CN110741274A - 用于补偿干扰影响的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于补偿无线电定位***中的噪声、尤其是相位噪声的方法，所述无线电定位***具有非相关的第一和第二发送接收单元，其中，基于由第一发送接收单元发送的和由第一发送接收单元接收的信号来生成第一测量信号(sm1(t))和至少一个第二测量信号(sm2(t))，其中，第一测量信号(sm1(t))的通过噪声、尤其是相位噪声引起的第一频移相反于、尤其是正好相反于第二测量信号(sm2(t))的通过噪声、尤其是相位噪声引起的第二频移。
Description
技术领域
本发明涉及用于补偿在二次雷达***、尤其是无线电定位***中的干扰影响、尤其是相位噪声的方法以及装置。
背景技术
二次雷达***或用于无线电定位的***原则上已知。它们可以具有包括至少两个分别具有本地振荡器LO1、LO2和混合器Ml、M2(参考图1)的在空间上分离的非相关的发送接收单元NKSE1、NKSE2。基于(不相关的)本地振荡器L1、L2(由于基于一定的传输线路、通常空气传输线路的空间分离)，原则上不可能以主雷达的精度进行一侧的距离测量。
接着说明二次雷达方法(参考图1，其中，τ是信道渡越时间)。在混合过程之后获得的NKSE1或NKSE2的基带信号能够通过
说明，其中，A1描述信号幅值，描述有效信号的相位曲线，
描述不相关的相位噪声(统计学上在NKSE1和2中独立)并且
描述相关的相位噪声(在NKSE1和2中实现方式相同)。在这样的非相关的雷达***的由DE 10 2014 104 273 A1已知的实施方式中，合成的测量信号通过在频谱范围中的乘法生成，这要求将两个站的原始数据传输给两个NKSE之一或中央的计算单元。
这样获得的信号原则上对应于主雷达的响应。
该合成的测量信号
的特点在于，可以补偿相关的相位噪声的影响。所述影响构成使信号质量恶化并且如果可能只限制地允许相关的测量的显著份额。相关的信号顺序例如对于速度估计、(反向)合成的孔径雷达或对于借助全息摄影重建的角度估计是需要的。
然而在良好的信噪比(SNR)时，不相关的相位噪声构成定位***的可达到的精度的界限。此外，通过模拟数字转换获得的数据量相对大，因此需要有效率的数据传输方法，以便计算在一个地点的两个站的原始数据。
由DE 10 2014 104 273 A1已知一种雷达***，在其中，在混合过程之后由A/D转换器扫描的数据从一个单元传输至另一个单元(NKSE1和NKSE2)或中央的计算单元。在这里，两个单元可以在相同的时间通过相同的相互的无线电信道以全双工方法发送，因此两个混合信号的相位噪声(也称为拍信号)在中间频率(ZF)中相关。在这些拍信号的合成的混合之后，相位噪声的影响以及由在信号产生/扫描时的***偏差引起的干扰影响可以相对强烈地被抑制，这尤其是允许在两个NKSE中的不相关的相位噪声和干扰量的相关的测量或补偿。
总体上，测量的精度在已知的二次雷达***中、尤其是在距离测量中视为值得改善。
发明内容
本发明的任务是，提出用于补偿在二次雷达、尤其是无线电定位***中的噪声、尤其是相位噪声或***偏差的方法以及装置，其允许在测量(尤其是距离测量)时的较高精度。
该任务尤其是通过独立权利要求解决。
尤其是所述任务通过用于补偿二次雷达***、尤其是无线电定位***中的噪声、尤其是相位噪声或***偏差的方法解决，所述二次雷达***具有非相关的第一和至少一个第二发送接收单元，其中，通过第一发送接收单元发送具有由噪声或***偏差引起的第一第一干扰分量的第一第一发送信号，其中，与第一第一发送信号同时或在时间上重叠地，通过第一发送接收单元发送具有由噪声或***偏差引起的第二第一干扰分量的至少一个第二第一发送信号，发送信号优选这样设置，使得在再处理和评估发送信号时，至少部分地补偿由干扰分量引起的相移和/或频移。
优选：
通过第二发送接收单元(同时或在时间上重叠地)发送第一第二信号和至少一个第二第二信号(s22'(t))，
通过第一发送接收单元来接收发送的第一第二信号作为接收的第一第二信号并且接收发送的第二第二信号作为接收的接收的第二第二信号，
由发送的第一第一信号和接收的第一第二信号、尤其是通过混合和/或通过相关、优选以复共轭相乘的形式生成第一测量信号，并且由发送的第二第一信号和接收的第二第二信号、尤其是通过混合和/或通过相关、优选以复共轭相乘的形式生成第二测量信号。
本发明的(可选独立的)方面在于，不只生成第一第一发送信号或第一测量信号，而是也生成(至少一个)发送的第二第一信号或第二测量信号，其这样设置，使得通过(相位)噪声或***移动引起的相移和/或(测量频率、尤其是混合频率或拍频)的频移至少部分地取消。备选或附加地，可以代替混合也实施优选在低频率时的相关。
通过特别适配的信号形状，必要时如在现有技术中的数据传输可以是多余的。此外，(相位)噪声的剩余部分也可以(相位噪声的相关份额)附加地被抑制。由此可以必要时对用于产生高频载波信号的构件质量提出较低的要求。此外，相位噪声水平尤其是不构成用于雷达测量(尤其是距离测量)的精度的下界限。尤其是当传输通过相同的无线电信道发生时，也可以利用空间上分布的发送和接收天线(尤其是因为(相反于已知的解决方案)不强制要求相互的传输通道)。
