CN100368823C - 雷达定时调整方法及具有自动定时调整功能的雷达装置 - Google Patents

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Abstract

用于准确调整放大器的开/关定时和天线选择的定时。当调整放大器的开/关定时时，停止发射信号的调制，并且将开关设置为不选择任何一个天线，从而全部反射发射信号；在这种情况下，控制定时以使得混频器输出电平的平均值最小。当调整天线选择定时时，停止发射信号的调制，并且在天线附近设置反射物；这种情况下，调整定时以使得混频器输出电平的平均值最大。

Description

雷达定时调整方法及具有自动定时调整功能的雷达装置
技术领域
本发明涉及一种用于调整雷达中，具体而言，在使用了双工器的FM-CW雷达中的放大器开/关控制定时和天线选择控制定时的方法，以及一种具有自动定时调整功能的雷达装置。
背景技术
FM-CW雷达通过三角波发出调频发射波，通过在混频器中将该发射波的一部分与来自目标的反射波混频来生成拍频信号，并且同时从在该三角波的上升沿和下降沿产生的拍频计算目标的距离和相对速度。这些雷达已作为汽车雷达被商业化使用。
日本未审查专利公开2002-122661描述了一种FM-CW雷达，其利用双工器使用了用于发射和接收的单个天线，并且该专利披露出，为了防止发射波泄漏到双工器的接收侧并干扰接收信号，发射放大器的偏置电压和接收放大器的偏置电压被以交替的方式开启和关闭。
在这种情况下，如果发射放大器开启期间的终点与接收放大器开启期间的起点相隔，例如，3.3纳秒或者更长，那么将不能捕获来自位于1米范围内的目标的反射波，从而使短程检测性能降低。相反，如果发射放大器开启期间的终点与接收放大器开启期间的起点相重叠，发射信号泄漏，这将增加短程检测区域的噪声，并可能导致假目标检测。如果发射信号泄漏过于严重，可能导致设备失灵。因此，两个放大器的相对定时必须得到准确调整。
进一步说，日本未审查专利公开H11-160423披露了一种使用DBF(数字波束形成)方法的FM-CW雷达，其顺序地在多个接收天线间切换，并通过检测从相同目标接收到的反射波的相位差来确定目标方向。日本本审查专利公开2000-155171披露了如何通过在DBF系统中使用多个接收天线来实现这样的效果，即相当于使用了比实际使用的更多的接收天线。此外，尽管没有在此专利申请时公开，日本专利2003-164122披露了一种雷达装置，其通过在DBF系统中使用多个既用于发射又用于接收的天线，进一步缩减了尺寸和重量。
关于前述内容，如果采用诸如图1所示的构造，其中，双工器14与开关12协同使用，该开关12从多个天线10中选择一个用于发射或接收，并且如果可以通过某种方法将发射放大器16和接收放大器18的开/关定时准确地调整为如图2的(a)和(b)部分所示的情形，将仍然需要使得用于设置开关12以选择发射天线或者接收天线的定时((c)，(d)，(e)部分)与发射放大器16和接收放大器18开/关定时相匹配。
发明内容
因此，本发明的第一个目的是提供一种准确调整雷达中的开/关定时的方法，在该雷达中使用了双工器，并且以交替的方式开启和关闭发射放大器和接收放大器，并且提供一种具有自动定时调整功能的雷达装置来实现此方法。
本发明的第二个目的是提供一种准确调整雷达中的放大器开/关定时和天线选择开关的天线选择定时的方法，在该雷达中将双工器与天线选择开关协同使用。
根据本发明，提供了一种雷达中使用的定时调整方法，该雷达包括发射放大器，用于放大发射信号，接收放大器，用于放大接收信号，双工器，其连接到所述发射放大器的输出侧、所述接收放大器的输入侧和天线，该双工器用于允许所述天线的交替用于发射和接收，以及混频器，用于将所述发射信号的一部分与所述接收信号混频，该定时调整方法用于调整所述发射放大器和所述接收放大器以交替的方式开启和关闭的定时，其包括如下步骤：停止所述发射信号的调制；生成从所述混频器输出的电压电平的时间平均值；在停止所述调制后，调整所述发射放大器和所述接收放大器的相对开/关定时，以使得所述时间平均值最小。
