專利名稱：觀測信號處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觀測信號處理裝置，該觀測信號處理裝置適用于目標(biāo)對象觀測設(shè)備， 比如安裝在移動主體(例如，船只、車輛和飛機(jī))上的聲納和雷達(dá)，并且能夠通過發(fā)送脈沖 信號以及接收來自目標(biāo)的所述脈沖信號的反射信號檢測到所述目標(biāo)。
背景技術(shù)：
通常，相干積分技術(shù)(coherent integration technique)在這種類型的目標(biāo)觀測 設(shè)備中是公知的。如非專利文件1中所述，例如，所述相干積分技術(shù)通過對根據(jù)來自所述目 標(biāo)的反射信號獲得的觀測值求平均來提高信噪比(SNR)。所述相干積分技術(shù)通過使用如下的統(tǒng)計特性提供信號處理。假設(shè)觀測值的特征是 獨立同分布。根據(jù)中心極限定理，對這些值進(jìn)行被假設(shè)為NUMa的次數(shù)的平均并與所述SNR 相乘，作為在進(jìn)行NUMa次平均后的輸出值。在這種情況下，輸入信號和輸出信號之間的SNR 等于與NUMa相乘后的處理增益，如下所示。處理增益=(輸出SNR) / (輸入SNR)非專禾丨J文獻(xiàn) 1 :Mahafza, Bassem R. 2005. Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB(R). 2d ed.Chapman & Hal1/CRC， Taylor & Francis Group, ISBN-10 1-58448-532-7，ISBN-13 :978-1-58488-532-0 :4. 4. 1-4. 4. 2。上述技術(shù)在觀測設(shè)備和目標(biāo)之間不存在相對速度時提供優(yōu)異結(jié)果。然而，當(dāng)在觀 測設(shè)備和目標(biāo)之間存在任何相對速度時，由于該相對速度的影響，對來自目標(biāo)的反射波執(zhí) 行相干積分會使信號分量劣化。與無移動的目標(biāo)相比，所述處理增益降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種觀測信號處理裝置，該觀測信號處理裝置使得即使 在觀測設(shè)備和目標(biāo)對象之間存在相對速度時，也能夠?qū)Ψ瓷洳☉?yīng)用極好的相干積分。根據(jù)本發(fā)明，觀測信號處理裝置每次搜索時將脈沖信號作為利用多個載波調(diào)制的 搜索信號，多次連續(xù)地從發(fā)送天線發(fā)送到要觀測的區(qū)域；在接收天線處捕獲多個反射信號， 該多個反射信號是在該區(qū)域中的目標(biāo)上反射的搜索信號的一部分；基于所捕獲的反射信 號和與利用所述載波調(diào)制的脈沖信號的延遲版本等價的延遲調(diào)制脈沖信號執(zhí)行相關(guān)檢測 (relative detection)，以在每次搜索時生成多個觀測值；對所生成的觀測值執(zhí)行相干積 分；并且向外部提供每次搜索時的指定相干積分值，作為積分輸出。所述觀測值具有相位和 幅度，所述相位包括關(guān)于與所述目標(biāo)間的相對距離的信息；以及所述幅度包括關(guān)于與所述 目標(biāo)間的相對距離以及所述目標(biāo)的反射截面面積(reflected sectional area)的信息。所 述觀測信號處理裝置包括第一存儲器、搜索信號發(fā)送單元、觀測數(shù)據(jù)存儲器、第二存儲器、 相位校正量計算單元以及相位加權(quán)相干積分單元。所述第一存儲器存儲與要觀測的區(qū)域?qū)?yīng)的相干積分計數(shù)(count)。所述搜索信 號發(fā)送單元從所述第一存儲器獲取與要觀測的區(qū)域?qū)?yīng)的相干積分計數(shù)，并且從發(fā)送天線發(fā)送與所獲取的相干積分計數(shù)等價的作為搜索信號的脈沖信號。所述觀測數(shù)據(jù)存儲器控 制所述接收天線捕獲反射波，作為與所述相干積分計數(shù)等價的所發(fā)送的脈沖信號的反射信 號，并且將所述反射信號作為觀測值存儲。所述第二存儲器存儲用于所述搜索的所估計出 的相對速度。所述相位校正量計算單元從所述第二存儲器獲取所估計出的所述目標(biāo)的相對 速度，并且基于所獲取的所估計出的相對速度，計算相位校正量。所述相位加權(quán)相干積分單 元基于所計算出的相位校正量，對與所述相干積分計數(shù)等價的觀測值執(zhí)行相位加權(quán)相干積 分，并且向外部提供所獲得的積分輸出。


根據(jù)下面參照附圖作出的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將變 得更加明顯。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的觀測信號處理裝置的實施例的方框圖；圖2是示出在所述觀測信號處理裝置中提供的觀測設(shè)備的方框圖；和圖3是相干積分計數(shù)和處理增益之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。參見圖1，觀測信號處理裝置1包括主控制單元2，該觀測信號處理裝置1具體體 現(xiàn)為聲納或雷達(dá)。經(jīng)由總線3，主控制單元2連接到觀測設(shè)備5、觀測數(shù)據(jù)存儲器6、觀測控 制單元7、觀測程序存儲器9、相位校正量計算單元10、相位校正加權(quán)相干積分單元11以及 參數(shù)存儲器12，該相位校正加權(quán)相干積分單元11連接到目標(biāo)檢測單元(未示出)。所述觀 測信號處理裝置1與許多其他組件相連，但是在圖1中未示出。如圖2中所示，觀測設(shè)備5包括延遲電路13。延遲電路13連接到脈沖序列發(fā)生器 14和混頻器17。脈沖序列發(fā)生器14與混頻器15相連，該混頻器15連接到發(fā)送天線16。 混頻器15與載波振蕩器19相連，該載波振蕩器19連接到混頻器17?；祛l器17與90°相 位延遲電路20和混頻器21相連，該混頻器21連接到接收天線22?；祛l器21經(jīng)由低通濾 波器(LPF) 23與模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器25相連。圖1中示出的觀測信號處理裝置1實際上用作計算機(jī)，并且獲取和執(zhí)行在存儲器 (未示出)中存儲的給定控制程序。盡管未示出，觀測信號處理裝置1的CPU和存儲器基于 多任務(wù)和時間共享來進(jìn)行操作，以執(zhí)行與圖1中示出的功能塊對應(yīng)的功能。觀測信號處理 裝置1可以被配置為與每個塊對應(yīng)的硬件裝置。此外，所述CPU或MPU可以以分散的方式 提供給每個塊，從而對所述塊進(jìn)行控制。在如上配置的觀測信號處理裝置1中，主控制單元2獲取在觀測程序存儲器9中 所存儲的觀測程序0PR，以觀測目標(biāo)。主控制單元2基于所獲取的觀測程序0PR，控制觀測 控制單元7來觀測所述目標(biāo)。基于所述觀測程序0PR，觀測控制單元7向觀測設(shè)備5中的延遲電路13和A/D轉(zhuǎn) 換器25輸出區(qū)域信號(domain signal)DS0該區(qū)域信號DS指定期望存在要被觀測的目標(biāo) 的區(qū)域或要搜索目標(biāo)的區(qū)域。例如，該區(qū)域可以通過指定從發(fā)送天線16 (以及接收天線22) 到要搜索的目標(biāo)的距離來識別。同時，觀測控制單元7在合適的時機(jī)向觀測設(shè)備5中的脈沖序列發(fā)生器14輸出觸發(fā)信號TR。該觸發(fā)信號TR觸發(fā)生成用于目標(biāo)觀測的脈沖信號。在觀測設(shè)備5中，載波振蕩器19以給定的頻率生成載波CW，并且將該載波輸出給 混頻器15和17?；祛l器15響應(yīng)于觸發(fā)信號TR，將從載波振蕩器19輸出的載波CW和由脈 沖序列發(fā)生器14所生成的脈沖信號PL混頻。由此，混頻器15生成包含利用載波CW調(diào)制 的脈沖信號PL的搜索信號TX。發(fā)送天線16發(fā)射該搜索信號TX。從發(fā)送天線16發(fā)射的搜 索信號TX在所述目標(biāo)上反射。所反射的信號的一部分被識別為反射信號，該反射信號隨后 在接收天線22處接收，并且被提供給混頻器21。將區(qū)域信號DS從觀測控制單元7提供給延遲電路13。該區(qū)域信號DS指示與用于 搜索所述目標(biāo)的距離對應(yīng)的時間。延遲電路13提供針對從脈沖序列發(fā)生器14輸出的脈沖 信號PL的與該時間等價的延遲，以生成延遲脈沖信號DPL。延遲電路13隨后將該延遲脈沖 信號DPL輸出給混頻器17?；祛l器17將從載波振蕩器19輸出的載波CW和延遲脈沖信號 DPL混頻，以生成利用載波CW調(diào)制的區(qū)域延遲信號LOI?