DE19851307B4 - System and method for determining at least one physical quantity - Google Patents
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Abstract
System
zum Ermitteln eines Tiefen- und/oder Reflektivitätswerts aus einem Sendesignal
und einem Empfangssignal, mit:
einer Sendeeinrichtung, die
ein Sendesignal (TRM) einer ersten Frequenz (f1), ersten Phase und
einer ersten Amplitude erzeugt und aussendet,
einer Empfangseinheit,
die das über
einen Signalweg gelaufenen Sendesignal als Empfangssignal (REC)
aufnimmt, wobei das Empfangssignal (REC) eine zweite Phase und eine
zweite Amplitude aufweist,
einem Lokaloszillator (LO), der
ein Signal (LO) mit einer zweiten Frequenz (f2) erzeugt, wobei die
erste und zweite Frequenz einen Frequenzunterschied (f3) aufweisen,
einer
erste Mischeinrichtung (M1), die das Empfangssignal (REC) und das
Lokaloszillatorssignal (LO) mischt, so dass ein Zwischensignal (IF)
mit einer dem Frequenzunterschied entsprechenden dritten Frequenz
(f3) und der zweiten Phase und der zweiten Amplitude erzeugt wird,
und
einer Vergleichseinrichtung, mit der die Phasen und/oder Amplitudenänderungen
(φ*, B*)
von Sendesignal (TRM) zu Empfangssignal (REC) ermittelbar sind,
aus denen ein Tiefen- und/oder Reflektivitätswert (d, Q) bestimmbar...System for determining a depth and / or reflectivity value from a transmission signal and a reception signal, comprising:
a transmitting device which generates and transmits a transmission signal (TRM) of a first frequency (f1), first phase and a first amplitude,
a receiving unit which receives the transmission signal passed via a signal path as a reception signal (REC), the reception signal (REC) having a second phase and a second amplitude,
a local oscillator (LO) generating a signal (LO) at a second frequency (f2), the first and second frequencies having a frequency difference (f3),
a first mixer (M1) mixing the received signal (REC) and the local oscillator signal (LO) to produce an intermediate signal (IF) having a third frequency (f3) corresponding to the frequency difference and the second phase and the second amplitude, and
a comparison device with which the phase and / or amplitude changes (φ *, B *) of the transmission signal (TRM) to the reception signal (REC) can be determined, from which a depth and / or reflectivity value (d, Q) can be determined.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Ermitteln mindestens einer physikalischen Größe, die vorzugsweise bei der aktiven Erzeugung korrespondierender Tiefen- und Reflektivitätsbilder mittels eines Lasers und deren Nutzung zur Umgebungserfassung verwendbar sind.The The present invention relates to a system and method for determining at least one physical quantity, preferably in the active generation of corresponding depth and reflectivity images by means of a laser and their use for environment detection usable are.
Es ist bekannt, zur Entfernungs- und/oder Reflektivitätsmessung ein aktives AMCW- bzw. Amplitudenmodulations-Dauerstrich-Lasermeßsystem zu verwenden. Bei einem derartigen Meßsystem besteht zum Beispiel die Möglichkeit, ein sinusförmiges Sendesignal der Form TRM(t) = sin(ω1t) zum Beispiel mittels einer Halbleiterlaserdiode zu erzeugen und über einen zu vermessenden Signalweg der geometrischen Länge D auszusenden.It is known to use an active AMCW or amplitude modulation continuous wave laser measurement system for distance and / or reflectivity measurement. In such a measuring system, for example, it is possible to generate a sinusoidal transmission signal of the form TRM (t) = sin (ω 1 t), for example by means of a semiconductor laser diode and emit a signal path of geometric length D to be measured.