当发射信号的调制被停止时，在发射放大器和接收放大器同时开启期间从混频器输出对应于仅包含载波的发射波与接收波之间的相位差的直流电压电平；另一方面，在任何一个放大器关闭期间，输出零电平。因此，通过调整定时可以使得输出电平的时间平均值最小，从而放大器的开/关定时可以得到准确调整。
通过设置1：N开关，使得不选择任何一个天线，从而使得发射信号被完全地反射到接收侧，或者通过在天线附近放置反射物，别无需依赖双工器中的泄漏信号就可以获得更高的准确度。
根据本发明，还提供了一种在雷达中使用的定时调整方法，该雷达包括发射放大器，用于放大定射信号，接收放大器，用于放大接收信号，双工器，其连接于所述发射放大器的输出侧和所述接收放大器的输入侧，N个天线，1：N开关，置于所述双工器和所述N个天线之间，用于从所述N个天线中选择一个，并且将该选择的天线与所述双工器连接，以及混频器，用于将所述发射信号的一部分与所述接收信号混频，该定时调整方法用于调整所述发射放大器开启和关闭的定时以及所述1：N开关中天线选择的定时，该方法包括如下步骤：停止所述发射信号的调制；设置所述接收放大器始终为开启；生成从所述混频器输出的电压电平的时间平均值；以及，在停止所述调制并设置所述接收放大器始终为开启后，调整所述1：N开关中所述天线选择相对于所述发射放大器开启和关闭的定时，从而使得所述时间平均值最大。
当将发射信号的调制停止并且将接收放大器设置为始终开启时，在发射放大器开启且任何一个天线被选中的期间从混频器输出对应于仅包含载波的发射波与来自目标的反射波之间的相位差的直流电压电平；在其它期间，输出零电平。因此，通过调整所述定时使得输出电平的时间平均值最大，发射放大器开启的期间和天线被选中的期间可以精确地相互一致。
通过在天线附近放置反射物，此调整可以不受双工器中的泄漏信号影响而获得更高的准确度。
根据本发明，还提供了一种具有自动定时调整功能的雷达装置，其包括：发射放大器，用于放大发射信号；接收放大器，用于放大接收信号，该接收放大器与所述发射放大器交替地被开启和关闭；双工器，连接于所述发射放大器的输出侧、所述接收放大器的输入侧及天线，用于允许所述天线的交替用于发射和接收；混频器，用于将所述发射信号的一部分和所述接收信号混频；用于停止所述发射信号的调制的装置；用于生成从所述混频器输出的电压电平的时间平均值的装置；以及用于在停止所述发射信号的调制后，调整所述发射放大器和所述接收放大器的相对开/关定时，以使得此时间平均值最小的装置。
根据本发明，还提供了一种具有自动定时调整功能的雷达装置，其包括：发射放大器，用于放大发射信号；接收放大器，用于放大接收信号；双工器，连接到所述发射放大器的输出侧和所述接收放大器的输入侧；N个天线；1：N开关，置于所述双工器和所述N个天线之间，用于从所述N个天线中选择一个并将该选择的天线与所述双工器相连接；混频器，用于将所述发射信号的一部分和所述接收信号混频；用于停止所述发射信号的调制的装置；用于将所述接收放大器设置为始终开启的装置；用于生成从所述混频器输出的电压电平的时间平均值的装置；以及用于在停止所述调制并设置所述接收放大器始终为开启后，调整所述1：N开关中所述天线选择的相对于所述发射放大器开启和关闭的定时，以使得所述时间平均值最大的装置。
附图说明
图1为示图，用于解释将应用本发明的雷达的结构；
图2为时序图，用于解释图1中雷达的工作；
图3为示图，示出了将应用本发明的雷达装置的一个结构样例；
图4为流程图，阐明了作为本发明第一实施例的定时调整过程；
图5为图3中各部分的时序图；
图6为流程图，阐明了作为本发明第二实施例的定时调整过程；以及
图7为图5中各部分的时序图。
具体实施方式
图3示出了DBF(数字波束形成)FM-CW雷达的一种结构样例，其使用了双工器和天线选择开关，并应用了本发明。在此将理解到本发明还可应用于使用了DBF方法的雷达。
在图3中，三角波信号作为频率控制信号从信号处理器20经由D/A转换器22提供到压控振荡器(VCO)24。发射信号被此三角波调频，从VCO 24输出，经由混合器26提供给乘法器28，在此其被相乘以生成毫米波，而后，其由发射放大器16放大，通入充当双工器的混合器14，然后从由开关12选择的一个天线10发射出去。
