WO2017134028A1 - Verfahren zur kalibrierung eines aktiven sensorsystems - Google Patents

Verfahren zur kalibrierung eines aktiven sensorsystems Download PDF

Info

Publication number
WO2017134028A1
WO2017134028A1 PCT/EP2017/051986 EP2017051986W WO2017134028A1 WO 2017134028 A1 WO2017134028 A1 WO 2017134028A1 EP 2017051986 W EP2017051986 W EP 2017051986W WO 2017134028 A1 WO2017134028 A1 WO 2017134028A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
transmitter
receiver
signal
radar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/051986
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Reimann
Björn Döring
Marco Schwerdt
Daniel Rudolf
Sebastian Raab
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to CA3012551A priority Critical patent/CA3012551C/en
Priority to US16/070,459 priority patent/US10908258B2/en
Priority to KR1020187023964A priority patent/KR102723999B1/ko
Publication of WO2017134028A1 publication Critical patent/WO2017134028A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G01S13/876—Combination of several spaced transponders or reflectors of known location for determining the position of a receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52004—Means for monitoring or calibrating

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating an active sensor system comprising at least one active sensor A and one active sensor B.
  • active indicates that sensors A and B are actively sending signals.
  • the sensor A has a transmitter TX A for transmitting a signal S T XA and a receiver RX A for receiving a signal S RXA , wherein the receiver RX A and the transmitter TX A operate in a RADAR mode of the sensor A largely independent of each other ,
  • the sensor B has a transmitter TX B, a receiver RX B and a unit D, with which the transmitter TX B is in a transponder mode of the sensor B connected to the receiver RX B so that by the receiver RX B
  • received signal S RXB from the transmitter TX B is sent as a signal S T x B again.
  • the emitted signal S T x B is predetermined.
  • the transmitter TX B is not connected to the receiver RX B , so that the transmitter TX B and the receiver RX B operate independently of each other.
  • the transmitted signals may be, for example, RADAR signals, light signals or acoustic signals.
  • the proposed method is suitable for
  • angle reflectors angle reflectors
  • metal balls and metal plates passive and transponder (active) used.
  • active transponder
  • the backscatter behavior can be approximated for simple passive goals.
  • the backscattering behavior has to be determined by measurement.
  • the resulting uncertainties of the measurements add up and are directly transferred to the active sensor systems to be calibrated.
  • the calibration accuracy decreases as a result.
  • the backscattering behavior of the reference targets used so far for the calibration of such active sensor systems must be known very precisely. For this is the
  • a first aspect of the invention relates to a method for (absolute) calibration of a sensor system comprising at least one sensor A and one sensor B, the sensor A having a transmitter TX A for emitting a signal S T XA and a receiver RX A for receiving a Signal S RXA , wherein the receiver RX A and the transmitter TX A operate independently in a RADAR mode of the sensor A, the sensor B has a transmitter TX B , a receiver RX B and a unit D, with which the transmitter TX B is connected in a transponder mode of the sensor B to the receiver RX B , so that a signal received from the receiver RX B signal S RXB from the transmitter TX B is sent as a signal S TXB again, with a gain G con, B between the received signal S RXB and the re-transmitted signal S T x B is predetermined, and in a RADAR mode of the sensor B, the transmitter TX B is not connected to the receiver RX B , so that the
  • a signal S TX is transmitted . C by the transmitter TX, with a transmission power to the object C and detecting the then from
  • the amplification G con, B is operated, and detecting the then transmitted from the sensor B signal as by the receiver RX A with the received power to determine the ratio:
  • calbrating factors F CAL I are determined based on or attributable to the following relationship:
  • the sensors A and / or B are calibrated using the calibration factors
  • the first and second steps may be performed simultaneously or in reverse time order.
  • the transmitters TX A , TX B and the receivers RX A , RX B operate in a predetermined wavelength band or frequency band and not exactly at a single wavelength 1.
  • the specified method can be modified such that the wavelength indicated in the above forms ⁇ each an integral over all frequencies of one of the respective transmitter emitted
  • the transmitter TX B advantageously comprises a digital-to-analog converter (DAC) and a transmitting antenna
  • the unit D is a digital signal processing unit which, in transponder mode, connects the transmitter TX B to the receiver RX B for data communication.
  • DAC digital-to-analog converter
  • ADC analog-to-digital converter
  • the unit D may comprise, for example, a signal amplifier, a time delay element, a signal shaping element, etc., wherein the change in the signal effected in the unit D is known and deterministic.
  • the signals received by the receiver RX B in the transponder mode are amplified and / or filtered by the unit D and / or delayed in time before they are forwarded to the transmitter TX B.
  • the distances satisfy the following condition:
  • Averaging method also includes the inventive concept.
  • the averaging leads to an improvement in the calibration accuracy.
  • the senor A is a satellite-borne RADAR system
  • the sensor B is a RADAR transponder
  • the object C is an angle reflector.
  • the sensor B may also be a satellite-borne RADAR system.
  • Another aspect of the invention relates to a system comprising a sensor A, a sensor B and connected to the two sensors A, B control and
  • Evaluation system wherein the control and evaluation system for implementing a method, as stated above, is set up and executed.
  • Another aspect of the invention relates to a computer system having a
  • Data processing device is executed.
  • Another aspect of the invention relates to a digital storage medium having electronically readable control signals, wherein the control signals may interact with a programmable computer system such that a method as described above is performed.
  • a further aspect of the invention relates to a computer program product with program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method, as stated above, when the program code is stored on a computer program
  • Data processing device is executed.
  • a further aspect of the invention relates to a computer program with program codes for carrying out the method, as stated above, when the program runs on a data processing device. This can be the
  • Data processing device may be configured as any known from the prior art computer system.
  • Fig. 2 is a schematic block diagram of the sensor B
  • Fig. 3 is a schematic process flow of the proposed Calibration.
  • the invention describes a method for calibrating a radar system, either stationary on the ground or transient in the atmosphere or in the
  • Calibrating a meter or a sensor means to create a connection between readings of one or more fundamental physical quantities on the other hand.
  • fundamental physical quantities There are only seven such fundamental physical quantities in the so-called SI unit system. All other physical quantities are derived from this.
  • the proposed method of calibrating a radar system allows for direct calibration of the absolute system gain of the entire radar system without using a dedicated radiometric calibration standard.
  • Calibration factors (the connection between measured values and physical units) of the radar system are determined directly by comparing at least three units (two of which are sensors) with specific properties.
  • At least one of the sensors has a transmitter TX A for transmitting a signal S T XA and a receiver RX A for receiving a signal S RXA , wherein the receiver RX A and the transmitter TX A in a RADAR mode of the sensor A work independently.
  • Sensor A thus represents a typical sensor operating on the radar principle.
  • FIG. 1 shows a block diagram for this purpose.
  • Receiver RX A has an analog-to-digital converter (ADC).
  • the transmitter TX A has a digital-to-analog converter (DAC).
  • the transmitted signal S T X ⁇ is independent of a received signal S RXA in RADAR mode. 2 shows a block diagram of the sensor B.
  • the second sensor has a transmitter TX B , a receiver RX B and a unit D, with which the transmitter TX B in a transponder mode of the sensor B with the receiver RX B is connected, so that a signal S RXB received by the receiver RX B is re- transmitted by the transmitter TX B as a signal S T XB, a gain G CON, B between the received signal S RXB and the re-transmitted signal S T XB being predetermined, and with the , the transmitter TX B is not connected in a RADAR mode of the sensor B to the receiver RX B so that the transmitter TX and the receiver RX B B operate independently. Transponder mode and RADAR mode are switched by switch S.
  • sensor B is in RADAR mode.
  • the sensor B can therefore work both on the transponder principle and on the radar principle.
  • transponder mode switch S closed
  • a signal S RXB received by the receiver RX B is converted into digital signals by the analog-to-digital converter and forwarded to the unit D.
  • the unit D allows modification of the digital signal in a predetermined manner (for example, by a given time delay, by a given gain, predetermined deformation, etc.).
  • the optionally modified digital signal is transmitted from the unit D to the transmitter TX B where it is converted by a digital-to-analog converter (DAC) into an analog signal which is radiated via the transmitter antenna.
  • DAC digital-to-analog converter
  • a signal S T x B is generated and emitted via the antenna of the transmitter TX B.
  • the back-reflected or returned signal is detected by the antenna of the receiver RX B.
  • the switch S is open in this case, so that the unit D is not involved in this case.
  • the unit D is a digital unit whose behavior and characteristics are known exactly.
  • the sensor A is set up and designed to detect the
  • the proposed calibration procedure is explained using the example of a RADAR sensor system, but it can be any other active sensor system
  • the backscatter properties of an object can be determined by the so-called
  • Radar cross section The radar backscatter cross section of a transponder m, a receiver with a
  • receiver profit a transmitter with a transmitter gain and a profit of the unit can be defined as follows:
  • ⁇ denotes the wavelength at which the system is operated.
  • R is the one-way distance from the sensor n to the target T m .
  • the measuring system is represented by n.
  • the product J is to be determined.
  • Capture targets with an imaging radar (Case 3)
  • the radar backscatter cross section of a target detected by an imaging radar may be described within an image, possibly generated by processing the acquired measurement data, by the integrated pixel intensity with the aid of a calibration factor (assuming a linear time invariant system).
  • the power ratio of equation (3) can be replaced by a
  • a combined calibration factor can be determined which directly divides the image intensities into
  • Equation (3) for radar detection of an active target gives:
  • This calibration factor also includes any gain that results from imaging (for example, SAR focussing).
  • Passive Targets (Case 4) Scaling described above can be applied to Equation (8)
  • Equations (14) and (15) yield a linear equation system in logarithmic formulation.
  • equations (3), (8), (14), and (15) are used in logarithmic form to form a linear system of equations.
  • the preceding embodiments are explained in more detail below using an example.
  • the example concerns the calibration of a satellite-borne SAR system (sensor A) using an angle reflector (target C) and a
  • the satellite-borne SAR system in which a known calibration of a target located on the surface of the earth is transmitted to the satellite, it is possible with the proposed method to calibrate the SAR system on the satellite and the targets in one step, i. the need to pre-calibrate a ground target is eliminated.
  • the satellite-borne SAR system is Sensor A, which operates in RADAR mode.
  • a sensor B is present, which can be operated both in transponder mode and in RADAR mode.
  • a target C is arranged on the earth's surface that is an angle reflector.
  • the absolute radiometric calibration of the satellite-borne SAR system is given by three relative measurements of power ratios, the known ones Distances between the sensors A and B and the sensor B and the target C, as well as the wavelength / frequency of the transmitters of the sensors A and B.
  • the sensor B is also a satellite-supported sensor in this example. First, the sensor A determines the power ratio in the scan of the target C and the power ratio in the scan of the sensor B, the sensor B im
  • the backscatter cross-section equivalent gain G c , p of the passive target C is for the
  • the proposed method of calibrating a sensor system allows for greater calibration accuracy due to less relevant sources of inaccuracy
  • Fig. 3 shows a schematic flow of the proposed method for
  • a sensor system comprising at least one sensor A and one sensor B, the sensor A having a transmitter TX A for transmitting a signal S T XA and a receiver RX A for receiving a signal S RXA , the receiver RX A and the Transmitter TX A in a RADAR mode of the sensor A independently
  • the sensor B has a transmitter TX B , a receiver RX B and a unit D, with which the transmitter TX B is connected in a transponder mode of the sensor B to the receiver RX B , so that one of the receiver RX B
  • the method comprises the following steps.
  • a signal is transmitted by the transmitter TXi with a transmission power to the object C and detecting the then from
  • a signal is transmitted through the
  • Transponder mode is operated with the gain G CON, B, and detecting the then transmitted from the sensor B signal as by the receiver RX A
  • a fourth step 104 the sensors A and B are calibrated with the