Aufgrund des Signalwegs weist das Empfangssignal der Form REC(t) = B sin(ω1t – φ) sowohl eine Dämpfung als auch eine Phasenverschiebung bezüglich des ursprünglichen Sendesignals TRM(t) auf. Das Empfangssignal kann dabei zum Beispiel mittels einer Avalanche-Photodiode empfangen werden.Due to the signal path, the receive signal of the form REC (t) = B sin (ω 1 t - φ) has both an attenuation and a phase shift with respect to the original transmit signal TRM (t). The received signal can be received, for example, by means of an avalanche photodiode.
Ein wesentlicher Aspekt bei einem derartigen System besteht nunmehr darin, sowohl die vorliegende Phasenverschiebung als auch die vorliegende Dämpfung hochgenau, das heißt mit einem relativen Fehler von ungefähr 0,01, und mit einer sehr hohen Meßrate, das heißt, bis zu 1·106 Messungen/s, zu bestimmen. Dabei kann das Empfangssignal eine hohe Signaldynamik bzw. Dämpfung von bis zu 80 dB (1:10000) aufweisen.An essential aspect of such a system is now that both the present phase shift and the present attenuation with high accuracy, that is with a relative error of about 0.01, and with a very high measuring rate, that is, up to 1 · 10 6th Measurements / s to determine. The received signal can have a high signal dynamic or attenuation of up to 80 dB (1: 10,000).
Die geometrische Länge D der Meßstäbe und des Signalwegs in der Elektronik kann zum Beispiel mittels der nach folgenden Gleichung (1) direkt berechnet werden.The geometric length D of the dipsticks and the Signal path in electronics, for example, by means of the following Equation (1) can be calculated directly.
Dabei bezeichnet c die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals TRM(t), bezeichnet ω1 die verwendete Meßfrequenz, bezeichnet φ die Phasenverschiebung des Empfangssignals REC(t) bezüglich des Sendesignals TRM(t) und bezeichnet D die geometrische Länge des Signalwegs.Here, c denotes the propagation velocity of the transmission signal TRM (t), ω 1 denotes the measurement frequency used, φ denotes the phase shift of the reception signal REC (t) with respect to the transmission signal TRM (t) and D denotes the geometric length of the signal path.
Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines bei dem zuvor beschriebenen System
und Verfahren verwendeten Meßprinzips.
Entsprechende Meßapparaturen
sind beispielsweise in den Dokumenten
Das
ursprüngliche
sinusförmige
Sendesignal TRM(t) = sin(ω1t) wird mit dem am Ende des Signalwegs aufgenommenen
Empfangssignal REC(t) = B sin(ω1t – φ) verglichen,
welches nunmehr gegenüber
dem Sendesignal TRM(t) gedämpft
und in der Phase verschoben ist. Um die Phasenverschiebung φ von Interesse
zu gewinnen, wird die nachfolgende Gleichung (2) verwendet, die
durch Anwenden des allgemeinen mathematischen Zusammenhangs sinα sinα = 1/2[cos(α – β) – cos(α + β)] erzielt
wird.
Wie
es aus der linken Seite der obigen Gleichung (2) ersichtlich ist,
wird das ursprüngliche
Sendesignal TRM(t) mit dem auszuwertenden Empfangssignal REC(t)
multipliziert. Um diese Multiplikation durchzuführen, wird im Stand der Technik
ein Teil des Sendesiganals abgeteilt und ebenfalls einer Empfangseinheit
zugeführt.
Im Anschluß an
diese Multiplikation wird der bei der Multiplikation entstehende Signalanteil
doppelter Frequenz (cos(2ω1t – φ)) ausgefiltert.
Auf diese Weise steht der gesuchte Phasenwinkel indirekt im Wert B/2cos(–φ) zur Verfügung. Jedoch
sind in diesem Ausdruck zwei Unbekannte (die gesucht werden), das
heißt, B
und φ,
enthalten, so daß die
nachfolgende Gleichung (3) erforderlich ist, die durch Anwenden
des allgemeinen mathematischen Zusammenhangs sinα cosβ = 1/2[sin(α – β) + sin(α + β)] erzielt wird.
