專利名稱：加權函數生成方法、基準信號生成方法、傳輸信號生成裝置、信號處理裝置及天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及加權函數等的預處理技術，將預定特性附加到時域中的波形信號上，更具體地說，涉及傳輸信號生成裝置的抑制和降低雜散分量和旁瓣的信號處理技術、信號處理裝置以及天線單元。
背景技術：
在傳統的雷達設備中，例如在日本專利申請公開出版第11-194166和2002-181921號中所描述的，加權函數的系數在時域中生成并且與接收信號相乘，以便降低信號處理、脈沖壓縮和天線的孔徑平面分布中的旁瓣水平。
但是，該時域中的處理不能抑制頻域中的旁瓣，并且信號處理損耗帶來非常嚴重的問題。在這種情況下，天線的孔徑平面分布通常伴隨較大的損耗，并且旁瓣水平不能充分降低。此外，傳輸信號的雜散頻率分量經常也不能被有效抑制。另外，在脈沖壓縮等的相關處理中，在信號處理中產生的不需要的波形分量(距離旁瓣，range side lobe)常常湮沒小的輸入信號。
結果，在以傳統的雷達設備為典型代表的通信裝置中，通過在時間軸上乘以加權函數來改善特性。然而，信號處理損耗仍然非常大，并且期望進一步的改進。
發明內容
本發明的目的是改善沿時間軸的特性，提供一種加權函數生成方法、基準信號生成方法、傳輸信號生成裝置、信號處理裝置和天線單元，用以降低信號處理損耗并實現理想的信號處理。
根據本發明的第一方面，提供一種生成加權函數的方法，用于將預定特性附加到時域中的輸入信號上，所述方法包括在使用加權函數之前將時域變換為頻域；在頻域中將加權函數乘以窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)；以及將頻域變換回時域。
根據本發明的第二方面，提供一種生成時域中的基準信號的方法，用以通過將基本信號與時域中的預定加權函數相乘而可靠地與輸入信號相關，所述方法包括在使用加權函數之前將時域變換為頻域；在頻域中將加權函數乘以窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)；將頻域變換回時域；以及將基本信號與在頻域中乘以窗函數后的加權函數相乘，以生成時域中的基準信號。
根據本發明的第三方面，提供一種生成頻域中的基準信號的方法，用以通過將基本信號與時域中的預定加權函數相乘而可靠地與輸入信號相關，所述方法包括將基本信號從時域變換為頻域；以及在頻域中將基本信號乘以窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)，從而生成頻域中的基準信號。
根據本發明的第四方面，提供一種傳輸信號生成裝置，包括獲取部件(11至13)，用于獲取用以抑制傳輸信號的雜散頻率分量的加權函數，事先從時域轉換為頻域、乘以頻域中的窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)并恢復為時域；以及乘法器(41)，用于將加權函數與傳輸信號的原始信號相乘，從而生成傳輸信號。在這種情況下，根據傳輸信號的符號率而與加權函數相乘。
根據本發明的第五方面，提供一種信號處理裝置，包括接收器(62)，用于接收傳輸信號的反射波；復共軛函數生成部件(53、55至58)，用于生成復共軛函數，用以通過將傳輸信號與時域中的預定加權函數相乘對接收器(62)的接收信號進行脈沖壓縮；以及脈沖壓縮部件(63至65)，通過將接收器(62)的接收信號乘以復共軛函數生成部件(53、55至58)生成的復共軛函數對脈沖進行壓縮，其中，通過首先將加權函數乘以頻域中的窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)、然后在恢復為時域之后將加權函數與傳輸信號相乘，復共軛函數生成部件(53、55至58)生成復共軛函數。
根據本發明的第六方面，提供一種信號處理裝置，用于通過將被分析的信號傅立葉變換為頻率軸上的分布來對信號進行分析，所述裝置包括獲取部件(11至13)，用于獲取用以抑制被分析信號的雜散泄漏的加權函數，事先從時域轉換為頻域、乘以頻域中的窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)并恢復為時域；以及乘法器(71)，用于將加權函數與傅立葉變換之前時域中的被分析信號相乘。