测量信号尤其是可理解为如下混合信号，所述混合信号由发送和接收单元之一(例如第一发送接收单元)的发送的信号和由该发送接收单元(亦即例如第一发送接收单元)接收的、出自另一个发送接收单元(亦即例如第二发送接收单元)的信号推导出。尤其是，这样的混合可以是(发送接收单元)的发送的信号与由另一个发送接收单元接收的信号的复共轭相乘。
总体上，所述方法尤其是能够实现(相关的)相位噪声和/或***偏差的有效减少或(完全)抑制。借此例如可以改善在无线电定位***中的距离测量的精度。
优选，第一测量信号的第一干扰分量和第二测量信号的第二干扰分量彼此复共轭。由此可以以特别简单的方式进行噪声、尤其是(相关的)相位噪声的有效减少(或完全抑制)。
第二第一信号的发送优选与第一第一信号的发送同时或至少在时间上重叠地进行。第二第二信号的发送优选与第一第二信号的发送同时或在时间上重叠地进行。时间上的重叠尤其是可理解为，至少一个在第一第一信号或第一第二信号的发送的信号持续时间的20％、优选50％期间发送第二第一信号或第二第二信号。第二第二信号以及第一第二信号的发送优选与第一第一信号和第二第一信号的发送在时间上重叠地进行。时间上的重叠尤其是可理解为，至少在第一第一和/或第二第一信号的发送的信号持续时间的20％、优选50％期间也发送第一第二信号和/或第二第二信号。
优选，发送的第一第一信号具有至少一个第一因数，所述第一因数与发送的第二第一信号的第二因数复共轭。由此可以尤其是以简单的方式进行(相位)噪声的有效减少(抑制)。尤其是可以以简单的方式(优选通过混合)产生测量信号，其具有复共轭的干扰分量。
在一种优选的实施形式中，发送的第一第一信号包括具有第一斜率的至少一个频率斜坡，并且发送的第二第一信号包括具有第二斜率的至少一个频率斜坡，其中，第一斜率具有与第二斜率不同的正负号，其中，第一和第二斜率的量优选(至少基本上)相同。由这样的信号可以以特别简单的方式生成尤其是能实现(相位)噪声的减少的测量信号(混合信号)。
优选，通过相同的第一HF发生器产生用于第一和第二测量信号(或用于发送的第一第一和第二第一信号)的基础HF信号。与此伴随的(相关的)相位噪声可以这时特别有效地被抑制。
通常，发送的第一第一(或第一第二)信号和第二第一(或第二第二)信号优选这样设置，使得它们具有相关的相位噪声。
基础HF信号尤其是可理解为高频信号，其(直接)出自对应的发生器(振荡器)的输出端。基础HF信号可以然后必要时接着被调制。
基础HF信号和/或发送的信号可以具有至少100MHz或至少1GHz的频率。
优选，发送的第一信号或第一测量信号依据第一调制发生器的输出，并且发送的信号或第二测量信号依据第二调制发生器的输出。备选地，发送的第一第一和第二第一信号或第一和第二测量信号可以依据共同的调制发生器的输出。
发送的第一第一信号可以对应于一个/所述第一调制发生器的输出。发送的第二第一信号可以对应于第二调制发生器的输出。
只要使用共同的调制发生器，则可以尤其是使用借助直接数字合成(DDS)所产生的信号。
优选，(以相对低的频率)产生用于第一第一信号和/或发送的第二第一信号的(基础)信号，并且然后利用调制发生器、尤其是矢量调制器调制相应的发送的信号，其中，发送的第一第一信号和/或第二第一信号优选如下产生，即，调制信号优选这样施加到调制发生器、尤其是矢量调制器的实数的或复数的输入端上，使得附加于发送的第一第一信号而产生发送的优选镜像的第二第一信号。
优选，由第一和/或第二测量信号推导出(优选包含渡越时间信息的)频率、尤其是拍频。备选或附加地，测量信号或由测量信号推导出的信号或其部分、尤其是相应的频率(优选包含渡越时间信息)、优选拍频相互组合、优选相加。
优选，第一测量信号通过第一混合器产生(尤其是通过复共轭相乘)并且第二测量信号通过第二混合器产生(尤其是通过复共轭相乘)。备选地，第一测量信号和第二测量信号可以通过共同的、尤其是复数的混合器产生(尤其是通过复共轭相乘)。在每种情况中，可以以简单的方式产生具有希望的特性的测量信号。
在各实施形式中，测量信号可以是FMCW信号、尤其是FMCW斜坡、SFCW信号(其中SFCW代表步进频率连续波)或OFDM信号(其中OFDM代表正交频分复用)的混合积。这些信号优选利用(共同的)本地振荡器生成。
优选，通过测量信号的比较来确定发送接收单元的时钟偏移。由一个(所述)时钟偏移的时间上的变化过程可以实施发送接收单元的同步。由此以简单的方式能够实现准确的测量、尤其是距离测量。
上述的任务尤其是此外通过用于补偿二次雷达***、优选无线电定位***中的噪声、尤其是相位噪声或***偏差的装置解决，二次雷达***具有非相关的第一和第二发送接收单元，所述装置尤其是用于实施按照上述权利要求之一所述的方法，其中，用于产生和发送由噪声或***偏差引起的第一第一干扰分量的第一第一发送信号并且用于产生和同时或在时间上重叠地发送具有由噪声或***偏差引起的第二第一干扰分量的至少一个第二第一发送信号的至少一个第一发送接收单元被构成，优选构成为，使得在再处理和评估发送信号时，由干扰分量引起的相移和/或频移至少部分地可补偿。
