專利名稱：雷達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)使用無(wú)線電波來(lái)檢測(cè)目標(biāo)的設(shè)備，更具體地，涉及一種根據(jù)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)之間的差拍信號(hào)的頻譜來(lái)執(zhí)行檢測(cè)的雷達(dá)。
背景技術(shù)：
迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了使用毫米波段無(wú)線電波的FM-CW方案的雷達(dá)，作為移動(dòng)雷達(dá)。即，按照如下方式確定到目標(biāo)的距離和與目標(biāo)的相對(duì)速度在中心固定頻率的固定頻率范圍內(nèi)執(zhí)行FM調(diào)制，產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)之間的差拍(beat)信號(hào)，以及識(shí)別差拍信號(hào)中當(dāng)發(fā)射信號(hào)頻率增大時(shí)的差拍頻率和在當(dāng)發(fā)射信號(hào)頻率減小時(shí)的差拍信號(hào)。
為了識(shí)別上述上差拍(up beat)信號(hào)和下差拍(up beat)信號(hào)，確定差拍信號(hào)的頻譜，并設(shè)置固定閾值來(lái)分離信號(hào)分量和噪聲分量。
但是，由于頻譜中差拍信號(hào)的峰值因各種原因而改變，所以只靠設(shè)置固定閾值不可能成功地分離信號(hào)和噪聲。因此，例如在專利文獻(xiàn)1中公開了如下情況區(qū)分作為檢測(cè)目標(biāo)的車輛的車輛類型，并根據(jù)車輛類型來(lái)設(shè)置閾值。
此外，在專利文獻(xiàn)2中公開了如下情況當(dāng)后面的車輛突然出現(xiàn)在某人自己的車輛前面時(shí)，根據(jù)具有與頻譜改變中的最大能量一致的最大能量的波峰來(lái)設(shè)置閾值。
此外，在專利文獻(xiàn)3中公開了如下情況根據(jù)多個(gè)波峰的能量設(shè)置閾值，以處理根據(jù)到目標(biāo)的距離而減小的波峰。
此外，在專利文獻(xiàn)4中公開了如下情況通過(guò)使用由諧波、切換頻率等產(chǎn)生的虛假回波圖像的頻率來(lái)增大閾值，從而消除虛假回波圖像中的波峰。
專利文獻(xiàn)1日本未審專利申請(qǐng)公開No.6-214015專利文獻(xiàn)2日本未審專利申請(qǐng)公開No.7-311260專利文獻(xiàn)3日本未審專利申請(qǐng)公開No.4-318700專利文獻(xiàn)4日本未審專利申請(qǐng)公開No.11-344560發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題在專利文獻(xiàn)1所示的雷達(dá)中，即使區(qū)分了車輛類型，由于真實(shí)信號(hào)強(qiáng)度已經(jīng)與事物的現(xiàn)有狀態(tài)有所改變，故不能準(zhǔn)確地消除噪聲。
此外，在專利文獻(xiàn)2和3所示的雷達(dá)中，由于沒(méi)有根據(jù)每個(gè)波峰在數(shù)值和頻率范圍內(nèi)設(shè)置閾值，故丟失了原本要檢測(cè)的小目標(biāo)。
此外，在專利文獻(xiàn)4所示的雷達(dá)中，存在如下問(wèn)題只能消除可以提前預(yù)測(cè)其出現(xiàn)位置的噪聲。
本發(fā)明的目的是提供一種雷達(dá)，其中提高目標(biāo)的檢測(cè)精度的方法如下根據(jù)頻譜，更加確定無(wú)誤地檢測(cè)差拍信號(hào)頻譜中包括的、由目標(biāo)的反射波產(chǎn)生的頻譜波峰。
解決問(wèn)題的手段在本發(fā)明中，一種根據(jù)波峰的波峰頻率來(lái)檢測(cè)目標(biāo)的雷達(dá)，所述雷達(dá)包括用于發(fā)射調(diào)頻發(fā)射信號(hào)及用于產(chǎn)生包含頻率分量的差拍信號(hào)的裝置，所述差拍信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的目標(biāo)反射信號(hào)頻率和發(fā)射信號(hào)的頻率之差相等；用于確定差拍信號(hào)頻譜的裝置；以及用于確定頻譜中出現(xiàn)的波峰的波峰頻率的裝置。在所述雷達(dá)，包括實(shí)現(xiàn)以下操作的裝置根據(jù)背景噪聲的強(qiáng)度或具有固定反射截面面積的目標(biāo)的反射信號(hào)強(qiáng)度來(lái)設(shè)置第一閾值；相對(duì)于頻譜中出現(xiàn)的超過(guò)第一閾值的多個(gè)波峰，在每個(gè)波峰附近的固定頻率區(qū)內(nèi)設(shè)置第二閾值；以及提取超過(guò)第二閾值的波峰。
