发射后低于噪声的（BAT）啁啾雷达制造技术

本申请涉及发射后低于噪声的（BAT）啁啾雷达。雷达系统包括用于发射射频(RF)信号或雷达信号的发射天线和用于接收由多个目标反射RF信号或雷达信号而创建的多个反射信号的接收天线。反射信号包括噪声。雷达系统还包括模数转换器(ADC)，该ADC对反射信号数字化或取样，以提供数字化或取样的噪声输入信号。雷达系统进一步包括接收噪声输入信号的贮存器计算机。贮存器计算机包括时变贮存器，并且被配置成对噪声输入信号去噪，并为多个目标中的每一个提供距离测量。

Chirped Radar (BAT) Lower than Noise after Launching

This application relates to chirped radar (BAT) which is below noise after transmission. Radar systems include transmitting antennas for transmitting radio frequency (RF) signals or radar signals and receiving antennas for receiving multiple reflected signals created by multiple targets reflecting RF signals or radar signals. The reflected signal includes noise. Radar systems also include an analog-to-digital converter (ADC), which digitizes or samples reflected signals to provide digitized or sampled noise input signals. The radar system further includes a memory computer that receives noise input signals. The memory computer includes a time-varying memory and is configured to denoise the noise input signal and provide distance measurements for each of the multiple targets.

【技术实现步骤摘要】
发射后低于噪声的(BAT)啁啾雷达
本公开涉及雷达和雷达系统，并且更具体地涉及发射后低于噪声的(BAT)啁啾雷达。
技术介绍
检测低于噪声的射频(RF)信号(诸如雷达信号)涉及对RF信号或雷达信号去噪以获得可以被处理以提取所需信息的可用信号或雷达回波。用于在远距离通过超宽带宽(大于约30吉赫兹(GHz)，实现高分辨率)测量至目标或地形的距离的现有技术系统需要高速率模数转换器(ADC)和高功率发射器或大天线孔径的一些组合。这类高速ADC是昂贵的并且消耗大量功率，并且由于基本物理限制，其不能实现捕获如上定义的超宽带宽所需的取样速率。为了缓解这种情况，当前的宽带雷达系统使用在接收时去啁啾的啁啾或步进啁啾波形，从而增加发射脉冲的所需长度并将目标检测的操作距离限制到特定距离窗口。另外，当前雷达系统的检测算法通常基于具有高计算复杂度和存储器要求的快速傅里叶变换，使其难以在超宽带宽上实时操作这类系统。具有足够的信噪比(SNR)的需要在远距离检测目标的高功率发射器需要大量的瞬时功率。这可以通过更大的天线来缓解；然而，增加孔径尺寸以降低发射功率增加了重量，这使该方法对于其中小尺寸、重量小和快速性能是重要特征的应用是不可行的。用于去噪的常规方法分为两类：基于滤波的方法和基于训练的方法。基于滤波器的方法使用滤波消除信号的噪声，但太简单化以无法同时维持信号的低频长期趋势，同时适应高频急剧转变。基于训练的方法依赖于对感兴趣的信号建模的“字典”。这类字典必须在离线过程中训练，并且需要可能不可用的训练数据。此外，字典通常需要在平台上存储和利用的大量存储器和计算，使得这类方法对于其中小尺寸、重量小和快速性能是重要特征的应用是不实用的。
技术实现思路
根据一个实施例，雷达系统包括用于发射射频(RF)信号或雷达信号的发射天线和用于接收由多个目标反射RF信号或雷达信号而创建的多个反射信号的接收天线。反射信号与噪声一起被接收。雷达系统还包括模数转换器(ADC)，其对反射信号数字化或取样，以提供数字化或取样的噪声输入信号。雷达系统还包括接收噪声输入信号的贮存器计算机。贮存器计算机包括时变贮存器，并且贮存器计算机被配置成对噪声输入信号去噪并为多个目标中的每一个提供距离测量。根据实施例和任何前述实施例，贮存器计算机包括认知雷达处理器。认知雷达处理器包括时变贮存器。时变贮存器包括多个时变贮存器状态，并且时变贮存器被配置成将噪声输入信号线性地映射到相应的贮存器状态，以创建噪声输入信号的高维状态-空间表示。根据实施例和任何前述实施例，认知雷达处理器包括延迟嵌入模块。延迟嵌入模块被配置成接收对应于每个相应的时变贮存器状态的贮存器状态信号，并且基于延迟嵌入模块的预定时间延迟产生对应于每个时变贮存器状态的延迟嵌入贮存器状态信号，所述延迟嵌入贮存器状态信号表示时变贮存器状态的历史或在时间段内的贮存器状态动态。延迟嵌入模块还包括接收延迟嵌入贮存器状态信号的权重适配模块。权重适配模块配置成对于每个时变贮存器状态或贮存器状态信号产生去噪贮存器状态信号。去噪贮存器状态信号对应于被去噪以提供去噪输入信号的噪声输入信号。根据实施例和任何前述实施例，一种用于测量多个目标中的每一个的距离的方法包括由认知雷达处理器接收噪声输入信号。噪声输入信号包括来自多个目标的多个反射RF信号或雷达信号。该方法还包括使用包括时变贮存器的预测滤波来分析噪声输入信号。该方法另外包括分析噪声输入信号以将预测信号模式与不可预测的噪声模式分离。该方法还包括将反相噪声信号应用到噪声输入信号以消除不可预测的噪声模式。反相噪声信号对应于不可预测的噪声模式。该方法还包括响应于从预测信号模式消除不可预测的噪声模式而产生增强的RF信号或返回雷达信号。该方法进一步包括将增强的RF信号或返回雷达信号映射到对于每个目标的距离测量。根据实施例和任何前述实施例，一种用于测量多个目标中的每一个的距离的方法包括由认知雷达处理器接收噪声输入信号。噪声输入信号包括从来自大于约30GHz的带宽取样的多个目标的多个反射信号取样的数据点的时间序列。该方法还包括将噪声输入信号线性映射到时变贮存器中。时变贮存器包括多个时变贮存器状态。该方法还包括通过将噪声输入信号与时变贮存器的时变贮存器状态组合来创建反射信号的高维状态-空间表示。该方法另外包括从每个时变贮存器状态产生延迟嵌入贮存器状态信号，所述延迟嵌入贮存器状态信号提供贮存器状态动态的有限瞬态记录或时变贮存器状态的历史。该方法另外包括对每个时变贮存器状态去噪，所述去燥对应于对噪声输入信号去噪以便去除噪声并且保留对应于没有噪声的反射信号的信号。该方法还包括从去噪贮存器状态或去噪贮存器状态信号产生噪声输入信号的实时去噪时变谱图。该方法进一步包括将去噪时变谱图在认知雷达处理器的输出层中积分，并将积分的去噪时变谱图映射到多个目标中的每个的距离测量。已经讨论的特征、功能和优点可在各种实施例中独立地实现，或可以在其它实施例中组合，其进一步的细节可以参考以下描述和附图看出。附图说明图1为根据本公开的实施例的雷达系统的示例的方框示意图。图2为根据本公开的实施例的时变贮存器、延迟嵌入模块和权重适配模块的示例的方框示意图。图3为根据本公开的实施例的啁啾小波变换模块和积分模块的示例的方框示意图。图4为根据本公开的实施例的时变贮存器计算机的示例的图示。图5为根据本公开的实施例的动态贮存器的示例的示意图。图6A为根据本公开的实施例在取样时段Δt下使用均匀取样的输入信号u(t)的近似的示例。图6B为根据本公开的实施例使用用于输入信号u(t)的近似的线性基函数(linearbasisfunction)的示例。图7为根据本公开的实施例的认知雷达处理器的示例的示意图。图8为根据本公开的实施例的去燥信号的谱图的示例。图9为根据本公开的实施例用于使用发射后低于噪声的(BAT)啁啾雷达测量多个目标中的每个的距离的方法的示例的流程图。图10为根据本专利技术的另一个实施例用于使用BAT啁啾雷达测量多个目标中的每个的距离的方法的示例的流程图。具体实施方式以下实施例的详细描述涉及示出本公开的具体实施例的附图。具有不同结构和操作的其它实施例不脱离本公开的范围。在不同附图中，类似附图标号可以指相同元件或组件。本文描述的实施例可用于可以在超宽带宽上执行信号的实时处理的雷达接收器或雷达系统。示例性实施例提供扩展的情况认识，提供在30GHz瞬时带宽上超低等待时间信号检测和分析所需的核心功能，以实现基于RF环境的实时资源分配。这种性能可以在具有更小尺寸、权重和功率的数量级的计算平台上实现。所描述的时变贮存器计算机能够快速去噪和检测非平稳信号，诸如在各种平台上的雷达系统中广泛使用的啁啾。除了诸如机载飞行器或空间交会操作的航空航天应用之外，本文描述的认知雷达处理器具有在低信噪比(SNR)条件下实现多静态雷达和认知无线电的其它应用。时变贮存器计算机对于检测和追踪在各种汽车雷达系统中使用的频率调制连续波(FMCW)信号或啁啾脉冲特别有用。CRP或贮存器计算机的附加功能包括生成实时时变谱图，其进一步促进有人驾驶的机载平台或车辆、无人驾驶飞行器(UAV)或自动或有人驾驶空间平台的情况认识。图1为根据本公开的实施例的雷达系统100的示例的方框示意图。根据本文本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达系统(100)，其包括：发射天线(110)，其用于发射射频即RF信号(112)或雷达信号；接收天线(114)，其用于接收由多个目标(118a‑118n)反射所述RF信号(112)或雷达信号而创建的多个反射信号(116a‑116n)，所述反射信号包括噪声；模数转换器即ADC(122)，其对所述多个反射信号数字化或取样，以提供数字化或取样的噪声输入信号(124)；以及贮存器计算机(126)，其接收所述噪声输入信号(124)的，所述贮存器计算机(126)包括时变贮存器(128)，并且所述贮存器计算机(126)被配置成对噪声输入信号(124)去噪并为所述多个目标(118a‑118n)中的每一个提供距离测量(130)。

【技术特征摘要】
2017.10.25 US 62/577,076;2018.01.31 US 15/885,3441.一种雷达系统(100)，其包括：发射天线(110)，其用于发射射频即RF信号(112)或雷达信号；接收天线(114)，其用于接收由多个目标(118a-118n)反射所述RF信号(112)或雷达信号而创建的多个反射信号(116a-116n)，所述反射信号包括噪声；模数转换器即ADC(122)，其对所述多个反射信号数字化或取样，以提供数字化或取样的噪声输入信号(124)；以及贮存器计算机(126)，其接收所述噪声输入信号(124)的，所述贮存器计算机(126)包括时变贮存器(128)，并且所述贮存器计算机(126)被配置成对噪声输入信号(124)去噪并为所述多个目标(118a-118n)中的每一个提供距离测量(130)。2.根据权利要求1所述的雷达系统，其中所述RF信号或所述雷达信号包括啁啾或步进啁啾波形(104a)。3.根据权利要求1所述的雷达系统，其中所述贮存器计算机(126)包括认知雷达处理器(132)，并且所述认知雷达处理器(132)包括所述时变贮存器(128)，所述时变贮存器(128)包括多个时变贮存器状态(140a-140n)，并且所述时变贮存器(128)被配置成将所述噪声输入信号(124)线性地映射到相应的贮存器状态(140a-140n)，以创建所述噪声输入信号(124)的高维状态-空间表示(142)。4.根据权利要求3所述的雷达系统，其中所述认知雷达处理器(132)进一步包括：延迟嵌入模块(136)，所述延迟嵌入模块(136)被配置成接收对应于每个相应的时变贮存器状态(140a-140n)的贮存器状态信号(148a-148n)，并且基于所述延迟嵌入模块(136)的预定时间延迟(154)产生对应于每个时变贮存器状态(140a-140n)的延迟嵌入贮存器状态信号(150a-150n)，所述延迟嵌入贮存器状态信号(150a-150n)表示所述时变贮存器状态的历史(151)或在短时间段内的贮存器状态动态；以及权重适配模块(138)，其接收所述延迟嵌入贮存器状态信号(150a-150n)，所述权重适配模块(138)被配置成对于每个时变贮存器状态(140a-140n)或贮存器状态信号(148a-148n)产生去噪贮存器状态信号(152a-152n)，所述去噪贮存器状态信号对应于被去噪用于提供去噪输入信号(158)的所述噪声输入信号(124)。5.根据权利要求4所述的雷达系统，其中所述权重适配模块(138)被配置成在预定的未来时间从所述延迟嵌入贮存器状态信号(150a-150n)产生所述噪声输入信号的预测(156)，并且使用所述噪声输入信号(124)的所述预测(156)来使用梯度下降学习算法(160)对每个贮存器状态信号(148a-148n)去噪，其中使用所述梯度下降学习算法(160)确定所述权重适配模块(138)的权重(162a-162n)。6.根据权利要求5所述的雷达系统，其中所述认知雷达处理器(132)进一步包括啁啾小波变换模块(164)，所述啁啾小波变换模块(164)从所述权重适配模块(138)接收对应于所述去噪输入信号(158)的去噪贮存器状态信号(152a-152n)，并且产生表示来自所述多个目标(118a-118n)的所述反射信号(116a-116n)的所述去噪输入信号(158)的实时去噪谱图(168)，其中所述啁啾小波变换模块(164)被配置成将所述去噪贮存器状态(170a-170n)或所述去噪贮存器状态信号(152a-152n)中的每个映射到所述多个目标(118a-118n)中的每个的所述距离测量(130a-130n)。7.根据权利要求5所述的雷达系统，其中所述时变贮存器(128)包括包含多个节点(402)的递...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·史密斯，S·拉奥，P·彼得，P·S·维滕伯格，S·L·哈克斯顿，
申请(专利权)人：波音公司，HRL实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US