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines aktiven Sensorsystems, das zumindest einen aktiven Sensor A und einen aktiven Sensor B umfasst. Der Begriff „aktiv" deutet an, dass die Sensoren A und B aktiv Signale aussenden. Der Sensor A weist einen Sender TX A zum Aussenden eines Signals S TXA und einen Empfänger RX A zum Empfangen eines Signals S RXA auf, wobei der Empfänger RX A und der Sender TX A in einem RADAR-Modus des Sensors A weitestgehend unabhängig voneinander arbeiten. Der Sensor B weist einen Sender TX B, einen Empfänger RX B und eine Einheit D auf, mit der der Sender TX B in einem Transpondermodus des Sensors B mit dem Empfänger RX B verbunden ist, so dass ein von dem Empfänger RX B empfangenes Signal S RXB vom Sender TX B als Signal S TXB wieder ausgesandt wird. Eine Verstärkung G con, B zwischen dem empfangenen Signal S RXB und dem wieder ausgesandten Signal S TXB ist dabei vorgegeben. In einem RADAR-Modus des Sensors B ist der Sender TX B nicht mit dem Empfänger RX B verbunden, so dass der Sender TX B und der Empfänger RX B unabhängig voneinander arbeiten. Die ausgesandten Signale können beispielsweise RADAR-Signale, Lichtsignale oder akustische Signale sein. Insofern eignet sich das vorgeschlagene Verfahren zur Kalibrierung beispielsweise von RADAR- Systemen, LIDAR-Systemen oder SONAR-Systemen.

