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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur automatischen Kalibrierung einer bildgebenden Antennenanordnung mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung, bei dem die Antennenanordnung Signale aussendet und die von dem Kalibrierobjekt reflektierten Signale empfängt.
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Aktive bildgebende Antennenanordnungen im Millimeter- und Mikrowellenbereich erlangen zunehmend Bedeutung durch ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten im medizinischen und im industriellen Bereich.
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Solche Antennenanordnungen umfassen eine Vielzahl von einzelnen Sende- und Empfangsantennen, wobei hintereinander jeweils eine Antenne ein Signal aussendet, das Signal von einem Objekt reflektiert wird und das reflektierte Signal von allen Empfangsantennen empfangen wird. Dies wird entweder bei einer einzigen Frequenz oder schrittweise bei unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt. Dabei werden sowohl die Amplitude als auch die Phase des empfangenen Signals gemessen. Durch einen digitalen Strahlformungs-Algorithmus (Digital Beamforming) kann daraus auf die entsprechenden Objektpunkte zurückgerechnet werden, die die empfangenen Signal reflektiert haben und somit eine Abbildung des gesamten reflektierenden Körpers erstellt werden.
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Eine solche Antennenanordnung wird beispielsweise in einem Artikel in „IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques“, Vol. 59, No. 12, Seiten 3567-3576, December 2011 mit dem Titel „A Novel fully Electronic Active Real Time Imager Based on a Planer Multistatic Sparse Array“ beschrieben. Damit das Fokussierungsverfahren einer solchen Antennenanordnung mit einem digitalen Strahlformungsverfahren funktioniert, muss eine wohldefinierte Phase zwischen jedem einzelnen Sender- und Empfängerpaar vorliegen. Um dies zu erreichen, wird eine Kalibrierung eines jeden Sender-/Empfängerpaars durchgeführt. In einer Antennenvorrichtung mit hunderten bis tausenden von Sende- und Empfangseinheiten ist eine Messung der direkten Verbindung einer jeden Kombination nicht möglich. Daher wird im obengenannten Artikel die Kalibrierung einer Antennenvorrichtung, die im Reflektionsmodus arbeitet, mit Hilfe eines Kalibrierobjekts, das eine einfache und regelmäßige Geometrie aufweist, beschrieben. Die Messungen mit dem Kalibrierobjekt werden dann mit Simulationsergebnissen oder mit früheren Referenzmessungen verglichen, um den systematischen Fehler in der Antennenvorrichtung zu berechnen. Diese ermittelten Fehler werden für jedes Sender-/Empfängerpaar für alle verwendeten Frequenzen ermittelt. Dazu wird beispielsweise als Kalibrierobjekt eine Metallplatte in einem vorbestimmten Abstand positioniert.
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Ein Hauptproblem dieser Kalibrierungsmethode ist es, dass die relative Position zwischen den Kalibrierobjekt und der Antennenvorrichtung selbst sehr genau eingehalten werden muss. Da diese Antennenvorrichtungen im Millimeter-Wellenbereich arbeiten, muss der Abstand zwischen Kalibrierobjekt und Antennenvorrichtung, sowie die Position und die Orientierung des Kalibrierobjekts genauer als auf eine Wellenlänge bekannt sein, wobei der Abstand zwischen Antennenvorrichtung und Kalibrierobjekt hunderten von Wellenlängen entspricht. Bei einem maximalen Phasenfehler von 5° und einer Signalwellenlänge von 100 GHz wird somit eine Genauigkeit im Abstand von ca. 40 µm benötigt. Eine solche Genauigkeit ist nur mit sehr hohem mechanischen Aufwand zu erreichen.
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Die
US 2009/0294704 A1 beschreibt eine aktive Bildgebungstechnik basierend auf Millimeterwellen. Eine Diffuseranordnung umfasst eine Mehrzahl an Diffuserelementen, die den von einer Quelle ausgehenden Strahl über einen vorgegebenen Raumbereich streuen, so dass ein abzubildendes Objekt von mehreren Seiten beleuchtet wird. Als Diffuserelemente können etwa Anordnungen mit Gittern, Hauben, Pyramiden etc. verwendet werden.
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Die
WO 2004/003586 A1 offenbart ein Kalibrierungsverfahren für Sensoren in einem Kraftfahrzeug. Hierbei werden zwei Sensoren unterschiedlichen Typs kalibriert, bspw. Bildsensor und Radarsensor. Die Kalibrierung der Sensoren wird mittels eines gemeinsamen Kalibrierobjektes durchgeführt. Das Kalibrierobjekt umfasst ein Bezugsmerkmal für jeden Sensortyp, wobei die Bezugsmerkmale durch eine mechanische Halterung verbunden sind.
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Die
DE 10 2011 078 539 A1 offenbart ein System zur automatischen Kalibrierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. Die
US 2006/0245628 A1 zeigt einen ähnlichen Stand der Technik.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, ein System und ein Kalibrierobjekt zur Kalibrierung einer solchen Antennenvorrichtung zu schaffen, mit dem eine Kalibrierung ohne diese extrem hohen Anforderungen bezüglich Genauigkeit des Abstandes zwischen Antennenvorrichtung und Kalibrierobjekt möglich ist.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, das erfindungsgemäße System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und ein Kalibrierobjekt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, des Systems und des Kalibrierobjekts beansprucht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Kalibrierung einer bildgebenden Antennenanordnung wird mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung durchgeführt, wobei die Antennenanordnung im Reflektionsmodus arbeitet, d.h. Signale aussendet und die von einem Kalibrierobjekt reflektierten Signale empfängt, und das Kalibrierobjekt mindestens einen Diffusreflektor aufweist. Es werden abgeschätzte Positionskoordinaten des Kalibrierobjekts eingegeben und nach der Messung der reflektierten Signale werden die Reflexionen des Kalibrierobjekts berechnet. Daraufhin werden die Kalibrierdaten berechnet, d.h. es wird das Phasenverhältnis zwischen dem betrachteten Sender und dem betrachteten Empfänger ermittelt. Daraufhin wird eine Abbildung des Kalibrierobjekts unter Verwendung der Kalibrierdaten erstellt. Durch eine Bewertung der Abbildung des mindestens einen Diffusreflektors werden korrigierte Positionskoordinaten ermittelt und mit diesen korrigierten Positionsdaten erneut eine Berechnung der Reflexionen des Kalibrierobjekts sowie die weiteren Schritte durchgeführt. Ist die Auflösung der Abbildung der Diffusreflektoren zufriedenstellend, wird die Auswertung beendet.
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Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass die Position des Kalibrierobjekts nur grob angegeben werden muss und die exakte Position numerisch bestimmt wird. Da die exakte Position für die Kalibrierung von großer Bedeutung ist, kann diese nun stark verbessert werden und somit die Messgenauigkeit der Antennenordnung verbessert werden.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Abbildung des mindestens einen Diffusreflektors hinsichtlich der Helligkeit und/oder der Auflösung und/oder der Verzerrung bewertet wird. Stimmt die eingegebene Position des Kalibrierobjekts nicht exakt mit seiner tatsächlichen Position überein, sind einerseits die Kalibrierdaten nicht exakt und die Abbildung des Kalibrierobjekts und insbesondere des mindestens einen Diffusreflektor unscharf. Dies kann sich in einer reduzierten Helligkeit, einer groben Auflösung oder einer Verzerrung der Form des Diffusreflektors äußern. Aus diesen Abbildungseigenschaften kann auf eine Abweichung der tatsächlichen Positionskoordinaten des Kalibrierobjekts von den eingegebenen Positionskoordinaten geschlossen werden. So deutet beispielsweise eine verminderte Helligkeit der Abbildung des Diffusreflektors auf einen Fehler im Abstand senkrecht zur Antennenanordnung hin.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verzerrung hinsichtlich der Form und Ausrichtung bewertet wird. Daraus kann insbesondere auf eine Abweichung der Neigung φx-y und φx-z des Kalibrierobjekts in x-y- bzw. in x-z-Ebene, gegenüber den eingegebenen Positionskoordinaten geschlossen werden. Somit kann sehr gezielt eine Korrektur der Positionskoordinaten, die vorteilhafterweise durch eine Ortskoordinate (x, y, z) und die Neigung gegenüber eine Referenzebene (φx-y, φx-z) beschrieben sind, erreicht werden.
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Vorteilhaft ist es des Weiteren, zur Ermittlung der korrigierten Positionskoordinaten ein numerisches Optimierungsverfahren zu verwenden. Ein solches numerisches Optimierungsverfahren wird vorteilhafterweise auf die Abbildung von jeweils einem Diffusreflektor und/oder gleichzeitig auf mehrere Diffusreflektoren angewandt. Somit kann aus den Abbildungen der Diffusreflektoren gezielt eine Korrektur der Position sowohl im Abstand als auch in der Ausrichtung des Kalibrierobjekts bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise wird eine Gradientenmethode oder ein genetischer Optimierungs-Algorithmus als Optimierungsverfahren eingesetzt. Dabei können insbesondere die Abbildungsfehler mehrere Diffusreflektoren gleichzeitig berücksichtigt werden und eine Korrektur basierend auf den Abbildungen aller Diffusreflektoren gemeinsam betrachtet werden.
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Ein erfindungsgemäßes System zur automatischen Kalibrierung einer bildgebenden Antennenanordnung umfasst eine Auswerteeinrichtung und ein Kalibrierobjekt, das eine reflektierende Oberfläche hat und der Antennenanordnung zugewandt ist, wobei die Antennenanordnung Signale aussendet und die vom Kalibrierobjekt reflektierten Signale misst, die von der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, wobei das Kalibrierobjekt mindestens einen auf die Antennenanordnung gerichteten Diffusreflektor aufweist und der Diffusreflektor auftreffende Signale diffus reflektiert.
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Zur Ermittlung der Kalibrierungsdaten werden dabei die mit hoher Intensität von der reflektierenden Oberfläche des Kalibrierobjekts reflektierten Signale verwendet. Die auf den Diffusreflektor auftreffenden Signale werden im Gegensatz dazu isotrop in alle Richtungen reflektiert und besitzen pro Richtung eine gegenüber den von der reflektierenden Oberfläche reflektierten Signale eine vernachlässigbare Intensität, so dass sie einen vernachlässigbaren Beitrag für die Kalibrierungsdaten leisten und diese auch nicht verfälschen. Erst bei einer Erzeugung einer Abbildung des Kalibrierobjekts durch ein bildgebendes Verfahren der Antennenanordnung bzw. in der Auswerteeinrichtung wird der zumindest eine Diffusreflektor sichtbar. Somit kann der Diffusreflektor zur Bestimmung der Position zwischen Kalibrierobjekt und Antennenanordnung verwendet werden ohne die Kalibrierung selbst zu stören.
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Es ist von Vorteil, wenn das Kalibrierobjekt eine ebene Oberfläche, eine zylindrische Oberfläche und/oder eine ellipsoid-förmige Oberfläche aufweist. Diese Oberflächenformen sind einfach und mit hoher Genauigkeit herzustellen und zudem sehr exakt mathematisch beschreibbar. Somit wird ein Fehler in der Simulation der Oberfläche des Kalibrierobjekts minimiert. Außerdem ist deren Reflexionsverhalten einfach zu berechnen.
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Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Diffusreflektor auf oder neben der spiegelnden Oberfläche angeordnet. Dies führt einerseits zu einem guten Kontrast in der Abbildung des Diffusreflektors im Vergleich zum Kalibrierobjekt selbst. Andererseits beeinflussen neben der reflektierenden Oberfläche angeordnete Diffusreflektoren die Ermittlung der Kalibrierdaten gar nicht. Außerdem ist die stark reflektierende Oberfläche nicht durch schwächer reflektierende Randbereiche der Diffusreflektoren, die unweigerlich bei der Fertigung entstehen, gestört.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Diffusreflektor als nadelförmiger, metallischer oder metallisierter Stift ausgebildet ist, und eine Spitze aufweist, deren Ausdehnung in der Größenordnung der Wellenlänge des Signals ist. Solche nadelförmigen Stifte sind einfach und mit Spitzen von beliebig kleiner Ausdehnung herzustellen. Signale mit einer Wellenlänge, die größer als die Ausdehnung der Stiftspitze ist, werden an dieser diffus reflektiert und weist somit die diffus reflektierende Eigenschaft auf.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Diffusreflektor als Ausnehmung, z. B. als Loch im Kalibrierobjekt, ausgebildet ist. Der Randbereich einer solchen Ausnehmung reflektiert ebenfalls diffus.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Diffusreflektor eine runde oder kreuzförmige Kontur aufweist. Eine runde Kontur ist insbesondere vorteilhaft, da diese einfach exakt zu fertigen ist, sodass Abbildungsstörungen sehr genau quantifiziert werden können. Eine kreuzförmige Kontur eines Diffusreflektors gibt durch ihre Ausrichtung und den fest vorgegebenen Winkel zwischen den sich kreuzenden Geraden ein gutes Bezugssystem für auftretende Verzerrungen. Die Verzerrungen können insbesondere in ihrer Ausrichtung genau analysiert werden und somit insbesondere Aufschluss über die Neigung des Kalibrierobjekts geben.
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Es ist von Vorteil, wenn die Auswerteeinheit eine Eingabeeinheit zur Eingabe von Positionskoordinaten des Kalibrierobjekts, eine erste Berechnungseinheit zur Berechnung der Oberfläche des Kalibrierobjekts sowie eine zweite Berechnungseinheit zur Berechnung von Kalibrierdaten aufweist. Des Weiteren weist die Auswerteeinheit bevorzugt eine Abbildungseinheit, zur Erstellung einer Abbildung des Kalibrierobjekts unter Verwendung der Kalibrierdaten, eine Korrektureinheit zur Ermittlung von korrigierten Positionskoordinaten durch ein Bewerten der Abbildung des mindestens einen Diffusreflektors sowie eine Iterationseinheit auf, die die korrigierten Positionskoordinaten ein- oder mehrmals an die erste Berechnungseinheit übergibt. Eine solche Auswerteeinheit stellt sicher, dass durch die Bewertung der Abbildung des mindestens einen Diffusreflektors neue korrigierte Positionskoordinaten für das Kalibrierobjekt ermittelt werden können und diese als Basis zur Berechnung neuer Kalibrierdaten mit verbesserter Information über die Lage der Oberfläche des Kalibrierobjekts erstellt werden können und zwar so oft, bis eine zufriedenstellende Abbildung, insbesondere der Diffusreflektoren, und somit eine exakte Positionsbestimmung des Kalibrierobjekts und daraus exakte Kalibrierdaten bestimmt sind.
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Ein erfindungsgemäßes Kalibrierobjekt zur automatischen Kalibrierung einer bildgebenden Antennenanordnung weist eine bekannte Form mit einer reflektierenden Oberfläche auf, wobei das Kalibrierobjekt mindestens einen auf die Antennenanordnung gerichteten Diffusreflektor auf oder neben der reflektierenden Oberfläche aufweist und der Diffusreflektor auftreffende Signale diffus reflektiert, wobei der Diffusreflektor als nadelförmiger, metallischer oder metallisierter Stift ausgebildet ist und eine Spitze aufweist, deren Ausdehnung in der Größenordnung wie die Wellenlänge der Signale ist.
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Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems, eines erfindungsgemäßen Kalibrierobjekts sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kalibrierobjekts in perspektivischer Darstellung;
- 2A ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kalibrierobjekts in perspektivischer Ansicht;
- 2B ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kalibrierobjekts in Seitenansicht;
- 3 beispielhafte Abbildungen eines erfindungsgemäßen Diffusreflektors und
- 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ablaufdiagramm.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein System 1 zur automatischen Kalibrierung einer Antennenanordnung 2 mithilfe einer Auswerteeinheit 4, die mit der Antennenanordnung 2 verbunden ist. Die Antennenanordnung 2 umfasst eine Vielzahl von Antennen 5, die jeweils als Sender bzw. als Empfänger arbeiten. Die Antennenanordnung kann dabei entweder eben oder gekrümmt, beispielsweise zylindrisch, geformt sein. Zur Erzeugung einer Abbildung eines Objekts wird beispielsweise die Antennenanordnung 2 multistatisch betrieben, sodass jeweils eine Antenne 5 ein Signal 6 aussendet. Die von einem Objekt, hier einem Kalibrierobjekt 3, reflektierten Signale 6' werden von jeder Antenne 5' außer der Sendeantenne 5 empfangen und in Amplitude und Phase gemessen. Die Signale 6, 6' weisen bevorzugt eine Frequenz im Bereich zwischen 30GHz und 500GHz, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 50GHz und 200GHz, auf.
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Diese Daten werden an die Auswerteeinheit 4 weitergeleitet. Dabei werden die gemessenen Signale 6' mithilfe eines digitalen Strahlformungsalgorithmus auf die reflektierenden Objektpunkte zurückgerechnet und somit eine Abbildung des gesamten Objekts erzeugt. Statt einer rein elektronischen Strahlformung kann die Strahlformung durch eine halb-mechanische Antennenanordnung 2 erreicht werden.
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Um eine scharfe, hochauflösende Abbildung erstellen zu können, muss die Phasenlage zwischen jedem möglichen Sender-/Empfängerantennenpaars exakt bekannt sein. Um diese Phasenlage zu ermitteln, wird eine Kalibrierungsmessung an einem Kalibrierobjekt 3 mit genau bekannter Oberflächenstruktur und genau bekanntem Abstand zwischen Antennenanordnung 2 und jedem Punkt der Oberfläche des Kalibrierobjekts 3 durchgeführt.
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1 zeigt ein Kalibrierobjekt 3 mit zylindrischer Oberfläche, die insbesondere in dem Bereich, der der Antennenanordnung zugewandt ist, eine stark reflektierende, spiegelnde Oberfläche 7 besitzt. Auf oder neben der spiegelnden Oberfläche 7 ist mindestens ein Diffusreflektor 8, hier mehrere Diffusreflektoren 8, am seitlichen Rand der spiegelnden Oberfläche 7 angeordnet. Die Diffusreflektoren 8 weisen dabei in Richtung der Antennenanordnung 2. Die Form und Größe des Kalibrierobjekts ist so gewählt, dass reflektierte Signale 6' gleichmäßig über die gesamte Antennenanordnung 2 empfangen werden, so dass für jedes Sende-/Antennenpaar Messwerte vorliegen.
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Die Messsignale werden an die Auswerteeinheit 4 weitergegeben. Über eine Eingabeeinheit 41 der Auswerteeinheit 4 werden die Positionskoordinaten des Kalibrierobjekts 3 z. B. durch die Lage eines Punkts auf dem Kalibrierobjekt (x, y, z) und dessen Neigungswinkeln φx-y und φy-z, z.B. gegenüber der Antennenebene, eingegeben. Nachfolgend wird die Lage der Oberfläche des Kalibrierobjekts 3 aus den Positionskoordinaten ermittelt und die von diesem Kalibrierobjekt erwarteten reflektierten Signale berechnet. Eine erste Berechnungseinheit 42 weist die entsprechenden Mittel dazu auf. Eine zweite Berechnungseinheit 43 ist ausgebildet, um aus den gemessenen Signalen und den berechneten Reflexionen die Kalibrierdaten zu berechnen und diese für nachfolgende Berechnungen von Abbildungen abzuspeichern. Unter Berücksichtigung dieser Kalibrierdaten wird eine Abbildung des Kalibrierobjekts 3 erstellt. Die Mittel dazu weist eine Abbildungseinheit 44 auf.
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Durch die nicht exakt bekannten Positionskoordinaten weisen insbesondere die Abbildungen der Diffusreflektoren 8 Störungen auf. In 3 sind verschiedenen Abbildungen eines Diffusreflektors 8 mit runder Kontur dargestellt. zeigt dabei eine ideale Abbildung mit scharf umrissener Kontur und hoher Helligkeit. Die des Diffusreflektors 8 zeigt dagegen eine geringe Auflösung, d.h. einen größeren Durchmesser mit diffuser Kontur. Die und zeigen eine verzerrte Abbildung des Diffusreflektors 8, wobei in eine Verzerrung in x-Richtung und in eine Verzerrung in x-y-Richtung gezeigt ist. weist eine geringe Helligkeit auf und deutet somit auf einen Fehler in der Abstandskoordinate hin. Aus Verzerrungen, wie in und dargestellt, kann auf eine Abweichung der Neigung des Kalibrierobjekts von der angenommen Lage geschlossen werden.
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Die Abbildungen der Diffusreflektoren werden mit Hilfe numerischer Optimierungsverfahren bewertet. Geeignete Verfahren sind dabei beispielsweise eine Gradientenmethode oder ein heuristischer, inbesondere ein genetischer Optimierungsalgorithmus, der beispielsweise aus der Fläche der Abbildung und der Orientierung von Verzerrungen Korrekturwerte für die Positionskoordinaten des Kalibrierobjekts ermittelt. In diese Korrekturwerte gehen auch eine Bewertung der Auflösung und der Helligkeit der Abbildungen ein. Eine Korrektureinheit 45 der Auswerteeinheit 4 umfasst die dazu notwendigen Mittel.
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Entsprechend korrigierte neue Positionskoordinaten werden nun für eine Neuberechnung der Lage der Oberfläche und daraus der erwarteten reflektierten Signale des Kalibrierobjekts verwendet und darauf basierend werden neue Kalibrierungsdaten berechnet. Unter Berücksichtigung dieser neuen Kalibrierungsdaten wird nun wiederum eine Abbildung des Kalibrierobjekts erstellt und aus der Darstellung der Diffusreflektoren Korrekturen der Positionskoordinaten ermittelt. Dies wird so lange wiederholt, bis ein zufriedenstellendes Bild der Diffusreflektoren erzielt wird. Eine Iterationseinheit 46 der Auswerteeinrichtung 4 umfasst Mittel, die die Wiederholung der Auswertung zu steuern.
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2A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kalibrierobjekts 31 mit einer ebenen reflektierenden Oberfläche 71. Mehrere neben der reflektierenden Oberfläche 71 verteilt angeordnete Diffusreflektoren 81 weisen eine runde Kontur auf und sind beispielsweise als Ausnehmungen oder Löcher in dem Kalibrierobjekt 31, das aus einem metallischen Material ist, ausgebildet. Insbesondere an den Kanten solcher Ausnehmungen werden die Signale diffus reflektiert. Die Diffusreflektoren 81 können alternativ auch aus einem Material mit diffuser Oberfläche bestehen, die auf die Oberfläche des Kalibrierobjekts 31 fixiert sind. Dabei ist die Position jedes einzelnen Diffusreflektors 81 in x-y-Richtung als auch bezüglich des Abstands z von der Antennenanordnung genau bekannt.
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In 2B ist ein Kalibrierobjekt 32 mit ellipsoidförmiger Oberfläche in Seitenansicht dargestellt. Dabei ist lediglich die der Antennenanordnung zugewandte Oberfläche dargestellt. Die Form des Kalibrierobjekts 32 auf der der Antennenanordnung 2 abgewandten Seite kann beliebig ausgeführt sein und ist für die Kalibrierung irrelevant. Der reflektierende Bereich der Oberfläche 72 ist auch hier schraffiert dargestellt.
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Am Rand der reflektierenden Oberfläche 72 sind mehrere Diffusreflektoren 82 angeordnet. Der Diffusreflektor 82 weist eine kreuzförmige Kontur auf und kann, wie bereits erwähnt, als Ausnehmung ausgeformt sein oder durch ein Material mit diffus reflektierender Oberfläche gebildet werden. Die Diffusreflektoren sind beispielsweise durch einen metallischen Stift gebildet, dessen Spitze eine Ausdehnung in der gleichen Größenordnung wie die Wellenlänge der Signale aufweist. Unter Werten in gleicher Größenordnung sind dabei Werte innerhalb eines Intervalls von einer Dekade um die Wellenlänge des Signals zu verstehen, d.h. Werte innerhalb eines Intervalls mit einem Faktor von maximal 3,3 und minimal 0,33 der betrachteten Wellenlänge. Hier wirkt insbesondere die Spitze als Diffusreflektor, von dem Signale isotrop in alle Richtungen reflektiert werden. Diese nadelförmigen metallischen bzw. metallisierten Stifte sind bevorzugt auf die Antennenanordnung gerichtet angeordnet. Der Abstand der Spitze von der Oberfläche des Kalibrierobjekts 32 muss genau bekannt sein. Solche nadelförmigen Diffusreflektoren eigenen sich insbesondere bei Signalen mit sehr hoher Frequenz und somit kleiner Wellenlänge.
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Anhand von 4 wird nun das Verfahren 100 der automatischen Kalibrierung einer bildgebenden Antennenanordnung in Form eines Ablaufdiagramms erläutert. Das Verfahren 100 kann beispielsweise als ein Computerprogramm ausgebildet sein, das in einer Auswerteeinheit 4 ausgeführt wird.
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Zur Kalibrierung reicht es aus, eine einzige Messung mit dem Kalibrierobjekt bei einer Frequenz oder wahlweise auch bei mehreren Frequenzen durchzuführen. Alternativ können auch mehrere Messungen, bei denen das Kalibrierobjekt an verschiedenen Positionen positioniert ist, durchgeführt werden.
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Zur automatischen Kalibrierung wird nun im Verfahrensschritt 101 die bekannte mit einer Ungenauigkeit behaftete Position des Kalibrierobjekts 3, 31, 32 durch Angabe von Positionskoordinaten vorgegeben. Aus den Positionskoordinaten und der bekannten Form des Kalibrierobjekts 3, 31, 32 ist die Entfernung jedes Oberflächenpunktes von der Antennenanordnung 2 bekannt.
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Im Schritt 102 werden nun die erwarteten Reflexionen des Kalibrierobjekts 3, 31, 32 berechnet. Aus einem Vergleich der gemessenen reflektierten Signale mit den berechneten Reflexionen wird die Phasenlage der einzelnen Sende-/Empfangsantennenpaare berechnet und als Kalibrierdaten zur weiteren Berechnung von Abbildungen beliebiger Objekte gespeichert, siehe Schritt 104. Unter Verwendung dieser Kalibrierungsdaten wird nun in Schritt 105 eine Abbildung des Kalibrierobjekts 3, 31, 32 rekonstruiert.
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Da zur Abbildung eines Diffusreflektors alle auf der Antennenanordung 2 auftreffenden diffus reflektierten Signale beitragen, wird der Diffusreflektor nun erkennbar. Die Abbildungen der Diffusreflektoren werden bezüglich ihrer Form, ihrer Helligkeit und ihrer Auflösung entweder einzeln oder zusammen über numerische Optimierungsverfahren bewertet. Daraus werden Korrekturwerte, siehe Schritt 106, für die ursprünglich eingegebenen Positionsdaten berechnet.
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Nach der Berechnung von Korrekturwerten wird beispielsweise ein Iterationszähler, siehe Schritt 107, erhöht. Ist eine vorgegebene Anzahl von Iterationen noch nicht erreicht, so werden im Schritt 109 mit den Korrekturwerten neue Positionskoordinaten ermittelt und die Schritte 102 bis 106 erneut durchlaufen. Alternativ kann eine weitere Iteration durchgeführt werden, wenn beispielsweise die Korrekturwerte einen bestimmten vorgegebenen Schwellwert überschreiten. Dies wird solange durchgeführt, bis entweder die festgesetzte Anzahl an Iterationsschritten erreicht ist oder die Abweichung unter einen festgesetzten Schwellwert fällt. Ist dies der Fall, endet die automatische Kalibrierung im Schritt 110, indem die ermittelte tatsächliche Position bzw. die Positionskoordinaten festgehalten werden.
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Durch dieses Verfahren 100 ist es möglich, aus einer nur ungefähr bekannten Position des Kalibrierobjekts 3, 31, 32 eine exakte Kalibrierung der Antennenvorrichtung 2 durchzuführen, sodass der Aufwand zur genauen Positionierung des Kalibrierobjekts 3, 31, 32 erheblich reduziert wird. Dabei wird das bildgebende Verfahren selbst zur Ermittlung von Korrekturwerten verwendet.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale können im Rahmen der Erfindung beliebig miteinander kombiniert werden.
