pulse is a Fourier series representation
  • the sampling frequency f A bt can be selected so that the center frequency f C w corresponds to an integer multiple of the sampling frequency f Abt , ie then the spectra of both channels will look like this. For channel A results
  • a time offset of ⁇ / 2 is obtained by operating the ADC at 4 times the sampling frequency.
  • the input signal or the received signal 105, A R can be decimated in two branches by a factor of 4, with one of the two branches first being delayed by one clock (compare the exemplary embodiment of FIG. 3).
  • the time offset ⁇ can be selected, for example, such that ⁇ - 'Abbot
  • a suitable sampling frequency f Ab t can be calculated from the following formula. This formula is
  • FIGS. 7a-d exemplary diagrams
  • Figures 7a-d exemplify the provision of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A 1 ( B) with the sample provider 110 of the embodiment of the receiver 100 of Figure 1 a.
  • an exemplary oversampled 1 MHz cosine signal with the phase 0 can be seen in the first diagram 710.
  • the amplitude has been set to 1 by way of example.
  • the third diagram 730 and the fourth diagram 740 correspond to the signal decimated by a factor of 4, the imaginary part ("imag") being delayed by one clock.
  • the 1 MHz cosine signal substantially corresponds to the received signal 105, A R> while the four samples correspond to the exemplary one. essentially correspond to the at least one pair of samples 15 (A, B, Ai, Bj).
  • the 1 MHz cosine signal in the first diagram 710 of FIG. 7b substantially corresponds to the received signal 105, A R , of FIG. 1a
  • the four samples having the example values of [1 0 -1 0 ] in the second to fourth diagrams 720, 730, 740 of FIG. 7b substantially correspond to the at least one pair of samples 15 (A, B, ⁇ , B,) of FIG. 1a.
  • the 1 MHz cosine signal in the first diagram 710 of FIG. 7c substantially corresponds to the received signal 105, A R , of FIG. 1 a
  • the four samples having the values of [1 0 -1 0] in the second to fourth graph 720, 730, 740 of FIG. 7c substantially correspond to the at least one pair of samples 1 1 5 (A, B; A,, B-1) of FIG. 1 a.
  • the 1 MHz cosine signal which is phase-shifted by, for example, 45 °, corresponds in the first diagram 710 of FIG. 7d substantially. Chen the received signal 105, A R, of Figure 1 a, while the four samples with the exemplary values.
  • [I / 2 - I / V2 - I / V2 I / V2] in the second to fourth graph 720, 730, 740 7d substantially correspond to the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A,, of FIG. 1a.
  • the time interval T Abt of the respective samples is shown there.
  • the time interval T Abt corresponds to the sampling rate f Abt according to the above-derived equation (Equation 30).
  • the time interval T Abt or the sampling frequency f Abt can be set flexibly, for example, depending on an ambient condition of the receiver.
  • Embodiments of the present invention thus allow a more flexible adjustment of the sampling rate for a sample of the received signal in the receiver.
  • the digital signal 1 13 is divided after the scan with the ADC 1 12 into two branches. In the first branch, the sampled signal 1 13 is decimated by the factor 4 (block 312). The second branch is first delayed by one sample clock (T Abt ) (block 322). and then decimated by the factor 4 (block 324). After the decimation, the clock of the pixel clock (f dk ), for example, continues to be processed (see Fig. 3).
  • the phase information 125, cp R , of the received signal 105, A R , and the phase angle of the detector signal, respectively, are calculated using the following equation
  • the phase difference ⁇ can be calculated according to exemplary embodiments.
  • the distance R to the object can be further calculated (see Equation 6).
  • the amplitude information A R of the received signal 105, A R , or the amplitude of the signal reflected on an object may be calculated as the magnitude of the complex value pair (A, B) using the following equation
  • conclusions about the reflectivity property of the object can be drawn from the amplitude of the detector signal ( R R ).
  • FIG. 8a shows a schematic representation of a power distribution when detecting or scanning with a LIDAR system.
  • FIG. 8 a shows exemplary equations for the power transmitted by a transmitter (eg aircraft), P T , for the power received by the transmitter (eg aircraft), FIG. the power received at an object (eg ground surface), M ⁇ P T , and the power ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ reflected at the object (eg ground surface)
  • P R is the received light power
  • P T is the transmitted light power
  • M is the atmospheric transmission
  • a r is the surface of the receiving optics
  • p is the reflectivity of the surface
  • R is the distance to the surface.
  • the reflectivity of the object may be calculated by the following formula
  • Fig. 9 shows a system 200 for measuring information on a distance to an object 129, ⁇ ⁇ , R.
  • the system 200 includes a transmitter 10, a receiver 100 and a control unit 210.
  • the transmitter 10 includes is designed to transmit a transmission signal 15, A T.
  • the receiver 100 is designed to receive a received signal 05, AR.
  • the receiver 100 of the embodiment of FIG. 9 substantially corresponds to the receiver of the embodiment of FIG. 1 a.
  • the control unit 210 is designed to have an average frequency 1 1, f C w ' > of the transmitting signal 15, A T , and the sampling rate 1 1 1, f Abt , as a function of a clock frequency 205, f dk , of the system 200 to control.
  • the transmission signal 15, A T a sinusoidal signal a T sin (27r CT f t + ⁇ ⁇ ) where a T and ⁇ ⁇ the amplitude information and the phase information and f C w 'the center frequency of the transmission signal 15, A T , represent.
  • the functions A T (t) and A R (t) for the transmit signal 15 and the received signal 105 differ only in their amplitude information and their phase information.
  • these functions A T (t) and A R (t) essentially do not differ in their frequency (fcw -fcw).
  • a light signal eg the transmission signal 15
  • a band-limited function so we also get a band limited signal (signal 105) at the detector.
  • control unit 210 includes a center frequency transmitter 212 and a sample rate provider 214.
  • the center frequency relay 212 is designed, for example, to control the average frequency 1 1, f C w ' > of the transmission signal 15, A T , as a function of the clock frequency 205, f C
  • the sample rate generator 214 may be configured to provide the sampling rate 1 1 1, f Abt , in response to the clock frequency 205, f dk .
  • control unit 210 is configured to multiply the clock frequency 205, f cik by a factor of 4 to provide the sampling rate 1 1 1, f Abt .
  • the system 200 includes a clock frequency provider 201 for providing the clock frequency 205, f dk , to the control unit 210.
  • the clock frequency provider 201 is configured to set the clock frequency 205, f dk , for the control unit 210 based on a desired resolution (FIG. N px ) of a scan area of the system 200 and at an oscillation frequency (f s ) of a scan mirror of the system 200.
  • the receiver 100 comprises a parameter calculator 120 for calculating the phase information 125, cp R , of the received signal 105, A R , Ba. based on the at least one pair of samples 1 15 (A, B; ⁇ ,, B,).
  • the parameter calculator 120 for the system 200 of FIG. 9 substantially corresponds to the parameter calculator 120 of Fig. 6.
  • the parameter calculator is configured 120 to the information on the distance to the object 129, ⁇ ⁇ , R, based on a phase information ⁇ ⁇ of the transmission signal 15, A T , and the phase information 125, cp R , of the received signal 105, A R.
  • a phase difference ⁇ results from a difference between the phase information ⁇ ⁇ of the transmission signal 15 and the phase information cp R of the received signal 125.
  • the reflectivity information of the object p may be calculated based on the amplitude information a T of the transmission signal 15 and the amplitude information a R of the received signal 105 using Equation 34.
  • the receiver 100 has knowledge of the mean frequency 1 1, f C w ' > of the transmission signal 15, A T.
  • the parameter calculator 120 is configured to calculate the distance to the object R based on the average frequency of the transmit signal 15, A T. In this case, for example, equation 6 can be used.
  • FIGS. 10a-c show further details of the system 200 with the control unit 210 according to further embodiments of the present invention.
  • the exemplary embodiments of FIGS. 10a-c include the elements already described above with the same reference numerals.
  • Fig. 10a a block diagram of a scanning system is shown.
  • the receiver 00 further comprises a detector 1010 for providing a detection signal as an input signal 1015.
  • the receiver 100 in Figure 10a includes a filter 020 for filtering the input signal 1015, and the receive signal 105 is provided.
  • the filter 1020 (“AA”) is an anti-aliasing filter designed to apply low-pass filtering to the input signal 1015.
  • the parameter calculator 120 in FIG. 10a includes two blocks 1022, 1024 configured to be the same
  • the system 200 of FIG. 10a further includes a control logic 1002 configured to control various parameters of the system 200.
  • the control logic 1002 and the control unit 210 of FIG. 0a are in turn controlled by a mirror driver 1001 so that parameters of a scan mirror of the system 200 can be adjusted.
  • the transmitter 10 of Figure 10a further includes a block 030 ("DAC") and a block 1040 ("Laser").
  • block 1030 corresponds to a digital-to-analog converter (DAC)
  • block 1040 corresponds to a laser for transmitting the transmit signal.
  • FIG. 10a a simplified block diagram of a scanning LIDAR system is shown.
  • the phase ⁇ p R corresponds to the result of equation 31, while the amplitude a R corresponds to the result from equation 32, for example.
  • the detector signal 1015 is band limited by, for example, a suitable antialiasing filter (AA).
  • FIG. 0b shows a block diagram of an overall system.
  • the detector 1010 is, for example, an avalanche photodiode ("Avalanche Photo Diode", APD).
  • APD avalanche Photo Diode
  • the avalanche photodiode 1010 is configured to provide the input signal 1015.
  • the receiver 100 of FIG. 10b includes a block 1012 ("Analog Back End").
  • Block 1012 represents an analog interface for receiving received signal 105.
  • Control unit 210 is shown in FIG. 10b as "LIDAR Core Clock Gen.” designated.
  • the control unit 210 shown in FIG. 10b sets the average frequency 1 1 ("f_cw"), the sampling rate 1 1 1, f Ab t. and another frequency 1 1 1 1 (“fs_dac”) as the control frequency for block 1030 (DAC).
  • the control unit 210 may be controlled by a block 1001 ("Mirror IP”) by means of a frequency f_reso 1 2 .
  • the block 1001 is designed, for example, to provide the frequency f_reso 2 for the control unit 210 in order to realize a desired resolution of the scan area of the system.
  • the transmitter 10 shown in FIG. 10b includes an analog front end block 1032 as an interface between the DAC 1030 and the laser 1040.
  • the transmitter 10 in FIG. 0b includes a mirror 1050 controlled by the block 1001 can be.
  • the mirror 1050 and the block 1001 are connected to each other via a communication link 1055.
  • the oscillation frequency (f s ) of the mirror 1050 may be adjusted with the block 1001.
  • the mirror 1050 is designed to deflect the transmitted signal transmitted by the laser 1040 to an object. As shown in FIG. 10b, the transmitted signal deflected onto the object is reflected towards the avalanche photodiode 1010 after reflection from the object.
  • FIG. 10c shows an embodiment of a control unit 210 of the embodiment of the system 200 according to FIG. 10b.
  • FIG. 10b shows a block diagram of a "LI DAR Gore Clock Generator".
  • the control unit 210 includes the center frequency provider 212 and the sample rate provider 214.
  • the blocks 212, 214 are configured to receive the signals 1 1 (f_cw), 1 1 1 (f abb ), and 1 1 1 1 (FIG. fs_dac) depending on the input frequency f_reso 1 2 .
  • the blocks 212, 214 can be adjusted by a block labeled "register” by means of a control signal ("Resolution").
  • Embodiments of the present invention enable a static LIDAR measurement.
  • a static measurement ie, the intensity-modulated laser radiates constantly in one direction
  • any useful frequency fcw for the intensity modulation can be selected according to embodiments.
  • a sampling rate of the ADC 1 12 (f A bt) at which the "intensity-modulated" detector signal (or the received signal 105) is mixed to the zero position by the sampling rate f Abt may be calculated at this frequency.
  • a new value pair or the at least one pair of sample values 15 (A, B, Ai, B ⁇ ) with a frequency of f Ab t / 4 is available.
  • Embodiments of the present invention provide a concept for time-shifted sampling, wherein the advantage of time-shifted sampling in a static LIDAR measurement lies in the freely selectable repetition time of a measurement (or in the freely selectable time interval T Abt ).
  • This repetition time or interval can be selected from the hour range to the microsecond range.
  • the duty cycle times are, for example, ⁇ 0.5 seconds and a maximum of 4 seconds.
  • the intensity frequency (fcw ') can be varied freely. This has the further advantage that the measuring range can be varied.
  • the required tasks may be performed by a very small ⁇ - Controllers are done because no large calculations or complex data handling are required.
  • FIG. 8b shows a scan area of a 2D scanner without adaptation (left) or with adaptive scan area adaptation (right).
  • Embodiments provide a concept that is advantageous in that it is independent of the type and scanning speed of the scanner. For this example, a grid is thrown over the area to be scanned.
  • the distances in the grid correspond to a pixel clock (or the clock frequency f dk ).
  • a pixel clock or the clock frequency f dk .
  • the pixel clock is now equated, for example, with f Abt / 4, ie a quarter of the sampling rate f Abt of ADC 1 12. If, for example, the sampling rate f A bt of ADC 1 12 is calculated from the pixel clock and equation 30 is changed to f C w
  • f A bt of ADC 1 12 is calculated from the pixel clock and equation 30 is changed to f C w
  • the prerequisite for a time-delayed scanning according to the invention lies in a scanning system in that the oscillation frequency of the scanner (or f s ) is known, the spatial resolution of the scanner is known, the required resolution of the scan area (pixels in x- or in x / y direction or the parameter "resolution"), the intensity modulation is a sinusoidal function, the frequency of the intensity-modulated CW signal is known (f C w) and the detector signal is band-limited.
  • a variable (frequency) output signal can be calculated.
  • Equation 30 (or f c i k ) provided with a factor. This factor results from the transformation of Equation 30.
  • a clock can be generated in accordance with this frequency, with which the scanner of the ADC 1 12 can be operated.
  • Increasing the m-factor in Equation 35 increases the modulation frequency of the CW signal (which corresponds to a shorter wavelength), which in turn allows more accurate phase determination. It is also possible by a position determination of the example MEMS mirror to perform a multiple measurement of the same pixel. Thus, by averaging the measured values over the same pixel, the accuracy of the phase determination can be further increased.
  • This measuring method has the advantage, for example, in scanners that no data has to be stored for further signal processing (as is the case, for example, using FFT, digital filters, etc.), but that per pixel clock in the scan (f Abt / 4 ) exactly one complex measuring pair (A + jB) exists. From this pair of measurements, phase shift and amplitude of the sampled signal can be calculated. From these values, further distance and brightness of the pixel can be determined.
  • Fig. 1 1 1 such a scan is simulated by way of example, in which the phase position of the detector signal varies linearly from pixel to pixel. The exemplary scan of FIG. 11 is explained in more detail below.
  • Fig. 1 such a scan is simulated by way of example, in which the phase position of the detector signal varies linearly from pixel to pixel.
  • the exemplary scan of FIG. 11 is explained in more detail below.
  • Fig. 1 such a scan is simulated by way of example, in which the phase position of the detector signal varies linearly
  • the MATLAB script "Simulation - Timed Scan LI DAR-" of Fig. 18a-f was used.
  • a cosine-shaped signal with a frequency of 68 MHz is sampled at 54.4 MHz by way of example.
  • the respective samples can be seen in the first diagram 1 1 10 ("Function Values").
  • the sampled signal was decimated by a factor of 4 or first delayed by one clock and then decimated ("Real Value", "Imag Value”).
  • the fourth diagram 1 140 the phase relationship of the sampled signal (“phase [deg]"). As can be seen in FIG. 11, these samples have a spacing of 1 / fclk.
  • each pixel can be assigned a phase value, more specifically, an individual distance can be calculated for each pixel.
  • the concept just described is advantageous in that it can be used independently of the scanner used (1 D / 2D scanner, raster scanner / Lissajous scanner, etc.). According to embodiments, it is possible to vary the resolution during operation and to perform a multiple measurement of a pixel.
  • the resolution of the scan area can be adjusted independently of the scanning method (static or scanning measurement). If, for example, the scan area is increased, this means that the grid will become narrower. This in turn means that the Pixeiclock (Equation 36) is increased in this range, thereby increasing the frequency of the CW signal (Equation 35) and the sampling rate of the ADC 1 12 (Equation 37). For example, if there is an area to be scanned with less high resolution, then the pixel block may be decreased in this area, resulting in the frequency of the CW signal (f C w) and the sampling rate (f A bt) of the ADC 1 12 also be reduced.
  • This adaptive scan resolution according to the invention can be of interest, for example, in edge detections or edge inspections.
  • an edge / column is detected in a first scan.
  • the resolution can be increased in order to better resolve the edge / column.
  • Embodiments of the present invention provide a real-time evaluation algorithm that determines the distance and reflectivity of the area to be scanned in a CW method.
  • the accuracy of the measured value can be steadily increased by averaging several measurements.
  • the static measurements include, for example, a Doppler measurement, while the scanning measurement comprises a variable adaptation to a scan frequency, an adaptive pixel resolution, a possible multiple measurement of a scan frequency.
  • xels and 3D photography inspection applications, biometric applications, .
  • embodiments of the present invention provide a concept that is significantly more resource efficient. Similarly, no data collection (such as in an FFT) is needed for the inventive algorithm.
  • the present invention is advantageous in that, in contrast to known methods in which an FM demodulation is carried out for a CW signal, wherein this demodulation precedes the data acquisition, no further resources are needed.
  • the demodulation is achieved, for example, by multiplication. Since the equivalent circuit of a scanner (see Fig. 6d) also contains a multiplier, it is possible to perform a quadrature demodulation by selecting a particular sampling frequency (f Ab t). It has been recognized that for this purpose the multipliers from FIG. 16 can be replaced by ADC. It was also recognized that this eliminates the subsequent TP filtering.
  • the computer program (algorithm) according to the invention can be realized for example with the simulation program MATLAB, as shown in FIG.
  • MATLAB simulation program
  • some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step.
  • aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device).
  • Apparatus such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit.
  • a signal according to the invention such as a signal comprising the samples 15 (A, B; Ai, B), may be stored on a digital storage medium or may be on a transmission medium such as a wireless transmission medium or a wired transmission medium, eg Internet, to be transmitted.
  • the signal according to the invention may be stored on a digital storage medium, or may be transmitted on a transmission medium, such as a wireless transmission medium or a wired transmission medium, such as the Internet.
  • a transmission medium such as a wireless transmission medium or a wired transmission medium, such as the Internet.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable computer system or cooperate such that the respective method is performed. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
  • some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
  • an embodiment of the The method according to the invention thus comprises a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein.
  • a further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals, which represent the computer program for performing one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • a processing device such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
  • a further embodiment according to the invention comprises a device or a system designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can be done for example electronically or optically.
  • the receiver may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device eg, a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This can be a universally applicable Hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.
  • One aspect of the invention is therefore configuration data for a programmable logic device or field programmable gate array (FPGA) for performing the method described herein when the configuration data is loaded into the programmable logic device or field programmable gate array.
  • FPGA field programmable gate array
  • Embodiments of the present invention provide a method for determining phase information 125, cp R , of a received signal 105, A R.
  • the method comprises providing at least one pair of samples 1 15 (A, B; A 1 t ⁇ ), sampling the received signal 105, A R , at a sampling rate 1 1 1, f Abt less than a mean frequency 101 , f C w, of the received signal 105, A R , and providing two samples as a pair of samples 1 15 (A, B; A 1 ( Bi) representing a time interval (T Abt ) of
  • FIG. 1 For embodiments of the present invention, a method of measuring information about a distance to an object 129 ( ⁇ , R) with a system 200.
  • the method comprises transmitting a transmit signal 15, A T , with a transmitter 10, receiving a receive signal 105, A R , having a receiver as described above, and controlling a mean frequency 1 1, W, of the transmission signal 15, A T , and the sampling rate 1 1 1, f Abt , in dependence on a clock frequency 205 , f C

Abstract

The invention relates to a receiver for determining phase information of a received signal, comprising a sampled value generator for providing at least one pair of sampled values. The sampled value generator is designed to sample the received signal at a sampling rate which is lower than an average frequency of the received signal. The sampled value generator is designed to provide two sampled values as a pair of sampled values, said sampled values being separated by a time interval of ¼ - Tcw (4m + 1) or ¼ - Tcw (4m + 3), wherein m is a whole number greater than or equal to 1, and Tcw is an average period duration of the received signal.