从目标返回的反射波由天线10接收，在由开关12选择的一个天线10处接收的信号经由混合器14提供给接收放大器18，在该处信号被放大并被提供给混频器32的一个输入端。由混合器26分离，并由乘法器34进行相乘的发射信号的一部分被提供给混频器32的另一个输入端，在该处，其与接收信号混频以生成拍频信号。
拍频信号从混频器32输出经由分配器34提供给放大器36，在该处其被放大，且放大后的信号通过低通滤波器38，并由A/D转换器40转换为数字信号输入信号处理器20。信号处理器20对该拍频信号进行FFT(快速傅立叶变换)运算，并从相同目标的三角波的上升沿和下降沿期间生成的频率算出此目标的距离和相对速度。此外，目标所处的方向可以根据由各天线接收到的来自于相同目标的信号之间的相位差来确定。
放大器16和18的偏置电压可分别利用驱动器42和44开启或关闭，驱动器42和44分别被从信号处理器20经由移相器46和48提供的控制信号控制。移相器46和48各自的相移量分别随着从信号处理器20经由D/A转换器50和52提供的模拟信号增加或减少。类似地，开关12中的天线选择由驱动器54控制，其由从信号处理器20经由移相器56提供的控制信号依次进行控制；移相器56中的相移量随着从信号处理器20经由D/A转换器58提供的模拟信号增加或减少。
在本发明中，通过停止将要从信号处理器20经由D/A转换器22提供给VCO 24的三角波来停止发射波的调制，并且通过测量在此时从混频器输出的并与发射波和接收波之间的相位差相对应的直流电压电平，来调整放大器16和18的开/关定时以及开关12中的天线选择定时。从分配器34经由放大器60，低通滤波器62，以及A/D转换器64到信号处理器20的线路被用于测量此时的直流电压电平。
图4为流程图，其阐明了在数字处理器20中进行的用于放大器16和18开/关定时的自动调整的处理过程。为了调整放大器16和18的开/关定时，首先，通过使得将提供给D/A转换器22的数字值停止变化来停止发射信号的调制(步骤1000)，并且开关12被设置为不选择任何一个天线，从而使发射信号全部反射到开关12的混频器14侧的输入端(步骤1002)。这种情况下，在发射放大器16(见图5的(a)部分)或者接收放大器18(图5的(b)部分)关闭期间，由于接收波在关闭期间没有输入到混频器，所以混频器32的输出为零电平，如图5的(c)部分所示；另一方面，在放大器均开启期间，输出正比于发射波和接收波之间相位差的电压。由于此电压被低通滤波器62积分并对时间取平均(见图5的(d)部分)，应该调整放大器的开/关定时以使得此平均电平最小。因此，在步骤1004中，通过改变某个缺省值附近的定时，在几个点测量此电平(步骤1004)，并且选择给出最小电平的定时(步骤1006)。
此自动调整需要在产品出货前进行，以适应产品间的制造差异，但也可以在装配了所述雷达的车辆停止时定期进行，以校正各部件随时间发生的变化。进一步，为了补偿温度变化，可在雷达装置中配置诸如热敏电阻器或热电偶的温度测量装置以测量此雷达装置的温度，并且通过在不同温度获得定时调整值而获得的温度特性可以以表格形式存储，以备利用此温度特性根据使用中的装置的温度自动校正该定时调整值。此外，为了补偿温度特性随时间的变化，可通过使用定时调整值与在车辆停止时获得的温度值之间的关系来校正该温度特性。
图6为流程图，阐明了在放大器16和18开/关定时的自动调整完成后，信号处理器20中进行的处理，以使得放大器16的开启期间与由开关12选中的任何一个天线的期间相一致。首先，与调整放大器16和18开/关定时的方式相同，通过使将要提供给D/A转换器22的数字值停止变化来停止发射信号的调制(步骤1100)，并且将反射物置于天线附近，例如，关上可开/关的盖子(步骤1102)。这种情况下，在发射放大器16开启(见图7(a)部分)且开关12选中一个天线(见图7(b)部分)期间，混频器32输出正比于发射波和接收波之间相位差的电压，如图7的(c)部分所示；在其它期间，电压为零电平(见图7(c)部分)。由于此电压被低通滤波器62积分并对时间取平均(见图7(d)部分)，应该调整开关12中的选择定时以使得此电平最大。因此，在步骤1004中，通过改变在以某个缺省值为中心的几个点处的定时来测量此电平(步骤1104)，并且选择给出最大电平的定时(步骤1106)。