优选，所述装置具有测量信号生成设备，所述测量信号生成设备构成为，使得第一测量信号由出自第二发送接收单元的发送的第一第一信号和接收的第一第二信号尤其是通过混合、优选以复共轭相乘的形式生成，和/或第二测量信号由出自第二发送接收单元的发送的第二第一信号和接收的第二第二信号、尤其是通过混合、优选以复共轭相乘的形式生成。
优选，第一测量信号的第一干扰分量和第二测量信号的第二干扰分量彼此共轭复合体。
所述装置优选具有发送接收设备，其用于发送第一第一信号和第二第一信号以及用于接收发送的第一第二信号作为接收的第一第二信号和发送的第二第二信号作为接收的第二第二信号。
第一发送接收单元优选具有发送天线和接收天线，使得发送天线发送第一第一信号和第二第一信号，并且接收天线对接收的第一第二和第二第二信号进行接收。备选地，发送接收单元可以具有共同的发送接收天线，其中，共同的发送接收天线发送第一第一信号并且对接收的第一第二信号进行接收，并且发送第二第一信号并且对接收的第二第二信号进行接收。第二发送接收单元可以对应地构成。
测量信号生成设备尤其是具有一个或多个混合器。
此外，测量信号生成设备可以构成用于尤其是通过混合(优选通过复共轭相乘)由发送的第一第一信号和接收的第一第二信号生成第一测量信号，和/或构成用于尤其是通过混合(优选通过复共轭相乘)由发送的第二第一信号和接收的第二第二信号生成第二测量信号。
优选，测量信号生成设备具有第一测量信号生成单元、尤其是第一混合器和第二测量信号生成单元、尤其是第二混合器，其中，第一测量信号生成单元尤其是通过混合(优选通过复共轭相乘)生成第一测量信号，并且第二测量信号生成单元尤其是通过混合(优选通过复共轭相乘)生成第二测量信号。备选地，测量信号生成设备可以具有共同的测量信号生成单元、尤其是共同的混合器，其中，共同的测量信号生成单元尤其是通过混合(优选通过复共轭相乘)生成第一测量信号并且尤其是通过混合(优选通过复共轭相乘)生成第二测量信号。
优选，所述装置具有第一HF发生器，以用于产生用于第一和第二测量信号或用于第一第一并且发送的第二第一信号的基础HF信号。
在一种实施形式中，所述装置具有第一调制发生器和第二调制发生器，发送的第一第一信号或第一测量信号依据所述第一调制发生器的输出，发送的第二第一信号或第二测量信号依据所述第二调制发生器的输出。备选地，所述装置可以具有共同的调制发生器，发送的第一第一信号和第二第一信号或第一和第二测量信号依据所述共同的调制发生器的输出。
上述的任务此外尤其是通过上述类型的方法和/或上述类型的装置的应用解决，以用于提高距离测量的精度和/或用于与安全相关的应用和/或用于基于简化的硬件补偿干扰影响，例如用于借助PLL生成本地振荡器信号，和/或用于评估信号相位以用于估计速度、用于角度估计和/或用于SAR处理。
上述的任务此外通过一种雷达***、尤其是二次雷达***解决，其构成用于实施上述的方法和/或具有以上所述类型的装置，其中，雷达***具有第一和至少一个(非相关的)第二发送接收单元。
尤其是用于补偿(相位)噪声或***偏差的按照本发明的方法或对应的装置可以在按照DE 10 2014 104 273 A A1的方法(接着称为方法I或配置I)中或在按照具有申请号10 2016 100 107.4的还未公布的德国专利申请中的方法或配置中以及在具有申请号PCT/EP2017/050056的对应的国际的专利申请中说明的(接着为方法II或配置II)使用。方法II或配置II是方法I或配置I的进一步构成。
DE 10 2014 104 273 A1以及还未公布的专利申请DE 10 2016 100 107.4以及PCT/EP2017/050056应该通过参阅而是本申请的组成部分(尤其是关于所基于的方法，在该方法中，可以使用用于补偿(相位)噪声的按照本发明的方法或对应的装置)。
尤其是，用于补偿(相位)噪声或***偏差的按照本发明的方法和对应的装置可以在雷达***中使用，其中，在一个/所述(非相关的)第一发送接收单元中产生第一信号并且将其通过路径发送、尤其是发射，在另一个、尤其是第二/第二发送接收单元中产生另一个第一信号并且将其通过路径发送、尤其是发射，在评估设备中、尤其是在第一发送接收单元中，由第一发送接收单元的第一信号并且由这样的由所述另一个发送接收单元通过路径接收的第一信号形成第一比较信号，并且在所述评估设备中、尤其是在所述另一个发送接收单元中，由另一个发送接收单元的第一信号和由这样的由第一发送接收单元通过路径接收的第一信号形成另一个比较信号，其中，所述另一个比较信号优选从所述另一个发送接收单元传输、尤其是通讯至所述第一发送接收单元。优选，所述雷达***、尤其是评估设备配置用于由第一比较信号和所述另一个比较信号形成比较-比较信号。此外优选，比较-比较信号可以对应于利用相关的雷达***产生的比较信号，其方式为，将两个比较信号相互处理、尤其是复共轭相乘。在一种进一步构成中，雷达***、尤其是评估设备可以配置用于在第一步骤中补偿比较信号的通过在发送接收单元中的***偏差引起的偏差，并且配置用于在第二步骤中将所述两个比较信号的第一信号或由该第一比较信号推导出的信号的至少一个复数值用于适配所述两个比较信号的第二比较信号的至少一个复数值或由第二比较信号推导出的信号的值，并且这样形成适配的信号，其中，适配这样发生，使得通过数学运算而形成复数值的矢量和或者差，或形成所述复数值的相位和或者差。其他的实施形式能够从已经提到的较早的(在申请时刻部分地还未公布的)专利申请得出。
