专利名称：雷达设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及消除在雷达设备中由天线切换引起的噪声，该雷达设备被构造成通过使用开关在多个接收天线之间执行切换。
背景技术：
已知使用多个接收天线的诸如DBF(数字波束成形)和相位单脉冲的技术用于确定目标方位。此外，例如在日本未审查专利公开第11-160423号中，描述了通过使用通过切换天线顺序地选择多个接收天线的结构，可以减少昂贵的高频部件的数量。
在具有诸如图1所示的结构的雷达设备中，在该结构中，多个接收天线通过切换天线被顺序地选择，信号功率以DC电流的形式从高频段的发射机侧泄漏到接收机侧，由于DC电流值在各个通道上彼此不同，因此在混频器7的输出端生成诸如图2的(A)部分所示的矩形波。由于在后一阶段的滤波器的特性，该矩形波导致诸如图2的(B)部分所示的瞬态响应噪声。当图2(B)中所示的滤波后的信号经过傅立叶变换时，在对应其频率分量的频率位置出现噪声峰值；如果该噪声峰值接近由于来自目标的回波信号出现的峰值频率，则会出现分析回波信号变得困难的问题。例如，如果噪声频率出现在来自短程目标的回波信号的峰值频率附近，则区别由于短程目标出现的峰值变得困难，从而降低短程检测性能。
发明内容
因此，本发明的目的在于消除在被构造成通过使用开关在多个接收天线之间执行切换的雷达设备中由天线切换引起的噪声。
根据本发明，提供了一种雷达设备，包括开关，用于通过顺序地切换天线选择由多个接收天线接收的信号中的一个信号；混频器，用于通过将一部分发射机信号与由开关选择的接收信号进行混频，生成拍频信号；傅立叶变换装置，用于对混频器的输出信号进行傅立叶变换；校正值存储装置，用于存储在没有来自目标的回波信号时由傅立叶变换装置提供的傅立叶变换结果作为校正值，以消除在混频器的DC电平由于开关的切换而波动时导致的任何影响；以及校正装置，用于根据存储在存储装置中的校正值校正来自傅立叶变换装置的傅立叶变换结果。
图1是示出执行天线切换的雷达设备的结构图；图2是说明由于天线切换出现的噪声的图；图3是根据本发明的雷达设备的简化框图；图4是示出应用本发明的自动FM-CW(调频-连续波)雷达设备的第一实例的结构的图；图5是示出用三角波调制的波的波形图；图6是示出图1中各种控制信号的波形的波形图；图7是示出FM-CW雷达设备的第二实例的图；图8是示出根据本发明的校正值存储过程的一个实例的流程图。
具体实施例方式
图3示出了根据本发明的雷达设备的简化框图。如图3所示，本发明的雷达设备包括开关2，用于通过顺序地切换天线选择由多个接收天线1接收的信号中的一个信号；混频器3，用于通过将一部分发射机信号与由开关2选择的接收信号进行混频，生成拍频信号；傅立叶变换装置4，用于对混频器3的输出信号进行傅立叶变换；校正值存储装置5，用于存储在没有来自目标的回波信号时由傅立叶变换装置4提供的傅立叶变换结果作为校正值，以消除在混频器3的DC电平由于开关2的切换而波动时导致的任何影响；校正装置6，用于根据存储在存储装置5中的校正值校正来自傅立叶变换装置4的傅立叶变换结果。
图4是示出作为应用本发明的雷达设备的一个实例的自动FM-CW雷达设备的第一实例的结构的框图。在图4中，用三角波进行频率调制的发射机信号从电压控制振荡器(VCO)10输出，由发射机放大器14放大，并从发射天线16发射出去。在三个天线AT0、AT1和AT2中，开关22选择其中一个天线用于接收。
每个天线接收的信号由开关22选择，并提供给接收机放大器26放大信号；放大后的信号在混频器28中与一部分发射波进行混频以生成拍频信号。在混频器28中生成的拍频信号经开关30提供给图中上下两个处理系统中被选择的一个；然后，信号由A/D转换器32转换成数字信号，将该数字信号进行快速傅立叶变换(34)，输入到CPU36。
图5示出了应用于图4中的电压控制振荡器10的三角波的波形，图6的(A)到(C)部分分别示出了在图5中用A到C表明的期间输入的控制信号SWT、SWR、SW0、SW1和SW2的波形。在图6的(D)部分中，以与(A)到(C)部分相同的时标和相同的定时示出了应用于开关30的控制信号CH的波形。图5中水平轴的时标与图6中的相比，被极大地压缩了。
在图5所示的三角波的第一循环中，即，在周期A中，按发射、AT0接收、发射、AT1接收的顺序组成的操作序列被重复地执行，如图6(A)中可以看到的。然后，如从图6(D)可以看到的，由AT0接收的信号生成的拍频信号经图4中的开关30被提供给图中上方的处理系统，而由AT1接收的信号生成的拍频信号被提供给图中下方的处理系统，因此，拍频信号被并行地处理。即，在周期A中，收集了有关在三角波的上升和下降部分期间分别由接收天线AT0和AT1接收的信号生成的拍频信号的数据。在傅立叶变换结果中出现的峰值的频率用于计算目标的距离和相对速度，而峰值的相位用于计算由天线AT0和AT1执行的相位单脉冲。
在图5所示的三角波的第二循环中，即，在周期B中，按发射、AT1接收、发射、AT2接收的顺序组成的操作序列被重复地执行，如在图6(B)中可以看到的。然后，如从图6(D)可以看到的，由AT1接收的信号生成的拍频信号经图4中的开关30被提供给图中上方的处理系统，而由AT2接收的信号生成的拍频信号被提供给图中下方的处理系统，因此，拍频信号被并行地处理。即，在周期B中，收集了有关在三角波的上升和下降部分期间分别由接收天线AT1和AT2接收的信号生成的拍频信号的数据。在傅立叶变换结果中出现的峰值的频率用于计算目标的距离和相对速度，而峰值的相位用于计算由天线AT1和AT2执行的相位单脉冲。
在图5所示的三角波的第三循环中，即，在周期C中，按发射、AT2接收、发射、AT0接收的顺序组成的操作序列被重复地执行，如在图6(C)中可以看到的。然后，如从图6(D)可以看到的，由AT2接收的信号生成的拍频信号经图4中的开关30被提供给图中上方的处理系统，而由AT0接收的信号生成的拍频信号被提供给图中下方的处理系统，因此，拍频信号被并行地处理。即，在周期C中，收集了有关在三角波的上升和下降部分期间分别由接收天线AT2和AT0接收的信号生成的拍频信号的数据。在傅立叶变换结果中出现的峰值的频率用于计算目标的距离和相对速度，而峰值的相位用于计算由天线AT2和AT0执行的相位单脉冲。
图7是示出作为应用本发明的雷达设备的一个实例的自动FM-CW雷达设备的第二实例的结构的框图。在图7中，用三角波进行频率调制的发射机信号从电压控制振荡器(VCO)10输出，提供给多路复用器12进行信号复用，以生成毫米波信号，然后该信号由发射机放大器14放大，并馈送到天线选择开关13；在天线选择开关13中，信号经放大器15和开关16传送，并从天线AT0发射出去。在图7所示的雷达设备中，在三个天线AT0、AT1和AT2中，只有天线AT0用于发射，而由开关22选择的三个天线AT0、AT1和AT2中的一个天线用于接收。在天线AT0和放大器24之间设置开关21，用于防止发射机信号泄漏到接收机侧。如果设置了能够防止泄漏到接收机侧的一些其它装置，则不需要设置开关16和21。
每个天线接收的信号由放大器24放大，并经开关22提供给接收机放大器26放大信号，放大后的信号在混频器28中与一部分发射波进行混频以生成拍频信号。其后的处理与参照图4描述的第一实例相同，应用于各个开关的信号也与图6所示的信号相同。
图8是示出根据本发明的校正值存储过程的一个实例的流程图。在图8中，首先，关闭发射机放大器14，使得在傅立叶变换结果中不出现由于来自目标的回波信号引起的峰值(步骤1000)；在其它方面，执行与前述相同的处理以获得傅立叶变换结果(步骤1002)，并将其作为校正值存储在存储器中(步骤1004)。在雷达工作期间，由天线切换引起的噪声的影响可以通过从傅立叶变换结果中减去校正值消除。由于天线切换序列对于每个周期A、B和C都不同，如图5和6所示，因此产生的噪声也不同。因此，存储适合于每个周期的校正值。
该过程例如在产品交付前的产品验收期间进行，并且校正值存储在非易失性存储器中。该过程也可以在雷达工作期间以预定的时间间隔进行，以便适应温度变化或者校正各部件随时间的变化。在这种情况下，校正值存储在RAM中。
代替关闭发射机放大器14，通过用无线电波吸收器覆盖天线可以制造与无目标情形相同的情形。
对于傅立叶变换结果的每个实部和虚部存储校正值，并对每个实部和虚部执行校正计算。即，当作为频率f的函数的校正前的实部用Re(f)表示，实部的校正值用ReN(f)表示时，对于每个频率f，校正后的实部Ret(f)根据如下等式计算Ret(f)＝Re(f)-ReN(f)类似地，对于每个频率f，校正后的虚部根据如下等式计算Imt(f)＝Im(f)-ImN(f)在不使用相位信息而使用机械扫描执行方位探测的情况下，可在计算幂(绝对值)之后，对幂执行校正值的存储和校正计算。
此外，代替执行傅立叶变换结果的校正值的存储和校正计算，校正值的存储和校正计算可以在傅立叶变换前对A/D转换器的输出值进行。