Description

Verfahren zur Kalibrierung eines aktiven Sensorsystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines aktiven Sensorsystems, das zumindest einen aktiven Sensor A und einen aktiven Sensor B umfasst. Der Begriff„aktiv" deutet an, dass die Sensoren A und B aktiv Signale aussenden.
Der Sensor A weist einen Sender TXA zum Aussenden eines Signals STXA und einen Empfänger RXA zum Empfangen eines Signals SRXA auf, wobei der Empfänger RXA und der Sender TXA in einem RADAR-Modus des Sensors A weitestgehend unabhängig voneinander arbeiten. Der Sensor B weist einen Sender TXB, einen Empfänger RXB und eine Einheit D auf, mit der der Sender TXB in einem Transpondermodus des Sensors B mit dem Empfänger RXB verbunden ist, so dass ein von dem Empfänger RXB
empfangenes Signal SRXB vom Sender TXB als Signal STxB wieder ausgesandt wird. Eine Verstärkung Gcon,B zwischen dem empfangenen Signal SRXB und dem wieder
ausgesandten Signal STxB ist dabei vorgegeben. In einem RADAR-Modus des Sensors B ist der Sender TXB nicht mit dem Empfänger RXB verbunden, so dass der Sender TXB und der Empfänger RXB unabhängig voneinander arbeiten.
Die ausgesandten Signale können beispielsweise RADAR-Signale, Lichtsignale oder akustische Signale sein. Insofern eignet sich das vorgeschlagene Verfahren zur
Kalibrierung beispielsweise von RADAR-Systemen, LIDAR-Systemen oder SONAR- Systemen.
Für die Kalibrierung von aktiven Sensorsystemen (beispielsweise satellitengestützte RADAR- oder SAR-Systeme, Flugzeugradare oder bodengestützte Radare) werden zur Zeit aktive und passive Referenzziele mit bekannten Rückstreueigenschaften verwendet. So werden beispielsweise für die absolute Kalibrierung von RADAR-Systemen
vornehmlich Winkelreflektoren (Winkelreflektoren), Metallkugeln und Metallplatten (passiv) als auch Transponder (aktiv) benutzt. Das Rückstreuverhalten kann für einfache passive Ziele näherungsweise berechnet werden. Für realistische, komplexe oder aktive Ziele muss das Rückstreuverhalten aufwendig messtechnisch bestimmt werden. Die dabei entstehenden Unsicherheiten der Messungen summieren sich auf und übertragen sich direkt auf die zu kalibrierenden aktiven Sensorsysteme. Die Kalibriergenauigkeit nimmt hierdurch ab. Das Rückstreuverhalten der bisher zur Kalibrierung solcher aktiven Sensorsysteme verwendeten Referenzziele muss sehr genau bekannt sein. Hierfür wird das
Rückstreuverhalten entweder messtechnisch erfasst, z.B. mit Hilfe eines kalibrierten Messgeräts bestimmt, wodurch die Unsicherheit im Vergleich zum Messgerät nochmals steigt (die kalibrierte Genauigkeit sinkt), oder durch Simulation bzw. andere analytische Methoden theoretisch bestimmt. Beide Varianten sind mit Fehlern behaftet, die sich auf die erreichbare Gesamtgenauigkeit der bisherigen Kalibrierungen auswirken. Die bisher bei der Kalibrierung solcher aktiver Sensorsysteme erfolgte Rückführung von Messwerten auf eine grundlegende Sl-Größe führt zu entsprechend höheren Unsicherheiten. Die zurzeit verwendeten Referenzziele sind aufgrund ihrer benötigten Größe und/oder Fertigungsgenauigkeit teuer und beschränken durch ihre Fertigungstoleranzen die Kalibriergenauigkeit des gesamten Sensorsystems. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes kalibriertes Verfahren anzugeben, welches die vorstehend genannten Nachteile zumindest verringert.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur (absoluten) Kalibrierung eines Sensorssystems, das zumindest einen Sensor A und einen Sensor B umfasst, wobei der Sensor A einen Sender TXA zum Aussenden eines Signals STXA und einen Empfänger RXA zum Empfangen eines Signals SRXA aufweist, wobei der Empfänger RXA und der Sender TXA in einem RADAR-Modus des Sensors A unabhängig voneinander arbeiten, der Sensor B einen Sender TXB, einen Empfänger RXB und eine Einheit D aufweist, mit der der Sender TXB in einem Transpondermodus des Sensors B mit dem Empfänger RXB verbunden ist, so dass ein von dem Empfänger RXB empfangenes Signal SRXB vom Sender TXB als Signal STXB wieder ausgesandt wird, wobei eine Verstärkung Gcon,B zwischen dem empfangenen Signal SRXB und dem wieder ausgesandten Signal STxB vorgegeben ist, und in einem RADAR-Modus des Sensors B der Sender TXB nicht mit dem Empfänger RXB verbunden ist, so dass der Sender TXB und der Empfänger RXB unabhängig voneinander arbeiten, ein Objekt C vorhanden ist, das ein auftreffendes Signal aktiv oder passiv zurücksendet, und der Abstand RAB zwischen dem Sensor A und dem Sensor B, der Abstand RAc zwischen dem Sensor A und dem Objekt C und der Abstand RBc zwischen dem Sensor B und dem Objekt C bekannt ist. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst folgende Schritte.
In einem ersten Schritt erfolgt ein Aussenden eines Signals STX. C durch den Sender TX, mit einer Sendeleistung zu dem Objekt C und ein Erfassen des daraufhin vom
Figure imgf000005_0003
Objekt C ausgesandten oder reflektierten Signals c durch den Empfänger RX, mit der Empfangsleistung zur Ermittlung der Verhältnisse:
Figure imgf000005_0004
Figure imgf000005_0001
mit:
zu bestimmender Hardware-Gewinn des Sensors
Figure imgf000005_0006
Wellenlänge, äquivalenter Gewinn des Objekts C,
Radarrückstreuquerschnitt des Objekts C.
Figure imgf000005_0002
In einem zweiten Schritt erfolgt ein Aussenden eines Signals durch den Sender
Figure imgf000005_0005
TXA mit einer Sendeleistung ZU dem Sensor B, der in dem Transpondermodus mit
Figure imgf000005_0007
der Verstärkung Gcon,B betrieben wird, und ein Erfassen des daraufhin vom Sensor B ausgesandten Signals als durch den Empfänger RXA mit der Empfangsleistung
Figure imgf000005_0008
zur Ermittlung des Verhältnisses:
Figure imgf000006_0003
Figure imgf000006_0004
wobei gilt:
Figure imgf000006_0001
In einem dritten Schritt erfolgt ein Ermitteln von Kalbrierfaktoren FCAL I basierend oder zurückführbar auf folgendem Zusammenhang:
Figure imgf000006_0002
von λ und den Abständen abhängige Konstanten.
Figure imgf000006_0005
Figure imgf000006_0006
In einem vierten Schritt erfolgt ein Kalibrieren der Sensoren A und/oder B mit den Kalibrierfaktoren
Figure imgf000006_0007
Der erste und der zweite Schritt können gleichzeitig oder in umgedrehter Zeitreihenfolge durchgeführt werden. Typischer Weise arbeiten die Sender TXA, TXB und die Empfänger RXA, RXB in einem vorgegebenen Wellenlängenband bzw. Frequenzband und nicht exakt bei einer einzigen Wellenlänge 1 Das angegebene Verfahren kann hierzu derart abgeändert werden, dass die in den vorstehenden Formen angegebene Wellenlänge λ jeweils einem Integral über alle Frequenzen eines von dem jeweiligen Sender ausgesandten