Description

Empfänger und Verfahren zur Bestimmung einer Phaseninformation eines empfangenen Signals und System und Verfahren zur Messung einer Information über eine  A receiver and method for determining phase information of a received signal and system and method for measuring information about a
Entfernung zu einem Objekt  Distance to an object
Beschreibung description
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Empfänger und ein Verfahren zur Bestimmung einer Phaseninformation eines empfangenen Signals. Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein System und ein Verfahren zur Messung einer Information über eine Entfernung zu einem Objekt. Weiter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Methode zur Messung der Entfernung und der Reflektivitätseigenschaft eines Objekts mit einem CW („Continous Wave")-LIDAR („Light Detection and Ranging")- Verfahren, beispielsweise unter Verwendung eines echtzeitfähigen Algorithmus. Embodiments of the present invention relate to a receiver and a method for determining phase information of a received signal. Further embodiments of the present invention relate to a system and method for measuring information about a distance to an object. Further embodiments of the present invention relate to a method for measuring the distance and the reflectivity property of an object with a CW ("Continuous Wave") LIDAR ("Light Detection and Ranging") method, for example using a real-time algorithm.
Bei einem bekannten CW („Continous Wave")-LIDAR („Light Detection and Ranging")- Verfahren wird ein intensitätsmoduliertes Lichtsignal zum Objekt gesendet, welches am Objekt zu einem Detektor reflektiert wird. Durch die Laufzeit des Lichts, die der Strahl zum Objekt und zurück zum Detektor benötigt, ist eine Phasenverschiebung zwischen ausgesendetem, intensitätsmoduliertem Licht und detektiertem Signal zu erkennen, denn In a known CW ("Continuous Wave") - LIDAR ("Light Detection and Ranging") - method, an intensity-modulated light signal is sent to the object, which is reflected at the object to a detector. Due to the duration of the light, which the beam needs to the object and back to the detector, a phase shift between emitted, intensity-modulated light and detected signal can be seen, because
Strecke = Geschwindigkeit Zeit Distance = speed time
R* = c - tL R * = c - t L
(1 ) wobei R* die Strecke, c die Geschwindigkeit und tL die Zeit sind. (1) where R * is the distance, c the speed and t L the time.
Kann die Phasenverschiebung zwischen beiden Signalen ermittelt werden, so kann ein Rückschluss auf die Entfernung zum Objekt gemacht werden (vgl. Fig. 12, Fig. 13). In Fig. 12 ist eine Illustration eines CW-Verfahrens (ausgehende Welle 2, reflektierte Welle 4) gezeigt. In Fig. 13 ist ein Aufbau eines bekannten CW-Systems gezeigt. Wird die Intensität des Lasers AT (T = "Transmit") beispielsweise mit einer Sinusfunktion der Periode TCw moduliert If the phase shift between the two signals can be determined, then it is possible to draw conclusions about the distance to the object (compare FIGS. 12, 13). In Fig. 12, an illustration of a CW method (outgoing wave 2, reflected wave 4) is shown. In Fig. 13, a construction of a known CW system is shown. If the intensity of the laser A T (T = "Transmit") is modulated, for example, with a sine function of the period T C w
227π1 227π1
AT(t) = a r - sin -— t i + A T (t) = a r - sin - t i +
\' c cww  cww
(2) so enthält das empfangene Detektorsignal AR (R =„Receive") beispielsweise ebenfalls eine sinusförmige Funktion der Periode TCw (2), for example, the received detector signal A R (R = "Receive") also contains a sinusoidal function of the period T C w
,(t) = äR - si i-^- t + ^) , (t) = a R - si i - ^ - t + ^)
Die Phasendifferenz Δφ zwischen ausgesendetem Signal AT(t) und empfangenem Signal AR(t) bestimmt sich durch die Subtraktion beider Phasen The phase difference Δφ between the transmitted signal A T (t) and the received signal A R (t) is determined by the subtraction of both phases
Δφ = φτ - ψκ Δφ = φ τ - ψκ
(4)  (4)
Aus dem Zusammenhang zwischen der Laufzeit des Signals tL und der Periode TCw sowie der Phasendifferenz Δφ/2π ergibt sich das Verhältnis tL Αφ From the relationship between the transit time of the signal t L and the period T C w and the phase difference Δφ / 2π results in the ratio t L Αφ
l cw 2π  l cw 2π
(5)  (5)
Aus dieser Beziehung lässt sich die Entfernung R („Range") zum Objekt berechnen From this relationship, the distance R ("Range") to the object can be calculated
2 2 TT (6 ) Bekannt sind aus der obigen Gleichung 6 die Lichtgeschwindigkeit c und die Periode TCw des intensitätsmodulierten Lichtsignals. Der Faktor ! ist dadurch zu erklären, dass das Licht die doppelte Strecke 2R (Hin- und Rückweg) zurücklegt. Da jedoch nur die Entfernung zum Objekt gemessen wird, wird durch den Faktor 2 dividiert. Um die Entfernung bestimmen zu können, sollte die Phasendifferenz Δφ zwischen der ausgesendeten und der empfangenen, intensitätsmodulierten Lichtwelle bestimmt werden. 2 2 TT (6) From the above equation 6, the speed of light c and the period T C w of the intensity modulated light signal are known. The factor ! can be explained by the fact that the light travels twice the distance 2R (round trip). However, since only the distance to the object is measured, it is divided by the factor 2. To the distance To be able to determine the phase difference Δφ between the emitted and the received, intensity-modulated light wave should be determined.
In Fig. 13 ist ein beispielhafter Aufbau eines bekannten CW-LIDAR-Systems zu erkennen. Wie in Fig. 13 gezeigt, wird eine Laserdiode (LD) mit der sinusförmigen Funktion AT(t) angesteuert, wodurch der Laser in der Intensität sinusförmig moduliert wird. Eine Photodiode (PD) wandelt das reflektierte Licht in elektrische Signale um. Eine nachfolgende Signalaufbereitung erzeugt das empfangene Signal AR(t). Die Funktionen AT(t) und AR(t) unterscheiden sich in der Amplitude und Phasenlage, aber nicht in der Frequenz. FIG. 13 shows an exemplary structure of a known CW LIDAR system. As shown in Fig. 13, a laser diode (LD) having the sinusoidal function A T (t) is driven, whereby the intensity of the laser is sinusoidally modulated. A photodiode (PD) converts the reflected light into electrical signals. Subsequent signal conditioning generates the received signal A R (t). The functions A T (t) and A R (t) differ in amplitude and phase, but not in frequency.
Eine Schwierigkeit bei einem scannenden CW-LIDAR-System liegt in den sich stetig wechselnden Phase am Detektor. Hierfür stelle man sich eine Kammstruktur vor (vgl. Fig. 14). In Fig. 14 ist ein Scan einer Kammspitze (links) und ein Scan eines Tals (rechts) gezeigt. Zeigt der Lichtstrahl auf eine Kammspitze, so liegt am Detektor eine andere Pha- senverschiebung an, als würde der Lichtstrahl genau zwischen zwei Kammspitzen strahlen. Je schneller der Lichtstrahl über eine Kammspitze und das Kammtal gescannt wird, desto schneller sollte der Auswertealgorithmus die unterschiedlichen Phasensignale de- tektieren und auswerten können. In Fig. 15 sind zwei beispielhafte Messungen zu erkennen, die zueinander (resultierend aus der Entfernung zwischen Sender und Objekt) eine unterschiedliche Phasendifferenz besitzen. In Fig. 15 ist eine Phasenlage zwischen ausgehendem und detektiertem Signal gezeigt. Wenn wie im Vorhergehenden beschrieben die Intensität mit einer Sinusfunktion moduliert wird, so ist die ausgesendete (ausgehende), intensitätsmodulierte Lichtwelle bandbegrenzt. Wenn im rückführenden Pfad, also vom Detektor zum Empfänger, wie beispielsweise zum ADC („Analog-to-Digital-Converter", Analog-Digital-Umsetzer), ebenfalls eine Filterstufe vorhanden ist, so wird ein Bandpasssignal am Empfänger bzw. am ADC abge- tastet. One difficulty with a scanning CW LIDAR system is the constantly changing phase at the detector. For this, imagine a comb structure (see Fig. 14). FIG. 14 shows a scan of a comb tip (left) and a scan of a valley (right). If the light beam points to a ridge, another phase shift is applied to the detector, as if the light beam were radiating exactly between two ridge points. The faster the light beam is scanned over a crest peak and the ridge, the faster the evaluation algorithm should be able to detect and evaluate the different phase signals. FIG. 15 shows two exemplary measurements which have a different phase difference relative to one another (resulting from the distance between transmitter and object). In Fig. 15, a phase relationship between outgoing and detected signal is shown. As described above, when the intensity is modulated with a sine function, the emitted (outgoing) intensity modulated light wave is bandlimited. If a filter stage is also present in the returning path, ie from the detector to the receiver, for example to the ADC (analog-to-digital converter), a bandpass signal is output at the receiver or at the ADC - feels.
Die Phaseninformation lässt sich aus einem Bandpasssignal unter anderem aus einer Quadraturabwärtsmischung extrahieren. Dabei wird ein ideales BP2-Signal angenommen The phase information can be extracted from a bandpass signal inter alia from a quadrature downmix. This assumes an ideal BP 2 signal
UBP{t) = ü - s (27rfMt + (p) Bei der Quadraturabwärtsmischung wird das reelle BP-Signal (Bandpasssignal) mit zwei um 90° gegeneinander phasenverschobenen Sinusschwingungen multipliziert. Dies ist in Fig. 16 gezeigt. In Fig. 16 ist eine beispielhafte Quadratur-Demodulation gezeigt. Aus den trigonometrischen Funktionen sin( )- sin(/>) = ' · (cos(a - b)- cos(a + b)) U BP {t) = ü - s (27rf M t + (p) In quadrature down-conversion, the real BP signal (bandpass signal) is multiplied by two sine waves phase-shifted by 90 °. This is shown in FIG. 16. In Fig. 16, an exemplary quadrature demodulation is shown. From the trigonometric functions sin () - sin (/>) = '· (cos (a - b) - cos (a + b))
2 (8) 2 (8)
sin( )- cos(i) =- · (sin(a - b)+ sin(a + b)) (9) sin () - cos (i) = - · (sin (a - b) + sin (a + b)) (9)
ist zu erkennen, dass, sobald die Argumente (a und b) identisch sind, zwei Signalanteile entstehen. Dabei sollte der Anteil auf der zweifachen Frequenz durch einen geeigneten Filter entfernt werden. Auf die Gleichung 7 angewendet ergibt sich nach einem TP (Tiefpass)-Filter cos( >) It can be seen that as soon as the arguments (a and b) are identical, two signal components are created. The proportion should be removed at twice the frequency by a suitable filter. Applied to equation 7, after a TP (low-pass) filter, cos (>)
1 1
sin(p) (1 1 )  sin (p) (1 1)
Somit erhalten wir nach dem TP-Filter ein komplexes Wertepaar (Gleichungen 10 und 1 1 ) mit zwei verschiedenen Werten, aus denen die Phasenbeziehung und Amplitude berechnet werden können. Thus, after the TP filter, we obtain a complex value pair (Equations 10 and 11) with two different values from which the phase relationship and amplitude can be calculated.
Ein Nachteil der Quadratur-Demodulation gemäß Fig. 16a ist jedoch, dass durch die De- modulation die Hälfte der Amplitude verlorengeht und eine Gruppenlaufzeit durch den TP- Filter hinzukommt. A disadvantage of the quadrature demodulation according to FIG. 16a, however, is that the demodulation loses half the amplitude and adds a group delay through the TP filter.
In der DE 100 01 015 A1 wird ein Verfahren zur Messung der Entfernung von Objekten, atmosphärischen Partikeln und dergleichen mittels LIDAR oder Laserradar-Signalen beschrieben. Dieses bekannte Verfahren basiert im Wesentlichen auf einer FFT („Fast Fourier Transform"). DE 100 01 015 A1 describes a method for measuring the distance of objects, atmospheric particles and the like by means of LIDAR or laser radar signals. This known method is essentially based on an FFT ("Fast Fourier Transform").
In der US 201 1/0317147 A1 wird ein bekanntes Verfahren unter Verwendung von zeitversetzten PN („Pseudorandom Noise")-Codes für CW-LIDAR, Radar und Sonar beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine FM (Frequenzmodulation)-Demodulation für ein CW-Signal durchgeführt. Diese FM-Demodulation geschieht, wie in Fig. 10 dieser Schrift gezeigt, vor der Datenaufnahme. Insbesondere benötigt dieses bekannte Verfahren weitere Ressourcen. In Bogatscher, S. et al.,„Laser-Rangefinder auf Basis von MEMS-Spiegeln für adaptive Robotik", Mikrosystemtechnik Kongress 2013, 14.-16. Oktober 2013 in Aachen, wird ein weiteres bekanntes LIDAR-System beschrieben. Insbesondere wird anhand eines Blockdiagramms von Fig. 3 ein LIDAR-System und dessen Auswertung beschrieben. Zu erkennen ist unter anderem ein Laser, der mit der Frequenz fm moduliert wird. Ferner ist zu er- kennen, dass ein ADC mit der 8-fachen Modulationsfrequenz abgetastet wird. Im An- schluss wird eine klassische Demodulation über zwei Multiplizierer und unter Verwendung von Tiefpassfiltern durchgeführt. US 201 1/0317147 A1 describes a known method using time-shifted PN ("pseudo-random noise") codes for CW-LIDAR, radar and sonar, this method being known as FM (Frequency Modulation) demodulation performed for a CW signal. This FM demodulation occurs, as shown in Fig. 10 of this document, prior to data acquisition. In particular, this known method requires additional resources. In Bogatscher, S. et al., "Laser Rangefinder based on MEMS mirrors for adaptive robotics", Microsystems Technology Congress 2013, 14-16 October 2013 in Aachen, another well-known LIDAR system is described 3 shows a LIDAR system and its evaluation, a laser which is modulated at the frequency f m and, furthermore, that an ADC is sampled at 8 times the modulation frequency Subsequently, a classic demodulation is performed via two multipliers and using low-pass filters.
Ein generelles Problem der im Vorhergehenden beschriebenen LIDAR-Systeme ist somit, dass diese relativ kompliziert sind und gleichzeitig mit einem vergleichsweisen hohen Rechenaufwand bzw. mit dem Einsatz von weiteren Ressourcen verbunden sind. A general problem of the LIDAR systems described above is that they are relatively complicated and at the same time involve comparatively high computational effort or the use of additional resources.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Konzept zur Bestimmung einer Phaseninformation eines empfangenen Signals zu schaffen, das eine einfa- chere, effizientere und ressourcensparendere Implementierung ermöglicht. The object of the present invention is therefore to provide a concept for determining a phase information of a received signal, which enables a simpler, more efficient and resource-saving implementation.
Diese Aufgabe wird durch einen Empfänger nach Anspruch 1 , ein System nach Anspruch 8, ein Verfahren nach Anspruch 13, ein Verfahren nach Anspruch 14 und ein Computerprogramm nach Anspruch 15 gelöst. This object is achieved by a receiver according to claim 1, a system according to claim 8, a method according to claim 13, a method according to claim 14 and a computer program according to claim 15.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Konzept zur Bestimmung einer Phaseninformation eines empfangenen Signals mit einem Abtastwertbereitsteller, wobei der Abtastwertbereitsteller ausgelegt ist, um das empfangene Signal mit einer Abtastrate abzutasten, die kleiner als eine mittlere Frequenz des empfangenen Signals ist. Hierbei ist der Abtastwertbereitsteller ausgelegt, um als Paar von Abtastwerten zwei Abtastwerte bereitzustellen, die einen zeitlichen Abstand von Embodiments of the present invention provide a concept for determining phase information of a received signal with a sample provider, wherein the sample provider is arranged to sample the received signal at a sampling rate less than a mean frequency of the received signal. In this case, the sample value generator is designed to provide, as a pair of samples, two samples which are separated by a time interval
~rci, (4m + l) ~ r ci , (4m + l)
oder von ~Tcw(4m + 3) or from ~ T cw (4m + 3)
4 aufweisen, wobei m eine ganze Zahl größer gleich (>) 1 ist, und wobei TCw eine mittlere Periodendauer des empfangenen Signals ist. 4, where m is an integer greater than or equal to (>) 1, and where T C w is an average period of the received signal.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist, dass die oben genannte einfachere, effizientere und ressourcensparendere Implementierung erreicht werden kann, falls das empfangene Signal mit einer Abtastrate abgetastet wird, die kleiner als eine mittlere Fre- quenz des empfangenen Signals ist, und falls als Paar von Abtastwerten zwei Abtastwerte bereitgestellt werden, die den oben genannten zeitlichen Abstand aufweisen. Dadurch kann eine hohe Komplexität der Implementierung und gleichzeitig ein vergleichsweise hoher Rechenaufwand bzw. der Einsatz von weiteren Ressourcen vermieden werden. Somit kann die einfachere, effizientere und ressourcensparendere Implementierung er- möglicht werden. The gist of the present invention is that the above simpler, more efficient, and more resource efficient implementation can be achieved if the received signal is sampled at a sampling rate less than a mean frequency of the received signal, and if as a pair of samples two samples are provided, which have the above-mentioned time interval. As a result, a high level of implementation complexity and at the same time a comparatively high computational effort or the use of additional resources can be avoided. Thus, the simpler, more efficient and resource-saving implementation can be made possible.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Empfänger einen Parameterberechner zum Berechnen der Phaseninformation des empfangenen Signals basierend auf dem Paar von Abtastwerten auf. Somit kann die Phaseninformation des empfangenen Signals für die Berechnung einer Information über die Entfernung zu einem Objekt ermittelt werden. In further embodiments of the present invention, the receiver includes a parameter calculator for calculating the phase information of the received signal based on the pair of samples. Thus, the phase information of the received signal can be determined for the calculation of information about the distance to an object.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein System zur Messung einer Information über eine Entfernung zu einem Objekt mit einem Sender, einem Empfänger und einer Steuerungseinheit. Der Sender ist ausgelegt, um ein Sendesignal zu senden. Der Empfänger ist ausgelegt, um ein Empfangssignal zu empfangen. Hierbei ist der Empfänger wie im Vorhergehenden ausgelegt, um eine Phaseninformation eines empfangenen Signals zu bestimmen. Die Steuerungseinheit ist ausgelegt, um eine mittlere Frequenz des Sendesignals und die Abtastrate in Abhängigkeit von einer Taktfrequenz des Systems zu kontrollieren. Further embodiments of the present invention provide a system for measuring information about a distance to an object comprising a transmitter, a receiver and a control unit. The transmitter is designed to transmit a transmission signal. The receiver is designed to receive a received signal. Here, the receiver is designed as above to determine phase information of a received signal. The control unit is designed to control an average frequency of the transmission signal and the sampling rate as a function of a clock frequency of the system.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Empfänger des Systems einen Parameterberechner zum Berechnen der Phaseninformation des empfangenen Signals basierend auf dem Paar von Abtastwerten auf. Ferner ist der Parameterberechner ausgelegt, um die Information über die Entfernung zu dem Objekt basierend auf einer Phaseninformation des gesendeten Signals und der Phaseninformation des empfangenen Signals zu berechnen. In further embodiments of the present invention, the receiver of the system comprises a parameter calculator for calculating the phase information of the received signal based on the pair of samples. Furthermore, the parameter calculator is designed to provide the information about the distance to the object based on a phase information of the transmitted signal and the phase information of the received signal to calculate.
Somit kann gemäß Ausführungsbeispielen die Phaseninformation des empfangenen Sig- nals bzw. die Information über die Entfernung zu dem Objekt ermittelt werden. Thus, according to embodiments, the phase information of the received signal or the information about the distance to the object can be determined.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren, in denen gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures, in which identical or equivalent elements are designated by the same reference numerals. Show it:
Fig. 1 a einen Empfänger zur Bestimmung einer Phaseninformation eines empfangenen Signals gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine beispielhafte Veranschaulichung eines Bereitstellens zumindest eines Paares von Abtastwerten mit einem Abtastwertbereitsteller des Ausführungsbeispiels des Empfängers gemäß Fig. 1 a; ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Abtastwertbereitstel- lers des Ausführungsbeispiels des Empfängers gemäß Fig. 1a; ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Abtastwertbe- reitstellers des Ausführungsbeispiels des Empfängers 100 gemäß Fig. 1 a; ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Abtastwertbe- reitstellers des Ausführungsbeispiels des Empfängers gemäß Fig. 1 a; ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Wertepaarbestimmers des Ausführungsbeispiels des Abtastwertbereitstellers gemäß Fig. 4; 1 a shows a receiver for determining a phase information of a received signal according to an exemplary embodiment of the present invention; an exemplary illustration of providing at least one pair of samples with a sample value provider of the embodiment of the receiver according to FIG. 1 a; a block diagram of an embodiment of the sample value provider of the embodiment of the receiver of FIG. 1a; a block diagram of another embodiment of the sample of the embodiment of the receiver 100 of FIG. 1 a; a block diagram of another embodiment of the sample of the embodiment of the receiver of FIG. 1 a; a block diagram of an embodiment of the Wertbaararbimmers of the embodiment of the sample value provider of FIG. 4;
Fig. 6a ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines 6a is a block diagram of an embodiment of a
Parameterberechners des Ausführungsbeispiels des Empfängers gemäß Fig. 1 a; Fig. 6b, c ein schematisches Diagramm bzw. ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften zeitversetzten Abtastung; Fig. 6d ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines ideellen Abtasters; Parameter calculator of the embodiment of the receiver of FIG. 1 a; Fig. 6b, c is a schematic diagram and a block diagram, respectively, for illustrating an exemplary time-shifted sample; Fig. 6d is an exemplary equivalent circuit diagram of an ideal sampler;
Fig. 7a-d Ausführungsbeispiele einer zeitversetzten Abtastung mit verschiedenen beispielhaften Parametern; 7a-d exemplary embodiments of a time-shifted sampling with various exemplary parameters;
Fig. 8a eine Veranschaulichung einer beispielhaften Leistungsverteilung beim 8a is an illustration of an exemplary power distribution in FIG
Scannen; Fig. 8b eine Veranschaulichung eines beispielhaften Scanbereichs eines 2D- To scan; 8b is an illustration of an exemplary scan area of a 2D
Scanners ohne Anpassung bzw. mit adaptiver Scanbereichsanpassung; Scanners without adaptation or with adaptive scanning range adaptation;
Fig. 8c eine Veranschaulichung einer beispielhaften Messung gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4; FIG. 8c is an illustration of an exemplary measurement according to the embodiment of FIG. 4; FIG.