；祛l器17將該區(qū)域延遲信號LOI 輸出給混頻器21和90°相位延遲電路20，該90°相位延遲電路20是相位轉(zhuǎn)換器。90°相位延遲電路20將所提供的區(qū)域延遲信號LOI的相位移位90°，以生成正 交區(qū)域延遲信號L0Q。90°相位延遲電路20隨后將該正交區(qū)域延遲信號LOQ輸出給混頻 器21。為了便于在具有90°相位差的信號LOI和LOQ之間區(qū)分，信號LOI被稱為“I相”， 以及LOQ被稱為“Q相”?；祛l器21將在接收天線22處接收的反射信號RX與區(qū)域延遲信 號LOI和正交區(qū)域延遲信號LOQ混頻，用來進(jìn)行相關(guān)檢測。信號LOI和LOQ是延遲調(diào)制脈 沖信號，這些延遲調(diào)制脈沖信號被延遲與用于搜索所述目標(biāo)的區(qū)域等價的時間，即，與所述 距離等價的時間。混頻器21隨后生成I相混頻信號MXI和Q相混頻信號MXQ，并且經(jīng)由低 通濾波器23將它們輸出給A/D轉(zhuǎn)換器25。A/D轉(zhuǎn)換器25在與所述區(qū)域信號DS或用于目 標(biāo)搜索的距離對應(yīng)的時刻，將I相混頻信號MXI和Q相混頻信號MXQ轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信 號，以生成I相采樣輸出Ispl和Q相采樣輸出QspI。每次觀測到反射信號RX時，觀測控制單元7將I相采樣輸出Ispl和Q相采樣輸出 Qspl作為X = Ispi+JQSPI存儲在觀測數(shù)據(jù)存儲器6中。來自觀測控制單元7的觸發(fā)信號TR控 制脈沖序列發(fā)生器14將脈沖信號PL發(fā)射到目標(biāo)搜索的區(qū)域(目標(biāo))。所述區(qū)域所要求的 處理信號的處理增益確定每次搜索時的脈沖信號PL的數(shù)目，相應(yīng)地，確定要從在該區(qū)域中 存在的目標(biāo)接收的反射信號RX的數(shù)目。所述處理增益對應(yīng)于從相位校正加權(quán)相干積分單 元11輸出的相干積分值的處理增益。通常，該值對應(yīng)于相干積分計數(shù)NUMa,該相干積分計 數(shù)NUMa指示相位校正加權(quán)相干積分單元11所處理的相干積分操作的數(shù)目。將針對每個要搜索的區(qū)域(距離)的相干積分計數(shù)NUMa存儲在觀測信號處理裝 置1的參數(shù)存儲器12中。所述參數(shù)存儲器12因此用作第一存儲器，用于存儲相干積分計 數(shù)。當(dāng)基于觀測程序OPR確定要搜索(觀測)的區(qū)域時，觀測控制設(shè)備7從參數(shù)存儲器12 獲取對應(yīng)的相干積分計數(shù)NUMa,并且基于所獲取的相干積分計數(shù)確定脈沖信號PL的數(shù)目 (等價于相干積分計數(shù)NUMa)。脈沖信號PL的這個數(shù)目指示在每個搜索操作中要從發(fā)送天 線16發(fā)射的脈沖信號的數(shù)目。觀測控制單元7控制觀測設(shè)備5中的脈沖序列發(fā)生器14和 發(fā)送天線16來將與相干積分計數(shù)NUMa等價的脈沖信號PL作為搜索信號TX，發(fā)送到要搜 索所述目標(biāo)的區(qū)域。當(dāng)在要搜索的區(qū)域中存在目標(biāo)時，在所述目標(biāo)上反射搜索信號TX的一部分，并且在接收天線22處將該一部分的搜索信號TX作為反射信號RX接收。接收天線22捕獲與相 干積分計數(shù)NUMa等價的反射信號RX，該相干積分計數(shù)NUMa等于在該搜索信號中包含的脈 沖信號PL的數(shù)目。觀測數(shù)據(jù)存儲器6存儲每次搜索時的反射信號RX的觀測值，即，至少與從參數(shù)存 儲器12獲取的相干積分計數(shù)NUMa等價的反射信號RX的觀測值X (0)到X (NUMci-I)。此時， 主控制單元2基于觀測程序0PR，控制相位校正加權(quán)相干積分單元11對所述觀測值X (0)到 X(NUMci-I)執(zhí)行相干積分。假設(shè)每次搜索時在觀測數(shù)據(jù)存儲器6中存儲的觀測值是NUMa，該NUMa是相干積 分計數(shù)NUMa。結(jié)果是，NUMci個采樣可用作觀測值。下述等式⑴和⑵表述了與第i個采樣對應(yīng)的模型，其中i被設(shè)置為0。
權(quán)利要求