bandlimitierten Signal entspricht.
Vorteilhaft umfasst der Sender TXB einen Digital-zu-Analog-Konverter (DAC = engl. „digital-analog-converter") und eine Sendeantenne, der Empfänger RXB einen Analog-zu- Digital-Konverter (ADC =„analog-digital-converter") und eine Empfangsantenne, und die Einheit D eine Einheit zur digitalen Signalverarbeitung, die im Transpondermodus den Sender TXB mit dem Empfänger RXB zur Datenkommunikation verbindet.
Die Einheit D kann beispielsweise einen Signalverstärker, ein Zeitverzögerungsglied, ein Signalformungsglied, etc. umfassen, wobei die in der Einheit D bewirkte Änderung des Signals bekannt und deterministisch ist. Vorteilhaft werden die vom Empfänger RXB im Transpondermodus empfangenen Signale von der Einheit D verstärkt und/oder gefiltert und/oder zeitverzögert, bevor diese an den Sender TXB weitergeleitet werden. Der Sensor A und der Sensor B sind vorteilhaft RADAR-Sensoren (RADAR = engl,„radio detection and ranging" oder SONAR-Sensoren oder LIDAR-Sensoren (SONAR = engl, „sound naviqation and ranging"; LIDAR = engl,„light detection and ranging").
Vorteilhaft genügen die Abstände folgender Bedingung:
Figure imgf000007_0002
mit
D: Antennendurchmesser der jeweiligen Sendeantenne
λ: Wellenlänge des Signals S
In einer vorteilhaften Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens werden die Schritte 1 bis 3. q-fach wiederholt ausgeführt, mit q = 1 , 2, 3, wobei die Kalibrierfaktoren als Mittelwerte ermittelt werden (i e {A, B}). Natürlich sind andere
Figure imgf000007_0004
Figure imgf000007_0003
Mittelungsverfahren ebenfalls vom Erfindungsgedanken umfasst. Die Mittelung führt zu einer Verbesserung der Kalibriergenauigkeit.
In einem typischen Anwendungsbeispiel des vorgeschlagenen Kalibrierverfahrens ist der Sensor A ein satellitengetragenes RADAR-System, der Sensor B ein RADAR- Transponder, und das Objekt C ein Winkelreflektor. Dabei kann der Sensor B ebenfalls ein satellitengetragenes RADAR-System sein. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System umfassend einen Sensor A, einen Sensor B und ein mit den beiden Sensoren A, B verbundenes Steuer- und
Auswertesystem, wobei das Steuer- und Auswertesystem zur Durchführung eines Verfahrens, wie vorstehend ausgeführt, eingerichtet und ausgeführt ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computersystem, mit einer
Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend ausgeführt, auf der
Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, wobei die Steuersignale so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend ausgeführt, wenn der Programmcode auf einer
Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computer-Programm mit Programmcodes zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend ausgeführt, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung abläuft. Dazu kann die
Datenverarbeitungsvorrichtung als ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Computersystem ausgestaltet sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnungen - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen: Fig. 1 ein schematisiertes Blockschaltbild des Sensors A,
Fig. 2 ein schematisiertes Blockschaltbild des Sensors B, und
Fig. 3 einen schematisierten Verfahrensablauf des vorgeschlagenen Kalibrierverfahrens.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Kalibrierung eines Radarsystems, dass entweder stationär auf dem Erdboden oder instationär in der Atmosphäre oder im
Weltraum betrieben wird. Instationär betriebene Radarsysteme sind häufig als
sogenanntes„Synthetic Aperture Radar (SAR)" ausgeführt und werden häufig zu
Zwecken der Erderkundung eingesetzt. Die Kalibrierung eines derart komplexen
Radarsystems, das häufig auf sogenannten„Active Phased Array"- Antennen basiert und konsequenterweise eine Vielzahl von unterschiedlichen Betriebsmodi aufweist, ist sehr komplex und kostenintensiv.
Das Kalibrieren eines Messinstruments bzw. eines Sensors bedeutet eine Verbindung zu erzeugen zwischen Messwerten zu einem oder mehreren fundamentalen physikalischen Größen zum anderen. Es gibt nur sieben solcher fundamentalen physikalischen Größen im sogenannten Sl Einheitensystem. Alle anderen physikalischen Größen werden daraus abgeleitet.
Das vorgeschlagene Verfahren zur Kalibrierung eines Radarsystems ermöglicht die direkte Kalibrierung des absoluten Systemgewinns des gesamten Radarsystems, ohne ein speziell zugeordnetes radiometrisches Kalibriernormal zu verwenden. Die
Kalibrierfaktoren (die Verbindung zwischen gemessenen Werten und physikalischen Einheiten) des Radarsystems werden direkt durch Vergleich von zumindest drei Einheiten (davon zwei Sensoren) mit spezifischen Eigenschaften ermittelt.
Zumindest einer der Sensoren (Sensor A) weist einen Sender TXA zum Aussenden eines Signals STXA und einen Empfänger RXA zum Empfangen eines Signals SRXA auf, wobei der Empfänger RXA und der Sender TXA in einem RADAR-Modus des Sensors A unabhängig voneinander arbeiten. Sensor A stellt mithin einen typischen Sensor, der nach dem Radarprinzip arbeitet, dar. Fig. 1 zeigt hierzu ein Blockschaltbild. Der
Empfänger RXA weist einen Analog-Digital Wandler (ADC) auf. Der Sender TXA weist einen Digital-Analog-Wandler (DAC) auf. Das gesendete Signal STXÄ ist im RADAR- Modus unabhängig von einem empfangenen Signal SRXA. Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Sensors B. Der zweite Sensor (Sensor B) weist einen Sender TXB, einen Empfänger RXB und eine Einheit D auf, mit der der Sender TXB in einem Transpondermodus des Sensors B mit dem Empfänger RXB verbunden ist, so dass ein von dem Empfänger RXB empfangenes Signal SRXB vom Sender TXB als Signal STXB wieder ausgesandt wird, wobei eine Verstärkung GCON,B zwischen dem empfangenen Signal SRXB und dem wieder ausgesandten Signal STXB vorgegeben ist, und mit der der Sender TXB in einem RADAR-Modus des Sensors B nicht mit dem Empfänger RXB verbunden ist, so dass der Sender TXB und der Empfänger RXB unabhängig voneinander arbeiten. Die Umschaltung von Transpondermodus und RADAR-Modus erfolgt durch den Schalter S. In der dargestellten Form ist der Sensor B in den RADAR-Modus geschaltet. Der Sensor B kann mithin sowohl nach dem Transponderprinzip als auch nach dem Radarprinzip arbeiten. Im Transpondermodus (Schalter S geschlossen) wird ein vom Empfänger RXB empfangenes Signal SRXB durch den Analog-Digital-Wandler in digitale Signale verwandelt und an die Einheit D weitergeleitet. Die Einheit D ermöglicht die Modifikation des digitalen Signals in einer vorgegebenen Weise (beispielsweise durch eine vorgegebene Zeitverzögerung, durch eine vorgegebene Verstärkung, vorgegebene Verformung etc.). Von der Einheit D wird das gegebenenfalls modifizierte digitale Signal an den Sender TXB übermittelt und dort von einem Digital-Analog-Wandler (DAC) in ein analoges Signal gewandelt, das über die Senderantenne abgestrahlt wird.