Fig. 9 ein System zur Messung einer Information über eine Entfernung zu einem 9 shows a system for measuring information about a distance to a
Objekt gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  Object according to an embodiment of the present invention;
Fig. 10a-c Einzelheiten des in Fig. 9 gezeigten Systems gemäß weiteren Ausfüh- rungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; 10a-c show details of the system shown in FIG. 9 according to further embodiments of the present invention;
Fig. 1 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer zeitversetzten Abtastung; Fig. 1 1 shows another embodiment of a time-shifted scan;
Fig. 12, 13 eine Illustration bzw. ein Aufbau eines bekannten CW-Systems; Figs. 12, 13 are illustrations of a conventional CW system;
Fig. 14 eine Veranschaulichung eines Scans einer Kammspitze und eines Scans eines Tals bei einem bekannten CW-System; 14 is an illustration of a scan of a comb peak and a scan of a valley in a known CW system;
Fig. 15 eine Phasenlage zwischen ausgehendem und detektiertem Signal bei ei- nem bekannten CW-System; FIG. 15 shows a phase relationship between outgoing and detected signal in a known CW system; FIG.
Fig. 16 ein Blockdiagramm einer bekannten Quadratur-Demodulation; Fig. 16 is a block diagram of a known quadrature demodulation;
Fig. 17 eine Tabelle zur Zusammenfassung verschiedener Bezeichnungen der 17 is a table summarizing various names of
Beschreibung; und Fig. 18a~f erfindungsgemäße Algorithmen mit Legende zur Simulation einer beispielhaften zeitversetzten Abtastung. Description; and 18a ~ f inventive algorithms with legend for simulating an example time-shifted sampling.
Bevor im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Figuren erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen gleiche Elemente oder funktionell gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Eine Beschreibung von Elementen mit gleichen Bezugszeichen ist daher gegenseitig austauschbar und/oder in den verschiedenen Ausführungsbeispielen aufeinander anwendbar. Before the present invention is explained below with reference to the figures, it is pointed out that in the exemplary embodiments illustrated below, identical elements or functionally identical elements in the figures are provided with the same reference numerals. A description of elements with the same reference numerals is therefore interchangeable and / or applicable to each other in the various embodiments.
Fig. 1 a zeigt einen Empfänger 100 zur Bestimmung einer Phaseninformation 125, cpR eines empfangenen Signals 105, AR, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 1 a gezeigt, umfasst der Empfänger 100 einen Abtastwertbereitstel- ler 1 10 zum Bereitstellen zumindest eines Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; A1 ; B^. Hierbei ist der Abtastwertbereitsteller 1 10 ausgelegt, um das empfangene Signal 105, AR, mit einer Abtastrate 1 1 1 , fAbt, abzutasten, die kleiner als eine mittlere Frequenz (fCw) des empfangenen Signals 105, AR, ist. 1 a shows a receiver 100 for determining phase information 125, cp R of a received signal 105, A R , according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1a, the receiver 100 comprises a sample provider 110 for providing at least one pair of samples 15 (A, B; A 1; B 1) . Here, the sample provider 110 is adapted to receive the received signal 105, A R , with a sampling rate of 1 1 1, f Abt , which is less than an average frequency (f C w) of the received signal 105, A R , is.
Bei Ausführungsbeispielen ist das empfangene Signal 105, AR, ein sinusförmiges Signal äR sm{2nfcwt + (pR) wobei äR und <pR die Amplitudeninformation bzw. die Phaseninformation und fCw die mittlere Frequenz des empfangenen Signals 105, AR, darstellen. In embodiments, the received signal 105, A R , is a sinusoidal signal R R sm {2nf cw t + (p R ) where R R and <p R are the amplitude information and the phase information, respectively, and f C w is the average frequency of the received signal 105 , A R , represent.
Fig. 1 b veranschaulicht beispielhaft ein Bereitstellen zumindest eines Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; At, Bi ) mit dem Abtastwertbereitsteller 1 10 des Ausführungsbeispiels des Empfängers 100 gemäß Fig. 1 a. In Fig. 1 b sind beispielhafte Diagramme 10, 20, 30 und 40 dargestellt. Hierbei verdeutlichen die beispielhaften Diagramme 10, 20 jeweils einen zeitlichen Abstand TAbt zweier Abtastwerte bzw. des Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; Ai, B, ), während die beispielhaften Diagramme 30, 40 jeweils das entsprechende Paar von Abtastwerten 1 15 (A, B; Α, , Β·,) verdeutlichen. By way of example, FIG. 1 b illustrates providing at least one pair of samples 15 (A, B, A t , Bi) with the sample provider 110 of the embodiment of the receiver 100 according to FIG. 1 a. In Fig. 1 b exemplary diagrams 10, 20, 30 and 40 are shown. Here, the exemplary diagrams 10, 20 each illustrate a temporal distance T Abt two samples or the pair of samples 1 15 (A, B, Ai, B,), while the exemplary diagrams 30, 40 respectively the corresponding pair of samples 1 15th (A, B; Α,, Β ·,) make clear.
In dem beispielhaften Diagramm 10 ist ein zeitlicher Abstand TAbt von Tcw {Am + l) In the example diagram 10, a time interval T is Abt of Tcw {Am + l)
4 verdeutlicht, wobei m beispielsweise gleich 1 ist, und wobei TCw die mittlere Periodendauer des empfangenen Signals 105, AR, ist. In dem beispielhaften Diagramm 20 ist ein zeitli- eher Abstand I AM von 4, where m is equal to 1, for example, and where T C w is the average period of the received signal 105, A R. In the exemplary diagram 20, a time-related distance I AM of
4 verdeutlicht, wobei m eine ganze Zahl, beispielsweise gleich 1 ist, und wobei TCw die mitt- lere Periodendauer des empfangenen Signals 105, AR, ist. 4 illustrates, where m is an integer, for example equal to 1, and where T C w is the mean period of the received signal 105, A R.
Ferner entspricht in dem beispielhaften Diagramm 10 der zeitliche Abstand l AM einemFurther, in the example diagram 10, the time interval l AM corresponds to one
5/4-fachen der mittleren Periodendauer des empfangenen Signals 105, AR, während in dem beispielhaften Diagramm 20 der zeitliche Abstand TAbt einem 7/4-fachen der mittleren Periodendauer des empfangenen Signals 105, AR, entspricht. Wie in den beispielhaften Diagrammen 10, 20 gezeigt, ist der zeitliche Abstand TAbt jeweils größer als die mittlere Periodendauer Tcw des empfangenen Signals 105, AR. Der jeweilige zeitliche Abstand TAbt in den beispielhaften Diagrammen 10, 20 entspricht beispielsweise der Abtastrate 1 1 1 , fAbt> während die mittlere Periodendauer TCw des empfangenen Signals 105, AR, der mitt- leren Frequenz (fCw) des empfangenen Signals 105, AR, entspricht. Somit stellen die beispielhaften Diagramme 10, 20 im Wesentlichen ein Abtasten des empfangenen Signals 105, AR, mit einer Abtastrate 1 1 1 , fAbt> dar, wobei die Abtastrate 1 1 1 , fAbt, kleiner als die mittlere Frequenz (fCw) des empfangenen Signals 105, AR, ist. Anders ausgedrückt, die beispielhaften Diagramme 10, 20 veranschaulichen im Wesentlichen eine Unterabtastung des empfangenen Signals 105, AR. 5/4 times the average period of the received signal 105, A R , while in the exemplary diagram 20, the time interval T A bt a 7/4 times the average period of the received signal 105, A R corresponds. As shown in the exemplary diagrams 10, 20, the time interval T A bt is greater than the average period Tcw of the received signal 105, A R. The respective time interval T A bt in the exemplary diagrams 10, 20 corresponds, for example, to the sampling rate 1 1 1, f A bt > while the mean period T C w of the received signal 105, A R , corresponds to the mean frequency (f C w ) of the received signal 105, A R. Thus, the exemplary diagrams 10, 20 essentially represent sampling of the received signal 105, A R , at a sampling rate 1 1 1, f Abt> where the sampling rate 1 1 1, f Abt , is less than the average frequency (f C w) of the received signal 105, A R. In other words, the exemplary diagrams 10, 20 essentially illustrate undersampling of the received signal 105, A R.
Bei Ausführungsbeispielen kann für m eine ganze Zahl größer gleich (>) 1 gewählt werden. Durch die Einstellung von m kann somit der zeitliche Abstand TAbt entsprechend vergrößert bzw. die Abtastrate 1 1 1 , fAbt, entsprechend verkleinert werden. In embodiments, for m, an integer greater than or equal to (>) 1 can be selected. By setting m, the time interval T Abt can thus be correspondingly increased or the sampling rate 1 1 1, f Abt , be reduced accordingly.
In den beispielhaften Diagrammen 10, 20 sind jeweils vier Abtastwerte A, B; A B, dargestellt, wobei die Abtastwerte A, B ein erstes Paar und die Abtastwerte Ai , B, ein zweites Paar von Abtastwerten bilden. Hierbei ist der Zeitversatz zwischen dem ersten Paar A, B und dem zweiten Paar Ai , B, von Abtastwerten jeweils durch den zeitlichen Abstand TAbt gegeben. In the exemplary diagrams 10, 20 are four samples A, B; AB, wherein the samples A, B form a first pair and the samples Ai, B form a second pair of samples. Here, the time offset between the first pair A, B and the second pair Ai, B, of samples each given by the time interval T Abt .
Die beispielhaften Diagramme 30, 40 zeigen jeweils die entsprechenden Abtastwerte A, B; A-i , B-i als Folge s (n) von Abtastwerten. Hierbei bezeichnet n einen Index (n = 0, 1 ,2,3 ... ) des jeweiligen Abtastwerts A, B; Ai , B1 der Folge s(n). The exemplary diagrams 30, 40 respectively show the corresponding samples A, B; Ai, Bi as a sequence s (n) of samples. Here n denotes an index (n = 0, 1, 2, 3...) Of the respective sample A, B; Ai, B 1 of the sequence s (n).
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Abtastwertbereitstellers 1 10 des Ausführungsbeispiels des Empfängers 100 gemäß Fig. 1 a. Bei dem in Fig. 2 ge- zeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Abtastwertbereitsteller 1 10 einen Analog-Digital- Umsetzer 1 12 (ADC, "Analog-to-Digital-Converter") zum Abtasten des empfangenen Signals 105, AR, und einen Wertepaarbestimmer 1 14 zum Bestimmen des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; A^ B^ basierend auf einem von dem Analog-Digital- Umsetzer 1 12 (ADC) abgetasteten Abtastsignal 1 13. Hierbei ist der Analog-Digital- Umsetzer 1 12 (ADC) beispielsweise ausgelegt, um das empfangene Signal 105, AR, mit der Abtastrate 1 1 1 , fAbt. abzutasten. FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of the sample value provider 110 of the exemplary embodiment of the receiver 100 according to FIG. 1 a. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, sample value generator 110 includes an analog-to-digital converter 12 (ADC) for sampling the received signal 105, A R , and a value-pairing determiner 1 14 for determining the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A ^ B ^ based on a sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC). Here, the analog-to-digital converter 1 is 12 (ADC), for example, designed to sample the received signal 105, A R , with the sampling rate 1 1 1, f A bt.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Abtastwertbereitstellers 1 10 des Ausführungsbeispiels des Empfängers 100 gemäß Fig. 1 a. In Fig. 3 ist eine zeitversetzte Abtastung mit einem ADC gezeigt. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Abtastwertbereitsteller 1 10 einen Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) zum Abtasten des empfangenen Signals 105, AR, und einen Wertepaarbestimmer 1 14 zum Bestimmen des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; Α, , B,) basierend auf einem von dem Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) abgetasteten Abtast- Signal 1 13. Hierbei ist der Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) ausgelegt, um das empfangene Signal 105, AR, mit der Abtastrate 1 1 1 , fAbt, abzutasten. Beispielsweise ist der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt, um das von dem Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) abgetastete Abtastsignal 1 13 mit einem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (Block 312), um einen ersten Abtastwert A des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; A B, ) zu erhalten. Ferner kann der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt sein, um das von dem Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) abgetastete Abtastsignal 1 13 um den zeitlichen Abstand TAbt zu verzögern (Block 322) und um ein um den zeitlichen Abstand TAbt verzögertes Verzögerungssignal 323 mit dem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (Block 324), um einen zweiten Abtastwert B des zumindest einen Paares von Abtastwer- ten 1 15 (A, B; A, , B, ) zu erhalten. Der Block 322 in Fig. 3 ist beispielsweise eine Verzögerungseinheit Z '"" zum Verzögern um den zeitlichen Abstand TAbt, während die Blöcke 312, 324 in Fig. 3 beispielsweise Dezimierer zum Dezimieren mit dem Dezimationsfaktor 4 sind. Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Abtastwertbe- reitstellers 1 10 des Ausführungsbeispiels des Empfängers 100 gemäß Fig. 1 a. In Fig. 4 ist ein erweiterter Aufbau der zeitversetzten Abtastung bzw. ein Blockschaltbild eines "LIDAR Core Algorithm" gezeigt. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Abtastwertbereitsteller 1 10 einen Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) zum Abtasten des empfangenen Signals 105, AR, und einen Wertepaarbestimmer 1 14 zum Bestimmen eines ersten Paares A, B und eines zweiten Paares A^ B^ des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; A^ B^ basierend auf einem von dem Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) abgetasteten Abtastsignal 1 13. Hierbei ist der Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) ausgelegt, um das empfangene Signal 105, AR, mit der Abtastrate 1 1 1 , fAbt, abzu- tasten. Beispielsweise ist der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt, um das von dem Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) abgetastete Abtastsignal 1 13 mit einem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (Block 312), um einen ersten Abtastwert A des ersten Paares A, B des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; Α-ι , B^ ) zu erhalten. Ferner kann der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt sein, um das von dem Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) abgetastete Abtastsignal 1 13 um den zeitlichen Abstand TAbt zu verzögern (Block 322) und um ein um den zeitlichen Abstand TAbt verzögertes Verzögerungssignal 323 mit dem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (Block 324), um einen zweiten Abtastwert B des ersten Paares A, B des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; A^ B, ) zu erhalten. FIG. 3 shows a block diagram of a further exemplary embodiment of the sample value provider 110 of the exemplary embodiment of the receiver 100 according to FIG. 1 a. FIG. 3 shows a time-shifted scan with an ADC. In the embodiment shown in FIG. 3, the sample provider 110 includes an analog-to-digital converter 12 (ADC) for sampling the received signal 105, A R , and a value pairing determiner 1 14 for determining the at least one pair of samples 15 (FIG. A, B; Α,, B,) based on a sample signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC). Here, the analog-to-digital converter 12 (ADC) is designed to receive the received one Signal 105, A R , with the sampling rate 1 1 1, f Ab t to scan. For example, the value pairing determiner 1 14 is designed to decimate the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC) by a decimation factor 4 (block 312) by a first sample A of the at least one pair of samples 1 15 (A, B, AB,). Further, the value pairing determiner 14 may be configured to delay the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC) by the time interval T Abt (block 322) and by a delay signal delayed by the time interval T Abt 323 with the decimation factor 4 (block 324) to obtain a second sample B of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A, B, B). For example, block 322 in FIG. 3 is a delay Z '"" for delaying the time interval T Abt , while blocks 312, 324 in FIG. 3 are, for example, decimators for decimation with the decimation factor 4. FIG. 4 shows a block diagram of a further exemplary embodiment of the sample value renderer 110 of the exemplary embodiment of the receiver 100 according to FIG. 1 a. FIG. 4 shows an expanded structure of the time-shifted sampling or a block diagram of a "LIDAR Core Algorithm". In the embodiment shown in FIG. 4, the sample provider 110 includes an analog-to-digital converter 12 (ADC) for sampling the received signal 105, A R , and a value pair determiner 14 for determining a first pair A, B and a second one Pair A ^ B ^ of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A ^ B ^ based on a sample signal 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC). Here, the analog-to-digital converter is 1 12 (ADC) is designed to sample the received signal 105, A R , with the sampling rate 1 1 1, f Abt . For example, the value-pairing tester 1 14 is designed to receive the signal from the analog-to-digital converter 12 (FIG. ADC) sampled sampling signal 1 13 with a decimation factor 4 to decimate (block 312) to obtain a first sample A of the first pair A, B of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; Α-ι, B ^) Furthermore, the value-pairing tester 1 14 may be designed to be analogous to that of the analogue digita I-converter 1 12 (ADC) sampled sampling signal I 13 to delay the time interval T Abt (block 322) and to decimate by the time interval T Abt delayed delay signal 323 with the decimation factor 4 (block 324) to a second Sample B of the first pair A, B of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A ^ B,).
Ferner kann der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt sein, um das von dem Analog- Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) abgetastete Abtastsignal 1 13 um ein Doppeltes des zeitlichen Abstands TAbt zu verzögern (Block 332) und um ein um ein Doppeltes des zeitlichen Abstands TA t verzögertes Verzögerungssignal 333 mit dem Dezimationsfaktor 4 zu dezi- mieren (Block 334), um einen ersten Abtastwert A, des zweiten Paares A B, des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 1 5 (A, B; A, , Bi ) zu erhalten. Ferner kann der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt sein, um das von dem Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) abgetastete Abtastsignal 1 13 um ein Dreifaches des zeitlichen Abstands TA t zu verzögern (Block 342) und um ein um ein Dreifaches des zeitlichen Abstands TAbt verzö- gertes Verzögerungssignal 343 mit dem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (Block 344), um einen zweiten Abtastwert Eh des zweiten Paares A, , B1 des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; Ai , Bi) zu erhalten. Further, the value pairing determiner 14 may be configured to delay the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC) by a double of the time interval T Abt (block 332) and by a double of the time interval T A t delayed delay signal 333 with the decimation factor 4 to decimate (block 334) to a first sample A, the second pair AB, the at least one pair of samples 1 1 5 (A, B, A,, Bi) receive. Further, the value pairing determiner 14 may be configured to delay the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC) by a factor of three times the time interval T A t (block 342) and by one-third of the time Distance T Abt decelerated delay signal 343 with the decimation factor 4 (block 344), to obtain a second sample Eh of the second pair A, B 1 of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; Ai, Bi).
Beispielsweise sind die Blöcke 322, 332, 342 in Fig. 4 eine Verzögerungseinheit Z "7"" zum Verzögern um den zeitlichen Abstand TAbt, eine Verzögerungseinheit Z zum Verzögerung um das Doppelte des zeitlichen Abstands TAbt bzw. eine Verzögerungseinheit Z ~y'M zum Verzögern um ein Dreifaches des zeitlichen Abstands TAbt> während die Blöcke 31 2, 324, 334, 344 in Fig. 4 jeweils ein Dezimierer zum Dezimieren mit dem Dezi- mationsfaktor 4 sind. For example, the blocks 322, 332, 342 in FIG. 4 are a delay unit Z "7 ""for delaying by the time interval T Abt , a delay unit Z for delaying by twice the time interval T Abt and a delay unit Z ~ Y ', respectively. M for delaying by three times the time interval T Abt> while the blocks 31 2, 324, 334, 344 in Fig. 4 are each a decimator for decimation with the decimation factor 4.