此外，在本發(fā)明中，根據(jù)由窗函數(shù)與差拍信號(hào)相乘引起的、沿波峰頻率軸方向的擴(kuò)展，在基帶部分的固定波段中提高第二閾值。
此外，在本發(fā)明中，根據(jù)由用于產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的振蕩器的C/N特性引起的、沿波峰頻率軸方向的擴(kuò)展，在基帶部分的固定波段中提高第二閾值。
此外，在本發(fā)明中，設(shè)置第二閾值，使其沿著以波峰頻率為中心的上行和下行方向逐漸降低。
此外，在本發(fā)明中，設(shè)置第二閾值，使其超過(guò)由疊加在差拍信號(hào)上的調(diào)制分量引起的、與峰值共同出現(xiàn)的邊帶的強(qiáng)度。
此外，在本發(fā)明中，用于提取波峰的裝置在針對(duì)超過(guò)第一閾值的多個(gè)峰值以具有最大峰值的波峰為開始來(lái)設(shè)置第二閾值之后，提取超過(guò)所有第二閾值的波峰。
優(yōu)點(diǎn)當(dāng)窗函數(shù)與差拍信號(hào)相乘時(shí)，在頻率軸方向上，圍繞作為中心的波峰的頻率(以下稱作“波峰頻率”)擴(kuò)展了頻譜中出現(xiàn)的信號(hào)分量引起的突起部分(以下簡(jiǎn)稱為“波峰”)。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)背景噪聲的強(qiáng)度或具有固定反射截面面積的目標(biāo)的反射信號(hào)強(qiáng)度來(lái)設(shè)置第一閾值，并且相對(duì)于頻譜中出現(xiàn)的超過(guò)第一閾值的多個(gè)波峰，根據(jù)每個(gè)波峰的強(qiáng)度設(shè)置第二閾值，第二閾值在所述波峰附近的頻率處較高而在遠(yuǎn)離所述波峰的頻率處較低。因此，第二閾值可以消除波峰附近的基帶部分的噪聲，并且第一閾值可以消除無(wú)波峰的頻率區(qū)內(nèi)的噪聲。按照這種方式，可以正確地僅檢測(cè)由目標(biāo)的反射波引起的差拍信號(hào)的頻譜中產(chǎn)生的原始波峰(以下稱作“目標(biāo)波峰”)。
當(dāng)根據(jù)由窗函數(shù)與差拍信號(hào)相乘引起的沿波峰頻率軸方向的擴(kuò)展、在基帶部分的固定波段中提高第二閾值時(shí)，不會(huì)錯(cuò)誤地檢測(cè)因疊加在原始波峰的基帶部分上的隨機(jī)噪聲而出現(xiàn)的波峰，其中原始波峰的基帶部分是由窗函數(shù)相乘引起的。
當(dāng)根據(jù)由用于產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的振蕩器的C/N特性引起的、沿波峰頻率軸方向的擴(kuò)展在基帶部分的固定波段中提高第二閾值時(shí)，不會(huì)錯(cuò)誤地檢測(cè)因疊加在原始波峰的基帶部分上的隨機(jī)噪聲而出現(xiàn)的波峰，其中原始波峰的基帶部分是由與窗函數(shù)相乘引起的。
當(dāng)設(shè)置第二閾值、使其以波峰的頻率為中心沿著上行和下行方向逐漸降低時(shí)，根據(jù)頻譜形狀不會(huì)檢測(cè)到由疊加隨機(jī)噪聲產(chǎn)生的波峰，在頻譜中頻率越接近原始波峰，信號(hào)強(qiáng)度越大，結(jié)果可以只無(wú)誤地檢測(cè)到原始波峰。
當(dāng)設(shè)置第二閾值，使其超過(guò)由疊加在差拍信號(hào)上的調(diào)制分量引起的、與峰值共同出現(xiàn)的邊帶的強(qiáng)度時(shí)，不會(huì)錯(cuò)誤地檢測(cè)原始波峰的邊帶來(lái)作為波峰。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在針對(duì)超過(guò)第一閾值的多個(gè)波峰以具有最大峰值的波峰為開始而設(shè)置第二閾值之后來(lái)提取超過(guò)所有第二閾值的波峰，可以高速、小計(jì)算量地檢測(cè)原始波峰，并提高目標(biāo)檢測(cè)的速度。


圖1是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的雷達(dá)結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2示出了隨著到雷達(dá)目標(biāo)的距離和目標(biāo)的相對(duì)速度而變化的發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的頻率變化的示例。
