CN103809159B - 雷达系统的信号线性化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种雷达系统的信号线性化装置及方法，包括：选择开关，随着联机校准模式和运用模式的选择性切换形成转换路径；PLL环路路径形成部，根据所述选择开关的联机校准模式的转换控制形成PLL环路路径；数字‑模拟变换器，将数字信号变换成模拟而发生线性调频信号；模拟‑数字变换器，将从所述PLL环路形成部的测定控制电压转换成数字；MCU，在运用模式将频率控制电压传递给所述数字‑模拟变换器，在联机校准模式下对从所述模拟‑数字变换器的控制电压实施更新。本发明在线性调频信号生成和采集接收信息之后可以通过PLL对运用之前生成的需求频率电压的查找表进行更新，实时校准频率，不管构件陈旧或环境变化均可以保持线性。

Description

雷达系统的信号线性化装置及方法

技术领域

本发明涉及雷达系统的系统线性化装置及方法，具体是对于FMCW雷达系统的频率发生，利用联机（On-line）校准实施开放型频率控制，在温度和各种环境的变化下保持优秀频率线性的雷达系统的信号线性化装置及方法。

背景技术

众所周知，线性调频（Chirp）信号的线性是FMCW(Frequency ModulatedContinuous Wave)中决定目标分辨率和检测距离的重要因素，而且若想实现高分辨率的雷达，必须在更快时间内生成宽频带的线性调频信号。

为改善这些线性调频信号的线性，曾提出过各种方法，但在实际运用中，按照各种方法都难以形成完整的结构。

图1是传统的生成普通线性调频信号的PLL（Phase Locked Loop）电路结构示意图。如图1所示，传统的PLL电路是接收参考时钟输入，生成频率达到参考时钟N倍的输出时钟作为输出，包括相位频率检测器10（PFD; Phase Frequency Detector）、电荷（Charge）泵12、环路滤波器14、电压控制振荡器16（VCO; Voltage Controlled Oscillator）、分频器18。

首先，相位频率检测器10是对从参考时钟和电压控制振荡器16分配的输出时钟之间相位及频率差异进行比较，生成上升/下降（Up/Down）脉冲，由电荷泵12和环路滤波器14将分离式上升/下降脉冲转换成可控制所述电压控制振荡器16的模拟电压，使所述电压振荡器16的输出频率最终成为参考时钟频率的N倍。

通过所述PLL生成频率通过负反馈控制，经过较长时间后可以生成所需频率，但如线性调频停留（Chirp Dwell）时间快，由负反馈环的响应特性决定线性。

图2是传统PLL线路中对线性调频信号的线性错误状态示意图，图3是在传统PLL线路中的锯齿波形中发生的频率失真状态示意图。图2是表示环路响应快和慢时因趋势线的线性调频错误，经过环路响应特性改善，线性会得到改善，但停留（Dwell）时间快或线性调频形状为锯齿波形非三角波而一些区段的变化量大时如图3所示，对于锯齿波形响应的频率失真特性较突出显示。

图4是传统的利用普通数字-模拟转换器的开放型频率控制线路的结构示意图。如图4所示，传统的利用数字-模拟转换器的开放型频率控制线路包括MCU20、数字-模拟转换器22（DAC）、电压控制振荡器24（VCO），对电压控制振荡器24的电压直接控制进行控制而非通过负反馈控制频率，因此只要准确掌握所述电压控制振荡器24电压的频率响应特性，就可以实施线性控制。

所述传统的利用数字-模拟转换器的开放型频率控制电路是其性能绝对取决于所述电压控制振荡器24的响应特性，电压控制振荡器24的特性是所有各运用温度的查找（Lookup）表操作比较重要，表作业是在离线（Off-line）状态下进行。

因为没有如负反馈结构的延迟时间而不会发生如图3的频率失真，但电压控制振荡器24因时间而从物理性质上发生变化时，与现有查找表发生较大误差，为校准误差需更新查找表，但在实际运用中难以掌握误差程序，也不能校准查找表。

图5是传统的普通直接数字频率合成器（DDS）电路结构示意图，图6是传统的直接数字频率合成器电路中数字相位频率关系的示意图。如图5所示，直接数字频率合成器（DDS; Direct Digital Synthesizer）电路包括合成器30、相位寄存器32、相位变换器34、数字-模拟变换器36，但与现有模拟方式不同，将存储于相位寄存器32里的相位的电压值通过数字-模拟变换器36输出而发生信号。此时用数字组合随时间发生的相位变化而生成所需的频率信号。

采用数字生成信号的方式的直接数字频率合成器电路的线性绝对优于图1和图4中分别图示的模拟方式，但如图6所示因带内（In-Band）发生的寄生信号而出现探测错误，因频率极限而主要用于低频带，因此需加装上变频器才能在毫米波段应用。韩国公开专利第2011-0076511号（调频连续波信号发生装置及具备该装置的距离测定装置）（2011.07.06）专利公开上述相关的技术内容。

发明内容

如上所述，传统的信号线性装置是根据温度在离线状态下对于电压控制振荡器电压的频率输出特性实施查找表化后制定，查找表一旦被制定之后在运用中不可能被修改，利用温度传感器测定温度之后即使发现误差也需要根据该表值控制频率。

本发明的目的在于提供一种对于运用之前生成的需求频率电压的查找(Lookup)表，在线性调频(Chirp)信号生成和采集接收信息之后也可以通过PLL进行更新，以实时进行频率校准，不管构件陈旧或环境变化，均可保持线性的雷达系统的信号线性化装置及方法，从而改善所述传统技术上存在的问题。

本发明一方面提供一种雷达系统的信号线性化装置，包括：选择开关，随着联机（On-line）校准模式和运用模式的选择性切换形成转换路径；PLL环路路径形成部，根据所述选择开关的联机校准模式的转换控制形成PLL环路路径，按频率步进类别测定控制电压而生成和更新查找表；数字-模拟变换器，根据所述选择开关的运用模式的转换控制，将数字信号变换成模拟而发生线性调频信号；模拟-数字变换器，将从所述PLL环路形成部的测定控制电压转换成数字；以及MCU，根据模式状态控制所述选择开关，在运用模式将频率控制电压传递给所述数字-模拟变换器，在联机校准模式下对从所述模拟-数字变换器的控制电压实施更新。

所述PLL环路路径形成部包括：电压控制振荡器，输出通过所述选择开关输出的输入电压的频率信号；偶合器，为负反馈环路控制，对恒定量的输出信号电力实施分配；分配器，分配从所述偶合器负反馈的输出频率；参考电压控制振荡器，发生与所述分配频率比较相位的参考频率；相位检测器，发生与所述分配器的负反馈信号分配频率和所述参考电压控制振荡器的参考频率之间的频率之差的相应的电荷；环路滤波器，将所述相位检测器的发生电荷转换成电压，消除高频带的寄生（Spurious）信号。

所述相位检测器是频率被锁定（Lock）时向所述MCU传送锁定状态；

所述MCU是根据锁定状态的传送，存储从模拟-数字转换器的数字电压值。

本发明另一方面提供一种雷达系统的信号线性化方法，该方法实施步骤包括：在联机校准模式下随着根据选择开关的PLL环路路径形成，按频率步进类别测定控制电压而生成查找表；所述查找表的生成完成时MCU转换成运用模式发生线性调频信号；所述MCU在一个周期的运算时间内转换为联机校准模式按一个周期的校准数量测定控制电压，根据测定控制电压更新查找表。

所述生成查找表的步骤包括：相位检测器检测控制电压的频率被锁定（Lock）的状态传送给所述MCU，所述MCU将所述控制电压存储为数字值。

所述更新查找表的步骤中，所述MCU在每一个周期的运算时间按最大的频率步进数反复更新所述查找表。

本发明具有的有益效果在于：提升线性调频信号的线性，以提升雷达分辨率以及检测距离，提升分辨率和检测距离而为驾驶者提供更广阔视野，不需进行脱机校准而工艺简化且节省成本。

附图说明

图1是传统的一般生成线性调频信号的PLL电路结构示意图。

图2是传统的PLL电路中线性调频信号的线性错误状态示意图。

图3是传统的PLL电路中锯齿波形中发生的频率失真状态示意图。

图4是传统的一般利用数字-模拟变换器的开放型频率控制电路结构示意图。

图5是传统的一般直接数字合成器（DDS）电路结构示意图。

图6是传统的直接数字合成器电路中数字相位频率关系的示意图。

图7是本发明一个实施例的雷达系统的信号线性装置的结构示意图。

图8是本发明一个实施例的雷达系统的信号线性化装置中旨在运用装置的线性调频信号的曲线信息示意图

图9是本发明一个实施例的雷达系统的信号线性化装置中线性调频信号的发生周期示意图。

图10是说明本发明一个实施例的雷达系统的信号线性化方法的运行流程图。

图中：

100:数字-模拟变换器； 110:选择开关 ；

120:电压控制振荡器； 130:偶合器；

140:分配器 ； 150:参考电压控制振荡器；

160:相位检测器； 170:环路滤波器 ；

180:模拟-数字变换器 ； 190:MCU。

具体实施方式

下面结合附图，对具有所述结构的本发明详细进行描述。

在此过程中，附图中图示的线厚或构件的大小等是为了说明上更加明确和便利会有所夸张，且下述用语是根据本发明中的功能进行定义，与使用者、运用者的意图或使用惯例有些差异，因此须以本说明书的整体内容为基础对这些用语进行定义。

图7是本发明一个实施例的雷达系统的信号线性化装置的结构示意图。如图7所示，本发明的雷达系统的信号线性化包括数字-模拟变换器（DAC）100、选择开关110、电压控制振荡器（VCO）120、耦合器（Coupler）130、分配器（Divider）140、参考电压控制振荡器（Reference OSC）150、相位检测器（Phase Detector）160、环路滤波器（Loop Filter）170、模拟-数字变换器（ADC）180和MCU190。

所述数字-模拟转换器100将数字信号转换成用于控制所述电压控制振荡器120的模拟电压。

所述选择开关110根据所述MCU190的转换控制，为选择运用模式或联机（On-line）校准模式的路径而实施转换。

所述电压控制振荡器120输出通过所述选择开关110输出的输入电压的频率信号。

所述耦合器130为控制负反馈环路控制，对恒定量的输出信号电力实施分配。

所述分配器140为与参考时钟频率的相位比较，对从所述偶合器130负反馈的输出频率进行分配。

所述参考电压控制振荡器150将与以参考时钟频率在PLL负反馈结构被负反馈的分配频率比较相位的基准频率提供给相位检测器160。

所述相位检测器160发生与从所述分配器140的负反馈信号分配频率和从所述参考电压控制振荡器150的参考时钟频率之间的频率之差相应的电荷，而且实施确认锁住（Lock）状态的功能。

所述环路滤波器170）将从所述相位检测器160发生的电荷转换成电压，对高频带的寄生（Spurious）信号实施清除的作用。

所述模拟-数字转换器180将在锁住（Lock）状态下被所述电压控制振荡器120控制的电压值转换成数字信号。

所述MCU190在运用模式下将频率控制所需的电压信息传递给所述数字-模拟转换器100，在联机校准模式下通过从PLL和所述模拟-数字转换器180的控制，对所述电压控制振荡器120的控制电压实施更新的功能。

如上所述，线性调频频率一般都是根据查找表受到控制，但所述查找表不在脱机状态下生成，而是运用之前在当前温度状态下通过PLL环路测定控制电压而生成原始表，运用当中在联机（On-line）状态下可以对当前状态的温度随时进行更新。

图8是本发明一个实施例的雷达系统的信号线性化装置中旨在运用装置的线性调频信号的曲线信息示意图。如图8所示，雷达系统中线性调步信号的信息（即频带、时间/频率偏差（Deviation）、持续（Dwell）时间、频率步进个数）被决定以后在运用之前状态下实施查找表操作。

另一方面，所述查找表的操作被实施时，所述选择开关110被转换控制而具备连接到所述电压控制振荡器120、偶合器130、分配器140、相位检测器160、环路滤波器170的PLL环路路径，为第一个频率的输出，使PLL被负反馈控制。

而且，根据所述选择开关100的控制转换，形成连接到所述电压控制振荡器120、偶合器130、分配器140、相位检测器160、环路滤波器170的PLL环路路径，对于包括于该PLL环路路径的结构统称为PLL环路路径形成部。在其状态下，频率被锁定（Lock）则所述相位检测器160向所述MCU190传送锁定（Lock）状态，所述MCU190通过所述模拟-数字转换器180，将该电压控制振荡器120中的控制电压存储为数字值。对于线性调频Profile的剩余频率也反复实施上述操作而完成查找表。

所述查找表操作完成之后转换为运用模式，所述选择开关110的转换路径转换为所述数字-模拟转换器100侧，所述MCU190将查找表的存储值传递给所述数字-模拟转换器100，所述数字-模拟转换器100将输入数字信号变换成模拟电压而控制所述电压控制振荡器120。

图9是本发明一个实施例的雷达系统的信号线性化装置中线性调频信号的发生周期示意图。如图9所示，对于实际雷达运用事项中线性调频信号的发生周期，需根据线性调频信号的发生采集接收数据之后需要一些运算时间对此进行处理。在运算时间之内具有用于频率合成的等待时间，利用该时间实施更新查找表的联机校准。

一个周期的运算时间内无法对所有频率步进的控制电压进行更新，因此分为几个周期进行更新。也就是说，假设频率步进数量有1000个，考虑更新一个频率的时间计算出一个周期运算时间内可处理的最大数量，最大数量为100个，则一个周期内更新1-100个，在下一个周期内更新101-200个而共10个周期内完成1000个更新。所述更新在运用时间内无限地反复进行而在该温度条件下保持最佳的线性调频线性。

下面根据图10的流程图对如上形成的本发明的雷达系统信号线性化方法进行描述。首先，MCU190是联机校准模式下对选择开关110实施转换控制（步骤S10），从所述选择开关110到电压控制振荡器120、偶合器130、分配器140、相位检测器160、环路滤波器170形成PLL环路路径而实施根据频率步进分别测定控制电压的操作（步骤S11）。

根据所述频率步进分别实施测定控制电压的操作而在运用模式之前生成查找表（步骤S12），所述MCU190通过模拟-数字转换器180将从所述电压控制振荡器120的控制电压存储为数字值，反复实施对线性调频Profile的所有频率的操作而完成查找表。

在其状态下，所述MCU190转换为运用模式而控制所述选择开关110向数字-模拟变换器100侧形成转换路径（步骤S13），发生线性调频信号并通过数字-模拟变换器100变换成模块而控制所述电压控制振荡器120（步骤S14）。

然后，所述MCU190控制所述选择开关110根据在线校准模式形成转换路径（步骤S15），通过所述模拟-数字变换器180，按一个周期的校准数量接收转换成数字的控制电压值的输入（步骤S16）而根据所述测定结果更新查找表（步骤S17）。

以上实施例和特定用语仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种雷达系统的信号线性化装置，其特征在于，包括：

选择开关，随着联机校准模式和运用模式的选择性切换形成转换路径；

PLL环路路径形成部，根据所述选择开关的联机校准模式的转换控制形成PLL环路路径，按频率步进类别测定控制电压而生成和更新查找表；

数字-模拟变换器，根据所述选择开关的运用模式的转换控制，将数字信号变换成模拟而发生线性调频信号；

模拟-数字变换器，将从所述PLL环路路径形成部测定的控制电压转换成数字；以及

MCU，根据模式状态控制所述选择开关，在运用模式将频率控制电压传递给所述数字-模拟变换器，在联机校准模式下对从所述模拟-数字变换器的控制电压实施更新。

2.根据权利要求1所述的雷达系统的信号线性化装置，其特征在于，

所述PLL环路路径形成部包括：

电压控制振荡器，输出通过所述选择开关输出的输入电压的频率信号；

偶合器，为负反馈环路控制，对恒定量的输出信号电力实施分配；

分配器，分配从所述偶合器负反馈的输出频率；

参考电压控制振荡器，发生与分配的频率比较相位的参考频率；

相位检测器，发生与所述分配器的负反馈信号分配频率和所述参考电压控制振荡器的参考频率之间的频率之差的相应的电荷；

环路滤波器，将所述相位检测器的发生电荷转换成电压，消除高频带的寄生信号。

3.根据权利要求2所述的雷达系统的信号线性化装置，其特征在于，

所述相位检测器是频率被锁定时向所述MCU传送锁定状态；

所述MCU根据锁定状态的传送，存储从模拟-数字转换器的数字电压值。

4.一种雷达系统的信号线性化方法，其特征在于，该方法的实施步骤包括：

在联机校准模式下随着根据选择开关的PLL环路路径形成，按频率步进类别测定控制电压而生成查找表；

所述查找表的生成完成时，MCU转换成运用模式以通过数字-模拟转换器将数字信号变换成模拟而发生线性调频信号；

通过模拟-数字变换器，将测定的控制电压转换成数字，

所述MCU根据模式状态控制所述选择开关，在联机校准模式下在一个周期的运算时间内转换为联机校准模式按一个周期的校准数量测定控制电压，根据测定控制电压更新查找表，在运用模式将频率控制电压传递给所述数字-模拟变换器。

5.根据权利要求4所述的雷达系统的信号线性化方法，其特征在于，

所述生成查找表的步骤包括：相位检测器检测控制电压的频率被锁定的状态传送给所述MCU，所述MCU将所述控制电压存储为数字值。

6.根据权利要求4所述的雷达系统的信号线性化方法，其特征在于，

所述更新查找表的步骤中，所述MCU在每一个周期的运算时间按最大的 频率步进数反复更新所述查找表。