Optional ist der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt, um den ersten Abtastwert ΑΊ des zweiten Paares B1 des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; Α^ Β^ mit einem Faktor (-1 ) zu multiplizieren (Block 335), um einen modifizierten ersten Abtastwert Ai' zu erhalten. Ferner ist der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt (optional), um den zweiten Abtastwert Β-ι des zweiten Paares Α^ des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; Ai , B^ mit einem Faktor (-1 ) zu multiplizieren (Block 345), um einen modifizierten zweiten Abtastwert Bi' zu erhalten. Optionally, the value pairing determiner 14 is adapted to multiply the first sample ΑΊ of the second pair B 1 of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; Α ^ Β ^ by a factor (-1) (block 335)) Furthermore, the value pairing determiner 1 14 is designed (optionally) to include the second sample value Β-ι of the second pair Α ^ of the at least one pair of sample values 15 (A, B; Ai, B) multiplied by a factor (-1) (block 345) to obtain a modified second sample Bi '.
Die Blöcke 335, 345 in Fig. 4 sind beispielsweise Multiplizierer zum Multiplizieren mit dem Faktor (-1 ). For example, the blocks 335, 345 in FIG. 4 are multipliers multiplied by the factor (-1).
Bezug nehmend auf Fig. 4 kann eine Erweiterung der Unterabtastung realisiert werden. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Unterabtastung erweitert werden, um beispielsweise den Signal-Rauschabstand (SNR) zu verbessern. Man vergleicht beispielsweise Fig. 3 mit der dazu gehörenden Simulation in Fig. 7a. Der Real- bzw. Imaginäranteil bestimmt sich beispielsweise aus jeweils einem von vier Abtastwerten (Fig. 7a). Bei Ausführungsbeispielen werden die letzten zwei Abtastwerte (Ai, B^ verworfen. Es ist jedoch zu erkennen, dass die zwei letzteren Abtastwerte (Ah den vorherigen Abtastwerten (A, B) entsprechen, wenn diese mit dem Faktor -1 multipliziert werden. In Fig. 4 ist der erweiterte Aufbau schematisch dargestellt. Alle anderen Randbedingungen, wie beispielsweise das Verhältnis von der Abtastfrequenz fAbt zu der anliegenden Frequenz fcw sind identisch zu denen gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3. Die ersten beiden Zweige sind aus Fig. 3 übernommen. Bei dem dritten Zweig wird das Signal um zwei Takte verzögert (Block 332) und anschließend mit dem Faktor 4 dezimiert (Block 334). Im vierten Zweig wird um drei Takte verzögert (Block 342) und ebenfalls mit dem Faktor 4 dezimiert (Block 344). In diesem Aufbau erhalten wir neben dem schon bekannten komplexen Wertepaar (A + jB) ein weiteres komplexes Wertepaar (Ai + jB, ) bzw. (Α,' + jB ). Bei Ausführungsbeispielen kann durch die Addition (z.B. Blöcke 510, 520 in Fig. 5) beider Wertepaare zu wiederum einem Wertepaar die Signalqualität gesteigert werden. Ferner kann bei weiteren Ausführungsbeispielen durch das Beibehalten der Wertepaare ein Pixel jetzt in zwei Sub-Pixel aufgeteilt werden. Referring to Fig. 4, an extension of the sub-scan can be realized. According to embodiments, sub-sampling may be extended to improve signal-to-noise ratio (SNR), for example. For example, Fig. 3 compares with the associated simulation in Fig. 7a. The real or imaginary part is determined, for example, in each case from one of four samples (FIG. 7a). In embodiments, the last two samples (Ai, B ^ are discarded, however, it will be appreciated that the two latter samples (A h ) correspond to the previous samples (A, B) when multiplied by the factor -1 4, the extended structure is shown diagrammatically All other boundary conditions, such as the ratio of the sampling frequency f Abt to the applied frequency f cw are identical to those according to the embodiment of Fig. 3. The first two branches are taken from Fig. 3 In the third branch, the signal is delayed by two clocks (block 332) and then decimated by the factor 4 (block 334) The fourth branch is delayed by three clocks (block 342) and also decrimped by the factor 4 (block 344) In this setup we get next to the already known complex value pair (A + jB) another complex value pair (Ai + jB,) or (Α, '+ jB). In embodiments, the signal quality can be increased by the addition (eg blocks 510, 520 in FIG. 5) of both value pairs to a value pair. Further, in further embodiments, by maintaining the value pairs, one pixel may now be split into two sub-pixels.
Die Erweiterung gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ermöglicht gegenüber dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 eine Verdopplung der Pixelauflösung oder eine Verbesserung des SNR, und zwar durch eine doppelte Messung innerhalb eines Pixels. The extension according to the embodiment of FIG. 4 allows a doubling of the pixel resolution or an improvement of the SNR over the embodiment of FIG. 3, by a double measurement within a pixel.
Hierzu ist in Fig. 8c ein Beispiel zu erkennen, inwieweit die Zweifachmessung die Bildqualität (Betrag) eines verrauschten Bildes weiter erhöht. In Fig. 8c ist ein Vergleich beider Methoden (gemäß den Blockdiagrammen von Fig. 3 und 4) gezeigt. Oben ist ein ideales Betragsbild gezeigt, unten links die ursprüngliche Methode (gemäß dem Ausführungsbei- spiel von Fig. 3), unten rechts die modifizierte Methode (gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4), und zwar bei einem SNR von jeweils -10 dB. For this purpose, an example can be seen in Fig. 8c to what extent the dual measurement further increases the image quality (magnitude) of a noisy image. FIG. 8c shows a comparison of both methods (according to the block diagrams of FIGS. 3 and 4). Above, an ideal magnitude image is shown, bottom left, the original method (according to the embodiment of Fig. 3), bottom right, the modified method (according to the embodiment of Fig. 4), with an SNR of -10 dB.
Die oben beschriebene Erweiterung der Unterabtastung gemäß Fig. 4 wird auch anhand des Simulationsergebnisses von Fig. 7a deutlich. Für ein komplexes Wertepaar ("Real ValueTlmag Value") wurden gemäß Fig. 3 zwei Abtastwerte aus der Zeile "Sampled Va- lues" genommen (erster und zweiter Abtastwert A, B). Der dritte und vierte Abtastwert (A^ B^ werden gemäß Fig. 3 beispielsweise verworfen. The above-described subscan extension of FIG. 4 will also be apparent from the simulation result of FIG. 7a. For a complex value pair ("Real ValueTlmag Value"), two samples were taken from the line "Sampled Values" (first and second samples A, B) according to FIG. The third and fourth samples (A ^ B ^ are discarded as shown in FIG. 3, for example.
Es wurde jedoch erkannt, dass die verworfenen Abtastpunkte (Α-ι , B, ) mit dem Faktor -1 multipliziert werden können, um die Werte des ersten und zweiten Abtastwertes (A, B) anzunehmen. Auf dieser Erkenntnis beruht das Ausführungsbeispiel von Fig. 4. However, it has been recognized that the discarded sampling points (Α-ι, B,) can be multiplied by the factor -1 to take the values of the first and second samples (A, B). This embodiment is based on the embodiment of FIG. 4.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Wertepaarbestimmers 1 14 des Ausführungsbeispiels des Abtastwertbereitstellers 1 10 gemäß Fig. 4. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt, um den ersten Abtastwert A des ersten Paares A, B des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; A1 ; Bi ) und den ersten Abtastwert A, des zweiten Paares A1 t B, des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; Α, , B, ) zu kombinieren (Block 510), um einen ersten Kombinationswert C zu erhalten. Ferner kann der Wertepaarbestimmer 1 14 ausgelegt sein, um den zweiten Abtastwert B des ersten Paares A, B des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 1 5 (A, B; A, , Bi ) und den zweiten Abtastwert B, des zwei- ten Paares Α·,, des zumindest einen Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; Αι, Bi) zu kombinieren (Schritt 520), um einen zweiten Kombinationswert C-, zu erhalten. FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment of the value-pairing estimator 1 14 of the exemplary embodiment of the sample provider 110 in FIG. 4. In the embodiment shown in FIG. 5, the value-pairing determiner 1 14 is designed to match the first sample A of the first pair A, B of FIG at least one pair of samples 1 15 (A, B; A 1; Bi) and the first sample A, of the second pair A 1 t B, of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; Α,, B) to combine (block 510) to obtain a first combination value C. Furthermore, the value pairing determiner 1 14 may be designed to determine the second sample value B of the first pair A, B of the at least one pair of samples 1 1 5 (A, B; A,, Bi) and the second sample value B, of the second sample value. pair (s) of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; Αι, Bi) (step 520) to obtain a second combination value C-.
In Fig. 5 wird das von dem Analog-Digital-Umsetzer 1 12 (ADC) abgetastete Abtastsignal 1 13 auch als„ADC_Sample" bezeichnet. Ferner wird in Fig. 5 der erste Kombinationswert C mit„real" bezeichnet, während der zweite Kombinationswert d mit„imag" bezeichnet wird. Die Blöcke 322, 332, 342, 312, 324, 334, 344 in Fig. 5 entsprechen im Wesentlichen den entsprechenden Blöcken in Fig. 4. Die Blöcke 322, 332, 342 in Fig. 5 sind jeweils mit dem Symbol 501 , Z"n, bezeichnet. Hierbei stellt das Symbol 501 ein Verzögerungsglied n- ter Ordnung bzw. eine Verzögerungseinheit zum Verzögern um das n-fache des zeitlichen Abstands TAbt dar. Ferner sind die Blöcke 312, 324, 334, 344 in Fig. 5 mit dem Symbol 502 gekennzeichnet. Hierbei stellt das Symbol 502 ein„Downsampling" um den Faktor 4 bzw. einen Dezimierer zum Dezimieren um den Dezimationsfaktor 4 dar. Ferner sind in Fig. 5 die Blöcke 510, 520 mit dem Symbol 503 gekennzeichnet. Hierbei stellt das Symbol 503 einen Kombinierer (z.B. Addierer) dar. 5, the sampling signal 1 13 sampled by the analog-to-digital converter 12 (ADC) is also referred to as "ADC_Sample." Further, in Fig. 5, the first combination value C is designated "real", while the second combination value d The blocks 322, 332, 342, 312, 324, 334, 344 in Fig. 5 substantially correspond to the corresponding blocks in Fig. 4. The blocks 322, 332, 342 in Fig. 5 are respectively denoted by the symbol 501, Z "n . Here, the symbol 501 represents an nth-order delay element or a delay unit for delaying n times the time interval T Abt . Further, the blocks 312, 324, 334, 344 in FIG. 5 are indicated by the symbol 502. Here, the symbol 502 represents a "downsampling" by a factor of 4 or a decimator for decimation by the decimation factor 4. Further, in Fig. 5, the blocks 510, 520 are marked with the symbol 503. Here, the symbol 503 represents a combiner ( eg adder).
Die in Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiele stellen im Wesentlichen verschiedene Implementierungen für eine Wertepaarbestimmung mit dem Wertepaarbestimmer 1 14 dar. Beispielsweise können die Abtastwerte A, B, Α^ Βι, A , B^ bzw. die Kombinations- werte C, d flexibel bestimmt werden. Somit kann bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3 bis 5 eine flexible Implementierung für die Abtastwert- bzw. Kombinationswertbestimmung realisiert werden. The exemplary embodiments shown in FIGS. 3 to 5 essentially represent different implementations for a value-pair determination with the value-pairing tester 1 14. For example, the sample values A, B, Α Β, A, B ^ or the combination values C, d can be flexible be determined. Thus, in the embodiments according to FIGS. 3 to 5, a flexible implementation for the sample value or combination value determination can be realized.
Fig. 6a zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Parameterberechners 120 des Ausführungsbeispiels des Empfängers 100 gemäß Fig. 1 a. Wie in Fig. 6a gezeigt, umfasst der Empfänger 100 beispielsweise einen Parameterberechner 120 zum Berechnen der Phaseninformation 125, <pR, des empfangenen Signals 105, AR, basierend auf dem zumindest einen Paar von Abtastwerten 1 15 (A, B; Α,, B^. Beispielsweise ist der Parameterberechner 120 ausgelegt, um die Phaseninformation 125, <pR, des empfangenen Signals 105, AR, unter Verwendung der Gleichung cpR = tan 1(B/A) zu berechnen, wobei A und B zwei Abtastwerte des Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; A-i , B-i ) sind, die den zeitlichen Abstand TAbt haben. Somit kann gemäß Ausführungsbeispielen die Phaseninformation des empfangenen Signals für eine Messung einer Information über eine Entfernung zu einem Objekt ermittelt werden. 6a shows a block diagram of an embodiment of a parameter calculator 120 of the embodiment of the receiver 100 according to FIG. 1a. For example, as shown in FIG. 6a, the receiver 100 includes a parameter calculator 120 for calculating the phase information 125, <p R , of the received signal 105, A R , based on the at least one pair of samples 15 (A, B; For example, the parameter calculator 120 is configured to calculate the phase information 125, <p R , of the received signal 105, A R , using the equation cp R = tan 1 (B / A), where A and B are two Samples of the pair of samples 15 (A, B, Ai, Bi) are those having the time interval T A bt. Thus, according to exemplary embodiments, the phase information of the received signal can be determined for a measurement of information about a distance to an object.
Das im Vorhergehenden beschriebene Abtasten des empfangenen Signals mit dem Ab- tastwertbereitsteller 1 10 kann auch als eine zeitversetzte Abtastung des empfangenen Signals bzw. des Detektorsignals bezeichnet werden. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil, dass es durch die zeitversetzte Abtastung des De- tektorsignals möglich ist, bei der Wahl einer bestimmten Abtastfrequenz bzw. Abtastrate (fAbt) eine direkte Herabmischung (Faltung) in die Nulllage (Gleichanteil) durchführen zu können. The above-described sampling of the received signal with the sampling value generator 110 can also be referred to as a time-delayed sampling of the received signal or of the detector signal. Embodiments of the present invention have the advantage that it is possible by the time-shifted sampling of the detector signal to be able to perform a direct downmixing (folding) into the zero position (DC component) when choosing a specific sampling frequency or sampling rate (f A bt) ,
Bildlich vorzustellen ist die erfindungsgemäße zeitversetzte Abtastung mit einem Rad, welches sich mit einer uns bekannten Geschwindigkeit dreht. Dieses Rad wird mit einem Stroboskop beleuchtet. Da die Geschwindigkeit des Rads bekannt ist, kann eine Frequenz für das Stroboskop berechnet werden, bei der man den Eindruck gewinnt, dass sich das Rad nicht dreht. Wir stellen uns weiter vor, dass das Rad nur eine Speiche besitzt und diese Speiche einem Zeiger im Einheitskreis entspricht (vgl. Fig. 6b). In Fig. 6b sind verschiedene Stellungen im Einheitskreis dargestellt. Kann der Real- und der Imaginäranteil des Zeigers bestimmt werden, so kann daraus die Phasenlage des Rads errechnet werden. Im Folgenden wird die mathematische Herleitung beschrieben, wie die passende Abtastfrequenz bestimmt werden kann, mit der sozusagen das Rad stillsteht. Figuratively imagine the inventive time-shifted scan with a wheel which rotates at a speed known to us. This wheel is illuminated with a stroboscope. Since the speed of the wheel is known, it is possible to calculate a frequency for the stroboscope that gives the impression that the wheel is not rotating. We also imagine that the wheel has only one spoke and that spoke corresponds to a pointer in the unit circle (see Fig. 6b). In Fig. 6b different positions are shown in the unit circle. If the real and imaginary parts of the pointer can be determined, then the phase position of the wheel can be calculated from this. In the following, the mathematical derivation is described, how the suitable sampling frequency can be determined, with which, as it were, the wheel stands still.
Fig. 6d zeigt ein Ersatzschaltbild eines beispielhaften idealen Abtasters. Wie in Fig. 6d zu sehen ist, kann bei einem ideellen (idealen) ADC ein BP-Signal (Umdrehungsgeschwin- digkeit des Rads) mit einem Dirac-Impuls multipliziert werden. Fig. 6d shows an equivalent circuit diagram of an exemplary ideal sampler. As can be seen in FIG. 6d, in an ideal ADC, a BP signal (rate of revolution of the wheel) may be multiplied by a Dirac pulse.
Bei der folgenden Herleitung werden die Multiplikatoren aus Fig. 16 beispielsweise durch zwei ADC ersetzt. Diese ADC tasten das Bandpasssignal UBp(t) mit der Frequenz fAbt ab. Dabei ist der Takt eines ADC zum anderen ADC beispielsweise um 90° phasenverscho- ben (vgl. Fig. 6c). In Fig. 6c ist ein schematischer Aufbau einer zeitversetzten Abtastung mit zwei ADC gezeigt. Der Dirac-Impuls als Fourier-Reihendarstellung lautet In the following derivation, the multipliers of FIG. 16 are replaced by, for example, two ADCs. These ADCs sample the bandpass signal U B p (t) at the frequency f Abt . In this case, the clock of one ADC to the other ADC is, for example, phase-shifted by 90 ° (cf., FIG. 6c). FIG. 6c shows a schematic structure of a time-shifted scan with two ADCs. The Dirac pulse is a Fourier series representation
1 "V" 1 1 "V" 1
δ(ί) =— + / — * cos(2nfAbt ' i · t) \· 2π δ (ί) = - + / - * cos (2nf Abt 'i · t) \ · 2π
2π Ζ π  2π Ζ π
(12)  (12)
S(t) = 1 + ^ 2 · cos(2nfAbt -i-t) S (t) = 1 + ^ 2 · cos (2nf Abt -it)
(13) und dessen Fourier-Transform ierte lautet f)= Σ S(f-ifAbt) (13) and whose Fourier transform is f) = Σ S (f-if Abt )
(14)  (14)
Das Spektrum eines um φ zeitversetzten Dirac-Pulses ergibt sich durch die Multiplikation mit e zu The spectrum of a Dirac pulse offset in time by φ results from the multiplication by e
Af)= V 6{f-ifAhtye-**f* Af) = V 6 {f-if Aht ye - ** f *
i (15)
Figure imgf000019_0001
(16)
i (15)
Figure imgf000019_0001
(16)
Aus dem idealen Bandpasssignal (Signal einer Frequenz, d.h. Bandbreite From the ideal bandpass signal (signal of one frequency, i.e. bandwidth
16,  16
UBP(t) = cos 2nfcwt) U BP (t) = cos 2nf cw t)
(17) und dessen Fourier-Transformierten  (17) and its Fourier transform
UBP(I) =UBP (I) =
Figure imgf000019_0002
entstehen durch eine Faltung mit dem Spektrum des zeitversetzten Dirac-Pulses die Spektren der abgetasteten Signale.
Figure imgf000019_0002
arise by a convolution with the spectrum of the time-shifted Dirac pulse, the spectra of the sampled signals.
