專利名稱：使用從多個(gè)角度反射的信號的亞毫米雷達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及亞毫米雷達(dá)系統(tǒng)所用的信號處理器、這樣的雷達(dá)系統(tǒng)、機(jī)器人或車輛比如具有這樣的系統(tǒng)的道路車輛，以及對應(yīng)的方法和計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
在亞毫米波長雷達(dá)中辨別不同類型的目標(biāo)當(dāng)前僅僅依賴于測量雷達(dá)目標(biāo)有效截面——即由一定的目標(biāo)的正方形參考單位反射的波功率的部分。由于該目標(biāo)的如表面粗糙度與吸收性質(zhì)的相關(guān)性，該目標(biāo)的所有點(diǎn)都將展示出類似的雷達(dá)目標(biāo)有效截面值。將類似的測量結(jié)果分組為輪廓產(chǎn)生了從背景中分離目標(biāo)的辨別工具。室外應(yīng)用的亞毫米雷達(dá)面對著復(fù)雜背景前或復(fù)雜前景后的復(fù)雜目標(biāo)。典型的傳統(tǒng)微波雷達(dá)應(yīng)用(如地-空和空-空雷達(dá))不會遇到這種類型的問題，因?yàn)楸尘坝商炜招纬?，它是?shí)質(zhì)上漫射和低損耗的吸收體。所測出的僅有的“明顯”雷達(dá)目標(biāo)有效截面由作為目標(biāo)的飛行器產(chǎn)生。此外僅有的可測量的多普勒移動信號來自其他飛行器和來自雷達(dá)波束命中地面之處的角度。在地面返回信號 之間低飛的飛行器將保持檢測不到。一般來說，微波雷達(dá)不適合要求對復(fù)雜環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行分類和鑒定的成像應(yīng)用。已經(jīng)提出和演示的幾種技術(shù)允許在至少中等復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行測量。ー個(gè)實(shí)例是使用海軍微波雷達(dá)的冰山檢測。這里不得不從波浪引起的大得多的反射中辨別冰山(此處在水線之上只能發(fā)現(xiàn)小部分)的微小反射。使用飛行時(shí)間過濾允許使用如調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)或連續(xù)變頻的脈沖信號雷達(dá)確定從雷達(dá)到目標(biāo)的距離。另外，人們還不得不分析信號持續(xù)的空間頻率內(nèi)容(冰山的移動要比周圍波浪慢得多)。海軍雷達(dá)(根據(jù)環(huán)境構(gòu)造)或多或少是ー維的，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)大多數(shù)檢測區(qū)域都在在地平線以下的微小條帶中，這就大幅降低了要處理的數(shù)據(jù)量。道路車輛，如較低頻率(例如63GHz的車輛到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、66GHz的車輛到車輛、77GHz的巡航控制以及79GHz的防撞擊)的汽車?yán)走_(dá)不是使用脈沖雷達(dá)模式就是使用以上的FMCW技術(shù)辨別多種距離的目標(biāo)。這些雷達(dá)不產(chǎn)生足夠分辨率的圖像以允許由形態(tài)辨別目標(biāo)。這些雷達(dá)系統(tǒng)提供了合理的水平分辨率但是通常垂直分辨率非常有限，也導(dǎo)致了本質(zhì)上ー維的檢測區(qū)域。存在著垂直方向和水平方向都提供高分辨率的紅外攝像頭。這樣的攝像頭對像素接收器吸收的總能量(不相干)敏感，而無法如雷達(dá)系統(tǒng)的情況ー樣得到距離信息(至少在僅僅使用了單ー攝像頭時(shí))。另外，用于機(jī)動車應(yīng)用的大多數(shù)IR攝像頭系統(tǒng)是被動的。不發(fā)送信號而使用場景存在的照明或目標(biāo)自身的發(fā)射作為信號源。所以IR攝像頭系統(tǒng)就不得不應(yīng)付低反差的場景(人站在溫暖的背景前)，并且對使該系統(tǒng)致盲的強(qiáng)IR源(燈、太陽)敏感。另外，雨和雪都有效地降低了系統(tǒng)的性能。對于室外應(yīng)用的亞毫米波雷達(dá)，理論上能夠使用整個(gè)亞毫米波頻率范圍。必須注意，在該頻率范圍內(nèi)存在著若干頻率窗ロ，它們位于大氣衰減最小點(diǎn)周圍，更有利于操作。對于雷達(dá)的給定動態(tài)范圍小以及對于給定的電源功率小而檢測距離大，與距離要求低而動態(tài)范圍和電源功率大的系統(tǒng)相比，占有這些大氣窗ロ更重要。當(dāng)前檢測范圍在100米左右的任何亞毫米波雷達(dá)由于電源功率的限制，通常都被限于在大氣窗口內(nèi)運(yùn)行，盡管原則上本文呈現(xiàn)的本發(fā)明的實(shí)施例未必被限于這些窗ロ。與能夠使用從0到IOOGHz的整個(gè)頻率范圍而且只有若干法律約束限制頻率優(yōu)化的微波雷達(dá)應(yīng)用相反，IOOGHz以上的雷達(dá)僅僅能夠使用可用頻率范圍的ー小部分(20% )。典型的頻帶(也稱為“大氣窗ロ”)位于100GHz、220GHz、350GHz、450GHz、520GHz、600GHz、810GHz、l. OOOTHz,1. 650THz 和 2. 400THz 附近，峰值衰減逐漸増大。這些窗ロ在射電天文學(xué)中為人熟知。從W02006/078570 (HOLT)的段落0063-0069已知提供了監(jiān)視某主體的方法，包括在具有高于大約IOOMHz和低于大約2THz的若干頻率的第一和第二不同的頻率范圍內(nèi)以電磁輻射照射該主體的至少一部分。根據(jù)說明，為了增強(qiáng)對這些圖像中差異的觀察，可以給每幅圖像分配某種區(qū)分特征，比如圖像模式、強(qiáng)度等級或顏色。這些圖像是從彩色圖像導(dǎo)出的灰度級圖像。在引用的實(shí)例中，這些圖像的像素分別被分配給紅色、緑色和藍(lán)色。這是這些圖像一般強(qiáng)度等級不同的至少一部分原因。進(jìn)ー步根據(jù)說明，可以向觀察者連續(xù)地或并發(fā)地顯示從不同頻率范圍數(shù)據(jù)產(chǎn)生的不同圖像，以幫助觀察者識別出這些圖像之間的差異。這樣的差異的區(qū)域可能對應(yīng)于圖像異常，它們可以包括目標(biāo)。將觀察者的注意力引向這些異?？梢约铀賹@些目標(biāo)的識別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于亞毫米雷達(dá)系統(tǒng)的替代信號處理器、這樣的雷達(dá)系統(tǒng)、具有這樣的系統(tǒng)的機(jī)器人或車輛比如機(jī)器人車輛或道路車輛，以及對應(yīng)的方法和計(jì)算機(jī)程序。根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了亞毫米波長雷達(dá)系統(tǒng)，具有用于接收井下轉(zhuǎn)換來自所述系統(tǒng)的視野中內(nèi)容的信號的接收機(jī)，所述視野中某給定點(diǎn)對應(yīng)的所述下轉(zhuǎn)換的信號具有時(shí)變的振幅和相位分量，所述振幅和相位分量具有取決于所述給定點(diǎn)處的內(nèi)容的周期分量，以及信號處理器，被安排為從所述周期分量中導(dǎo)出有關(guān)所述內(nèi)容的信息，所述雷達(dá)系統(tǒng)被安排為通過具有多個(gè)照明或接收位置，從不同的照明或接收角度獲得所述視野中相同點(diǎn)的信號，并且所述信號處理器被安排為使用根據(jù)來自所述兩個(gè)或更多個(gè)角度的信號所確定的信息，確定所述內(nèi)容的位 置和方位。通過使用來自不同角度的信息，變得有可能應(yīng)對或克服亞毫米波長的缺點(diǎn)，即大多數(shù)所述反射是鏡面的使得只有面向所述雷達(dá)系統(tǒng)的目標(biāo)表面才可檢測出，意味著許多目標(biāo)是不可識別的。本發(fā)明的實(shí)施例能夠具有被加入的任何其他特征，某些這樣的附加特征在相關(guān)的權(quán)利要求書中陳述并在以下更詳細(xì)地介紹。提供的某些實(shí)施例具有單個(gè)接收機(jī)和空間分開的多個(gè)發(fā)射機(jī)。其他實(shí)施例能夠涉及具有多個(gè)或可移動的接收機(jī)或發(fā)射機(jī)，以便在不同時(shí)間得到來自不同角度的所述信號，并且所述信號處理器被安排為接收所述多個(gè)或可移動的接收機(jī)或發(fā)射機(jī)的對應(yīng)位置的指
/Jn o所述信號處理器能夠被安排為確定來自不同角度的所述下轉(zhuǎn)換信號的哪些部分對應(yīng)于所述內(nèi)容中的同一目標(biāo)，并且通過三角測量確定該目標(biāo)的位置。所述系統(tǒng)能夠被安排為確定所述目標(biāo)多個(gè)點(diǎn)的表面方位并且通過與目標(biāo)特征庫進(jìn)行比較來對所述目標(biāo)進(jìn)行分類。在某些實(shí)施例中，除了所述以上特征之外，還使用了相干下轉(zhuǎn)換，所以存在相位和振幅信息而不是僅僅振幅信息。這意味著在所述下轉(zhuǎn)換信號中存在著在常規(guī)非相干系統(tǒng)中因?yàn)闊o法與噪聲區(qū)別而被丟失的附加信息。所述復(fù)數(shù)相位-振幅信息比単獨(dú)振幅信息對所述內(nèi)容中的變化更敏感，比如目標(biāo)、背景和大氣條件。亞毫米波雷達(dá)的所述相位信息使得周期分量能夠被保留，它具有所述內(nèi)容的至少三種類型的信息特征。第一，以少量亞毫米波長、上內(nèi)容的準(zhǔn)周期變化形式的內(nèi)容抖動可能是特定內(nèi)容的特征，比如微運(yùn)動，如隨風(fēng)移動的植被或者任何建筑的其他強(qiáng)制振動。這種類型的信息在微波雷達(dá)中未被發(fā)現(xiàn)或不是非常有用，因?yàn)樗褂玫牟ㄩL遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于典型的微運(yùn)動。第二，亞毫米駐波的變化能夠被檢測為斑紋，而不是作為噪聲被丟棄，現(xiàn)在能夠足夠好地將其檢測出以便確定由所述內(nèi)容中差異引起的所述斑紋中的差異。