(非相关的)第二发送接收单元可以原则上类似(非相关的)第一发送接收单元构造，并且可选地类似于第一测量信号(混合信号)产生第三测量信号(混合信号)，并且类似于第二测量信号(混合信号)产生第四测量信号(混合信号)。
非相关的发送接收单元可理解为如下发送接收单元，其发送的信号关于另一个发送接收单元的信号是非相关的(即使第一发送接收单元或所述另一个发送接收单元的信号本身是相关的)。
只要在(相应的)发送接收单元中实施计算、评估或其他方法步骤，则必要时实体上独立的连接在发送接收单元上的评估设备也包括在其下。例如相应的发送接收单元可以这样作为包括一些少量的产生信号的或处理信号的构件的尤其是一个或多个天线的布置结构构成，而其他的构件如信号比较单元或评估设备作为结构上独立的构件连接到这样的布置结构上。只要使用构件，则只要技术上可实现，所述构件就可以构成为处理的构件的所谓的硬件和/或作为完全或部分地在处理器中实施的信号或数据处理步骤实现。
通常，评估设备可以是一个或多个(两个)发送接收单元的组成部分或连接在一个或多个(两个)这样的发送接收单元上。必要时可以设置实体上独立的评估设备，其连接到相应的发送接收单元或相应的发送接收单元的其余构件上。备选地，评估设备可以必要时例如在共同的壳体中和/或作为结构单元而集成到第一和/或另一个(非相关的)发送接收单元中。
附图说明
接着借助附图进一步解释实施例。
示出：
图1示出包括两个非相关的发送接收单元的二次雷达；
图2示出按照本发明的雷达***的示意构造；
图3示出所使用信号的频率随时间变化的变化过程的图表；
图4示出用于按照本发明的雷达***的一种备选实施形式的示意图；以及
图5示出用于按照本发明的雷达***的另一种备选实施形式的示意图。
具体实施方式
在后续的说明中，对于相同并且相同作用的部件使用相同的附图标记。
本发明的(可选独立的)方面依据两个信号的产生、接收和处理，所述信号通过相同的传输通道UEK发送或已发送。所述一个信号的特征尤其是在于，通过(相位)噪声的频移(精确)相反于所述另一个信号(其例如可以对应于常规的FMCW信号；必要时只具有一个频率斜坡)的通过(相位)噪声的频移。此外所述信号优选同时(至少在时间上重叠地)发送并且接收。
图2示出一种可能的构造的示意图，在其中，在相应的NKSE1或NKSE2中两个信号(s11(t)和s12(t)或s21(t)和s22(t))由包括调制发生器G11和G12或G21和G22的同一节拍源LO1或LO2产生。备选地也可能，每个NKSE例如借助直接的数字合成(DDS)使用唯一的调制器。这导致，两个发送的信号通过噪声份额(尤其是通过FMCW斜坡的相位噪声或相同形状出现的非线性)相反地影响。利用混合器M11或M12(或类似地利用在NKSE2上的混合器M21和M22)的混合过程原则上产生两个信号分量，其中的一个为了探测相关的信号分量而具有相对低的拍频并且可以与高频的份额例如利用在硬件和/或软件实施中的低通滤波器分离。
图3示出发送的和接收的信号的时间上的变化过程。在这里，s11(t)和s12(t)描述同时由NKSE1发送的信号，或s21(t)和s22(t)描述(同时)由NKSE2发送的、由NKSE1接收的信号。信号s12(t)和s22(t)的特点在于，频率斜坡具有正的斜率。比较信号s11(t)和s21(t)的特点在于频率斜坡关于时间的负斜率。为了后续说明而假定，在NKSE1上应该确定至NKSE2的距离。这原则上只要求信号从NKSE2至NKSE1的传输，然而不是相反亦然。类似于该说明，NKSE2可以也(必要时单独)确定至NKSE1的距离，如果NKSE1传输所述信号的话。在两个NKSE中发送信号时，距离估计可以在两个发送接收单元中同时进行。此外应该首先假定，两个站在时间上同步。
此外应该假定，两个站在时间上预同步，例如利用US 7940743中的方法或如在Precise Distance and Velocity Measurement for Real Time Locating in MultipathEnvironments Using a Frequency-Modulated Continuous-Wave Secondary RadarApproach,S.Roehr,P.Gulden,M.Vossiek,2008中说明的那样。该预同步主要用于确保相关的信号分量在低通滤波之后在基带中保持。也可以通过补偿节拍源，但也可以通过按照下面所述方法对接收的信号进行后处理和纠正来进行准确同步。
