专利名称：观测信号处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及观测信号处理装置，该观测信号处理装置适用于目标对象观测设备， 比如安装在移动主体(例如，船只、车辆和飞机)上的声纳和雷达，并且能够通过发送脉冲信号以及接收来自目标的所述脉冲信号的反射信号检测到所述目标。
背景技术：
通常，相干积分技术在这种类型的目标观测设备中是公知的。如非专利文件1中所述，例如，所述相干积分技术通过对根据来自所述目标的反射信号获得的观测值求平均来提高信噪比(SNI )。所述相干积分技术通过使用如下的统计特性提供信号处理。假设观测值的特征是独立同分布。根据中心极限定理，对这些值进行被假设为NUMa的次数的平均并与所述SNR 相乘，作为在进行NUMa次平均后的输出值。在这种情况下，输入信号和输出信号之间的SNR 等于与NUMa相乘后的处理增益(process gain)，如下所示。处理增益=(输出SNR) / (输入SNR)非专禾丨J文献 1 :Mahafza, Bassem R. 2005. Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB(R). 2d ed.Chapman & Hal1/CRC， Taylor & Francis Group, ISBN-10 1-58448-532-7，ISBN-13 :978-1-58488-532-0 :4. 4. 1-4. 4. 2。上述技术在观测设备和目标之间不存在相对速度时提供优异结果。然而，当在观测设备和目标之间存在任何相对速度时，由于该相对速度的影响，对来自目标的反射波执行相干积分会使信号分量劣化(degrade)。与无移动的目标相比，所述处理增益降低。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种观测信号处理装置，该观测信号处理装置使得即使在观测设备和目标对象之间存在相对速度时，也能够对反射波应用极好的相干积分。根据本发明，观测信号处理装置每次搜索时将脉冲信号作为利用多个载波调制的搜索信号，连续地从发送天线发送到要观测的区域；在接收天线处捕获多个反射信号，该多个反射信号是在该区域中的目标上反射的搜索信号的一部分；基于所捕获的反射信号和与利用所述载波调制的脉冲信号的延迟版本等价的延迟调制脉冲信号执行相关检测，以在每次搜索时生成多个观测值；对所生成的观测值执行相干积分；并且向外部提供每次搜索时的指定相干积分值，作为积分输出。所生成的观测值具有相位和幅度，所述相位包括关于与所述目标间的相对距离的信息；以及所述幅度包括关于与所述目标间的相对距离以及所述目标的反射截面面积(reflected sectional area)的信息。所述观测信号处理装置包括第一存储器、搜索信号发送单元、观测数据存储器、第二存储器、相位校正量计算单元以及相位加权相干积分单元。所述第一存储器存储与要观测的区域对应的相干积分计数(count)。所述搜索信号发送单元从所述第一存储器获取与要观测的区域对应的相干积分计数，并且从发送天线发送与所获取的相干积分计数等价的脉冲信号，作为搜索信号。所述观测数据存储器使得接收天线能够捕获反射波，作为与所述相干积分计数等价的所发送的脉冲信号的反射信号，并且将所述反射信号作为观测值存储。所述第二存储器存储用于所述搜索的所估计出的相对速度。所述相位校正量计算单元从所述第二存储器获取所估计出的所述目标的相对速度，并且基于所获取的所估计出的相对速度，计算相位校正量。所述相位加权相干积分单元基于所计算出的相位校正量，对与所述相干积分计数等价的观测值执行相位加权相干积分，并且向外部提供所获得的积分输出ο


根据下面参照附图作出的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。图1是示出根据本发明的观测信号处理装置的实施例的方框图；图2是示出在所述观测信号处理装置中提供的观测设备的方框图；图3是相干积分计数和处理增益之间的关系的图示；和图4是示出基于考虑所请求的处理增益的相干积分计数的根据本发明的积分技术和常规相干积分技术之间的比较的处理增益的图示。