Für den Kanal A, der durch eine Abtastung des Signals U (t) entsteht, ergibt sich
Figure imgf000020_0001
For the channel A, which results from a sampling of the signal U (t), the result is
Figure imgf000020_0001
Für den Kanal B, der durch eine Abtastung des Signals UBp(t) entsteht, wobei jedoch die Abtastung zum Kanal A um 90° phasenverschoben ist, ergibt sich For the channel B, which results from a sampling of the signal U B p (t), but with the sampling phase-shifted by 90 °, the result is
UBPB(f) W - ifAbt - fcw) + S(f - ifAbt + fcw)] U BPB (f) W - if Ab t - fcw) + S (f - if Abt + fcw)]
(20)  (20)
Um die Mittenfrequenz fCw in die Nulllage mischen zu können, kann die Abtastfrequenz fAbt so gewählt werden, dass die Mittenfrequenz fCw einem ganzzahligen Vielfachen der Abtastfrequenz fAbt entspricht, also
Figure imgf000020_0002
aus denen die Spektren der beiden Kanäle dann wie folgt aussehen. Für Kanal A ergibt
To be able to mix the center frequency f C w in the zero position, the sampling frequency f A bt can be selected so that the center frequency f C w corresponds to an integer multiple of the sampling frequency f Abt , ie
Figure imgf000020_0002
then the spectra of both channels will look like this. For channel A results
UBPa (D = \ 25 f ~ (£ + + S(f - (i - x)fAbt) UBP a (D = \ 2 5 f ~ ( £ + + S (f - (i - x) f Abt )
£=-» (22) während sich für Kanal B £ = - » (22) while for channel B
UBPB (f) = \ X W ~ (i + x)fAbt) + S(f - (i - x)fAbt)}■ β '^^Ψ U BPB (f) = \ XW ~ (i + x) f Ab t) + S (f - (i - x) f Dept )} ■ β ' ^^ Ψ
i=~m (23) ergibt. In den Kanälen sind die Spektralanteile für die Nulllage für i = ± x enthalten. Somit ergibt sich für Kanal A i = ~ m (23) results. The channels contain the spectral components for the zero position for i = ± x. This results for channel A
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0001
(24) während sich für Kanal B  (24) while for channel B
UB(f = i<5( - 0) e -J'2nxf^ + i g f + 0) · β~^πχ^Μψ U B (f = i <5 (- 0) e -J '2nx f ^ + igf + 0) · β ~ ^ πχ ^ Μψ
2 (25) ergibt. Es wurde erkannt, dass UA(f) und UB(f) dann zueinander um 90° phasenverschoben sind, wenn die Bedingung 2 (25). It has been found that U A (f) and U B (f) are then out of phase with each other by 90 ° when the condition
TT TT
2nxfAbt(p = — + 2π · m|m = integer 2nxf Abt (p = - + 2π · m | m = integer
(26) erfüllt ist. Ferner wurde erkannt, dass diese Bedingung durch eine passende Wahl des Zeitversatzes φ erfüllt ist, und zwar  (26) is satisfied. Furthermore, it has been recognized that this condition is satisfied by an appropriate choice of the time offset φ, namely
4 x 4 x
(27)  (27)
Einen Zeitversatz von ττ/2 erhält man unter anderem dadurch, dass der ADC mit der 4- fachen Abtastfrequenz betrieben wird. Beispielsweise kann das Eingangssignal bzw. das empfangene Signal 105, AR, in zwei Zweigen mit dem Faktor 4 dezimiert werden, wobei in einem der zwei Zweige vorerst um einen Takt verzögert wird (vgl. das Ausführungsbeispiel von Fig. 3). In diesem Fall kann der Zeitversatz φ beispielsweise so gewählt werden, dass φ— ' Abt Among other things, a time offset of ττ / 2 is obtained by operating the ADC at 4 times the sampling frequency. For example, the input signal or the received signal 105, A R , can be decimated in two branches by a factor of 4, with one of the two branches first being delayed by one clock (compare the exemplary embodiment of FIG. 3). In this case, the time offset φ can be selected, for example, such that φ- 'Abbot
4 (28) gilt und 4 (28) applies and
1 + 4m 1 + 4m
= 1  = 1
(29) ist. Gemäß Ausführungsbeispielen kann eine passende Abtastfrequenz fAbt aus der folgenden Formel berechnet werden. Diese Formel lautet (29). According to embodiments, a suitable sampling frequency f Ab t can be calculated from the following formula. This formula is
* ' fcw * ' fcw
' Abt mit m = 1, 2, 3,4, ,  'Abbot with m = 1, 2, 3,4,,
(1 + 4m) (30)  (1 + 4m) (30)
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für eine zeitversetzte Abtastung anhand von beispielhaften Diagrammen (Fig. 7a-d) verdeutlicht, wobei die zeitversetzte Abtastung auf der gerade genannten Gleichung basiert. Mit anderen Worten, Fig. 7a-d veranschaulichen beispielhaft das Bereitstellen des zumindest einen Paares von Abtastwerte 1 15 (A, B; A1 ( B ) mit dem Abtastwertbereitsteller 1 10 des Ausführungsbeispiels des Empfängers 100 gemäß Fig. 1 a. In the following, exemplary embodiments of a time-shifted sampling are illustrated by means of exemplary diagrams (FIGS. 7a-d), the time-shifted sampling being based on the equation just mentioned. In other words, Figures 7a-d exemplify the provision of the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A 1 ( B) with the sample provider 110 of the embodiment of the receiver 100 of Figure 1 a.
Beispiele für eine zeitversetzte Abtastung sind im„Attachment A" von Fig. 18a-f zu finden. Examples of time-shifted sampling can be found in "Attachment A" of Figs. 18a-f.
Fig. 7a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zeitversetzten Abtastung mit den beispielhaften Parametern fcw = 1 MHz, m = 1 und fAbt = 4/5 MHz = 800 kHz. In Fig. 7a ist im ersten Diagramm 710 ein beispielhaftes überabgetastetes 1 MHz-Cosinus-Signal mit der Phase 0 zu erkennen. Die Amplitude wurde beispielhaft auf 1 festgelegt. Zur Darstellung des zweiten Diagramms 720 wurde das 1 MHz-Cosinus-Signal mit der Abtastrate fAbt = 800 kHz abgetastet, wobei im zweiten Diagramm 720 insgesamt vier Abtastwerte mit den beispielhaften Werten von [1 0 -1 0] zu erkennen sind. Das dritte Diagramm 730 und das vierte Diagramm 740 entsprechen dem um den Faktor 4 dezimierten Signal, wobei der imaginäre Anteil ("Imag") erst um 1 taktverzögert wird. In dem ersten bis vierten Dia- gramm 710, 720, 730, 740 von Fig. 7a entspricht das 1 MHz-Cosinus-Signal im Wesentlichen dem empfangenen Signal 105, AR> während die vier Abtastwerte mit den beispielhaf- ten Werten von [1 0 -1 0] im Wesentlichen dem zumindest einen Paar von Abtastwerten 1 15 (A, B; Ai , Bj ) entsprechen. FIG. 7 a shows an exemplary embodiment of a time-offset sampling with the exemplary parameters f cw = 1 MHz, m = 1 and f Abt = 4/5 MHz = 800 kHz. In FIG. 7 a, an exemplary oversampled 1 MHz cosine signal with the phase 0 can be seen in the first diagram 710. The amplitude has been set to 1 by way of example. To represent the second diagram 720, the 1 MHz cosine signal was sampled at the sampling rate f Abt = 800 kHz, wherein in the second diagram 720 a total of four samples with the exemplary values of [1 0 -1 0] can be recognized. The third diagram 730 and the fourth diagram 740 correspond to the signal decimated by a factor of 4, the imaginary part ("imag") being delayed by one clock. In the first to fourth diagrams 710, 720, 730, 740 of FIG. 7a, the 1 MHz cosine signal substantially corresponds to the received signal 105, A R> while the four samples correspond to the exemplary one. essentially correspond to the at least one pair of samples 15 (A, B, Ai, Bj).
Bei Ausführungsbeispielen kann die Phasenlage cp aus
Figure imgf000023_0001
bestimmt werden (vgl. das Ausführungsbeispiel von Fig. 6a), wobei B = „Imag" (Imaginäranteil) und A ="Real" (Realteil) sind, während die Amplitude äR des empfange- nen Signals 105, AR, bzw. der Betrag des komplexen Wertepaares aus äR = ^A2 + B2 bestimmt werden kann.
In embodiments, the phase position cp
Figure imgf000023_0001
be determined (see FIG., the embodiment of Fig. 6a), where B = "Imag" (imaginary part) and A = "Real" (real part), while the amplitude ä R of empfange- NEN signal 105, A R, and the magnitude of the complex value pair can be determined from a R = ^ A 2 + B 2 .
Fig. 7b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zeitversetzten Abtastung mit den beispielhaften Parametern fCw = 1 MHz, m = 2 und fAbt = 4/9 MHz = 444, 44 kHz. Hierbei entspricht das 1 MHz-Cosinus-Signal im ersten Diagramm 710 von Fig. 7b im Wesentlichen dem empfangenen Signal 105, AR, von Fig. 1 a, während die vier Abtastwerte mit den beispiel- haften Werten von [1 0 -1 0] im zweiten bis vierten Diagramm 720, 730, 740 von Fig. 7b im Wesentlichen dem zumindest einen Paar von Abtastwerten 1 15 (A, B; Α^ B,) von Fig. 1 a entsprechen. FIG. 7b shows an exemplary embodiment of a time-shifted sampling with the exemplary parameters f C w = 1 MHz, m = 2 and f Abt = 4/9 MHz = 444, 44 kHz. Here, the 1 MHz cosine signal in the first diagram 710 of FIG. 7b substantially corresponds to the received signal 105, A R , of FIG. 1a, while the four samples having the example values of [1 0 -1 0 ] in the second to fourth diagrams 720, 730, 740 of FIG. 7b substantially correspond to the at least one pair of samples 15 (A, B, Α, B,) of FIG. 1a.
Fig. 7c zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zeitversetzten Abtastung mit den beispielhaf- ten Parametern fCw - 1 MHz, m = 6 und fAbt = 4/25 MHz = 160 kHz. Hierbei entspricht das 1 MHz-Cosinus-Signal im ersten Diagramm 710 von Fig. 7c im Wesentlichen dem empfangenen Signal 105, AR, von Fig. 1 a, während die vier Abtastwerte mit den Werten von [1 0 -1 0] im zweiten bis vierten Diagramm 720, 730, 740 von Fig. 7c im Wesentlichen dem zumindest einen Paar von Abtastwerten 1 1 5 (A, B; A, , B-ι ) von Fig. 1 a entsprechen. FIG. 7 c shows an exemplary embodiment of a time-shifted sampling with the exemplary parameters f C w -1 MHz, m = 6 and f Abt = 4/25 MHz = 160 kHz. Here, the 1 MHz cosine signal in the first diagram 710 of FIG. 7c substantially corresponds to the received signal 105, A R , of FIG. 1 a, while the four samples having the values of [1 0 -1 0] in the second to fourth graph 720, 730, 740 of FIG. 7c substantially correspond to the at least one pair of samples 1 1 5 (A, B; A,, B-1) of FIG. 1 a.
Fig. 7d zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zeitversetzten Abtastung mit dem beispielhaften Parametern fcw = 1 MHz, m = 1 und fAbt = 4/5 MHz = 800 kHz und mit einer beispielhaften 45°-Phasenverschiebung. Hierbei entspricht das um beispielsweise 45° phasenverschobene 1 MHz-Cosinus-Signal im ersten Diagramm 710 von Fig. 7d im Wesentli- chen dem empfangenen Signal 105, AR, von Fig. 1 a, während die vier Abtastwerte mit den beispielhaften Werten von [I / 2 - I / V2 - I / V2 I / V2 ] im zweiten bis vierten Diagramm 720, 730, 740 von Fig. 7d im Wesentlichen dem zumindest einen Paar von Abtastwerten 1 15 (A, B; A, , von Fig. 1 a entsprechen. FIG. 7 d shows an exemplary embodiment of a time-shifted sampling with the exemplary parameters f cw = 1 MHz, m = 1 and f Abt = 4/5 MHz = 800 kHz and with an exemplary 45 ° phase shift. In this case, the 1 MHz cosine signal, which is phase-shifted by, for example, 45 °, corresponds in the first diagram 710 of FIG. 7d substantially. Chen the received signal 105, A R, of Figure 1 a, while the four samples with the exemplary values. [I / 2 - I / V2 - I / V2 I / V2] in the second to fourth graph 720, 730, 740 7d substantially correspond to the at least one pair of samples 1 15 (A, B; A,, of FIG. 1a.
In Bezug auf Fig. 7a-d ist anzumerken, dass dort jeweils der zeitliche Abstand TAbt der jeweiligen Abtastwerte dargestellt ist. Hierbei entspricht der zeitliche Abstand TAbt der Abtastrate bzw. Abtastfrequenz fAbt gemäß der oben hergeleiteten Gleichung (Gleichung 30). Somit kann gemäß Ausführungsbeispielen der zeitliche Abstand TAbt bzw. die Abtastfre- quenz fAbt in Abhängigkeit von m (m = 1 , 2, 3, 4, ... ) eingestellt werden. With reference to FIGS. 7a-d, it should be noted that the time interval T Abt of the respective samples is shown there. Here, the time interval T Abt corresponds to the sampling rate f Abt according to the above-derived equation (Equation 30). Thus, according to exemplary embodiments, the time interval T Abt or the sampling frequency f Abt can be set as a function of m (m = 1, 2, 3, 4,...).
Es wurde also erkannt, dass der zeitliche Abstand TAbt bzw. die Abtastfrequenz fAbt beispielsweise abhängig von einer Umgebungsbedingung des Empfängers flexibel eingestellt werden kann. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit eine flexiblere Einstellung der Abtastrate für eine Abtastung des empfangenen Signals im Empfänger. It has therefore been recognized that the time interval T Abt or the sampling frequency f Abt can be set flexibly, for example, depending on an ambient condition of the receiver. Embodiments of the present invention thus allow a more flexible adjustment of the sampling rate for a sample of the received signal in the receiver.
Ferner wurde es erkannt, dass, falls die Frequenzlage eines Bandpasssignals bekannt ist, durch die Wahl einer bestimmen Abtastfrequenz eine direkte Herabmischung in die Null- läge durch die Abtastung an sich erreicht werden kann. Furthermore, it has been recognized that if the frequency position of a bandpass signal is known, by choosing a particular sampling frequency, a direct down-conversion to zero can be achieved by the sample itself.
Im Folgenden wird Bezug nehmend auf die im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert, dass gemäß diesen Ausführungsbeispielen verschiedene Empfangssignalparameter, wie beispielsweise die Phaseninformation cpR bzw. die Amplituden- Information aR des empfangenen Signals AR sowie eine Reflektivitätsinformation des Objekts p ermittelt werden kann. In the following, it will be explained with reference to the exemplary embodiments described above that different received signal parameters, such as the phase information cp R or the amplitude information a R of the received signal A R and reflectivity information of the object p can be determined according to these embodiments.
Bezug nehmend auf das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 liegt am Eingang des ADC 1 12 ein Signal 105, AR, an, dessen Frequenz fcw (bzw. mittlere Periodendauer Tcw) mit der Modulationsfrequenz des Lasers (bzw. mit der Modulationsfrequenz eines von einem Sender ausgesendeten Sendesignals AT) übereinstimmt, wobei das Signal 105, AR mit einer unbekannten Phasenlage bzw. Phaseninformation cpR versehen ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das digitale Signal 1 13 nach der Abtastung mit dem ADC 1 12 in zwei Zweige aufgeteilt. Im ersten Zweig wird das abgetastete Signal 1 13 mit dem Faktor 4 dezimiert (Block 312). Im zweiten Zweig wird zuerst um einen Abtasttakt (TAbt) verzögert (Block 322) und anschließend mit dem Faktor 4 dezimiert (Block 324). Nach der Dezimation wird beispielsweise mit dem Takt der Pixelclock (fdk) weitergearbeitet (vgl. Fig. 3). Referring to the embodiment of FIG. 3 is located at the input of the ADC 1 12, a signal 105, A R , whose frequency f cw (or average period T cw ) with the modulation frequency of the laser (or with the modulation frequency of one of a transmission signal A T ) emitted from a transmitter, the signal 105, A R being provided with an unknown phase position or phase information cp R. As shown in Fig. 3, the digital signal 1 13 is divided after the scan with the ADC 1 12 into two branches. In the first branch, the sampled signal 1 13 is decimated by the factor 4 (block 312). The second branch is first delayed by one sample clock (T Abt ) (block 322). and then decimated by the factor 4 (block 324). After the decimation, the clock of the pixel clock (f dk ), for example, continues to be processed (see Fig. 3).
Bezug nehmend auf das Ausführungsbeispiel von Fig. 6 kann aus dem zumindest einen Paar von Abtastwerten 1 15 (A, B; A B,) bzw. aus dem komplexen Wertepaar (A, B), wobei A der Realteil und B der Imaginärteil des komplexen Wertepaars ist, die Phaseninformation 125, cpR, des empfangenen Signals 105, AR, bzw. die Phasenlage des Detektorsignals unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden Referring to the embodiment of Fig. 6, from the at least one pair of samples 1 15 (A, B; AB,) and from the complex value pair (A, B), where A is the real part and B is the imaginary part of the complex value pair , the phase information 125, cp R , of the received signal 105, A R , and the phase angle of the detector signal, respectively, are calculated using the following equation
-1 -1
φκ = tan (31 ) φ κ = tan (31)
Da die Phasenlage der Laserintensität bzw. die Phaseninformation cpT des mit einem Sender ausgesendeten Signals AT bekannt ist, kann gemäß Ausführungsbeispielen die Phasendifferenz Δφ berechnet werden. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann aus dieser Phasendifferenz Δφ weiter die Entfernung R zum Objekt berechnet werden (siehe Gleichung 6). Since the phase position of the laser intensity or the phase information cp T of the signal A T emitted by a transmitter is known, the phase difference Δφ can be calculated according to exemplary embodiments. In further embodiments, from this phase difference Δφ, the distance R to the object can be further calculated (see Equation 6).
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Amplitudeninformation äR des empfangenen Signals 105, AR, bzw. die Amplitude des an einem Objekt reflektieren Signals als der Betrag des komplexen Wertepaares (A, B) unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden
Figure imgf000025_0001
Ferner können gemäß Ausführungsbeispielen aus der Amplitude des Detektorsignals ( äR ) Rückschlüsse auf die Reflektivitätseigenschaft des Objekts geschlossen werden.
In further embodiments, the amplitude information A R of the received signal 105, A R , or the amplitude of the signal reflected on an object may be calculated as the magnitude of the complex value pair (A, B) using the following equation
Figure imgf000025_0001
Furthermore, according to embodiments, conclusions about the reflectivity property of the object can be drawn from the amplitude of the detector signal ( R R ).
Gegeben sind in einem LIDAR-System der optische Aufbau sowie die Empfindlichkeit der Photodiode. Fig. 8a zeigt eine schematische Darstellung einer Leistungsverteilung beim Detektieren bzw. Scannen mit einem LIDAR-System. In Fig. 8a sind beispielhafte Glei- chungen für die von einem Sender (z.B. Flugzeug) transmittierte Leistung, PT, für die von dem Sender (z.B. Flugzeug) empfangene Leistung,
Figure imgf000025_0002
die an einem Objekt (z.B. Bodenoberfläche) empfangene Leistung, M PT, sowie die an dem Objekt (z.B. Bodenoberfläche) reflektierte Leistung ρ·Μ ·Ρτ
Given in a LIDAR system, the optical structure and the sensitivity of the photodiode. Fig. 8a shows a schematic representation of a power distribution when detecting or scanning with a LIDAR system. FIG. 8 a shows exemplary equations for the power transmitted by a transmitter (eg aircraft), P T , for the power received by the transmitter (eg aircraft), FIG.
Figure imgf000025_0002
the power received at an object (eg ground surface), M P T , and the power ρ · Μ · Ρ τ reflected at the object (eg ground surface)
2π unter der Annahme einer Lambert'schen Oberfläche angegeben. Hierbei sind PR die empfangene Lichtleistung, PT die gesendete Lichtleistung, M die atmosphärische Transmission, Ar die Fläche der Empfangsoptik, p die Reflektivität der Oberfläche und R die Entfer- nung zur Oberfläche. 2π given the assumption of a Lambertian surface. Here, P R is the received light power, P T is the transmitted light power, M is the atmospheric transmission, A r is the surface of the receiving optics, p is the reflectivity of the surface and R is the distance to the surface.
Wird die Gleichung für die von dem Sender empfangene Leistung aus Fig. 8a nach p umgestellt, so ergibt sich If the equation for the power received by the transmitter from FIG. 8a is changed over to p, the result is
PR 2n - R2 P R 2n - R 2
V PT ' M2 · Ar V P T ' M 2 · A r
(33)  (33)
Der Faktor PR/PT kann hierbei mit der Amplitude des ausgehenden Signals aT und des empfangenen Signals aR gleichgesetzt werden. Somit kann gemäß Ausführungsbeispielen die Reflektivität des Objekts mit der folgenden Formel berechnet werden The factor P R / P T can be equated here with the amplitude of the outgoing signal a T and the received signal a R. Thus, according to embodiments, the reflectivity of the object may be calculated by the following formula
_ äR 2π · R2 _ R 2π · R 2
P ~ ~ä^ ' M2 · Ar P ~ ~ ä ^ ' M 2 · A r
(34)  (34)
Fig. 9 zeigt ein System 200 zur Messung einer Information über eine Entfernung zu einem Objekt 129, Δφ, R. Wie in Fig. 9 gezeigt, umfasst das System 200 einen Sender 10, einen Empfänger 100 und eine Steuerungseinheit 210. Der Sender 10 ist ausgelegt, um ein Sendesignal 15, AT, zu senden. Der Empfänger 100 ist ausgelegt, um ein Empfangssignal 05, AR, zu empfangen. Hierbei entspricht der Empfänger 100 des Ausführungsbeispiels von Fig. 9 im Wesentlichen dem Empfänger des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 a. Die Steuerungseinheit 210 ist ausgelegt, um eine mittlere Frequenz 1 1 , fCw'> des Sendesig- nais 15, AT, und die Abtastrate 1 1 1 , fAbt, in Abhängigkeit von einer Taktfrequenz 205, fdk, des Systems 200 zu kontrollieren. Bei Ausführungsbeispielen ist das Sendesignal 15, AT, ein sinusförmiges Signal aTsin(27r CT f t + φτ) wobei aT und φτ die Amplitudeninformation bzw. die Phaseninformation und fCw' die mittlere Frequenz des Sendesignals 15, AT, darstellen. Fig. 9 shows a system 200 for measuring information on a distance to an object 129, Δ φ, R. As shown in Fig. 9, the system 200 includes a transmitter 10, a receiver 100 and a control unit 210. The transmitter 10 includes is designed to transmit a transmission signal 15, A T. The receiver 100 is designed to receive a received signal 05, AR. Here, the receiver 100 of the embodiment of FIG. 9 substantially corresponds to the receiver of the embodiment of FIG. 1 a. The control unit 210 is designed to have an average frequency 1 1, f C w '> of the transmitting signal 15, A T , and the sampling rate 1 1 1, f Abt , as a function of a clock frequency 205, f dk , of the system 200 to control. In embodiments, the transmission signal 15, A T, a sinusoidal signal a T sin (27r CT f t + φ τ) where a T and φ τ the amplitude information and the phase information and f C w 'the center frequency of the transmission signal 15, A T , represent.
