用于避免零差接收機(jī)中的dc偏移的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)總體上涉及避免雷達(dá)系統(tǒng)中的低頻噪聲的操作。
【背景技術(shù)】
[0002] 出于許多目的，可以在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中使用雷達(dá)系統(tǒng)。例如，雷達(dá)系統(tǒng)啟用諸如碰撞警 告和自適應(yīng)巡航控制的安全功能。這樣的系統(tǒng)的有效性可以依賴(lài)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的性能。雷達(dá)通 過(guò)將被對(duì)象反射的電磁波傳輸回雷達(dá)接收器來(lái)工作。反射的信號(hào)在頻率上可以相對(duì)于發(fā)送 的信號(hào)變化。使用混頻器的雷達(dá)電子設(shè)備可產(chǎn)生作為發(fā)送的信號(hào)與接收的信號(hào)的頻率之差 的信號(hào)。隨后可處理該頻率差，以計(jì)算對(duì)象的距離和相對(duì)速度。
[0003] 零差接收機(jī)可將雷達(dá)信號(hào)直接地下轉(zhuǎn)換到基帶頻率，而不首先將信號(hào)轉(zhuǎn)換到任何 中頻。來(lái)自零或接近零距離的非移動(dòng)（non-moving)(沒(méi)有多普勒成分）的回波（returns) 可引起基帶中的DC或接近DC的頻率信號(hào)。高階泄漏信號(hào)和噪聲信號(hào)以及由于振蕩器相位 噪聲而傳播（spread)的頻率可能掩蓋DC和低頻（近距離）回波。
[0004] 從零差下轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生的噪聲可能主要是DC偏移噪聲，有時(shí)被稱(chēng)為混頻器偏移。 偏移導(dǎo)致被稱(chēng)為l/f、l/f2和1/f3噪聲的噪聲。除了在1/fn分量的情況下的固有裝置噪 聲之外，該偏移導(dǎo)致的噪聲也可能是相同或幾乎相同的頻率分量在下轉(zhuǎn)換混頻器中起反應(yīng) 的結(jié)果以及信號(hào)自己的相位噪聲。射頻（RF)信號(hào)和本地振蕩器（L0)的泄漏可自混頻為 DC(self_mixtoDC)。由于不完美的匹配，泄漏還可在內(nèi)部被混頻器端口反射（reflect off) 〇
[0005] 發(fā)射到接收天線隔離可以大于50dB，并且雷達(dá)回波信號(hào)可以大于發(fā)射級(jí)別之下的 50dB?；祛l器自身中的泄漏可以為大約20-25dB(在振蕩器信號(hào)級(jí)別之下）。在汽車(chē)?yán)走_(dá) 中，到零差混頻器的振蕩器信號(hào)級(jí)別可以是僅僅3-5dB(在發(fā)射信號(hào)級(jí)別之下）。近距離目 標(biāo)回波級(jí)別受到由雷達(dá)距離方程決定的（dictated)R4滾降的限制。另外，目標(biāo)的雷達(dá)截面 (RCS)可物理地受到天線的照度的限制，其在近距離處可以是非常小的斑點(diǎn)。因此，混頻器 中的泄漏信號(hào)可在具有很小相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的具有低的RCS的近距離目標(biāo)的 回波中占主要成分。
[0006] 行人可具有小的RCS和低的多普勒成分。在近距離處，來(lái)自行人的回波信號(hào)可被 混頻器偏移噪聲掩蓋。在停停走走的狀態(tài)下，裝備雷達(dá)的車(chē)輛可以跟隨目標(biāo)車(chē)輛停下。當(dāng) 目標(biāo)車(chē)輛展現(xiàn)低RCS(例如，摩托車(chē)、某些汽車(chē)）時(shí)，會(huì)引發(fā)問(wèn)題。隨著車(chē)輛接近目標(biāo)車(chē)輛并 減速，目標(biāo)車(chē)輛可能被混頻器偏移掩蓋。結(jié)果可能是依靠雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)對(duì)象的功能的性 能降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 零差接收機(jī)包括混頻器，混頻器被構(gòu)造為接收基于發(fā)射信號(hào)的第一輸入信號(hào)和基 于接收信號(hào)的第二輸入信號(hào)；移相器，被構(gòu)造為將預(yù)定比率的相位改變施加到第一輸入信 號(hào)和第二輸入信號(hào)中的一個(gè)，其中，混頻器輸出頻率相對(duì)于沒(méi)有移相器的情況下的混頻器 輸出頻率被改變預(yù)定比率。