通常，在图3中的变化过程只作为可能的实施形式起作用，从而同样必要时也可以选择所述信号变化曲线的时移的(例如在Ts/2开始的)一部分。备选地，起动频率也可以设有用于两个斜坡的偏移B或-B，以便阻止两个斜坡的交叉。可设想的实现方式也可以是同时使用多个频率斜坡或在NKSE1和/或NKSE2上的多个比较信号。本发明的核心理念原则上也能够转用到其他雷达信号形状、例如步进频率连续波(SFCW)、正交频分复用(OFDM)，只要比较信号(第二测量信号)具有相对于真正(第一)测量信号的复共轭，亦即干扰量相互取消。
在图2和3中示出的、由NKSE2发送的信号能够(首先在假定完全时间同步的情况下)通过
和
说明，其中，B给出雷达***的使用的带宽，fc2给出NKSE2的载频，
给出本地振荡器LO2的相位噪声，并且μ＝B/Ts给出扫描速率(亦即每时间单位的频率提高)。在NKSE1上接收的信号s21(t)＝As′21(t-τ)和s22(t)＝As′22(t-τ)在这里作为由NKSE2发送的信号的衰减的并且时移的版本看待。
两个线性频率调制的信号
和
在NKSE1上依赖于载频fc1、本地振荡器LO1的相位噪声
和以上定义的大小。
在由NKSE1接收的信号与局部产生的信号的混合过程和低通滤波(优选由测量***的硬件实施，以便减少热噪声和与其他无线电应用的干扰)之后产生混合积
和
在具有实值的扫描的***中，混合信号的复数的描述也可以在数字化之后经由Hilbert变换进行。
混合积的完全计算能够如下得出。
对于sm1(t)的自变量Φm1(t)得出：
对于sm2(t)的自变量Φm2(t)得出：
两个信号形状的增加产生具有得到的自变量Φmsyn(t)的合成混合信号：
Φmsyn(t)＝2π{2μτt+Bτ-μτ2}
在这里可以通常(尤其是在具有相对缓慢的FMCW线性调频脉冲和数百米的作用范围的窄带雷达***中)忽略二次项，因为μτ2＜＜Bτ适用。
由此，两个混合信号具有依赖于渡越时间的正的频率分量。
就此能够(通过微分)确定(计算)两个拍频
和
它们承受通过相关的噪声份额δf(t)和确定性的频移Δf(由在NKSE1和NKSE2上的不同载频引起)的统计学偏差。基于混合信号的复共轭相位曲线，信号fb11(t)通过这两个分量移动至较高的频率并且信号fb12(t)移动至较低的频率，如果这两个量具有正值的话。
通过求和，接着得出合成的测量信号，其具有测量频率
fb(t)＝fb11(t)+fb12(t)＝2μτ
其不再具有相关的相位噪声δf(t)和频移Δf的相关性。该结果可以对τ求解并且通过与电磁波(通常在空气中)的传播速度c0的关系τ＝x/c0，来估计NKSE1和NKSE2之间的距离。基于线性关系，可实施多个物体的探测、亦即发送的信号的多个时移的并且衰减的复制品(叠加或目标响应的线性组合)的接收。
两个混合信号的相位能够如下编组：
可以接着有两个时间信号sm1(t)和sm2(t)的傅立叶变换
其中，配置Φ2(t)＝2πμτt和Φ3＝-πBτ适用(项μτ2/2按照上述的假定可忽略不计地小)。Φ1(t)包含所有剩余分量，所述剩余分量的相移在sm1(t)和sm2(t)中彼此复共轭。信号Sm1(f)在频率范围中在横坐标值fmax，1＝Δf+μτ+δf(t)时具有按照数量的最大值，并且Sm2(f)在fmax，2＝-Δf+μτ-δf(t)时具有按照数量的最大值。如果现在确定这两个信号的属于最大值的相位值，则一方面产生ψmax，1(t)＝Φ1(t)+Φ3并且另一方面产生ψmax，2(t)＝-Φ1(t)+Φ3，其中，这些相位值的总和ψ0＝ψmax，1(t)+ψmax，2(t)＝2Φ3提供合成的相位
ψ1＝ψmax，1(t)+ψmax，2(t)＝-2πBτ。
因此可以确定相位值，其与距离值或信道渡越时间成比例。合成的混合信号的相位偏差在该情况中只依赖于热噪声，然而不依赖于使用的本地振荡器的相位噪声。因此，对于准确的距离估计特别有利的是，合成的混合积fb(t)以及还有确定的合成的信号相位ψ1的封闭的计算。
如果出现关于FMCW序列的开始时间点的时移T0，则由WO 2010/019975 A1已知，合成的混合频率fb(t)＝2μ(τ-T0)在NKSE1中并且fb2(t)＝2μ(τ+T0)在NKSE2中产生。通过相互的计算(或加法)可以因此纠正未知的时移。这利用所述信号形状有利地也通过探测的相位偏差是可能的，因为在NKSE1上ψ1＝-2πB(τ-T0)适用并且在NKSE2上ψ2＝-2πB(τ+T0)适用。确定的相位值彼此的相移因此线性与在通道中的渡越时间τ和时移T0相关。出现的偏差可以通过减法来确定和纠正。备选地，可以通过加法也直接确定用于距离或信道渡越时间的估计值。此外，该同步方法不要求两个站的同时发送和接收(双工运行)，而是可以顺序进行。
特别有利地，相位估计ψ0的明确范围可以通过FMCW线性调频脉冲的起动频率、亦即参数B的变化而影响，因为其依赖于预同步的质量使两个混合信号彼此的相位偏差而改变。这种时间上的同步也可以逐级通过向上和向下扫描的起动频率的变化来实施。非常准确的同步利用远地彼此分离的起动频率、亦即两个FMCW斜坡的高的“距离”B可实现。