Ferner wurde erkannt, dass sich bei dem System 200 die Funktionen AT(t) und AR(t) für das Sendesignal 15 bzw. das empfangene Signal 105 nur bezüglich ihrer Amplitudeninformation und ihrer Phaseninformation unterscheiden. Hierbei unterscheiden sich diese Funktionen AT(t) und AR(t) im Wesentlichen nicht in ihrer Frequenz (fcw -fcw)- Mit anderen Worten, wird ein Lichtsignal (z.B. das Sendesignal 15) mit einer bandbegrenzten Funktion in der Intensität moduliert, so erhalten wir ebenfalls ein bandbegrenztes Signal (Signal 105) am Detektor. Further, it has been recognized that in the system 200, the functions A T (t) and A R (t) for the transmit signal 15 and the received signal 105 differ only in their amplitude information and their phase information. In this case, these functions A T (t) and A R (t) essentially do not differ in their frequency (fcw -fcw). In other words, a light signal (eg the transmission signal 15) is intensity-modulated with a band-limited function, so we also get a band limited signal (signal 105) at the detector.
Bei Ausführungsbeispielen weist die Steuerungseinheit 210 einen Mittenfrequenzbereits- teller 212 und einen Abtastratenbereitsteller 214 auf. Hierbei ist der Mittenfrequenzbereits- teller 212 beispielsweise ausgelegt, um die mittlere Frequenz 1 1 , fCw'> des Sendesignals 15, AT, in Abhängigkeit von der Taktfrequenz 205, fC|k, bereitzustellen. Ferner kann der Abtastratenbereitsteller 214 ausgelegt sein, um die Abtastrate 1 1 1 , fAbt, in Abhängigkeit von der Taktfrequenz 205, fdk, bereitzustellen. In embodiments, the control unit 210 includes a center frequency transmitter 212 and a sample rate provider 214. In this case, the center frequency relay 212 is designed, for example, to control the average frequency 1 1, f C w '> of the transmission signal 15, A T , as a function of the clock frequency 205, f C | k , to provide. Further, the sample rate generator 214 may be configured to provide the sampling rate 1 1 1, f Abt , in response to the clock frequency 205, f dk .
Bei Ausführungsbeispielen ist die Steuerungseinheit 210 ausgelegt, um die Taktfrequenz 205, fcik, mit einem Faktor 4 zu multiplizieren, um die Abtastrate 1 1 1 , fAbt, bereitzustellen. In embodiments, the control unit 210 is configured to multiply the clock frequency 205, f cik by a factor of 4 to provide the sampling rate 1 1 1, f Abt .
Bei Ausführungsbeispielen umfasst das System 200 einen Taktfrequenzbereitsteller 201 zum Liefern der Taktfrequenz 205, fdk, für die Steuerungseinheit 210. Beispielsweise ist der Taktfrequenzbereitsteller 201 ausgelegt, um die Taktfrequenz 205, fdk, für die Steue- rungseinheit 210 basierend auf einer gewünschten Auflösung (Npx) eines Scanbereichs des Systems 200 und auf einer Schwingungsfrequenz (fs) eines Scan-Spiegels des Systems 200 zu liefern. In embodiments, the system 200 includes a clock frequency provider 201 for providing the clock frequency 205, f dk , to the control unit 210. For example, the clock frequency provider 201 is configured to set the clock frequency 205, f dk , for the control unit 210 based on a desired resolution (FIG. N px ) of a scan area of the system 200 and at an oscillation frequency (f s ) of a scan mirror of the system 200.
Bei Ausführungsbeispielen umfasst der Empfänger 100 einen Parameterberechner 120 zum Berechnen der Phaseninformation 125, cpR, des empfangenen Signals 105, AR, ba- sierend auf dem zumindest einen Paar von Abtastwerten 1 15 (A, B; Α,, B, ). Hierbei entspricht der Parameterberechner 120 für das System 200 gemäß Fig. 9 im Wesentlichen dem Parameterberechner 120 von Fig. 6. Beispielsweise ist der Parameterberechner 120 ausgelegt, um die Information über die Entfernung zu dem Objekt 129, Δφ, R, basierend auf einer Phaseninformation φτ des Sendesignals 15, AT, und der Phaseninformation 125, cpR, des empfangenen Signals 105, AR, zu berechnen. In embodiments, the receiver 100 comprises a parameter calculator 120 for calculating the phase information 125, cp R , of the received signal 105, A R , Ba. based on the at least one pair of samples 1 15 (A, B; Α ,, B,). Here, the parameter calculator 120 for the system 200 of FIG. 9 substantially corresponds to the parameter calculator 120 of Fig. 6. For example, the parameter calculator is configured 120 to the information on the distance to the object 129, Δ φ, R, based on a phase information φ τ of the transmission signal 15, A T , and the phase information 125, cp R , of the received signal 105, A R.
Beispielsweise ergibt sich eine Phasendifferenz Δφ aus einer Differenz zwischen der Phaseninformation φτ des Sendesignals 15 und der Phaseninformation cpR des empfan- genen Signals 125. For example, a phase difference Δφ results from a difference between the phase information φ τ of the transmission signal 15 and the phase information cp R of the received signal 125.
Ferner kann die Reflektivitätsinformation des Objekts p basierend auf der Amplitudeninformation aT des Sendesignals 15 und der Amplitudeninformation aR des empfangenen Signals 105 unter Verwendung der Gleichung 34 berechnet werden. Further, the reflectivity information of the object p may be calculated based on the amplitude information a T of the transmission signal 15 and the amplitude information a R of the received signal 105 using Equation 34.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 9 hat der Empfänger 100 Kenntnis von der mittleren Frequenz 1 1 , fCw'> des Sendesignals 15, AT. Beispielsweise ist der Parameterberechner 120 ausgelegt, um die Entfernung zu dem Objekt R basierend auf der mittleren Frequenz des Sendesignals 15, AT, zu berechnen. Hierbei kann bei- spielsweise die Gleichung 6 verwendet werden. In embodiments according to FIG. 9, the receiver 100 has knowledge of the mean frequency 1 1, f C w '> of the transmission signal 15, A T. For example, the parameter calculator 120 is configured to calculate the distance to the object R based on the average frequency of the transmit signal 15, A T. In this case, for example, equation 6 can be used.
Fig. 10a-c zeigen nähere Einzelheiten des Systems 200 mit der Steuerungseinheit 210 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Hierbei umfassen die Ausführungsbeispiele von Fig. 10a-c die bereits im Vorhergehenden beschriebenen Ele- mente mit den gleichen Bezugszeichen. In Fig. 10a ist ein Blockschaltbild eines scannenden Systems gezeigt. Bei dem in Fig. 10a gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Empfänger 00 ferner einen Detektor 1010 zum Liefern eines Detektionssignals als Eingangssignal 1015. Ferner umfasst der Empfänger 100 in Fig. 10a einen Filter 020 zum Filtern des Eingangssignals 1015, wobei das Empfangssignal 105 geliefert wird. Der Filter 1020 ("AA") ist beispielsweise ein Anti-Aliasing-Filter, der ausgelegt ist, um eine Tiefpassfilterung auf das Eingangssignal 1015 anzuwenden. Ferner umfasst der Parameterberechner 120 in Fig. 10a zwei Blöcke 1022, 1024, die ausgelegt sind, um dieFigures 10a-c show further details of the system 200 with the control unit 210 according to further embodiments of the present invention. Here, the exemplary embodiments of FIGS. 10a-c include the elements already described above with the same reference numerals. In Fig. 10a a block diagram of a scanning system is shown. In the embodiment shown in Figure 10a, the receiver 00 further comprises a detector 1010 for providing a detection signal as an input signal 1015. Further, the receiver 100 in Figure 10a includes a filter 020 for filtering the input signal 1015, and the receive signal 105 is provided. For example, the filter 1020 ("AA") is an anti-aliasing filter designed to apply low-pass filtering to the input signal 1015. Further, the parameter calculator 120 in FIG. 10a includes two blocks 1022, 1024 configured to be the same
Phaseninformation cpR bzw. die Amplitudeninformation aR des Empfangssignals 105 zu liefern. Ferner ist in Fig. 10a die Steuerungseinheit 210 mit "Clock Gen" bezeichnet. Das System 200 gemäß Fig. 10a umfasst ferner eine Kontrolllogik 1002, die ausgelegt ist, um verschiedene Parameter des Systems 200 zu steuern. Die Kontrolllogik 1002 und die Steuerungseinheit 210 von Fig. 0a werden wiederum von einem Spiegeltreiber 1001 kontrolliert, so dass Parameter eines Scan-Spiegels des Systems 200 eingestellt werden können. Der Sender 10 von Fig. 10a umfasst ferner einen Block 030 ("DAC") und einen Block 1040 ("Laser"). Hierbei entspricht der Block 1030 einem Digital-Analog-Umsetzer (DAC, "Digital-to-Analog-Converter"), während der Block 1040 einem Laser zum Senden des Sendesignals entspricht. Phase information cp R and the amplitude information a R of the received signal 105 to deliver. Further, in Fig. 10a, the control unit 210 is called "Clock Gen". The system 200 of FIG. 10a further includes a control logic 1002 configured to control various parameters of the system 200. The control logic 1002 and the control unit 210 of FIG. 0a are in turn controlled by a mirror driver 1001 so that parameters of a scan mirror of the system 200 can be adjusted. The transmitter 10 of Figure 10a further includes a block 030 ("DAC") and a block 1040 ("Laser"). Here, block 1030 corresponds to a digital-to-analog converter (DAC), while block 1040 corresponds to a laser for transmitting the transmit signal.
Bezug nehmend auf Fig. 10a wird ein vereinfachtes Blockschaltbild eines scannenden LIDAR-Systems gezeigt. Die Phase <pR entspricht beispielsweise dem Ergebnis der Gleichung 31 , während die Amplitude aR beispielsweise dem Ergebnis aus Gleichung 32 entspricht. Des Weiteren wird das Detektorsignal 1015 beispielsweise durch einen geeigneten Antialiasing-Filter (AA) bandbegrenzt. In Fig. 0b ist ein Blockschaltbild eines Gesamtsystems gezeigt. In Fig. 10b ist der Detektor 1010 beispielsweise eine Lawinenphotodiode ("Avalanche Photo Diode", APD). Die Lawinenphotodiode 1010 ist ausgelegt, um das Eingangssignal 1015 bereitzustellen. Ferner umfasst der Empfänger 100 von Fig. 10b einen Block 1012 ("Analog Back End"). Der Block 1012 stellt eine analoge Schnittstelle für den Empfang des Empfangssignals 105 dar. Die Steuerungseinheit 210 ist in Fig. 10b mit "LIDAR Core Clock Gen." bezeichnet. Die in Fig. 10b gezeigte Steuerungseinheit 210 stellt die mittlere Frequenz 1 1 ("f_cw"), die Abtastrate 1 1 1 , fAbt. und eine weitere Frequenz 1 1 1 1 ("fs_dac") als Steuerungsfrequenz für den Block 1030 (DAC) bereit. Wie in Fig. 10b gezeigt, kann die Steuerungseinheit 210 von einem Block 1001 ("Mirror IP") mittels einer Frequenz f_reso1 2 gesteuert werden. Der Block 1001 ist beispielsweise ausgelegt, um die Frequenz f_reso 2 für die Steuerungseinheit 210 bereitzustellen, um eine gewünschte Auflösung des Scanbereichs des Systems zu realisieren. Ferner umfasst der in Fig. 10b gezeigte Sender 10 einen Block 1032 ("Analog Front End") als Schnittstelle zwischen dem DAC 1030 und dem Laser 1040. Ferner umfasst der Sender 10 in Fig. 0b einen Spiegel 1050, der von dem Block 1001 gesteuert werden kann. Hierbei sind der Spiegel 1050 und der Block 1001 über eine Kommunikationsverbindung 1055 miteinander verbunden. Beispielsweise kann die Schwingungsfrequenz (fs) des Spiegels 1050 mit dem Block 1001 eingestellt werden. Der Spiegel 1050 ist ausgelegt, um das von dem Laser 1040 gesendete Sendesignal auf ein Objekt abzulenken. Wie in Fig. 10b gezeigt, wird das auf das Objekt abgelenkte Sendesignal nach einer Reflexion an dem Objekt in Richtung der Lawinenphotodiode 1010 reflektiert. Fig. 10c zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Steuerungseinheit 210 des Ausführungsbeispiels des Systems 200 gemäß Fig. 10b. In Fig. 10b ist ein Blockschaltbild eines "LI DAR Gore Clock Generator" gezeigt. Wie in Fig. 10c gezeigt, umfasst die Steuerungseinheit 210 den Mittenfrequenzbereitsteller 212 und den Abtastratenbereitsteller 214. Hierbei sind die Blöcke 212, 214 ausgelegt, um die Signale 1 1 (f_cw), 1 1 1 (fAbt) und 1 1 1 1 (fs_dac) in Abhängigkeit von der Eingangsfrequenz f_reso1 2 zu liefern. Ferner ist in Fig. 10c gezeigt, dass die Blöcke 212, 214 von einem Block, der mit "Register" bezeichnet ist, mittels eines Steuerungssignals ("Resolution") eingestellt werden kann. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine statische LIDAR- Messung. Bei einer statischen Messung (d.h. der intensitätsmodulierte Laser strahlt konstant in eine Richtung) kann gemäß Ausführungsbeispielen eine beliebige, sinnvolle Frequenz fcw für die Intensitätsmodulation gewählt werden. Beispielsweise kann mithilfe der Gleichung 30 zu dieser Frequenz eine Abtastrate des ADC 1 12 (fAbt) berechnet werden, mit der das "intensitätsmodulierte" Detektorsignal (bzw. das empfangene Signal 105) durch die Abtastrate fAbt in die Nulllage gemischt wird. Gemäß Ausführungsbeispielen liegt demnach ein neues Wertepaar bzw. das zumindest eine Paar von Abtastwerten 1 15 (A, B; Ai , B†) mit einer Frequenz von fAbt/4 zur Verfügung. Dies wurde anhand der beispielhaften Diagramme von Fig. 7a-d verdeutlicht (siehe auch„Attachment A" von Fig. 18a-f). Es wurde erkannt, dass mit dem Faktor m aus Gleichung 30 die Samplefrequenz der Messung beeinflusst werden kann. Ferner wurde erkannt, dass mit der Frequenz fCw die Auflösung des Messergebnisses beeinflusst werden kann, da mit einer niedrigeren Frequenz die modulierte Wellenlänge größer wird und somit in der Entfernung weiter gemessen werden kann. Bei einer höheren Frequenz wird die Wellenlänge des modulierten Signals kürzer. Referring to Figure 10a, a simplified block diagram of a scanning LIDAR system is shown. For example, the phase <p R corresponds to the result of equation 31, while the amplitude a R corresponds to the result from equation 32, for example. Furthermore, the detector signal 1015 is band limited by, for example, a suitable antialiasing filter (AA). FIG. 0b shows a block diagram of an overall system. In Fig. 10b, the detector 1010 is, for example, an avalanche photodiode ("Avalanche Photo Diode", APD). The avalanche photodiode 1010 is configured to provide the input signal 1015. Further, the receiver 100 of FIG. 10b includes a block 1012 ("Analog Back End"). Block 1012 represents an analog interface for receiving received signal 105. Control unit 210 is shown in FIG. 10b as "LIDAR Core Clock Gen." designated. The control unit 210 shown in FIG. 10b sets the average frequency 1 1 ("f_cw"), the sampling rate 1 1 1, f Ab t. and another frequency 1 1 1 1 ("fs_dac") as the control frequency for block 1030 (DAC). As shown in FIG. 10b, the control unit 210 may be controlled by a block 1001 ("Mirror IP") by means of a frequency f_reso 1 2 . The block 1001 is designed, for example, to provide the frequency f_reso 2 for the control unit 210 in order to realize a desired resolution of the scan area of the system. Further, the transmitter 10 shown in FIG. 10b includes an analog front end block 1032 as an interface between the DAC 1030 and the laser 1040. Further, the transmitter 10 in FIG. 0b includes a mirror 1050 controlled by the block 1001 can be. Here, the mirror 1050 and the block 1001 are connected to each other via a communication link 1055. For example, the oscillation frequency (f s ) of the mirror 1050 may be adjusted with the block 1001. The mirror 1050 is designed to deflect the transmitted signal transmitted by the laser 1040 to an object. As shown in FIG. 10b, the transmitted signal deflected onto the object is reflected towards the avalanche photodiode 1010 after reflection from the object. 10c shows an embodiment of a control unit 210 of the embodiment of the system 200 according to FIG. 10b. FIG. 10b shows a block diagram of a "LI DAR Gore Clock Generator". As shown in FIG. 10c, the control unit 210 includes the center frequency provider 212 and the sample rate provider 214. Here, the blocks 212, 214 are configured to receive the signals 1 1 (f_cw), 1 1 1 (f abb ), and 1 1 1 1 (FIG. fs_dac) depending on the input frequency f_reso 1 2 . Further, it is shown in Fig. 10c that the blocks 212, 214 can be adjusted by a block labeled "register" by means of a control signal ("Resolution"). Embodiments of the present invention enable a static LIDAR measurement. In a static measurement (ie, the intensity-modulated laser radiates constantly in one direction), any useful frequency fcw for the intensity modulation can be selected according to embodiments. For example, using Equation 30, a sampling rate of the ADC 1 12 (f A bt) at which the "intensity-modulated" detector signal (or the received signal 105) is mixed to the zero position by the sampling rate f Abt may be calculated at this frequency. According to embodiments, therefore, a new value pair or the at least one pair of sample values 15 (A, B, Ai, B †) with a frequency of f Ab t / 4 is available. This was illustrated by the example diagrams of Figures 7a-d (see also "Attachment A" of Figures 18a-f) It was recognized that the sample frequency of the measurement can be influenced by the factor m of Equation 30. Further recognized that the resolution of the measurement result can be influenced by the frequency f C w, since with a lower frequency the modulated wavelength becomes larger and can thus be further measured in the distance.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Konzept für eine zeitversetzte Abtastung, wobei der Vorteil der zeitversetzten Abtastung bei einer statischen LIDAR-Messung in der frei wählbaren Wiederholzeit einer Messung (bzw. in dem frei wählbaren zeitlichen Abstand TAbt) liegt. Diese Wiederholzeit bzw. dieser zeitliche Abstand kann von dem Stundenbereich bis hin zum Mikrosekunden-Bereich gewählt werden. Im Vergleich dazu sind die Abgaben zu der Messzeit bei einem typischen Laser- Entfernungsmesser beispielsweise < 0,5 Sekunden und maximal 4 Sekunden. Des Weiteren kann gemäß Ausführungsbeispielen die Intensitätsfrequenz (fcw') frei variiert werden. Das hat den weiteren Vorteil, dass der Messbereich variiert werden kann. Zusätzlich können gemäß Ausführungsbeispielen die erforderlichen Aufgaben von einem sehr kleinen μ- Controller erledigt werden, da keine großen Berechnungen oder aufwendiges Datahandling erforderlich sind. Embodiments of the present invention provide a concept for time-shifted sampling, wherein the advantage of time-shifted sampling in a static LIDAR measurement lies in the freely selectable repetition time of a measurement (or in the freely selectable time interval T Abt ). This repetition time or interval can be selected from the hour range to the microsecond range. By comparison, at a typical laser rangefinder, the duty cycle times are, for example, <0.5 seconds and a maximum of 4 seconds. Furthermore, according to embodiments, the intensity frequency (fcw ') can be varied freely. This has the further advantage that the measuring range can be varied. Additionally, according to embodiments, the required tasks may be performed by a very small μ- Controllers are done because no large calculations or complex data handling are required.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine scannende LIDAR-Messung (1 D/2D). Bei einem scannenden System liegt die Herausforderung darin, je nach Scangeschwindigkeit (Hz, kHz, ... ) und Art des Scanners (Rasterscanner, Lissajous-Scanner, etc.) sowie der Auflösung des zu scannenden Bereichs (vgl. Fig. 8b), die Phase eines jeden Pixels exakt erfassen zu können. In Fig. 8b ist ein Scanbereich eines 2D-Scanners ohne Anpassung (links) bzw. mit adaptiver Scanbereichsanpassung (rechts) gezeigt. Ausführungsbeispiele schaffen ein Konzept, das dahin gehend vorteilhaft ist, dass es unabhängig von der Art und der Scangeschwindigkeit des Scanners ist. Hierfür wird beispielsweise ein Raster über den zu scannenden Bereich geworfen. Die Abstände in dem Raster entsprechen einer Pixelclock (bzw. der Taktfrequenz fdk). Nach jedem Takt der Pixelclock wird der Laser vom Scanner beispielsweise einen anderen Be- reich des Rasters bestrahlen. Die Pixelclock wird jetzt beispielsweise mit fAbt/4 gleichgesetzt, also einem Viertel der Abtastrate fAbt des ADC 1 12. Wird jetzt beispielsweise aus der Pixelclock die Abtastrate fAbt des ADC 1 12 berechnet und stellt man Gleichung 30 nach fCw um, so erhält man passend zu der Abtastrate eine Frequenz, mit der automatisch eine Herabmischung in die Nulllage möglich ist und wobei jeder Pixelclock-Takt ein neues komplexes Wertepaar für einen neuen Pixel erhält. Further embodiments of the present invention provide a scanning LIDAR (1D / 2D) measurement. In a scanning system, the challenge is, depending on the scanning speed (Hz, kHz, ...) and the type of scanner (raster scanner, Lissajous scanner, etc.) and the resolution of the area to be scanned (see Fig. 8b), to accurately capture the phase of each pixel. FIG. 8b shows a scan area of a 2D scanner without adaptation (left) or with adaptive scan area adaptation (right). Embodiments provide a concept that is advantageous in that it is independent of the type and scanning speed of the scanner. For this example, a grid is thrown over the area to be scanned. The distances in the grid correspond to a pixel clock (or the clock frequency f dk ). For example, after each bar of the pixel clock, the laser will irradiate the scanner with another area of the grid. The pixel clock is now equated, for example, with f Abt / 4, ie a quarter of the sampling rate f Abt of ADC 1 12. If, for example, the sampling rate f A bt of ADC 1 12 is calculated from the pixel clock and equation 30 is changed to f C w Thus, matching the sample rate, one obtains a frequency which automatically allows down-conversion to the zero position and each pixel clock clock receives a new complex value pair for a new pixel.
