本申請根據(jù)35U.S.C.§119(e)，主張2015年8月28日提交的美國臨時專利申請序號62/211,114的權(quán)利，其全部公開在此通過引入的方式合并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及雙基地雷達系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

雙基地雷達可用于多種目的，包括改進的檢測概率、通過從多雷達收發(fā)器接收的信號組合形成更大的天線孔徑等。更大的天線孔徑的重要動機以及或許是相干雙基地雷達的首要動機是極大改進的角度能力(準確性和辨別力)。與那些利用獨立VCO操作的雷達相比，相干雷達收發(fā)器操作將為雙基地雷達提供改進的性能。一種使多個零差接收器相干的已知方法是將本地振蕩器信號(LO)分發(fā)至每個接收器以用于下變頻。然而，在毫米波長頻率處，當接收器具有明顯間距時，這可能是昂貴的或不切實際的。一種用于VCO控制的已知方法是小數(shù)N分頻鎖相環(huán)(Fractional N PLL)，在其中VCO頻率被劃分并且然后與參考振蕩器比較。一種用于產(chǎn)生VCO的頻率調(diào)制的已知技術(shù)是小數(shù)N PLL中的分頻器隨時間而變化。一個示例是線性FM掃描。常見的是，用于小數(shù)N PLL的參考振蕩器也用作時鐘源以控制頻率調(diào)制和利用ADC的數(shù)據(jù)采集。在兩個傳感器中啟動FM掃描的任何時間差異將顯現(xiàn)為距離延遲。這可以通過對所接收信號進行處理來校準。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

具有獨立VCO的多個T/R模塊通過用單獨的小數(shù)N PLL控制它們的每一個來使它們相干，但其中每一個小數(shù)N PLL使用共同的參考時鐘信號。這些T/R模塊生成的數(shù)據(jù)以相干方式組合。兩個VCO生成的信號具有不相關(guān)的相位噪聲，但由于在獨立的頻率上操作而將不會實現(xiàn)累積的相位誤差。該參考時鐘也提供共同的時間基礎(chǔ)以用于頻率調(diào)頻控制和ADC采樣。共同的頻率調(diào)制序列在遠端PLL中實現(xiàn)，但需要一個定時同步信號以使得序列在相同時間開始。這些波形的起始時間上的任何差異將看起來像距離延遲。該時間差可通過評估兩個接收器所測量的信號來確定，但理想的是，該時間差異跨相干處理間隔是一致的。幀同步信號被用于提供定時參考至每個雷達模塊。該幀同步信號具有相對于參考頻率一致的定時以確保全部信號使用相同的參考時鐘脈沖以啟動調(diào)制序列。用于分配參考和幀同步信號的一個可能方法是通過LVDS接口。已開發(fā)出一種用于分配時鐘和幀同步信號的類似方法以同步多個圖像傳感器以使得可以組合這些傳感器的輸出。

根據(jù)一個實施例，提供了一種雙基地雷達系統(tǒng)，其配置用于雷達信號的相干檢測。該系統(tǒng)包括多個雷達收發(fā)器、控制器和通信裝置。多個雷達收發(fā)器表征為彼此物理分隔?？刂破髋c每個雷達收發(fā)器通信?？刂破髋渲贸上喔傻夭僮髅總€雷達收發(fā)器。通信裝置配置成通過將來自控制器的參考時鐘信號和幀同步信號傳送至多個雷達收發(fā)器的每一個，由此多個雷達收發(fā)器相干地操作。

根據(jù)另一實施例，提供了一種雙基地雷達系統(tǒng)，其配置用于雷達信號的相干檢測。該系統(tǒng)包括參考信號發(fā)生器、發(fā)送器和多個接收器。參考信號發(fā)生器可操作為生成由參考頻率表征的參考信號，該參考頻率與系統(tǒng)所發(fā)送的雷達信號的雷達頻率的分數(shù)成比例。發(fā)送器可操作為基于參考信號以雷達頻率生成雷達信號。多個接收器可操作為相干地檢測基于參考信號的雷達信號。