1.一種觀測信號處理裝置(1)，能夠在每次搜索時將脈沖信號作為利用載波調(diào)制的搜 索信號，多次連續(xù)地從發(fā)送天線(16)發(fā)送到要觀測的區(qū)域；在接收天線02)處捕獲多個反 射信號，所述多個反射信號是在所述區(qū)域中的目標(biāo)上反射的搜索信號的一部分；基于所捕 獲的反射信號和與利用所述載波調(diào)制的脈沖信號的延遲版本等價的延遲調(diào)制脈沖信號執(zhí) 行相關(guān)檢測，以在每次搜索時生成多個觀測值；對所生成的觀測值執(zhí)行相干積分；并且向 外部提供每次搜索時的指定相干積分值作為積分輸出，所述觀測值具有相位和幅度，所述 相位包括與到所述目標(biāo)的相對距離相關(guān)的信息，以及所述幅度包括與到所述目標(biāo)的相對距 離和所述目標(biāo)的反射截面面積相關(guān)的信息，所述觀測信號處理裝置包括第一存儲器(12)，用于存儲與要觀測的區(qū)域?qū)?yīng)的相干積分計數(shù)； 搜索信號發(fā)送單元(5，7)，用于從所述第一存儲器獲取與要觀測的區(qū)域?qū)?yīng)的所述相 干積分計數(shù)，并且用于從所述發(fā)送天線發(fā)送與所獲取的相干積分計數(shù)等價的脈沖信號作為 所述搜索信號；觀測數(shù)據(jù)存儲器(6)，用于控制所述接收天線來捕獲反射波，作為與所述相干積分計數(shù) 等價的所發(fā)送的脈沖信號的反射信號，并且用于將所述反射信號作為所述觀測值存儲； 第二存儲器(12)，用于存儲用于所述搜索的所估計出的相對速度； 相位校正量計算單元(10)，用于從所述第二存儲器獲取所述目標(biāo)的所估計出的相對速 度，并且用于基于所獲取的所估計出的相對速度，計算相位校正量；以及相位加權(quán)相干積分單元(11)，用于基于所計算出的相位校正量，對與所述相干積分計 數(shù)等價的觀測值執(zhí)行相位加權(quán)相干積分，并且用于向外部提供所獲得的積分輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的觀測信號處理裝置，其中所述相位校正量計算單元(10)確定與要在區(qū)域中搜索的目標(biāo)相關(guān)的所估計出的相對 速度的中心值，作為所估計出的相對速度。
3.如權(quán)利要求1所述的觀測信號處理裝置，其中 所述搜索信號發(fā)送單元( 安裝在車輛上；以及所述相位校正量計算單元(10)根據(jù)所述車輛的操作狀態(tài)，確定所估計出的相對速度。
4.如權(quán)利要求1所述的觀測信號處理裝置，其中所述相位校正量計算單元(10)根據(jù)到要搜索的目標(biāo)的距離，確定所估計出的相對速度。
5.如權(quán)利要求1所述的觀測信號處理裝置，其中 所述搜索信號發(fā)送單元( 安裝在移動對象上；所述第二存儲器(1 存儲負(fù)的所估計出的相對速度；以及當(dāng)所述目標(biāo)向所述移動對象移動時，所述相位校正量計算單元(10)從所述第二存儲 器獲取所述負(fù)的所估計出的相對速度，并且計算所述相位校正量。
6.如權(quán)利要求1所述的觀測信號處理裝置，其中針對同一目標(biāo)，所述相位校正量計算單元(10)從所述第二存儲器獲取多個所估計出 的相對速度，并且針對所述多個所估計出的相對速度中的每個，計算相位校正量；以及所述相位加權(quán)相干積分單元(11)基于每個所計算出的相位校正量，對與所述相干積 分計數(shù)等價的觀測值執(zhí)行相位加權(quán)相干積分，并且向外部提供具有較大絕對值的積分輸
7.如權(quán)利要求6所述的觀測信號處理裝置，其中針對所述同一目標(biāo)，所述相位校正量計算單元(10)從所述第二存儲器獲取正的和負(fù) 的所估計出的相對速度，并且針對所獲取的正的和負(fù)的所估計出的相對速度中的每個，計 算相位校正量。
全文摘要
觀測信號處理裝置(1)發(fā)送脈沖信號作為每次搜索時的搜索信號，基于目標(biāo)的反射信號以及延遲調(diào)制脈沖信號來生成觀測值，并且對觀測值執(zhí)行相干積分來輸出積分值。所述裝置(1)包括用于存儲相干積分計數(shù)的單元(12)，用于發(fā)送與所述相干積分計數(shù)等價的脈沖信號的單元(5)，用于基于所估計出的相對速度來計算相位校正量的單元(10)，以及用于基于所述相位校正量，對觀測值執(zhí)行相位加權(quán)相干積分的單元(11)。
文檔編號G01S7/288GK102147461SQ20101062151
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者三宅康之, 近藤旭, 高野岳 申請人:株式會社電裝