非均匀采样正弦信号的检测和利用该检测的多普勒传感器制造技术

多普勒传感器通过以非均匀间隔发送脉冲而工作。通过将对象反射 的各样点乘以第一系数cxk和第二系数sxk而对这些样点进行处理，对乘 积分别求和以形成两个测度，对这两个测度进行考察以确定是否检测到 展现出特定多普勒频率fx的对象。这些样点出现在非均匀间隔的时间txk 处，使得在所述时间txk采样的频率fx的余弦波的平均值大致为零，并且 在所述时间txk采样的频率fx的正弦波的平均值大致为零。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用非均匀采样来检测噪声和背景杂波中是否存在具有未知频率、相位和幅度的正弦信号的方法，所述方法特别地但并不专门地适用于利用相干脉冲电磁发射来确定感兴趣对象的距离和多普勒频率的传感器(例如，微波传感器)。
技术介绍
在许多实际的应用中，需要检测在背景噪声和杂波中是否存在具有未知频率、相位和幅度的正弦信号。通常，这种检测是基于以非均匀间隔的时刻获取的信号样点；此外，所采用的平均采样率可能实质上小于采样定理规定的奈奎斯特速率。在这种情况下，常规的频率分析方法将不能提供可靠且在统计上有意义的结果。 如将在下面更详细地解释的，在利用短相干电磁脉冲来照射某个感兴趣的区域以便关于在预定距离R处并以预先选择的径向速度V运动的对象是否存在做出决策的微波多普勒传感器中，需要对采样正弦波进行检测。根据发射的和反射的脉冲之间的时间延迟τ来计算未知距离R，其中R＝cτ/2，c是光速。根据发射的和反射的电磁波的频率之间的多普勒偏移fD＝2V/λ0来确定径向速度V，其中λ0是发射波长。 在测距应用中，将脉冲重复间隔T0选择为提供所需的非模糊距离R0＝CT0/2，而潜在的距离分辨率cΔ0/2由所发射的脉冲的时长Δ0确定。如果以时长为TF的观测间隔执行频率分析，则频率分辨率近似等于1/TF。 通过适当改变假定的距离R和速度V两者的值，将对延迟/多普勒(即，距离/速度)平面中感兴趣的区域进行扫描以检验是否潜在地存在可能出现在微波传感器的视野中的各种对象。所涉及的检测过程通常包括首先，确定延迟/多普勒平面中的反射能量的分布；其次，利用适当选择的决策阈值来找出已经超出该阈值的这些点的延迟/多普勒频率坐标、τ和fD(或等价地，R和V)。 图1示意性描述了脉冲串的参数与利用这种脉冲串进行测距的微波多普勒传感器可实现的潜在的距离分辨率和多普勒频率(速度)之间的关系。 由采样定理得出，为了根据离散时间均匀样点确定多普勒频率的值，需要未知频率的每周期至少两个样点。因此，当采用周期性脉冲串来确定感兴趣的对象的距离R和速度V两者时，对最大非模糊距离R0和最大非模糊径向速度Vmax的乘积施加如下约束 R0|Vmax|≤cλ0/8 可以看出，对乘积R0|Vmax|的约束与所发射的电磁波的波长λ0成比例；因此，使用较长的波长似乎是优选的。然而，由于空间约束以及其他力学上的考虑，许多实际的系统需要小天线尺寸但是窄的射束；这将意味着使用毫米波长，优选地，使用与35、94、140和240GHz的大气传输窗口对应的那些波长。 为了充分理解上述基本限制的后果，考虑具有λ0≈3.2mm的94GHz微波多普勒传感器。例如，在龙卷风的多普勒成像中，预期的风速可能超过75m/s；因此，最大非模糊距离将限制为1600m。在家庭安全应用中，应当可以在相对长的距离处检测到以200m/s到1500m/s的速度行进的各种抛射体。然而，即使对于仅200m/s的速度，最大非模糊距离也不会超过600m。 可使用两种基本的现有技术来构造能够减少距离模糊和速度模糊的合成脉冲串。 -可以将若干脉冲串(每个脉冲串具有不同的和适当选择的脉冲重复间隔)组合(例如，经由交织)，以便形成具有非均匀的脉冲间间隔的合成脉冲串； -在各脉冲重复间隔T0内，在基础(underlying)脉冲串中出现的单个脉冲可以由适当交错的(例如，不等间隔的)脉冲群代替，因此有效降低了平均脉冲间间隔。 