高速、高分辨率、宽范围、低功率模拟相关单元和雷达传感器制造技术

这里提供了与高速、高动态范围且低功耗的雷达系统有关的系统、方法和装置。所述雷达系统可以包括模拟相关单元，其将各种脉冲复制方式与各种并行积分单元架构相组合以改善传统雷达传感器的检测速度、动态范围和功耗。所述雷达系统还可以包括匹配滤波器，确定接收的PCR信号的一部分的匹配，并作为响应而产生输出信号，以进一步改善所述雷达系统的检测速度。

High speed, high resolution, wide range, low power analog correlation unit and radar sensor

Systems, methods, and apparatus relating to high-speed, high dynamic range and low power radar systems are provided. The radar system may include analog correlation units that combine various pulse reproduction modes with various parallel integrator cell architectures to improve detection speed, dynamic range, and power consumption of conventional radar sensors. The radar system may also include a matched filter that determines a match of a portion of the received PCR signal and generates an output signal as a response to further improve the detection speed of the radar system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及雷达传感器领域，并且更具体地涉及高速、高分辨率、宽范围且低功率模拟相关单元和包含所述模拟相关单元的雷达传感器。
技术介绍
传统雷达传感器广泛用于检测一个或多个目标的位置。这些传统雷达传感器可具有各种检测范围能力。一般地，高分辨率雷达传感器的检测范围可能比低分辨率雷达传感器的检测范围小。由于许多设计约束，对于传统雷达传感器来说，同时实现高分辨率和高检测范围可能是困难的和/或成本的效果差。例如，已经在使用宽带信号来改善传统雷达传感器的分辨率方面进行了尝试。然而，与可用于具有低分辨率的传统雷达传感器的窄带信号相比，这些宽带信号通常具有高的热噪声水平。高的热噪声水平导致传统雷达传感器的接收单元的信噪比（SNR）恶化。由于此SNR恶化，传统雷达传感器就难以接收由远程目标反射的宽带信号。因此，这些传统雷达传感器有动态范围的下降的缺点。因为动态范围表示最强接收信号的功率水平与最弱接收信号的功率水平之间的比率，所以动态范围的下降将缩小传统雷达传感器的最大可检测距离与最小可检测距离之间的间距。随着此间距缩小，这些传统雷达传感器的检测范围将相应地减小。为了解决此SNR恶化问题，已经在配置高信噪比（SNR）模数转换器（ADC）来改善传统雷达传感器的接收单元的动态范围和检测范围方面进行了另一尝试。与具有低SNR的ADC相比，这些高SNRADC通常具有大比特数。为了维持高分辨率，这些高SNRADC以相对高的采样频率对接收信号进行采样。然而，由于大比特数和高采样频率，这些雷达传感器的功耗可能非常高，因此导致这些雷达传感器的实施无法得到实现。为了解决此功耗问题，已经在配置传统模拟相关单元以降低高SNRADC的采样速率方面进行了另一尝试。然而，这些传统乘法器式（multiplier-type）模拟相关单元检测速度低。该低检测速度有可能大大地阻碍这些雷达传感器的性能，这是因为，这些传统模拟相关单元的检测时间非常长。因此，这些雷达传感器可能就不能检测快速移动的目标。此缺陷可能导致雷达传感器不适于用在许多涉及检测快速移动目标的军事和/或商业应用中。利用传统的匹配滤波器相关器也不太实用，这是因为，当PCR代码长时，所需电路就会变得过于大。此外，传统的匹配滤波器相关器对于代码率和序列模式来说不够灵活。由于这些原因，在平衡优点和缺点方面，传统的乘法器式模拟相关单元是当前优选的。
技术实现思路