图4示出包括复数的混合器和在发送支路中的向上转换的一种实施形式的***电路图。在图2中示出的方框电路图包含两个实值的混合器，它们可以用于向上和向下扫描的分离并且也通过复数的混合器代替(图4中的MRX1)。在这里产生具有正频率的混合信号和具有负频率的混合信号。同样可实现，将图2中的NKSE1的两个调制发生器G1和G2通过一个来代替(图4中的G1)。其信号可以随后利用发送混合器MTX1混合，其中，两个发送信号可以构成上面的和下面的边带。此外，两个低频的混合积可以在二次雷达中优选通过在两个站之间的频移或时移的合适选择而分开。在有利的选择中，复数的混合器的使用是不必要的，因为两个混合积在频谱中的不同位置上出现。
图5示出包括传输混合器和在发送支路***中的向上转换的电路图。按照图5的实施形式代替两个单独的发送和接收天线而包含唯一的发送和接收天线，其共同用于发送和接收。为此可以使用传输混合器TM，其尤其是在FMCW***中具有有利的传输特性。利用该设计也可以放弃复数的扫描，如果两个站具有相应FMCW信号的载频和开始时间点的有利地选择的错位的话。
原则上上述方法也可以用于抑制干扰影响，以便减少用于高频载波信号的低相位噪声产生的硬件要求(例如相位调节回线的质量)。由此产生的误差可以事后通过所述处理来补偿。
接着进一步解释本发明的一些应用示例：
一般已知，在信号-噪声-比例(SNR)增加时，在雷达***中的距离估计的精度也增加。信号功率相对于距离的二次方(在二次雷达***中)的反比构成与主雷达***的显著区别，因为SNR在后一种情况中随着距离的四次方而下降。此外在第一***中不进行通过混合过程的相关(并且因此没有相位噪声抑制)。因此，在足够高的信号-噪声-比例时，(与距离尽量独立的)相位噪声经常比热噪声对测量精度有更大的影响。
例如本发明可以在工业环境中使用，例如用于在起重机上的位置确定，作为着陆辅助装置，作为定位灯塔，在集装箱车辆和/或在轨道连接的或自由可运动的车辆中。由此可以实现物体的准确定位，其例如可以用于过程自动化、用于优化生产或仓储过程和/或用于避免碰撞。该定位可以借助1D估计进行，然而也可以确定多个分布的雷达站之间的距离。在2D或3D情况中，在平面(或空间)中的位置可以优选借助多点定位确定。
按照本发明的方法的另一种有利的应用是***，在其中，放弃产生具有相对低的相位噪声(例如借助优化的相位调节回线)的信号。该信号产生正是在可移动的雷达单元中构成制造中的显著花费，这表现为提高的硬件成本和升高的能量需求。通过本发明，可以减少或除去与此伴随的较高的(相位)噪声份额。
特别优选，在图4和5中示出的实施形式可以用于简化的信号发生。在此，镜像频率可以在高混合之后作为比较信号有益地使用。在通常的雷达***中，这必须以显著的花费进行抑制。
另一种应用可以是与安全相关的应用、例如无线电钥匙(“Keyless Go”)。对这样的***的攻击的一种可能形式构成所谓的“中继攻击(Relay Attack)”，其由远离的(雷达站)实施，其中，另一个用户可以主动***会话中。在该情况中，FMCW信号不只用于雷达应用，而是也用于通讯。(实时能力的)第三通讯单元可以通过本地振荡器的频移而在这里合成较低的距离，收听通讯和/或参与其中。这由于到移动的本地振荡器频率上的唯一调节(尤其是在图3中示出的信号变化曲线中)而不可以实现。
此外本发明必要时能够实现相位值的确定，所述相位值与距离或信道渡越时间成比例。就此，在以多个相继的线性调频脉冲(Chirp Sequence Radar)的运行中，可以利用2D-FFT不仅估计目标的距离而且估计其速度。在这里，明确范围与带宽B相关并且不像在主雷达***中与载频相关。基于明确范围的(显著的)放大，可以对各个FMCW线性调频脉冲的时间顺序提出较小的要求。
借助相位探测，也可以估计在运动的(非相关的)发送接收单元和多个分布的(非相关的)发送接收单元之间的差分相位，其中，分布的(非相关的)发送接收单元必要时具有在空间中的固定的已知位置。借助相位差能够确定相对于运动的(非相关的)发送接收单元的方向角或仰角，亦或位置。特别有利的是，所述信息结合全息摄影评估方法的应用，因为可以通过运动而产生大的孔径并且非常准确地(或高分辨率地)进行角度或位置估计。
在这里要指出，所有以上所述的部件或功能本身单独看并且在每种组合中、尤其是在附图中描述的细节作为对本发明是重要的而要求权利。对此的修改对本领域技术人员是常用的。
附图标记列表
G1 调制发生器
G11 调制发生器
G12 调制发生器
G2 调制发生器
G21 调制发生器
G22 调制发生器
LO1 第一本地振荡器
LO2 第二本地振荡器
Ml 混合器
M2 混合器
M11 混合器
M12 混合器
M21 混合器
M22 混合器
MRX1 (复数的)混合器
MRX2 (复数的)混合器
MTX1 发送混合器
MTX2 发送混合器
NKSE 非相关的发送接收单元
NKSE1 非相关的第一发送接收单元
NKSE2 非相关的第二发送接收单元
RX1 接收天线
RX2 接收天线
s11(t) 第一第一信号
s12(t) 第二第一信号
s21'(t) 第一第二信号
s22'(t) 第二第二信号
TM1 传输混合器
TM2 传输混合器
TX1 发送天线
TX1/RX1 发送接收天线
TX2 发送天线
TX2/RX2 发送接收天线
传输通道
Claims (23)