这两种方法都将生成包括具有非均匀脉冲间间隔的脉冲的合成脉冲串。然而，为了保留相同的非模糊距离，所得到的合成脉冲串的自相关函数应当展现其峰值之间的相对低的旁瓣值。另选地，可利用适当的距离-速度模糊求解算法，如基于中国余数定理(Chinese RemainderTheorem)或数据聚类的算法中的一种。然而，无论用于测距的合成脉冲串的形式如何，都必须根据在与发射测距脉冲的时刻相对应的非均匀时刻采集的样点来确定未知多普勒频率的值。 图2是利用电磁能量的短相干脉冲的微波多普勒传感器的简化框图。该传感器包括响应于由控制单元CTR提供的时钟脉冲CK根据预定主序列而生成在时间上适当交错的重复脉冲PP的脉冲模式发生器PPG。该传感器还包括生成具有所要求的载频的相干正弦信号CR的相干稳定振荡器OSC、以开关(on-off)方式对低电平载波信号CR进行调制的脉冲调制器PMD、将脉冲载波信号PC放大到所要求的电平的功率放大器PAM、向着感兴趣的运动对象OBJ辐射电磁能量的脉冲CP的发射元件TEL、接收由对象OBJ反射回的电磁脉冲RP的适当接收元件REL、对从接收元件REL获得的信号RP进行预处理的信号调节单元SCU、用于将双极基带信号VS提供给采样器SMR的同步(零差)检测器SDR、可变延迟线VDL和多普勒处理器DOP。 从远处的运动对象OBJ反射并由接收元件REL捕获的电磁脉冲RP是向该对象发射的相干脉冲CP经过时间延迟和多普勒偏移后的复本。同步检测器SDR以相干方式对预处理的接收脉冲RX和由振荡器OSC提供的参考正弦载波CR联合地进行处理。在检测器SDR的输出获得的作为结果的基带信号VS包括由未知多普勒频率进行幅度调制后的双极脉冲。 在由来自延迟线VDL的参考脉冲RS确定的时刻，在采样器SMR中对脉冲VS进行采样(“门控(gated)”)。参考脉冲RS构成了发射脉冲PP经过延迟后的复本，延迟量DA由控制单元CTR设置。如果用于形成经过时间延迟的复本RS的延迟DA与所发射的脉冲串经历的往返时间延迟相匹配，则由同步检测器SDR生成的接收脉冲VS将原样地传递到多普勒处理器DOP以用于随后的频率分析。为了正确地进行工作，多普勒处理器还将具有从控制单元CTR接收的同步脉冲SN。从由控制单元CTR提供给脉冲模式发生器PPG的时钟脉冲CK而适当地得到同步脉冲SN。该同步脉冲确定了用于多普勒分析的时间间隔TF的时长。 如上所述，由脉冲模式发生器PPG提供的脉冲PP在可变延迟线VDL中延迟了由控制单元CTR设置的量DA，每个所选择的延迟值对应于对假定对象进行检测时的不同测距区(range cell)。在特定时间间隔TF内，多普勒处理器DOP(在每个感兴趣的测试频率)对输入视频脉冲ZZ执行某种形式的频谱分析，以确定所接收的信号来源于该对象还是仅仅由噪声和干扰自身生成。 当在所考察的测距区内以这些测试频率之一检测到对象时，多普勒处理器将该“全局”决策GD传递到控制单元CTR。在控制单元CTR的输出可获得的最终检测决策DD为列表(或“地图”)的形式，该列表(或“地图”)示出了其中检测到对象的测距区以及与各检测到的对象相关联的多普勒频率的估计值。 应当指出，在实际应用中，噪声可能伴有通过生成具有显著水平的恒定的或在时间上缓慢变化的返回信号来证明其存在的某种类型的背景干扰，如来自平稳杂波的反射。 在微波多普勒传感器中，可通过设置延迟线VDL的不同延迟值DA、并对每个所设置的延迟而扫描预期的多普勒频率的整个范围来顺序地测试所有测距区和感兴趣的所有多普勒频率。另选地，可通过利用多个(固定)延迟线和多个多普勒处理器以并行方式来检验所有距离和频率。 