移相器可被構(gòu)造為將預(yù)定比率的相位改變提供給第一輸入信 號(hào)。零差接收機(jī)可包括耦合器，耦合器被構(gòu)造為將發(fā)射信號(hào)耦合到第一輸入信號(hào)，移相器可 被構(gòu)造為將預(yù)定比率的相位改變提供給第一輸入信號(hào)。移相器可被構(gòu)造為將預(yù)定比率的相 位改變提供給第二輸入信號(hào)。零差接收機(jī)可包括低噪聲放大器，低噪聲放大器被構(gòu)造為處 理接收信號(hào)并輸出第二輸入信號(hào)，移相器可被構(gòu)造為將預(yù)定比率的相位改變提供給第二輸 入信號(hào)。預(yù)定比率的相位改變可以是預(yù)定的常數(shù)值。零差接收機(jī)可包括被構(gòu)造為對(duì)混頻器 輸出振幅進(jìn)行采樣的至少一個(gè)控制器，其中，針對(duì)混頻器輸出振幅的采樣頻率可以大于最 高的期望混頻器輸出頻率。
[0008] 一種避免零差接收機(jī)中的DC偏移噪聲的方法，包括：以預(yù)定比率改變輸入到混頻 器的第一輸入信號(hào)的相位；將輸入到混頻器的第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)進(jìn)行混頻；輸 出具有這樣的頻率的信號(hào)，所述頻率被改變預(yù)定比率，使得混頻器輸出振幅高于對(duì)應(yīng)的噪 聲振幅。改變第一輸入信號(hào)的相位的步驟可包括以預(yù)定的時(shí)間間隔將恒定的相位加在第一 輸入信號(hào)上。預(yù)定比率可以是預(yù)定的常數(shù)值。第一輸入信號(hào)可基于發(fā)射信號(hào)。第一輸入信 號(hào)可基于接收信號(hào)。
[0009] 一種雷達(dá)系統(tǒng)，包括：振蕩器，被構(gòu)造為產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)；天線，被構(gòu)造為發(fā)射發(fā)射 信號(hào)并接收接收信號(hào)；零差接收機(jī)，包括混頻器和移相器，混頻器被構(gòu)造為對(duì)基于發(fā)射信號(hào) 的第一輸入信號(hào)和基于接收信號(hào)的第二輸入信號(hào)進(jìn)行混頻，移相器被構(gòu)造為將預(yù)定比率的 相位改變施加到第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)中的一個(gè)，其中，通過(guò)預(yù)定比率的相位改變 來(lái)改變混頻器輸出頻率。雷達(dá)系統(tǒng)可包括被構(gòu)造為對(duì)混頻器輸出振幅進(jìn)行采樣的至少一個(gè) 控制器，其中，針對(duì)混頻器輸出振幅的采樣頻率大于最高的期望混頻器輸出頻率?？蛇x擇預(yù) 定比率的相位改變，使得混頻器輸出振幅高于處于基頻的對(duì)應(yīng)的噪聲振幅。預(yù)定比率的相 位改變可以是預(yù)定的常數(shù)值。移相器可被構(gòu)造為通過(guò)以預(yù)定的時(shí)間間隔將恒定的相位加在 第一輸入信號(hào)上來(lái)將預(yù)定比率的相位改變施加到第一輸入信號(hào)。零差接收機(jī)可被構(gòu)造為將 預(yù)定比率的相位改變施加到第一輸入信號(hào)。零差接收機(jī)可被構(gòu)造為將預(yù)定比率的相位改變 施加到第二輸入信號(hào)。雷達(dá)系統(tǒng)可包括耦合器，耦合器被構(gòu)造為將發(fā)射信號(hào)提供到天線并 提供基于發(fā)射信號(hào)的耦合輸出，其中，第一輸入信號(hào)可以是所述耦合輸出。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是包括改進(jìn)的零差雷達(dá)系統(tǒng)的車(chē)輛的示圖。
[0011] 圖2是示出與發(fā)射信號(hào)一致的包括可變移相器的零差雷達(dá)系統(tǒng)的可能的構(gòu)造的 示圖。
[0012] 圖3是示出與接收信號(hào)一致的包括可變移相器的零差雷達(dá)系統(tǒng)的可能的構(gòu)造的 示圖。
[0013] 圖4是示出零差雷達(dá)系統(tǒng)的頻率相對(duì)于時(shí)間的特性以及包括可變移相器的零差 雷達(dá)系統(tǒng)的示圖。
[0014] 圖5是示出零差雷達(dá)系統(tǒng)的幅度相對(duì)于頻率特性以及包括移相器的零差雷達(dá)系 統(tǒng)的示圖。
[0015] 圖6是示出用于避免零差雷達(dá)系統(tǒng)中的DC噪聲偏移的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 在這里描述本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這里公開(kāi)的實(shí)施例僅僅是示例，其 他實(shí)施例可采用各種的和可選的形式。附圖并不一定要按比例繪制；一些特征可被夸大或 者最小化，以顯示特定組件的細(xì)節(jié)。因此，這里公開(kāi)的特定的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為 限制，而是僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，參照附圖中的任意一幅示出并描述的各個(gè)特征可以與在一幅 或者更多幅其他附圖中示出的特征組合，以產(chǎn)生沒(méi)有被明確示出或描述的實(shí)施例。為了典 型的應(yīng)用，示出的特征的組合提供代表性實(shí)施例。然而，為了特定應(yīng)用和實(shí)施方式，可期望 與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和修改。
[0017] 圖1示出在車(chē)輛10中的零差線性調(diào)頻（LFM)雷達(dá)系統(tǒng)12的示例框圖。零差雷達(dá) 系統(tǒng)12可被構(gòu)造為將信號(hào)頻率直接地下轉(zhuǎn)換到零中頻。雷達(dá)系統(tǒng)12可產(chǎn)生具有頻率和振 幅的電磁波30。壓控振蕩器（VCO) 14可被構(gòu)造為輸出線性調(diào)頻信號(hào)（chirpsignal) 22。 VCO14可包括放大器，放大器以適合于傳輸?shù)碾娏﹄娖教峁┚€性調(diào)頻信號(hào)22。線性調(diào)頻信 號(hào)22可以是頻率相對(duì)于時(shí)間改變的信號(hào)。VC0 14可產(chǎn)生隨著時(shí)間線性地改變的線性調(diào)頻 信號(hào)22,諸如f(t) =&+丫〖。線性調(diào)頻信號(hào)22的頻率可在頻率的固定的范圍上重復(fù)。還 可以選擇線性調(diào)頻信號(hào)22的頻率，使得頻率在頻率范圍內(nèi)反復(fù)地線性增加和減小。頻率的 范圍可被表示為帶寬（BW)并且可等于由線性調(diào)頻信號(hào)22掃過(guò)（swept)的最高頻率和最低 頻率之間的差。VC0頻率輸出22可被饋送給耦合器16。耦合器16可允許主發(fā)送信號(hào)28 通過(guò)以到達(dá)發(fā)射天線18。耦合器16可將信號(hào)能量的大部分傳輸?shù)桨l(fā)射天線18。耦合器16 還可提供耦合信號(hào)20,耦合信號(hào)20表示主發(fā)射信號(hào)28的頻率和振幅。在用于雷達(dá)接收器 電路的頻率方面，耦合信號(hào)20可與主發(fā)射信號(hào)28類(lèi)似。可按特定路徑將主發(fā)射信號(hào)28發(fā) 送到發(fā)射天線18。
[0018] 可通過(guò)發(fā)射天線18將發(fā)射的主發(fā)射信號(hào)28轉(zhuǎn)換為電磁波30。發(fā)射的電磁波30 可以是以下形式：
[0019] s(t) =Atcos(2jt(f〇t+yt2)) (1)
[0020] 其中，&是線性調(diào)頻信號(hào)22的頻率，Y等于可由發(fā)射器（Tp)的脈沖帶寬（BW)與 脈沖長(zhǎng)度的比率來(lái)定義的調(diào)頻斜率。
[0021] 發(fā)射的電磁波30可從天線18向外傳播，并且可在碰到位于距離雷達(dá)單元12的距 離R處并以相對(duì)于雷達(dá)單元12的相對(duì)速度u行進(jìn)的對(duì)象32時(shí)被反射。可存在位于距車(chē) 輛不同距離處并以相對(duì)于車(chē)輛的不同速度行進(jìn)的多個(gè)對(duì)象32。在碰到對(duì)象32時(shí)，電磁波 30可被反射回雷達(dá)單元12。反射波34可被接收天線36接收。雖然發(fā)射天線18和接收天 線36被示出為分開(kāi)的天線，但是可采用單個(gè)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目的。反射波的波形34可 具有與發(fā)射波30不同的振幅、頻率和相位。反射波34可以是如下形式：
[0022] s(t+t) =Arcos{2n[f0 (t+