1.用于补偿二次雷达***——尤其是无线电定位***——中的噪声——尤其是相位噪声——或***偏差的方法，所述二次雷达***具有非相关的第一和至少一个第二发送接收单元，其中，
通过第一发送接收单元发送第一第一发送信号(s11(t))，所述第一第一发送信号具有由噪声或***偏差引起的第一第一干扰分量，
与第一第一发送信号(s11(t))同时或在时间上重叠地，通过第一发送接收单元发送至少一个第二第一发送信号(s12(t))，所述第二第一发送信号具有由噪声或***偏差引起的第二第一干扰分量，
各发送信号(s11(t)，s12(t))设置成，使得在再处理和评估各发送信号时，至少部分地补偿由干扰分量引起的相移和/或频移。
2.按照权利要求1或2所述的方法，其中，
通过第二发送接收单元来发送第一第二信号(s21'(t))和至少一个第二第二信号(s22'(t))，
通过第一发送接收单元来接收发送的第一第二信号(s21'(t))作为接收的第一第二信号(s21(t))并且接收发送的第二第二信号(s22'(t))作为接收的第二第二信号(s22(t))，
由发送的第一第一信号(s11(t))和接收的第一第二信号(s21(t))、尤其是通过混合和/或通过相关、优选以复共轭相乘的形式生成第一测量信号(sm1(t))，并且由发送的——用于减小雷达***中由相位噪声引起的干扰的方法和装置——第二第一信号(s12(t))和接收的第二第二信号(s22(t))、尤其是通过混合和/或通过相关、优选以复共轭相乘的形式生成第二测量信号(sm2(t))。
3.按照权利要求2所述的方法，其中，第一测量信号(sm1(t))的由噪声或***偏差引起的第一干扰分量与第二测量信号(sm2(t))的由噪声或***偏差引起的第二干扰分量彼此复共轭。
4.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，发送的第一第一信号(s11(t))具有至少一个第一因数，所述第一因数与发送的第二第一信号(s12(t))的第二因数复共轭。
5.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，发送的第一第一信号(s11(t))包括至少一个具有第一斜率的频率斜坡，并且发送的第二第一信号(s12(t))包括至少一个具有第二斜率的频率斜坡，其中，第一斜率具有与第二斜率不同的正负号，其中，第一和第二斜率的量优选至少基本上相同。
6.按照上述权利要求之一所述的、尤其是按照权利要求2至5之一所述的方法，其中，通过相同的第一HF发生器(LO1)产生用于第一测量信号(sm1(t))和第二测量信号(sm2(t))或用于发送的第一第一信号(s11(t))和第二第一信号(s12(t))的基础HF信号。
7.按照上述权利要求之一所述的、尤其是按照权利要求2至6之一所述的方法，其中，发送的第一第一信号或第一测量信号(sm1(t))依据第一调制发生器(G11)的输出，并且发送的第二第一信号或第二测量信号(sm2(t))依据第二调制发生器(G12)的输出；或者，发送的第一第一信号(s11(t))和发送的第二第一信号(s12(t))或第一测量信号(sm1(t))和第二测量信号(sm2(t))依据共同的调制发生器(G1)的输出。
8.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，产生用于发送的第一第一信号(s11(t))和/或第二第一信号(s12(t))的(基础)信号并且然后利用调制发生器、尤其是矢量调制器调制相应的发送的信号，其中，发送的第一第一信号(s11(t))和/或第二第一信号(s12(t))优选如下产生，即，将调制信号施加到调制发生器、尤其是矢量调制器的实数的或复数的输入端，优选这样施加，使得附加于发送的第一第一第一信号(s11(t))产生发送的优选镜像的第二第一信号(s12(t))。
9.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，由第一测量信号(sm1(t))和/或第二测量信号(sm2(t))推导出优选包含渡越时间信息的频率、尤其是拍频；和/或，测量信号(sm1(t)，sm2(t))或由测量信号推导出的信号或其部分、尤其是相应的频率(优选包含渡越时间信息)、优选拍频相互组合、优选相加。
10.按照上述权利要求之一所述的、尤其是按照权利要求2至9之一所述的方法，其中，通过第一混合器(M11)产生第一测量信号(sm1(t))并且通过第二混合器(M12)产生第二测量信号(sm2(t))；或者，通过共同的、尤其是复数的混合器(M1)产生第一测量信号(sm1(t))和第二测量信号(sm2(t))。
11.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，测量信号是FMCW信号、尤其是FMCW斜坡，SFCW信号或OFDM信号的混合积，优选它们利用不相关的本地振荡器、尤其是利用在第一发送接收单元中的第一本地振荡器和在第二发送接收单元中的第二本地振荡器生成。
12.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，通过比较测量信号来确定发送接收单元的时钟偏移；和/或，由时钟偏移的时间上的变化过程实施各发送接收单元的同步。
