收發器電路的制作方法

本發明涉及收發器電路、使用這種收發器電路的目標檢測裝置和操作收發器電路的方法。

背景技術：

為了檢測裝置周圍的目標而使用諸如雷達系統之類的目標檢測系統是眾所周知的。通常，諸如無線電波之類的輻射將從發送器被發送并在接收器處被接收，并且通過將發送的內容與接收的內容進行比較，確定目標在裝置周圍的存在和潛在位置。

示例現有技術的頻率調制連續波雷達裝置在附圖的圖1中示出。它包括振蕩器1，該振蕩器1產生具有調制的頻率的信號。所使用的頻率調制模式的例子在附圖的圖2a中示出，該圖以實線示出隨時間生成的信號的頻率。

這種信號被傳遞到發送器2，發送器2生成無線電波并且在可能存在目標3的區域的方向上發送它們。接收器4接收已經被反射離開任何目標3的反射輻射，具有取決于目標的范圍的時間延遲。但是，因為沒有電路是完美的，所以一些發送的信號滲漏到(bleed through to)接收器。此外，由于雷達裝置內或安裝雷達裝置的車輛內非常短程的內部反射，一些輸出信號被內部反射回接收器。因此，輸出信號的一定比例–不想要部分–以非常短的時間延遲范圍在接收器4處被直接接收。這個不想要部分在圖2a中以虛線示出。

收發器還具有混合輸出和被接收信號的混合器5。眾所周知，這產生混合信號，該信號將包含處于輸出和被接收信號的頻率之和和頻率差異的分量。為了只分析差異信號，提供低通濾波器6和高通濾波器7，低通濾波器6丟棄與預期差異分量相比具有更高頻率的那些分量，高通濾波器7阻斷混合信號的DC分量，以產生在圖2b中的理想情況下示出的被濾波信號。

但是，不想要部分還將被包括在與輸出信號混合的被接收信號中。由于短時間延遲，這意味著，在輸出信號的頻率調制中存在不連續(并且尤其是如果在頻率中存在階躍)的時候，在混合信號中將存在處于相對高頻率的大的不連續分量，并且其后在濾波器6、7中對這些不連續分量作出響應。這些在圖2a和2b中用箭頭標記示出。

照此，這會導致高通濾波器7中的有害影響。最實際的高通濾波器將對突然不連續頻率尖峰具有瞬變響應，如圖2b中所示。這可以在附圖的圖3中看出，其中較平滑的跡線示出這種瞬變對被濾波信號的影響，而較不平滑的跡線示出底層的被濾波信號。照此，可以看出，與底層的被濾波信號相比，瞬變是低頻的，但是具有是底層信號的振幅的幾倍的振幅。

改善這個問題的一個先前建議是在頻域中校正不想要部分的瞬變效應。通常，在大多數雷達系統中，在已由模擬到數字轉換器8數字化之后，對被濾波信號采取快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform，FFT)。這在本提議中進行。在這個時候，基于濾波器6、7對已知輸出信號的已知響應，校正被存儲在存儲器中，然后在頻域中從FFT減去。

這可以在附圖的圖4a和4b中看出，其中圖4a示出在應用任何校正之前已采取FFT，并且圖4b示出在應用校正之后的FFT。應當指出兩個圖之間垂直標度的差異；給定瞬變響應的低頻特性，減法在很大程度上被應用于FFT的最低頻率分量。雖然這提供了有用的數據，但它丟失了將與短程目標相關的存在于較低頻分量中的大量數據。這實際上限制了雷達系統可以在其處操作的最小范圍。

改善濾波器對混合信號中的瞬變的瞬變響應的另一替代提議是計算或測量濾波器對給定輸出信號不想要部分的響應并將那個波形保存在存儲器中。但是，記錄濾波器對所有不同瞬變的響應，尤其是在許多信道上，可能是存儲器的低效使用。

還有另一種方法是在RF電路系統中創建具有180度相移的附加滲漏信號路徑，該信號路徑在到達濾波器之前抵消不想要的滲漏信號。這只能處理滲漏源，而不能處理其它不想要的反射(例如，來自雷達系統安裝到其的車輛的部分)。