此自动调整同样需要在产品出货前就进行，以适应产品间的制造差异，但也可以在装配了所述雷达的车辆停止时定期进行，以纠正部件随时间发生的变化。此外，为了补偿温度变化，可在雷达装置中配置诸如热敏电阻器或热电偶的温度测量装置以测量此装置的温度，并且通过在不同温度获得定时调整值而获得的温度特性可以以表格形式存储，以备利用此温度特性根据使用中的装置的温度自动校正该定时调整值。此外，还可通过使用定时调整值与在车辆停止时获得的温度值之间的关系来校正此温度特性。

Claims (26)

1.一种雷达中使用的定时调整方法，用于调整发射放大器和接收放大器以交替方式开启和关闭的定时，所述雷达包括：所述发射放大器，用于放大发射信号，所述接收放大器，用于放大接收信号，双工器，连接于所述发射放大器的输出侧、所述接收放大器的输入侧及天线，该双工器用于允许所述天线交替用于发射和接收，以及混频器，用于将所述发射信号的一部分和所述接收信号混频，所述方法包括以下步骤：
(a)停止所述发射信号的调制；
(b)在所述步骤(a)之后，基于从所述混频器输出的电压电平，调整所述发射放大器和所述接收放大器的相对开/关定时。
2.根据权利要求1的在雷达中使用的定时调整方法，进一步包括步骤(c)，生成所述电压电平的时间平均值，其中，在所述步骤(b)中调整所述定时以使得所述时间平均值最小。
3.根据权利要求1的在雷达中使用的定时调整方法，其中所述天线包括N个天线，所述雷达进一步包括1：N开关以将所述双工器有选择地连接到所述N个天线中的一个，并且，其中所述方法在所述步骤(b)之前进一步包括步骤：
(c)设置所述1：N开关，使得不选择所述N个天线中的任何一个，从而完全反射所述发射信号到接收侧。
4.根据权利要求2的在雷达中使用的定时调整方法，其中所述雷达进一步包括：分配器，将所述混频器的输出分为第一支路，用于雷达操作的信号处理，以及第二支路，用于所述电压电平的检测；以及低通滤波器，其被设置于所述第二支路，用于通过积分从所述混频器输出的所述电压电平来生成所述时间平均值。
5.根据权利要求1的在雷达中使用的定时调整方法，其中，所述雷达为汽车雷达，并且当装配了所述雷达的车辆停止时，所述步骤(b)被自动执行。
6.根据权利要求1的在雷达中使用的定时调整方法，其中，所述雷达进一步包括用于测量温度的温度测量装置，并且，其中所述方法进一步包括以下步骤：
(c)预先存储在不同温度得到的多个所述定时的调整值与所述温度之间的关系；并且
(d)基于所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系以及利用所述温度测量装置测量的温度，自动调整所述定时。
7.根据权利要求1的在雷达中使用的定时调整方法，其中所述雷达为车辆雷达，当装配了所述雷达的车辆停止时，所述步骤(b)被自动执行，并且所述雷达进一步包括用于测量温度的温度测量装置，并且其中所述方法进一步包括步骤：
(c)预先存储在不同温度得到的多个所述定时的调整值与所述温度之间的关系；
(d)基于所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系以及利用所述温度测量装置测量的温度，自动调整所述定时；
(e)基于所述步骤(b)的自动执行得到的定时调整值，校正所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系。
8.一种在雷达中使用的定时调整方法，用于调整发射放大器开启和关闭的定时以及1：N开关中天线选择的定时，所述雷达包括：所述发射放大器，用于放大发射信号，接收放大器，用于放大接收信号，双工器，连接到所述发射放大器的输出侧和所述接收放大器的输入侧，N个天线，1：N开关，置于所述双工器和所述N个天线之间，用于从所述N个天线中选择一个，并且将所述选中的天线与所述双工器相连接，以及混频器，用于将所述发射信号的一部分和所述接收信号混频，所述方法包括以下步骤：