具体实施例方式将参照附图描述本发明的优选实施例。参见图1，观测信号处理装置1包括主控制单元2，该观测信号处理装置1具体表现为声纳或雷达。经由总线3，主控制单元2连接到观测设备5、观测数据存储器6、观测控制单元7、观测程序存储器9、相位校正量计算单元10、相位校正加权相干积分单元11、参数存储器12以及积分计数确定单元18，该相位校正加权相干积分单元11连接到目标检测单元(未示出)。所述观测信号处理装置1与许多其他组件相连，但是在图1中未示出。如图2中所示，观测设备5包括延迟电路13。延迟电路13连接到脉冲序列发生器 14和混频器17。脉冲序列发生器14与混频器15相连，该混频器15连接到发送天线16。 混频器15与载波振荡器19相连，该载波振荡器19连接到混频器17。混频器17与90°相位延迟电路20和混频器21相连，该混频器21连接到接收天线22。混频器21经由低通滤波器(LPF) 23与模/数(A/D)转换器25相连。图1中示出的观测信号处理装置1实际上用作计算机，并且获取和执行在存储器 (未示出)中存储的给定控制程序。尽管未示出，观测信号处理装置1的CPU和存储器基于多任务和时间共享来进行操作，以执行与图1中示出的功能块对应的功能。观测信号处理器装置1可以被配置为与每个块对应的硬件装置。此外，所述CPU或MPU可以以分散的方式提供给每个块，从而对所述块进行控制。在如上配置的观测信号处理装置1中，主控制单元2获取在观测程序存储器9中所存储的观测程序0PR，以观测目标。主控制单元2基于所获取的观测程序0PR，控制观测控制单元7来观测所述目标。基于所述观测程序0PR，观测控制单元7向观测设备5中的延迟电路13和A/D转换器25输出区域信号(domain signal)DS0该区域信号DS指定期望存在要被观测的目标的区域或要搜索目标的区域。例如，该区域可以通过指定从发送天线16 (以及接收天线22) 到要搜索的目标的距离来识别。同时，观测控制单元7在合适的时机向观测设备5中的脉冲序列发生器14输出触发信号TR。该触发信号TR触发生成用于目标观测的脉冲信号。在观测设备5中，载波振荡器19以给定的频率生成载波CW，并且将该载波输出给混频器15和17。混频器15响应于触发信号TR，将从载波振荡器19输出的载波CW和由脉冲序列发生器14所生成的脉冲信号PL混频。由此，混频器15生成包含利用载波CW调制的脉冲信号PL的搜索信号TX。发送天线16发射该搜索信号TX。从发送天线16发射的搜索信号TX在所述目标上反射。所反射的信号的一部分被识别为反射信号RX，该反射信号 RX随后在接收天线22处接收，并且被提供给混频器21。将区域信号DS从观测控制单元7提供给延迟电路13。该区域信号DS指示与用于搜索所述目标的距离对应的时间。延迟电路13提供针对从脉冲序列发生器14输出的脉冲信号PL的与该时间等价的延迟，以生成延迟脉冲信号DPL。延迟电路13随后将该延迟脉冲信号DPL输出给混频器17。混频器17将从载波振荡器19输出的载波CW和延迟脉冲信号 DPL混频，以生成利用载波CW调制的区域延迟信号LOI。混频器17将该区域延迟信号LOI 输出给混频器21和相位转换器20，该相位转换器20是90°相位延迟电路。相位转换器20将所提供的区域延迟信号LOI的相位移位90°，以生成正交区域延迟信号L0Q。相位转换器20随后将该正交区域延迟信号LOQ输出给混频器21。为了便于在具有90°相位差的信号LOI和LOQ之间区分，信号LOI被称为“ I相”，以及LOQ被称为 "Q相”。混频器21将在接收天线22处接收的反射信号RX与区域延迟信号LOI和正交区域延迟信号LOQ混频，用来进行相关检测。信号LOI和LOQ是延迟调制脉冲信号，这些延迟调制脉冲信号被延迟与用于搜索所述目标的区域等价的时间，即，与所述距离等价的时间。混频器21随后生成I相混频信号MXI和Q相混频信号MXQ，并且经由低通滤波器23将它们输出给A/D转换器25。A/D转换器25在与所述区域信号DS或用于目标搜索的距离对应的时亥IJ，将I相混频信号MXI和Q相混频信号MXQ转换为对应的数字信号，以生成I相采样输出 Ispl和Q相采样输出QspI。每次观测到反射信号RX时，观测控制单元7将I相采样输出Ispl和Q相采样输出 Qspl作为X = Ispi+JQSPI存储在观测数据存储器6中。来自观测控制单元7的触发信号TR使得脉冲序列发生器14能够将脉冲信号PL发射到目标搜索的区域(目标)。所述区域所要求的处理信号的处理增益确定每次搜索时的脉冲信号PL的数目，相应地，确定要从在该区域中存在的目标接收的反射信号RX的数目。所述处理增益对应于从相位校正加权相干积分单元11输出的相干积分值的处理增益。通常，该值对应于相干积分计数NUMa，该相干积分计数NUMa指示相位校正加权相干积分单元11所处理的相干积分操作的数目。需要与接收信号对应的处理增益来搜索在给定区域中存在的目标。所述处理增益等价于观测信号处理装置1中由相位校正加权相干积分单元11生成的积分输出y的处理增益，该处理增益用于随后的信号处理。所述处理增益对应于观测信号处理装置1 (或安装有观测信号处理装置1的移动对象)和要搜索(观测)的区域之间的距离。作为第一存储器的参数存储器12将所述处理增益的经验定义值作为根据所述距离的请求的处理增益 PGreq存储。当观测程序OPR允许主控制单元2指定要搜索的区域时，观测控制单元7可以立即从参数存储器12中获取与来自观测信号处理装置1的积分输出y对应的所请求的处理增益PGrai,以便搜索所指定的区域。当获取所请求的处理增益PGrai时，观测控制单元7使得积分计数确定单元18能够根据所获取的所请求的处理增益PGrai,计算相干积分计数NUMa。该相干积分计数NUMa 指示在相位校正加权相干积分单元11中要执行的相干积分的数目。该相干积分计数NUMa 等价于每次搜索时响应于来自观测控制单元7的触发信号TR要从脉冲序列发生器14发射到所述区域(目标)的脉冲信号PL的数目。响应于此，积分计数确定单元18从参数存储器12 (该参数存储器12用作第二存储器)获取为要检测(搜索)的目标预定的所估计出的相对速度Vtl，以及与所估计出的相对速度Vo对应的相对速度不定量(uncertainty) Δ V。。所估计出的相对速度Vtl表示所估计出的观测信号处理装置1和要搜索的目标之间的相对速度。该值被定义为下述中的任何一个。(1)相对于要在所述区域中搜索的目标的所估计出的相对速度的中心值。(2)适于安装有观测信号处理装置1的车辆的操作模式(操作状态)的值。例如， 所述操作模式适于自动巡航、防撞安全、前方碰撞告警以及更换车道告警。(3)与和要搜索的目标间的距离对应的值。(4)负的相对速度值，即正在向比如安装有观测信号处理装置1的车辆之类的移动对象移动的目标的相对速度值。参数存储器12将这些值作为这些决定因素⑴到⑷的缺省值存储。基于观测程序0PR，积分计数确定单元18根据观测信号处理装置1的当前搜索状态，比如当前车辆状态，从参数存储器12中获取与所述决定因素(1)到(4)中的任何一个对应的所估计出的相对速度。积分计数确定单元18确定用于确定由相位校正加权相干积分单元11执行的相干积分计数NUMa的所估计出的相对速度％。所确定的所估计出的相对速度Vtl还被输出到相位校正量计算单元10，并且被用来确定相位校正量外的计算，在下文中将对其进行描述。相对速度不定量Δ V0表示所估计出的相对速度Vtl的误差容限(Δ Vtl > 0)，并且被作为缺省值预先存储在参数存储器12中。参数存储器12被用作第三存储器。相对速度不定量AVtl以常数值提供来作为所估计出的相对速度Vtl的校正值，以校正假定目标的实际速度中的变化。相对速度不定量△ Vtl被给定为所估计出的相对速度AVtl的波动范围。例如， 假设假定目标的相对速度V的范围为-100Km/h到-10Km/h，以及参数存储器12存储_55Km/ h作为给定区域中的所估计出的相对速度％。积分计数确定单元18从参数存储器12获取相对速度不定量△ Vtl，并且将该相对速度不定量AVtl计算为士 50Km/h。在计算相干积分计数NUMa_the之前，积分计数确定单元18执行Vtl+ Δ V0,以校正和使用所估计出的相对速度Vtl， 来应对相对速度V的范围能够为-105Km/h到-5Km/h的目标。在这种情况下，优选地，配置所估计出的相对速度Vtl以及相对速度不定量△%，从而使得要检测的目标的相对速度V落在相对速度范围Vtl士 AVtl之内。还可以根据要搜索的目标和要观测的区域(距离)，使用多个所估计出的相对速度Vtl以及相对速度不定量Δ %。积分计数确定单元18使用下述等式(1)，根据所请求的处理增益PGrai以及相对速度不定量Δ V0,找到满足所请求的处理增益PGrai的相干积分计数NUMa。PGreq · NUMci · (l_cos ( Δ φ 0)) +cos ( Δ φ 0 · NUMci)彡 1 ......(1)在该等式中，
权利要求
1.一种观测信号处理装置，能够在每次搜索时将脉冲信号作为利用多个载波调制的搜索信号，连续地从发送天线发送到要观测的区域；在接收天线处捕获多个反射信号，所述多个反射信号是在所述区域中的目标上反射的搜索信号的一部分；基于所捕获的反射信号和与利用所述载波调制的脉冲信号的延迟版本等价的延迟调制脉冲信号执行相关检测，以在每次搜索时生成多个观测值；对所生成的观测值执行相干积分，所生成的观测值具有相位和幅度，所述相位包括与到所述目标的相对距离相关的信息，以及所述幅度包括与到所述目标的相对距离和所述目标的反射截面面积相关的信息；并且提供每次搜索时的指定相干积分值作为积分输出，所述观测信号处理装置包括第一存储器(12)，用于存储所述积分输出的处理增益，作为根据需要搜索在要观测的区域中存在的目标的区域而请求的处理增益；第二存储器(12)，用于存储要搜索的目标的所估计出的相对速度； 第三存储器(12)，用于存储所估计出的相对速度的误差容限，作为相对速度不定量； 相干积分计数确定单元(18)，用于从所述第一到第三存储器中获取与要观测的区域对应的所请求的处理增益、要搜索的目标的所估计出的相对速度、和与所述相对速度相关的相对速度不定量，并且用于根据这些值进行计算，以确定满足所请求的处理增益的相干积分的相干积分计数；搜索信号发送单元(14，15)，用于从所述发送天线发送与所确定出的相干积分计数等价的脉冲信号作为所述搜索信号；观测数据存储器(6)，用于使得所述接收天线能够捕获反射波，作为与所述相干积分计数等价的所发送的脉冲信号的反射信号，并且用于将所述反射信号作为所述观测值存储；相位校正量计算单元(11)，用于从所述第二存储器获取所述目标的所估计出的相对速度，并且用于基于所获取的所估计出的相对速度，计算相位校正量；以及相位加权相干积分单元(11)，用于基于所计算出的相位校正量，对与所述相干积分计数等价的观测值执行与所述相干积分计数相同次数的相位加权相干积分，并且用于向外部提供满足所请求的处理增益的积分输出。
2.如权利要求1所述的观测信号处理装置，其中根据与所述发送天线之间的距离，在多个不同的位置处设置所述区域。
3.如权利要求1所述的观测信号处理装置，其中所述相干积分计数确定单元基于下述公式确定所述相干积分计数
全文摘要
观测信号处理装置(1)发送脉冲信号作为搜索信号，基于目标的反射信号以及延迟调制脉冲信号来生成观测值，并且对观测值执行相干积分来输出积分值。所述装置包括用于确定相干积分计数的单元(18)，用于发送与所述相干积分计数等价的脉冲信号的单元(14到16)，用于基于所估计出的相对速度来计算相位校正量的单元(10)，以及用于基于所述相位校正量，对观测值执行与所述相干积分计数等价的次数次的相位加权相干积分的单元(11)。
文档编号G01S7/41GK102169176SQ20101062154
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月24日 优先权日2009年12月25日
发明者三宅康之, 近藤旭, 高野岳 申请人:株式会社电装