圖3是示出了用于檢測(cè)距離和相對(duì)速度的處理順序的流程圖。
圖4示出了窗函數(shù)的頻譜和波峰的基帶部分的擴(kuò)展的關(guān)系。
圖5示出了背景噪聲和由背景噪聲設(shè)置的閾值之間的關(guān)系，具有固定反射截面面積的目標(biāo)的反射信號(hào)強(qiáng)度和根據(jù)反射信號(hào)強(qiáng)度設(shè)置的閾值之間的關(guān)系。
圖6示出了在波峰附近由疊加在基帶部分的噪聲引起的噪聲波峰的示例。
圖7示出了在波峰附近的基帶部分中設(shè)置的閾值的示例。
圖8示出了根據(jù)背景噪聲設(shè)置的閾值和待檢測(cè)波峰之間的關(guān)系。
圖9示出了最后設(shè)置的閾值線的示例。
圖10是示出了用于波峰頻率檢測(cè)的處理順序的流程圖。
圖11示出了由根據(jù)第二實(shí)施例的雷達(dá)中的振蕩器的C/N特性產(chǎn)生的、在波峰附近的基帶部分中的噪聲波峰的示例。
圖12示出了用于在雷達(dá)中設(shè)置閾值的示例。
圖13示出了根據(jù)第三實(shí)施例用于在雷達(dá)中設(shè)置閾值的示例。
圖14示出了根據(jù)第四實(shí)施例當(dāng)雷達(dá)中的差拍信號(hào)包括AM調(diào)制分量時(shí)的頻譜示例。
圖15示出了根據(jù)包含在相同差拍信號(hào)中的邊帶噪聲而設(shè)置的閾值的示例。
參考數(shù)字17 AD轉(zhuǎn)換器ADC AD轉(zhuǎn)換器DAC DA轉(zhuǎn)換器VOC 壓控振蕩器具體實(shí)施方式
依次參考圖1到圖10來(lái)描述根據(jù)第一實(shí)施例的雷達(dá)的結(jié)構(gòu)。
圖1是示出了雷達(dá)的整體結(jié)構(gòu)的方框圖。發(fā)射波調(diào)制部分16向DA轉(zhuǎn)換器順序地輸出調(diào)制信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。壓控振蕩器VC01根據(jù)從DA轉(zhuǎn)換器14輸出的控制電壓改變振蕩頻率。因此，連續(xù)地FM調(diào)制VC01的振蕩頻率的振蕩頻率以產(chǎn)生三角波。隔離器2將振蕩信號(hào)從VC01向耦合器3側(cè)傳送，并防止反射信號(hào)入射到VC01。耦合器3將經(jīng)過(guò)隔離器2輸入的信號(hào)發(fā)送到環(huán)形器4側(cè)，并對(duì)應(yīng)于固定分配將部分發(fā)射信號(hào)作為本地信號(hào)Lo同時(shí)發(fā)送給混頻器6。環(huán)形器4向天線5側(cè)發(fā)送發(fā)射信號(hào)，并將來(lái)自天線5的接收信號(hào)提供給混頻器6。天線5發(fā)射FM調(diào)制發(fā)射信號(hào)，作為VC01的連續(xù)波，并接收來(lái)自相同方向的反射信號(hào)。此外，天線5在檢測(cè)角度的范圍內(nèi)周期性地改變波束方向。
混頻器6將來(lái)自耦合器3的本地信號(hào)Lo和來(lái)自環(huán)形器4的接收信號(hào)相混合，輸出中頻信號(hào)IF。IF放大器電路7根據(jù)由距離確定的頻率，以固定的放大率放大中頻信號(hào)。AD耦合器8將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成采樣信號(hào)線，并將其提供給DSP 17。DSP 17暫時(shí)存儲(chǔ)由AD轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)換的至少一個(gè)掃描量(在固定的檢測(cè)角度范圍內(nèi)的多個(gè)掃描波束的量)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并計(jì)算相對(duì)于天線的目標(biāo)方向、到目標(biāo)的距離及相對(duì)于天線的目標(biāo)相對(duì)速度。
在DSP 17中，在由AD轉(zhuǎn)換器8得到的采樣數(shù)據(jù)線中，DC消除部分確定在固定采樣間隔中的平均值，作為后級(jí)FFT的處理對(duì)象。因?yàn)樵撈骄档扔谝煽焖俑盗⑷~變換分析確定的DC分量，所以執(zhí)行計(jì)算，以便從所有采樣間隔中的每個(gè)數(shù)據(jù)中減去平均值，并且在FET計(jì)算過(guò)程之前去除DC分量。
針對(duì)其中DC分量已被DC消除部分9去除的數(shù)據(jù)，窗函數(shù)處理部分15使用固定形狀的窗函數(shù)得到數(shù)據(jù)。當(dāng)使用窗函數(shù)得到數(shù)據(jù)時(shí)，抑制了執(zhí)行FFT計(jì)算時(shí)在有限的采樣間隔里截?cái)鄷r(shí)間波形而引起的截?cái)嗾`差。例如，執(zhí)行諸如漢寧窗、海明窗、布萊克-哈里斯窗之類的窗函數(shù)處理。
FFT計(jì)算部分11分析上述采樣間隔中與窗函數(shù)相乘的數(shù)據(jù)的頻率分量。
波峰檢測(cè)部分12在頻譜中檢測(cè)具有超過(guò)固定閾值的強(qiáng)度的信號(hào)的頻率，作為波峰頻率。
距離/速度計(jì)算部分13根據(jù)所檢測(cè)的波峰頻率計(jì)算到目標(biāo)的距離和相對(duì)速度。
圖2示出了由到目標(biāo)的距離和相對(duì)速度引起的、發(fā)射信號(hào)TXS和接收信號(hào)RXS之間的頻率改變的偏離的示例。發(fā)射信號(hào)TXS是調(diào)頻信號(hào)，具有作為頻率中心以產(chǎn)生三角波的中心頻率。當(dāng)發(fā)射信號(hào)的頻率增大時(shí)，發(fā)射信號(hào)TXS與接收信號(hào)RXS之間的頻率差是上差拍頻率fBU；當(dāng)發(fā)射信號(hào)減小時(shí)，發(fā)射信號(hào)TXS與接收信號(hào)RXS之間的頻率差是下差拍頻率fBD。發(fā)射信號(hào)TXS與接收信號(hào)RXS的三角波之間在時(shí)間軸上的偏離(時(shí)間差)與無(wú)線電波從天線到目標(biāo)的往返時(shí)間一致。此外，發(fā)射信號(hào)TXS與接收信號(hào)RXS之間在頻率軸上的偏離是多普勒頻移的測(cè)量，并且由目標(biāo)對(duì)天線的相對(duì)速度引起。上差拍fBU和下差拍fBD的數(shù)值根據(jù)時(shí)間差和多普勒頻移量而變化。反之，可以通過(guò)檢測(cè)上差拍和下差拍頻率來(lái)計(jì)算從雷達(dá)到目標(biāo)的距離及目標(biāo)對(duì)天線的相對(duì)速度。
圖3是示出了上述DSP 17的處理序列的流程圖。首先，從AD轉(zhuǎn)換器8中得到數(shù)據(jù)(S1)，將該數(shù)據(jù)與漢寧窗的加權(quán)系數(shù)相乘(S2)，執(zhí)行FFT計(jì)算(S3)，并通過(guò)對(duì)每個(gè)離散頻率處的實(shí)部與虛部的平方和取對(duì)數(shù)來(lái)計(jì)算能量譜(以下簡(jiǎn)稱“頻譜”)(S4)。
接著，檢測(cè)頻譜中的多個(gè)波峰，提取波峰中的目標(biāo)波峰，并確定波峰頻率(S5)。
順序地執(zhí)行發(fā)射頻率的上移調(diào)制間隔和下移調(diào)制間隔中的上述處理。此外，對(duì)于在上移調(diào)制間隔中提取的多個(gè)突起部分的波峰頻率和在下移調(diào)制間隔中提取的多個(gè)突起部分的波峰頻率執(zhí)行組合(配對(duì))(S6)。即，對(duì)源自相同目標(biāo)的突起部分的波峰頻率進(jìn)行配對(duì)。然后，根據(jù)波峰頻率來(lái)計(jì)算目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度(S7)。
現(xiàn)在，當(dāng)確定差拍信號(hào)的FFT離散頻譜等時(shí)，通過(guò)將截?cái)嘈盘?hào)的采樣與窗函數(shù)相乘來(lái)抑制信號(hào)間斷的影響。
圖4示出了與窗函數(shù)相乘并將頻譜作為相乘結(jié)果的信號(hào)處理的示例。這里，圖4(A)示出了其中執(zhí)行了上述DC消除的數(shù)據(jù)線的時(shí)間波形。當(dāng)用圖4(B)中所示的固定窗函數(shù)乘以數(shù)據(jù)線時(shí)，得到圖4(C)中所示的具有固定數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)(例如，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為1024)的數(shù)據(jù)線。當(dāng)對(duì)乘以了窗函數(shù)的數(shù)據(jù)線執(zhí)行FFT計(jì)算處理時(shí)，確定圖4(D)中所示離散頻譜。
在圖4(D)中，圓圈標(biāo)記示出了每個(gè)離散頻率處的信號(hào)強(qiáng)度(能量)。此外，實(shí)線示出了圖4(B)中所示窗函數(shù)的連續(xù)頻譜。由于與窗函數(shù)相乘的差拍信號(hào)的頻譜變?yōu)楸蝗〕?turned in)的差拍信號(hào)和窗函數(shù)，頻譜沿與窗函數(shù)的頻譜一致的頻率軸方向擴(kuò)展，并在頻譜中形成基帶部分。
圖5示出了兩個(gè)示例，其中設(shè)置用于從差拍信號(hào)的頻譜中提取目標(biāo)波峰的閾值。圖5(A)示出了根據(jù)背景噪聲設(shè)置閾值的情況，并示出了該情況中背景噪聲與所設(shè)置閾值的關(guān)系。當(dāng)根據(jù)背景噪聲如此設(shè)置閾值時(shí)，確定閾值，以使閾值超過(guò)背景噪聲的概率足夠小。由背景噪聲的平均值和方差確定該概率。在圖5(A)中，BN代表背景噪聲的瞬時(shí)值，BNm代表背景噪聲的平均值，以及TH1代表閾值。水平軸代表時(shí)間(經(jīng)過(guò)的時(shí)間)，垂直軸代表信號(hào)強(qiáng)度。
圖5(B)示出了根據(jù)具有固定反射截面面積的目標(biāo)的反射信號(hào)強(qiáng)度來(lái)設(shè)置閾值的情況，并且示出了具有固定反射截面面積的目標(biāo)的反射信號(hào)強(qiáng)度和根據(jù)反射信號(hào)強(qiáng)度設(shè)置的閾值。這里，水平軸代表到目標(biāo)的距離(m)，以及垂直軸代表接收信號(hào)強(qiáng)度(對(duì)數(shù)尺度)，其中峰值是0dB。S代表10dBsm(當(dāng)來(lái)自具有10m2的雷達(dá)反射截面面積的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度被設(shè)置為0時(shí)，接收信號(hào)的強(qiáng)度)的理論值，以及TH0代表閾值，其中考慮到時(shí)間變化(閃爍)從理論值降低了一定電平。這樣，反射信號(hào)來(lái)得越遠(yuǎn)，接收信號(hào)強(qiáng)度減小得越多，因此，閾值也隨之改變。
但是，在具有較高接收信號(hào)強(qiáng)度的目標(biāo)波峰周圍，波峰的基帶部分可能超過(guò)上述根據(jù)背景噪聲確定的閾值TH1或根據(jù)具有固定反射截面面積的目標(biāo)的反射信號(hào)強(qiáng)度設(shè)置的閾值TH0，并且當(dāng)基帶部分與背景噪聲相混合時(shí)，存在如下情況在該區(qū)域錯(cuò)誤地將噪聲引起的波峰(以下稱作“噪聲波峰”)檢測(cè)為由信號(hào)引起的波峰。
然后，首先確定窗函數(shù)引起的波峰擴(kuò)展以及要根據(jù)背景噪聲的方差估計(jì)的噪聲強(qiáng)度方差的上限和下限。當(dāng)上限和下限超過(guò)被設(shè)置為波峰(突起部分)檢測(cè)條件的固定強(qiáng)度改變量的改變量時(shí)，存在如下情況將噪聲引起的突起部分檢測(cè)為波峰。即，在除了與窗函數(shù)相乘而產(chǎn)生的目標(biāo)波峰之外的每個(gè)距離bin(range bin)(FFT頻率分辨率形成的每個(gè)頻率距離bin)中，當(dāng)特定距離bin的強(qiáng)度是上述上距離和下距離的上限，并且其兩側(cè)的相鄰距離bin的強(qiáng)度是下限時(shí)，可能將上述某個(gè)距離bin錯(cuò)誤地檢測(cè)為波峰。
因此，在可能引起這種錯(cuò)誤檢測(cè)的頻率范圍中，對(duì)沒(méi)有超過(guò)由窗函數(shù)引起的波峰的基帶部分?jǐn)U展與噪聲強(qiáng)度總和的上限值強(qiáng)度的波峰進(jìn)行處理，以使其不會(huì)被認(rèn)為是來(lái)自目標(biāo)的反射信號(hào)。
因此，除了根據(jù)背景噪聲確定的閾值TH1以外，還可以設(shè)置閾值TH2，使其超過(guò)噪聲與窗函數(shù)頻譜總和的上限值，然后，將超過(guò)這兩個(gè)閾值的信號(hào)檢測(cè)為來(lái)自目標(biāo)的反射信號(hào)。
頻譜基帶的擴(kuò)展方式依賴于窗函數(shù)的類型而不同。此外，需要注意，在頻譜的目標(biāo)波峰位置與FFT距離bin位置一致的情況下和兩個(gè)位置彼此不同(例如，F(xiàn)FT的頻率分辨率是1kHz，差拍頻率的頻率值不是1kHz的整數(shù)倍)的情況下，頻譜基帶的擴(kuò)展方式不同。當(dāng)考慮到這些時(shí)，將由于目標(biāo)波峰位置和頻譜擴(kuò)展導(dǎo)致基帶擴(kuò)展最多的情況用作參考。
圖6示出了由于窗函數(shù)頻譜導(dǎo)致的基帶的狀態(tài)，更詳細(xì)地，示出了附加噪聲引起的噪聲波峰的出現(xiàn)。
圖6(A)示出了由于窗函數(shù)導(dǎo)致波峰附近的基帶部分?jǐn)U展的形狀。此外，圖6(B)示出了由于將窗函數(shù)引起的波峰附近的基帶部分?jǐn)U展與噪聲相合成而出現(xiàn)的頻譜。在這些圖中，交叉標(biāo)記指示的頻譜SP0示出了頻譜的目標(biāo)波峰位置與FFT距離bin位置一致的情況，以及頻譜SP1示出了兩個(gè)位置彼此相差半個(gè)距離的情況。P代表目標(biāo)波峰，NP代表噪聲波峰。當(dāng)這些噪聲波峰超過(guò)根據(jù)背景噪聲確定的上述閾值TH1時(shí)，將這些噪聲波峰錯(cuò)誤地檢測(cè)為目標(biāo)波峰。
然后，針對(duì)波峰的基帶部分，確定與閾值(第一閾值)TH1不同的閾值。
圖7示出了由窗函數(shù)頻譜的擴(kuò)展和噪聲混合引起的波峰附近的噪聲變化范圍的示例。在圖7(A)中，C代表理論值，U代表噪聲混合導(dǎo)致的上限電平，以及D代表噪聲混合導(dǎo)致的下限電平。接著，如圖7(B)中所示，考慮到噪聲混合，設(shè)置超過(guò)上限電平的第二閾值TH2。
但是，因?yàn)樵诓钆男盘?hào)的頻譜中不能區(qū)分目標(biāo)波峰和噪聲波峰，所以需要確定在其上設(shè)置閾值TH2的波峰基帶部分。接著，執(zhí)行以下步驟。
圖8示出了具有多個(gè)波峰的頻譜的示例。這里，波形SP是頻譜，以及直線TH1是根據(jù)頻譜的背景噪聲的平均值和方差設(shè)置的閾值。所述背景噪聲是不含來(lái)自目標(biāo)的反射信號(hào)的差拍信號(hào)中所包含的背景噪聲，并且，在設(shè)計(jì)階段或制造階段，預(yù)先確定平均值和方差、并確定閾值TH1，以使作為隨機(jī)噪聲的背景噪聲超過(guò)閾值的概率可以足夠小。
圖8(B)中的圓圈標(biāo)記指示的位置示出了波峰位置，其中在超過(guò)閾值TH1的范圍內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度變化對(duì)于頻率變化呈角狀。如果在超過(guò)閾值TH1的范圍內(nèi)，所有的波峰位置是真實(shí)波峰，則將圓圈標(biāo)記指示的波峰也檢測(cè)為目標(biāo)波峰。然后，檢測(cè)超過(guò)閾值TH1的多個(gè)波峰，并針對(duì)依次具有更高峰值的波峰設(shè)置閾值TH2。
圖9示出了示例。這里，閾值TH1是根據(jù)背景噪聲確定的上述閾值，閾值TH22是根據(jù)波峰P2的峰值確定的閾值，以及閾值TH21是根據(jù)峰值P1確定的閾值。按照同樣的方式，閾值TH23是根據(jù)波峰P3的峰值確定的閾值。如圖9中實(shí)線所示，通過(guò)在多個(gè)閾值中選擇具有更高值的閾值來(lái)確定閾值線。因此，將超過(guò)閾值線的波峰檢測(cè)為目標(biāo)波峰。
圖10示出了與圖3中的步驟S5相對(duì)應(yīng)的波峰頻率檢測(cè)的處理序列。
首先，從背景噪聲的平均值和方差確定閾值TH1，并在多個(gè)波峰中提取超過(guò)閾值TH1的波峰(S11到S12)。接著，在波峰中檢測(cè)具有最大峰值的波峰，并根據(jù)該峰值設(shè)置閾值(圖9示例中的TH22)(S13)。此后，確定超過(guò)閾值(TH22)的波峰是否存在，如果存在，檢測(cè)具有下一最大峰值的波峰，并根據(jù)該峰值設(shè)置閾值(圖9示例中的TH21)。
此后，重復(fù)相同處理，并針對(duì)超過(guò)連續(xù)依次確定的多個(gè)閾值的所有波峰設(shè)置閾值(S14->S15->S13->...)。將超過(guò)按照這種方式確定的多個(gè)閾值的波峰作為目標(biāo)波峰(S16)。
在上述處理中，將根據(jù)每個(gè)波峰的峰值在每個(gè)基帶部分中設(shè)置的閾值TH2與在每個(gè)距離bin中根據(jù)背景噪聲的平均值和方差確定的閾值TH1之間具有更高值的閾值作為閾值，并將低于該閾值的波峰處理為噪聲波峰。但是，如上所述，當(dāng)按照峰值遞增順序在基帶部分設(shè)置閾值時(shí)，可以有效地消除噪聲波峰。
此外，由于不僅包括了根據(jù)所檢測(cè)波峰的峰值設(shè)置的閾值TH2和從背景噪聲的平均值和方差確定的閾值TH1，還包括圖5(B)所示的根據(jù)從具有固定反射截面面積的目標(biāo)來(lái)的反射強(qiáng)度而設(shè)置的閾值TH0，可以執(zhí)行處理以采用更高值作為每個(gè)距離bin中的閾值。
接下來(lái)，參考圖11和12來(lái)描述根據(jù)第二實(shí)施例的雷達(dá)。
在FM-CW方案的雷達(dá)中，當(dāng)產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)和本地信號(hào)的振蕩器的C/N特性惡化時(shí)，加寬了差拍信號(hào)頻譜中出現(xiàn)的波峰附近的基帶。即，振蕩信號(hào)中所含噪聲分量越多，波峰的基帶部分沿頻率軸方向擴(kuò)展得越多。由于這種影響，噪聲引起的許多較低強(qiáng)度波峰出現(xiàn)在具有較高峰值的波峰附近，并且有可能被錯(cuò)誤地認(rèn)為是目標(biāo)波峰。
然后，與第一實(shí)施例的情況相同，將閾值電平設(shè)置為超過(guò)電平最大值的電平(以固定概率未被噪聲超過(guò)的電平)，合成了由C/N特性導(dǎo)致的波峰附近基帶部分的電平與隨機(jī)噪聲。
圖11示出了將由振蕩器的C/N特性導(dǎo)致的波峰附近的基帶部分的頻譜擴(kuò)展與背景噪聲相合成而產(chǎn)生的頻譜的狀態(tài)。
如果只使用圖11中所示根據(jù)背景噪聲確定的閾值TH1，則將圖中虛線A包圍部分所含的、多個(gè)圓圈標(biāo)記所示的波峰錯(cuò)誤地檢測(cè)為目標(biāo)波峰。
然后，如圖12所示，將根據(jù)波峰P的峰值和振蕩器的C/N特性確定的閾值TH3與根據(jù)背景噪聲確定的閾值TH1之中的較大值用作整體閾值。按照這種方式，可以防止錯(cuò)誤地檢測(cè)由于振蕩信號(hào)上疊加噪聲的影響而由波峰附近的基帶部分上疊加的隨機(jī)噪聲產(chǎn)生的波峰。
此外，當(dāng)設(shè)置這種閾值時(shí)，與第一實(shí)施例的方式相同，首先，檢測(cè)超過(guò)根據(jù)背景噪聲確定的閾值TH1的多個(gè)波峰，從具有更高峰值的波峰開始，依次檢查多個(gè)波峰，并可以重復(fù)該過(guò)程直到處理完所有超過(guò)閾值的波峰為止。
接下來(lái)，參考圖13描述根據(jù)第三實(shí)施例的雷達(dá)。
與到作為差拍信號(hào)的IF信號(hào)的目標(biāo)的距離成比例地確定頻率，并由該頻率改變圖1中所示IF放大器電路7的放大率。在IF放大器電路7中，反射信號(hào)來(lái)得越遠(yuǎn)，即，頻率越高，接收信號(hào)的放大率增加得越多。因此，隨著頻率增加，背景噪聲也趨于增加。
圖13示出了在這種情況下的頻譜的示例。在該示例中，產(chǎn)生距離bin 31中的波峰P，并且，雖然在低于波峰P的低頻側(cè)上的基帶部分衰減得更快，但是高噪聲電平的噪聲出現(xiàn)在高頻側(cè)。接著，考慮到取決于距離的衰減的校正特性，如閾值線TH2L所示，根據(jù)波峰P的峰值確定的閾值在低頻側(cè)衰減得較快，而如閾值線TH2H所示，衰減在高頻側(cè)減緩。但是，在圖13的示例中，高頻側(cè)的閾值線TH2H實(shí)質(zhì)上是恒定的(傾斜度實(shí)質(zhì)上為0)。
此外，當(dāng)設(shè)置這種閾值時(shí)，按照與第一實(shí)施例相同的方式，首先檢測(cè)超過(guò)根據(jù)背景噪聲確定的閾值TH1的多個(gè)波峰，從具有更高峰值的波峰開始，依次檢查多個(gè)波峰，并且可以重復(fù)該過(guò)程，指定處理完所有超過(guò)閾值的波峰。
接下來(lái)，參考圖14和15描述根據(jù)實(shí)施例4的雷達(dá)。
在FM-CW方案的雷達(dá)中存在如下情況將開關(guān)電源、信號(hào)處理電路和電子束掃描裝置的時(shí)鐘振蕩器等中的信號(hào)混合為接收級(jí)。由此，在差拍信號(hào)中，產(chǎn)生了除了來(lái)自目標(biāo)的反射波形和發(fā)射信號(hào)之間的原始差拍信號(hào)及邊帶分量以外的FM或AM調(diào)制分量，作為寄生信號(hào)。當(dāng)原始目標(biāo)波峰的峰值較高時(shí)，即使將FM或AM調(diào)制分量抑制到比原始差拍信號(hào)的電平更低的電平，邊帶波峰也超過(guò)閾值并被錯(cuò)誤地檢測(cè)為目標(biāo)波峰。
圖14(A)和(B)是差拍信號(hào)中包括AM調(diào)制分量的情況。圖14(A)是信噪比相對(duì)較小并且目標(biāo)波峰的峰值相對(duì)較小的情況，以及圖14(B)是信噪比相對(duì)較大并且目標(biāo)波峰的峰值相對(duì)較大的情況。
按照這種方式，當(dāng)目標(biāo)波峰P1和P2的峰值相對(duì)較低而背景噪聲的強(qiáng)度相對(duì)高時(shí)，因?yàn)楦鶕?jù)背景噪聲確定的閾值TH1較高而邊帶分量較小，所以邊帶引起的波峰沒(méi)有超過(guò)閾值TH1。但是，如圖14(B)中所示，由于目標(biāo)波峰P1和P2的峰值較高而背景噪聲的強(qiáng)度較低，當(dāng)閾值TH1較低時(shí)，在目標(biāo)波峰附近的部分A中錯(cuò)誤地檢測(cè)到圓圈標(biāo)記指示的、超過(guò)閾值TH1的邊帶引起的波峰。
但是，因?yàn)樽鳛樵O(shè)備內(nèi)部噪聲產(chǎn)生的信號(hào)源的頻譜實(shí)質(zhì)上恒定，可以產(chǎn)生要由信號(hào)源導(dǎo)致在目標(biāo)波峰附近產(chǎn)生的邊帶的位置和強(qiáng)度。然后，如圖15中所示，在波峰附近設(shè)置邊帶波峰未超過(guò)的閾值。
在圖15(A)中，在波峰附近產(chǎn)生邊帶的頻率范圍內(nèi)提高閾值。即，根據(jù)所檢測(cè)波峰P1的峰值，在超過(guò)預(yù)測(cè)邊帶強(qiáng)度的強(qiáng)度處設(shè)置閾值TH41。按照相同的方式，根據(jù)所檢測(cè)波峰P2的峰值，在超過(guò)預(yù)測(cè)邊帶強(qiáng)度的強(qiáng)度處設(shè)置閾值TH42。
此外，在圖15(B)中，只在預(yù)測(cè)邊帶的位置提高閾值。
此外，當(dāng)設(shè)置了這種閾值時(shí)，按照與第一實(shí)施例相同的方式，首先檢測(cè)超過(guò)根據(jù)背景噪聲確定的閾值TH1的多個(gè)波峰，從具有更高峰值的波峰開始，依次檢查多個(gè)波峰，并且可以重復(fù)該過(guò)程，直到處理完所有超過(guò)閾值的波峰為止。
按照這種方式，能夠防止將調(diào)制分量產(chǎn)生的邊帶引起的噪聲波峰錯(cuò)誤地檢測(cè)為目標(biāo)波峰。
權(quán)利要求
1.一種用于根據(jù)波峰的波峰頻率來(lái)檢測(cè)目標(biāo)的雷達(dá)，所述雷達(dá)包括用于發(fā)射調(diào)頻發(fā)射信號(hào)并且用于產(chǎn)生包含頻率分量的差拍信號(hào)的裝置，所述差拍信號(hào)與來(lái)自發(fā)射信號(hào)的目標(biāo)的反射信號(hào)頻率和發(fā)射信號(hào)的頻率之差相等；用于確定差拍信號(hào)的頻譜的裝置；以及用于確定在頻譜中出現(xiàn)的波峰的波峰頻率的裝置，其中還包含實(shí)現(xiàn)以下操作的裝置根據(jù)背景噪聲的強(qiáng)度或具有固定反射截面面積的目標(biāo)的反射信號(hào)強(qiáng)度來(lái)設(shè)置第一閾值；相對(duì)于頻譜中出現(xiàn)的超過(guò)第一閾值的多個(gè)波峰，在每個(gè)波峰附近的固定頻率區(qū)內(nèi)設(shè)置第二閾值；以及提取超過(guò)第二閾值的波峰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)，其中根據(jù)由窗函數(shù)與差拍信號(hào)相乘引起的、沿波峰的頻率軸方向的擴(kuò)展，在基帶部分的固定波段中提高第二閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雷達(dá)，其中根據(jù)由用于產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的振蕩器的C/N特性引起的、沿波峰的頻率軸方向的擴(kuò)展，在基帶部分的固定波段中提高第二閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3的任何一項(xiàng)所述的雷達(dá)，其中設(shè)置第二閾值，使其沿著以波峰頻率為中心的上行和下行方向逐漸降低。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任何一項(xiàng)所述的雷達(dá)，其中設(shè)置第二閾值，使其超過(guò)由疊加在差拍信號(hào)上的調(diào)制分量引起的、與波峰共同出現(xiàn)的邊帶的強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5的任何一項(xiàng)所述的雷達(dá)，其中用于提取波峰的裝置在相對(duì)于超過(guò)第一閾值的多個(gè)波峰以具有較大峰值的波峰為開始來(lái)設(shè)置第二閾值之后，提取超過(guò)所有第二閾值的波峰。
全文摘要
根據(jù)背景噪聲的強(qiáng)度確定第一閾值(TH1)；在每個(gè)波峰(P1)、(P2)和(P3)的基帶部分中的波峰位置附近的固定頻率區(qū)內(nèi)設(shè)置每一個(gè)閾值(TH21)、(TH22)、(TH23)；采用這些閾值中的較大值作為每個(gè)FFTbin中的決定閾值；以及將超過(guò)該閾值的波峰作為目標(biāo)波峰并進(jìn)行檢測(cè)。因此，確保能夠檢測(cè)到差拍信號(hào)的頻譜中所包含的、來(lái)自目標(biāo)的反射波引起的目標(biāo)波峰，并且提高了目標(biāo)的檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)G01S7/35GK1894595SQ200480037160
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
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