進一步的特征和優(yōu)點將在閱讀以下優(yōu)選實施例的詳細描述中顯得更清楚，其僅通過非限制性示例并且參考附圖給出。

附圖說明

現(xiàn)在將通過示例的方式參考附圖描述本發(fā)明，其中：

圖1是根據(jù)一個實施例的雙基地雷達系統(tǒng)的示圖；

圖2是根據(jù)一個實施例的雙基地雷達系統(tǒng)的示圖；

圖3是根據(jù)另一實施例的雙基地雷達系統(tǒng)的示圖；

圖4是根據(jù)另一實施例的雙基地雷達系統(tǒng)的示圖；

圖5是根據(jù)另一實施例的雙基地雷達系統(tǒng)的示圖；以及

圖6是根據(jù)另一實施例的雙基地雷達系統(tǒng)的示圖。

具體實施方式

圖1展示了雙基地雷達系統(tǒng)(下文稱為系統(tǒng)10)的一部分的非限制性示例，其包括相位頻率檢測器，下文稱為PFD 12?；趶膮⒖己蚔CO反饋信號接收的邊界，PFD 12提供控制或命令電荷泵14(標記為CP)的輸出至電源或灌電流。標記為“/N”的方框是N分分頻器，下文稱為N分頻器16，其用于下分頻f_out，f_out是反饋至PFD 12的電壓控制的振蕩器18或VCO 18的輸出。包括PFD_12和VCO 18的鎖相環(huán)(PLL)將試圖使分頻的信號的相位鎖定至由參考振蕩器22輸出的參考頻率(f_ref)。Sigma-Delta(∑Δ)調(diào)制器24變化表征N分頻器16的操作的N的值以便提供各種分數(shù)因子值。掃描控制26的輸出將使小數(shù)N分頻器的值隨時間變化。幀同步28是定時信號，用于啟動掃描控制26的調(diào)制序列。

為了使該功能圖適用于多個物理上分開的雷達收發(fā)器，從而避免將雷達頻率信號分配至物理上分開的雷達收發(fā)器的問題(圖2)，通信裝置32(圖4)需要能夠：將雷達數(shù)據(jù)從多個雷達傳感器傳輸至一些中央位置以便相干處理；將參考時鐘從一些中央位置傳輸至多個雷達傳感器以便在PLL中使用；以及利用受控的延遲將幀同步從中央位置傳輸至多個雷達傳感器，以允許所有的雷達傳感器在雷達信號之間產(chǎn)生具有一致時間偏移的相同波形。期望的是，在雷達信號之間具有一致的波形相位。在快速啁啾(chirps)的情況下，這意味著每個啁啾具有相同的起始相位，這通常意味著“相干”。

圖3展示了多個相干接收器的可能配置100的非限制性示例。組成多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K(K的值理解為可變的)的每個發(fā)送-接收(T/R)模塊包括圖1中描述的小數(shù)N分頻鎖相環(huán)(小數(shù)N PLL)控制的VCO，其使用參考時鐘信號作為PLL控制系統(tǒng)的輸入并且作為頻率調(diào)制的定時參考。小數(shù)N PLL也使用幀同步信號以觸發(fā)調(diào)制序列。每個T/R模塊(雷達收發(fā)器30A、30B、...30K)包括至少一個或多個發(fā)送天線和/或一個或多個接收天線。構(gòu)想到，在一些情況下T/R模塊可能只有接收天線而沒有發(fā)送天線。當包括發(fā)送天線時，它們由來自VCO的信號驅(qū)動。當包括接收天線時，VCO提供參考以用于下變頻至基帶。利用模數(shù)(A至D)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化基帶信號，其采樣是可用于直接輸出，或可用于一些水平的預(yù)處理。輸出采樣或預(yù)處理采樣被稱為T/R模塊雷達數(shù)據(jù)。參考時鐘發(fā)生器提供適合小數(shù)N PLL使用的時鐘信號。幀同步發(fā)生器將提供信號用于觸發(fā)調(diào)制序列的啟動。雷達處理器具有從多T/R模塊接收雷達數(shù)據(jù)并且進一步處理和組合信號以便相干處理的能力。

圖4展示了一種配置的非限制性示例，該配置使用Maxium 9205和9206的組合作為通信裝置32以分配參考時鐘和幀同步信息。使用了現(xiàn)成的串行器/解串器芯片組。捕捉時鐘和同步信號，然后串行化到高速LVDS道中。在恢復(fù)時，可能需要時鐘抖動濾除器以便提供合適的PLL性能。

圖5展示了提供時鐘和幀同步分配的系統(tǒng)10的另一可能配置(配置1)。系統(tǒng)10包括控制器34和多個T/R模塊，即多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K?？刂破?4包括幀同步發(fā)生器、參考時鐘發(fā)生器和雷達處理器。每個T/R模塊通過數(shù)據(jù)串行接口(即通信裝置32)連接至控制器34。雷達數(shù)據(jù)在該接口上從T/R模塊傳遞至控制器34。將一些命令在該串行接口的返回通道上從控制器34發(fā)送至T/R模塊。每個T/R模塊也通過第二串行接口連接至控制器34。在該串行接口上從控制器34至每個T/R模塊的信息包括參考時鐘和幀同步。來自每個T/R模塊的信息包括雷達數(shù)據(jù)(假設(shè)T/R模塊包含雷達數(shù)據(jù))和任選的其他數(shù)據(jù)，諸如關(guān)于雷達數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)或各種診斷測量的結(jié)果。在每個T/R模塊中接收的幀同步必須具有相對于參考時鐘的受控的相位延遲，使得每個T/R模塊將參照幀同步的邊界之間的相同數(shù)量的參考時鐘脈沖。