[在微波雷達(dá)中也發(fā)現(xiàn)了斑紋但是在亞毫米雷達(dá)中有價(jià)值的所述斑紋模式的空間分布要求所述目標(biāo)展示許多波長的曲率半徑和目標(biāo)尺寸。]第三，在所述視野中所述目標(biāo)上的薄層能夠引起若干干涉條紋，如果所述層具有的厚度約為若干半波長，所述干涉條紋會影響所收到的亞毫米照明的反射。這樣的法布里泊羅(Fabry-Perot)效應(yīng)理論上也在微波雷達(dá)中發(fā)現(xiàn)，但是要檢測必須延伸超過幾米的很多厘米厚度層的實(shí)際使用是非常有限的。亞毫米波雷達(dá)就不是這樣道路上的冰層就是實(shí)例。這種附加信息能夠使得亞毫米更適用于各種各樣的廣泛應(yīng)用，包括例如機(jī)動車?yán)走_(dá)，它相對不受太陽光致盲、霧或降水的影響。在某些實(shí)施例中，所述下轉(zhuǎn)換信號可以是具有中頻頻譜的中頻信號，并且所述信號處理器可以被安排為單獨(dú)地分析所述中頻頻譜的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)域。這能夠幫助辨別在例如所述頻譜某些部分中出現(xiàn)而不在其他部分中出現(xiàn)的內(nèi)容。所述收到的信號能夠包括多個(gè)不同亞毫米頻率的信號，并且所述信號處理器可以被安排為對所述不同亞毫米頻率單獨(dú)地分析所述對應(yīng)的中頻信號。同樣這能夠幫助辨別在某些亞毫米頻率出現(xiàn)而不在其他頻率出現(xiàn)的內(nèi)容。所述信號處理器能夠被安排為執(zhí)行用于圖像分析的任何公知技術(shù)，比如數(shù)字濾波器比如平滑濾波器或者用于分割的濾波器的應(yīng)用、輪廓生成、反差跳躍和/或線條和/或邊緣和/或角落的識別，并且可以適于使用形態(tài)學(xué)算子改進(jìn)或平滑輪廓、區(qū)域等。所述信號處理器能夠被安排為對所述圖像中受關(guān)注的檢測出的若干目標(biāo)和/或點(diǎn)進(jìn)行分類，比如反差跳躍、線條。所述信號處理器可以適于聚集所述收到的圖像的若干部分，從而識別出具有共同特征的區(qū)域，如從而識別出目標(biāo)。這可能涉及例如將檢測出的特征與給定目標(biāo)或目標(biāo)類的特征存儲庫進(jìn)行比較。所述信號處理器能夠具有將所述收到信號的若干部分與一組對應(yīng)的接收波束位置相聯(lián)系的部件。這能夠使所述關(guān)聯(lián)的信號分組到表現(xiàn)所述情景的幀之中。例如這可以是ー維的、ニ維的或三維的幀。所述信號處理器能夠具有將若干算子應(yīng)用到所述幀數(shù)據(jù)的部件。所述算子可以是提取所述情景內(nèi)給定時(shí)刻的振幅和/或中頻頻率局部變化的算子。所述算子可以是提取所述幀數(shù)據(jù)中空間或時(shí)間特征的算子。所述算子可以是提取以下特征的算子對亞毫米頻率或振幅具有依賴性，或者對照明方向、所述接收器的焦點(diǎn)位置或極化的任何一種或者這些的任何組合具有依賴性。另ー方面提供的車輛具有任何ー個(gè)前面的權(quán)利要求的所述雷達(dá)系統(tǒng)，并且具有向所述信號處理器指明所述車輛移動時(shí)所述照明或接收位置的絕對位置的部件。另ー方面提供了使用亞毫米波長主動雷達(dá)系統(tǒng)的方法，所述方法具有以下步驟使用發(fā)射機(jī)照明視野、接收以及下轉(zhuǎn)換來自所述系統(tǒng)視野中內(nèi)容的信號，所述視野中的給定點(diǎn)對應(yīng)的所述下轉(zhuǎn)換信號具有時(shí)變的振幅和相位分量，所述振幅和相位分量具有取決于所述給定點(diǎn)處的內(nèi)容的周期分量，所述下轉(zhuǎn)換信號包括通過具有多個(gè)照明或接收位置而來自不同的照明或接收角度的信號，并且所述方法具有以下所述步驟處理所述下轉(zhuǎn)換信號以按照所述周期分量確定有關(guān)所述內(nèi)容的信息；以及使用來自所述兩個(gè)或更多個(gè)角度的所述信號確定的信息來確定所述內(nèi)容的位置或方位。所述方法能夠在某些實(shí)施例中具有確定來自不同角度的所述下轉(zhuǎn)換信號的哪些部分對應(yīng)于內(nèi)容中的同一目標(biāo)，并且通過三角測量確定該目標(biāo)的位置。另ー方面提供了ー種具有存儲的程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行存儲的程序時(shí)將使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行這些方法的步驟。任何一個(gè)所述附加特征都能夠組合在一起并且能夠與任何一個(gè)所述方面進(jìn)行組合。其他優(yōu)點(diǎn)尤其是超過其他現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。能夠做出無數(shù)的變化和修改而不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書。所以，應(yīng)當(dāng)清楚地理解，本發(fā)明的形式僅僅是展示性的并非力圖限制本發(fā)明的范圍。


現(xiàn)在將參考附圖舉例介紹如何可以實(shí)施本發(fā)明，其中
圖IA至圖1C、圖IE和圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖；圖ID和圖3顯示了根據(jù)實(shí)施例的步驟；圖4顯示了根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)圖；圖5、圖6和圖7顯示了在圖I、圖2、圖3或圖4的系統(tǒng)實(shí)施例或者其他實(shí)施例中使用的頻率和時(shí)間控制的不意圖；圖8顯示了相同系統(tǒng)實(shí)施例的射頻發(fā)生器部件的示意圖；圖9顯示了相同系統(tǒng)實(shí)施例的本機(jī)振蕩發(fā)生器部件的示意圖；圖10和圖11顯示了相同系統(tǒng)實(shí)施例的中頻處理部件的示意圖；圖12和圖13顯示了相同系統(tǒng)實(shí)施例的圖像處理部件的示意圖；圖14顯不了使用脫機(jī)中頻處通和圖像處通的替代實(shí)施例的不意圖；圖15和圖16顯示了用于雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)施例的波束整形和掃描部件的示意圖；圖17至圖23顯示的圖形展示了內(nèi)容抖動和斑紋效應(yīng)能夠如何提供所收到信號頻譜中的可檢測信息；圖24和圖25顯示的圖形指示了所收到射頻信號中的可檢測干渉效應(yīng)。
具體實(shí)施例方式下面將關(guān)于若干特定實(shí)施例和參考一定的附圖介紹本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此而僅僅根據(jù)權(quán)利要求書來限定。所介紹的附圖僅僅是示意性的而不是限制。在附圖中，為了展示目的某些元件的尺寸可以被夸大并未按比例繪制。在本說明書和權(quán)利要求書中使用術(shù)語“包括”之處，它并不排除其他元件或步驟。指單數(shù)名詞時(shí)所用的如“某”、“所述”之處，這包括了該名詞的復(fù)數(shù)，除非明確地聲明了并非如此。在權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“包括”不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于其后列出的裝置，它并不排除其他元件或步驟。因此，表達(dá)“包括裝置A和B的設(shè)備”的范圍不應(yīng)當(dāng)限于僅僅由組件A和B構(gòu)成的設(shè)備。它意味著關(guān)于本發(fā)明，僅和設(shè)備相關(guān)的組件是A和B。不僅如此，在說明書中和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語第一、第二、第三等是為了在類似元件之間進(jìn)行區(qū)分，而未必是用于說明順序或時(shí)間次序。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的這些術(shù)語在適當(dāng)情況下是可互換的，并且本文介紹的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以不同于本文介紹或展示的其他順序運(yùn)行。另外，在說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語頂、底、之上、之下等是為了說明目的，而未必用于說明相對位置。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的這些術(shù)語在適當(dāng)情況下是可互換的，并且本文介紹的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以不同于本文介紹或展示的其他方位運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)注意，在權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“包括”不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于其后列出的裝置，它并不排除其他元件或步驟。因而應(yīng)當(dāng)將其解釋為規(guī)定了如所指的所聲明特征、整數(shù)、步驟或組件的存在，但是并不排除ー個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟或組件或者其組合的存在或加入。因此，表達(dá)“包括裝置A和B的設(shè)備”的范圍不應(yīng)當(dāng)限于僅僅由組件A和B構(gòu)成的設(shè)備。它意味著關(guān)于本發(fā)明，僅和設(shè)備相關(guān)的組件是A和B。本說明書從始至終對“一個(gè)實(shí)施例”或“某實(shí)施例”的引用意味著連同該實(shí)施例介紹的特定特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征被包括在本發(fā)明的至少ー個(gè)實(shí)施例中。因此，本說明書從始至終在多處出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在某實(shí)施例中”未必都指同一實(shí)施例，而是可以如此。不僅如此，這些特定特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征可以以任何適合的方式結(jié)合，正如在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本公開對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。同樣應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在本發(fā)明的示范實(shí)施例的說明中，為了簡化本公開和幫助理解一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明不同方面的目的，在單個(gè)實(shí)施例、附圖或其說明中有時(shí)將本發(fā)明的多個(gè)特征組合在一起。不過，不應(yīng)當(dāng)將本公開的方法解釋為反映了所要求保護(hù)的發(fā)明要求比在每項(xiàng)權(quán)利要求中清楚陳述的特征更多特征的意圖。相反，正如以下權(quán)利要求書反映，本發(fā)明的若干方面處于少于單個(gè)前述公開的實(shí)施例中全部特征的狀態(tài)。因此，跟隨本詳細(xì)說明之后的權(quán)利要求書在此特別地合并到本詳細(xì)說明之中，其中每項(xiàng)權(quán)利要求都以其自身為根據(jù)作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施例。此外，雖然本文介紹的某些實(shí)施例包括在其他實(shí)施例中包括的某些特征但不包括其他特征，但是不同實(shí)施例的特征結(jié)合意味著在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，并且形成了不同的實(shí)施例，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。例如，在以下權(quán)利要求書中，任何要求保護(hù)的實(shí)施例都能夠組合地使用。在本文提供的說明中，闡述了眾多特定細(xì)節(jié)。不過應(yīng)當(dāng)理解，沒有這些特定細(xì)節(jié)也可以實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。在其他實(shí)例中，為了不模糊對本說明的理解沒有詳細(xì)地顯示熟、知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)。現(xiàn)在通過對本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)說明介紹本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)清楚，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識就能夠設(shè)定本發(fā)明的其他實(shí)施例，而不脫離本發(fā)明的技術(shù)教導(dǎo)，本發(fā)明僅僅由附帶權(quán)利要求書的條款限制?！爸鲃印币馕吨l(fā)射輻射以照亮景物并檢測從該景物反射的輻射的任何雷達(dá)系統(tǒng)。發(fā)射機(jī)原理上可以獨(dú)立于接收部件，如果該接收能夠通過檢測所述發(fā)射與該發(fā)射機(jī)鎖相的話?！皝喓撩桌走_(dá)”意在通常包含使用大約IOOGHz以上頻率的任何雷達(dá)，并且在300GHz以上和3THz以下的更窄范圍內(nèi)將介紹若干實(shí)例，也稱為太拉赫茲雷達(dá)。這種雷達(dá)能夠被應(yīng)用在例如車輛的系統(tǒng)中，以及例如所公知的，應(yīng)用在建筑物中的安全或監(jiān)視系統(tǒng)中。“內(nèi)容”被定義為視野中的任何事物，包括例如要被檢測的目標(biāo)，比如機(jī)動車應(yīng)用中的小汽車或行人，以及背景或模糊目標(biāo)比如植被或建筑物，至少對于機(jī)動車應(yīng)用將其視 為雜物并且可以作為識別部分從圖像中刪除。內(nèi)容也可以包括大氣效應(yīng)比如雨、霧、雪或陽光，它們影響著向外照明或返回到接收機(jī)的反射的任一方，或者影響著雙方?！败囕v”應(yīng)當(dāng)被廣義地解釋并且能夠指任何機(jī)器人、機(jī)器人車輛、自動導(dǎo)向的車輛、道路車輛、船舶、飛行器等。實(shí)施例的引言挑戰(zhàn)和系統(tǒng)考慮用于室外應(yīng)用的亞毫米波(后文為亞毫米)雷達(dá)意在用于涉及復(fù)雜背景前的復(fù)雜目標(biāo)的應(yīng)用，已確定其他雷達(dá)系統(tǒng)在此失效。所以，需要新技術(shù)以增強(qiáng)雷達(dá)的分辨和分類能カ而不需要過度的帶寬和功率需求。降低射頻帶寬是改進(jìn)噪聲性能的ー種有用方式。傳統(tǒng)的多普勒和FMCW雷達(dá)系統(tǒng)需要相當(dāng)大的射頻帶寬，以分別達(dá)到所需要的速度和往返距離分辨率。達(dá)到可接受信噪比的唯一可用方法是積分。結(jié)果每時(shí)間單位只能夠執(zhí)行少量的測量。通常這個(gè)數(shù)量對于ー維掃描雷達(dá)是足夠的。成像雷達(dá)系統(tǒng)無法基于這些傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)。必須有降低所需RF帶寬的方法，并且利用其他方式提供分類信息。帶寬的這種降低產(chǎn)生了好得多的信噪比。這種提升的信噪比能夠或者用于降低本機(jī)振蕩器功率要求或者用于增加每時(shí)間単位所測量的像素(幀)的數(shù)量?，F(xiàn)今建造亞毫米成像雷達(dá)時(shí)本機(jī)振蕩器功率是另ー個(gè)限制因素，即在照明給定距離處的場景的RF功率的可用性。目前IOyW的輸出功率是使用波導(dǎo)塊的エ藝現(xiàn)狀。對于合理的雷達(dá)系統(tǒng)，必須達(dá)到IOmW的輸出功率。不過建造這樣系統(tǒng)的技術(shù)在不久的將來將可用。增添了寬帶照明的需求，發(fā)射功率的目標(biāo)更難以達(dá)到。達(dá)到合理輸出功率的ー種方式是脫離寬帶源而建造多個(gè)頻率源，它們能夠在要求頻帶中發(fā)射所需要的功率，但是未必能夠在大氣窗ロ之間的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生高功率級別。由于主動亞毫米雷達(dá)通常對處于或接近鏡面反射角度的反射表面敏感，在亞毫米中“見到”的目標(biāo)形狀與使用IR照相機(jī)所獲取的圖像很不同。這些圖像也不同于在室外條件下使用被動毫米波雷達(dá)所得到的圖像。在主動亞毫米雷達(dá)中的面部圖像本質(zhì)上僅僅包括鼻尖、前額和下巴(為單基地雷達(dá)鏡面反射點(diǎn))的明亮反射。面部的剰余部分對圖像沒有貢獻(xiàn)因?yàn)樗鼈儾辉阽R面反射的角度區(qū)域，并且漫反射非常少，與光頻率不同。限制漫反射對圖像貢獻(xiàn)的另一個(gè)因素是接收機(jī)的有限動態(tài)范圍。所以目標(biāo)的形狀不對應(yīng)光學(xué)圖像中的可識別形狀，因此需要進(jìn)ー步的分析以增添用于分類目標(biāo)的另一度信息因?yàn)橹烂娌繋缀跛械狞c(diǎn)將以同一步調(diào)移動，所以RF斑紋模式頻譜將是一致的即使絕對信號電平不高。目標(biāo)分類庫能夠是判別過程的有用部分。手中有了多頻雷達(dá)系統(tǒng)，必須事先建立目標(biāo)行為庫。為了區(qū)分多個(gè)目標(biāo)類別，在庫中不僅能夠列出目標(biāo)(關(guān)于RF頻率)的頻譜行為也能夠列出(以中頻頻帶測量的)低頻相關(guān)長度。此外，目標(biāo)分類庫還能夠包含目標(biāo)空間和時(shí)間相關(guān)功能的信息。一定的目標(biāo)在成像器上具有典型的尺寸和形狀(空間相關(guān)長度)和典型的可見度時(shí)間(相關(guān)時(shí)間)以及目標(biāo)部分關(guān)于彼此的相對運(yùn)動(目標(biāo)的自相關(guān)譜)。 用于室外應(yīng)用的主動和被動亞毫米雷達(dá)的基本敏感度限界由噪聲等效反射率差(NERD)給出。顧名思義，只有大于噪聲等效的反射率差才能夠被雷達(dá)系統(tǒng)見到。與常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)相反，亞毫米車載雷達(dá)能夠用作成像系統(tǒng)。所以能夠開發(fā)ー組新的概念成像雷達(dá)需要像素重復(fù)率高和每個(gè)像素上的積分時(shí)間短。所以并且與由于更短波長所得到的更高空間分辨率一起，由目標(biāo)和背景微小移動所引起的斑紋特征在中頻信號的振幅信息中變得可見。它們作為噪聲出現(xiàn)，除非保留和檢測到了相位信息。某些條件如下.空間分辨率必須具有移動目標(biāo)(樹葉、衣服、車輛部件)的級別。.波長必須足夠短使得這樣的復(fù)雜目標(biāo)的移動引起相位信息的顯著改變。兩種情況亞毫米雷達(dá)都能夠?qū)崿F(xiàn)，與其他類型的雷達(dá)不同。幾厘米的空間分辨率允許各片樹葉、衣服部分和車輛部件被辨別出。典型情況下，小于毫米級的波長將引起零點(diǎn)幾毫米級的微小移動作為移動駐波比變得可見，即傳統(tǒng)的斑紋模式。不是濾出這些周期成分比如斑紋模式，而是可以估計(jì)它們的頻率成分。由于所研究目標(biāo)微觀移動的典型頻率范圍導(dǎo)致微運(yùn)動頻譜的可用性對于不同的目標(biāo)類是截然不同的。典型情況下,樹葉具有姆秒幾毫米的震蕩頻譜,引起IOs至IOOHz的斑紋頻率。衣服具有毎秒幾毫米的震蕩頻譜，引起子Hz頻譜。常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)具有相當(dāng)IOHz的幀速率并且無法看到這些斑紋模式。在時(shí)間窗口上對選定的像素采取一系列的測量，允許頻率分辨率高達(dá)幾kHz。利用幾個(gè)像素的讀出值并執(zhí)行FFT分析或類似類型的某種其他變換，能夠去除某些雜物比如植被對機(jī)動車實(shí)例的影響。正如以下將更詳細(xì)地介紹，能夠做到更多。相關(guān)性分析能夠向用單頻雷達(dá)所獲得的ニ維圖像增添兩個(gè)更多的維度。人們可以計(jì)算任何給定像素“時(shí)間反向”的相關(guān)時(shí)間并且可以計(jì)算“相同時(shí)間”任何相鄰像素的相關(guān)長度。通過計(jì)算任何像素關(guān)于先前時(shí)間獲取的任何其他像素的相關(guān)而展現(xiàn)了本方法的全部能力。這種“完全”相關(guān)包含時(shí)間相似和空間相似的性質(zhì)，比如目標(biāo)關(guān)于場景幀的運(yùn)動、目標(biāo)部分關(guān)于該目標(biāo)的其他部分的運(yùn)動、目標(biāo)的尺寸和持久性信息。所有這些性質(zhì)都可能是內(nèi)容的特征，能夠?qū)Χ喾N類型的目標(biāo)進(jìn)行辨別和分類。對于成像系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)選擇足夠高的幀速率，使得背景和目標(biāo)的相關(guān)時(shí)間都慢于幀速率。計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)與自身“時(shí)間反向”(自相關(guān)時(shí)間)的相關(guān)然后產(chǎn)生了反差增強(qiáng)的圖像——典型情況下該目標(biāo)具有的持續(xù)時(shí)間轉(zhuǎn)變?yōu)楸缺尘爸杏捎陲L(fēng)所引起小運(yùn)動的植被回聲信號持續(xù)時(shí)間更長的相關(guān)時(shí)間。典型情況下目標(biāo)(比如行人)具有的相關(guān)時(shí)間比一座道路基礎(chǔ)設(shè)施或者如用于廣告的紙板人像的相關(guān)時(shí)間快得多。
取得相同的測量信息并計(jì)算像素與其近鄰像素的相關(guān)產(chǎn)生了特定類目標(biāo)的典型相關(guān)長度——植被具有由小運(yùn)動引起的比較小的相關(guān)長度，人具有由此人的尺寸所確定的大得多的相關(guān)長度，道路基礎(chǔ)設(shè)施往往由于其尺寸具有最大的相關(guān)長度?，F(xiàn)在計(jì)算了時(shí)間相似和空間相似相關(guān)后，兩個(gè)新維度已經(jīng)被添加到測量數(shù)據(jù)現(xiàn)在不僅能夠使用目標(biāo)的尺寸作為檢測工具，而且還能夠使用目標(biāo)關(guān)于雷達(dá)系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間和典型的運(yùn)動。這些“完全”相關(guān)譜還包含(與雷達(dá)系統(tǒng)正交的)速度信息，由在一組連續(xù)幀中與已經(jīng)可見目標(biāo)所在的像素有關(guān)的清晰相關(guān)峰值表示。在雷達(dá)波束方向上的速度信息可以以多種方式得到，方式為當(dāng)某幀與先前幀相關(guān)時(shí)，識別該目標(biāo)的位移或尺寸。俥用多個(gè)亞臺米頻帶由于可用亞毫米頻帶之間相對大的頻率距離，所以在不同頻帶中給定障礙的由障礙材料的基礎(chǔ)物理性質(zhì)所引起的雷達(dá)有效截面將不同。人體將以近似相同的方式反射·一切THz波——在人皮膚之下遇到的損失充當(dāng)了與輻射頻率無關(guān)的幾乎完美鏡面。具有
0.5mm. . . Imm厚度的典型樹葉顯示了法布里泊羅(Fabry-Perot)諧振效應(yīng),此處與雷達(dá)波束正交的投影樹葉厚度將是材料中半波長的奇整數(shù)倍，引起了相消干渉。在其他頻率上，同ー樹葉具有的厚度對應(yīng)于材料中半波長的偶整數(shù)倍，引起相長干渉。相消干渉造成零雷達(dá)有效截面因此不可見的樹葉，相長干涉頻率將產(chǎn)生最大的雷達(dá)有效截面。為了充分利用這些性質(zhì)，可以使用多頻雷達(dá)系統(tǒng)并可以相干地評估所得到的圖像。選擇不止一個(gè)頻帶(如三個(gè))，在一定頻帶內(nèi)得到的每幅雷達(dá)圖像都被賦予了預(yù)定的“THz顔色”。隨后，從特定場景在一定時(shí)間得到的全部圖像(“THz顏色提取”)被重疊形成偽彩色圖像。這就產(chǎn)生了雷達(dá)響應(yīng)的頻率依賴到更適合圖像處理的彩色圖像的轉(zhuǎn)換。將若干頻帶與顏色相關(guān)聯(lián)引起在人體上獲得“白色”圖像而在葉子上獲得“多彩的”回波，其中草葉具有更高的頻率，與樹葉相比相消干渉首先出現(xiàn)。樹葉的頻率又高于針葉。紙板墻和交通標(biāo)志具有明顯的非白色顔色，在圖像的大部分上變化不快(看起來象水上的油點(diǎn))。人行道上黒色冰層也具有典型的顔色緩慢變化外貌。相反，雪完全是黑色的——雪面上的多個(gè)反射作用吸收了進(jìn)入的全部輻射。所以偽彩色亞毫米波和THz成像用于根據(jù)目標(biāo)的物理表面結(jié)構(gòu)而區(qū)分它。在所有頻帶中得到的總信號振幅最終象征著雷達(dá)有效截面。在這種數(shù)據(jù)集上，可以根據(jù)“THz顏色”映射區(qū)別參數(shù)。例如可以獲得三個(gè)頻帶的圖像。“紅”色提取在350GHz獲得，“緑”在450GHz而“藍(lán)”在500GHz。人的回波對所有頻帶會是共同的。樹葉和灌木叢的回波具有很強(qiáng)的頻率依賴性。重疊這三種顏色的圖像產(chǎn)生偽彩色圖像，其中人的回彼是“白色”而樹葉的回波證實(shí)是有色的。因此在相干雷達(dá)系統(tǒng)中多頻帶成像能夠用于增強(qiáng)反差并且能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行分類。在亞毫米成像雷達(dá)應(yīng)對的場景中，一切被成像的部分都比所用輻射波長大得多。這與傳統(tǒng)雷達(dá)形成鮮明對比，其中典型的成像目標(biāo)具有頗有幾個(gè)波長的典型維度。結(jié)果，THz雷達(dá)圖像包含比傳統(tǒng)雷達(dá)多得多的成像目標(biāo)表面性質(zhì)的細(xì)節(jié)。在自然目標(biāo)的表面上，頻繁地發(fā)現(xiàn)具有若干亞毫米特征長度的典型結(jié)構(gòu)。這包括樹皮、樹葉、衣服以及交通標(biāo)志上的反射表面。所以，與微波雷達(dá)圖像相比，在障礙物上一定點(diǎn)的所遇到的雷達(dá)有效截面多得多地依賴于以窄帶方式所使用的雷達(dá)頻率。提取和處理這種信息意味著它能夠用于目標(biāo)或障礙物的檢測和分類。正如已經(jīng)介紹，能夠從雷達(dá)信號中提取最大限度的信息量，方式為使用周期成分中的變化比如空間譜(目標(biāo)多大、多小)、低頻譜(目標(biāo)中小的部分相對于該目標(biāo)移動得有多快)、中頻頻譜(整個(gè)目標(biāo)相對于雷達(dá)系統(tǒng)移動得有多快)以及顏色-RF頻譜(目標(biāo)的反射率隨著THz頻率如何變化)?？紤]這種信息并考慮先前得到的幀便為雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生了第一目標(biāo)辨別工具。利用這樣的工具，人們能夠避免使用如對系統(tǒng)噪聲具有最負(fù)面影響的中頻頻譜，以便實(shí)現(xiàn)具有與多普勒雷達(dá)可比較信息的連續(xù)波雷達(dá)。接收反射的任何雷達(dá)系統(tǒng)都受限于其噪聲等效反射率差(NERD)。小于它的反射率差都無法被檢測出。降低該NERD對于增強(qiáng)實(shí)用雷達(dá)系統(tǒng)極其重要。
為了增強(qiáng)NERD存在著兩種基本不同的策略I :増加給定反射率差上所得到測量信號差。不是工作在單ー頻率上而是運(yùn)行在一組頻帶上，增強(qiáng)了給定反射率差上所收到的信號差，只要反射率本身是依賴于頻率的。2 :降低測量系統(tǒng)的噪聲。不是工作在單ー頻率上而是運(yùn)行在一組頻帶上，即使反射率不依賴于頻率，引起所得到的數(shù)據(jù)量加倍，從而允許通過對加倍的測量數(shù)據(jù)量積分而識別該目標(biāo)，由于噪聲趨向在更多的積分時(shí)抵消所以有效地降低了噪聲。不僅考慮測量系統(tǒng)的噪聲還考慮由雨和雪所引起的噪聲，測量一組頻率也允許減少這種噪聲——測量中唯一相關(guān)部分就是該目標(biāo)。雨的散射和吸收強(qiáng)烈隨機(jī)地依賴于頻率。運(yùn)行在一組頻帶上有效地除去了一切斑紋效應(yīng)。斑紋是一切相干雷達(dá)系統(tǒng)的低劣副產(chǎn)品，由發(fā)射機(jī)、目標(biāo)和接收機(jī)之間的駐波引起。斑紋濾波通常以相當(dāng)量的信噪比和測量信號的動態(tài)范圍為代價(jià)。多頻雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行在足夠多的頻率時(shí)，不需要任何斑紋濾波器。在同一亞毫米頻帶內(nèi)使用多種設(shè)置通過改變例如像素分辨率、圖像的積分時(shí)間和中頻范圍的設(shè)置、以及以不同設(shè)置獲取的圖像對比也能夠得到偽彩色成分。從這可得到圖像中幾個(gè)點(diǎn)處更準(zhǔn)確的多普勒信息。在更高的分辨率上執(zhí)行了輪廓提取后，這種速度信息被分配到由該高分辨率輪廓所界定的整個(gè)目標(biāo)。系統(tǒng)組件Tx單元多色THz雷達(dá)需要多組倍頻器或能夠產(chǎn)生相當(dāng)大輸出功率的單組倍頻器，用于一組頻帶內(nèi)的目標(biāo)照明。適于車載應(yīng)用的頻帶是由大氣窗ロ確定的350GHz、450GHz和515GHz。如果使用了鎖相，連續(xù)波發(fā)射機(jī)更實(shí)用，因?yàn)槭褂肧AR技術(shù)能夠根據(jù)所得到的CW結(jié)果計(jì)算任何脈沖響應(yīng)，并且通過脈沖調(diào)制發(fā)射機(jī)輸出就有可能擾亂任何鎖相。系統(tǒng)組件Rx單元對于多色THz雷達(dá)的接收方，分諧波混頻器級是適當(dāng)?shù)?。在這里所需要的本機(jī)振蕩器頻率更低，通常低ニ或三倍，并且能夠更容易地產(chǎn)生可用于泵推該混頻器的功率。在波束分路器中使用法布里泊羅(Fabry-Perot)諧振器級能夠完成不同顏色頻道的分離。與僅僅能夠使用30%的信號產(chǎn)生測量信號的吸收性解決方案相比，在這里能夠使用幾乎80%的進(jìn)入多頻信號。