Auch hier wird der bei der Multiplikation entstehende Signalanteil doppelter Frequenz (sin(2ω1t – φ)) ausgefiltert, so daß letztendlich die beiden Zwischenergebnisse B/2cos(–φ) und B/2sin(–φ) erzielt werden, die die beiden Unbekannten B und φ enthalten. Anhand der nachfolgenden Gleichungen (4) und (5) besteht nunmehr die Möglichkeit, die beiden gesuchten Werte B und φ zu berechnen.Here, too, the double frequency signal component (sin (2ω 1 t -φ)) produced during multiplication is filtered out, so that ultimately the two intermediate results B / 2cos (-φ) and B / 2sin (-φ) are obtained, which are the two Unknown B and φ included. Based on the following equations (4) and (5) it is now possible to calculate the two sought values B and φ.
Dabei bezeichnen B* und φ* die berechneten Werte zur Unterscheidung von den physikalischen Meßgrößen B und φ.there denote B * and φ * the calculated values for differentiation from the physical ones Measured variables B and φ.
Anhand des somit ermittelten Werts φ* kann nunmehr gemäß Gleichung (1) die geometrische Länge D des Signalwegs berechnet werden und anhand der somit ermittelten gedämpften Amplitude des Empfangssignals REC(t) kann die Intensität des Empfangssignals REC(t) bzw. die Reflektivität berechnet werden.Based of the thus determined value φ * can now according to equation (1) the geometric length D be calculated of the signal path and based on the thus determined steamed Amplitude of the received signal REC (t) can be the intensity of the received signal REC (t) or the reflectivity be calculated.
Das zuvor beschriebene Meßprinzip ist mathematisch zwar absolut exakt, jedoch ergeben sich bei der technischen Umsetzung dieses Meßprinzips die folgenden Probleme.The previously described measuring principle is mathematically absolutely exact, but results in the technical Implementation of this measuring principle the following problems.
Die miteinander zu multiplizierenden Signale befinden sich im Bereich einiger 10 MHz. Bei derart hohen Frequenzen entstehen jedoch bei den verwendeten analogen Mischern und Phasenschiebern Fehler, wodurch genaue Messungen nicht möglich sind. So liegt die „normale" Auflösung im Bereich von mm, was jedoch oftmals nicht ausreichend ist.The Signals to be multiplied are in range some 10 MHz. At such high frequencies, however, arise used analog mixers and phase shifters errors, causing exact measurements not possible are. So is the "normal" resolution in Range of mm, which is often insufficient.
Es
ist deshalb im Stand der Technik, beispielsweise
Um diese Werte zu bestimmen, muss das Zwischenfrequenzsignal mit einem Referenzsignal phasenverglichen werden. Das Referenzsignal wird dabei wie üblich durch analoges Mischen aus dem Messsignal und dem Lokaloszillatorsignal abgeleitet, bevor das Messsignal ausgesendet wird.Around To determine these values, the intermediate frequency signal must have a Reference signal are phase-compared. The reference signal is as usual by analog mixing of the measuring signal and the local oscillator signal derived before the measurement signal is sent out.
Zwar wird durch die Ausnutzung von niederfrequenten Signalen die Fehlerrate reduziert, aber durch die Verwendung von analogen Mischern und Phasenschiebern für die Signaleregung treten weiter Fehler auf. Dies ist damit begründet, dass analoge Mischer nicht absolut linear sind und ihre Parameter zudem temperaturabhängig sind. Dies führt zu Fehlern bei der Multiplikation, welche das Endergebnis verfälschen, d. h. Meßfehler verursachen.Though becomes the error rate by the utilization of low-frequency signals reduced, but through the use of analog mixers and phase shifters for the Signal excitation continue to error. This is justified by the fact that analog mixers are not absolutely linear and their parameters in addition temperature-dependent are. this leads to errors in multiplication that distort the final result, d. H. measurement error cause.
