无线电或声波检测器、发射器、接收器及其方法技术

公开了连续波频率分集阵列(FDA)检测器、发射器、接收器和/或方法。频率可以是无线电波或声波。不同的频率应用于各个发射器元件，以生成具有相长干涉的重复模式(例如，各个模式可以是螺旋的)的发射方案。这些模式的差异(例如，相反的螺旋方向来帮助确定方位，或不同的螺旋旋转速度来帮助确定距离)足够大，从而可以根据作为各个模式的结果而反射回来的信号的定时，来确定对象的方位和/或距离，而不管对象/目标在视场中的位置。使用连续波发射可以实现较低的发射功率和/或避免需要昂贵的波束转向发射器或接收器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线电或声波检测器、发射器、接收器及其方法本专利技术涉及使用检测器的对象检测，该检测器包括雷达检测器(包括从低无线电频率到太赫兹频率)和声波(包括从亚声到超声)检测器。雷达最常见的方法包括沿特定方向转向无线电波脉冲束，在(机械式或数字式)可转向接收器中接收返回的反射，并且使用飞行时间来确定对象距离，使用转向方向来确定其方位角，并且使用任何频移来测量径向(距离)上的多普勒(相对速度)。对接收器的转向需要可转向的碟形天线或数字转向的相控阵天线。连续波频率分集阵列(CW-FDA)雷达设备是一种相对较新的创新，涉及天线元件阵列，但是将不同频率的连续波信号(与脉冲相对)应用于各个天线元件。CW-FDA阵列通常是不被转向的，因此可以作为较大的雷达系统的有用附加部件，但是到目前为止，所提议的CW-FDA阵列的用途非常有限。也有可能创建连续波频率分集阵列(CW-FDA)声波设备，但是类似地，到目前为止，所提议的用途也非常有限。迄今为止，有关FDA雷达的文献只提到了发射阵列或接收器架构，其拒绝或排除从该元件发射的频率以外的频率的返回信号。本专利技术的目的是提供一种改进的检测器，提供一种至少确定反射对象的明确角度(在一维或二维中)或距离(并且理想情况下是两者)的改进方法。根据本专利技术的第一个方面，提供了一种连续波无线电或声频率分集阵列检测器(CW-FDA检测器)，其用于确定关注量程和关注视场内的反射对象的明确方位和/或距离，所述CW-FDA检测器包括：-连续波无线电或声频率分集阵列发射器(CW-FDA发射器)，所述CW-FDA发射器包括至少一个频率发生器和发射器元件阵列；-连续波无线电或声频率分集阵列接收器和计算机数据处理器(CW-FDA接收器/处理器)，所述CW-FDA接收器/处理器包括：-接收器，所述接收器被设置成接收由所述CW-FDA发射器的发射产生的、穿过所述视场的至少一部分的、从反射对象反射的返回信号；以及-计算机数据处理器，所述计算机数据处理器被设置成从所述接收器接收信号；以及其中，所述CW-FDA发射器被设置成根据第一发射方案工作，在所述第一发射方案中：-所述至少一个频率发生器被设置成向至少两个相应发射器元件提供相应不同频率信号；-其中，所述不同频率信号具有足够程度的基本上连续波性质；并且其中，所述发射器元件的间距以及向所述发射器元件提供的频率使得能够生成：-第一发射模式，所述第一发射模式：-呈现相长干涉的确定性模式，该确定性模式在量程上重复；-在各个重复中，所述模式具有在方位和/或距离上分布的相长干涉区域，使得由反射对象对所述发射模式的反射得到的返回信号的定时对方位和/或距离的可能值提供约束；其特征在于：所述CW-FDA发射器被设置成根据第二发射方案工作，以生成以下至少第二发射模式；所述CW-FDA发射器被设置成提供所述发射模式，使得：-由各个发射模式产生的各个接收信号具有至少一个区分特征，以致能够归因到所述接收信号的相应发射模式；并且-所述发射模式相较于彼此呈现出相长干涉区域的足够的空间分集，可归因的返回信号的定时与所述CW-FDA检测器被设置以获取的任何其他信息相结合，使得能够明确地确定视野内的反射对象的方位和/或距离；并且所述CW-FDA接收器/处理器被设置成基于各个接收信号的区分特征相应地将该接收信号归因到该接收信号的相应发射模式，并且至少基于所归因的返回信号的定时来明确地确定反射对象的方位和/或距离。这具有以下优点：使得能够确定在关注量程和视场内的对象的明确角度和/或距离(在多个实施方式中是两者)，而于该对象在关注的方位视场中的位置无关，使得与传统脉冲检测器系统相比，能够实现较低峰值功率的发射，并因此降低了成本，而且在典型实施方式中避免了对昂贵和体积庞大的可转向接收器的要求。术语解释术语方位是指测量角度，可以将该测量角度选择为任何取向，通常将是水平方向上的角度。术语高程是指与方位正交的轴线。接收器优选为固定几何接收器(例如，喇叭接收器)，并且可以是定向的或全向的(2D或3D中的全向)。这具有以下优点：能够在视场内检测发射器，而不需要波束转向的开销和复杂性。另选地，可以使用波束转向接收器(例如，旋转碟或相控阵天线型)。这有助于区分对象，或有助于利用特定基地处已经可用的较复杂雷达系统。使用了术语“基本上连续波”，因为频率将始终连续地保持(发射)连续一段时间，所述一段时间长于发射模式中典型的相长干涉区域开始和结束撞击点位置处的目标对象所需的时间。相比之下，脉冲发射使用脉冲的短暂性(在啁啾脉冲发射的情况下以特定频率)，并且脉冲发射在各个脉冲之后停止发射，以能够明确地确定距离。相比之下，这里期望发射多个重复，并且在确定距离的情况下，在各个发射模式中使用不同重复频率，以将可能的位置限制到可以推断距离的程度。并且在确定方位的情况下，在各个发射模式中使用相同的重复频率，以将可能的位置限制到可以推断方位的程度。频率通常将被开启和关闭，其或者根据设备何时被时间，或者例如可以将频率保持开启状态达待发射的重复模式的若干次重复，然后将频率关闭(例如，以相反地允许在同一频带中发射不同的发射方案)。因此，术语“重复”是指由于所使用的频率而产生的信号的性质，如果频率保持开启，则会重复，而不是要求发射连续重复。发射各种发射模式的多个重复是非常理想的，然而虽然优选的是其为连续重复，但不是必须的。优选地，频率保持开启达至少两次重复、优选至少10次重复、优选至少100次重复。关于术语“被设置成向至少两个相应的发射器元件提供相应的不同频率的信号”，这通常但不一定意味着频率是恒定的。还要注意，在非线性频率FDA阵列的情况下，各个重复从一个到下一个通常会略有不同，并且如果连续重复具有相似的特性(例如，类似的相长干涉区域)，则仍被视为重复。除了可以产生基本相同的信号的优点之外，确定性地重复的信号的优点在于，可以准确地知道要发射的信号，而且使得与返回信号的比较变得较容易，而不管发射的是哪个重复。术语“反射性”是指它对正在被发射的波(雷达或声波)具有反射性，而不是意味着它具有特别高的反射率。只有当对象存在并且同时位于关注视场、关注量程以及接收器的视场两者中时，才可能确定对象的方位和/或距离。在没有其他此类对象的情况下，仅需要能够确定这样的对象的方位和/或距离。然而，优选地，发射模式(特别是其分集和数量)足以区分和独立地识别多个对象的方位和/或距离。术语“结合CW-FDA检测器被设置成获取的任何其他信息”是指CW-FDA检测器具有附加功能的可能性。纯粹作为示例，假设包括附加的传感器或功能，该附加的传感器或功能被适配为检测对象是向左还是向右。在这种情况下，信号只需要能够区分任一侧与向前方向所成的角度，因此相长干涉区域可以是关于向前方向对称的，并且仍然足以确定方位。可选地，CW-FDA检测器不被设置为获取有关方位和/或距离的附加信息。另选地，CW-FDA检测器被设置成获取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续波无线电或声频率分集阵列检测器(CW-FDA检测器)，所述CW-FDA检测器用于确定关注量程内和关注视场内的反射对象的明确方位和/或距离，所述连续波无线电或声频率分集阵列检测器包括：/n-连续波无线电或声频率分集阵列发射器(CW-FDA)发射器，所述CW-FDA发射器包括至少一个频率发生器和发射器元件阵列；/n-连续波无线电或声频率分集阵列接收器和计算机数据处理器(CW-FDA接收器/处理器)，所述CW-FDA接收器/处理器包括：/n-接收器，所述接收器被设置成接收由所述CW-FDA发射器的发射得到的、穿过所述视场的至少一部分的、从反射对象反射的返回信号；以及/n-计算机数据处理器，所述计算机数据处理器被设置成从所述接收器接收信号；以及/n其中，所述CW-FDA发射器被设置成根据第一发射方案工作，在所述第一发射方案中：/n-所述至少一个频率发生器被设置成向至少两个相应发射器元件提供相应不同频率信号；/n-其中，所述不同频率信号具有足够程度的基本上连续波性质；并且其中，所述发射器元件的间距以及向所述发射器元件提供的频率使得能够生成：/n-第一发射模式，所述第一发射模式：/n-呈现相长干涉的确定性模式，该确定性模式在量程上重复；/n-在各个重复中，所述模式具有在方位和/或距离上分布的相长干涉区域，使得由反射对象对所述发射模式的反射得到的返回信号的定时对方位和/或距离的可能值提供约束；/n其特征在于：/n所述CW-FDA发射器被设置成根据第二发射方案工作，以生成以下至少第二发射模式；/n所述CW-FDA发射器被设置成提供所述发射模式，使得：/n-由各个发射模式得到的各个接收信号具有至少一个区分特征，从而能够归因到所述接收信号的相应发射模式；并且/n-所述发射模式相较于彼此呈现出相长干涉区域的足够的空间分集，能够归因的返回信号的定时与所述CW-FDA检测器被设置以获取的任何其他信息的结合使得能够明确地确定视野内的反射对象的方位和/或距离；并且/n所述CW-FDA接收器/处理器被设置成基于各个接收信号的区分特征相应地将该接收信号归因到该接收信号的相应发射模式，并且至少基于所归因的返回信号的定时来明确地确定反射对象的方位和/或距离。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180228 GB 1803239.11.一种连续波无线电或声频率分集阵列检测器(CW-FDA检测器)，所述CW-FDA检测器用于确定关注量程内和关注视场内的反射对象的明确方位和/或距离，所述连续波无线电或声频率分集阵列检测器包括：
-连续波无线电或声频率分集阵列发射器(CW-FDA)发射器，所述CW-FDA发射器包括至少一个频率发生器和发射器元件阵列；
-连续波无线电或声频率分集阵列接收器和计算机数据处理器(CW-FDA接收器/处理器)，所述CW-FDA接收器/处理器包括：
-接收器，所述接收器被设置成接收由所述CW-FDA发射器的发射得到的、穿过所述视场的至少一部分的、从反射对象反射的返回信号；以及
-计算机数据处理器，所述计算机数据处理器被设置成从所述接收器接收信号；以及
其中，所述CW-FDA发射器被设置成根据第一发射方案工作，在所述第一发射方案中：
-所述至少一个频率发生器被设置成向至少两个相应发射器元件提供相应不同频率信号；
-其中，所述不同频率信号具有足够程度的基本上连续波性质；并且其中，所述发射器元件的间距以及向所述发射器元件提供的频率使得能够生成：
-第一发射模式，所述第一发射模式：
-呈现相长干涉的确定性模式，该确定性模式在量程上重复；
-在各个重复中，所述模式具有在方位和/或距离上分布的相长干涉区域，使得由反射对象对所述发射模式的反射得到的返回信号的定时对方位和/或距离的可能值提供约束；
其特征在于：
所述CW-FDA发射器被设置成根据第二发射方案工作，以生成以下至少第二发射模式；
所述CW-FDA发射器被设置成提供所述发射模式，使得：
-由各个发射模式得到的各个接收信号具有至少一个区分特征，从而能够归因到所述接收信号的相应发射模式；并且
-所述发射模式相较于彼此呈现出相长干涉区域的足够的空间分集，能够归因的返回信号的定时与所述CW-FDA检测器被设置以获取的任何其他信息的结合使得能够明确地确定视野内的反射对象的方位和/或距离；并且
所述CW-FDA接收器/处理器被设置成基于各个接收信号的区分特征相应地将该接收信号归因到该接收信号的相应发射模式，并且至少基于所归因的返回信号的定时来明确地确定反射对象的方位和/或距离。