出于例示的目的，示出了包括非均匀间隔的脉冲的所发射的脉冲串(图3a)、由运动对象反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使用由非均匀间隔的信号样点的主序列得到的样点对预定测试频率ｆ↓［ｘ］的正弦信号进行检测的方法，该方法包括以下步骤：　（ａ）在非均匀间隔的时间ｔ↓［ｘｋ］得到Ｋ个样点，使得在所述时间ｔ↓［ｘｋ］采样的频率ｆ↓［ｘ］的余弦波的平均 值大致为零，并且在所述时间ｔ↓［ｘｋ］采样的频率ｆ↓［ｘ］的正弦波的平均值大致为零；　（ｂ）将各样点乘以一组Ｋ个第一预定系数ｃ↓［ｘｋ］中的相应一个以及一组Ｋ个第二预定系数ｓ↓［ｘｋ］中的相应一个，以得到Ｋ个第一量和Ｋ个第二量；　 　（ｃ）通过将所述第一量组合而得到第一测度，并且通过将所述第二量组合而得到第二测度；以及　（ｄ）根据所述第一测度和所述第二测度二者的幅度确定存在频率ｆ↓［ｘ］的正弦信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.19 EP 06254854.01.一种通过使用由非均匀间隔的信号样点的主序列得到的样点对预定测试频率fx的正弦信号进行检测的方法，该方法包括以下步骤(a)在非均匀间隔的时间txk得到K个样点，使得在所述时间txk采样的频率fx的余弦波的平均值大致为零，并且在所述时间txk采样的频率fx的正弦波的平均值大致为零；(b)将各样点乘以一组K个第一预定系数cxk中的相应一个以及一组K个第二预定系数sxk中的相应一个，以得到K个第一量和K个第二量；(c)通过将所述第一量组合而得到第一测度，并且通过将所述第二量组合而得到第二测度；以及(d)根据所述第一测度和所述第二测度二者的幅度确定存在频率fx的正弦信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述主序列包括重复的循环，在其各循环中样点间隔非均匀。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述主序列的各循环中样点的数量是C，并且其中C≤K≤2C。4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述样点间隔中的至少一些是随机的。5.根据权利要求4所述的方法，该方法包括以下步骤重复地测试所述主序列的连续样点间隔以得到所述K个样点。6.根据权利要求5所述的方法，该方法包括以下步骤改变包含所得到的所述K个样点的观测间隔，直到满足预定条件为止。7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，该方法包括以下步骤将样点丢弃使得所得到的所述K个样点包括所述主序列中为非连续的连续样点。8.根据权利要求1到3中任意一项所述的方法，其中，所述主序列具有由参数为(M，N，Λ)的循环差集定义的样点间隔，该循环差集包括N个整数，该N个整数的差以M为模表示从1到(M-1)个与时间的数量Λ相同数量的每个非零余数。9.根据权利要求8所述的方法，其中，Λ＝1。10.根据权利要求8所述的方法，其中，Λ＞1，并且该方法包括以下步骤将样点丢弃使得所得到的所述K个样点包括所述主序列中为非连续的连续样点。11.当用于检测是否存在两个或更多个测试频率的正弦信号时，根据前述权利要求中任意一项所述的方法。12.根据权利要求10所述的方法，其中，用于第一测试频率的所得到的K个样点的定时txk与用于第二测试频率的所得到的K个样点的定时txk不同。13.根据权利要求12所述的方法，其中，用于所述第一测试频率的所得到的K个样点和用于所述第二测试频率的...

【专利技术属性】
技术研发人员：维斯瓦夫·耶日·绍纳斯克，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP