用于补偿相位噪声的方法和装置与流程
本发明涉及一种用于补偿初级雷达系统、例如遥感系统或具有高相位噪声分量的系统中的噪声、尤其是相位噪声的方法和装置。
背景技术：
原则上已知初级雷达系统，特别是fmcw初级雷达系统(其中fmcw代表调频连续波)。具有可由本地振荡器产生的线性频率斜坡的发送的fmcw信号可以被表示为
其中，fc是载波频率，μ＝b/ts是频率斜坡关于时间(扫频率)的斜率，并且
被利用混频器混频到基带中，该混频是根据
(在此，运算*表示复共轭)，其中，由所谓的拍频
可以通过变换来确定传输信道中的电磁波的运行时间，并由此确定与对象的距离。例如，这可以借助于傅立叶变换来完成。
备选地，代替混频，也可以优选在低频下执行相关。
但是，在良好的信噪比(snr)的情况下，相关的相位噪声(即第二分量fb(t))表示对遥感系统可达到精度的限制。在此，与对象的距离的估计的方差取决于随机序列δf(t)的统计特性，也就是说在这种情况下，这尤其意味着取决于信道中的运行时间，并随距离或运行时间的增加而增加。由热噪声引起的附加影响在该表示中被假设为比相位噪声低得多，并且因此可以忽略。
技术实现要素：
本发明的目的是，提出一种方法或一种装置，用于以尽可能简单的方式有效地补偿噪声、特别是相位噪声。
该目的尤其是通过根据独立权利要求的方法或装置来实现。
特别地，该目的通过一种用于补偿初级雷达系统中的噪声、特别是相位噪声的方法来实现，其中，具有由噪声引起的第一干扰分量的第一发送信号(第一雷达信号)通过发送接收单元发送，
其中，具有由噪声引起的第二干扰分量的至少一个第二发送信号(第二雷达信号)与第一发送信号同时或时间重叠地通过发送接收单元发送，
其中，发送信号优选被提供成，使得在进一步处理和评估发送信号时，至少部分地补偿由干扰分量造成的相移和/或频移。
优选地，
-在至少一个对象上反射第一发送信号，以便反射的第一接收信号到达发送接收设备，
-由第一发送信号和第一接收信号特别是通过混频来产生第一测量信号，
-在至少一个对象(特别是在第一项目符号“-”处提到的至少一个对象)处反射第二发送信号，以便第二接收信号到达发送接收设备，并且
-由第二发送信号和第二接收信号特别是通过混频产生第二测量信号。
本发明的(可选的独立)方面是，不仅产生第一发送信号或第一测量信号，而且还产生(至少一个)第二发送信号或(至少一个)第二测量信号，它们被提供成，使得由(相位)噪声造成的(例如测量频率、尤其是混频或拍频的)相移和/或频移至少可以被部分抵消(或可以补偿)。备选地或者附加地，代替混频，也可以优选在低频下执行相关。
术语“发送信号”和“发送的信号”被同义使用以及术语“接收的信号”和“接收信号”被同义使用。发送或接收的信号尤其是(从发送接收单元无线地发送或无线地到达发送接收单元的)hf信号或雷达信号。
特别地，测量信号应理解为混频信号，该混频信号是由发送的信号和基于发送的信号的(在对象处)反射或接收的信号得出。特别地，这种混频可以是所接收的(反射的)信号与所发送的信号的复共轭乘法。
总体而言，该方法能实现有效地减少或(完全)抑制(相关的)相位噪声。因此，例如可以改善在遥感系统中的距离确定精度。
优选地，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和形式有效地减小(或完全抑制)(相关的)相位噪声。
优选地，第二信号的发送与第一信号的发送同时或至少时间重叠地发生。时间重叠尤其应理解为，至少在发送第一信号和第二信号的信号持续时间的20％、优选50％期间被发送。
优选地，第一发送的信号具有至少一个与第二发送的信号的因子复共轭的因子。由此可以以简单的方式和形式有效地减小(抑制)相位噪声。特别地，可以以简单的方式和形式(优选地通过混频)产生具有复共轭的干扰分量的测量信号。
在优选的实施方式中，第一发送的信号具有至少一个具有第一斜率的频率斜坡，并且第二发送的信号具有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符号。进一步优选地，第一斜率和第二斜率的量相等(至少基本上)相同。由这样的发送的信号可以以特别简单的方式和形式产生测量信号(混频信号)，该测量信号减少(消除)了相位噪声。
用于第一和第二测量信号或用于第一和第二发送的信号的基本hf信号优选地由相同的hf发生器(本地振荡器，简称：lo)产生。然后可以特别有效地抑制随之产生的(相关的)相位噪声。通常，第一和第二发送的信号优选被提供成，使得它们具有相关的相位噪声。
基本hf信号尤其应被理解为高频信号，该高频信号(直接)源自于相应发生器(振荡器)的输出。然后，如有必要，可以随后对该基本hf信号进行调制。
基本hf信号和/或发送的(hf)信号(或雷达信号)可以具有至少100mhz或至少1ghz的一个频率或多个频率。
优选地，第一发送的信号或第一测量信号基于第一调制发生器的输出，并且第二发送的信号或第二测量信号基于第二调制发生器的输出。备选地，第一和第二发送的信号或第一和第二测量信号可以基于共同的调制发生器的输出。就使用共同的调制发生器而言，尤其可以使用通过直接数字合成(dds)产生的信号。
优选地，产生用于(具有相对较低的频率的)第一和/或第二发送信号的(基本)信号，并且然后利用调制发生器，特别是矢量调制器，对各个发送信号进行调制，优选地通过将调制信号施加到调制发生器、特别是矢量调制器的实数或复数输入来产生第一和/或第二发送信号，所述施加这样来进行：除了第一发送信号之外，还产生第二和优选镜像的发送信号。
优选地，由第一和/或第二测量信号得出频率(优选地包含运行时间信息)，特别是拍频。备选地或附加地，测量信号或从测量信号中导出的信号或其部分，特别是相应的频率(优选地包含运行时间信息)，优选拍频，彼此组合，优选地相加。
在第一优选备选方案中，第一测量信号可以由第一混频器产生，并且第二测量信号可以由第二混频器产生。在第二备选方案中，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)混频器产生。由此可以以简单的方式和形式产生具有期望特性的测量信号。
在各实施方式中，(第一和第二)测量信号可以是fmcw信号、特别是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)的混频积。这些信号优选地利用(共同的)本地振荡器产生。
上述目的还通过一种用于补偿初级雷达系统中的噪声、尤其是相位噪声的装置来实现，尤其是用于执行上述方法，该装置包括发送接收单元，该发送接收单元用于产生和发送具有由噪声引起的第一噪声分量的第一发送信号，并且用于产生并同时或时间重叠地发送具有由噪声引起的第二干扰分量的至少一个第二发送信号，使得在进一步处理和评估发送信号时，由干扰分量引起的相移和/或频移至少部分地得到补偿。
优选地，提供一种测量信号产生设备，用于由第一发送信号和基于第一发送信号的反射的第一接收信号来产生第一测量信号(sm1(t))，并且用于由第二发送信号和基于第二发送信号的反射的第二接收信号产生第二测量信号(sm2(t))。
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优选彼此复共轭。
优选地，第一发送信号具有与第二发送信号(s2(t))的第二因子复共轭的第一因子。
优选地，该装置包括发送接收设备，该发送接收设备用于发送第一信号并用于接收在至少一个对象处反射的反射的第一信号，并且用于发送第二信号并用于接收在至少一个对象处反射的反射的第二信号。
在一种优选的实施方式中，发送接收单元包括发送天线和接收天线，发送天线发送第一和第二信号，并且接收天线接收反射的第一和第二信号。在一种备选的实施方式中，发送接收单元可以包括共同的发送接收天线，共同的发送接收天线发送第一信号并接收反射的第一信号，并且发送第二信号并接收反射的第二信号。如果需要，第一信号和第二信号也可以通过不同的(第一发送天线和第二发送天线)进行发送。原则上，可以提供多个发送和/或接收天线。
优选地，测量信号产生设备(特别是包括一个或多个混频器)被构造成特别是通过混频而由发送的第一信号和反射的第一信号产生第一测量信号，并且被设置成特别是通过混频而由发送的第二信号和反射的第二信号产生第二测量信号。
在一种实施方式中，测量信号产生设备包括第一测量信号产生单元，特别是第一混频器，以及第二测量信号产生单元，特别是第二混频器，其中，第一测量信号产生单元特别是通过混频来产生第一测量信号，并且第二测量信号产生单元特别是通过混频来产生第二测量信号。在一种备选的实施方式中，测量信号产生设备包括共同的测量信号产生单元，特别是共同的混频器，其中，共同的测量信号产生单元特别是通过混频来产生第一测量信号，并且特别是通过混频来产生第二测量信号。
该装置优选地具有hf发生器，该hf发生器用于产生用于第一和第二测量信号或用于第一和第二发送的信号的基本hf信号。hf发生器可以是压控振荡器(vco代表压控振荡器)。优选地，设置第一调制发生器，发送的第一信号或第一测量信号基于第一调制发生器的输出，并且设置第二调制发生器，发送的第二信号或第二测量信号基于第二调制发生器的输出。备选地，可以设置共同的调制发生器，第一和第二发送的信号或第一和第二测量信号基于共同的调制发生器的输出。
此外，通过使用上面的方法和/或上面的装置来增加遥感系统中的距离测量精度，可以进一步实现上述目的。
如果有必要，上面的方法和/或上面的装置也可以用在用于测量短距离的系统中(特别是具有相对简单构造或完全缺少的pll)。
所述目的还通过一种雷达系统，特别是初级雷达系统(用于遥感)来实现，该雷达系统被设计为执行上述方法和/或包括上述类型的装置。
原则上可以使用第一测量信号和恰好一个第二测量信号。但是，也可以使用两个以上的测量信号。只要至少一个第二测量信号被构造成，使得由(相关的)噪声、特别是相位噪声引起的频移至少部分地与第一测量信号的由噪声、尤其是相位噪声引起的频移相反，则最终可以至少实现相位噪声的减小。例如也可以想象的是，使用三个测量信号，其中第二和第三测量信号具有与第一测量信号相反的频移，从而可以整体有效地补偿(相关的)噪声，尤其是相位噪声。
附图说明
下面借助实施例和附图更详细地阐释本发明。
图示：
图1是根据本发明的用于补偿相位噪声的装置的示意图；
图2是频率图；
图3是根据本发明的装置的一种备选的实施方式；并且
图4是根据本发明的装置的另一实施方式。
具体实施方式
在下面的描述中，对于相同和等同的部件使用相同的附图标记。
图1示出了初级雷达系统。该初级雷达系统包括具有至少一个本地振荡器lo、两个混频器m1和m2以及两个调制发生器g1和g2的发送接收单元see。利用根据图1的初级雷达系统尤其应确定与一个或多个对象的距离，该对象可以通过双向传输信道(通常是空气传输信道)与发送接收单元see分开。在这种情况下，调制信号通过发送天线tx经由传输信道发送、被接收天线rx接收、并且然后利用混频器m1、m2混频到基带中。然后可以(数字地)处理混频信号的(由定义的运行时间引起的)频移。由此可以获取距离信息。
尤其在当前情况下，这是借助于特定配置的信号形式对相关相位噪声进行(完全)补偿。由此一方面可能的是，对用于产生高频(载波)信号的组件的质量(例如频率稳定性)提出较低要求。另一方面，相位噪声水平优选不(再)代表距离测量精度的下限。
在根据图1的实施方式中，产生第一测量信号sm1(t)(混频信号)。然后，该第一测量信号可以由另一个组件(该组件可能是发送接收单元see的组成部分)接收并进行进一步处理(如下文详细描述)。同时(或至少时间重叠)第二测量信号sm2(t)(特别是混频信号)被产生、被另一组件接收并被进一步处理。第二测量信号(混频信号)的特点是，由相位噪声引起的频移与同时(或至少时间重叠)发送和接收的第一测量信号(第一混频信号)(精确)相反。
图1示出了一种(相对简单的)构造，在其中，利用调制发生器g1和g2由相同的时钟源lo产生第一和第二信号。备选地，也可以仅提供一个调制发生器；例如使用借助于直接数字合成(dds)进行工作的调制发生器。这会导致，两个测量信号(第一和第二测量信号)都受到噪声分量(尤其是相位噪声或fmcw斜坡的均匀出现的非线性)的相反影响。使用一个或两个混频器进行的混频过程基本上可以产生四个信号分量，其中一个与测量相关的信号分量具有相对低的拍频，并且能够例如利用硬件和/或软件实施方案中的低通滤波器与高频分量分开。
图2示出了发送的和接收的信号的时间变化曲线。在此，s12(t)是由传统fmcw雷达的上述描述已知的呈上升(线性)频率斜坡形式的发送信号，并且s22(t)是在对象上反射的接收信号。信号s12(t)在下文中被称为第一发送的信号。以下将信号s22(t)称为反射的第一信号。另外，现在同时第二信号s11(t)被发送、反射并且在运行时间之后在传输信道中被接收(称为反射的第二信号s21(t))。在此重要的是，该第二发送的信号s22(t)的(斜坡)斜率被选择为负(或具有不同于第一发送的信号s12(t)的符号)。
通常，图2中的变化曲线仅被视为可能的实施方式。例如，备选地，也可以仅选择或使用在那里示出的信号变化曲线的局部。特别是，也可以选择时移的局部(例如从ts/2开始)。可能的备选方案还可以是(同时)使用多个频率斜坡，例如多个第二发送的信号或第二测量信号(混频信号)。原则上，也可以使用其他的雷达信号形式，例如sfcw(步进频率连续波)，正交频分复用(ofdm)，优选至少要使第二测量信号(混频信号)与第一测量信号(混频信号)具有复共轭。
图1所示的发送的信号可以通过
以及
来描述，其中，b是雷达系统的所使用的带宽，并且μ＝b/ts指定扫频率(即，每单位时间的频率增加)。接收的信号s21(t)＝as11(t-τ)和s22(t)＝as12(t-τ)在这里也被认为是发送的信号的衰减的和时移的版本。在发送的信号与接收的信号的混频过程以及低通滤波(优选由测量系统的硬件执行以减少热噪声和与其他无线电应用的干扰)之后，形成混频积
以及
在此假设，测量系统只能处理正频率，这对应于根据图1的基本结构。类似地，对于本领域技术人员而言，能够找到对根据图3和图4的系统的描述。通过这些混频积，可以通过微分来计算两个拍频
和
如在上面所示的情况那样，该拍频由于相关的噪声分量δf(t)而受到统计偏差。基于混频信号的复共轭相位变化曲线，如果δf(t)为正，则信号fbl(t)移至较高频率，并且信号fb2(t)移至较低频率。
通过求和而在下面得出(综合的)测量频率
fb(t)＝fb1(t)+fb2(t)＝2μτ
该测量频率不再具有与相关的相位噪声δf(t)的相关性。可以根据τ求解该结果并且通过关系τ＝2x/c0利用电磁波的传播速度c0来估计与对象的距离。
由于该线性关系，能够执行多个对象的检测，即接收发送的信号的多个时移的和衰减的副本(目标响应的叠加或线性组合)。
根据图1的实施方式包括两个(实值)混频器，所述混频器可以特别地用于分离向上扫描和向下扫描。如果需要，各混频器可以仅由一个(复)混频器(特别是图3中的混频器mrx)代替。在此，可以产生具有正频率的测量信号(混频信号)和具有负频率的第二测量信号(混频信号)。备选地或附加地，图1中的两个调制发生器g1和g2也可以由调制发生器g(见图3)代替。然后紧接着必要时将其信号与发送混频器mtx混频，这两个发送信号(根据图3)可以必要时表示上边带和下边带。
在根据图4的实施方式中，代替两个(分开的)发送和接收天线，提供了(共同地)用于发送和接收的单个天线。在这种情况下，可以使用传输混频器(tm)，传输混频器尤其可以在fmcw系统中具有有利的传输特性。
上述方法或上述系统可以用于抑制相位噪声，特别是也以便例如减少用于低相位噪声地产生高频载波信号的硬件要求(诸如对锁相环的质量的要求)。从中产生的误差可以(随后)通过上述方法进行补偿。
此处要指出的是，上述所有部件或功能被认为是单独的并且在任意组合中，特别是附图中所示的细节，被认为是对本发明重要而要求保护。其变化是本领域技术人员熟悉的。
附图标记列表
g调制发生器
g1调制发生器
g2调制发生器
lo本地振荡器
m混频器
m1混频器
m2混频器
mrx(接收)混频器
mtx(发送)混频器
rx接收天线
s1(t)第一信号
s2(t)第二信号
s1(t-τ)第一反射或接收的信号
s2(t-τ)第二反射或接收的信号
sm1(t)第一测量信号(混频信号)
sm2(t)第二测量信号(混频信号)
see发送接收单元
tm(传输)混频器
tx发送天线
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！