通過將本機(jī)振蕩器和RF部分分離到三個(gè)獨(dú)立単元之中，發(fā)射的THz總功率増加了 3倍，它使系統(tǒng)的信噪比增加了 3的平方根倍，即大約I. 7倍。其他解決方案是在每個(gè)RF頻帶的每個(gè)RF源信號上基于單邊帶上轉(zhuǎn)換器使用邊帶發(fā)生器。對每個(gè)RF頻帶使用不同的邊帶位移，需要僅僅ー個(gè)傳統(tǒng)的混頻器，并且多個(gè)RF頻帶通過頻率多路復(fù)用都包含在中頻信號中。即使這里Rx単元也要求多組倍頻器或能夠產(chǎn)生相當(dāng)大輸出功率的單組倍頻器，用于ー組頻帶內(nèi)的目標(biāo)照明。用于諧波混頻的適合的頻帶是175GHz、225GHz和257. 5GHz。所有這些頻帶彼此都不是諧頻，所以RF串?dāng)_將不會是問題。因?yàn)楗司S成像雷達(dá)系統(tǒng)對可用的瞬時(shí)中頻帶寬具有非?？量痰囊螅旁氡仁莻€(gè)問題。(對RF帶寬的限制要寬松得多。)使這滿足的唯一方式為同時(shí)測量ー組THz頻率從而避免對增加帶寬調(diào)制技術(shù)的使用。另ー方面——同時(shí)測量一組頻率使得到的正交數(shù)據(jù)量成倍增加并允許進(jìn)ー步減少系統(tǒng)的噪聲。由于通過考慮目標(biāo)反射率的RF頻率相關(guān)性而得到的信息多于傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)，所以出現(xiàn)了分類能力的上升。使用典型RF頻譜庫，雷達(dá)目標(biāo)的分類變?yōu)榭赡堋Ｓ绕涫侵脖?樹葉)具有THz波長級別的厚度。它們的回波因而在頻率上變得隨機(jī)。幾個(gè)頻道之間的 任何相關(guān)性分析都有效地去除了由樹葉所引起的一切回波。通過具有幾個(gè)僅將目標(biāo)信息作為相干基礎(chǔ)的獨(dú)立頻道能夠獲得增強(qiáng)的對雨雪的抵抗能力。任何大氣添加的噪聲和雨/雪噪聲(時(shí)間上和頻率上)都表現(xiàn)為隨機(jī)反射率。所以頻道對之間的相關(guān)函數(shù)從雷達(dá)信號中有效地去除了雪和雨。傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)由于法規(guī)限制具有非常有限的帶寬。這不適用于亞毫米雷達(dá)?？梢允褂萌款l率空間來降低噪聲。任何相干雷達(dá)系統(tǒng)中由發(fā)射機(jī)、目標(biāo)和接收機(jī)天線之間的駐波所引起的斑紋效應(yīng)都能夠被減小。這種駐波模式極為依賴于頻率。所以使用幾個(gè)頻道工作能夠有效地去除有害要的斑紋效應(yīng)并且不需要去斑紋濾波。圖IA至圖1C,雷汰系統(tǒng)實(shí)施例的示意IA顯不的系統(tǒng)具有發(fā)射機(jī)10、第二發(fā)射機(jī)15和單個(gè)接收機(jī)20。發(fā)射機(jī)從不同的角度照射目標(biāo)70，所以接收機(jī)接收兩種不同的信號。盡管顯示了兩個(gè)發(fā)射機(jī)，但是可以有多得多的發(fā)射機(jī)，取決于應(yīng)用。在這種情況下可以把角度視為接收機(jī)視野中心線與發(fā)射機(jī)照明區(qū)中心線之間的角度，如果發(fā)射機(jī)或接收機(jī)具有跨越其各自視野所掃描的波束。接收機(jī)能夠以許多方式區(qū)分來自不同發(fā)射機(jī)的信號?？梢允褂貌煌膩喓撩撞◣В虿煌{(diào)制，或者例如可以使用時(shí)間多路復(fù)用。具有不同角度的每個(gè)下轉(zhuǎn)換信號都被饋入信號處理部件30。這些部件可以包括用于確定有關(guān)內(nèi)容的信息的部件35，以及部件38，它使用確定的信息判斷該內(nèi)容的位置或方位。在某些情況下，能夠使用它創(chuàng)建更可識別的可以用于許多意圖的內(nèi)容圖像。它能夠與使用其他技術(shù)所導(dǎo)出的信息結(jié)合，正如以下更詳細(xì)的介紹。圖IB顯示了與圖IA實(shí)施例相似的實(shí)施例，但是在這種情況下，存在著第二接收機(jī)25和單個(gè)發(fā)射機(jī)。這使得我們能夠以相干方式測量作為觀察點(diǎn)的函數(shù)的雷達(dá)有效截面的差異，該相干方式導(dǎo)致計(jì)算該表面法線角度位置的方式。另外存在著在兩個(gè)觀察點(diǎn)處同時(shí)發(fā)生的斑紋模式的空間位置完全相關(guān)的有關(guān)信息。同樣是接收了兩個(gè)不同的信號并且來自兩個(gè)不同角度的下轉(zhuǎn)換信號被發(fā)送到信號處理部件。圖IC顯示了與圖IA實(shí)施例相似的實(shí)施例，但是在這種情況下，存在著單個(gè)接收機(jī)20和單個(gè)發(fā)射機(jī)10。為了從不同角度獲得兩個(gè)信號，該接收機(jī)(或該發(fā)射機(jī))從在時(shí)間Tl的第一位置移動到在時(shí)間T2的第二位置。這使得我們能夠以相干方式測量作為觀察點(diǎn)的函數(shù)的雷達(dá)有效截面的差異，該相干方式導(dǎo)致計(jì)算該表面法線角度位置方式，假設(shè)源在目標(biāo)的持續(xù)時(shí)間之內(nèi)移動。另外存在著在兩個(gè)觀察點(diǎn)處同時(shí)發(fā)生的斑紋模式的空間位置部分相關(guān)的有關(guān)信息。同樣是接收了兩個(gè)不同的信號并且來自兩個(gè)不同角度的下轉(zhuǎn)換信號被發(fā)送到信號處理部件。推廣此原理，能夠在不同的角度獲得許多信號并將其用作相關(guān)階段的輸入。對信號處理可用的正交和相關(guān)信息越多，圖像的鑒別就將變得越好。圖ID運(yùn)行的步驟:圖ID顯示了根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)運(yùn)行步驟。步驟40，以第一發(fā)射機(jī)-接收機(jī)對的第一角度進(jìn)行了掃描。在步驟42對不同角度進(jìn)行了第二掃描。在步驟44兩個(gè)信號受到下轉(zhuǎn)換并且在步驟46被變換以產(chǎn)生頻譜，如果這對提取信息是必要的。在步驟48進(jìn)行了相關(guān)以提取該內(nèi)容的信息特征。在步驟52這被用于確定視野圖像的哪些部分表示給出鏡面反射的內(nèi)容表面。這使得在步驟54能夠在雷達(dá)ニ維掃描的情況下從該表面的X、y位置進(jìn)行其真實(shí)位置的估計(jì)。這給出了離掃描中心線的偏移量進(jìn)而給出了偏移角，它能夠添加到各自中心線之間的角度，或者從其減去。
能夠以多種方式進(jìn)行距離估計(jì)，比如改變雷達(dá)的焦點(diǎn)和檢測圖像的清晰度。步驟56涉及對來自不同角度表面的圖像進(jìn)行匹配以將相似位置或具有其他相似度比如表面特征或相似抖動的表面分組。在步驟58，能夠從在不同角度可見的表面部分和表面的法線方位的信息建立目標(biāo)的三維表達(dá)。通過在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的三角測量或者例如不同掃描的不同角度之間的三角測量能夠確認(rèn)或調(diào)整距離信息。通過在已知點(diǎn)之間的插值能夠填充三維表達(dá)，并且通過確定檢測到的目標(biāo)是什么類型，或者例如與已知目標(biāo)類型庫進(jìn)行比較，能夠幫助這個(gè)過程。圖IE顯示了來自目標(biāo)70彎曲表面兩個(gè)波束的反射平面圖。它顯示了在兩個(gè)波束的反射點(diǎn)處的表面法線，以及發(fā)射機(jī)80和接收機(jī)90的中心線。還以虛線顯示了反射點(diǎn)之間中的一部分表面，由于來自它的任何鏡面反射都在檢測不到的角度，所以沒有檢測到。一旦建立了兩個(gè)反射點(diǎn)的位置和方位，這部分就可能被插值得到。在接收機(jī)收到的兩個(gè)信號能夠分解為若干圖像。在第一幅圖像中，峰值鏡面反射將顯現(xiàn)為中心左側(cè)的區(qū)域或直線或點(diǎn)。在第二幅圖像中，峰值鏡面反射將顯現(xiàn)為接近圖像中心的區(qū)域或直線或點(diǎn)。圖2,雷汰系統(tǒng)實(shí)施例的示意2顯示了包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)部件以及對發(fā)射機(jī)鎖相的相干解調(diào)器的系統(tǒng)的若干部分。它產(chǎn)生的下轉(zhuǎn)換信號具有時(shí)變的相位和振幅分量，對給定像素包含周期分量，該周期分量取決于該雷達(dá)系統(tǒng)視野中該點(diǎn)的內(nèi)容。原則上接收機(jī)和發(fā)射機(jī)能夠是任何類型的，掃描的或其他方式的，掃描為例如ー維、ニ維或三維。范圍能夠是適合該應(yīng)用的任何范圍，所以車載應(yīng)用可能需要IOOm的范圍或更多，而對于醫(yī)學(xué)掃描或材料分析的應(yīng)用可能需要幾米或小于ー米的范圍。能夠以多種方式實(shí)施鎖相，以下將更詳細(xì)地介紹某些實(shí)例。信號處理部件30能夠從下轉(zhuǎn)換信號中的相位和振幅信息來區(qū)分有關(guān)內(nèi)容的信息。信號處理能夠以任何方式實(shí)施，離線或?qū)崟r(shí)，以用于通用處理器的軟件，或以可編程或?qū)Ｓ糜布?，或者其他常?guī)技術(shù)，以適合每種應(yīng)用的成本、速度、功耗和其他準(zhǔn)則。圖2顯示了照明目標(biāo)70的發(fā)射機(jī)，而反射由接收機(jī)90接收。以顯示為RFpRF2和RF3的不同亞毫米波長頻帶進(jìn)行多次窄帶掃描。解調(diào)器110被鎖相到發(fā)射機(jī)，利用了向兩個(gè)部件都饋送的本機(jī)振蕩器100。解調(diào)器能夠選擇地解調(diào)多個(gè)頻帶并且輸出中頻IF信號，例如不是作為并行數(shù)據(jù)流就是順序地以連續(xù)線或列或幀的形式。對于總IF頻帶的選定部分，頻譜分析器150為每個(gè)像素輸出許多譜。這些譜可以是頻譜也可以是某種其他變換。顯示了頻譜的三個(gè)“容器”，可能存在數(shù)千或數(shù)百萬個(gè)像素，所以為了清楚起見僅僅顯示了它們的幾個(gè)。頻譜150對于RF帶I和IF帶I。頻譜160對于RF帶I和IF帶2。頻譜170對于RF帶2和IF帶I等等。部件180處理這些頻譜以提取由內(nèi)容抖動、斑紋模式和表層干涉效應(yīng)所導(dǎo)致的內(nèi)容的特有特征。以多幅輪廓圖形式的原始結(jié)果被存儲在存儲器220中，并且可以受到部件200的目標(biāo)檢測和分類。這能夠根據(jù)目標(biāo)模型庫210比較其特征或閾值。所期望的內(nèi)容目標(biāo)能夠被增強(qiáng)而不期望的雜亂回波能夠減少或去除。這能夠產(chǎn)生顯示內(nèi)容的圖像230。圖3顯示了運(yùn)行步驟，以掃描視野的掃描步驟240開始。下一歩在步驟250相干地解調(diào)所接收的信號。在步驟260，下轉(zhuǎn)換的信號從時(shí)間域被變換以產(chǎn)生頻率或類似的譜以 突出周期分量中的變化。在步驟270，例如通過多種類型的相關(guān)提取了內(nèi)容的周期分量特征的若干特點(diǎn)。在步驟290通過與模型對比能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行分類，而在步驟300能夠輸出這些特點(diǎn)和分類并用于所有目的。某些實(shí)例是例如輸出圖像、警告或幫助駕駛員控制車輛的控制信號。圖4 :根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)4顯示了具有頂端發(fā)射鏈的亞毫米雷達(dá)系統(tǒng)。這包括RF發(fā)生器310，被安排為接收用于不同的亞毫米頻帶的11-14GHZ量級的多種不同振蕩器的頻率，并輸出350到515GHz的驅(qū)動信號以驅(qū)動發(fā)射機(jī)天線315，該發(fā)射機(jī)天線可以是例如號角，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他天線。部件320整形并掃描發(fā)射波束以覆蓋所述視野。原則上發(fā)射和接收部件可以是廣角的而不是掃描的。部件340整形并掃描視野中的接收波束。接收天線335將在350到515GHz接收的信號饋入混頻器345進(jìn)行下轉(zhuǎn)換。該混頻器可以是分諧波的混頻器，并且由來自本機(jī)振蕩發(fā)生器部件330的本機(jī)振蕩器信號饋給，被頻率和時(shí)間控制部件325鎖相到用于發(fā)射機(jī)同一振蕩器信號。本機(jī)振蕩發(fā)生器部件能夠接受11至14GHz的鎖相振蕩器信號，并且能夠向混頻器輸出175至258GHz的頻率?；祛l器向中頻處理器部件350輸出具有0至11. 8GHz范圍的下轉(zhuǎn)換信號。這饋給圖像處理部件355，它能夠供給用戶界面或進(jìn)ー步處理部件。圖5、圖6和圖7,頻率和時(shí)間控制的示意5顯示了如何實(shí)現(xiàn)圖4的頻率和時(shí)間控制部件325的實(shí)例，用于圖I、圖2、圖3或圖4的系統(tǒng)實(shí)施例或者其他實(shí)施例中。公共或參考振蕩器信號從穩(wěn)定源被饋送給了分?jǐn)?shù)M/N鎖相環(huán)375，它輸出所述源M/N頻率并且與所述源有固定相位關(guān)系的信號。這是拆分并且ー個(gè)通道經(jīng)由另ー個(gè)鎖相環(huán)M1/N1380去往RF發(fā)生器部件310，以便提供11至14GHz的信號。另ー個(gè)通道經(jīng)由另ー個(gè)鎖相環(huán)M2/N2385去往本機(jī)振蕩發(fā)生器330，以便提供與公共源以及與向發(fā)射機(jī)提供的信號有固定相位關(guān)系的11至14GHz的信號，以給出相干解調(diào)。去往本機(jī)振蕩發(fā)生器的信號將以稍微不同的頻率，使得該差異給出混頻器輸出的頻帶。該差異將取決于值NI、Ml、N2、M2的選擇，該差異可以改變的步長將取決于N和M。未顯示的雷達(dá)系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)能夠用于設(shè)置或改變這些值。部件375設(shè)置若干步長，能夠以其改變本機(jī)振蕩與RF頻率之間的差異。實(shí)際上的RF頻率是部件375和部件380的產(chǎn)品，本機(jī)振蕩是部件375和部件385的產(chǎn)品。M、N的選擇產(chǎn)生了若干步長，發(fā)生器380和385輸出的頻率之間的頻率差異能夠以其步進(jìn)(這種M/N*Fosc取代了在PLL中使用的通常固定的石英參考，允許更靈活和可編程的RF頻帶結(jié)構(gòu))。傳遞到310和330的頻率然后由下式給出M*Ml/(N*Nl)*Fosc 以及M*M2/ (N*N2) *Fosc由本機(jī)振蕩器和RF源最后產(chǎn)生的頻率從而由下式確定M*Ml/(N*Nl)*Q*Fosc 以及M*M2 バ N*N2)*Q*Fosc
其中輸入頻率是Fosc，而因子Q由頻率倍增器塊的固定硬件配置給出。選擇因子M、N、M1、N1、M2、N2為成對的素?cái)?shù)以非常高效的方式降低相位噪聲，因?yàn)椤跋辔恍ｒ?yàn)時(shí)間”會盡可能不同歩。此外它避免了由信號串?dāng)_在同一頻率或者分諧波和諧波頻率引起的幻影響應(yīng)。這種特征受到了特別關(guān)注，因?yàn)樗捎糜谟?jì)算在大的中頻范圍上的中頻相關(guān)，其中(在以上PLL中使用的)若干主頻率的至少某些將被用作中頻頻率。將主頻 M*M1 バN*Nl)*Fosc、M*M2バN*N2)*Q*Fosc、M*M1 バN*N1) *Q*Fosc、M*M2バN*N2) *Fosc 以及M/N*Fosc從分析的中頻區(qū)域中移出增大了系統(tǒng)的動態(tài)范圍。圖6和圖7顯示了用于實(shí)現(xiàn)圖5中使用的鎖相環(huán)發(fā)生器380或385的替代實(shí)施例。在圖6中顯示了鎖相環(huán)。分頻器400將輸入頻率除以因子N。它被饋送給相位比較器405的ー個(gè)輸入。輸出是相位誤差，被饋送以調(diào)節(jié)電壓控制的振蕩器410。它的輸出被饋送給分頻器415將該頻率除以因子M，并且將其饋送給相位比較器的另ー個(gè)輸入。這意味著VCO410的輸出將具有輸入信號M/N倍的穩(wěn)定而鎖相的頻率。選擇的M和N應(yīng)當(dāng)不具有公因子并且彼此相對為素?cái)?shù)值，使得它們不會彼此互鎖。應(yīng)當(dāng)提供不同部件的分開供電以及在時(shí)間上平均散布同樣多的更新點(diǎn)，以便在本機(jī)振蕩器與發(fā)射機(jī)之間保持良好的相位關(guān)系。圖7顯示的替代實(shí)施例具有與圖6類似的鎖相環(huán)布局，但是在VCO 410之后的倍頻器411是控制回路的一部分。這種倍増器將頻率乘以因子Q，在某實(shí)例中可以為36。倍增器的輸出是整體輸出，并且也被反饋給相位比較器的第二輸入，經(jīng)由的環(huán)節(jié)具有法布里泊羅“鋭”帶通濾波器412、功率檢測器413、檢測濾波和非濾波功率比值的部件414，后面有另ー個(gè)VCO 416。提供的第二功率檢測器417用于檢測帶通濾波器前的功率。整體輸出是輸入頻率QM/N倍的鎖相信號。這有效地將RF或本機(jī)振蕩發(fā)生器的某些倍增階段合并到分頻發(fā)生器中。這能夠有助于減少由倍増器引入的相位誤差，但是代價(jià)為分頻發(fā)生器更復(fù)雜的構(gòu)造。在圖6或圖7的任一幅中，值M和N能夠由控制計(jì)算機(jī)編程，當(dāng)使用不得不以不同的RF頻率順序地獲得幀的單頻雷達(dá)時(shí)，判斷亞毫米波段的哪個(gè)部分正被用于當(dāng)前的圖像。對于真正的多色系統(tǒng)，為了同時(shí)獲得不同RF頻率的圖像，需要幾臺發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。配置了特定幀的測量設(shè)置后，雷達(dá)系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)能夠安排M和N的實(shí)際值?！昂唵蔚摹辨i相環(huán)(PLL)結(jié)構(gòu)在圖6中可見以相位比較器405開始該相位比較器產(chǎn)生與輸入信號的相位差成比例的信號。所以如果兩個(gè)輸入的信號具有相同頻率從而相位差不變，它產(chǎn)生不變電壓。當(dāng)兩個(gè)輸入的頻率不同，在輸入處的相位差將隨時(shí)間線性地增長(或收縮)(確切地說，相位差以2 為模獲得，引起鋸齒信號)。對這個(gè)相位檢測器的輸出使用濾波器，我們必須確保如果下輸入通道攜帯的頻率低于(高干)上輸入通道，相位檢測器輸出的平均值將是正的(負(fù)的)。將這個(gè)信號饋送到電壓控制的振蕩器(VC0)410，更大(更小)的輸入電壓將引起更高(更低)的頻率，引起(在使用分頻器415由可編程因子M分頻后)相位檢測器405的下輸入處頻率的提高(降低)，有效地糾正了在第一位置中發(fā)現(xiàn)的頻率不合。在穩(wěn)定的情況下，由VCO 410產(chǎn)生的頻率將比在相位檢測器405上輸入處所發(fā)現(xiàn)頻率高M(jìn)倍。這種上輸入的頻率自身通過使用分頻器400將輸入頻率Fin除以N給出。所以在假設(shè)鎖住了 PLL的情況下輸出頻率將為M/N*Fin，即相位檢測器的輸出頻率是平滑的并且在更長的時(shí)間不包含任何鋸齒串。輸出處的頻率M/N*Fin(使用當(dāng)今的分頻器技木)被限于幾十GHz。為了產(chǎn)生亞毫米波的頻率，我們必須向這個(gè)PLL的輸出添加因子為Q的固定倍増器鏈。從而由倍增器產(chǎn)生的相位噪聲在“環(huán)路外”，所以不被PLL濾波器減少。
圖7的替代方式實(shí)際上是鎖頻環(huán)(FLL)，因?yàn)橄辔徊皇侵苯颖绘i定，僅僅通過鎖頻間接地鎖定。注意，當(dāng)使用這樣的FLL發(fā)生器模式時(shí)，輸入與輸出頻率之間的相位關(guān)系在較長時(shí)間上緩慢滑動。所以人們不得不提供參考通道并且不得不將下轉(zhuǎn)換級加倍。然后參考相位和測量相位可用，其差異產(chǎn)生了到該目標(biāo)的相位延遲。這里VCO 410的輸出在倍増器411中乘以因子Q。分析這種輸出信號所使用的銳帶通濾波器的中心在所關(guān)注的RF頻率區(qū)間之外。使用功率檢測器417將來自銳帶通濾波器的信號與整體輸出進(jìn)行對比，“鋭”與“寬”或非濾波輸出的比值產(chǎn)生了隨RF頻率升高而上升的控制電壓。這種依賴于頻率的電壓被傳遞到第二 VCO 414，在那里產(chǎn)生了下參考頻率，它以與圖6類似的方式閉合了回路。存在著ー組基本差異(在413中)使用僅僅依賴于總吸收能量的低通濾波變量破壞了輸入頻率與輸出頻率之間的相位關(guān)系。圖8、圖9射頻發(fā)牛器部件和本機(jī)振蕩發(fā)牛器部件的系統(tǒng)實(shí)施例圖8顯示了圖4或其他實(shí)施例中使用的RF發(fā)生器部件310的可能實(shí)現(xiàn)。鎖相振蕩器信號被饋入12GHz輸入放大器450。它將10-16GHZ的信號饋入串聯(lián)的X2X2倍增器和放大器455以及給出三級X 2的進(jìn)ー步頻率倍增的倍增器460。最后波導(dǎo)濾波器465獲得了 320-512GHZ的信號，并且施加了 350GHz的截?cái)?。可以使用其他值產(chǎn)生其他的亞毫米波段。圖9顯示了本機(jī)振蕩發(fā)生器部件的示意圖，具有相似環(huán)節(jié)中的對應(yīng)部件，但是具有一半頻率的端點(diǎn)輸出，如果使用分諧波混頻器這是適宜的。鎖相振蕩器信號被饋入12GHz輸入放大器480。它將10-16GHZ的信號饋入串聯(lián)的X2X2倍增器和放大器485以及給出兩級X2的進(jìn)ー步頻率倍增的倍增器490。最后波導(dǎo)濾波器495獲得了 160_256GHz的信號，并且施加了 175GHz的截?cái)??？梢允褂闷渌到庹{(diào)其他的亞毫米波段。圖10和圖11,用于相同系統(tǒng)實(shí)施例的中頻處理部件350圖10顯示的實(shí)現(xiàn)包括向IQ混頻器505饋送的本機(jī)振蕩2發(fā)生器500。來自混頻器345的信號也經(jīng)由輸入放大器515被串聯(lián)跟隨的輸入放大器510饋入混頻器的第二輸入。IQ混頻器的輸出是65MHz的合成信號，饋入中頻2處理器520，在圖11中更詳細(xì)地顯示它。圖10和圖11中所示的部件能夠在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)，如果在電路中的合適點(diǎn)包括了采樣器。圖11顯示了中頻2處理器520的可能實(shí)現(xiàn)。輸入被饋入65MHz范圍選擇器560，然后它經(jīng)由輸入濾波器555饋入另ー個(gè)IQ混頻器580。到這個(gè)混頻器的另ー個(gè)輸入來自本機(jī)振蕩2發(fā)生器550，提供的信號具有0-65MHZ的范圍?；祛l器將頻率范圍為44. IkHz的信號輸出到用于通過降采樣和平滑以降噪的有限響應(yīng)濾波器565。適合的集成電路實(shí)例是Analog Devices的AD 6620芯片。這饋入實(shí)現(xiàn)對輸入信號的完全積分解調(diào)所需要的進(jìn)ー步的有限響應(yīng)濾波器570，它又饋入用于降采樣和噪聲壓制的自相關(guān)器575。這種模式相當(dāng)傳統(tǒng)并用在如GSM移動站中。數(shù)據(jù)降采樣的目的是增加由AD轉(zhuǎn)換器提供的有效位數(shù)。使用這種三重濾波器的模式允許物理上的12位轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生22位的合成數(shù)據(jù)。這些FIR濾波器的第三個(gè)可以另外用于上下邊帶信號的去相關(guān)，只要這些邊帶被進(jìn)行了相關(guān)(正如在具有零凈頻率位移的植被回波的微動中)。圖12和圖13 :圖像處理部件的實(shí)現(xiàn)圖12和圖13顯示了用于圖4中系統(tǒng)或其他實(shí)施例的圖像處理器355的部分實(shí)現(xiàn)。來自中頻2處理器的原始中頻信號是ー序列的頻率域信號，表示序列中每個(gè)像素處的頻譜。原始中頻信號被饋入ニ維幀發(fā)生器600中，以便構(gòu)造目標(biāo)的圖像“幀”。為了這個(gè)目的，幀發(fā)生器600接收定時(shí)和同步信號，表明在給定時(shí)間雷達(dá)波束已經(jīng)被指向了何處，以及 該雷達(dá)經(jīng)由所述“同步和狀態(tài)通道”已經(jīng)以哪個(gè)RF頻率運(yùn)行。這就允許將像素坐標(biāo)分配給從中頻2處理器到達(dá)的測量數(shù)據(jù)。對于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)波束的完整掃描，該目標(biāo)的完整幀可用。從而ニ維幀發(fā)生器用每個(gè)像素的頻譜信息填充了幀存儲器610中的相關(guān)位置。每個(gè)頻譜在一定數(shù)量巾貞的時(shí)窗上確定，并且這個(gè)時(shí)窗在時(shí)間上滑動ー巾貞的時(shí)間用于確定下一幀的頻譜。幀存儲器由現(xiàn)在將解釋的許多相關(guān)器件存取。中頻相關(guān)器615在中頻中尋找多普勒頻移，它將指示目標(biāo)在波束軸中的運(yùn)動，假設(shè)所有運(yùn)動的周期都低于幀的間隔。這涉及來自先前幀的同一像素頻譜的自相關(guān)，以便確定頻譜中峰值的頻率，以及確定該峰值是否以內(nèi)容抖動的具體頻率特征正在移動。這就提供了穿過自適應(yīng)濾波器635的輸出，一旦全部像素都被處理便建立偽彩色圖像，以顯示具有共同特征抖動頻率的圖像區(qū)域?？臻g相關(guān)由像素相關(guān)器620使用當(dāng)如像素周圍的移動64X64網(wǎng)格像素進(jìn)行，隨后是建立圖像濾波的實(shí)踐，盡管在這種情況下它是每個(gè)像素頻譜的空間濾波，但是它不僅僅是每個(gè)像素的振幅信息。接著這個(gè)的是自適應(yīng)濾波器640，一旦全部像素都被處理便創(chuàng)建另一幅偽彩色圖像，以顯示頻譜中具有共同的和特征的空間變化的圖像區(qū)域。這個(gè)數(shù)據(jù)場而允許在相鄰像素之間進(jìn)行對比，并且以與人類視覺系統(tǒng)中視網(wǎng)膜類似的方式作用。幀相關(guān)部件625提供了時(shí)間相關(guān)，它尋找時(shí)域的重復(fù)或模式作為給定像素在時(shí)間上變化的頻譜。接著這個(gè)的是自適應(yīng)濾波器645，一旦全部像素都被處理便創(chuàng)建另一幅偽彩色圖像，以顯示頻譜中具有共同的和特征的時(shí)間變化的圖像區(qū)域。這樣的操作需要先前幀與現(xiàn)行幀之間的相關(guān)，引起這個(gè)單元的別名“存儲器”。比較時(shí)間上多幀所發(fā)現(xiàn)的時(shí)間變化由斑紋引起，它趨向?qū)τ谠诮o定距離處且具有特定速度的目標(biāo)特定的速率變化，從而將引起給定時(shí)間區(qū)間范圍內(nèi)的相關(guān)峰值。依賴時(shí)間變化的其他來源是來自薄層比如樹葉的干渉條紋，它將以給定周期在風(fēng)中抖動。其他相關(guān)能夠由非本征幀相關(guān)器630執(zhí)行，并且被總結(jié)為術(shù)語“三維攝像頭”，而且能夠包括若干幀之間的相關(guān)，這些幀使用了例如不同的亞毫米波段、中頻范圍的不同部分、不同的照明深度或照明方向，如果發(fā)射機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)它，以及不同的聚焦位置，正如圖IA至圖IE的實(shí)施例所示。接著這個(gè)的是自適應(yīng)濾波器650，一旦全部像素都被處理便創(chuàng)建另一幅偽彩色圖像，以顯示頻譜中這些因素中任何ー種具有共同的和特征的變化的圖像區(qū)域。在圖13中顯示了圖像處理器的這種可能實(shí)現(xiàn)的部件B。它顯示了使用多種偽彩色ニ維圖像的多種方式。輪廓提取部件665由許多偽彩色圖像經(jīng)由加權(quán)函數(shù)660供給。加權(quán)后的偽彩色圖像能夠被重疊或結(jié)合，并且施加了閾值或其他濾波以輸出增強(qiáng)的ニ維圖像，或者簡單地提供元數(shù)據(jù)以添加到這些圖像。例如對于輪廓提取，最大權(quán)可能給予“視網(wǎng)膜”圖像，某種權(quán)給予多普勒圖像，而較小權(quán)給予存儲器和三維圖像。由輪廓提取施加的處理可以根據(jù)來自內(nèi)容特征庫的輸入而進(jìn)行，它能夠提供已知的形狀作為模板，以使得能夠填滿間隙或者例如識別出形狀。區(qū)域提取部件670能夠以類似的方式運(yùn)行，但是可能具有來自多普勒圖像的重加權(quán)，以識別出若干目標(biāo)比如車輛，并且可能使用來自內(nèi)容特征庫的信息，以便識別出例如表面振動和形狀。環(huán)境參數(shù)提取部件675可以具有適宜的加權(quán)，例如為了識別出雨并在其他圖像中對其進(jìn)行補(bǔ)償，或者識別出路面上的冰。還顯示了距離提取部件680，它可以結(jié)合來自確定距離多種方式的信息，比如可識·別目標(biāo)的尺寸，在接收波束的不同聚焦位置處對比響應(yīng)以確定哪里的聚焦最清晰，以及通過使施加到發(fā)射機(jī)的噪聲調(diào)制與接收信號中的可檢測物進(jìn)行相關(guān)、根據(jù)測量的往返時(shí)間進(jìn)行距離修正。所述噪聲調(diào)制可以在不同的亞毫米波段之間隨機(jī)地跳躍。對于例如在繁忙交通中避免不同車輛上相似雷達(dá)之間的干擾，這可能是有用的。另ー方面，在某些實(shí)施例中可以故意地操縱中頻信道的頻率內(nèi)容，方式為對目標(biāo)應(yīng)用其他的低頻源(如超聲)，引起在RF信號上產(chǎn)生邊帶，其自身作為中頻頻道中的頻移又是可見的。這樣的實(shí)施例可用于提供結(jié)構(gòu)的振動分析，例如檢測隱藏的裂縫。使用相干解調(diào)給出了更好的深度分辨率，并且實(shí)際上提供了全息數(shù)據(jù)。這使得任何RF調(diào)制都能夠得到重建。使用這些相關(guān)，比僅僅添加偽彩色能夠產(chǎn)生更多的信息。例如，變化快的物品(樹葉、灌木叢)在彩色圖像中產(chǎn)生“白噪”，在目標(biāo)區(qū)域上具有重復(fù)、穩(wěn)定相位關(guān)系的任何其他目標(biāo)都將具有穩(wěn)定的、不變化的顔色，具有表明其相位穩(wěn)定性的顏色飽和度。通過對在相關(guān)時(shí)間(在此期間該目標(biāo)來不及改變)內(nèi)已經(jīng)得到的部分圖像進(jìn)行偽彩色配對以及通過對在更長的相關(guān)時(shí)間得到的部分圖像進(jìn)行配對，提取了“持久性”或“相關(guān)時(shí)間”參數(shù)，它是被成像目標(biāo)的專有特征。對于車載雷達(dá)應(yīng)用，提供適合基于計(jì)算機(jī)模式提取的圖像是有用的，而不必對觀察人最優(yōu)化。所以概念“偽彩色”(它已經(jīng)被用于演示若干能力)不限于三原色，而是為了對在同一時(shí)間與一定的時(shí)間偏差所得到的ー組(可能大于10)不同的部分圖像進(jìn)行相關(guān)。圖14 :使用脫機(jī)中頻處理和圖像處理的替代實(shí)施例這幅圖顯示了與圖4部件類似的若干部件并對以上對應(yīng)說明進(jìn)行了參考。在這種情況下中頻和圖像處理部件被數(shù)據(jù)采集部件700替換，它供給數(shù)據(jù)存儲部件710。脫機(jī)圖像處理部件755能夠執(zhí)行的功能類似于圖4的中頻處理和圖像處理部件的功能。圖15矛ロ圖16用于雷達(dá)系統(tǒng),實(shí)施侈}]的j7皮.束整形矛ロ掃描部件圖15顯示了用于發(fā)射機(jī)的機(jī)械波束掃描的部件。這有可能被電子波束掃描替換。在發(fā)射波束通道上跟隨第一離軸拋物線反射鏡800的是旋轉(zhuǎn)平面反射鏡810以提供X偏轉(zhuǎn)(球坐標(biāo)中也稱為Cj5偏轉(zhuǎn))。跟隨它的是波浪形圓柱反射鏡820以給出y偏轉(zhuǎn)(球坐標(biāo)中也稱為9偏轉(zhuǎn))，后面是固定的第二拋物面反射鏡830以提供橢圓波束。提供的定時(shí)控制部件840是為了控制移動部件。聚焦控制由第一反射鏡提供。如果提供了多條波束那么它們的相位可能相接以便具有一條可操縱波束的效果。典型的波束直徑約10厘米。圖16顯示了用于接收波束掃描的若干類似部件。在波束通道上的第一元件是固定的第二拋物面890，隨后是波浪形平面反射鏡870以給出y偏轉(zhuǎn)。跟隨它的是旋轉(zhuǎn)平面反射鏡860以給出X偏轉(zhuǎn)，然后是離軸拋物線反射鏡850可移動以提供聚焦控制。再次提供了定時(shí)控制部件900以便控制三個(gè)移動部件的運(yùn)動并使其同步。圖17至圖23，內(nèi)容抖動和斑紋效應(yīng)如何能夠提供所收到信號頻i普中的可檢測信息圖17顯示了指向給定目標(biāo)時(shí)，給定像素中頻信號的時(shí)間信號特征實(shí)例的曲線圖。時(shí)間信號特征包含了中頻振幅以準(zhǔn)周期方式變化的序列，由雷達(dá)信號在運(yùn)行時(shí)的變化引 起。由于在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)天線之間存在著駐波，所以半波長運(yùn)行時(shí)的變化引起駐波從相長干涉情況變化到相消干渉情況。關(guān)于雷達(dá)系統(tǒng)具有不變速度的任何目標(biāo)都將引起周期性斑紋。具有更隨機(jī)速度的目標(biāo)將引起準(zhǔn)周期斑紋，其中準(zhǔn)周期序列的時(shí)間長度取決于速度的變化率。信號特征的第一部分顯示了較慢速度目標(biāo)的影響，而第二部分顯示了較快速度目標(biāo)的影響。圖18顯示了指向選定類型的目標(biāo)時(shí)，給定像素的中頻信號的頻率內(nèi)容的曲線圖，表明了用于目標(biāo)分類的頻率窗ロ。窗ロ I被用于移去背景，窗ロ 2用于標(biāo)識受關(guān)注的目標(biāo)而窗ロ 3用作移去植被的目的。粗實(shí)曲線顯示了對快速移動目標(biāo)(如植被)得到的中頻頻率內(nèi)容。粗虛曲線顯示了為緩慢移動目標(biāo)(如行人)得到的中頻頻率內(nèi)容。它表示圖19所示的時(shí)間信號的頻譜。細(xì)虛曲線顯示了從固定背景中返回信號中得到的中頻頻率內(nèi)容。它表示圖20所示的時(shí)間信號的頻譜。表I顯不了從圖18表不的窗口上取得的FFT絕對值的平均值表。括號中的值是相對于窗ロ I的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種亞毫米波長雷達(dá)系統(tǒng)，具有用于接收井下轉(zhuǎn)換來自所述系統(tǒng)的視野中內(nèi)容的信號的接收機(jī)，所述視野中某給定點(diǎn)對應(yīng)的所述下轉(zhuǎn)換的信號具有時(shí)變的振幅和相位分量，所述振幅和相位分量具有取決于所述給定點(diǎn)處的內(nèi)容的周期分量，以及信號處理器，被安排為按照所述周期分量確定有關(guān)所述內(nèi)容的信息，所述雷達(dá)系統(tǒng)被安排為通過具有多個(gè)照明或接收位置，從不同的照明或接收角度獲得所述視野中相同點(diǎn)的信號，并且所述信號處理器被安排為使用根據(jù)來自所述兩個(gè)或更多個(gè)角度的信號所確定的信息，確定所述內(nèi)容的位置和方位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的系統(tǒng)，具有單個(gè)接收機(jī)和空間分開的多個(gè)發(fā)射機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的系統(tǒng)，具有可移動的接收機(jī)或發(fā)射機(jī)，以便在不同時(shí)間得到來自不同角度的所述信號，并且所述信號處理器被安排為接收所述可移動的接收機(jī)或發(fā)射機(jī)的對應(yīng)位置的指示。
4.根據(jù)任何ー個(gè)前面的權(quán)利要求的系統(tǒng)，所述信號處理器被安排為確定來自不同角度的所述下轉(zhuǎn)換信號的哪些部分對應(yīng)于所述內(nèi)容中的同一目標(biāo)，并且通過三角測量確定該目標(biāo)的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，被安排為確定所述目標(biāo)多個(gè)點(diǎn)的表面方位并且通過與目標(biāo)特征庫進(jìn)行比較來對所述目標(biāo)進(jìn)行分類。
6.根據(jù)任何ー個(gè)前面的權(quán)利要求的系統(tǒng)，被安排為使用對所述發(fā)射機(jī)進(jìn)行鎖相的解調(diào)器相干地下轉(zhuǎn)換所述信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，所述下轉(zhuǎn)換信號是中頻信號，并且所述信號處理器被安排為單獨(dú)地分析所述中頻頻譜的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的系統(tǒng)，所述下轉(zhuǎn)換信號包括以多個(gè)不同亞毫米頻率接收的分開的信號，并且所述信號處理器被安排為單獨(dú)地分析所述不同亞毫米頻率對應(yīng)的所述下轉(zhuǎn)換信號。
9.根據(jù)任何ー個(gè)前面的權(quán)利要求的系統(tǒng)，所述信號處理器具有通過對所述下轉(zhuǎn)換信號的所述分量應(yīng)用ー個(gè)或多個(gè)算子而辨別所述信息，以便提取所述分量頻譜的空間和時(shí)間特征的部件。
10.根據(jù)任何ー個(gè)前面的權(quán)利要求的系統(tǒng)，從所述周期分量確定的所述信息包括內(nèi)容抖動效應(yīng)、所述內(nèi)容的斑紋模式特征或者導(dǎo)致射頻相關(guān)周期性的來自所述內(nèi)容中薄層的干涉效應(yīng)中的任何ー種或多種。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的系統(tǒng)，所述算子包括提取任何ー種或多種以下特征的算子對亞毫米頻帶或者所述接收機(jī)的焦點(diǎn)位置或者極化具有依賴性的特征。
12.—種車輛，具有根據(jù)任何ー個(gè)前面的權(quán)利要求的所述雷達(dá)系統(tǒng)，并且具有用于向所述信號處理器表明所述車輛移動時(shí)所述照明或接收位置的絕對位置的部件。
13.ー種使用亞毫米波長主動雷達(dá)系統(tǒng)的方法，所述方法具有以下步驟使用發(fā)射機(jī)照明視野、接收以及下轉(zhuǎn)換來自所述系統(tǒng)視野中內(nèi)容的信號，所述視野中的給定點(diǎn)對應(yīng)的所述下轉(zhuǎn)換信號具有時(shí)變的振幅和相位分量，所述振幅和相位分量具有取決于所述給定點(diǎn)處的內(nèi)容的周期分量，所述下轉(zhuǎn)換信號包括通過具有多個(gè)照明或接收位置而來自不同的照明或接收角度的信號，并且所述方法具有以下步驟處理所述下轉(zhuǎn)換信號以按照所述周期分量確定有關(guān)所述內(nèi)容的信息；以及使用根據(jù)來自所述兩個(gè)或更多個(gè)角度的所述信號所確定的信息來確定所述內(nèi)容的位置或方位。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，具有以下步驟確定來自不同角度的所述下轉(zhuǎn)換信號的哪些部分對應(yīng)于所述內(nèi)容中的同一目標(biāo)，并且通過三角測量確定該目標(biāo)的位置。
15.ー種具有存儲的程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行存儲的程序時(shí)將使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求13或14的步驟。
全文摘要
一種亞毫米波長雷達(dá)系統(tǒng)，具有用于接收并下轉(zhuǎn)換來自所述系統(tǒng)的視野中內(nèi)容的信號的接收機(jī)(20、27、90)，以及信號處理器(30)，被安排為從所述下轉(zhuǎn)換信號中確定有關(guān)所述內(nèi)容的信息，所述雷達(dá)系統(tǒng)被安排為通過具有多個(gè)照明或接收位置，從不同的照明或接收角度獲得所述視野中相同點(diǎn)的信號，并且所述信號處理器被安排為使用根據(jù)來自所述兩個(gè)或更多個(gè)角度的信號所確定的信息，確定所述內(nèi)容的位置和方位。通過使用來自不同角度的信息，變得有可能應(yīng)對即克服亞毫米波長的缺點(diǎn)，即大多數(shù)所述反射是鏡面的使得只有面向所述雷達(dá)系統(tǒng)的目標(biāo)表面才可檢測出，意味著許多目標(biāo)不可識別。
文檔編號G01S13/00GK102725650SQ201080042169
公開日2012年10月10日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者H·F·A·莫科爾, 宗岳嶺紀(jì), 柳原弘道 申請人:豐田自動車歐洲股份有限公司