技術實現要素：

根據本發明的第一方面，我們提供了一種收發器電路，包括：

·信號發生器，布置成生成輸出信號；

·發送器，耦合到信號發生器，以便發送輸出信號；

·接收器，布置成接收被接收信號；

·混合器，耦合到接收器并耦合到信號發生器，以便混合輸出信號和被接收信號，以產生混合信號；以及

·至少一個濾波器，耦合到混合器，以便對混合的信號作用，以產生被濾波信號；

其中輸出信號的不想要部分在接收器被接收，而沒有從目標反射；并且其中收發器電路還包括校正電路，該校正電路被布置成生成是每個濾波器對不想要部分的行為的仿真的仿真波形并且應用校正以便從被濾波信號中去除該仿真波形。

因此，通過生成仿真信號，不想要部分在每個濾波器上的影響可以被去除，同時在濾波波形中保留比在低頻數據被修改的情況下更多的低頻信息。因此，使用這種收發器的基于反射的目標感測系統針對短程目標將具有更好的性能。就存儲器使用情況而言，與保存每個濾波器對有可能被接收的所有形式的不想要部分的響應相比，本發明具有顯著更低的成本。它也比這些做法中任何一種顯著更靈活，因為它將對任意形式的輸出信號作用以及因此對不想要部分作用；沒有必要提前知道并預先計算需要被校正的內容。

通常，所述至少一個濾波器將包括高通濾波器和低通濾波器當中至少一個。我們發現這個問題在存在高通濾波器的情況下最麻煩。

收發器電路通常將包括耦合到每個濾波器的模擬到數字轉換器，以便將被濾波信號從模擬信號轉換為數字信號。校正電路可被布置成在被濾波信號被轉換為數字信號之前或之后對被濾波信號應用校正。在任何情況下，校正將在被濾波信號接受諸如快速傅立葉變換(FFT)之類的任何頻率分析之前被應用。

在校正電路被布置成使得在被濾波信號被轉換為數字信號之后對被濾波信號應用校正的時候，仿真波形可以是數字信號的形式，并且校正電路可以被布置成使得例如通過減法從被濾波的數字信號中加性地(additively)去除該仿真波形。

在校正電路被布置成使得在被濾波信號被轉換為數字信號之前對被濾波信號應用校正的時候，模擬到數字轉換器可以是具有兩個輸入的差分模擬到數字轉換器；第一個輸入用于被濾波信號，第二個差分輸入用于仿真波形。

這可以允許在沒有其削波(clip)的情況下在模擬到數字轉換器中使用更高的增益，這可以提高在更高范圍使用這種收發器的基于反射的位置目標檢測系統的性能。

照此，為了創建仿真波形，校正電路可以包括被布置成以數字形式創建仿真波形的數字信號創建電路，以及被布置成將仿真波形轉換為模擬形式使得其可以被應用到被濾波信號的數字到模擬轉換器。

作為替代，校正電路可以包括被布置成創建不想要部分的波形的估計的不想要信號創建電路，以及波形的估計被應用到其的至少一個另外的濾波器；因此，這至少一個另外的濾波器的輸出可以是仿真波形，因為它可以表示這至少一個另外的濾波器對不想要部分的響應。照此，這使用另一個(a second)來仿真(一個或多個)原始濾波器的響應。通常，所述至少一個另外的濾波器應當與原始的至少一個濾波器具有相同或至少大致相同的特性。這可以使所述至少一個另外的濾波器能夠對(原始的)至少一個濾波器對諸如溫度之類的環境變化的行為進行建模。

校正電路可以被布置成使得利用多個參數生成仿真波形；通常，這些參數的數量將少于20，并且通常少于10。參數可以包括濾波器的至少一個極點(pole)、至少一個零點(zero)和至少一個增益(gain)；通常，參數將由兩個極點、兩個零點和一個增益組成。

校正電路可以包括執行校正電路的任何或全部功能的處理器。

根據本發明的第二方面，提供了一種目標檢測系統，包括被布置成發送輸出信號和接收被接收信號的本發明第一方面的收發器，以及被布置成比較被發送和被接收的信號以便確定目標的存在的處理電路。

通常，目標檢測系統將是雷達系統，通常是頻率調制連續波雷達，在這種情況下，被發送和接收的信號將是無線電信號。作為替代，目標檢測系統可以是激光雷達系統，在這種情況下，被發送和接收的信號將是光信號，或者是聲納系統，在這種情況下，被發送和接收的信號將是聲音信號。

在校正電路包括處理器的情況下，處理器還可以構成處理電路。

根據本發明的第三方面，我們提供一種操作收發器電路的方法，包括：

·生成和發送輸出信號；

·發送輸出信號；

·接收被接收信號；

·混合輸出信號和被接收信號，以便產生混合信號；以及

·利用至少一個濾波器對混合信號進行濾波，以便產生被濾波信號；

其中輸出信號的不想要部分在接收器處被接收，而沒有從目標反射；并且其中該方法還包括生成是每個濾波器對不想要部分的行為的仿真的仿真波形，并且應用校正以便從被濾波信號中去除該仿真波形。

因此，通過生成仿真信號，不想要部分在每個濾波器上的影響可以被去除，同時在濾波波形中保留比在低頻數據被修改的情況下更多的低頻信息。因此，使用這種方法的基于反射的目標感測系統針對短程目標將具有更好的性能。就存儲器使用情況而言，與保存每個濾波器對有可能被接收的所有形式的不想要部分的響應相比，本發明具有顯著更低的成本。它也比這些做法中任何一種顯著更靈活，因為它將對任意形式的輸出信號作用以及因此對不想要部分作用；沒有必要提前知道并預先計算需要被校正的內容。

該方法通常包括將被濾波信號從模擬信號轉換為數字信號。該方法可以包括在被濾波信號被轉換為數字信號之前或之后對被濾波信號應用校正。在任何情況下，校正將在被濾波信號接受諸如快速傅立葉變換(FFT)之類的任何頻率分析之前被應用。

在被濾波信號被轉換為數字信號之后對被濾波信號應用校正的時候，仿真波形可以是數字信號的形式，并且該方法可以包括例如通過減法從被濾波的數字信號中加性地去除該仿真波形。

在被濾波信號被轉換為數字信號之前對被濾波信號應用校正的時候，該方法可以包括利用具有兩個輸入的差分模擬到數字轉換器；第一個輸入用于被濾波信號，第二個差分輸入用于仿真波形。

這可以允許在沒有其削波的情況下在模擬到數字轉換器中使用更高的增益，這可以提高使用這種收發器檢測在更高范圍處的目標的基于反射的位置目標檢測系統的性能。

該方法可以包括以數字形式創建仿真波形，并且然后通常將仿真波形轉換為模擬形式，使得其可以被應用到被濾波信號。

作為替代，該方法可以包括創建不想要部分的波形的估計，傳遞該估計通過至少一個另外的濾波器；因此，所述至少一個另外的濾波器的輸出可以是仿真波形，因為它可以表示至少一個濾波器對不想要部分的響應。照此，這使用第二組(一個或多個)濾波器來仿真(一個或多個)原始濾波器的響應。通常，每個另外的濾波器應當具有與每個原始濾波器相同或至少大致相同的特性。這可以使每個另外的濾波器能夠對每個(原始)濾波器對諸如溫度之類的環境變化的行為進行建模。

該方法可以包括利用多個參數生成仿真波形；通常，這些參數的數量將少于20，并且通常少于10。參數可以包括濾波器的至少一個極點、至少一個零點和至少一個增益；通常，參數將由兩個極點、兩個零點和一個增益組成。

收發器電路可以根據本發明的第一方面，并且可以具有其任何可選特征。

該方法可以包括在目標檢測系統中使用收發器電路，其中將被發送和接收的信號進行比較，以便確定目標的存在。

通常，目標檢測系統將是雷達系統，通常是頻率調制連續波雷達，在這種情況下，被發送和接收的信號將是無線電信號。作為替代，目標檢測系統可以是激光雷達系統，在這種情況下，被發送和接收的信號將是光信號，或者是聲納系統，在這種情況下，被發送和接收的信號將是聲音信號。

附圖說明

現在下面是僅以舉例的方式參照附圖描述的本發明實施例的描述，其中：

圖1示出了現有技術的雷達收發器電路；

圖2a和圖2b示出了在圖1電路上不想要部分的影響的圖形；

圖3示出了在時域中示出在圖1電路上不想要部分的影響的圖形；

圖4a示出了在頻域中對應于圖3的圖；

圖4b示出了對應于圖4a的圖，但是不想要部分在高通濾波器上的影響在頻域中被去除；

圖5示出了根據本發明第一實施例的雷達收發器電路；

圖6示出了根據本發明第二實施例的雷達收發器電路；

圖7示出了根據本發明第三實施例的雷達收發器電路；

圖8示出了不想要部分在圖5電路的高通濾波器上的影響；以及

圖9示出了不想要部分在圖5電路的高通濾波器上的影響的去除。

具體實施方式

根據本發明第一實施例的頻率調制連續波雷達收發器電路在附圖的圖5中示出。在這個實施例中，電路在很大程度上以與上面關于圖1討論的相同方式運作，并且因此等同的標號被用于該電路，標號數字增加10。

在這個實施例中，校正電路19a、19b用來校正被濾波波形中低通濾波器16的瞬變效應。它包括為被濾波波形創建校正信號的校正信號生成單元19a，以及從被濾波波形中減去校正信號的校正應用單元19b。

校正信號是通過預測高通濾波器17的行為生成的，這種預測是通過將高通濾波器17模擬為具有5個參數的簡單模擬濾波器進行的，這5個參數將完全描述其：2個極點、2個零點和總體DC增益。此外，“階躍”或“脈沖”輸入的大小/形狀可能需要被建模；這可以基于所選的輸出信號。參數可以在運行時期間被估計(例如，通過經長時間段最小化被校正的樣本中的低頻分量)或者在制造或服務時被校準(例如，當濾波器參數不隨時間顯著變化時)。根據這些參數，濾波器對采樣的波形的貢獻–校正信號–可以在每個瞬變發生時針對每個瞬變實時計算，并從數字化的被濾波信號中減去。這提供了非常好的抵消的益處，只需存儲器位置的最小限度的使用來存儲參數–從而提高了雷達檢測低范圍目標的能力。

在這個實施例中，校正電路19b、19a將很大程度上在軟件中實現；由軟件執行的那些功能在圖5中以虛線示出。照此，校正電路19b、19a可以使用然后被用來處理數字化的和被校正的被濾波信號的相同的處理器。

這個實施例的效果可以在附圖的圖8和9中看到。圖8示出了被濾波信號(較高頻率跡線)，其中瞬變效應被示為較低頻率、更平滑的跡線。通過執行這個實施例的方法，圖9中所示的結果可以被實現；注意垂直軸上的差異。不想要的瞬變–其可以是底層信號的多達10倍–已經被去除，而不會不適當地影響底層信號的低頻分量。這可以使這個實施例與依賴于頻譜域中失去低頻數據的先前提議相比對低范圍目標更敏感。

本發明的第二實施例在附圖的圖6中示出。如前所述，該電路很大程度上以與上面關于圖1所討論的相同方式運作，并且因此等同的標號被用于該電路，標號數字增加20。

在這個實施例中，不是在數字域中應用校正信號，而是在模擬域中應用校正信號。校正信號如前所述在校正信號生成單元29a中生成，然后被高速數字到模擬轉換器(DAC)29b轉換到數字域。然后，所使用的模擬到數字轉換器(ADC)28是差分ADC，它在一個輸入端獲得來自混合器的模擬被濾波信號，并在其另一個差分輸入端獲得模擬校正信號。這將允許使用高得多的增益，而沒有不想要的瞬變引起ADC削波。這將在檢測長范圍目標時產生更高的性能。

再次，校正電路29a、29b的功能的至少一部分可以在合適的處理器上以軟件實現；在軟件中執行的特征在圖6中以虛線示出。

本發明的第三實施例在附圖的圖7中示出。如前所述，電路在很大程度上以與上面關于圖1討論的相同方式運作，并且因此等同的標號被用于該電路，標號數字增加30。

在這個實施例中，使用相對較慢的DAC 39b，但是其被饋送不想要部分的估計而不是校正信號本身。校正信號是通過將第二DAC40的結果所得的模擬輸出經由另一個與損壞想要的信號的原始高通濾波器37類似的高通濾波器39c傳遞來創建的。兩個輸出–高通濾波器37的濾波輸出和由另一高通濾波器39c生成的校正信號–被饋送到差分ADC 38，如前面實施例中那樣。這個實施例要求甚至更少的數據存儲并減少了對快速、精確DAC的需求，但添加了一些更相對便宜的部件。這將取決于充分代表高通濾波器39c的“類似的濾波器”39c(關于部件容差，等等)。這種做法的附加益處是，另一高通濾波器39c將具有與第一高通濾波器37類似的特性，諸如由于溫度引起的頻率響應的變化，等等。