要解决的技术问题然而，仍然需要具有高速、高分辨率、宽范围和低功耗的经济的雷达传感器。对问题的解决方案本专利技术可实现各种得到了改进的模拟相关单元。继而，改进的模拟相关单元可以实现各种得到了改进的雷达传感器。改进的模拟相关单元可以将各种发送脉冲复制方式与各种并列地积分单元结构相组合以改善传统模拟相关单元的检测速度。此外，改进的模拟相关单元可以采用各种时间延迟方式来改善传统雷达传感器的动态范围。此外，改进的模拟相关单元可以配置一个或多个可变增益放大器来放宽ADC的SNR要求。因此，改进的模拟相关单元使得改进的雷达传感器能够实现高速、高分辨率、宽范围和低功耗。在一个实施例中，本专利技术提供了一种用于在具有发送单元和接收单元的雷达传感器中使用的模拟相关单元。所述发送单元用于发送具有脉冲压缩雷达（PCR）脉冲的PCR信号，而所述接收单元用于接收反射的PCR信号。所述模拟相关单元包括复制生成单元（replicagenerator）、乘法单元和积分模块。所述复制生成单元用于生成具有多个复制的PCR脉冲的模板信号。所述多个复制的PCR脉冲的每个复制所发送的PCR信号的PCR脉冲。可以以具有相对于所发送的PCR信号可调节的时间延迟的复制速率生成所述多个复制的PCR脉冲。所述乘法单元用于将所接收的PCR信号与所述模板信号的多个复制的PCR脉冲相乘。所述积分模块耦接至所述乘法单元，并且所述积分模块生成多个模拟相关信号。每个所述模拟相关信号具有基于在所接收的PCR信号与所述模板信号的复制的PCR脉冲之一之间的相乘的值。在另一实施例中，本专利技术提供了一种用于在具有发送单元和接收单元的雷达传感器中使用的模拟相关单元。所述发送单元用于发送具有脉冲压缩雷达（PCR）脉冲的PCR信号，而所述接收单元用于接收反射的PCR信号。所述模拟相关单元包括复制生成单元、乘法单元和积分模块。所述模拟相关单元用于生成第一模板信号和第二模板信号。所述第一模板信号和所述第二模板信号的每个具有复制所发送的PCR信号的PCR脉冲的多个复制的PCR脉冲。以复制速率复制所述第一模板信号和所述第二模板信号的复制的PCR脉冲。所述第一模板信号从所发送的PCR信号延迟了第一可调节时间。所述第二模板信号从所发送的PCR信号延迟了第二可调节时间。通过PCR脉冲的脉冲宽度相对地定义所述第一可调节时间和所述第二可调节时间。所述乘法单元用于将所接收的PCR信号与所述第一模板信号的多个复制的PCR脉冲相乘、以及与所述第二模板信号的多个复制的PCR脉冲相乘。所述积分模块耦接至所述乘法单元。所述积分模块生成基于在所接收的PCR信号与所述第一模板信号的多个复制的PCR脉冲之间的相乘的多个第一模拟相关信号。此外，所述积分模块生成基于在所接收的PCR信号与所述第二模板信号的多个复制的PCR脉冲之间的相乘的多个第二模拟相关信号。在又一实施例中，本专利技术提供了一种雷达传感器，其包括脉冲生成单元、可变增益放大器（VGA）、模拟相关单元和控制单元。所述脉冲生成单元用于生成用于发送的脉冲压缩雷达（PCR）信号，其包括PCR脉冲。VGA放大基于在PCR信号的发送之后开始的时间段而接收的PCR信号。所述模拟相关单元连接至所述脉冲生成单元。所述模拟相关单元生成包括多个复制的PCR脉冲的模板信号，所述多个复制的PCR脉冲的每个以具有相对于PCR信号的发送可调节的时间延迟的复制速率复制PCR信号的PCR脉冲。此外，所述模拟相关单元生成多个模拟相关信号，所述多个模拟相关信号各自具有基于在所放大的PCR信号与所述模板信号的复制的PCR脉冲之一之间的相乘的值。此外，所述模拟相关单元以采样速率对所述多个模拟相关信号进行采样。所述采样速率基本上与所述复制速率同步。在一个实施例中，模拟匹配滤波器电路与模拟相关单元结合地在雷达传感器中操作以使得可以更快检测和更低功耗。在一个实施例中，对模拟匹配滤波器和模拟相关单元采用延迟锁定环（delay本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷达系统，包括：脉冲生成单元，生成并发送具有脉冲压缩雷达PCR脉冲的PCR信号；接收单元，接收由目标反射的PCR信号的版本；匹配滤波器，确定所述PCR信号的反射版本的一部分的匹配，并作为响应而产生输出信号；控制单元，基于所述匹配滤波器的输出信号确定时间延迟；复制生成单元，利用由所述控制单元确定的时间延迟，生成具有多个复制的PCR脉冲的模板信号；耦接至所述复制生成单元的乘法单元，将所接收的PCR信号与所述模板信号的所述多个复制的PCR脉冲相乘；积分模块，耦接至所述乘法单元，并生成多个模拟相关信号，所述多个模拟相关信号各自具有基于在所接收的PCR信号与所述模板信号的所述多个复制的PCR脉冲之一之间的相乘的值；以及目标检测单元，基于所采样的所述多个模拟相关信号的每个的值，检测所述目标的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.20 US 13/278,0071.一种雷达系统，包括：