Die Voraussetzung für eine erfindungsgemäße zeitversetzte Abtastung liegt bei einem scannenden System darin, dass die Schwingungsfrequenz des Scanners ( or bzw. fs) bekannt ist, die Ortsauflösung des Scanners bekannt ist, die geforderte Auflösung des Scanbereichs (Pixel in x- bzw. in x/y-Richtung bzw. der Parameter "resolution") gegeben ist, die Intensitätsmodulation eine sinusförmige Funktion ist, die Frequenz des intensi- tätsmodulierten CW-Signals bekannt ist (fCw) und das Detektorsignal bandbegrenzt ist. The prerequisite for a time-delayed scanning according to the invention lies in a scanning system in that the oscillation frequency of the scanner (or f s ) is known, the spatial resolution of the scanner is known, the required resolution of the scan area (pixels in x- or in x / y direction or the parameter "resolution"), the intensity modulation is a sinusoidal function, the frequency of the intensity-modulated CW signal is known (f C w) and the detector signal is band-limited.
Aus den gegebenen Anforderungen kann gemäß Ausführungsbeispielen zum einen ein veränderliches (Frequenz- )Ausgangssignal berechnet werden. Dabei wird die Frequenz fcw beispielsweise aus Gleichung berechnet. Sie besteht aus der Frequenz der Pixelclock fpdk = 2 resolution fMirror (36 ) From the given requirements, according to embodiments, on the one hand, a variable (frequency) output signal can be calculated. In this case, the frequency fcw, for example, from equation calculated. It consists of the frequency of the pixel clock f p dk = 2 resolution f Mirror (36)
(bzw. fcik) versehen mit einem Faktor. Dieser Faktor resultiert aus der Umformung der Gleichung 30. (or f c i k ) provided with a factor. This factor results from the transformation of Equation 30.
Da die Frequenz der Intensitätsmodulation bekannt ist, kann entsprechend zu dieser Frequenz ein Takt generiert werden, mit welchem der Abtaster des ADC 1 12 betrieben werden kann. Dieser Takt kann ebenfalls wie die Modulationsfrequenz im Betrieb nachgere- gelt werden und entspricht beispielsweise der vierfachen Pixelclock fAbt = 4 * fpclk (37) Since the frequency of the intensity modulation is known, a clock can be generated in accordance with this frequency, with which the scanner of the ADC 1 12 can be operated. This clock can also be adjusted in the same way as the modulation frequency during operation and corresponds, for example, to four times the pixel clock fAbt = 4 * fpclk (37)
Wird der m-Faktor in Gleichung 35 erhöht, so wird die Modulationsfrequenz des CW- Signals erhöht (was einer kürzeren Wellenlänge entspricht), wodurch wiederum eine genauere Phasenbestimmung ermöglicht wird. Es ist durch eine Positionsbestimmung des beispielsweise MEMS-Spiegels ebenfalls möglich, eine Mehrfachmessung des gleichen Pixels durchzuführen. Somit kann durch Mittelung der Messwerte über den gleichen Pixel die Genauigkeit der Phasenbestimmung weiter erhöht werden. Increasing the m-factor in Equation 35 increases the modulation frequency of the CW signal (which corresponds to a shorter wavelength), which in turn allows more accurate phase determination. It is also possible by a position determination of the example MEMS mirror to perform a multiple measurement of the same pixel. Thus, by averaging the measured values over the same pixel, the accuracy of the phase determination can be further increased.
Diese erfindungsgemäße Messmethode hat z.B. bei Scannern den Vorteil, dass keine Daten für eine weitere Signalverarbeitung gespeichert werden müssen (wie es z.B. unter Verwendung von FFT, digitalen Filtern etc. der Fall ist), sondern dass pro Pixeltakt in dem Scan (fAbt/4) genau ein komplexes Messpaar (A + jB) existiert. Aus diesem Messpaar kön- nen Phasenverschiebung und Amplitude des gesampelten Signals berechnet werden. Aus diesen Werten können weiter Entfernung und Helligkeit des Pixels bestimmt werden. in Fig. 1 1 wird ein solcher Scan beispielhaft simuliert, bei dem sich die Phasenlage des Detektorsignals von Pixel zu Pixel linear verändert. Im Folgenden wird der beispielhafte Scan von Fig. 1 1 näher erläutert. In Fig. 1 1 wurde das MATLAB-Skript "Simulation - Zeitversetzte Abtastung LI DAR-" von Fig. 18a-f verwendet. Im ersten Diagramm 1 1 10 wird ein Cosinus-förmiges Signal mit einer Frequenz von 68 MHz beispielhaft mit 54,4 MHz abgetastet. Die jeweiligen Samples sind im ersten Diagramm 1 1 10 zu sehen ("Function Values"). Im zweiten und dritten Diagramm 1 120, 1 130 wurde das abgetastete Signal um den Faktor 4 dezimiert bzw. zuerst um einen Takt verzögert und im Anschluss dezimiert ("Real Value", "Imag Value"). Im vierten Diagramm 1 140 wurde die Phasenbeziehung des abgetasteten Signals berechnet ("Phase [deg]"). Wie in Fig. 1 1 zu erkennen, besitzen diese Sampies einen Abstand von 1/fclk. Somit kann jedem Pixel ein Phasenwert zugeordnet werden, genauer gesagt, zu jedem Pixel kann eine individuelle Entfernung berechnet werden. This measuring method according to the invention has the advantage, for example, in scanners that no data has to be stored for further signal processing (as is the case, for example, using FFT, digital filters, etc.), but that per pixel clock in the scan (f Abt / 4 ) exactly one complex measuring pair (A + jB) exists. From this pair of measurements, phase shift and amplitude of the sampled signal can be calculated. From these values, further distance and brightness of the pixel can be determined. In Fig. 1 1, such a scan is simulated by way of example, in which the phase position of the detector signal varies linearly from pixel to pixel. The exemplary scan of FIG. 11 is explained in more detail below. In Fig. 11, the MATLAB script "Simulation - Timed Scan LI DAR-" of Fig. 18a-f was used. In the first diagram 1110, a cosine-shaped signal with a frequency of 68 MHz is sampled at 54.4 MHz by way of example. The respective samples can be seen in the first diagram 1 1 10 ("Function Values"). In the second and third diagrams 1 120, 1 130, the sampled signal was decimated by a factor of 4 or first delayed by one clock and then decimated ("Real Value", "Imag Value"). In the fourth diagram 1 140 the phase relationship of the sampled signal ("phase [deg]"). As can be seen in FIG. 11, these samples have a spacing of 1 / fclk. Thus, each pixel can be assigned a phase value, more specifically, an individual distance can be calculated for each pixel.
Das gerade beschriebene Konzept ist dahin gehend vorteilhaft, dass es unabhängig von dem verwendeten Scanner angewandt werden kann (1 D/2D Scanner, Rasterscan- ner/Lissajous-Scanner, etc.). Gemäß Ausführungsbeispielen ist es möglich, während des Betriebs die Auflösung zu variieren sowie eine Mehrfachmessung eines Pixels durchzu- führen. The concept just described is advantageous in that it can be used independently of the scanner used (1 D / 2D scanner, raster scanner / Lissajous scanner, etc.). According to embodiments, it is possible to vary the resolution during operation and to perform a multiple measurement of a pixel.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Konzept für eine adaptive Scanauflösung. Gemäß Ausführungsbeispielen kann unabhängig vom Scanverfahren (statische oder scannende Messung) die Auflösung des Scanbereichs angepasst werden. Wird bei- spielsweise der Scanbereich erhöht, so bedeutet dies, dass das Raster engmaschiger wird. Dies wiederum bedeutet, dass die Pixeiclock (Gleichung 36) in diesem Bereich erhöht wird, wodurch die Frequenz des CW-Signals (Gleichung 35) und die Abtastrate des ADC 1 12 (Gleichung 37) erhöht werden. Soll es beispielsweise einen Bereich geben, der weniger hochauflösend gescannt werden soll, dann kann in diesem Bereich die Pixeiclock verringert werden, was dazu führt, dass die Frequenz des CW-Signals (fCw) und die Abtastrate (fAbt) des ADC 1 12 ebenfalls verringert werden. Diese erfindungsgemäße adaptive Scanauflösung kann beispielsweise bei Kantendetektionen oder Kanteninspektionen von Interesse sein. Hier wird beispielsweise in einem ersten Scan eine Kante/Spalte detek- tiert. Ferner kann in einem nachfolgenden Scan in dem Bereich der Kante/Spalte die Auf- lösung erhöht werden, um die Kante/Spalte besser auflösen zu können. Other embodiments provide a concept for adaptive scan resolution. According to embodiments, the resolution of the scan area can be adjusted independently of the scanning method (static or scanning measurement). If, for example, the scan area is increased, this means that the grid will become narrower. This in turn means that the Pixeiclock (Equation 36) is increased in this range, thereby increasing the frequency of the CW signal (Equation 35) and the sampling rate of the ADC 1 12 (Equation 37). For example, if there is an area to be scanned with less high resolution, then the pixel block may be decreased in this area, resulting in the frequency of the CW signal (f C w) and the sampling rate (f A bt) of the ADC 1 12 also be reduced. This adaptive scan resolution according to the invention can be of interest, for example, in edge detections or edge inspections. Here, for example, an edge / column is detected in a first scan. Furthermore, in a subsequent scan in the area of the edge / column, the resolution can be increased in order to better resolve the edge / column.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen echtzeitfähigen Auswertealgorithmus, der bei einem CW-Verfahren die Entfernung und Reflektivität des zu scannenden Bereichs ermittelt. Dabei kann über die Mittelung mehrerer Messungen die Ge- nauigkeit des Messwerts stetig erhöht werden. Embodiments of the present invention provide a real-time evaluation algorithm that determines the distance and reflectivity of the area to be scanned in a CW method. The accuracy of the measured value can be steadily increased by averaging several measurements.
Anwendungen der im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind statische Messungen (z.B. Methoden zur Überwachung einer mechanischen Bewegung) und die scannende Messung. Hierbei umfassen die statischen Messungen beispielsweise eine Dopplermessung, während die scannende Messung eine variable Anpassung auf eine Scanfrequenz, eine adaptive Pixelauflösung, eine mögliche Mehrfachmessung eines Pi- xels und die 3D-Photographie (Inspektionsanwendungen, biometrische Anwendungen, ... ) umfasst. Applications of the embodiments described above are static measurements (eg methods for monitoring mechanical motion) and the scanning measurement. The static measurements include, for example, a Doppler measurement, while the scanning measurement comprises a variable adaptation to a scan frequency, an adaptive pixel resolution, a possible multiple measurement of a scan frequency. xels and 3D photography (inspection applications, biometric applications, ...).
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Konzept, das deutlich ressourcensparender ist. Ebenso ist für den erfindungsgemäßen Algorithmus keine Datensammlung (wie beispielsweise bei einer FFT) nötig. In contrast to known methods, embodiments of the present invention provide a concept that is significantly more resource efficient. Similarly, no data collection (such as in an FFT) is needed for the inventive algorithm.
Ferner ist die vorliegende Erfindung dahin gehend vorteilhaft, dass im Gegensatz zu be- kannten Verfahren, bei denen eine FM-Demodulation für ein CW-Signal durchgeführt wird, wobei diese Demodulation der Datenaufnahme vorgeschaltet ist, keine weiteren Ressourcen benötigt werden. Furthermore, the present invention is advantageous in that, in contrast to known methods in which an FM demodulation is carried out for a CW signal, wherein this demodulation precedes the data acquisition, no further resources are needed.
Anhand von Fig. 16 wurde gezeigt, dass die Demodulation beispielsweise durch eine Mul- tiplikation erreicht wird. Da im Ersatzschaltbild eines Abtasters (vgl. Fig. 6d) ebenfalls ein Multiplikator enthalten ist, ist es möglich, durch die Wahl einer bestimmten Abtastfrequenz (fAbt) eine Quadratur-Demodulation durchführen zu können. Es wurde erkannt, dass hierfür die Multiplikatoren aus Fig. 16 durch ADC ersetzt werden können. Ferner wurde erkannt, dass hierbei die anschließende TP-Filterung entfällt. It has been shown with reference to FIG. 16 that the demodulation is achieved, for example, by multiplication. Since the equivalent circuit of a scanner (see Fig. 6d) also contains a multiplier, it is possible to perform a quadrature demodulation by selecting a particular sampling frequency (f Ab t). It has been recognized that for this purpose the multipliers from FIG. 16 can be replaced by ADC. It was also recognized that this eliminates the subsequent TP filtering.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann das erfindungsgemäße Computerprogramm (Algorithmus) beispielsweise mit dem Simulationsprogramm MATLAB realisiert werden, wie es in Fig. 18 aufgeführt ist. Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eine Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Ein erfindungsgemäßes Signal, wie beispielsweise ein die Abtastwerte 1 15 (A, B; A-i , B,) umfassendes Signal, kann auf einem digitalen Speichermedium gespeichert sein oder kann auf einem Übertragungsmedium wie beispielsweise einem drahtlosen Übertra- gungsmedium oder einem verdrahteten Übertragungsmedium, z.B. dem Internet, übertragen werden. According to embodiments, the computer program (algorithm) according to the invention can be realized for example with the simulation program MATLAB, as shown in FIG. Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device). Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus. A signal according to the invention, such as a signal comprising the samples 15 (A, B; Ai, B), may be stored on a digital storage medium or may be on a transmission medium such as a wireless transmission medium or a wired transmission medium, eg Internet, to be transmitted.
Das erfindungsgemäße Signal kann auf einem digitalen Speichermedium gespeichert sein, oder kann auf einem Übertragungsmedium, wie beispielsweise einem drahtlosen Übertragungsmedium oder einem drahtgebundenen Übertragungsmedium, wie beispielsweise dem Internet, übertragen werden. The signal according to the invention may be stored on a digital storage medium, or may be transmitted on a transmission medium, such as a wireless transmission medium or a wired transmission medium, such as the Internet.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zu- sammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable computer system or cooperate such that the respective method is performed. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem pro- grammierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Thus, some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. In general, embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. The program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium. In other words, an embodiment of the The method according to the invention thus comprises a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer. A further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein. A further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals, which represent the computer program for performing one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen. A further embodiment according to the invention comprises a device or a system designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a receiver. The transmission can be done for example electronically or optically. The receiver may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device. For example, the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the recipient.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC. In some embodiments, a programmable logic device (eg, a field programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device. This can be a universally applicable Hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.
Ein Aspekt gemäß der Erfindung sind daher Konfigurationsdaten für einen programmier- baren Logikbaustein oder für ein feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA), zum Durchführen der hierin beschriebenen Verfahrens, wenn die Konfigurationsdaten in den programmierbaren Logikbaustein oder das feldprogrammierbare Gatterfeld geladen sind. One aspect of the invention is therefore configuration data for a programmable logic device or field programmable gate array (FPGA) for performing the method described herein when the configuration data is loaded into the programmable logic device or field programmable gate array.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zur Bestimmung einer Phaseninformation 125, cpR, eines empfangenen Signals 105, AR. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen zumindest eines Paares von Abtastwerten 1 15 (A, B; A1 t Βτ ), ein Abtasten des empfangenen Signals 105, AR, mit einer Abtastrate 1 1 1 , fAbt, die kleiner als eine mittlere Frequenz 101 , fCw, des empfangenen Signals 105, AR, ist, und ein Bereitstellen zweier Abtastwerte als Paar von Abtastwerten 1 15 (A, B; A1 ( Bi), die einen zeitlichen Abstand (TAbt) von Embodiments of the present invention provide a method for determining phase information 125, cp R , of a received signal 105, A R. The method comprises providing at least one pair of samples 1 15 (A, B; A 1 t Βτ), sampling the received signal 105, A R , at a sampling rate 1 1 1, f Abt less than a mean frequency 101 , f C w, of the received signal 105, A R , and providing two samples as a pair of samples 1 15 (A, B; A 1 ( Bi) representing a time interval (T Abt ) of
^ Tcw {4m + l) ^ T cw {4m + l)
oder von or from
~ Tcw {4m + 3) ~ T cw {4m + 3)
aufweisen, wobei m eine ganze Zahl größer gleich (>) 1 ist, und wobei TCw eine mittlere Periodendauer des empfangenen Signals 105, AR, ist. Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zur Messung einer Information über eine Entfernung zu einem Objekt 129 (Δφ, R) mit einem System 200. Das Verfahren umfasst ein Senden eines Sendesignals 15, AT, mit einem Sender 10, ein Empfangen eines Empfangssignals 105, AR, mit einem Empfänger, wie er im Vorhergehenden beschrieben wurde, und ein Kontrollieren einer mittleren Frequenz 1 1 , W, des Sendesignals 15, AT, und der Abtastrate 1 1 1 , fAbt, in Abhängigkeit von einer Taktfrequenz 205, fC|k des Systems 200. where m is an integer greater than or equal to (>) 1, and where T C w is an average period of the received signal 105, A R. Further embodiments of the present invention provide a method of measuring information about a distance to an object 129 (Δφ, R) with a system 200. The method comprises transmitting a transmit signal 15, A T , with a transmitter 10, receiving a receive signal 105, A R , having a receiver as described above, and controlling a mean frequency 1 1, W, of the transmission signal 15, A T , and the sampling rate 1 1 1, f Abt , in dependence on a clock frequency 205 , f C | k of the system 200.