然而，在这种情况下，由于在傅立叶变换之前的时域噪声(如图2(B)部分所示的)通常在时间轴上不稳定，因此很难执行适当的校正。另一方面，在傅立叶变换之后的频域噪声在时间轴上是稳定的，所以可以执行适当的校正。
在FM-CW雷达的情况下，上述校正值不仅包括由于天线切换引起的噪声，而且包括FM-AM转换噪声(如果存在的话)。因此，如果停止用三角波进行的FM调制，而也制造出无目标的情形，则只检测由于天线切换引起的噪声。
权利要求
1.一种雷达设备，包括开关，用于通过顺序地切换天线选择由多个接收天线接收的信号中的一个信号；混频器，用于通过将一部分发射机信号与由所述开关选择的接收信号进行混频，生成拍频信号；傅立叶变换装置，用于对所述混频器的输出信号进行傅立叶变换；校正值存储装置，用于存储在没有来自目标的回波信号时由所述傅立叶变换装置提供的傅立叶变换结果作为校正值，以消除在所述混频器的DC电平由于所述开关的切换而波动时导致的任何影响；以及校正装置，用于根据存储在所述校正值存储装置中的所述校正值，校正来自所述傅立叶变换装置的所述傅立叶变换结果。
2.根据权利要求1所述的雷达设备，还包括用于放大所述发射机信号的发射机放大器，其中，所述校正值存储装置存储在关闭所述发射机放大器时获得的傅立叶变换结果作为所述校正值。
3.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述校正值存储装置存储在没有目标时获得的傅立叶变换结果作为所述校正值。
4.根据权利要求2所述的雷达设备，其中，所述校正值存储装置通过关闭所述发射机放大器在雷达工作期间周期性地更新所述校正值。
5.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述校正值存储装置存储所述傅立叶变换结果的每个实部和虚部的所述校正值；以及所述校正装置对所述傅立叶变换结果的每个实部和虚部执行所述校正。
6.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述校正值存储装置存储所述傅立叶变换结果的幂的所述校正值；以及所述校正装置对所述傅立叶变换结果的幂执行所述校正。
7.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述发射机信号是用三角波进行频率调制的信号，所述校正值存储装置存储在所述频率调制停止时获得的傅立叶变换结果作为所述校正值。
8.一种雷达设备，包括开关，用于通过顺序地切换天线选择由多个接收天线接收的信号中的一个信号；混频器，用于通过将一部分发射机信号与所述开关选择的接收信号进行混频，生成拍频信号；AD转换器，用于将所述混频器的输出信号转换为数字值；校正值存储装置，用于存储在没有来自目标的回波信号时获得的所述AD转换器的输出值作为校正值，以消除在所述混频器的DC电平由于所述开关的切换而波动时导致的任何影响；以及校正装置，用于根据存储在所述校正值存储装置中的所述校正值，校正所述AD转换器的输出值。
9.根据权利要求8所述的雷达设备，还包括用于放大所述发射机信号的发射机放大器，其中，所述校正值存储装置存储在关闭所述发射机放大器时获得的所述AD转换器的输出值作为所述校正值。
10.根据权利要求8所述的雷达设备，其中，所述校正值存储装置存储在没有目标时获得的所述AD转换器的输出值作为所述校正值。
11.根据权利要求9所述的雷达设备，其中，所述校正值存储装置在雷达工作期间，通过关闭所述发射机放大器周期性地更新所述校正值。
12.根据权利要求8所述的雷达设备，其中，所述发射机信号是用三角波进行频率调制的信号，所述校正值存储装置存储在所述频率调制停止时获得的所述AD转换器的输出值作为所述校正值。
13.根据权利要求3、4、10或11所述的雷达设备，其中，所述校正值存储装置在产品交付前收集和存储所述校正值。
全文摘要
在被构造成通过使用开关在多个接收天线之间执行切换的雷达设备中，消除由天线切换引起的噪声的影响。例如，通过关闭发射机放大器制造没有来自目标的回波信号的情况，并且将此时获得的傅立叶变换结果作为校正值并存储在存储器中。在雷达工作期间，由天线切换引起的噪声的影响可以通过从傅立叶变换结果中减去校正值而消除。
文档编号G01S13/00GK1749777SQ20051010286
公开日2006年3月22日 申请日期2005年9月13日 优先权日2004年9月13日
发明者本田加奈子, 伊佐治修 申请人:富士通天株式会社