2.根据权利要求1所述的CW-FDA检测器，所述CW-FDA检测器是雷达检测器，所述发射器被设置成发射无线电波，并且所述接收器被设置成接收返回的无线电波信号。


3.根据权利要求1所述的CW-FDA检测器，所述CW-FDA检测器是声检测器，所述发射器被设置成发射声波，并且所述接收器被设置成接收返回的声波信号。


4.根据前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器，其中，所述接收器是固定几何接收器。


5.根据前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器，其中，所述发射方案中的两种发射方案是在不同的频带中提供的。


6.根据前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器，其中，所述发射方案中的两种发射方案是在不同的时间段中提供的。


7.根据前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器，其中，所述发射方案中的两种发射方案的发射器元件序列是从发射器元件阵列中选择的不同序列。


8.根据前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器，其中，所述发射模式中的至少一种发射模式为螺旋模式。


9.根据前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器，其中，所述发射模式中的至少两种发射模式具有相同的重复频率，并且由相应不同的发射方案提供，并且其中，所述CW-FDA检测器被设置成至少确定对象的明确方位。


10.根据前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器，其中，所述发射模式中的至少两种发射模式具有不同的重复频率，并且其中，所述CW-FDA检测器被设置成至少确定对象的明确距离。


11.根据前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器，其中，所述发射模式中的至少一种发射模式呈现至少两种不同的、能够区分的重复发射模式。


12.根据前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器，所述CW-FDA检测器用于确定量程和二维视场内的反射对象的明确方位、高程、距离或位置，其中：
-所述发射器包括发射器元件的二维阵列；
-所述至少一个频率发生器被设置成向至少三个相应发射器元件提供信号；
-所述接收器被设置成接收来自整个所述视场的方位宽度和高程高度的信号；
-所述CW-FDA检测器被设置成生成至少第三发射模式；
-所述发射模式呈现出足够的分集，所述分集和能够归因到各个发射模式的返回信号的定时以及所述CW-FDA检测器被设置以获取的任何其他信息使得能够至少明确地确定所述视场和关注量程内的对象的角度和高程；
-所述计算机数据处理器被适配为确定对象的至少明确方位和高程。


13.一种自动驾驶车辆，所述自动驾驶车辆包括前述权利要求中任一项所述的CW-FDA检测器。


14.一种连续波无线电或声频率分集阵列发射器(CW-FDA发射器)，所述CW-FDA发射器用于根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·琼斯，J·H·斯宾塞，R·沃克丁，
申请(专利权)人：英国国防部，空军部长代表的美国政府，
类型：发明
国别省市：英国;GB