(a)停止所述发射信号的调制；
(b)设置所述接收放大器始终为开启；以及
(c)在所述步骤(a)和(b)之后，基于从所述混频器输出的电压电平，调整所述1：N开关中的所述天线选择相对于所述发射放大器的开启和关闭的定时。
9.根据权利要求8的在雷达中使用的定时调整方法，进一步包括步骤(d)，生成所述电压电平的时间平均值，其中，在所述步骤(c)中，调整所述定时以使得所述时间平均值最大。
10.根据权利要求8的在雷达中使用的定时调整方法，在所述步骤(c)之前，进一步包括以下步骤：
(d)在所述N个天线中的至少一个附近放置反射物，以反射从所述至少一个天线发射的发射波。
11.根据权利要求9的在雷达中使用的定时调整方法，其中，所述雷达进一步包括：分配器，将所述混频器的输出分为第一支路，用于雷达操作的信号处理，以及第二支路，用于所述电压电平的检测；以及低通滤波器，其被设置于所述第二支路，用于通过积分从所述混频器输出的所述电压电平来生成所述时间平均值。
12.根据权利要求8的在雷达中使用的定时调整方法，其中，所述雷达为汽车雷达，并且当装配了所述雷达的车辆停止时，所述步骤(c)被自动执行。
13.根据权利要求8的在雷达中使用的定时调整方法，其中，所述雷达进一步包括用于测量温度的温度测量装置，并且其中，所述方法进一步包括以下步骤：
(d)预先存储在不同温度得到的多个所述定时的调整值与所述温度之间的关系；并且
(e)基于所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系以及利用所述温度测量装置测量的温度，自动调整所述定时．
14.根据权利要求8的在雷达中使用的定时调整方法，其中，所述雷达为汽车雷达，当装配了所述雷达的车辆停止时，所述步骤(c)被自动执行，并且所述雷达进一步包括用于测量温度的温度测量装置，并且其中，所述方法进一步包括以下步骤：
(d)预先存储在不同温度得到的多个所述定时的调整值与所述温度之间的关系；
(e)基于所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系以及利用所述温度测量装置测量的温度，自动调整所述定时；
(f)基于所述步骤(c)的自动执行得到的定时调整值，校正所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系。
15.一种具有自动定时调整功能的雷达装置，其包括：
发射放大器，用于放大发射信号；
接收放大器，用于放大接收信号，所述接收放大器与所述发射放大器被交替地开启和关闭；
双工器，连接于所述发射放大器的输出侧、所述接收放大器的输入侧和天线，用于允许所述天线交替用于发射和接收；
混频器，用于将所述发射信号的一部分与所述接收信号混频；
用于停止所述发射信号的调制的单元；
用于生成从所述混频器输出的电压电平的时间平均值的单元；以及
用于在停止所述发射信号的调制后，调整所述发射放大器和所述接收放大器的相对开/关定时，以使得所述时间平均值最小的单元。
16.根据权利要求15的具有自动定时调整功能的雷达装置，其中，所述天线包括N个天线，并且所述雷达装置进一步包括：
1：N开关，用于将所述双工器选择连接到所述N个天线中的一个；以及
这样的单元，用于在所述定时调整单元进行定时调整之前，设置所述1：N开关，以使得不选择所述N个天线中的任何一个，从而全部反射所述发射信号到接收侧。
17.根据权利要求15的具有自动定时调整功能的雷达装置，进一步包括分配器，其将所述混频器的输出分为第一支路，用于雷达操作的信号处理，以及第二支路，用于所述电压电平的检测，并且其中，
所述时间平均值生成单元包括低通滤波器，其被设置于所述第二支路，用于通过积分从所述混频器输出的所述电压电平来生成所述时间平均值。
18.根据权利要求15的具有自动定时调整功能的雷达装置，其中所述雷达装置为汽车雷达装置，并且当装配了所述雷达装置的车辆停止时，利用所述定时调整单元的定时调整被自动执行。