根據本發明的第七方面，提供一種天線裝置，用于通過控制排列成陣列的多個元件(102)每一個的功率調度振幅形成任意孔徑平面分布，所述裝置包括獲取部件(11至13)，用于獲取相應于所述孔徑平面分布的每一個元件的增益加權函數，事先從時域轉換為頻域、乘以頻域中的窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)并恢復為時域；以及控制部件(103，105)，用于根據增益加權函數控制每一個元件(102)的功率調度振幅。
根據本發明的第八方面，提供一種生成加權函數的方法，用于將基于窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)的特性附加到時域中的輸入信號，所述方法包括將峰值振幅點處窗函數的波形擴展，以生成對應于輸入信號的單位時間的波形，從而生成加權函數。
根據本發明的第九方面，提供一種生成時域中的基準信號的方法，通過將基本信號乘以時域中基于窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)的加權函數來確保與輸入信號的相關，所述方法包括將峰值振幅點處窗函數的波形擴展，以生成對應于輸入信號的單位時間的波形，從而生成加權函數；以及通過將基本信號與加權函數相乘生成時域中的基準信號。
根據本發明的第十方面，提供一種生成頻域中的基準信號的方法，通過將基本信號乘以頻域中基于窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)的加權函數來確保與輸入信號的相關，所述方法包括將峰值振幅點處窗函數的波形擴展，以生成對應于輸入信號的單位時間的波形，并將所述波形轉換到頻域，從而生成加權函數；以及通過將基本信號與加權函數相乘生成頻域中的基準信號。
根據本發明的第十一方面，提供一種傳輸信號生成裝置，包括獲取部件(14至17)，用于獲取用以抑制傳輸信號的雜散頻率分量的加權函數，通過將峰值振幅點處窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)的波形進行擴展以生成對應于傳輸信號的單位時間的波形來生成；以及乘法器(41)，用于將加權函數與傳輸信號的原始信號相乘，從而生成傳輸信號。
根據本發明的第十二方面，提供一種信號處理裝置，包括接收器(62)，用于接收傳輸信號的反射波；復共軛函數生成部件(53、55至58)，用于生成復共軛函數，用以通過將峰值振幅點處窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)的波形進行擴展并生成對應于傳輸信號的單位時間的波形來生成加權函數，并通過將加權函數與傳輸信號相乘對接收器(62)的接收信號進行脈沖壓縮；以及脈沖壓縮部件(63至65)，通過將接收器(62)的接收信號乘以復共軛函數生成部件(53、55至58)生成的復共軛函數對脈沖進行壓縮。
根據本發明的第十三方面，提供一種信號處理裝置，用于通過將被分析的信號傅立葉變換為頻率軸上的分布來對信號進行分析，所述裝置包括獲取部件(14至17)，用于獲取用以抑制被分析信號的雜散泄漏的加權函數，通過將峰值振幅點處窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)的波形進行擴展并生成對應于被分析信號的單位時間的波形來生成；以及乘法器(71)，用于將加權函數與傅立葉變換之前時域中的被分析信號相乘。
根據本發明的第十四方面，提供一種天線裝置，用于通過控制排列成陣列的多個元件(102)每一個的功率調度振幅形成任意孔徑平面分布，所述裝置包括獲取部件(14至17)，用于獲取相應于所述孔徑平面分布的每一個元件的增益加權函數，通過將峰值振幅點處窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)的波形進行擴展并生成對應于孔徑平面分布的波形來生成；以及控制部件(103，105)，用于根據增益加權函數控制每一個元件(102)的功率調度振幅。
本發明的其它目的和優點將在下面的描述中進一步闡明，并且將在下面的描述中更加明顯，或者也可以通過實踐本發明來知悉。本發明的目的和優點可以借助在此指出的手段及其組合得以實現和獲得。
作為本說明書一部分的附圖示出了本發明的具體實施方案，并且與上面的一般描述以及下面對優選實施例的詳細描述一起用于說明本發明的基本原理。
圖1示出根據本發明第一實施例用于生成加權函數的處理結構的方框圖；圖2A、2B和2C為根據圖1所示的實施例用于處理的波形圖；圖3示出根據本發明第二實施例用于生成加權函數的處理結構的方框圖；圖4A、4B和4C為根據圖3所示的實施例用于處理的波形圖；圖5A和5B是用于說明根據圖3所示的實施例的改進的窗函數的效果的波形圖；圖6示出根據本發明第三實施例用于生成進行相關處理的基準信號的處理結構的方框圖；圖7示出根據本發明第四實施例用于生成進行相關處理的基準信號的另一處理結構的方框圖；圖8示出根據本發明第五實施例將本發明應用到傳輸信號生成裝置的情況下的結構方框圖；圖9示出根據本發明第六實施例將本發明應用到脈沖壓縮雷達設備的情況下的結構方框圖；圖10A、10B和10C示出在第六實施例中的傳輸信號為CW脈沖信號時的示例波形圖；
圖11A、11B和11C示出在第六實施例中的傳輸信號為線性調頻脈沖信號時的示例波形圖；圖12A和12B是用于說明根據雷達設備中的距離采用不同的加權函數的效果的圖形；圖13示出根據本發明第八實施例將本發明應用到用于執行信號分析的信號處理設備中的情況下的結構方框圖；圖14是用于說明本發明的第八實施例的效果的波形圖；圖15示出根據本發明的第九實施例具有避免失真問題的處理結構的脈沖壓縮雷達設備的方框圖；圖16示出應用本發明的相位陣列天線設備的發送側的示意結構的方框圖；以及圖17示出應用本發明的相位陣列天線設備的接收側的示意結構的方框圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述根據本發明的優選實施例。
(第一實施例)圖1示出根據本發明第一實施例用于生成加權函數的處理結構的方框圖，以及圖2為用于其處理的波形圖。在圖1中，假定時域中的加權函數從圖2A所示的矩形波形的范圍中選取。同樣假定應用傳統的窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)，如該加權函數的范圍中的虛線所示。在用時間乘以振幅表示的面積比(area ratio)中，出現最壞50％的損耗。根據本發明，通過FFT(快速傅立葉變換)11將構成圖2A的基礎的矩形波形S11變換到頻域，并且在乘法器12中乘以如圖2B所示在頻率軸上生成的窗函數(布萊克曼·哈里斯窗，等等)S12，之后通過IFFT(逆傅立葉變換)13恢復為時域，從而生成加權函數S13。如此生成的加權函數在信號處理損耗方面得到了改善，由此如圖2C中的虛線所示，時間軸上的上升和下降沿變陡，從而將損耗降為幾個百分點。
順便指出的是，在頻率軸上的窗函數不僅限于布萊克更·哈里斯窗，也可以采用漢明窗、漢寧窗、高斯窗、或平頂窗，具有相同的效果。
(第二實施例)如上所述，廣泛采用諸如FFT的信號處理乘以窗函數，以便減少雜散泄漏。諸如漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等的窗函數是公知的。
但是，采用這些窗函數的乘法處理通常伴隨較大的信號損失，并且大約一半的信號損失掉了。作為減少信號損失同時抑制不需要的雜散泄漏的方法，根據本發明的第一實施例，通過將時域中的加權函數轉換成頻域、乘以頻率軸上的窗函數、之后恢復時域中的信號來生成基于窗函數的加權函數。在該方法中，窗函數的波形在上升和下降沿變陡，從而能夠基本上沒有損失地減少雜散泄漏等。但是，由于該生成處理涉及域變換，所以需要用于算法操作的電路，從而導致較長的處理時間。
因此，根據本發明的第二實施例，提供一種既減少信號損失又同時生成時域中的加權函數的方法，以便通過相對簡單的技術抑制雜散泄漏等。
圖3示出根據本發明第二實施例用于生成加權函數的處理結構的方框圖。首先，窗函數生成單元14生成事先選擇的窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)的波形，并發送給中心展寬處理單元15。在處理單元15中，獲取矩形波形生成單元16生成的表明單元周期的矩形波形，并且從峰值振幅點向左和向右擴展窗函數的波形，從而生成與所述矩形波形相結合的波形。將其作為加權函數存儲在加權函數存儲單元17中。
現在以漢寧窗為例，參照圖4A至4C具體描述處理過程。