Im RADAR-Modus des Sensors B wird ein Signal STxB generiert und über die Antenne des Sender TXB abgestrahlt. Das zurückreflektierte oder zurückgesendete Signal wird von der Antenne des Empfängers RXB erfasst. Der Schalter S ist in diesem Fall offen, sodass die Einheit D in diesem Fall nicht involviert ist. Vorteilhaft ist die Einheit D eine digitale Einheit deren Verhalten und Eigenarten exakt bekannt sind.
Für das vorgeschlagene Kalibrierverfahren sind folgende Voraussetzungen erforderlich:
1. der Sensor A ist eingerichtet und ausgeführt zur Erfassung der
Rückstreueigenschaften von zumindest zwei weiteren Objekten Tn (n = 1 , 2, N und N > 2,
2. eines dieser weiteren Objekte ist der Sensor B, der zumindest die
Rückstreueigenschaften eines der anderen Objekte Tn erfassen kann, der Sensor
B muss sowohl in einem Transpondermodus als auch in einem RADAR-Modus arbeiten können.
Das vorgeschlagene Kalibrierverfahren wird am Beispiel von einem RADAR- Sensorsystem erläutert, es kann jedoch jedes andere aktive Sensorsystem
(beispielsweise ein SONAR-System oder ein LIDAR-System) genutzt werden, sofern dieses die vorstehend genannten Voraussetzungen erfüllt. Nachfolgend wird ein fundamentales Gleichungssystem beschrieben, von dem ausgehend ein Satz linearer Gleichungen abgeleitet und gelöst werden kann. Abhängig von den Eigenschaften der zu kalibrierenden Objekte ergeben sich leichte Unterschiede bei den Gleichungen.
Die Rückstreueigenschaften eines Objekts können durch den sogenannten
Radarrückstreuquerschnitt (engl,„radar cross section", RCS) beschrieben werden. Der Radarrückstreuquerschnitt eines Transponders m, der einen Empfänger mit einem
Figure imgf000011_0009
Empfänger
Figure imgf000011_0011
gewinn
Figure imgf000011_0010
einen Sender mit einem Sendergewinn
Figure imgf000011_0013
und einen Gewinn der Einheit
Figure imgf000011_0012
aufweist, kann wie folgt definiert werden:
Figure imgf000011_0003
wobei λ die Wellenlänge bezeichnet, mit der das System betrieben wird.
Erfassung von Zielen mit einem Radarsvstem
Aktive Ziele (Fall 1 )
Unter Verwendung der Radargrundgleichung für Punktziele ergibt sich für das Verhältnis von empfangener zu gesendeter Leistung eines Sensors n, der das Ziel Tm erfasst:
Figure imgf000011_0001
definiert die empfangene Leistung und die ausgesandte Leistung des
Figure imgf000011_0005
Figure imgf000011_0006
Radarsensors n, den Gewinn des Empfängers und den Gewinn des Senders,
Figure imgf000011_0004
Figure imgf000011_0007
und R die Einwegdistanz vom Sensor n zum Ziel Tm. Die Notation gibt die Vermessung
Figure imgf000011_0008
des Ziels Tm an. Das messende System wird durch n repräsentiert.
Setzt man Gleichung (1 ) in Gleichung (2) ein, dann erhält man:
Figure imgf000011_0002
Dabei ist der erste Term der rechten Seite (Fall 1 ) bekannt, während
Figure imgf000012_0001
das Produkt J zu bestimmen ist.
Figure imgf000012_0005
Logarithmiert ergibt Gleichung (3)
Figure imgf000012_0006
wobei sich für ergibt:
Figure imgf000012_0007
Figure imgf000012_0002
und wobei der Systemgewinn wie folgt ermittelt werden muss:
Figure imgf000012_0003
Passive Ziele (Fall 2)
RADAR-Gleichung (2) muss hierzu wie folgt erweitert werden
Figure imgf000012_0004
Logarithmiert ergibt Gleichung (8)
Figure imgf000012_0008
wobei bekannt ist:
Figure imgf000012_0009
Figure imgf000012_0010
und wobei der Systemgewinn wie folgt ermittelt werden muss:
Figure imgf000013_0002
Dabei ist ein Gewinn, der proportional zum RADAR-Rückstreuquerschnitt des Ziels
Figure imgf000013_0003
m ist.
Erfassung von Zielen mit einem bildgebenden Radar (Fall 3)
Der Radarrückstreuquerschnitt eine Ziels, das von einem bildgebenden Radar erfasst wird, kann innerhalb eines Bildes, welches gegebenenfalls durch eine Prozessierung der aufgenommenen Messdaten erzeugt wurde, durch die integrierte Pixelintensität unter Zuhilfenahme eines Kalibrierungsfaktors beschrieben werden, (unterstellt ist ein linear zeitinvariantes System).
Das Leistungsverhältnis von Gleichung (3) kann ersetzt werden durch eine
Figure imgf000013_0004
Bildintensität ln und einen Skalierungsfaktor Wird dieser Ansatz verwendet, kann
Figure imgf000013_0005
ein kombinierter Kalibrierfaktor ermittelt werden, der die Bildintensitäten direkt in
Rückstreuquerschnitte konvertiert.
Aktive Ziele (Fall 3)
Gleichung (3) zur Radarerfassung eines aktiven Ziels ergibt:
Figure imgf000013_0001
wobei ein neuer kombinierter Kalibrierfaktor ist, der für das
Figure imgf000013_0006
System bestimmt werden soll. Dieser Kalibrierfaktor umfasst auch jedweden Gewinn, der sich bei der Bilderzeugung (beispielsweise bei der SAR Fokusierung) ergibt. Passive Ziele (Fall 4) vorstehend beschriebene Skalierung kann auf die Gleichung (8) angewendet werden
Figure imgf000014_0002
Die Gleichungen (14) und (15) ergeben in logarithmischer Formulierung ein lineares Gleichungssystem.
Abhängig von dem zu kalibrierenden System werden die Gleichungen (3), (8), (14) und (15) in logarithmischer Darstellung verwendet, um ein lineares Gleichungssystem zu formen.
Wird beispielsweise unterstellt, dass ein Sensor A, der im RADAR-Modus arbeitet, einen
Sensor B, der im Transponder-Modus arbeitet und einen Winkelreflektor C vermisst, dann können die vom Sensor A erfassten Verhältnisse der gesendeten und empfangenen Leistungen ermittelt werden. In einem weiteren Schritt vermisst der
Figure imgf000014_0003
Sensor B, der nun im RADAR-Modus arbeitet, den Winkelreflektor C. Daraus kann das Leistungsverhältnis ermittelt werden.
Figure imgf000014_0004
Auf Basis der logarithmischen Version von Gleichung (3) kann folgendes System linearer Gleichungen formuliert werden:
Figure imgf000014_0001
Die konstanten Therme
Figure imgf000014_0005
sind in den Gleichungen (5) und (10) definiert. Die
Systemgewinne ergeben sich aus den Gleichungen (6), (7), (1 1 ) und (12).
Figure imgf000014_0006
Das Lösen des Gleichungssystems erfolgt durch Invertierung der Matrizen:
Figure imgf000015_0001
Durch das Lösen dieser Gleichung ergeben sich der Systemgewinn GA,s des Sensors A, der Systemgewinn GB,s des Sensors B, sowie der äquivalente Gewinn Gc,p des Ziels C.
Aus den Gleichungen (5) und (10) ergibt sich, dass beispielsweise zur Kalibrierung eines SAR Systems lediglich die gemessenen Leistungsverhältnisse, die KalibrierWellenlänge λ der Messfrequenz und die Entfernung R bekannt sein müssen. Für große Entfernungen, beispielsweise im Fall von satellitengetragenen SAR-Systemen, ist das vorgeschlagene Kalibrierverfahren wenig fehleranfällig in Bezug auf konstante Offset-Fehler der
Messungen.
Obwohl die vorstehend angegebenen Gleichungen von einer Kalibrierwellenlänge λ ausgehen, können sie einfach auf bandlimitierte Signale übertragen werden, wobei ein Integral über alle Frequenzen verwendet wird.
Die vorstehenden Ausführungen werden nachfolgend an einem Beispiel nochmals näher erläutert. Das Beispiel betrifft die Kalibrierung eines satellitengetragenen SAR-Systems (Sensor A) unter Verwendung eines Winkelreflektors (Ziel C) und eines
Radars/T ransponders (Sensor B).
Im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten Kalibrierverfahren eines
satellitengetragen SAR-Systems, bei dem eine bekannte Kalibrierung eines auf der Erdoberfläche angeordneten Ziels auf den Satelliten übertragen wird, ist es mit dem vorgeschlagenen Verfahren möglich, das SAR-System auf dem Satelliten und die Ziele in einem Schritt zu kalibrieren, d.h. die Notwendigkeit ein Bodenziel vorab zu kalibrieren entfällt. Das satellitengetragene SAR-System sei der Sensor A, der im RADAR-Modus betrieben wird. Weiterhin sei ein Sensor B vorhanden, der sowohl im Transpondermodus als auch im RADAR-Modus betrieben werden kann. Weiterhin ist an der Erdoberfläche ein Ziel C angeordnet, dass ein Winkelreflektor ist.
Die absolute radiometrische Kalibrierung des satellitengetragenen SAR-Systems (Sensor A) ergibt sich aus drei relativen Messungen von Leistungsverhältnissen, den bekannten Entfernungen zwischen den Sensoren A und B und dem Sensor B und dem Ziel C, sowie der Wellenlänge/Frequenz der Sender der Sensoren A und B.
Der Sensor B ist in diesem Beispiel ebenfalls ein satellitengetragener Sensor. Zunächst ermittelt der Sensor A das Leistungsverhältnis bei der Abtastung des Ziels C und das Leistungsverhältnis bei der Abtastung des Sensors B, wobei der Sensor B im
Transpondermodus arbeitet. Unabhängig davon ermittelt der Sensor B das
Leistungsverhältnis bei der Abtastung des passiven Ziels C.
Unter Verwendung der logarithmischen Version der drei Gleichungen (8), (14) und (15) ergibt sich folgendes Gleichungssystem (bei dem zur Vereinfachung die Indikation des erfassten Ziels nicht angegeben ist).
Figure imgf000016_0003
Figure imgf000016_0001
Hierbei sind
Figure imgf000016_0005
die gemessenen Bildintensitäten (bei SAR nach der Fokusierung) des Sensors A für die Ziele: Sensor B und Winkelreflektor C. PBc ist das
Leistungsverhältnis, das vom Transponder B bei der Abtastung des Winkelreflektors C ermittelt wurde. ist der zu ermittelnde Kalibrierfaktor, der RCS Werte direkt in
Figure imgf000016_0004
Bildintensitäten wandelt (vergleiche hierzu Gleichung (14)). Gc,p ist der
rückstreuquerschnittsäquivalente Gewinn des Winkelreflektor und GB,s ist der
Systemgewinn des Transponders (Sensor B). Der konstante Teil der drei Gleichungen ergibt sich zu:
Figure imgf000016_0002
Nach der Invertierung des Systems ergibt sich:
Figure imgf000017_0001
Der rückstreuquerschnittsäquivalente Gewinn Gc,p des passiven Ziels C ist für die
Kalibrierung des Radarsystems nicht explizit erforderlich, kann aber von Interesse sein, um ihn zu einem Rückstreuquerschnitt (RCS) des Winkelreflektors C
zurückzukonvertieren (vergleiche Gleichung (12)). Hiermit wird sofort auch das Ziel C absolut kalibriert.
Das vorgeschlagene Verfahren zur Kalibrierung eines Sensorsystems ermöglicht eine höhere Kalibriergenauigkeit aufgrund weniger relevanter Ungenauigkeitsquellen, die
Möglichkeit Ausbreitungseffekte zu kompensieren, und ein Verzicht auf vorab kalibrierte Referenzziele.
Fig. 3 zeigt einen schematisierten Ablauf des vorgeschlagenen Verfahrens zur
Kalibrierung eines Sensorssystems, das zumindest einen Sensor A und einen Sensor B umfasst, wobei der Sensor A einen Sender TXA zum Aussenden eines Signals STXA und einen Empfänger RXA zum Empfangen eines Signals SRXA aufweist, wobei der Empfänger RXA und der Sender TXA in einem RADAR-Modus des Sensors A unabhängig
voneinander arbeiten, der Sensor B einen Sender TXB, einen Empfänger RXB und eine Einheit D aufweist, mit der der Sender TXB in einem Transpondermodus des Sensors B mit dem Empfänger RXB verbunden ist, so dass ein von dem Empfänger RXB
empfangenes Signal SRXB vom Sender TXB als Signal STxB wieder ausgesandt wird, wobei eine Verstärkung Gcon.B zwischen dem empfangenen Signal SRXB und dem wieder ausgesandten Signal STxB vorgegeben ist, und mit der der Sender TXB in einem RADAR- Modus des Sensors B nicht mit dem Empfänger RXB verbunden ist, so dass der Sender TXB und der Empfänger RXB unabhängig voneinander arbeiten, ein Objekt C vorhanden ist, das ein auftreffendes Signal aktiv oder passiv zurücksendet, und der Abstand RAB zwischen dem Sensor A und dem Sensor B, der Abstand RAc zwischen dem Sensor A und dem Objekt C und der Abstand RBC zwischen dem Sensor B und dem Objekt C bekannt ist.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte.
In einem ersten Schritt 101 erfolgt ein Aussenden eines Signals durch den Sender
Figure imgf000017_0002
TXi mit einer Sendeleistung zu dem Objekt C und Erfassen des daraufhin vom
Figure imgf000018_0004
Objekt C ausgesandten oder reflektieren Signals c durch den Empfänger mit der
Figure imgf000018_0005
Empfangsleistung für i e {A, B}, zur Ermittlung der Verhältnisse:
Figure imgf000018_0006
Figure imgf000018_0003
Figure imgf000018_0001
mit:
zu bestimmender Hardware-Gewinn des Sensors
Wellenlänge,
Figure imgf000018_0008
äquivalenter Gewinn des Objekts C, Radarrückstreuquerschnitt des Objekts C.
Figure imgf000018_0007
In einem zweiten Schritt 102 erfolgt ein Aussenden eines Signals durch den
Figure imgf000018_0012
Sender TXA mit einer Sendeleistung ZU dem Sensor B, der in dem
Figure imgf000018_0010
Transpondermodus mit der Verstärkung GCON,B betrieben wird, und ein Erfassen des daraufhin vom Sensor B ausgesandten Signals als durch den Empfänger RXA
Figure imgf000018_0011
der Empfangsleistung zur Ermittlung des Verhältnisses:
Figure imgf000018_0009
Figure imgf000018_0013
wobei gilt:
Figure imgf000018_0002
In einem dritten Schritt 103 erfolgt ein Ermitteln von Kalbrierfaktoren basierend oder
Figure imgf000018_0014
zurückführbar auf folgenden Zusammenhang:
Figure imgf000019_0001
Skalierungsfaktor
Figure imgf000019_0002
von λ und den Abständen abhängige Konstanten.
Figure imgf000019_0003
Figure imgf000019_0005
In einem vierten Schritt 104 erfolgt ein Kalibrieren der Sensoren A und B mit den
Kalibrierfaktoren und des Ziels C über den rückstreuquerschnittsäquivaltenten
Figure imgf000019_0004
Gewinn Gc.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele
eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existierten. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der
Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden
Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird. Bezugszeichenliste
101 -104 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kalibrierung eines Sensorssystems, das zumindest einen Sensor A und einen Sensor B umfasst, wobei
der Sensor A einen Sender TXA zum Aussenden eines Signals STXA und einen Empfänger RXA zum Empfangen eines Signals SRXA aufweist, wobei der Empfänger RXA und der Sender TXA in einem RADAR-Modus des Sensors A unabhängig voneinander arbeiten,
der Sensor B einen Sender TXB, einen Empfänger RXB und eine Einheit D aufweist, mit der der Sender TXB in einem Transpondermodus des Sensors B mit dem Empfänger RXB verbunden ist, so dass ein von dem Empfänger RXB empfangenes Signal SRXB vom Sender TXB als Signal STxB wieder ausgesandt wird, wobei eine Verstärkung GCON,B zwischen dem empfangenen Signal SRXB und dem wieder ausgesandten Signal STxB vorgegeben ist, und mit der der Sender TXB in einem RADAR-Modus des Sensors B nicht mit dem Empfänger RXB verbunden ist, so dass der Sender TXB und der Empfänger RXB unabhängig voneinander arbeiten,
ein Objekt C vorhanden ist, das ein auftreffendes Signal aktiv oder passiv zurücksendet, und
der Abstand RAB zwischen dem Sensor A und dem Sensor B, der Abstand RAC zwischen dem Sensor A und dem Objekt C und der Abstand RBC zwischen dem Sensor B und dem Objekt C bekannt ist,
mit folgenden Schritten:
1.1 . Aussenden eines Signals STX c durch den Sender TX, mit einer
Sendeleistung zu dem Objekt C und Erfassen des daraufhin vom
Figure imgf000021_0004
Objekt C ausgesandten oder reflektieren Signals durch den
Figure imgf000021_0003
Empfänger RX, mit der Empfangsleistung zur Ermittlung
Figure imgf000021_0002
der Verhältnisse:
Figure imgf000021_0001
wobei gilt:
Figure imgf000022_0001
mit:
zu bestimmender Hardware-Gewinn des Sensors i für i e {A, B},
Wellenlänge,
äquivalenter Gewinn des Objekts C, Radarrückstreuquerschnitt des Objekts C
Figure imgf000022_0004
Aussenden eines Signals durch den Sender TXA mit einer
Figure imgf000022_0005
Sendeleistung ZU dem Sensor B, der in dem Transpondermodus mit
Figure imgf000022_0006
der Verstärkung
Figure imgf000022_0009
betrieben wird, und Erfassen des daraufhin vom Sensor B ausgesandten Signals als durch den Empfänger RXA mit
Figure imgf000022_0007
der Empfangsleistung zur Ermittlung des Verhältnisses:
Figure imgf000022_0008
Figure imgf000022_0010
wobei gilt:
Figure imgf000022_0002
Ermitteln von Kalbrierfaktoren basierend oder zurückführbar auf
Figure imgf000022_0011
folgenden Zusammenhang:
Figure imgf000022_0003
Figure imgf000023_0002
Skalierungsfaktor
von λ und den Abständen abhängige
Figure imgf000023_0003
Figure imgf000023_0005
Konstanten, und
1.4. Kalibrieren des Sensors A mit dem Kalibrierfaktor und/oder des Sensors B
Figure imgf000023_0004
mit dem Kalibrierfaktor
Figure imgf000023_0008
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
bei dem die Wellenlänge λ jeweils einem Integral über alle Frequenzen eines von dem jeweiligen Sender i, mit , ausgesandten bandlimitiertem Signal
Figure imgf000023_0006
entspricht.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
bei dem der Sender TXB einen Digital-zu-Analog-Konverter und eine
Sendeantenne, der Empfänger RXB einen Analog-zu-Digital-Konverter und eine Empfangsantenne, und die Einheit D eine Einheit zur digitalen Signalverarbeitung ist, die im Transpondermodus den Sender TXB mit dem Empfänger RXB zur Datenkommunikation verbindet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem der Sensor A und der Sensor B ein RADAR-Sensor oder ein SONAR- Sensor oder ein LIDAR-Sensor sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem die Einheit D im Transpondermodus vom Empfänger RXB empfangene Signale verstärkt und/oder filtert und/oder zeitverzögert und/oder verformt, bevor diese an den Sender TXB weitergeleitet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem die Abstände folgender Bedingung genügen:
Figure imgf000023_0007
Figure imgf000023_0001
mit D: Antennendurchmesser der jeweiligen Sendeantenne λ: Wellenlänge des Signals S
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem die Schritte 1.1. bis 1 .3. q-fach wiederholt ausgeführt werden mit q = 1 , 2, 3, ... und der Kalibrierfaktor als Mittelwert ermittelt wird.
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000024_0002
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem der Sensor A ein satellitengetragenes Radarsystem, der Sensor B ein RADAR-Transponder, und das Objekt C ein Winkelreflektor oder Transponder ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
bei dem der Sensor B und/oder Objekt C ein satellitengetragenes Radarsystem ist.
10. System umfassend einen Sensor A, einen Sensor B und ein mit den beiden
Sensoren A, B verbundenes Steuer- und Auswertesystem, wobei das Steuer- und Auswertesystem zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet und ausgeführt ist.
PCT/EP2017/051986 2016-02-03 2017-01-31 Verfahren zur kalibrierung eines aktiven sensorsystems Ceased WO2017134028A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA3012551A CA3012551C (en) 2016-02-03 2017-01-31 Method for calibrating an active sensor system
US16/070,459 US10908258B2 (en) 2016-02-03 2017-01-31 Method for calibrating an active sensor system
KR1020187023964A KR102723999B1 (ko) 2016-02-03 2017-01-31 능동 센서 시스템을 교정하기 위한 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016101898.8 2016-02-03
DE102016101898.8A DE102016101898B3 (de) 2016-02-03 2016-02-03 Verfahren zur Kalibrierung eines aktiven Sensorsystems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017134028A1 true WO2017134028A1 (de) 2017-08-10

Family

ID=57914990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/051986 Ceased WO2017134028A1 (de) 2016-02-03 2017-01-31 Verfahren zur kalibrierung eines aktiven sensorsystems

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10908258B2 (de)
KR (1) KR102723999B1 (de)
CA (1) CA3012551C (de)
DE (1) DE102016101898B3 (de)
WO (1) WO2017134028A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108469624A (zh) * 2018-03-26 2018-08-31 西安电子科技大学 基于激光探测器阵列超分辨的卫星定标方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109031301A (zh) * 2018-09-26 2018-12-18 云南电网有限责任公司电力科学研究院 基于PSInSAR技术的山区地形形变提取方法
CN113050055B (zh) * 2021-03-25 2023-02-24 北京环境特性研究所 一种有源定标设备等效rcs标定方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014110079B3 (de) * 2014-07-17 2015-07-09 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur absoluten radiometrischen Kalibrierung des Radarrückstreuquerschnitts von Radarzielen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2699725B2 (ja) * 1991-10-21 1998-01-19 日本電信電話株式会社 複数トランスポンダの送信電力制御方法
US6133876A (en) * 1998-03-23 2000-10-17 Time Domain Corporation System and method for position determination by impulse radio
JP2000155166A (ja) * 1998-11-19 2000-06-06 Mitsubishi Electric Corp 対目標レーダシステム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014110079B3 (de) * 2014-07-17 2015-07-09 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur absoluten radiometrischen Kalibrierung des Radarrückstreuquerschnitts von Radarzielen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108469624A (zh) * 2018-03-26 2018-08-31 西安电子科技大学 基于激光探测器阵列超分辨的卫星定标方法
CN108469624B (zh) * 2018-03-26 2021-06-25 西安电子科技大学 基于激光探测器阵列超分辨的卫星定标方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA3012551C (en) 2024-06-04
KR102723999B1 (ko) 2024-10-29
DE102016101898B3 (de) 2017-04-13
US10908258B2 (en) 2021-02-02
US20190018105A1 (en) 2019-01-17
CA3012551A1 (en) 2017-08-10
KR20180108679A (ko) 2018-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014110079B3 (de) Verfahren zur absoluten radiometrischen Kalibrierung des Radarrückstreuquerschnitts von Radarzielen
DE102014008670A1 (de) Radarkalibrierungssystem für fahrzeuge
EP2799898B1 (de) Wetterradar
DE102017124756A1 (de) Radarkalibrierung mit bekannter globaler positionierung von statischen objekten
DE102021213426A1 (de) System und verfahren zum emulieren von echosignalen von emulierten zielen mit reduzierter interferenz
DE69514560T2 (de) Verfahren zur Bewertung der Bildqualität bei einem Radar mit synthetischer Apertur
EP3105939A1 (de) Messvorrichtung und verfahren zum erfassen von eigenschaften eines objekts
DE102017119212A1 (de) HF-Transceiver mit Testmöglichkeit
DE102015119660A1 (de) Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors eines Kraftfahrzeugs zur Winkelmessung, Recheneinrichtung, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug
DE10354872A1 (de) Einrichtung zur Erfassung einer Richtung eines Ziels unter Verwendung einer Phasendifferenz von über mehrere Kanäle empfangenen Radiowellensignalen
DE102014225830A1 (de) Verfahren zum Kalibrieren eines Radarsystems
DE102020005491A1 (de) Radararrayphasenschieberverifikation
DE102016101898B3 (de) Verfahren zur Kalibrierung eines aktiven Sensorsystems
DE102015219483A1 (de) Winkelabschätzungsvorrichtung und Winkelabschätzungsverfahren
EP3762740A1 (de) Verfahren zur ermittlung zumindest eines physikalischen parameters eines systems unter ausnutzung der reflexion von einem referenzobjekt
DE102013111512A1 (de) Radargerät und Verfahren zum Betreiben eines Radargerätes
DE112015005289B4 (de) Radarvorrichtung, Radarausgangssteuerungssystem und Radarausgangssteuerungsverfahren
EP2762915B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Passivradars
DE102022115284A1 (de) Prüfvorrichtung zum Test eines mit elektromagnetischen Wellen arbeitenden Abstandssensors und Verfahren zur Überprüfung eines Abstandssensor-Prüfstandes mit einem gefalteten Strahlengang
EP1763653A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur materialstärkenbestimmung auf hochfrequenzbasis
DE102017010308A1 (de) Verfahren zur Raumausmessung und Raummessanordnung
WO2001096900A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der temperaturstabilität und alterungsbeständigkeit von radarfüllstandsmessern mittels einer mechanischen referenz
WO2014166747A1 (de) Echokurvenbestimmung mit bereichsweise unterschiedlicher auflösung
DE102017120368A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines modulierten Dauerstrichradarsignals
DE102017206480B3 (de) Verfahren zum Betreiben eines kapazitiven Regensensors eines Kraftfahrzeugs, Messsignalentstörungsvorrichtung und Kraftfahrzeug mit einer derartigen Messsignalentstörungsvorrichtung

Legal Events

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

Ref document number: 17702104

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 3012551

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187023964

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17702104

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1