19.根据权利要求15的具有自动定时调整功能的雷达装置，进一步包括：
用于测量温度的温度测量单元；
用于预先存储在不同温度得到的多个所述定时的调整值与所述温度之间的关系的单元；以及
用于基于所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系以及利用所述温度测量单元测量的温度，自动调整所述定时的单元。
20.根据权利要求15的具有自动定时调整功能的雷达装置，其中，所述雷达装置为汽车雷达装置，当装配了所述雷达的车辆停止时，利用所述定时调整单元的定时调整被自动执行，并且其中，所述雷达进一步包括：
用于测量温度的温度测量单元；
用于预先存储在不同温度得到的多个所述定时的调整值与所述温度之间的关系的单元；
用于基于所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系以及利用所述温度测量单元测量的温度，自动调整所述定时的单元；
用于基于利用了所述定时调整单元的所述定时调整的自动执行而得到的定时调整值，校正所述预先存储的所述定时调整值和所述温度之间的关系的单元。
21.一种具有自动定时调整功能的雷达装置，包括：
发射放大器，用于放大发射信号；
接收放大器，用于放大接收信号；
双工器，连接于所述发射放大器的输出侧和所述接收放大器的输入侧；
N个天线；
1：N开关，置于所述双工器和所述N个天线之间，用于选择所述N个天线中的一个，并且将所选择的天线连接到所述双工器；
混频器，用于将所述发射信号的一部分与所述接收信号混频；
用于停止所述发射信号的调制的单元；
用于将所述接收放大器设置为始终开启的单元；
用于生成从所述混频器输出的电压电平的时间平均值的单元；以及
用于在停止所述调制并将所述接收放大器设置为始终开启后，调整所述1：N开关中的所述天线选择相对于所述发射放大器开启和关闭的定时，以使得所述时间平均值最大的单元。
22.根据权利要求21的具有自动定时调整功能的雷达装置，进一步包括反射物，其在利用所述定时调整装置进行定时调整之前，被放置于所述N个天线中的至少一个附近，并被用于反射从所述至少一个天线发射的发射波。
23.根据权利要求21的具有自动定时调整功能的雷达装置，进一步包括分配器，其将所述混频器的输出分为第一支路，用于雷达操作的信号处理，以及第二支路，用于所述电压电平的检测，并且其中，
所述时间平均值生成单元包括低通滤波器，其被设置于所述第二支路，用于通过积分从所述混频器输出的所述电压电平来生成所述时间平均值。
24.根据权利要求21的具有自动定时调整功能的雷达装置，其中，所述雷达装置为汽车雷达装置，并且，当装配了所述雷达的车辆停止时，利用所述定时调整单元的定时调整被自动执行。
25.根据权利要求21的具有自动定时调整功能的雷达装置，进一步包括：
用于测量温度的温度测量单元；
用于预先存储在不同温度得到的多个所述定时的调整值与所述温度之间的关系的单元；以及
用于基于所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系以及利用所述温度测量单元测量的温度，自动调整所述定时的单元。
26.根据权利要求21的具有自动定时调整功能的雷达装置，其中，所述雷达装置为汽车雷达，并且当装配了所述雷达装置的车辆停止时，利用所述定时调整单元的定时调整被自动执行，并且其中，所述雷达进一步包括：
用于测量温度的温度测量单元；
用于预先存储在不同温度得到的多个所述定时的调整值与所述温度之间的关系的单元；
用于基于所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系以及利用所述温度测量单元测量的温度，自动调整所述定时的单元；
用于基于利用了所述定时调整单元的所述定时调整的自动执行而得到的定时调整值，校正所述预先存储的所述定时调整值与所述温度之间的关系的单元。
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