圖4A示出標準漢寧窗函數的波形。該漢寧窗函數的基本波形w[k]表示為w[k]＝0.5[1-cos(2πk/n·1)]其中，k＝0，1，2，...，n·1
直接使用該加權函數公式將導致極大的損失。因此，根據本實施例，將該窗函數從中心峰值振幅點向左和向右擴展，并通過將其與圖4B所示的矩形波形組合進行修改。結果，如圖4C所示，獲得在上升和下降沿具有漢寧窗函數的波形并且在中間部分維持峰值振幅值1的波形。將其用來生成加權函數。
現在，假定使用圖4B所示的矩形波形作為加權函數。FFT處理產生如圖5A所示的雜散泄漏。但是，對應用圖4C所示的漢寧窗函數的波形的加權函數的FFT處理能夠降低雜散泄漏，從而將中心部分的雜散泄漏改善到80dB或更大，如圖5B所示。
(第三實施例)圖6示出根據本發明第三實施例用于生成進行相關處理的基準信號的處理結構的方框圖。將基準信號S21發送到乘法器21并與加權函數S22相乘。加權函數S22通過第一或第二實施例的方法生成。基準信號S21’乘以加權函數S22構成時域中的基準信號S23。如此生成的基準信號S23乘以第一實施例中生成的加權函數，由此能夠降低信號處理損失和距離旁瓣，從而產生理想的波形作為基準信號。
(第四實施例)圖7示出根據本發明第四實施例的處理結構的方框圖，通過與第三實施例不同的方法生成進行相關處理的基準信號。
在圖7中，首先通過FFT 31將基準信號S31變換到頻域，并且在乘法器32中乘以使用布萊克曼·哈里斯窗(也可以替換為漢明窗，漢寧窗，高斯窗，平頂窗，等等)的頻域中的窗函數S32，以便生成頻域中的基準信號S33。另外，通過該方法，與在第三實施例中獲得的時域中的基準信號類似，也能夠降低信號處理損失和距離旁瓣，從而產生理想的波形作為基準信號。
(第五實施例)圖8示出根據本發明第五實施例將本發明應用到傳輸信號生成裝置的情況下的結構方框圖。在圖8中，使用加權函數S41來抑制傳輸信號S42的雜散頻率分量。該加權函數S41，按照第一實施例的方法，通過在頻域中乘以諸如布萊克曼·哈里斯窗函數的窗函數并恢復為時域來產生，或者按照第二實施例的方法，通過擴展窗函數的峰值振幅點來產生。加權函數S41在乘法器41中與傳輸信號S42相乘并且從發送器42中輸出。
在該結構中，能夠減少乘以傳輸信號S42的加權函數的濾波損失，同時抑制傳輸信號S42的雜散頻率分量，從而改善傳輸效率。另外，在應用到脈沖壓縮雷達的傳輸信號生成裝置時，能夠減少傳輸脈沖的雜散頻率分量，同時減少脈沖壓縮后的距離旁瓣。
(第六實施例)圖9示出根據本發明第六實施例將本發明應用到脈沖壓縮雷達設備的情況下的結構方框圖。在該雷達設備中，將在傳輸信號函數生成單元51中生成的傳輸信號提供給乘法器52，并且在與存儲在加權函數存儲單元53中的加權函數相乘之后轉換為脈沖波形信號并存儲在傳輸信號存儲單元54中。
另外，在傳輸信號函數生成單元51中生成的傳輸信號還用作進行相關處理的基準信號。在這種情況下，在乘法器55中與存儲在加權函數存儲單元53中的加權函數相乘之后的傳輸信號作為時域中的基準信號，由FFT56變換為頻域。然后，復共軛運算單元57產生復共軛函數信號并存儲在存儲單元58中。
在該處理中，在加權函數存儲單元53中存儲的加權函數，按照第一實施例的方法，通過在頻域中將窗函數與諸如布萊克曼·哈里斯窗函數的窗函數相乘并恢復為時域來產生，或者按照第二實施例的方法，通過擴展窗函數的峰值振幅點來產生。由此，從傳輸信號存儲單元54中讀出的傳輸信號包含較少的雜散頻率分量，從而能夠實現高效率的傳輸。另外，能夠減少基準信號的信號處理損失和距離旁瓣，從而產生理想的復共軛函數。
傳輸信號的示例示于圖10A至10C中。圖10A示出在傳輸信號函數生成單元51中生成的CW波形，圖10B示出乘以頻域中的窗函數并存儲在加權函數存儲單元53中的加權函數。圖10A所示的CW波形與圖10B所示的加權函數相乘后轉換為理想的抑制了雜散頻率分量的CW脈沖波形，如圖10C所示。這也適用于通過擴展窗函數的峰值振幅點生成的加權函數的情況。
在發送側，傳輸脈沖以規則的時間間隔從傳輸信號存儲單元54輸出，通過發送器59和發送/接收開關60發送到天線61，并且在空間中朝著目標輻射。在收到從天線61輻射的傳輸脈沖的反射波時，反射信號由接收器62接收。所接收的信號通過FFT 63轉換到頻域并輸入到復數乘法器64，在此經歷與存儲在復共軛函數信號存儲單元58中的復共軛函數信號的復數乘法。該復數乘法為相關處理，其中通過重復與傳輸脈沖的相關產生脈沖壓縮信號。該信號通過IFFT 65恢復為時域中的信號，并且輸出為脈沖壓縮的接收信號。
復共軛函數信號具有較小的信號處理損失并且構成具有減少的距離旁瓣的理想函數，從而能夠實現高精度的相關處理。通過上述處理獲得的脈沖壓縮信號使得能夠檢測已經淹沒在噪聲中并且現有技術不能恢復的脈沖壓縮信號的分量。另外，根據該實施例，能夠實現高精度的相關處理，且不會將距離旁瓣錯誤地識別為信號。
在具有上述結構的雷達設備中，傳輸信號波形不僅限于非調制的CW脈沖，而是也能夠同樣處理調制的波形。例如，也可以應用頻率隨時間改變的線性調頻信號。具體地說，在傳輸信號函數生成單元51中生成如圖11A所示的頻率調制的線性調頻信號，與圖11B所示的加權函數相乘并存儲在加權函數存儲單元53中。然后，如圖11C所示，產生抑制了雜散頻率分量的理想線性調頻脈沖波形。
(第七實施例)在脈沖壓縮雷達設備中，從短距離處的位置反射的數據具有較大的SN比。有鑒于此，根據本發明的第七實施例，提供一種其中將現有技術中“具有較大損失但是極大減少了旁瓣的加權函數”用于短距離、而將根據本發明的“具有較小損失且能夠減少旁瓣的加權函數”用于長距離的第六實施例的雷達設備。通過如此使用所述裝置，能夠有效地減少旁瓣。
具體地說，脈沖壓縮信號處理通常需要(1)對短距離信號抑制距離旁瓣，而脈沖壓縮增益不一定很高；以及(2)對長距離信號增加脈沖壓縮增益，而不一定過度抑制距離旁瓣。
上面所述的相互矛盾的要求總括示于圖12A中。短距離函數示于圖12B的左側，長距離函數示于圖12B的右側。基本函數劃分成如圖12所示的多個形態，從而能夠實現更為理想的脈沖壓縮。在這種情況下，圖12B所示的短距離函數和長距離函數能夠通過將窗函數的頻帶調整到最優值來生成。
在圖9所示的雷達設備中，相應于上述距離的處理能夠以相應于多個事先根據距離選擇的窗函數的每一個的加權函數被生成并存儲在加權函數存儲單元53中的方式、通過第一或第二實施例的方法來執行。生成相應于每一個加權函數的基準信號，并且將從基準信號確定的復共軛函數信號存儲在存儲單元58中。根據搜索的距離有選擇地切換復共軛函數信號并乘以接收信號。結果，能夠實現滿足上述要求(1)和(2)的處理過程。
(第八實施例)圖13示出根據本發明第八實施例將本發明應用到信號處理設備中將信號(時域中的輸入數據)傅立葉變換為頻率軸上的分布進行信號分析的情況下的處理結構方框圖。在圖13中，加權函數S51用于抑制雜散泄漏并按照第一實施例的方法或第二實施例的方法生成。在根據第一實施例的方法中，加權函數通過首先從時域轉換為頻域并與頻域中的窗函數(漢明窗，漢寧窗，高斯窗，布萊克曼·哈里斯窗，平頂窗，等等)相乘、之后恢復到時域來生成。另一方面，在根據第二實施例的方法中，將窗函數在峰值振幅點擴展以生成加權函數。在乘法器71中將該加權函數S51與時域中的輸入信號相乘，并由FFT(傅立葉變換)72轉換到頻域，從而獲得頻率軸上的輸入數據分析結果S53。
如上所述，根據第一實施例的處理方法在時域中生成的加權函數具有較小的信號處理損失，因此通過與時域中的加權函數相乘，能夠降低輸入信號的信號處理損失。
圖14示出與現有技術相比該實施例的效果。在圖14中，點劃線表示處理部分，虛線表示在現有技術中使用的時域窗函數，實線表示根據本發明與頻域窗函數相乘的時域加權函數。從圖中顯然可以看出，在處理部分中的信號處理損失明顯改善。結果，能夠顯著改善信號分析處理的精度。這也適用于通過擴展峰值振幅點處的窗函數來生成加權函數的情形。
(第九實施例)在實際的收發器中插入窄帶濾波器以便抑制來自帶外的干擾。該窄帶濾波器需要較強的抑制特性。該抑制特性可以通過犧牲維持信號質量所需的濾波器通帶組延遲特性的損失來實現。因此，在現有技術中，窄帶濾波器的組延遲特性不可避免地會惡化，并且導致基本信號的相位失真。該相位失真導致難以實現壓縮增益目標和在諸如脈沖壓縮的相關處理中降低距離旁瓣。
圖15示出根據本發明的第九實施例在圖9的壓縮雷達設備中避免失真問題的處理結構的方框圖。在圖15中，與圖9中相同的元件用相同的參考標號表示并且在此不再描述。
在圖15中，參考標號66表示衰減器，用于衰減發送器59的輸出。參考標號67表示開關，用于在雷達設備的校正模式和操作模式之間有選擇地進行切換。在校正模式中，從衰減器66輸出的傳輸信號通過開關67直接提供給接收器62，并且接收器62的輸出提供給乘法器55與存儲在加權函數存儲單元53中的加權函數相乘，從而生成時間軸上的基準信號。該基準信號在FFT 56中經歷快速傅立葉變換，從而在復共軛運算單元57中確定復共軛函數并存儲在復共軛函數信號存儲單元58中。
另一方面，在操作模式中，開關67連接到傳輸/接收開關60，以便發送/接收正常的傳輸脈沖。在該處理中，從接收器62輸出的接收信號在FFT 63中從時域轉換到頻域，在復數乘法器64中經歷與存儲在復共軛函數信號存儲單元58中的復共軛函數信號的復數乘法，在IFFT 65中恢復到時域，并輸出為脈沖壓縮接收信號。
更具體地說，該處理結構具有直接接收傳輸信號并與作為基準信號的該信號進行相關處理以解決失真問題的特點。這樣，相關處理(脈沖壓縮)能夠以如下方式執行，即，直接接收傳輸信號作為基準信號，通過乘以加權函數該基準信號經歷FFT處理，通過復共軛處理獲得復共軛函數，以及該復共軛函數經歷與經過FFT處理的實際接收信號的復數乘法，并跟隨IFFT處理。
在該處理過程中，存儲在加權函數存儲單元53中的加權函數，按照第一實施例的方法，通過在頻域中乘以諸如布萊克曼·哈里斯窗函數的窗函數并恢復為時域來產生，或者按照第二實施例的方法，通過擴展窗函數的峰值振幅點來產生。由此，通過乘以加權函數獲得的基準信號具有較小的信號處理損失以及較小的距離旁瓣。因此，從該信號中能夠獲得理想的復共軛函數。結果，經歷與復共軛函數信號的復數乘法的接收信號也能夠減少信號處理損失和距離旁瓣。這樣，能夠進行高精度的相關處理。
(第十實施例)下面將說明根據本發明的第十實施例應用本發明的加權函數以確定相位陣列天線單元的孔徑平面分布(aperture plane distribution)。
眾所周知，天線單元具有所謂的孔徑平面分布特性。孔徑平面分布定義為天線平面的分布，并且已知增益越高，孔徑平面的一致性越好。但是，這不可避免地伴隨著天線圖案的旁瓣水平增大。通常情況下通過確保孔徑平面的分布來降低旁瓣。非常希望能夠降低旁瓣而不過分降低天線增益。
將參照根據該實施例的相位陣列天線解釋天線孔徑平面分布。相位陣列天線具有一致平面，并且這一概念類似于通過調整發送或接收時的振幅來引入正規天線孔徑平面分布。在相位陣列天線中，天線的旁瓣可以通過替換時間軸上的加權函數為空間上的而得以顯著降低。
圖16和17分別示出根據本發明的相位陣列天線單元在發送側和接收側的示意結構方框圖。在圖16中，水平調整器103插在從功率反饋器101到每一個天線元件102的功率反饋路徑中，并且針對每一個路徑通過乘以增益加權函數并由此調整振幅，能夠形成天線孔徑平面分布。同樣，在圖17中，來自每一個天線元件102的接收信號由合成器104以如下方式組合，即，在每一個接收路徑上的水平調整器105中乘以增益加權函數并由此調整振幅，以便形成天線孔徑平面分布。
每一個增益加權函數，按照第一實施例的方法，通過在頻域中乘以諸如布萊克曼·哈里斯窗函數的窗函數并恢復為時域來產生，或者按照第二實施例的方法，通過擴展窗函數的峰值振幅點來產生。如此產生的增益加權函數用于天線孔徑平面分布。由此，能夠使波束合成損失最小化，同時能夠有效地抑制天線圖案和旁瓣。
(其它實施例)上面主要結合雷達設備的應用描述了本發明的具體實施方式
。但是，本發明不僅限于這些具體實施例，而是也能夠應用到信號處理中。另外，上述實施例參照通過LAN連接到外部設備作為示例進行了描述。但是，本發明也能夠應用其它接口連接，例如iLink連接和USB連接具有相同的效果。
其它優點和修改對于本領域的技術人員來說是顯然的。因此，從廣義上說，本發明不僅限于在此描述的具體細節和代表性實施例。相應地，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以進行各種其他變更和修改，并且所有這些變更和修改均包括在由所附權利要求限定的本發明范圍內。
權利要求
1.一種生成加權函數的方法，用于將預定特性附加到時域中的輸入信號上，所述方法的特征在于包括在使用加權函數之前將時域變換為頻域；在頻域中將加權函數乘以窗函數；以及將頻域變換回時域。
2.根據權利要求1所述的生成加權函數的方法，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
3.一種生成時域中的基準信號的方法，用以通過將基本信號與時域中的預定加權函數相乘而可靠地與輸入信號相關，所述方法的特征在于包括在使用加權函數之前將時域變換為頻域；在頻域中將加權函數乘以窗函數；將頻域變換回時域；以及將基本信號與在頻域中乘以窗函數后的加權函數相乘，以生成時域中的基準信號。
4.根據權利要求3所述的基準信號生成方法，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
5.一種生成頻域中的基準信號的方法，用以通過將基本信號與時域中的預定加權函數相乘而可靠地與輸入信號相關，所述方法包括將基本信號從時域變換為頻域；以及在頻域中將基本信號乘以窗函數，從而生成頻域中的基準信號。
6.根據權利要求5所述的基準信號生成方法，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
7.一種傳輸信號生成裝置，其特征在于包括獲取部件(11至13)，用于獲取用以抑制傳輸信號的雜散頻率分量的加權函數，事先從時域轉換為頻域、乘以頻域中的窗函數并恢復為時域；以及乘法器(41)，用于將加權函數與傳輸信號的原始信號相乘，從而生成傳輸信號。
8.根據權利要求7所述的傳輸信號生成裝置，其特征在于，根據傳輸信號的符號率而與加權函數相乘。
9.根據權利要求7所述的傳輸信號生成裝置，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
10.一種信號處理裝置，其特征在于包括接收器(62)，用于接收傳輸信號的反射波；復共軛函數生成部件(53、55至58)，用于生成復共軛函數，用以通過將傳輸信號與時域中的預定加權函數相乘對接收器(62)的接收信號進行脈沖壓縮；以及脈沖壓縮部件(63至65)，通過將接收器(62)的接收信號乘以復共軛函數生成部件(53、55至58)生成的復共軛函數對脈沖進行壓縮；其中通過首先將加權函數乘以頻域中的窗函數、然后在恢復為時域之后將加權函數與傳輸信號相乘，復共軛函數生成部件(53、55至58)生成復共軛函數。
11.根據權利要求10所述的信號處理裝置，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
12.根據權利要求10所述的信號處理裝置，其特征在于復共軛函數生成部件(53、55至58)包括復共軛函數存儲單元(58)，用于存儲多個復共軛函數，所述復共軛函數通過將傳輸信號乘以首先與頻域中不同的窗函數相乘并恢復為時域的多個加權函數的每一個來生成；以及脈沖壓縮部件(63至65)通過從復共軛函數存儲單元(58)中切換相應于搜索距離的復共軛函數壓縮脈沖。
13.一種信號處理裝置，用于通過將被分析的信號傅立葉變換為頻率軸上的分布來對信號進行分析，所述裝置的特征在于包括獲取部件(11至13)，用于獲取用以抑制被分析信號的雜散泄漏的加權函數，事先從時域轉換為頻域、乘以頻域中的窗函數并恢復為時域；以及乘法器(71)，用于將加權函數與傅立葉變換之前時域中的被分析信號相乘。
14.根據權利要求13所述的信號處理裝置，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
15.一種天線裝置，用于通過控制排列成陣列的多個元件(102)每一個的功率調度振幅形成任意孔徑平面分布，所述裝置的特征在于包括獲取部件(11至13)，用于獲取相應于所述孔徑平面分布的每一個元件的增益加權函數，事先從時域轉換為頻域、乘以頻域中的窗函數并恢復為時域；以及控制部件(103，105)，用于根據增益加權函數控制每一個元件(102)的功率調度振幅。
16.根據權利要求15所述的天線裝置，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
17.一種生成加權函數的方法，用于將基于窗函數的特性附加到時域中的輸入信號，所述方法的特征在于包括將峰值振幅點處窗函數的波形擴展，以生成對應于輸入信號的單位時間的波形，從而生成加權函數。
18.根據權利要求17所述的加權函數生成方法，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
19.一種生成時域中的基準信號的方法，通過將基本信號乘以時域中基于窗函數的加權函數來確保與輸入信號的相關，所述方法的特征在于包括將峰值振幅點處窗函數的波形擴展，以生成對應于輸入信號的單位時間的波形，從而生成加權函數；以及通過將基本信號與加權函數相乘生成時域中的基準信號。
20.根據權利要求19所述的基準信號生成方法，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
21.一種生成頻域中的基準信號的方法，通過將基本信號乘以頻域中基于窗函數的加權函數來確保與輸入信號的相關，所述方法的特征在于包括將峰值振幅點處窗函數的波形擴展，以生成對應于輸入信號的單位時間的波形，并將所述波形轉換到頻域，從而生成加權函數；以及通過將基本信號與加權函數相乘生成頻域中的基準信號。
22.根據權利要求21所述的基準信號生成方法，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
23.一種傳輸信號生成裝置，其特征在于包括獲取部件(14至17)，用于獲取用以抑制傳輸信號的雜散頻率分量的加權函數，通過將峰值振幅點處窗函數的波形進行擴展以生成對應于傳輸信號的單位時間的波形來生成；以及乘法器(41)，用于將加權函數與傳輸信號的原始信號相乘，從而生成傳輸信號。
24.根據權利要求23所述的傳輸信號生成裝置，其特征在于，根據傳輸信號的符號率而與加權函數相乘。
25.根據權利要求23所述的傳輸信號生成裝置，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
26.一種信號處理裝置，其特征在于包括接收器(62)，用于接收傳輸信號的反射波；復共軛函數生成部件(53、55至58)，用于生成復共軛函數，用以通過將峰值振幅點處窗函數的波形進行擴展并生成對應于傳輸信號的單位時間的波形來生成加權函數，并通過將加權函數與傳輸信號相乘對接收器(62)的接收信號進行脈沖壓縮；以及脈沖壓縮部件(63至65)，通過將接收器(62)的接收信號乘以復共軛函數生成部件(53、55至58)生成的復共軛函數對脈沖進行壓縮。
27.根據權利要求26所述的信號處理裝置，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
28.根據權利要求26所述的信號處理裝置，其特征在于復共軛函數生成部件(53、55至58)包括復共軛函數存儲單元(58)，用于存儲如下所述獲取的多個復共軛函數，即，通過在峰值振幅點擴展多個不同窗函數每一個的波形以生成相應于傳輸信號的單位時間的波形來確定多個加權函數、然后將多個加權函數的每一個與傳輸信號相乘來獲取所述多個復共軛函數；以及脈沖壓縮部件(63至65)通過從復共軛函數存儲單元(58)中切換相應于搜索距離的復共軛函數壓縮脈沖。
29.一種信號處理裝置，用于通過將被分析的信號傅立葉變換為頻率軸上的分布來對信號進行分析，所述裝置的特征在于包括獲取部件(14至17)，用于獲取用以抑制被分析信號的雜散泄漏的加權函數，通過將峰值振幅點處窗函數的波形進行擴展并生成對應于被分析信號的單位時間的波形來生成；以及乘法器(71)，用于將加權函數與傅立葉變換之前時域中的被分析信號相乘。
30.根據權利要求29所述的信號處理裝置，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
31.一種天線裝置，用于通過控制排列成陣列的多個元件(102)每一個的功率調度振幅形成任意孔徑平面分布，所述裝置的特征在于包括獲取部件(14至17)，用于獲取相應于所述孔徑平面分布的每一個元件的增益加權函數，通過將峰值振幅點處窗函數的波形進行擴展并生成對應于孔徑平面分布的波形來生成；以及控制部件(103，105)，用于根據增益加權函數控制每一個元件(102)的功率調度振幅。
32.根據權利要求31所述的天線裝置，其特征在于，窗函數為漢明窗、漢寧窗、高斯窗、布萊克曼·哈里斯窗、平頂窗中的任意一種。
全文摘要
通過FFT(11)等將用于確定加權函數范圍的矩形波形(S11)轉換到頻域，在乘法器(12)中與在頻率軸上生成的窗函數(例如布萊克曼·哈里斯窗函數)相乘之后(S12)，通過IFFT(13)等將頻域再次變換回時域，從而生成加權函數(S13)。
文檔編號G01S7/282GK1667432SQ20051005455
公開日2005年9月14日 申請日期2005年3月11日 優先權日2004年3月11日
發明者青木善郎, 和田將一, 堀込淳一, 西本真吉 申請人:株式會社東芝