Weiterhin wird das zur Auswertung des Pha senunterschieds erforderliche Signal aus dem ursprünglichen Sendesignal TRM(t) erzeugt. Der hierfür üblicherweise verwendete analoge Phasenschieber ist jedoch kein idealer Phasenschieber und verursacht demgemäß ebenso temperaturabhängige Amplituden- und/oder Phasenfehler, die zu Meßfehlern führen.Farther becomes the signal required to evaluate the phase difference from the original one Transmission signal TRM (t) generated. The analog commonly used for this Phase shifter, however, is not an ideal phase shifter and causes accordingly as well temperature-dependent Amplitude and / or phase errors that lead to measurement errors.
Schließlich werden die zur Gewinnung von B* und φ* erforderlichen Berechnungen in hochintegrierten digitalen Signalprozessoren durchgeführt, was voraussetzt, daß vor diesen Berechnungen die beiden erzielten Zwischenergebnisse B/2cos(–φ) und B/2sin(–φ) gefiltert und anschließend mit einem Ananlog/Digitalwandler von einem analogen Signal zu einem entsprechenden digitalen Signal gewandelt werden müssen. Dadurch, daß diese beiden Zwischenergebnisse mittels unterschiedlicher nichtidealer Filter und Analog/Digitalwandler verarbeitet werden, werden wiederum temperaturabhängige Meßfehler eingebracht.Finally for obtaining B * and φ * necessary calculations in highly integrated digital signal processors carried out, which presupposes that before These two filtered intermediate results B / 2cos (-φ) and B / 2sin (-φ) are filtered and subsequently with an analogue to digital converter from an analog signal to a corresponding digital signal must be converted. Because of this two intermediate results by means of different nichtidealer Filters and analog / digital converters are processed, turn temperature-dependent measurement error brought in.
Im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Probleme im Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und Verfahren zum Ermitteln mindestens einer physikalischen Größe aus einem Sendesignal und einem Empfangssignal zu schaffen, mittels denen unverfälschte Meßergebnisse erzielbar sind bzw. es möglich ist, Meßfehler zu beseitigen bzw. zu kompensieren.in the In view of the above-described problems in the prior art The object of the present invention is a system and method for determining at least one physical variable from a transmission signal and to provide a received signal, by means of which unadulterated measurement results are achievable or possible is, measurement error to eliminate or compensate.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Systems mit den in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den in Anspruch 17 angegebenen Maßnahmen gelöstThese The object is with respect to the system with the in claim 1 and with regard to the method with the measures specified in claim 17 solved
Genauer gesagt wird zuerst, wie im Stand der Technik, ein Sendesignal (TRM) und ein Lokaloszillatorsignal (LO) erzeugt. Das Sendesignal wird, nachdem es über einen Signalweg gelaufen ist, einer Empfangseinheit als Empfangssignal (REC) zugeführt, wo es in einer Mischeinheit mit dem Lokaloszillatorsignal gemischt wird. Das so erzeugte Zwischen frequenzsignal mit einer dritten Frequenz f3 enthält die Information über Phasen- bzw. Amplitudenänderung zwischen Sende- und Empfangssignal, kann aber, aufgrund der niederen Frequenz, leichter ausgewertet werden.More specifically, first, as in the prior art, a transmission signal (TRM) and a local oscillator generated gate signal (LO). The transmission signal, after it has passed over a signal path, is fed to a reception unit as a reception signal (REC), where it is mixed in a mixing unit with the local oscillator signal. The thus generated intermediate frequency signal with a third frequency f3 contains the information about phase or amplitude change between transmit and receive signal, but can be easily evaluated due to the lower frequency.
Für die Auswertung selbst werden erfindungsgemäß in einem dritten/vierten Signalgeber Signale mit der dritten Frequenz f3 neu erzeugt. Diese neu erzeugten Signale sind nicht, wie im Stand der Technik, aus bereits bestehenden Signalen abgeleitet, so dass Fehlerquellen aufgrund von nicht ideal arbeitenden Bauelementen ausgeschlossen werden können. Erst der Vergleich von Zwischenfrequenzsignal mit drittem/bzw. viertem Signal liefert dann die Phasen- und Amplitudenänderung von Sende- zu Empfangssignal, aus denen Tiefen- und Reflektivitätswert bestimmt werden.For the evaluation itself, according to the invention signals with the third frequency f 3 are newly generated in a third / fourth signal generator. These newly generated signals are not, as in the prior art, derived from existing signals, so that error sources can be excluded due to not ideal working components. Only the comparison of intermediate frequency signal with third / or. The fourth signal then provides the phase and amplitude change from transmit to receive signal, from which depth and reflectivity values are determined.
Da alle für die Bestimmung der Phasenverschiebung/Amplitudenveränderung notwendigen Signale direkt und getrennt von dem Sendesignal abgeleitet bzw. erzeugt werden, ist es nicht notwendig, die Signale durch Mischen aus dem Sendesignal abzuleiten. Dadurch werden Fehler aufgrund dieses Mischvorgangs vermieden, die dadurch entstehen, daß die verwendeten Vorrichtungen keine idealen Vorrichtungen sind.There all for the determination of the phase shift / amplitude change necessary signals directly and separately derived from the transmission signal or generated, it is not necessary to mix the signals derive from the transmission signal. This will cause errors due to this Avoiding mixing caused by the fact that the used Devices are not ideal devices.
Das erzeugte Zwischenfrequenzsignal weist eine Frequenz auf, die der Differenz der Frequenz des Empfangssignals bzw. Sendesignals zu der des Referenzsignals entspricht, wodurch das Zwischenfrequenzsignal in einem weitaus niedrigerem Frequenzbereich als das Empfangssignal liegen kann, was insbesondere bei einer nachfolgenden digitalen Verarbeitung zur Fehlervermeidung nützlich ist.The generated intermediate frequency signal has a frequency that the Difference of the frequency of the received signal or transmission signal to which corresponds to the reference signal, whereby the intermediate frequency signal in a much lower frequency range than the received signal can lie, which is especially true for a subsequent digital Processing is useful for error prevention.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Signalgeber als Oszillatoren ausgebildet sind, die nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese arbeiten. Dadurch besteht zwi schen beispielsweise dem Sendesignal und dem Lokaloszillatorsignal eine zu jedem beliebigen Zeitpunkt exakt reproduzierbare Phasenbeziehung. Dies ist bei den herkömmlich verwendeten Signalgebern nicht möglich, da eine Bestimmung der Phasenbeziehung immer durch Rauschen oder sogenannte „Spurious" Signale verfälscht wird. Diese Fehler machen sich bei der Auswertung von Tiefen- und/oder Reflektivitätswert empfindlich bemerkbar.Especially is advantageous if the signal generator is designed as an oscillator are working on the principle of direct digital synthesis. As a result, between rule, for example, the transmission signal and the local oscillator signal an exactly reproducible phase relationship at any given time. This is conventional used signalers are not possible since a determination of the phase relationship is always due to noise or so-called "Spurious" signals is corrupted. These errors occur in the evaluation of depth and / or reflectivity sensitive.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.The The present invention will be described below with reference to an embodiment described in more detail with reference to the accompanying drawings.
Es zeigt:It shows:
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.below the description will be given of an embodiment of the present invention Invention.
In
Weiterhin
bezeichnen in
Nachstehend wird die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Sende/Empfangseinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.below becomes the operation of the previously described transceiver unit according to the embodiment of the present invention.
Ein
Sendesignal der Form TRM(t) = sin(ω1t)
mit einer Frequenz f1(ω1 =
2πf1) wird von dem ersten digital programmierbaren
Oszillator
Das
somit erzeugte Sendesignal TRM(t) wird durch das Bandpaßfilter
Weiterhin
erzeugt der zweite digital programmierbare Oszillator
Aufgrund
dessen, daß sowohl
der erste Oszillator
In
dem analogen Mischer M1 werden das Empfangssignal REC(t) und das
erzeugte Lokaloszillatorsignal der Form 2sin(ω2t)
gemischt, was in mathematischer Betrachtung einer Multiplikation
dieser beiden Signale gleichkommt. Diese Multiplikation ist aus
der nachfolgenden Gleichung (6) er sichtlich, die durch Anwenden
des allgemeinen mathematischen Zusammenhangs sinα sinα = 1/2[cos(α - β) – cos(α + β)] erzielt wird.
Wie es aus Gleichung (6) ersichtlich ist, enthält das durch die Multiplikation erzielte Signal zwei cosinusförmige Signalanteile, wobei ein Signalanteil die Summenfrequenz f1 + f2 und der andere Signalanteil die Differenzfrequenz f1 – f2 aufweist.As is apparent from equation (6), the signal generated by the multiplication includes two cosine signal components, wherein a proportion of the difference signal frequency, the sum frequency f 1 + f 2 and the other signal component f 1 - having f 2.
Anhand
des hinter dem ersten Mischer M1 vorhandenen ersten Tiefpaßfilters
Der
zuvor beschriebene Vorgang wird als Abmischen bezeichnet und es
wird dabei ein Zwischenfrequenzsignal IF(t) erzeugt, das sowohl
die gesuchte Phasenverschiebung φ des
Empfangssignals REC(t) bezüglich
des Sendesignals TRM(t) als auch die Amplitude A von Interesse enthält. Wenn
der vorhergehend beschriebene von dem zweiten Oszillator
Aus
diesem Grund kann das Zwischenfrequenzsignal IF(t) ohne technische
Probleme von dem Analog/Digitalwandler
Auch
der Analaog/Digitalwandler
Somit steht an einem Ausgangsanschluß der zuvor beschriebenen Sende/Empfangseinheit ein digitalisiertes Zwischenfrequenzsignal zur Verfügung, das ohne Fehler dem analogen Zwischenfrequenzsignal IF(t) entspricht, welches sowohl die Phasenverschiebung φ des Empfangssignals REC(t) bezüglich des Sendesignals TRM(t) als auch die Amplitude A von Interesse enthält.Consequently is at an output terminal of previously described transmitter / receiver unit a digitized intermediate frequency signal to disposal, that corresponds without error to the analog intermediate frequency signal IF (t), which both the phase shift φ of the received signal REC (t) in terms of of the transmission signal TRM (t) as well as the amplitude A of interest.
Dieses
digitalisierte Zwischenfrequenzsignal und ebenso das dritte Taktsignal
CLK3 von dem Hauptoszillator
In
Weiterhin
bezeichnet in
Nachstehend wird die Funktionsweise der zuvor beschriebenen digitalen Signalverarbeitungseinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.below the operation of the above-described digital signal processing unit according to the embodiment of the present invention.
Das
mittels der in
Das
dem zweiten Mischer M2 zugeführte
digitalisierte Zwischenfrequenzsignal IF wird von dem zweiten Mischer
M2 mit einem dritten Signal (S3) der Form sin(ω3t)
multipliziert, welches von dem ersten numerischen Oszillator
Das
Ergebnis dieser beiden zuvor beschriebenen Multiplikationen ist
in den nachfolgenden Gleichungen (7) bzw. (8) dargestellt, die durch
Anwenden der allgemeinen mathematischen Zusammenhänge sinα cosβ = 1/2[sin(α – β) + sin(α + β)] bzw. cosα cosβ = 1/2[cos(α – β) + cos(α + β)] erzielt
werden.
Durch
die den zweiten und dritten Mischern M2 und M3 nachfolgenden zueinander
identischen digitalen zweiten bzw. dritten Tiefpaßfilter
Als
Ergebnis wird an einem Ausgang des hochintergrierten digitalen Prozessors
Es
wird auf
Wie es aus dieser Figur ersichtlich ist, weisen die beiden zuvor genannten Zwischenergebnisse eine derartige Beziehung zueinander auf, daß unter Berücksichtigung der Gleichung (9), die der im Einleitungsteil der vorliegenden Anmeldung genannten Gleichung (1) entspricht, die nachfolgenden Gleichungen (10) und (11) abgeleitet werden können.As it can be seen from this figure, the two aforementioned Zwischenergebnisse such a relationship to each other that under consideration of equation (9), that in the introductory part of the present application Equation (1) corresponds to the following equations (10) and (11) can be derived.
Dabei bezeichnet in Gleichung (9) c die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals TRM(t), bezeichnet ω1 die verwendete Meßfrequenz, bezeichnet φ die Phasenverschiebung des Empfangssignals REC(t) bezüglich des Sendesignals TRM(t) und bezeichnet D die geometrische Länge des Signalwegs bzw. den Tiefenwert.In this case, equation (9) c denotes the propagation velocity of the transmission signal TRM (t), ω 1 denotes the measuring frequency used, φ denotes the phase shift of the received signal REC (t) with respect to the transmission signal TRM (t) and D denotes the geometric length of the signal path or the depth value.
Weiterhin bezeichnet ferner in Gleichung (10) D ebenfalls die geometrische Länge des Signalwegs bzw. den Tie fenwert und bezeichnet K eine aus Gleichung (9) abgeleitete Konstante, die das Meßergebnis in Metern, Millimetern oder einer anderen beliebigen Längeneinheit skaliert.Farther Further, in equation (10) D also denotes the geometric one Length of the Signal path or the Tie fenwert and K denotes an equation (9) derived constant, the measurement result in meters, millimeters or any other unit of length scaled.
Schließlich bezeichnet in Gleichung (11) Q die Intensität des Empfangssignals REC(t) bzw. die Reflektivität.Finally called in equation (11) Q is the intensity the received signal REC (t) or the reflectivity.
Wenn es nunmehr betrachtet wird, daß das zuvor beschriebene System mit einem Lasermeßkopf verwendet wird, der eine vorhandene Umgebung, zum Beispiel durch Schwenken dieses Lasermeßkopfs, abtastet, kann anhand der derart ermittelten Tiefenwerte ein Tiefenbild der abgetasteten Umgebung erzielt werden und kann anhand der derart ermittelten Reflektivitätswerte ein Reflektivitätsbild der abgetasteten Umgebung erzielt werden, wobei diese beiden Bilder einander korrespondierende Bilder sind.If It is now considered that the previously described system is used with a Lasermeßkopf, the one existing environment, for example by pivoting this laser measuring head, scans, on the basis of the thus determined depth values, a depth image the scanned environment and can be determined by such determined reflectivity values a reflectivity image the scanned environment, these two images are corresponding pictures.
Eine
Endverarbeitung, die den Gleichungen (10) und (11) entspricht, wird
demgemäß in der
Endverarbeitungsstufe
Weiterhin
ist folgendes anzumerken. Das zuvor beschriebene System bzw. Verfahren
stützt
sich auf insgesamt vier verschiedene Oszillatoren
Außerdem unterscheiden
sich die beiden nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese
arbeitenden Oszillatoren
Unter
Verwendung lediglich des einen Analog/Digitalwandlers
Schließlich werden
bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
alle Oszillatoren
Abschließend ist folgendes anzumerken. Das zuvor be schriebene System läßt sich zum Beispiel in einem AMCW- bzw- Amplitudenmodulations-Dauerstrich-Lasermeßsystem verwirklichen bzw. integrieren, wie es in "Aktive Erzeugung korrespondierender Tiefen- und Reflektivitätsbilder und ihre Nutzung zur Umgebungserfassung", Wissenschafliche Schriften, Robotik, Pro Universitate Verlag, 1. Auflage, 1996, von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung beschrieben ist.In conclusion is to note the following. The previously be written system can be for example in an AMCW or Realize amplitude modulation continuous wave laser measuring system or integrate, as in "Active Generation of corresponding depth and reflectivity images and their use for environmental detection ", scientific writings, robotics, Pro Universitate Verlag, 1st edition, 1996, by the inventor of Present invention is described.
Bei dem System der zuvor genannten Literaturstelle wird kein einzelnes Sendesignal und demgemäß kein einzelnes Empfangssignal verwendet, sondern werden zwei Sendesignale unterschiedlicher Frequenzen und demgemäß ebenso zwei Empfangssignale unterschiedlicher Frequenzen verwendet. Die beiden Frequenzen betragen dabei zum Beispiel 10 bzw. 80 MHz. Die niedrigere Frequenz wird hierbei dazu verwendet, um eine sogenannte Grobmessung durchzuführen, die dazu dient, einen groben, aber absoluten Tiefenwert zu erzielen, wohingegen die höhere Frequenz dazu verwendet wird, genaue, aber mehrdeutige Tiefenwerte zu erzielen.at the system of the aforementioned reference does not become a single one Transmission signal and accordingly no single Receive signal is used, but two transmission signals are different Frequencies and accordingly as well used two received signals of different frequencies. The Both frequencies are for example 10 or 80 MHz. The lower frequency is used here to a so-called Perform rough measurement, which serves to achieve a coarse, but absolute depth value whereas the higher one Frequency is used for accurate, but ambiguous depth values to achieve.
Hinsichtlich detaillierter Ausführungen, weiterer Funktionsweisen und eines Aufbaus des zuvor genannten Systems wird hier auf die vorhergehende Literaturstelle verwiesen, die hierin durch Verweis eingeschlossen sei.Regarding detailed explanations, further functionalities and a structure of the aforementioned system Reference is made to the preceding reference herein is included by reference.
Schließlich ist anzumerken, das die vorliegende Erfindung vorzugsweise bei aktiven Sensorsystemen, wie zum Beispiel Mikrowellen-, Ultraschall- und insbesondere Lasersensoren angewendet werden kann, die ihre Umgebung eigenständig bestrahlen. Bei diesen Sensorsystemen können zum Beispiel Reflektivitätswerte anhand der Amplitude des an einem Objekt reflektierten Strahls erzeugt werden. Eine weitgehende Unabhängigkeit von externen Störeinflüssen auf die Meßergebnisse wird durch Aussenden von Signalen hoher Intensität in einem günstigen Spektralbereich erreicht, wobei spezielle Signalfilter eingesetzt werden. Eine zweidimen sionale und/oder dreidimensionale Vermessung einer Umgebung wird durch Ablenken des Sendesignals in die zu vermessenden Raumrichtungen erreicht.Finally is Note that the present invention is preferably active Sensor systems, such as microwave, ultrasonic and In particular, laser sensors can be applied to their environment independently irradiate. For example, in these sensor systems reflectivity values can be based on generates the amplitude of the beam reflected on an object become. A far-reaching independence from external disturbances the measurement results is by emitting high-intensity signals in a favorable Spectral range achieved using special signal filters become. A two-dimensional and / or three-dimensional measurement an environment is created by deflecting the transmission signal into the one to be measured Spaces achieved.
Bezüglich noch weiterer, nicht näher erläuterter Wirkungen, und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Figuren verwiesen.Regarding yet further, not closer Illustrated Effects, and advantages of the present invention will become apparent referenced the disclosure of the figures.
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FRÖHLICH, C., SCHMIDT, G.: Laser-Entferungskamera zur schnellen Abbildung von 3-D Höhen- und Tiefenprofilen. 7. Fachtagung "Sensoren-Technologie und Anwendung", 14.-16.03.1994, Bad Nauheim. * |
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