CN102565780A - 确定峰值检测阈值的方法和对象信息产生装置 - Google Patents

确定峰值检测阈值的方法和对象信息产生装置 Download PDF

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Abstract

一种确定峰值检测阈值的方法和对象信息产生装置。提供了一种用于确定在FMCW雷达在检测峰值频率分量时使用的峰值检测阈值确定方法，峰值频率分量呈现为表示频谱中的目标对象。传输CW雷达波以产生CW噪声频谱。向CW噪声频谱的高频区中的频率分量添加偏移量以定义第一分布作为峰值检测阈值的值。这使得能够通过反射包含泄漏噪声的接收器噪声以高精度确定高频区中峰值检测阈值的值。

Description

确定峰值检测阈值的方法和对象信息产生装置
技术领域
本发明总体上涉及对如FMCW(频率调制连续波)雷达中所产生的拍频信号执行频率分析(例如，FFT算法)、以及确定在检测来自目标对象的传输雷达波的回波引起的峰值频率分量中使用的阈值的阈值检测方法，设计成使用阈值检测方法来产生关于雷达跟踪的目标对象的信息的对象信息产生装置，以及包括用以执行阈值检测方法的指令的计算机可读程序。
背景技术
日本专利首次公开No.11-271431公开了一种FMCW雷达系统，该FMCW雷达系统对如通过把传输信号和来自目标对象的其回波混合所产生的拍频信号进行频率分析，并使用峰值检测阈值根据频率分析的结果检测或提取来自目标对象的回波引起的峰值频率分量。此公开还教导了如下技术：基于通过从对先前的拍频信号进行频率分析得出的频率分量中去除表示目标对象的峰值频率分量产生的频谱确定峰值检测阈值。
日本专利首次公开No.2001-91642教导了计算围绕指定频率分量(即，指定频率BIN)的多个频率分量的移动平均以确定峰值检测阈值的技术。
以上技术中的每个技术是使用需要从其提取峰值频率分量的频率分析的结果确定峰值检测阈值，因而通过环境条件的改变造成峰值检测阈值的大改变，这导致检测目标对象时的不稳定性。
还已知估算雷达接收器生成的热噪声以及基于热噪声计算峰值检测阈值的技术。具体地，在接收器接通、但是传输器关断时接收器中获取的信号的电平定义成噪声电平。基于噪声电平确定峰值检测阈值。
作为雷达接收的信号中包含的噪声中的一个噪声，泄漏噪声即从传输器泄漏且然后添加到接收信号的噪声归因于传输器与接收器之间缺少隔离。因此把一般的雷达设计成具有传输器与接收器之间的隔离以使得在可以忽略它的程度上把泄漏噪声淹没在作为接收器本身生成的噪声的接收器噪声中。
然而，近年来，在缩小雷达的天线或减少其生产成本的发展中已使用传输器至接收器隔离低的天线。使用这种类型的天线会造成相比于接收器噪声而言电平太大而无法忽略的泄漏噪声的生成。另外，接收器噪声电平较低以便改进雷达性能的接收器的使用也会引起泄漏噪声的电平相对于接收器噪声太大而无法可忽略。
停用传输器以测量噪声电平的上述技术的缺点是无法反映泄漏噪声对噪声电平的作用，因而造成计算峰值检测阈值过程中准确性的减小，这导致检测目标对象过程中的不准确性。
发明内容
目的是提供一种方法，该方法确定在查找如对雷达回波进行频率分析所产生的峰值频率分量中使用的峰值检测阈值，以通过反射泄漏噪声以高精度检测生成雷达回波的目标对象。
另一目的是提供设计成确保产生关于目标对象的信息时的增强准确性的对象信息产生装置。
根据实施例的一个方面，提供了用于确定FMCW雷达在检测峰值频率分量时使用的峰值检测阈值的方法，峰值频率分量呈现为表示通过对第一拍频信号进行频率分析得出的频谱中的目标对象，第一拍频信号是从雷达的传输器传输的FMCW雷达波和来自目标对象的FMCW雷达波的回波形成的拍频信号。所述方法包括：(a)产生第二拍频信号，第二拍频信号是通过经由传输器传输CW雷达波以及接收其回波创建的拍频信号；(b)对第二拍频信号进行频率分析以创建频谱作为CW噪声频谱，以及定义CW噪声频谱中出现以及CW雷达波从具有相对速度预定上限的对象至雷达的回波引起的峰值频率分量作为CW上限分量；(c)向高于作为CW上限分量的边界频率的CW噪声频谱的高频区中的频率分量添加偏移以定义第一分布；以及(d)确定第一分布作为峰值检测阈值的值。
当传输CW雷达波时，其使得多普勒频率的峰值呈现为雷达的速度相对于反射如通过无论距目标对象的距离如何对拍频信号进行频率分析所得出的频谱内CW雷达波的目标对象的函数。例如，当CW雷达波的频率是76.5GHz且相对速度是300km/h时，CW上限分量的频率是43kHz。在频谱中不存在高于43kHz的峰值频率分量。
将不会出现峰值频率分量的CW噪声频谱的高频区因此表示包含如上所述泄漏噪声的接收器噪声的本底噪声(noise floor)的电平。CW噪声频谱的高频区的使用因而增强了确定峰值检测阈值过程中的准确性。
鉴于随机噪声造成的CW噪声的电平的变化，偏移量优选地设置为这种变化的最大电平且可以通过以下方式确定。
把传输器和接收器放置在无回波环境中。传输FMCW雷达波。接收FMCW雷达波的回波以产生和频率分析拍频信号，从而形成频谱作为FMCW噪声频谱。FMCW噪声频谱中的峰值电平保持在各频率处。在无回波环境中传输CW雷达波。接收CW雷达波的回波以产生和频率分析拍频信号，从而形成多个频谱作为CW噪声频谱。在各频率处计算CW噪声频谱中的平均值。在各频率处确定平均值中的一个平均值与峰值电平中的每个峰值电平之间的差异作为偏移。
峰值频率分量可以如上所述在CW噪声频谱的低频区内呈现。因此在确定峰值检测阈值的值时无法使用低频区。结果是，可以鉴于1/f噪声固定或者可以通过以下方式确定低频区内的峰值检测阈值的值。
在启动接收器时停用传输器以产生拍频信号作为第三拍频信号。对第三拍频信号进行频率分析以创建频谱作为接收器噪声频谱。向低于CW上限分量的低频区中的接收器噪声频谱添加1/f噪声。调整添加1/f噪声的接收器噪声频谱的电平以形成连续地接续到第一分布的第二分布。确定第二分布作为低频区中峰值检测阈值的值。
具体地，通过接收器噪声频谱和1/f噪声的组合做出第二分布，以使得第二分布的形状近似于实际噪声频谱。接收器噪声频谱电平的调整反映第二分布上的泄漏噪声。
根据实施例的另一方面，提供了对象信息产生装置，包括：(a)第一分析部件，用于频率分析第一拍频信号以产生频谱，第一拍频信号是通过经由传输器传输FMCW雷达波以及通过雷达的接收器接收FMCW雷达波的回波创建的拍频信号；(b)峰值检测部件，用于检测大于来自如第一分析部件所得出的频谱的给定峰值检测阈值的峰值频率分量；(c)第二分析部件，用于对第二拍频信号进行频率分析以产生频谱作为CW噪声频谱，第二拍频信号是通过经由传输器传输CW雷达波以及通过接收器接收CW雷达波的回波创建的拍频信号；(d)阈值确定部件，用于基于CW噪声频谱确定峰值检测阈值，阈值确定部件定义CW噪声频谱中出现以及CW雷达波从具有相对速度预定上限的对象至雷达的回波引起的峰值频率分量作为CW上限分量，阈值确定部件向高于CW上限分量的CW噪声频谱的高频区中的频率分量添加偏移以定义第一分布；阈值确定部件确定第一分布作为峰值检测阈值的值；以及(e)目标对象信息产生部件，用于基于如峰值检测部件所检测的峰值频率分量产生关于反射FMCW雷达波的目标对象的信息。
相应地，在高频区中，可以通过反射包含泄漏噪声的接收器噪声以高精度确定峰值检测阈值的值。这致使产生关于高频区(即，中间雷达范围)中目标区域的信息时准确性得以增强。
对象信息产生装置还可以包括：第三分析部件，用于在启动接收器时停用传输器以产生拍频信号作为第三拍频信号以及对第三拍频信号进行频率分析以创建频谱作为接收器噪声频谱。阈值确定部件向低于CW上限分量的低频区中的接收器噪声频谱添加1/f噪声，调整添加1/f噪声的接收器噪声频谱的电平以形成连续接续到第一分布的第二分布，以及确定第二分布作为低频区中峰值检测阈值的值。这致使创建低频区(即，短雷达范围)中峰值频率分量时的准确性得以增强，从而在低频区中正确地产生关于目标对象的信息。
第二分析部件可以把CW雷达波传输给定次数以产生多个CW噪声频谱，以及对CW噪声频谱的频率分量进行平均以形成峰值检测阈值中使用的频谱。当CW噪声频谱中的一个CW噪声频谱包括下裙边(skirt)在高频区上延伸的峰值频率分量时，从峰值检测阈值中使用的频谱的形成中可以排除CW噪声频谱中的这一个CW噪声频谱。
可以通过使用表示相位噪声造成的下裙边的尺寸的逻辑值做出对峰值频率分量的下裙边是否延伸到高频区中的判断，从而确定延伸到高频区中的下裙边部分低于可准许值的峰值频率分量的最大电平作为强反射阈值，以及确定是否存在超过强反射阈值的峰值频率分量。
当在实际环境中存在大反射性对象时，CW噪声频谱的低频区中出现的峰值频率分量的相位噪声引起的下裙边可以在高频区内部延伸，以使得提升第一分布，即峰值检测阈值的电平，从而造成用以计算边界频率的能力下降。然而对象信息产生装置避免了这种问题。
根据实施例的第三个方面，提供了用于存储FMCW雷达在检测峰值频率分量过程中使用的计算机程序的非临时性计算机可读存储介质，峰值频率分量呈现为表示通过对第一拍频信号进行频率分析得出的频谱中的目标对象，第一拍频信号是从雷达的传输器传输的FMCW雷达波和来自目标对象的FMCW雷达波的回波形成的拍频信号，所述程序包括用以执行如下步骤的指令：(a)确定FMCW雷达在检测峰值频率分量过程中使用的峰值检测阈值，峰值频率分量呈现为表示通过对第一拍频信号进行频率分析得出的频谱中的目标对象，第一拍频信号是从雷达的传输器传输的FMCW雷达波和来自目标对象的FMCW雷达波的回波形成的拍频信号；(b)产生第二拍频信号，第二拍频信号是通过经由传输器传输CW雷达波以及接收其回波创建的拍频信号；(c)对第二拍频信号进行频率分析以创建频谱作为CW噪声频谱，以及定义CW噪声频谱中出现以及CW雷达波从具有相对速度预定上限的对象至雷达的回波引起的峰值频率分量作为CW上限分量；(d)向高于CW上限分量的CW噪声频谱的高频区中的频率分量添加偏移以定义第一分布；以及(e)确定第一分布作为峰值检测阈值的值。
指令还可以包括步骤：传输FMCW雷达波；当把传输器和接收器放置在无回波环境中时接收FMCW雷达波的回波以产生和频率分析拍频信号以形成频谱作为FMCW噪声频谱；在各频率处保持FMCW噪声频谱中的峰值电平；在无回波环境中传输CW雷达波；接收CW雷达波的回波以产生和频率分析拍频信号以形成多个频谱作为CW噪声频谱；在各频率计算CW噪声频谱中的平均值；以及在各频率确定平均值中的一个平均值与峰值电平中的每个峰值电平之间的差异作为偏移。
指令可以进一步包括步骤：在启动接收器的情况下停用传输器以产生拍频信号作为第三拍频信号；对第三拍频信号进行频率分析以创建频谱作为接收器噪声频谱；向低于CW上限分量的低频区中的接收器噪声频谱添加1/f噪声；调整添加1/f噪声的接收器噪声频谱的电平以形成连续地接续到第一分布的第二分布；以及确定第二分布作为低频区中峰值检测阈值的值。
附图说明
从下文中给出的详细描述和本发明优选实施例的附图将更充分地理解本发明，然而它们不应当用来把本发明限制为具体实施例而是只用于说明和理解的目的。
在图中：
图1是示出了根据本发明实施例的雷达系统的方框图；
图2是如图1中所示例的雷达系统执行的测量程序的流程图；
图3是展现对象检测模式中图1的雷达系统的操作的时间图；
图4是图1的雷达系统要执行的阈值确定程序的流程图；
图5(a)是示例了如通过对接收器噪声测量操作中获取的数据样本进行快速傅立叶变换所做出的接收器噪声频谱的示例的视图；
图5(b)是示例了如通过对CW噪声测量操作中获取的数据样本进行快速傅立叶变换所做出的CW噪声频谱的示例的视图；
图5(c)是示例了峰值检测阈值的示例的视图；
图6是图1的雷达系统要执行的文本程序的流程图；
图7是示出了如何确定用于计算峰值检测阈值的偏移的视图；
图8(a)是展示强反射阈值与用以确定强反射阈值的峰值频率分量之间关系的示例的视图；
图8(b)是示出了通过FMCW雷达波创建的频谱的视图；以及
图8(c)是示出了通过CW雷达波创建的频谱的视图。
具体实施方式
现在参照图，特别是图1，示出了在检测或跟踪前方可检测范围中存在的目标对象的汽车交通工具中可以采用的根据本发明的雷达系统1。把雷达系统1设计成传输毫米波段中的频率调制雷达波、接收其返回、以及识别诸如前进交通工具或路边对象的目标以产生关于目标的信息的FMCW(频率调制连续波)类型的毫米波雷达。
雷达系统1包括振荡器10、放大器12、划分器(也称为分割器)14、放大器15、传输器天线16、以及接收器天线装备20。振荡器10产生毫米波段(例如，76.5GHz)中的高频信号以及作为调制信号M的电平的函数改变振荡频率。放大器12放大如振荡器10所产生的高频信号。划分器14在功率上把放大器12的输出分割成传输信号Ss和本地信号L。放大器15放大传输信号Ss。传输器天线16以雷达波的形式输出放大器15的输出。接收器天线装备20由各自从对象接收雷达波的回波的n(＝大于一的整数)个天线(下面也将会称作接收器天线或信道CH1至CHn)构成。
雷达系统1还包括接收器开关21、放大器22、混频器23、滤波器24、A/D转换器25以及信号处理单元26。接收器开关21工作以按顺序选择接收器天线CH1至CHn中的一个以及向放大器22传输如接收器天线CH1至CHn中选择的一个所接收的信号Sr。放大器22放大接收信号Sr并把它输出到混频器23。混频器23把接收信号Sr与本地信号L混频以产生所谓的拍频信号BT。滤波器24从拍频信号BT中去除无用分量。A/D转换器25采样滤波器24的输出并把它转换成数字形式。信号处理单元26通过A/D转换器25控制拍频信号BT的采样并产生关于反射从传输器天线16传输的雷达波的目标的信息。
基本上，把除了信号处理单元26以外的雷达系统1的组件部分划分成两个区段A和B。具体地，第一区段A包括放大器15和传输器天线16。区段B包括其它组件部分。信号处理单元26分离地控制电量向区段A和B的提供。区段A连同信号处理单元26一起用作传输器。区段B连同信号处理单元26一起用作接收器。
雷达系统的操作
当启动雷达系统1时，振荡器10在如调制信号M所指定的频率处振荡。放大器12放大如振荡器10所产生的高频信号。划分器14在功率上把如放大器12所放大的高频信号分割成传输信号Ss和本地信号L。随后通过放大器15放大以及以雷达波的形式从传输器天线16输出传输信号Ss。
所有接收器天线CH1至CHn接收雷达波从目标对象的返回，接收器天线CH1至CHn的每个也将会通常称作接收器天线或接收器信道CHi(i＝1至n)。通过放大器22放大以及随后向混频器23发送如接收器开关21所选择的接收器天线CHi所接收的信号Sr。混频器23把如从划分器14所传输的本地信号L与接收信号Sr混频以创建拍频信号BT。通过滤波器24过滤、通过A/D转换器25采样以及随后向信号处理单元26输出拍频信号BT。
信号处理单元26产生电平以三角波的形式变化的调制信号M，以创建FMCW(频率调制连续波)雷达波，该FMCW(频率调制连续波)雷达波被频率调制以具有增加或减小、即以线性方式循环向上和向下扫频的频率，或者其电平保持恒定，以创建频率固定的CW雷达波。注意，下面也将会把雷达波的频率向上和向下扫频的时间段以及其范围称作调制频率升高和下降时间和范围。
信号处理单元26可用于停止把电量提供给区段A以在启用其接收器功能的情况下禁用雷达系统1的传输器功能。
信号处理
通过由CPU、ROM、RAM等构建以及装配有诸如DSP的算术处理单元的通常微型计算机实施信号处理单元26，以对通过A/D转换器25获取的雷达数据执行快速傅立叶变换(FFT)。
ROM在其中存储CPU要执行的程序以及在执行程序过程中使用的参数。
具体地，CPU执行用以采集检测雷达系统1跟踪的目标对象需要的数据的测量操作、用以产生关于目标对象的信息的对象信息产生操作、以及用于确定用在从目标对象反射的雷达波中提取给定信号分量中的峰值检测阈值的阈值确定操作。用于执行这种操作的参数包括峰值检测阈值的默认值、偏移以及强反射阈值，如后面将会详细描述的。
测量操作
图2是信号处理单元26被通电、以及执行给定初始化过程之后在给定间隔(例如，100ms)处要通过信号处理单元26执行的测量程序的流程图。初始化过程是把模式开关标志F复位为零以及信道指定参数i复位为一，后面将会详细描述此内容。
在进入程序之后，例程前往步骤S110，其中，把电量提供给雷达系统1的区段A和B以启动传输器和接收器。
例程前往步骤S120，其中，进入对象检测模式以通过传输器天线16传输FMCW雷达波以及接收FMCW雷达波的回波。通过接收器天线CH1至CHn中的每个接收的信号Sr(即，FMCW雷达波的回波)产生拍频信号BT(下面也将会称作第一拍频信号)。
具体地，对象检测模式是输出电平以三角波的形式变化的调制信号M以便在大于或等于雷达波向和从最大可检测距离(即，雷达范围的最远端)行进和返回需要的时间量(即，往返时间)的时间间隔处产生P次(P是大于一的整数)FMCW雷达波。还在与作为调制频率上升和下降时间总和的时间段对应的频率调制周期中按顺序从一个向另一个切换接收器天线CH1至CHn，以使得A/D转换器25采样拍频信号BT给定次数(例如，调制频率上升和下降时间中的每个中每信道256个样本)。
例程前往步骤S130，其中，确定是否把模式切换标志F设置为零。如果获得是的答案(F＝0)，则例程前往步骤S140，其中，进入CW噪声测量模式以通过传输器天线16传输CW雷达波以及采样如信道指定参数i指定的接收器天线CHn中的一个(即，接收器天线CHi)接收的信号Sr所产生的所得拍频信号BT(下面也将会称作第二拍频信号)。
具体地，CW噪声测量模式是对于半个频率调制周期(即，CW雷达波一个周期的持续时间)输出保持电平恒定以创建CW雷达波的调制信号M，继续只选择如信道指定参数i所指定的接收器天线CH1至CHn中的一个，以及通过A/D转换器25把拍频信号BT采样给定次数(例如，256次)。
例程前往步骤S150，其中，切断电量向区段A和B的提供以禁用雷达系统1的传输器功能和接收器功能。例程前往步骤S160，其中，把模式切换标志F设置为零。例程随后终止。
如果在步骤S130中获得意味着模式切换标志F并非零的否的答案，则例程前往步骤S170，其中，切断电量向区段A的提供以禁用雷达系统1的传输器功能。例程前往步骤S180，其中，进入接收器噪声测量模式以停用传输器功能以不传输雷达波，但是获取如信道指定参数i指定的接收器天线CHn中的一个(即，接收器天线CHi)与放大器22连接时所得出的信号Sr所产生的所得拍频信号BT(下面也将会称作第三拍频信号)。
具体地，接收器噪声测量模式如同CW噪声测量模式中一样是对于CW雷达波的一个周期输出保持电平恒定以创建CW雷达波的调制信号M，保持如信道指定参数i所指定的接收器天线CH1至CHn中的一个与放大器22照原样的连接，以及通过A/D转换器25把拍频信号BT采样给定次数(例如，256次)。
例程前往步骤S190，其中，切断电量向区段B的提供以禁用雷达系统1的接收器功能。例程前往步骤S200，其中，更新或递增信道指定参数i。具体地，当信道指定参数i并非n(即，i≠n)时，把它递增1(即，i←i+1)。当信道指定参数i达到n时，把它复位为1(即，i←1)。换言之，对于所有接收器天线CH1至CHn执行图2的程序。
例程前往步骤S210，其中，把模式切换标志F设置为零。例程随后终止。
图3是展现对象检测模式中雷达系统1的操作的时间图。
当模式切换标志F是零时，继对象检测模式后进入CW噪声测量模式。可替选地，当模式切换标志F是1时，继对象检测模式后进入接收器噪声测量模式。具体地，如从图3可见在各个测量周期中执行雷达操作。交替执行CW噪声测量操作和接收器噪声测量操作。
在对象检测模式中，对于P个周期(即，P个频率调制周期)从传输器天线16传输FMCW雷达波。注意，在图3的示例中P＝3。在雷达波的调制频率上升和下降范围中的每个中通过所有接收器天线CH1至CHn中的每个得到拍频信号BT给定数量的数据样本(例如，256个样本)。通过A/D转换器25得出以及存储调制频率上升和下降范围中每个中接收器天线CH1至CHn中每个的数据样本的总共P个集合(例如，3×256个样本)。在CW噪声测量模式和接收器噪声测量模式的每个中，通过接收器天线CH1至CHn中的一个(即，接收器信道CHi)得到拍频信号BT给定数量的数据样本(例如，256个样本)。在每次执行CW噪声测量操作和接收器噪声测量操作中的每个时将接收器信道CHi从接收器天线CH1至CHn中的一个改变成另一个。
对象信息产生操作
雷达系统1还用作对象信息产生模式中的对象信息产生装置。具体地，对象信息产生模式是对雷达波的调制频率上升和下降范围中的每个中在对象检测模式中通过接收器信道CH1至CHn中的每个获取的第一拍频信号的数据样本执行频率分析(即，快速傅立叶变换)。把如调制频率上升和下降范围中的每个中所得出的P个频率分析结果求平均以创建平均频谱。从平均频谱中提取如后面将会详细描述的功率大于峰值检测阈值的峰值频率分量。使用这种提取的分量，随后计算到从其出现了峰值频率分量的目标对象的距离、目标对象的相对速度、以及方向角的对象信息。可以通过FMCW雷达领域中已知的通常方式实现此类型的对象信息产生操作，此处将略去其详细说明。
阈值确定操作
图4是要在每次完成步骤S140的CW噪声测量或步骤S180的接收器噪声测量时发起的阈值确定程序的流程图。注意，在以上初始化过程中把此程序中使用的峰值检测阈值复位为默认值。
在进入程序之后，例程前往步骤S310，其中，通过快速傅立叶变换对如雷达系统1的CW噪声测量模式或接收器噪声测量模式的操作中所得出的第二拍频信号或第三拍频信号的数据样本进行频率分析，并随后作为CW噪声频谱或接收器噪声频谱对其进行存储。
例程前往步骤S320，其中，确定步骤S310中获得的内容是否是CW噪声频谱。可以通过检查模式切换标志F实现此确定。当模式切换标志F是1时，表示在紧接把模式切换标志F设置为1之前做出了CW噪声测量。因此在步骤S320中确定此程序执行周期中的步骤S310中获得的内容是CW噪声频谱。
如果在步骤S320中获得意味着得出了CW噪声频谱的是的答案，则例程前往步骤S385，其中，存在峰值在功率上大于CW噪声频谱中强反射阈值的频率分量(即，峰值频率分量)与否。如果获得意味着不存在峰值频率分量的否的答案，则例程终止。可替选地，如果获得是的答案，则例程前往步骤S390，其中，把模式切换标志F设置为零。丢弃如步骤S310中所得出的CW噪声频谱。例程随后终止。
当在步骤S390中把模式切换标志F设置为零时，将会使得在后续测量周期中继对象检测模式后执行CW噪声测量操作。此后，当再次发起此程序时，将会得出针对同样接收器信道CHi的CW噪声频谱。
可替选地，如果在步骤S320中获得意味着步骤S310中获得的内容是接收器噪声频谱的否的答案，即已经通过同样的接收器信道CHi得出了CW噪声频谱和接收器噪声频谱这二者，则例程前往步骤S330。在步骤S330中，提取频率分量在频率上低于给定边界频率(例如，75kHz)的该程序执行周期中的步骤S310中所得出的接收器噪声频谱的区域作为低频区。类似地，提取频率分量在频率上高于给定边界频率(例如，75kHz)的如先前程序执行周期上所得出的CW噪声频谱的区域作为高频区。作为针对在此程序执行周期中的步骤S310中通过其得出并频率分析或快速傅立叶变换数据样本(换言之，步骤S180中选择了的)的接收器信道CH1至CHn中一个的实际噪声形状数据组合和存储低频区和高频区。
例程前往步骤S340，其中，确定是否对于所有接收器信道CH1至CHn采集了实际噪声形状数据。如果获得否的答案，则例程终止。可替选地，如果获得是的答案，则例程前往步骤S350，其中，针对每个频率(例如，每个频率BIN)把如通过所有接收器信道CH1至CHn所获取的实际噪声形状数据的所有集合求平均以得出信道平均噪声形状数据。例程前往步骤S360，其中，确定如步骤S340中所得出的信道平均噪声形状数据的数量是否达到给定值。如果获得否的答案，则例程终止。可替选地，如果获得是的答案，则例程前往步骤S370，其中，针对每个频率(例如，每个频率BIN)计算给定数量的信道平均噪声形状数据中的最近的信道平均噪声形状数据的平均(即，移动平均)以得出噪声参考值。
例程前往步骤S380，其中，向处于高频区中的噪声参考值中的一些噪声参考值添加对于峰值检测阈值给出的偏移以产生高频谱。向处于低频区中的噪声参考值中的一些噪声参考值添加1/f噪声且然后在信号电平上调整1/f噪声以使得其信号电平可以跨越边界频率连续地接续到高频区中的信号电平，从而产生低频谱。把高频谱和低频谱组合以得出峰值检测阈值的更新值。
把峰值检测阈值设置为默认值直到确定如步骤S340中所得出的信道平均噪声形状数据的数量达到给定值为止。此后，使用如通过以上方式所计算的值作为峰值检测阈值。在每次计算信道平均噪声形状数据时(换言之，每n个测量周期)更新峰值检测阈值。
图5(a)、5(b)和5(c)展现了如何以如上所述的方式确定峰值检测阈值。图5(a)示例了通过对接收器噪声测量操作中获取的数据样本进行快速傅立叶变换所做出的接收器噪声频谱的示例。图5(b)示例了通过对CW噪声测量操作中获取的数据样本进行快速傅立叶变换所做出的CW噪声频谱的示例。图5(c)示例了峰值检测阈值的示例。
通过不存在峰值频率分量的CW噪声频谱的高频区定义峰值检测阈值的高频范围。使用接收器噪声频谱的低频区定义峰值检测阈值的低频范围。这是因为CW噪声频谱通常包括从传输器天线16直接传输的噪声(即，泄漏噪声)以及接收器本身中生成的噪声(例如，接收器噪声)，但是因为峰值频率分量通常出现、而接收器噪声频谱在其整个范围上没有峰值、但是它在确定峰值检测阈值过程中不反映泄漏噪声所以无法使用其低频区确定峰值检测阈值。
CW噪声频谱的高频区中频率分量的平均值(即，高频区中的噪声参考值)表示包含泄漏噪声的接收器噪声的平均值。因此，在高频区中通过把选择成大于随机噪声的变化的偏移添加到噪声参考值得出峰值检测值(见图5(c)中的第一分布)。
接收器噪声频谱的低频区中频率分量的平均值(即，低频区中的噪声参考值)表示不包含泄漏噪声的接收器噪声的平均值。1/f噪声因此被添加到噪声参考值以估算包含泄漏噪声的接收器噪声频谱的波形，且然后在信号电平上被调整以使得其信号电平可以通过边界频率连续地接续到高频区中的信号电平，从而产生各自提高1/f噪声和接收器噪声的总和的值作为峰值检测阈值(见图5(c)中的第二分布)。
当存在CW噪声频谱的低频区内在电平上极其大的峰值频率分量时(见图5(b)中的虚线)，意味着相位噪声加宽较大的峰值频率分量的基础部分(下面也将会称作下裙边(skirt))，这也将会提高CW噪声频谱的高频区中的本底噪声。相应地，当存在功率大于强反射阈值以及将会影响高频区中频率分量的CW噪声频谱中的一个的低频区中的峰值频率分量时，从信道平均噪声形状数据(即，噪声参考值)的计算中排除CW噪声频谱中的这一个CW噪声频谱。
如何确定峰值检测阈值的偏移量
下面将参照图6描述要对工厂处的雷达系统1执行用以确定偏移量和强反射阈值的测试。
通过无回波环境(例如，不存在从雷达系统1传输的雷达波的反射的消声室)中放置的雷达系统1进行测试。在确定偏移量和强反射阈值过程中使用如把步骤S120中的对象检测操作和步骤S140中的CW噪声测量操作执行所需次数所创建的数据样本。
信号处理单元26做出测试，但是可以可替选地把数据样本加载到外部信号处理单元或计算机中以计算偏移量和强反射阈值。
参考图6的程序，例程首先前往步骤S410，其中，在雷达波的调制频率上升和下降范围的每个中对如通过对象检测模式中通过接收器信道CH1至CHn中的每个所获取的数据样本进行快速傅立叶变换，从而产生多个频谱作为FMCW噪声频谱。
例程前往步骤S420，其中，对如通过接收器信道CH1至CHn中的每个所获取的数据样本进行快速傅立叶变换，从而产生多个CW噪声频谱。
例程前往步骤S430，其中，通过例如峰值持有电路提取在各频率(例如，BIN)处如步骤S410中所得出的各FMCW噪声频谱中的最大值(即，峰值电平)以评估最大噪声频谱。例程前往步骤S440，其中，计算如步骤S420中所得出的各CW噪声频谱中各频率分量的平均值以做出平均噪声频谱。
例程前往步骤S450，其中，针对每个频率(即，每个BIN)计算如图7中所示例的如步骤S430中所得出的最大噪声频谱与如步骤S440中所得出的平均噪声频谱之间的差异(即，峰值电平中的每个峰值电平与平均值的对应的一个之间的差异)。作为用于确定峰值检测阈值的偏移量确定如对于各频率所得出的差异并在信号处理单元26的ROM中存储该差异。
对于所有频率分量仅计算和使用偏移量的最大值。
如何确定强反射阈值和边界频率
图8(a)示例了强反射阈值与峰值频率分量之间关系的示例。
在示例的频谱中，峰值频率分量各自包括相位噪声引起的下裙边。此处，把噪声可准许值NdBm处下裙边的一半宽度(即，峰值频率分量的竖直中心线与噪声可准许值NdBm和下裙边较高频率边缘的交叉点之间的距离)定义成下裙边的尺寸。
以下述文章中教导的方式在各个频率(即BIN)处计算下裙边的尺寸与给定可准许值(例如，图8(a)中的25kHz)相同的峰值频率分量的峰值电平作为强反射阈值。
为了避免峰值电平低于强反射阈值的峰值频率分量对CW噪声频谱的高频区中本底噪声的不利作用，优选地确定边界频率以比如根据目标对象与雷达系统1之间相对速度的预定上限所计算的CW上限分量大以上可准许值(即，25kHz)。在雷达系统1中，当相对速度的上限是300km/h时，CW上限分量的频率是43kHz。把50kH(即，CW上限分量的频率加裕度)和可准许值(即，25kHz)的总和定义成边界频率(＝75kHz)。
如FMCW雷达波引起的频谱(见图8(b))上所出现的峰值频率分量等同于如下分量：其具有相同的峰值、然而低于CW雷达波引起的频谱(见图8(c))上的CW上限分量的频率。
通过使用相位噪声抵消公式评估来自位于距雷达系统1给定距离处的目标对象的回波造成的快速傅立叶变换(FFT)的拍频信号的波形(即，峰值频率分量的波形)在逻辑上估算峰值频率分量下裙边的尺寸，如例如第三届欧洲雷达会议、Patrick DL Beasley的文章“The influence ofTransmitter Phase Noise on FMCW Radar performance”中所教导的，其全部内容经引用并入本文。
如根据以上讨论可明显看到，雷达系统1工作以通过把如考虑到噪声的变化所得出的偏移量添加到高于边界频率以及反映泄漏噪声和接收器噪声的CW噪声频谱的高频区中的实际测量的频率分量的平均量，以及也通过根据接收信号噪声频谱和1/f噪声频谱中实际测量的频率分量估算接收器噪声频谱的低频区中噪声频谱的波形以及调整低频区中噪声分量的电平以接续到高频区中的电平来确定用于提取峰值频率分量使用的峰值检测阈值。
因此，雷达系统1用于确定峰值检测阈值，在该峰值检测阈值上在需要以对象检测模式检测峰值频率分量的整个频带上反映噪声的作用，因而结果是获取关于反射雷达波的目标对象的信息或峰值频率分量时的准确性得以增加。
当存在功率大于CW噪声频谱中一个CW噪声频谱中的强反射阈值的峰值频率分量时，在确定峰值检测阈值过程中不使用从该CW噪声频谱得出的数据，因而防止峰值检测阈值由于下裙边延伸到CW噪声频谱的高频区中的大功率的峰值频率分量的作用而具有不期望地较大的值。
虽然在优选实施例方面公开了本发明以便于更好地理解本发明，但应当明白，可以在不脱离本发明原理的情况下以各种方式实施本发明。因此，应当把本发明理解为包括可以在不脱离如所附权利要求中所阐述的本发明原理的情况下实施的所有可行实施例和对示出的实施例的修改。
例如，在测量周期中的不同测量周期中执行CW噪声测量操作和接收器噪声测量操作，但是可以可替选地在相同测量周期中按顺序执行上述操作。
在测量周期中的一个测量周期中执行CW噪声测量操作和接收器噪声测量操作中的每个，以只通过接收器信道CH1至CHn中的一个得出数据样本，但是可以使得通过接收器信道CH1至CHn中的一些或全部产生数据样本。
在接收信号Sr的噪声的变化小或者其温度相关偏移小的情形中，可以在不执行接收器噪声测量操作的情况下使用预先计算的确定的单个接收信号噪声频谱或对于各接收器信道CH1至CHn预先计算的多个接收信号噪声频谱。
在接收信号噪声频谱在周边温度改变的情况下以基本上恒定的速率改变的情形中，可以通过该速率和周边温度修正仅一个接收信号噪声频谱，从而在不创建多个接收器噪声频谱的情况下确定峰值检测阈值。
雷达系统1把偏移量添加到处于高频区中的噪声参考值，但是可以可替选地被设计成把偏移量添加到接收噪声形状数据或信道平均噪声形状数据。
可以把图2、4和6中的程序存储在计算机可读存储介质(例如，非临时性介质)中。介质可以是例如但是不限于电、磁、光学、红外或半导体系统、设备或传输介质。
存储介质中的程序可以安装在计算机中并被执行以实现雷达系统1。

Claims (10)

1.一种用于确定频率调制连续波雷达在检测峰值频率分量时使用的峰值检测阈值的方法，峰值频率分量呈现为表示通过对第一拍频信号进行频率分析得出的频谱中的目标对象，第一拍频信号是从雷达的传输器传输的频率调制连续波雷达波和来自目标对象的频率调制连续波雷达波的回波形成的拍频信号，所述方法包括：
产生第二拍频信号，所述第二拍频信号是通过经由传输器传输CW雷达波以及接收其回波创建的拍频信号；
对第二拍频信号进行频率分析以创建频谱作为CW噪声频谱，以及定义CW噪声频谱中出现的、且由CW雷达波从具有相对速度的预定上限的对象至雷达的回波引起的峰值频率分量作为CW上限分量；
向高于CW上限分量的CW噪声频谱的高频区中的频率分量添加偏移量以定义第一分布；以及
确定所述第一分布作为峰值检测阈值的值。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：把传输器和接收器放置在无回波环境中；传输频率调制连续波雷达波；接收频率调制连续波雷达波的回波以产生拍频信号并对其进行频率分析以形成频谱作为频率调制连续波噪声频谱；在各频率处保持频率调制连续波噪声频谱中的峰值电平；在无回波环境中传输CW雷达波；接收CW雷达波的回波以产生拍频信号并对其进行频率分析以形成多个频谱作为CW噪声频谱；在各频率处计算CW噪声频谱中的平均值；以及在各频率处确定平均值中的一个和峰值电平中的每个之间的差异作为偏移量。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在启动接收器时停用传输器以产生拍频信号作为第三拍频信号；对第三拍频信号进行频率分析以创建频谱作为接收器噪声频谱；向低于CW上限分量的低频区中的接收器噪声频谱添加1/f噪声；调整添加1/f噪声的接收器噪声频谱的电平以形成连续地接续到第一分布的第二分布；以及确定第二分布作为低频区中峰值检测阈值的值。
4.一种对象信息产生装置，包括：
第一分析部件，用于对第一拍频信号进行频率分析以产生频谱，第一拍频信号是通过经由传输器传输频率调制连续波雷达波以及通过雷达的接收器接收频率调制连续波雷达波的回波创建的拍频信号；
峰值检测部件，用于检测大于来自如所述第一分析部件所得出的频谱的给定峰值检测阈值的峰值频率分量；
第二分析部件，用于对第二拍频信号进行频率分析以产生频谱作为CW噪声频谱，第二拍频信号是通过经由传输器传输CW雷达波以及通过接收器接收CW雷达波的回波创建的拍频信号；
阈值确定部件，用于基于CW噪声频谱确定峰值检测阈值，所述阈值确定部件定义CW噪声频谱中出现的、且由CW雷达波从具有相对速度预定上限的对象至雷达的回波引起的峰值频率分量作为CW上限分量，所述阈值确定部件向高于CW上限分量的CW噪声频率的高频区中的频率分量添加偏移量以定义第一分布；所述阈值确定部件确定所述第一分布作为峰值检测阈值的值；以及
目标对象信息产生部件，用于基于如所述峰值检测部件所检测的峰值频率分量产生关于反射频率调制连续波雷达波的目标对象的信息。
5.如权利要求4所述的对象信息产生装置，进一步包括：第三分析部件，用于在启动所述接收器时停用所述传输器以产生拍频信号作为第三拍频信号，以及对所述第三拍频信号进行频率分析以创建频谱作为接收器噪声频谱，以及其中所述阈值确定部件向低于CW上限分量的低频区中的接收器噪声频谱添加1/f噪声，调整添加1/f噪声的接收器噪声频谱的电平以形成连续地接续到第一分布的第二分布，以及确定所述第二分布作为低频区中峰值检测阈值的值。
6.如权利要求4所述的对象信息产生装置，其中，所述第二分析部件把CW雷达波传输给定次数以产生多个CW噪声频谱，以及把CW噪声频谱的频率分量求平均以形成峰值检测阈值中使用的频谱，其中，当CW噪声频谱中的一个CW噪声频谱包括下裙边延伸到高频区中的峰值频率分量时，从峰值检测阈值中使用的频谱的形成中排除CW噪声频谱中的所述一个CW噪声频谱。
7.一种用于存储频率调制连续波雷达在检测峰值频率分量时使用的计算机程序的非临时性计算机可读存储介质，峰值频率分量呈现为表示通过对第一拍频信号进行频率分析得出的频谱中的目标对象，第一拍频信号是从雷达的传输器传输的频率调制连续波雷达波和来自目标对象的频率调制连续波雷达波的回波形成的拍频信号，所述程序包括用以执行如下步骤的指令：
确定频率调制连续波雷达在检测峰值频率分量时使用的峰值检测阈值，峰值频率分量呈现为表示通过对第一拍频信号进行频率分析得出的频谱中的目标对象，第一拍频信号是通过从雷达的传输器传输的频率调制连续波雷达波和来自目标对象的频率调制连续波雷达波的回波形成的拍频信号；
产生第二拍频信号，所述第二拍频信号是通过经由传输器传输CW雷达波以及接收其回波创建的拍频信号；
对所述第二拍频信号进行频率分析以创建频谱作为CW噪声频谱以及定义CW噪声频谱中出现的、且由CW雷达波从具有相对速度的预定上限的对象至雷达的回波引起的峰值频率分量作为CW上限分量；
向高于所述CW上限分量的CW噪声频谱的高频区中的频率分量添加偏移量以定义第一分布；以及
确定所述第一分布作为峰值检测阈值的值。
8.如权利要求7所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，所述指令还包括步骤：传输频率调制连续波雷达波；当把传输器和接收器放置在无回波环境中时接收频率调制连续波雷达波的回波以产生拍频信号并对其进行频率分析以形成频谱作为频率调制连续波噪声频谱；在各频率处保持频率调制连续波噪声频谱中的峰值电平；在无回波环境中传输CW雷达波；接收CW雷达波的回波以产生拍频信号并对其进行频率分析以形成多个频谱作为CW噪声频谱；在各频率处计算CW噪声频谱中的平均值；以及在各频率处确定平均值中的一个和峰值电平中的每个之间的差异作为偏移量。
9.如权利要求7所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，所述指令还包括步骤：在启动接收器时停用传输器以产生拍频信号作为第三拍频信号；对所述第三拍频信号进行频率分析以创建频谱作为接收器噪声频谱；向低于CW上限分量的低频区中的接收器噪声频谱添加1/f噪声；调整添加1/f噪声的接收器噪声频谱的电平以形成连续地接续到第一分布的第二分布；以及确定所述第二分布作为所述低频区中峰值检测阈值的值。
10.如权利要求7所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，所述指令还包括步骤：基于所述峰值频率分量产生关于反射频率调制连续波雷达波的目标对象的信息。
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