13.用于补偿二次雷达***、优选无线电定位***中的噪声、尤其是相位噪声或***偏差的装置，所述二次雷达***具有非相关的第一和第二发送接收单元，尤其是所述装置用于实施按照上述权利要求之一所述的方法，其中，至少一个第一发送接收单元用于产生和发送具有由噪声或***偏差引起的第一第一干扰分量的第一第一发送信号(s11(t))并且用于产生和同时或在时间上重叠地发送具有由噪声或***偏差引起的第二第一干扰分量的至少一个第二第一发送信号(s12(t))，所述至少一个第一发送接收单元构成为，使得在再处理和评估发送信号时，由干扰分量引起的相移和/或频移能被至少部分地补偿。
14.按照权利要求13所述的装置，具有测量信号生成设备，所述测量信号生成设备构成为，使得第一测量信号(sm1(t))由出自第二发送接收单元的发送的第一第一信号(s11(t))和接收的第一第二信号(s21(t))尤其是通过混合、优选以复共轭相乘的形式生成，和/或使得第二测量信号(sm2(t))由出自第二发送接收单元的发送的第二第一信号(s12(t))和接收的第二第二信号(s22(t))、尤其是通过混合、优选以复共轭相乘的形式生成。
15.按照权利要求14所述的装置，其中，第一测量信号(sm1(t))的第一干扰分量和第二测量信号(sm2(t))的第二干扰分量彼此复共轭。
16.按照权利要求13至15之一所述的装置，其中，发送的第一第一信号具有第一因数，所述第一因数与发送的第二第一信号(s12(t))的第二因数复共轭。
17.按照权利要求13至16之一所述的装置，该装置具有第一发送接收设备，所述第一发送接收设备用于
发送第一第一信号(s11(t))和第二第一信号(s12(t))，
接收发送的第一第二信号(s21'(t))作为接收的第一第二信号(s21(t))和发送的第二第二信号(s22'(t))作为接收的第二第二信号(s22(t))，
优选，发送接收设备具有发送天线(TX)和接收天线(RX)，使得发送天线(TX)发送第一第一信号和第二第一信号，并且接收天线(RX)对接收的第一第二信号和第二第二信号进行接收，或
优选，发送接收设备具有共同的发送接收天线(TX/RX)，使得共同的发送接收天线(TX/RX)发送第一第一信号(s11(t))并且对接收的第一第二信号(s21(t))进行接收，并且发送第二第一信号(s12(t))并且对接收的第二第二信号(s22(t))进行接收。
18.按照权利要求13至17之一所述的装置，其中，——尤其是具有一个或多个混合器(M11，M12；M21，M22；M1，M2；MRX；TM)的——测量信号生成设备构成用于——尤其是通过混合——由发送的第一第一信号和接收的第一第二信号来生成第一测量信号(sm1(t))，并且构成用于——尤其是通过混合——由发送的第二第一信号和接收的第二第二信号来生成第二测量信号(sm2(t))。
19.按照权利要求13至18之一所述的装置，其中，测量信号生成设备具有第一测量信号生成单元、尤其是第一混合器(M1)、和第二测量信号生成单元、尤其是第二混合器(M2)，其中，第一测量信号生成单元——尤其是通过混合——生成第一测量信号，并且第二测量信号生成单元——尤其是通过混合——生成第二测量信号；或者，测量信号生成设备具有共同的测量信号生成单元、尤其是共同的混合器(MRX，TX)，其中，共同的测量信号生成单元——尤其是通过混合——生成第一测量信号并且——尤其是通过混合——生成第二测量信号。
20.按照上述权利要求13至19之一所述的装置，其特征在于第一HF发生器(LO1)，该第一HF发生器用于产生用于第一测量信号(sm1(t))和第二测量信号(sm2(t))或用于发送的第一第一信号和第二第一信号的基础HF信号。
21.按照上述权利要求13至20之一所述的装置，其特征在于第一调制发生器(G11)和第二调制发生器(G12)，发送的第一第一信号(s11(t))或第一测量信号(sm1(t))依据所述第一调制发生器的输出，发送的第二第一信号(s12(t))或第二测量信号(sm2(t))依据所述第二调制发生器的输出；或者其特征在于共同的调制发生器(G1)，发送的第一第一信号(s11(t))和第二第一信号(s12(t))或第一测量信号(sm1(t))和第二测量信号(sm2(t))依据所述共同的调制发生器的输出。
22.按照权利要求1至12之一所述的方法和/或按照权利要求13至21之一所述的装置的应用，用于提高距离测量的精度和/或用于与安全相关的应用和/或用于基于简化的硬件来补偿干扰影响，例如用于借助PLL生成本地振荡器信号，和/或用于评估信号相位以用于估计速度、用于角度估计和/或用于SAR处理。
23.雷达***，尤其是二次雷达***，其构成用于实施按照权利要求1至12之一所述的方法，和/或具有按照权利要求13至21之一所述的装置和/或用于按照权利要求22的应用，其中，所述雷达***具有非相关的第一和至少一个第二发送接收单元。
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