Claims

Patentansprüche Patent claims
Ein Empfänger (100) zur Bestimmung einer Phaseninformation (125) (cpR) eines empfangenen Signals (105) (AR), mit folgenden Merkmalen: einem Abtastwertbereitsteller (1 10) zum Bereitstellen zumindest eines Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; Α, , B , wobei der Abtastwertbereitsteller (1 10) ausgelegt ist, um das empfangene Signal (105) (AR) mit einer Abtastrate (1 1 1 ) (fAbt) abzutasten, die kleiner als eine mittlere Frequenz (101 ) (fcw) des empfangenen Signals (105) (AR) ist, wobei der Abtastwertbereitsteller (1 10) ausgelegt ist, um als Paar von Abtastwerten (1 15) (A, B; Ai , B- zwei Abtastwerte bereitzustellen, die einen zeitlichen Abstand A receiver (100) for determining phase information (125) (cp R ) of a received signal (105) (A R ), with the following features: a sample value provider (1 10) for providing at least one pair of sample values (1 15) (A , B; Α, , B , where the sample value provider (1 10) is designed to sample the received signal (105) (AR) with a sampling rate (1 1 1 ) (f A bt) which is smaller than a medium frequency ( 101) (f cw ) of the received signal (105) ( AR ), wherein the sample value provider (1 10) is designed to provide two samples as a pair of samples (1 15) (A, B; Ai, B-, which have a time interval
~- Tcw (4m + \) ~- T cw (4m + \)
4 4
oder von or from
Tcw (4m + 3) T cw (4m + 3)
aufweisen, wobei m eine ganze Zahl größer gleich 1 ist, und wobei Tcw eine mittlere Periodendauer des empfangenen Signals ( 105) (AR) ist, wobei der Abtastwertbereitsteller (1 10) einen Analog-Digital-Umsetzer (1 12) (ADC) zum Abtasten des empfangenen Signals (105) (AR) und einen Wertepaarbestimmer (1 14) zum Bestimmen des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B;have, where m is an integer greater than or equal to 1, and where T cw is an average period of the received signal (105) ( AR ), the sample provider (1 10) having an analog-digital converter (1 12) (ADC ) for sampling the received signal (105) ( AR ) and a value pair determiner (1 14) for determining the at least one pair of sample values (1 15) (A, B;
Ai , B,) basierend auf einem von dem Analog-Digital-Umsetzer (1 12) (ADC) abgetasteten Abtastsignal (1 13) aufweist; wobei der Analog-Digital-Umsetzer (1 12) (ADC) ausgelegt ist, um das empfangene Signal (105) (AR) mit der Abtastrate (1 1 1 ) (fAt>t) abzutasten, wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um das von dem Analog-Digital- Umsetzer (1 12) (ADC) abgetastete Abtastsignal (1 13) mit einem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (312), um einen ersten Abtastwert (A) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 1 5) (A, B; Α·, , B ) zu erhalten; wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um das von dem Analog-Digital- Umsetzer (1 12) (ADC) abgetastete Abtastsignal (1 13) um den zeitlichen Abstand (TAbt) zu verzögern (322) und um ein um den zeitlichen Abstand (TAbt) verzögertes Verzögerungssignal (323) mit dem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (324), um einen zweiten Abtastwert (B) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; Α·, , B-i) zu erhalten. Ai , B,) based on a sampling signal (1 13) sampled by the analog-to-digital converter (1 12) (ADC); wherein the analog-digital converter (1 12) (ADC) is designed to sample the received signal (105) ( AR ) at the sampling rate (1 1 1) (f A t>t), the value pair determiner (1 14) is designed to decimate (312) the sampling signal (1 13) sampled by the analog-to-digital converter (1 12) (ADC) with a decimation factor of 4 by a first sample value (A) of the at least one pair of sample values (1 1 5) (A, B; Α·, , B ); wherein the value pair determiner (1 14) is designed to delay (322) the sampling signal (1 13) sampled by the analog-to-digital converter (1 12) (ADC) by the time interval (T A bt) and by one um to decimate (324) the time interval (T A bt) delayed delay signal (323) with the decimation factor 4 in order to obtain a second sample value (B) of the at least one pair of sample values (1 15) (A, B; Α·, , Bi ) to obtain.
2. Der Empfänger (100) nach Anspruch 1 , wobei der Abtastwertbereitsteller (1 10) einen Analog-Digital-Umsetzer (1 12) (ADC) zum Abtasten des empfangenen Signals (105) (AR) und einen Wertepaarbestimmer (1 14) zum Bestimmen eines ersten Paares (A, B) und eines zweiten Paares (A^ B^ des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; A^ B^ basierend auf einem von dem Analog-Digital-Umsetzer (1 12) (ADC) abgetasteten Abtastsignal (1 13) aufweist; wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um das von dem Analog-Digital- Umsetzer (1 12) (ADC) abgetastete Abtastsignal (1 13) mit einem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (312), um einen ersten Abtastwert (A) des ersten Paares (A, B) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 1 5) (A, B; Ai , ΒΊ) zu erhalten; wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um das von dem Analog-Digital- Umsetzer (1 12) (ADC) abgetastete Abtastsignal (1 13) um den zeitlichen Abstand (TAbt) zu verzögern (322) und um ein um den zeitlichen Abstand (TAbt) verzögertes Verzögerungssignal (323) mit dem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (324), um einen zweiten Abtastwert (B) des ersten Paares (A, B) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; A, , Bi ) zu erhalten; wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um das von dem Analog-Digital- Umsetzer (1 12) (ADC) abgetastete Abtastsignal (1 13) um ein Doppeltes des zeitli- chen Abstands (TAbt) zu verzögern (332) und um ein um ein Doppeltes des zeitlichen Abstands (TAbt) verzögertes Verzögerungssignal (333) mit dem Dezimations- faktor 4 zu dezimieren (334). um einen ersten Abtastwert (Ai) des zweiten Paares (A-1 , Bi) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; A, , B-ι) zu erhalten; wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um das von dem Analog-Digital- Umsetzer (1 12) (ADC) abgetastete Abtastsignal (1 13) um ein Dreifaches des zeitlichen Abstands (TAbt) zu verzögern (342) und um ein um ein Dreifaches des zeitlichen Abstands (TAbt) verzögertes Verzögerungssignal (343) mit dem Dezimations- faktor 4 zu dezimieren (344), um einen zweiten Abtastwert (Β· des zweiten Paares (A B-i) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; A^ B^ zu erhalten. 2. The receiver (100) according to claim 1, wherein the sample value provider (1 10) has an analog-digital converter (1 12) (ADC) for sampling the received signal (105) ( AR ) and a value pair determiner (1 14). for determining a first pair (A, B) and a second pair (A^ B^ of the at least one pair of samples (1 15) (A, B; A^ B^ based on one of the analog-digital converter (1 12) (ADC). decimate (312) to obtain a first sample value (A) of the first pair (A, B) of the at least one pair of samples (1 1 5) (A, B; Ai , Β Ί ); where the value pair determiner (1 14 ) is designed to delay (322) the sampling signal (1 13) sampled by the analog-digital converter (1 12) (ADC) by the time interval (T Abt ) and by a time interval (T Abt ) Delayed delay signal (323) with the decimation factor 4 to decimate (324) in order to a second sample value (B) of the first pair (A, B) of the at least one pair of samples (1 15) (A, B; A, , Bi ); wherein the value pair determiner (1 14) is designed to increase the sampling signal (1 13) sampled by the analog-to-digital converter (1 12) (ADC) by twice the time chen distance (T Abt ) to delay (332) and to decimate (334) a delay signal (333) delayed by twice the time distance (T Abt ) with the decimation factor 4. to obtain a first sample value (Ai) of the second pair (A-1, Bi) of the at least one pair of samples (1 15) (A, B; A, , B-ι); wherein the value pair determiner (1 14) is designed to delay (342) the sampling signal (1 13) sampled by the analog-to-digital converter (1 12) (ADC) by three times the time interval (T Abt ) and by a to decimate (344) a delay signal (343) delayed by three times the time interval (T Abt ) with the decimation factor 4 in order to obtain a second sample value (Β· of the second pair (A Bi) of the at least one pair of sample values (1 15 ) (A, B; A^ B^ to obtain.
Der Empfänger (100) nach Anspruch 2, wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um den ersten Abtastwert (A- des zweiten Paares (Α^ B- des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; A-i, Bi) mit einem Faktor (-1 ) zu multiplizieren (335), um einen modifizierten ersten Abtastwert (A ) zu erhalten; wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um den zweiten Abtastwert (B-i) des zweiten Paares (Αι , B,) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; u Bi) mit einem Faktor (-1 ) zu multiplizieren (345), um einen modifizierten zweiten Abtastwert (B ) zu erhalten. The receiver (100) according to claim 2, wherein the value pair determiner (1 14) is designed to determine the first sample value (A- of the second pair (Α^ B- of the at least one pair of samples (1 15) (A, B; A-i , Bi) by a factor (-1) to multiply (335) in order to obtain a modified first sample value (A); the value pair determiner (1 14) being designed to determine the second sample value (B-i) of the second pair (Αι, B,) to multiply (345) the at least one pair of samples (1 15) (A, B; u Bi) by a factor (-1) in order to obtain a modified second sample (B).
Der Empfänger (100) nach Anspruch 3, wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um den ersten Abtastwert (A) des ersten Paares (A, B) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; Au Bi) und den ersten Abtastwert (Ai) des zweiten Paares A des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; Α, , ΒΊ) zu kombinieren (510), um einen ersten Kombinationswert (C) zu erhalten; wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) ausgelegt ist, um den zweiten Abtastwert (B) des ersten Paares (A, B) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; Au und den zweiten Abtastwert (B<) des zweiten Paares (Au B,) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; Α·, , Β·,) zu kombinieren (520), um einen zweiten Kombinationswert (d) zu erhalten; The receiver (100) according to claim 3, wherein the value pair determiner (1 14) is designed to determine the first sample value (A) of the first pair (A, B) of the at least one pair of samples (1 15) (A, B; Au Bi) and the first sample value (Ai) of the second pair A of the at least one pair of samples (1 15) (A, B; Α, , Β Ί ) to combine (510) to obtain a first combination value (C); wherein the value pair determiner (1 14) is designed to determine the second sample value (B) of the first pair (A, B) of the at least one pair of samples (1 15) (A, B; Au and the second sample value (B <) of the second pair (Au B,) of the at least combining (520) a pair of samples (1 15) (A, B; Α·, , Β·,) to obtain a second combination value (d);
Der Empfänger (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Empfänger (100) einen Parameterberechner (120) zum Berechnen der Phaseninformation (125) (cpR) des empfangenen Signals (105) (AR) basierend auf dem zumindest einen Paar von Abtastwerten (1 15) (A, B; A, , B-,) aufweist. The receiver (100) according to one of claims 1 to 4, wherein the receiver (100) has a parameter calculator (120) for calculating the phase information (125) (cp R ) of the received signal (105) (A R ) based on the at least one Pair of samples (1 15) (A, B; A, , B-,).
Der Empfänger (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Parameterberechner (120) ausgelegt ist, um die Phaseninformation (125) (cpR) des empfangenen Signals (105) (AR) unter Verwendung der Gleichung cpR = tan (B/A) zu berechnen, wobei A und B zwei Abtastwerte des Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; Αι , B^ sind, die den zeitlichen Abstand (TAbt) haben. The receiver (100) according to any one of claims 1 to 5, wherein the parameter calculator (120) is designed to calculate the phase information (125) (cp R ) of the received signal (105) (A R ) using the equation cp R = tan (B/A), where A and B are two samples of the pair of samples (1 15) (A, B; Αι , B^ which have the time distance (T Abt ).
Ein System (200) zur Messung einer Information über eine Entfernung zu einem Objekt (129) (Δφ, R), mit folgenden Merkmalen: einem Sender (10) zum Senden eines Sendesignals (15) (AT), einem Empfänger (100) zum Empfangen eines Empfangssignals (105) (AR) nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und einer Steuerungseinheit (210) zum Kontrollieren einer mittleren Frequenz (1 1 ) (fcw') des Sendesignals (15) (AT) und der Abtastrate (1 1 1 ) (fAbt) in Abhängigkeit von einer Taktfrequenz (205) (fclk) des Systems (200). A system (200) for measuring information about a distance to an object (129) (Δφ, R), with the following features: a transmitter (10) for sending a transmission signal (15) (A T ), a receiver (100) for receiving a reception signal (105) (A R ) according to one of claims 1 to 4; and a control unit (210) for controlling a mean frequency (1 1 ) (f cw ') of the transmission signal (15) (A T ) and the sampling rate (1 1 1 ) (f Abt ) depending on a clock frequency (205) ( f clk ) of the system (200).
Das System (200) nach Anspruch 7, wobei die Steuerungseinheit (210) einen Mittenfrequenzbereitsteller (212) und einen Abtastratenbereitsteller (214) aufweist, wobei der Mittenfrequenzbereitsteller (212) ausgelegt ist, um die mittlere Frequenz (1 1 ) ( ) des Sendesignals (15) (AT) in Abhängigkeit von der Taktfrequenz (205) (fdk) bereitzustellen; wobei der Abtastratenbereitsteller (214) ausgelegt ist, um die Abtastrate (1 1 1 ) (fAbt) in Abhängigkeit von der Taktfrequenz (205) (fdk) bereitzustellen; wobei die Steuerungseinheit (210) ausgelegt ist, um die Taktfrequenz (205) (fdk) mit einem Faktor 4 zu multiplizieren, um die Abtastrate (1 1 1 ) (fAbt) bereitzustellen. The system (200) according to claim 7, wherein the control unit (210) has a center frequency provider (212) and a sampling rate provider (214), wherein the center frequency provider (212) is designed to provide the center frequency (1 1 ) ( ) of the transmission signal (15) (A T ) depending on the clock frequency (205) (f dk ); wherein the sampling rate provider (214) is designed to provide the sampling rate (1 1 1 ) (f Ab t) as a function of the clock frequency (205) (f dk ); wherein the control unit (210) is designed to multiply the clock frequency (205) (f dk ) by a factor of 4 to provide the sampling rate (1 1 1 ) (f Ab t).
9. Das System (200) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das System (200) einen Taktfrequenzbereitstelier (201 ) zum Liefern der Taktfrequenz (205) (fdk) für die Steuerungseinheit (210) aufweist; wobei der Taktfrequenzbereitstelier (201 ) ausgelegt ist, um die Taktfrequenz (205) (fcik) für die Steuerungseinheit (210) basierend auf einer gewünschten Auflösung (Npx) eines Scanbereichs des Systems (200) und auf einer Schwingungsfrequenz (fs) eines Scan-Spiegels des Systems (200) zu liefern. 9. The system (200) according to claim 7 or 8, wherein the system (200) has a clock frequency provisioning unit (201) for supplying the clock frequency (205) (f dk ) for the control unit (210); wherein the clock frequency provisioning unit (201) is designed to set the clock frequency (205) (f c i k ) for the control unit (210) based on a desired resolution (N px ) of a scan area of the system (200) and on an oscillation frequency (f s ) of a scanning mirror of the system (200).
10. Das System (200) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Empfänger (100) einen Parameterberechner (120) zum Berechnen der Phaseninformation (125) (cpR) des empfangenen Signals (105) (AR) basierend auf dem zumindest einen Paar von Abtastwerten (1 15) (A, B; Α·, , Bi) aufweist; wobei der Parameterberechner (120) ausgelegt ist, um die Information über die Entfernung zu dem Objekt (129) (Δφ, R) basierend auf einer Phaseninformation (φτ) des Sendesignals (15) (AT) und der Phaseninformation (125) (cpR) des empfangenen Signals (AR) zu berechnen. 10. The system (200) according to any one of claims 7 to 9, wherein the receiver (100) has a parameter calculator (120) for calculating the phase information (125) (cp R ) of the received signal (105) (A R ) based on the has at least one pair of samples (1 15) (A, B; Α·, , Bi); wherein the parameter calculator (120) is designed to calculate the information about the distance to the object (129) (Δφ, R) based on phase information (φ τ ) of the transmission signal (15) ( AT ) and the phase information (125) ( cp R ) of the received signal (A R ).
1 1. Das System (200) nach Anspruch 10, wobei der Empfänger (100) Kenntnis von der mittleren Frequenz (1 1 ) ( ) des Sendesignals (15) (AT) hat; wobei der Parameterberechner (120) ausgelegt ist, um die Entfernung zu dem Objekt (R) basierend auf der mittleren Frequenz (fcw') des Sendesignals (15) (AT) zu berechnen. 1 1. The system (200) according to claim 10, wherein the receiver (100) has knowledge of the mean frequency (1 1 ) ( ) of the transmission signal (15) (A T ); wherein the parameter calculator (120) is designed to calculate the distance to the object (R) based on the mean frequency (f cw ') of the transmission signal (15) (A T ).
12. Ein Verfahren zur Bestimmung einer Phaseninformation (125) (cpR) eines empfangenen Signals (105) (AR), mit folgenden Schritten: 12. A method for determining phase information (125) (cp R ) of a received signal (105) (A R ), with the following steps:
Bereitstellen zumindest eines Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; Α^ B,), Abtasten des empfangenen Signals (105) (AR) mit einer Abtastrate (1 1 1 ) (f AM . die kleiner als eine mittlere Frequenz (101 ) (fcw) des empfangenen Signals (105) (AR) ist, Providing at least one pair of samples (1 15) (A, B; Α^ B,), sampling the received signal (105) (A R ) at a sampling rate (1 1 1 ) (f AM . which is smaller than a medium frequency (101) (f cw ) of the received signal (105) is ( AR ),
Bereitstellen zweier Abtastwerte als Paar von Abtastwerten (1 15) (A, B; Αι , B^, die einen zeitlichen Abstand (TAbt) von Providing two samples as a pair of samples (1 15) (A, B; Αι , B^, which have a time distance (T Abt ) of
Tcw (4m + \) oder von T cw (4m + \) or from
± Tcw {4m + 3) ± T cw {4m + 3)
aufweisen, wobei m eine ganze Zahl größer gleich 1 ist, und wobei TCw eine mittlere Perioden- dauer des empfangenen Signals (105) (AR) ist, wobei ein Abtastwertbereitsteller (1 10) verwendet wird, der einen Analog-Digital- Umsetzer (1 12) (ADC), welcher zum Abtasten des empfangenen Signals (105) (AR) verwendet wird, und einen Wertepaarbestimmer (1 14), welcher zum Bestimmen des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; A B,) basierend auf einem von dem Analog-Digital-Umsetzer (1 12) (ADC) abgetasteten Abtastsignal (1 13) verwendet wird, aufweist; wobei der Analog-Digital-Umsetzer (1 12) (ADC) verwendet wird, um das empfange- ne Signal (105) (AR) mit der Abtastrate (1 1 1 ) (fAbt) abzutasten, wobei der Wertepaarbestimmer (1 14) verwendet wird, um das von dem Analog- Digital-Umsetzer (1 12) (ADC) abgetastete Abtastsignal (1 13) mit einem Dezima- tionsfaktor 4 zu dezimieren (312), um einen ersten Abtastwert (A) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; A<, B-) zu erhalten; wobei der Wertepaarbestimmer ( 1 14) verwendet wird, um das von dem Analog- Digital-Umsetzer ( 1 1 2) (ADC) abgetastete Abtastsignal ( 1 1 3) um den zeitlichen Abstand (TA t) zu verzögern (322) und um ein um den zeitlichen Abstand (TAM) verzögertes Verzögerungssignal (323) mit dem Dezimationsfaktor 4 zu dezimieren (324) , um einen zweiten Abtastwert (B) des zumindest einen Paares von Abtastwerten (1 15) (A, B; Ai , B-ι) zu erhalten. have, where m is an integer greater than or equal to 1, and where T C w is an average period length of the received signal (105) ( AR ), a sample value provider (1 10) being used which has an analog-digital Converter (1 12) (ADC), which is used to sample the received signal (105) ( AR ), and a value pair determiner (1 14), which is used to determine the at least one pair of sample values (1 15) (A, B ; AB,) is used based on a sampling signal (1 13) sampled by the analog-to-digital converter (1 12) (ADC); wherein the analog-to-digital converter (1 12) (ADC) is used to sample the received signal (105) ( AR ) at the sampling rate (1 1 1) (f Abt ), wherein the value pair determiner (1 14) is used to decimate (312) the sampling signal (1 13) sampled by the analog-digital converter (1 12) (ADC) with a decimation factor of 4 to obtain a first sample value (A ) to obtain the at least one pair of samples (1 15) (A, B; A <, B-); wherein the value pair determiner ( 1 14) is used to delay (322) the sampling signal ( 1 1 3) sampled by the analog-digital converter ( 1 1 2) (ADC) by the time interval (T A t ) and by to decimate (324) a delay signal (323) delayed by the time interval (T A M) with the decimation factor 4 in order to obtain a second sample value (B) of the at least one pair of sample values (1 15) (A, B; Ai, B -ι).
1 3. Ein Verfahren zur Messung einer Information über eine Entfernung zu einem Objekt (1 29) (Δφ, R) mit einem System (200), wobei das Verfahren die folgenden Schritten umfasst: 1 3. A method for measuring information about a distance to an object (1 29) (Δφ, R) with a system (200), the method comprising the following steps:
Senden eines Sendesignals (1 5) (AT) mit einem Sender ( 1 0); Sending a transmission signal (1 5) (A T ) with a transmitter (1 0);
Empfangen eines Empfangssignals (105) (AR) mit einem Empfänger (1 00) nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und Receiving a received signal (105) (A R ) with a receiver (1 00) according to one of claims 1 to 4; and
Kontrollieren einer mittleren Frequenz (1 1 ) (fcw') des Sendesignals ( 1 5) (AT) und der Abtastrate (1 1 1 ) (fAbt) in Abhängigkeit von einer Taktfrequenz (205) (fdk) des Systems (200) . Controlling a mean frequency (1 1 ) (f cw ') of the transmission signal ( 1 5) (A T ) and the sampling rate (1 1 1 ) (f Abt ) depending on a clock frequency (205) (f dk ) of the system ( 200).
14. Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 2 oder 1 3, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. 14. Computer program with a program code for carrying out the method according to claim 1 2 or 1 3, if the computer program runs on a computer.
15. Konfigurationsdaten für einen programmierbaren Logikbaustein oder für ein feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA), zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 2 oder 1 3, wenn die Konfigurationsdaten in den programmierbaren Logikbaustein oder das feldprogrammierbare Gatterfeld geladen sind. 15. Configuration data for a programmable logic module or for a field-programmable gate array (FPGA), for carrying out the method according to claim 1 2 or 1 3, when the configuration data is loaded into the programmable logic module or the field-programmable gate array.
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