专利名称：向雷达系统添加纠错及编码的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及雷达领域，特别涉及将检错及纠错技术和/或编码技术应用于雷达系统。
背景技术：
雷达(这是无线电探测和测距(RAdio Detection And Ranging)的首字母缩写词)是用于通过电磁能(通常在RF或微波频率上)的传输检测远处物体的技术。雷达系统用于广泛的目的，包含气象目的(例如NEXRAD系统)，例如检测风暴系统。雷达为军事和商业应用，用于在飞机和船上检测并跟踪水面和空中的物体。这种系统的应用示例包含Northrop Grumman Norden Systems有限公司的AN/SPQ-9(b)海军雷达系统，该系统用于检测水面船只和低空飞行的小物体例如导弹，以及Raytheon公司的Pathfinder商业船只雷达系统，该系统用于检测其他船只以及用于航海目的。雷达还用于汽车防撞。还知道使用雷达进行空中及地面物体的成像。例如，协同监视目标袭击雷达系统(JointSurveillance Target Attack Radar Systems)(JSTARS)使用安装在改造707机身下腹的合成孔径雷达(SAR)，来形成地面图像以揭示军事车辆例如坦克的存在。
雷达系统可以是连续波或脉冲类型。在两种类型的系统中，由发射天线向物体发射的部分能量被反射到接收天线以提供关于物体的信息。在连续波雷达系统中，连续发射电磁能(一般在RF或微波频率上)，而在脉冲雷达系统中，在被称为脉冲重复频率或prf的频率上，以短脉冲或脉冲发射电磁能。通常基于需要进行目标检测的最大期望距离来选择prf。该距离称为不模糊距离(unambiguous range)。在这种脉冲系统中，脉冲具有周期或脉冲宽度，它通常与脉冲之间的周期(这是prf的倒数)相比较短。在发射一个脉冲之后，接收机“倾听”物体所反射的发射脉冲的回波。如果接收到回波，就检测到物体。
在脉冲系统中，通过确定发射脉冲和接收回波之间的时间，能够确定物体的距离(假设该距离小于不模糊距离)。如果发射和/或接收天线(同一个天线通常用于两个功能)具有方向性，涉及目标的方位信息还可以由回波揭示。
雷达还可以用于确定物体相对于雷达系统的相对速度。例如，在多普勒雷达系统中，回波中频率和/或相位的偏移能够揭示物体与系统之间的相对速度。在这种脉冲雷达系统中，从几个脉冲接收到的回波通常是“成批的(batched)”并且是组合的(例如被相加和被平均)。以此方式组合的来自多个脉冲的回波通常被称为批(batch)。在监视雷达应用中，其中使用波束宽度为大约5-10度且旋转率为大约1-10秒的旋转定向天线，具有2-16个脉冲的批是典型的，而对于具有非旋转天线的高分辨率雷达系统，例如用于汽车防撞的类型，具有50-250脉冲的批更常见。分批不仅用于增加回波的信噪比，而且降低所需的处理量。
利用雷达系统，正如任何通信系统一样，希望以尽可能的最低成本和最高速度发送信息。雷达系统，仍如其他任何通信系统一样，还经受干扰和噪声引起的性能下降。对于雷达系统例如汽车上的防撞雷达系统来说尤其如此，其中该系统中的每个发送机/接收机不仅经受系统中和/或车辆上的其他发送机的干扰，而且潜在地经受附近的其他多个车辆的干扰。提高雷达系统面临干扰和噪声时的性能，已经成为雷达系统工程师的目标。自从雷达存在起已经进行了大约60年的努力，这方面的改进仍然是需要且必要的。
所需要的是用于减少雷达系统中干扰和噪声影响的系统和方法。

发明内容
本发明最大程度满足上述需要，其中将已知的编码/纠错技术应用于雷达系统以提高性能。在本发明的一个极优选实施例中，尤其适用于脉冲雷达系统，采用了直接序列扩频技术(也被称为码分多址或CDMA)。在本实施例中，一批脉冲被看作一个码元(symbol)。该码元由伪噪声(PN)码进行调制，其中码的每个码片对应于与单个脉冲相关的周期(即码片率对应于prf)。调制技术最好是双相移键控(BPSK)；但是，也可以采用多相编码(例如QPSK)。来自码元中每个脉冲的接收回波被组合或相关，作为PN码的函数。接收机可以采用Viterbi解码。PN码可以是通常用于其他通信系统中的任何类型，例如Gold码、Walsh码、Turbo码等。在一个优选实施例中，系统也采用脉冲编码。


通过参照以下借助附图进行的详细描述，将会更好地理解本发明及其很多附属特征和优点，从而更容易获得对上述内容的更完整的评价，其中图1是说明传统过程中包括批的多个脉冲和脉冲间周期的示意图。
图2是示出根据传统过程的根据7元素Barker码的双相调制的单个脉冲时域表示。
图3是说明根据本发明实施例由伪噪声码调制之后的图1的批中的脉冲的示意图。
图4是根据本发明实施例的采用图2的调制方案的雷达系统的硬件方框图。
具体实施例方式
将参照本发明的优选实施例来论述本发明。将阐述特定细节，例如调制方案的类型和码长等，以便提供对本发明的透彻理解。这里论述的优选实施例不应被理解为对本发明的限制。而且，为便于理解，将某些方法步骤描述为分离的步骤；但是，这些步骤不应被看作从属于其性能的必要的差别或次序。
图1说明了一系列脉冲110被处理为具有周期TB的批100。图1的脉冲110是时际脉冲的符号表示。每个脉冲110表示雷达系统发送电磁能的时间周期。在脉冲之间的时间周期中，称为脉冲间周期，雷达系统倾听物体所反射的脉冲回波。每个脉冲110具有周期TP，有时被称为脉冲宽度。剪切部分120中示出了脉冲110的展开时基图。如从部分120所见，每个脉冲已经经过调制。
图2A是图1的脉冲110的符号表示图，而图2B是相应波形的表示。现在参照图2A，可以看出已经以本领域公知的方式将脉冲编码(也被称为脉冲调制)应用于脉冲。脉冲宽度TP已经被划分成数个次脉冲，称为码片(chip)，每个码片具有相同的次脉冲周期，或次脉冲宽度，TC。每个次脉冲周期TC与+或-码元相关联。正如参照图2B可见，如果相应的次脉冲与+码元相关联，就不发生信号220的相位调制，而对于那些与-码元相关联的次脉冲周期TC，则发生180度相移。+s和-s的模式被称为码(在本例中为7比特Barker码)，并且根据码调制脉冲的过程被称为脉冲编码或脉冲调制。这里将利用码进行单个脉冲的调制称为脉冲内编码(intrapulse coding)。虽然图2示出7比特Barker码，也可以使用Barker码或例如不同长度的其他码。图2示出了双相编码/调制(也被称为BPSK或二进制相移键控)。但是，也可以采用多相(超过两个相位)编码，例如Frank编码或正交相移键控(QPSK)。正如M.Skolnik的雷达手册(Radar Handbook)1990年第二版第10.15到10.26页所更详细论述的，其全部内容以引用方式包含在本文的内容中，相位编码是一种脉冲压缩的形式，与未经压缩的脉冲相比，这允许附加的功率传输和/或距离分辨率。
再次参照图1，可以看出在批周期TB期间多次发送完全相同的脉冲110。如上所述，批中脉冲的数量可以改变，但是在用于汽车的防撞系统中，一般为每批大约200个脉冲。图1的批100中的脉冲可以被看作是信息单位，即码元。使用扩频技术，通过对该信息单位/码元进行编码，可以提高通信(雷达)系统的性能。特别地，能够使用直接序列扩频技术对码元/批进行编码，直接序列扩频技术能够通过使用为此目的的已知的任何码对码元进行调制来执行，包含伪噪声(PN)码，例如通常用于CDMA应用中的那些码。
将一系列脉冲(例如批中的一系列脉冲)看作码元，并且根据码对批中的每个脉冲进行调制，本文将这些称为脉冲间调制(interpulse modulation)(与脉冲内调制不同，脉冲内调制指对单个脉冲进行编码)。这些码最好是正交的；即它们具有高自相关性(与其自身相关)和低互相关性(与其他码相关)。这意味着当使用除用于调制码元的相同码之外的任何码执行去相关(decorrelation)时，输出近似为零。可以使用例如Gold码、Walsh码和Turbo码等码。当批中的脉冲数量大到足以提供足够数量的唯一码时，可以使用短码方案(shortcode scheme)，其中码长等于码元长度。也可以使用长码方案(long codescheme)，尤其在批中的脉冲数量较小的情况下，其中码长超过码元长度。可以使用任何类型的调制，但是在雷达系统的极优选实施例中，尤其是那些采用BPSK脉冲内调制的系统，由于其利用系统中现有的双相调制器，因此优选BPSK调制。
图3说明了一种根据本发明一个实施例的示例调制系统，该系统对批/码元300采用脉冲内和脉冲间调制。批300包括多个脉冲310，311。以与图1所脉冲110相同的方式对一些脉冲310进行脉冲内调制；即脉冲已经被划分成次脉冲(或码片)，每个码片或者未被改变或者根据7比特Barker码被相移180度。以180度的相移，对其他脉冲311移相脉冲310的模式。于是，就对批300中的脉冲进行了脉冲间调制。由与系统相关的码来表示脉冲310，311被移相或未被移相的模式。使用相同码对接收回波进行去相关(解扩频)。
实践中，以与典型的CDMA系统中每个蜂窝式便携无线电话被分配给不同PN码非常相似的方式，每个雷达发射机被分配给不同的PN码。这些雷达发射机可以位于单个车辆上，或者可以位于多个车辆上。于是，当本发明被用于汽车防撞雷达系统中时，可以用于减少同一个汽车上的雷达发射机之间的干扰以及来自其他车辆的干扰。如果使用短码方案，不同的可能码的数量依赖于码元中“码片”的数量，在本例中是批中脉冲的数量。在以200个脉冲为批的系统中，大量正交码可用于单个发射机的分配。
图4说明了根据本发明一个实施例的系统400实施例的方框图，它与上述联合解决的(co-pending)应用的图1相似。在图4中，微波源10由FM调制模块11进行稳定。微波源的输出由缓冲放大器12进行放大并且缓冲(以防止频率牵引)。缓冲放大器12的输出被输入到脉冲形成器414，它由开关驱动器15控制以形成具有所需脉冲宽度的脉冲。来自脉冲形成器414的脉冲被输入到双相调制器16中，它执行脉冲内和脉冲间双相调制。双相调制器16由异或(XOR)门401的输出控制。到异或门401的一个输入被连接到脉冲调制器驱动器17，它负责提供与用于脉冲内调制(脉冲压缩)目的的Barker码相对应的波形。于是，脉冲调制器驱动器17的波形输出相应于图2A的波形。到异或门401的另一个输入被连接到批调制器驱动器402，它使用存储在PN码存储器403中的PN码来输出波形，该波形在批周期中根据PN码而改变以执行脉冲间调制功能。于是，异或门401组合由脉冲调制器驱动器17和批调制器驱动器402所产生的波形，以便控制双相调制器16产生图3所符号表示的经过脉冲间和脉冲内调制的输出。接着，将双相调制器的输出输入到发送/接收开关18，它由开关驱动器28控制以便双相调制器16的输出被连接到放大器25和26，从而在发送周期中通过天线30进行发送，并且在接收周期中被输入到接收机的I和Q混合器44和45的本地振荡器输入端。
在极优选实施例中，由虚线409所包围的元件15，17，28，401，402和403所执行的功能被实施在单个集成电路，例如可编程门阵列或ASIC中。但是，也可以使用离散组件来实施虚线409中的元件。
通过天线31接收的信号被放大器40，41放大，接着被划分并且被输入到混合器44，45中，它将输入信号分别与发送脉冲的复制脉冲和经过90度相移的发送脉冲的复制脉冲进行混合(以形成接收信号的正交部分)。接着，混合器44，45的下变频输出被连接到积分器47，48，它执行与脉冲内调制相对应的去相关功能。接着，积分器47，48的输出由滤波器49，50进行多普勒滤波。多普勒滤波器49，50的输出被连接到开关52，54，它由采样器51控制以执行本领域公知的积分和累加(integrate-and-dump)处理。开关52，54的输出分别被连接到第二级积分器53，55。
在图4中所示的实施例中，所接收的信号被直接下变频到基带。在其它的实施例中，也可以并入中频(IF)振荡器以最初地将所接收的信号下变频到中频。在这种方案中，可以在IF上执行双相调制，而不是图4所示的发送频率上。而且，图4所示的去相关方案仅仅是用于对接收信号进行去相关的一种方法。也可以采用其他形式的去相关，包含Viterbi解码。
虽然已经说明了脉冲间调制，并且已经阐述了采用脉冲间调制方案的雷达系统的优选实施例。显然，根据上述说教，对本发明进行各种修改和改变是可能的。因此，应该理解，在所附权利要求所限定的范围内，本发明可以被实现为除本文所具体描述的形式之外的其他形式。
权利要求
1.一种用于发送雷达信号的方法，包括如下步骤发送一系列脉冲，每个脉冲被以脉冲间周期在时间上进行分离，所述系列中的每个脉冲被根据第一码的不同符号进行调制。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述调制是二进制相位调制。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述一系列脉冲包括批。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一码的长度等于所述批中的脉冲数量。
