专利名称：用于在调频的雷达系统中的干扰抑制的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于在调频的雷达系统中的干扰抑制的一种系统和一种方法。
背景技术：
低功率的雷达系统通常使用扫描方法，其中在固定的时间光栅和频率场中扫描依次单个离散的频率。接着，可以通过获得的检测到的信号的颠倒的傅里叶变换计算出脉冲回答。例如，这种雷达系统的应用范围是反射的表面波延迟线、液位雷达系统和雷达测距仪的读取。在这些通常使用低的扫描-或发射功率的系统中，由于大量伪迹而导致对检测到的测量信号的分析通�：苈榉场�
发明内容
因此，本发明的目的在于，避免在分析通过时间-和频率扫描产生的测量信号时出现伪迹。该目的通过根据独立权利要求所述的系统和方法实现。在从属权利要求中得到本发明的有利的改进方案。令人惊异地已经证明了，当避免固定的时间-频率对应关系时，可以避免扫描时出现伪迹，当检测到的反射的功率周期性波动时产生该伪迹。由此，检测到的反射的功率中的周期性变化不再作为频率周期性的输入信号输入傅里叶变换中，并进而在投影区域中不出现离散的线。因此，尤其当在时间范围内使用伪随机分配的扫描光栅时，干扰转换为噪声信号。因此，根据本发明的系统包括用于发射尤其用于扫描的第一微波射束的发射机；用于检测由第一微波射束得出的第二微波射束的接收机。根据应用情况，该第二微波射束可以是直接或间接的反射或者是在接收第一微波射束之后产生的第二微波射束。发射机和接收机与控制装置连接。例如，在此可以是共同的控制装置或是分别用于发射机和接收机的控制装置。该控制装置设计用于，控制第一微波射束的发射以及此外在检测第二微波射束时，使第二微波射束与第一微波射束相关联并分析第二微波射束。在多个时刻发射第一微波射束。为单个的时刻分别分配了不同的频率。在此，可以是单个离散的频率，该频率例如设想用于覆盖确定的频率范围。然而，也可以单独地扫描多个分开的频率范围，或者分别仅发射单个的离散的频率。可替换地，也可以在确定的时间-和频率范围上执行对第一微波射束的频率的连续的调制。根据本发明设有两个可替换方案用于避免出现伪迹，然而这两个可替换方案也可以有利地相结合。一方面可以设计为，第一微波射束发射的时刻与该第一微波射束的频率的对应关系是随机的或伪随机的。已经提到的取消固定的时间的频率扫描光栅防止了以下情况第二微波射束的功率中的周期性的变化导致伪迹。可替换地或附加地可以设计为，在发射第一微波射束的时刻，发射或接收所需的时间段的长度是随机的或伪随机的。当发射时间段为直接相继的顺序时，发射时间段的长度的变化同样导致了，即在发射时刻和发射频率之间不产生直接关系。同样地，例如可以通过检测到的第二微波射束的不同长度进行的取平均值而随机地或伪随机地改变用于接收得出的第二微波射束的时间段。因此，两个可替换方案都实现了发明构思，即在发射微波询问-或扫描信号时取消时间和频率的固定的周期性对应关系。该系统可以是雷达系统。在此，雷达这个概念理解为发射电磁波，该电磁波的波长在一米和一毫米之间，这对应于约300MHz至约300GHz的频率范围，作为第一或初级微波射束并且接收由此得出的、例如反射的第二或次级微波射束。这种雷达系统的应用范围的内容不应该仅是定位一个对象，而且应该包括所有应用范围，例如像询问距离较远的传感器的信息或者检测液位高度、速度等。在这种情况下，为了产生第二微波射束和为了分析利用第二微波射束传输的信息，可以在雷达频带内应用普遍的雷达原理，如Puls (脉冲),Chirp (线性调频脉冲)或FMCW(调频连续波)。在脉冲方法中，发射短的电脉冲或短的波包作为第一微波射束。在确定的传输时间后，该询问信号到达对象。在另一时间间隔之后，接收相应的应答信号作为第二微
波射束。由发射脉冲或波包和应答信号到达之间的时间段可以得到关于(例如在液位雷达中的)例如距离的结论。在FMCW 方法(FMCW-雷达=调频连续波雷达，moduliertes Dauerstrichradar)中，连续地发射第一微波射束作为连续波，并调制其频率，也就是说，频率例如线性增大，以便在确定的频率时，突然调回初始值。作为这种锯齿图案的替换，频率也可以连续交替地上升和降低或者也可以被另外地调制。由于在信号传播期间第一微波射束的频率改变，因此第二微波射束的时间错开地接收的信号的频率相对于第一微波射束的频率延迟了确定的差值。例如，由该频率差值可以确定距离。在Chirp方法中，频率调制的脉冲用作为第一微波脉冲。根据本发明的一个有利的改进方案，发射机发出具有可改变的频率的第一微波射束。例如，为此发射机具有用于第一微波射束的频率调制器。联系提到的FMCW-或Chirp方法，这样是特别有利的。为了有利地改进取消时刻和频率的固定的对应关系的思路、即时刻和频率的随机的或伪随机的对应关系的原则，可以设计为，频率等距离地布置。频率尤其可以布置在一个列表中。通过从等距离的频率的列表中随机地选择发射频率，即通过第一微波射束的发射频率的这种随机的跳跃(“random hopping”随机跳频)，避免第二微波射束的周期性的功率波动和第一微波射束的发射时刻之间的固定的相位关系，以及避免了否则会由此产生的伪迹。可替换地或附加地可以设计为，在频率之间的等待时间是随机的或伪随机的。通过等待时间的随机的分配同样消除了在功率波动和询问发射频率的时刻之间的固定关系，否则该固定关系会导致伪迹。此外，还可以设计为，接收机包括用于取测量的平均值的取平均值装置，其中，平均值的数量是随机的或伪随机的。当第一微波射束的发射和第二微波射束的接收之间的时间短且因此可以在一个时间段内执行大量的测量或询问时，这样是尤其有利的。取平均值装置的应用本身允许了改进信号-至-噪声关系。随机的或伪随机的数量的平均值又达到了避免已经提到的伪迹的效果。
在本发明的一个特殊的实施方式中可以设计为，即系统包括具有叉指式转换器(Interdigitalwandler IDT)的传感器,该叉指式转换器把第一微波射束转换为表面波并产生第二微波射束。此外可以设计为，即传感器包括天线、压电晶体和反射器以及额外地包括共振器或延迟线。这种传感器也称为表面波-无线电传感器。叉指式转换器可以安置在压电晶体的薄板上作为梳状的、微型结构的金属化部并与天线连接。例如，这个或这些反射器可以作为微型结构的金属化部形成在传感器的基体表面上。第一微波射束被传感器的天线接收，并通过叉指式转换器借助于反压电效应转换为传播的机械表面波。在该表面波的传播方向上，例如以典型的顺序安置了一个或多个反射器。该反射器反射表面波并把其反射回转换器。在那里，其又通过直接压电效应转换为电磁波并被天线作为第二微波射束发射。为了实现在第一微波射束和第二微波射束之间的分离，可以在传感器上设置结构，该结构实现了在时间范围内和/或频率范围内的分离。延迟线和/或共振器的使用实现了 把第一微波射束一直存储在传感器上，直到电磁的环境回波消退。在此有利的是声学的表面波的传播速度典型地为仅3500m/s。此外，可以使用通过所谓的双重的键控转换在 不同的频率时激发表面波的叉指式转换器。因此，对传感器来说，额外地获得了声学特性的频率相关性。在一个有利的实施方式中设计为，第二微波射束尤其可以包括关于传感器的一致性或/和关于由传感器检测的测量值的信息。为了把传感器一致性保留在第二微波射束上，例如可以沿表面波的传播方向以典型的顺序设置部分反射的结构。例如，如果第一微波射束由单个的询问脉冲组成，那么通过所述的结构产生多个脉冲，该脉冲被反射回叉指式转换器并在那里又转换为电磁波并被天线发射。可替换地或附加地，例如如此设置传感器，即表面波的传播速度根据测量值变化。因此，表面波传感器的中间频率和运行时间也改变，这又相应地改变了通过天线发射的第二微波射束并进而保留测量值。尤其可以设计为，即传感器检测以下测量值中的一个或多个温度、力、加速度、机械应力、转矩。为了检测温度，例如可以将铌酸锂设计为合适的传感器材料。本发明的一个有利的实施方式设计为，系统设计用于检测旋转的、振荡的和/或振动的装置的运行状态。尤其对像提到的周期性反复的运动来说，会出现周期性的信号功率波动和第一微波射束(即询问射束)的频率的开头提到的不期望的关联性。在这种情况下，有利的是，通过引入频率和时间的随机的或伪随机的对应关系或/和发射-或接收时间段的长度，将所述的分离设计为随机的或伪随机的。由此得到所述实施方式的具体的应用，即装置是传动装置，和传感器布置在传动装置内。在此，传感器例如可以安置在壳体的轴承套上。可替换地或附加地，传感器也可以设置于在壳体内部移动的部件上。在这种情况下尤其可以设计为，即发射-和接收天线定位在传动装置壳体内，该天线通过套管和例如插接式连接器被向外引导。因此，除了壳体内部的天线套管之外，不必敷设例如通向温度传感器的电线，这是因为在传动装置内可以进行无线传输。
此外，由实施例得出根据本发明的系统和/或根据本发明的方法的其它有利的设计方案，下面根据附图详细描述实施例。附图示出图I示出根据本发明的示例性的雷达系统。
具体实施例方式图I示出根据本发明的调频的雷达系统10。系统10包括询问装置11以及传感器
18。询问装置11包括发射机12 、接收机14以及控制-和分析单元16。此外设有开关15以及发射-和接收天线17。发射机12产生微波范围内(也就是说在约300MHz和约300GHz之间的)电磁高频脉冲。为此，在欧洲范围内存在两个频带，在该频带中对于工业、科学和医学目的来说允许小功率的发射机的运行(ISM频带)。该频带处于433MHz和2. 4GHz中，额外的ISM频带处于868MHz中。还可以设想,使用所谓的超宽带(Ultra Wide Band, UWB)。高频脉冲通过包括在发射机12中的调频机13进行调频。在开关15通过控制装置16进入相应的位置之后，该高频脉冲作为询问信号30通过天线17被发射。在开关15的相应的位置中，接收机14通过天线17接收应答信号32。通过控制-和分析单元16检测和分析该应答信号。此夕卜，控制单元16还负责发射机12和接收机14的时间上的和与频率相关的控制并且建立发射-和接收参数的关联性。传感器18包括天线20、叉指式转换器22以及反射器24。由询问装置11的天线17发射的电磁高频询问信号30被传感器18的天线20接收，并借助于叉指式转换器22转换为微声的表面波。为此，叉指式转换器22包括梳状微型结构的金属化部，该金属化部借助于反压电效应产生表面波。反射器24同样是传感器18的基体表面上的微型结构的金属化部，并反射表面波，之后该表面波又击中叉指式转换器22，借助于直接压电效应转换为电信号并通过天线20作为应答信号32发射。应答信号获得关于反射器的数量和位置、反射率以及关于声波的传播速度的信息。应答信号32被询问装置11接收并分析。声表面波的传播速度典型地为仅3500m/s。由此，声表面波构件提供了可能性，即一直把高频脉冲存储在小的芯片上直至电磁的环境回波消退。表面波传感器18的工作范围在直至_196°C的低温下延伸。如果表面波芯片18在真空中焊接，那么传感器也可以用于最低温度应用。在400°C以上，叉指式转换器18的铝结构遭到损坏。此外，常用的表面波-晶体、如铌酸锂、钽酸锂和石英仅受限地适应于高温。然而，也可以应用来自适合高温的晶体的硅酸镧镓和钼电极，以便也在直至约1000°C的温度的情况下使用表面波-无线电传感器。表面波-传感装置的另一个优点在于，测量移动的物体，如旋转的轴、涡轮机或离心部件的温度。在该实施例中，询问装置11以及传感器18布置在示意性示出的传动装置壳体40内。询问装置11借助于控制-和/或信号导线42通过传动装置壳体40中的合适的套管44与传动装置的外部环境相连接。传感器18本身由于存在的与询问装置11的无线电连接而可以自由地设置在传动装置壳体内并且在那里在特别重要的位置上例如进行温度测量。除了测量值温度之外，可供使用的还有额外的物理参量，如压力、机械应力和转矩以及化学测量值，以用于检测和识别气体或液体。所述的表面波-无线电传感器18的大的优点在于，在恶化的工业条件，如剧烈的机械振动、高温、电干扰环境和爆炸气体和危险物质下的可应用性。此外，这种表面波-无线电传感器18的最大有效距离取决于使用的频带、最大允许功率和传感器原理(延迟线、共振器)，并例如处于一米和10米之间。既可以实现具有逐渐消逝的振动的共振器也可以实现具有与条形码类似的应答图案的延迟线。物理测量值，如温度或者机械应力改变了压电的基体的特性并进而改变了表面波的传播特性和反射特性。借助于在控制-和分析单元16中的合适的信号处理，从应答信号32中提取测量值。通过根据本发明的取消频率和时间的对应关系使得例如传动装置40中的时间周期性的过程不再是频率周期性的，并且在分析时不会引起伪迹，而是相对于噪声延迟。快速的傅里叶变换(FFT)、Chirp-或Wavelet (小波)-变换以及基于关联性-和过滤的方法作为可能的分析方法可供使用。可替换地或附加地，还可以使用基于模型的方法，例如像Polynomfit (多项式匹配)-或Least-Square (最小二乘方)_优化。例如，会由于周期性的、旋转的或振荡的运动以及也由于部件的振动而产生提到的干扰，测量应该在所述部件上进行。此外，气体放电灯、周期性调制的反射或者在周期性 变化的阻抗、例如整流器上的反射同样可以引起提到的伪迹。像在提到的实施例中那样，在表面波传感装置中以及也在相关的方法中也可以使用提到的、取消频率和时间的周期性的或规律性的对应关系的原理。在此，例如可列举出表面波识别、液位雷达、雷达测距仪、距离报警雷达、断层距测量装置以及网络分析器。
权利要求
1. 一种系统(10)，具有以下特征 I. I用于发射第一微波射束(30)的发射机(12)； I. 2用于检测由所述第一微波射束(30)得出的第二微波射束(32)的接收机(14); I. 3与所述发射机(12)和所述接收机(14)连接的控制装置(16)； I. 4所述第一微波射束(30)在多个时刻被以对应于所述时刻的不同的频率发射； 1.5所述时刻和频率的对应关系是随机的或伪随机的，和/或用于发射或接收的时间段的长度是随机的或伪随机的； I· 6所述系统(10 )包括具有叉指式转换器(22 )的传感器(18 )，所述叉指式转换器(22 )把所述第一微波射束(30)转换为表面波并产生所述第二微波射束(32)。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统(10)是雷达系统。
3.根据权利要求I或2所述的系统，其特征在于，所述系统(10)根据脉冲方法或FMCW方法或Chirp方法设计。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述发射机(12)发出具有可变的频率的所述第一微波射束(30)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述频率等距离地布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，在所述频率之间的等待时间是随机的或伪随机的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述接收机(14)包括用于取测量的平均值的取平均值装置(15)，其中，平均值的数量是随机的或伪随机的。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述传感器(18)包括天线(20)和/或压电晶体和/或反射器(24)和/或共振器和/或延迟线。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述第二微波射束(32)在时间上相对于所述第一微波射束(30)错开地发射。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述第二微波射束(32)包括关于所述传感器(18)的一致性或/和关于由所述传感器(18)检测的测量值的信息。
11.根据权利要求I至10中任一项所述的系统，其特征在于，所述传感器(18)检测以下测量值中的一个或多个温度、力、加速度、机械应力、转矩。
12.根据权利要求I至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统(10)设计用于检测旋转的或/和振荡的或/和振动的装置的运行状态。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述装置是传动装置(40)，和/或所述传感器(18)布置在所述传动装置(40)内。
14.一种用于在调频的雷达系统中的干扰抑制的方法，所述方法具有以下步骤 .14.I在第一时刻以第一频率发射第一微波射束，和 .14.2接收由所述第一微波射束(30)得出的第二微波射束(32)， 和 .14.3在第二时刻以第二频率发射所述第一微波射束， .14.4接收由所述第一微波射束(30)得出的所述第二微波射束(32)， .14.5其中，所述第二时刻和/或所述第二频率相对于所述第一时刻和/或所述第一频率是随机的或伪随机的，或者其中，在所述时刻，用于发射或接收的时间段的长度是随机的或伪随机的；.14.6所述系统(10)包括具有叉指式转换器(22)的传感器(18)，所述叉指式转换器(22)把所述第一微波射束(30)转换为表面波并产生所述第二微波射束(32)。
全文摘要
本发明涉及一种系统，具有用于发射第一微波射束的发射机；用于检测由第一微波射束得出的第二微波射束的接收机；和与发射机和接收机连接的控制装置。第一微波射束在多个时刻被以对应于该时刻的不同的频率发射。时刻和频率的对应关系是随机的或伪随机的。可替换地或附加地，在该时刻，用于发射或接收的时间段的长度是随机的或伪随机的。本发明还涉及一种用于在调频的雷达系统中的控制抑制的方法。
文档编号G01S13/34GK102884442SQ201180016359
公开日2013年1月16日 申请日期2011年1月21日 优先权日2010年1月29日
发明者克里斯蒂安·黑尔比格, 费利克斯·阿尔兹, 托马斯·奥斯特塔格, 吕迪格·许特尔 申请人:沃依特专利有限责任公司, 普罗－麦克龙有限及两合公司
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