圖6說明了被稱為主/從配置的系統(tǒng)10的另一可能配置(配置2)，其與圖5所示配置相同，除了在此非限制性示例中，主T/R模塊包括控制器、雷達處理器、幀同步發(fā)生器、參考時鐘發(fā)生器和T/R模塊。這稱為主模塊。主模塊然后與一個或多個從屬模塊以與圖5所示配置類似的方式通信。

構(gòu)想了用于時鐘和幀同步分配的另一實施例(配置3：獨立參考時鐘和幀同步)，其中參考時鐘發(fā)生器和幀同步發(fā)生器位于與雷達處理器分離的模塊中并且獨立于雷達處理器操作。這些信號至T/R模塊的通信經(jīng)由與用于雷達數(shù)據(jù)的接口不同的接口來執(zhí)行。雷達處理器可經(jīng)由較慢的通信接口與T/R模塊通信以協(xié)調(diào)每個T/R模塊的測量模式。

構(gòu)想了與配置1(圖5)類似的用于時鐘和幀同步分配的另一實施例(配置4：獨立通信接口)，但是代替在單一串行接口上傳輸各種信號，信號被分到多個串行接口的一些組合中。

構(gòu)想了用于時鐘和幀同步分配的另一實施例(配置5：組合雷達數(shù)據(jù)、指令、參考時鐘和幀同步)，其中雷達數(shù)據(jù)接口和參考時鐘/幀同步接口的內(nèi)容被組合進單個雙向串行接口中。

因此，提供了雙基地雷達系統(tǒng)(系統(tǒng)10)、用于系統(tǒng)10的控制器34以及操作系統(tǒng)10的方法。系統(tǒng)10配置用于雷達信號的相干檢測。系統(tǒng)包括多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K。多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K被表征為彼此物理分隔。如在本文中使用的，雷達收發(fā)器被表征為分隔的距離使得典型雷達頻率處(例如76GHz)的信號不能使用簡單的導(dǎo)線或電路板上的跡線良好地傳輸或傳播。例如，當雷達收發(fā)器被分隔時，例如分隔500毫米(500mm)，昂貴的波導(dǎo)可能是必要的?？刂破?4與每個雷達收發(fā)器通信，所述控制器配置成經(jīng)由通信裝置32相干地操作每個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K，該通信裝置配置成將參考時鐘信號或參考信號36和幀同步信號38從控制器34傳輸至多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K中的每一個。給定這些信號，多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K中的每一個能夠與所有其他的多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K相干地操作，即在相位上。

如在本文中使用的，相干地操作意指雷達信號具有共同的相位參考或已知的相位關(guān)系，使得雷達處理器可使用雷達信號的相對幅度和相位來組合雷達信號作為相量(復(fù)向量)。雷達信號的相干性通常通過使用用于發(fā)送和接收的共同的參考振蕩器來實現(xiàn)。在缺少共同的相位參考或已知的相位關(guān)系時，雷達處理器只能僅使用信號的幅度而不是它們的相位來非相干地組合雷達信號。

多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K的相干操作是有利的，因為相干的雷達信號可被組合以提高信噪比以便更好的目標檢測以及在距離、多普勒和角度上解析目標。相反，對非相干信號進行雷達處理(僅使用信號的幅度而不是它們的相位)以較小的程度改進目標檢測并且不能在距離、多普勒或角度上區(qū)分目標。

在多個雷達接收器的環(huán)境下，相干操作意指全部的收發(fā)器具有用于發(fā)送信號的同步的共同的時間參考以及用于發(fā)送和接收信號的共同的相位參考。以這種方式，每個收發(fā)器發(fā)送和接收的信號可在雷達處理器中被相干地組合以實現(xiàn)相干雷達操作在目標檢測和解析中的優(yōu)點。當與來自僅單個雷達收發(fā)器的信號的相干處理比較時，來自分隔一定距離的多個雷達收發(fā)器信號的相干處理延伸了總體天線尺寸以便充分地改善角度分辨率。

系統(tǒng)10包括參考信號發(fā)生器40(類似于參考振蕩器22)，其可操作為生成由參考頻率表征的參考信號36，該參考頻率與系統(tǒng)10發(fā)送的雷達信號44(f_out)的雷達頻率的分數(shù)成比例。系統(tǒng)包括至少一個發(fā)送器46，其可以是多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K中的任何一個的一部分。發(fā)送器46通?？刹僮鱽砘趨⒖夹盘?6以雷達頻率生成雷達信號44。系統(tǒng)也包括多個接收器48，其可操作來相干地檢測雷達信號，并且該相干操作基于或參照參考信號。多個接收器48可以是多個雷達收發(fā)器30A、30B、...30K的每一個的一部分，其可包括第一接收器48A和與第一接收器48A分隔的第二接收器48B。通過非限制性示例的方式，第一接收器48A可與第二接收器48B分隔超過500毫米(500mm)。

雖然本發(fā)明已根據(jù)其優(yōu)選實施例描述，但并不旨在受此限制，而僅在所附權(quán)利要求中闡述范圍。