5.如权利要求1所述的方法，其中脉冲与所述第一码中的符号之间存在一对一的对应性。
6.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤在所述系列中的脉冲之间的多个脉冲间周期中接收电磁能；以及根据所述第一码对接收电磁能进行去相关。
7.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤通过用脉冲码调制每个脉冲，来对所述系列中的每个脉冲进行编码，所述脉冲码包括多个脉冲码符号，每个脉冲的一部分被根据脉冲码符号进行调制。
8.如权利要求7所述的方法，其中使用与用于根据所述第一码调制每个脉冲的调制类型相同的调制类型，来执行用脉冲码调制每个脉冲的所述步骤。
9.一种用于操作彼此相似的多个雷达发射机的方法，包括如下步骤将第一码分配给多个雷达发射机的每一个，被分配给每一个雷达发射机的所述第一码不同于被分配给所述多个雷达发射机中的其他雷达发射机的第一码；以及从所述每个发射机发送一系列脉冲，由发射机所发送的所述一系列脉冲的每一个被根据分配给该发射机的各自的第一码进行脉冲间调制。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述脉冲间调制是二进制相位调制。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述一系列脉冲的每一个包括批。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述第一码的长度等于所述批中的脉冲数量。
13.如权利要求9所述的方法，其中每个脉冲与所述第一码中的单一符号之间存在一对一的对应性。
14.如权利要求9所述的方法，还包括如下步骤在每个所述发射机中，在所述系列中的脉冲之间的多个脉冲间周期中接收电磁能；以及在每个所述发射机中，根据各自的第一码对接收步骤中接收的电磁能进行去相关。
15.如权利要求9所述的方法，还包括如下步骤采用脉冲内调制方案对所述系列中的每个脉冲进行编码。
16.如权利要求15所述的方法，其中使用相同类型的调制来执行所述脉冲内调制和所述脉冲间调制。
17.一种雷达系统，包括发射机，所述发射机可被连接到天线，所述发射机被构造成发送一系列脉冲，所述一系列脉冲被根据第一码进行脉冲间调制；和接收机，所述接收机可被连接到所述天线，所述接收机被构造成从所述天线接收来自所述一系列脉冲的回波，并且根据所述第一码对所述回波进行去相关。
18.如权利要求17所述的雷达系统，其中所述接收机被构造成将从所述一系列脉冲接收的所述回波分批处理。
19.如权利要求18所述的雷达系统，其中所述第一码的长度等于由所述接收机分批处理的脉冲数量。
20.如权利要求17所述的雷达系统，其中所述第一码的长度大于由所述接收机分批处理的脉冲数量。
21.如权利要求17所述的雷达系统，其中所述发射机还被构造成根据脉冲码对每个脉冲进行脉冲内调制。
22.如权利要求21所述的雷达系统，其中使用与所述脉冲间调制相同类型的调制来执行所述脉冲内调制。
23.一种雷达发射机，包括振荡器；脉冲形成器，被连接到所述振荡器，所述脉冲形成器被构造成在输出端提供一系列脉冲，所述脉冲在时间上被分离；和调制器，被连接到所述脉冲形成器的所述输出端，所述调制器被构造成根据第一码对所述一系列脉冲进行脉冲内调制。
24.如权利要求23所述的雷达发射机，其中所述调制器还被构造成根据脉冲码对所述系列的每个脉冲进行脉冲内调制。
全文摘要
一种用于发送雷达信号的方法，包括如下步骤发送一系列脉冲，每个脉冲被以脉冲间周期在时间上进行分离，并且所述系列中的每个脉冲被根据第一码的不同符号进行调制。
文档编号G01S13/28GK1530666SQ20041002870
公开日2004年9月22日 申请日期2004年3月10日 优先权日2003年3月11日
发明者艾伦·詹金斯, 艾伦 詹金斯 申请人:M/A-Com公司