脉冲生成单元，生成并发送具有脉冲压缩雷达PCR脉冲的PCR信号；
接收单元，接收由目标反射的PCR信号的版本；
匹配滤波器，确定所述PCR信号的反射版本的一部分的匹配，并作为响
应而产生输出信号；
控制单元，基于所述匹配滤波器的输出信号确定时间延迟；
复制生成单元，利用由所述控制单元确定的时间延迟，生成具有多个复
制的PCR脉冲的模板信号；
耦接至所述复制生成单元的乘法单元，将所接收的PCR信号与所述模板
信号的所述多个复制的PCR脉冲相乘；
积分模块，耦接至所述乘法单元，并生成多个模拟相关信号，所述多个
模拟相关信号各自具有基于在所接收的PCR信号与所述模板信号的所述多个
复制的PCR脉冲之一之间的相乘的值；以及
目标检测单元，基于所采样的所述多个模拟相关信号的每个的值，检测
所述目标的位置。
2.如权利要求1所述的雷达系统，所述复制生成单元、所述乘法单元和
所述积分模块构成模拟相关单元。
3.如权利要求2所述的雷达系统，所述乘法单元生成多个相关电荷，所
述多个相关电荷的每个表示所接收的PCR信号与所述多个复制的PCR脉冲
之一之间的相关。
4.如权利要求3所述的雷达系统，所述积分模块包括：
第一积分单元，在从所述乘法单元接收到所述多个相关电荷的第一相关
电荷时，生成所述多个模拟相关信号的第一模拟相关信号；
第二积分单元，在从所述乘法单元接收到所述多个相关电荷的第二相关
电荷时，生成所述多个模拟相关信号的第二模拟相关信号；以及
开关，在所述多个复制的PCR脉冲之一的脉冲宽度期间仅将所述第一积
分单元和所述第二积分单元中的一个耦接至所述乘法单元。
5.如权利要求1所述的雷达系统，还包括：
耦接至所述控制单元的采样时钟生成单元，生成采样信号；以及
耦接至所述控制单元的可变时间延迟单元，生成可调节时间延迟。
6.如权利要求5所述的雷达系统，所述控制单元还包括：
固定时间延迟单元，接收来自所述匹配滤波器的输出信号并确定所述匹
配滤波器的输出信号的相位；
相位检测单元，接收来自固定时间延迟的相位和来自可变时间延迟的相
位，并对来自所述固定时间延迟的相位和来自所述可变时间延迟的相位进行
比较；以及
时间延迟控制单元，当所述相位检测单元确定所述比较的结果指示来自
所述固定时间延迟的相位与来自所述可变时间延迟的相位相同时，锁定所述
可变时间延迟的时间延迟。
7.如权利要求6所述的雷达系统，所述控制单元还包括：
处理增益单元，在所述固定时间延迟单元接收来自所述匹配滤波器的输
出信号之前，使用脉冲积分增大所述匹配滤波器的输出信号的信噪比。
8.如权利要求7所述的雷达系统，所述控制单元还包括防止振荡的延迟
积分单元。
9.如权利要求5所述的雷达系统，所述控制单元还包括：
主导模式检测单元，接收来自所述匹配滤波器的输出信号，并判定所述
匹配滤波器是否正输出指示匹配脉冲的信号；以及
时间延迟控制单元，接收来自所述主导模式检测单元的输入，当来自所
述主导模式检测单元的输出指示所述匹配滤波器未在输出指示所述匹配脉冲
的信号时，所述时间延迟控制单元指令所述可变时间延迟单元增加计数。
10.如权利要求9所述的雷达系统，所述时间延迟控制单元还在来自所
述主导模式检测单元的输出指示所述匹配滤波器正输出指示所述匹配脉冲的
信号时，指令所述可变时间延迟单元不增加计数。
11.一种雷达系统，包括：
匹配滤波器，确定接收的脉冲压缩雷达PCR信号的一部分的匹配，并作
为响应而产生输出信号；
控制单元，基于所述匹配滤波器的输出信号确定时间延迟；
模拟相关单元：
利用由所述控制单元确定的可调节时间延迟生成具有多个复制的
PCR脉冲的模板信号，
使用乘法单元将所接收的PCR信号与所述模板信号的多个复制的
PCR脉冲相乘，及
生成多个模拟相关信号，所述多个模拟相关信号各自具有基于在所
接收的PCR信号与所述模板信号的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：松尾道明，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP