CN106772265A - 收发器电路 - Google Patents

Abstract

本公开涉及收发器电路。其包括：被布置成生成输出信号的信号发生器(11；21；31)；耦合到信号发生器以便发送输出信号的发送器(12；22；32)；被布置成接收被接收信号的接收器(14；24；34)；耦合到接收器和信号发生器以便混合输出信号和接收信号以便产生混合信号的混合器(15；25；35)；以及耦合到混合器以便对混合信号起作用以产生被滤波信号的至少一个滤波器(16、17；26、27；36、37)；其中输出信号的不想要部分在接收器被接收，而没有从目标(3)反射；并且其中收发器电路还包括被布置成生成是每个滤波器对不想要部分的行为的仿真的仿真波形并且应用校正以便从被滤波信号去除该仿真波形的校正电路(19a、19b；29a、29b；39a、39b、39c)。

Description

收发器电路

技术领域

本发明涉及收发器电路、使用这种收发器电路的目标检测装置和操作收发器电路的方法。

背景技术

为了检测装置周围的目标而使用诸如雷达系统之类的目标检测系统是众所周知的。通常，诸如无线电波之类的辐射将从发送器被发送并在接收器处被接收，并且通过将发送的内容与接收的内容进行比较，确定目标在装置周围的存在和潜在位置。

示例现有技术的频率调制连续波雷达装置在附图的图1中示出。它包括振荡器1，该振荡器1产生具有调制的频率的信号。所使用的频率调制模式的例子在附图的图2a中示出，该图以实线示出随时间生成的信号的频率。

这种信号被传递到发送器2，发送器2生成无线电波并且在可能存在目标3的区域的方向上发送它们。接收器4接收已经被反射离开任何目标3的反射辐射，具有取决于目标的范围的时间延迟。但是，因为没有电路是完美的，所以一些发送的信号渗漏到(bleedthrough to)接收器。此外，由于雷达装置内或安装雷达装置的车辆内非常短程的内部反射，一些输出信号被内部反射回接收器。因此，输出信号的一定比例–不想要部分–以非常短的时间延迟范围在接收器4处被直接接收。这个不想要部分在图2a中以虚线示出。

收发器还具有混合输出和被接收信号的混合器5。众所周知，这产生混合信号，该信号将包含处于输出和被接收信号的频率之和和频率差异的分量。为了只分析差异信号，提供低通滤波器6和高通滤波器7，低通滤波器6丢弃与预期差异分量相比具有更高频率的那些分量，高通滤波器7阻断混合信号的DC分量，以产生在图2b中的理想情况下示出的被滤波信号。

但是，不想要部分还将被包括在与输出信号混合的被接收信号中。由于短时间延迟，这意味着，在输出信号的频率调制中存在不连续(并且尤其是如果在频率中存在阶跃)的时候，在混合信号中将存在处于相对高频率的大的不连续分量，并且其后在滤波器6、7中对这些不连续分量作出响应。这些在图2a和2b中用箭头标记示出。

照此，这会导致高通滤波器7中的有害影响。最实际的高通滤波器将对突然不连续频率尖峰具有瞬变响应，如图2b中所示。这可以在附图的图3中看出，其中较平滑的迹线示出这种瞬变对被滤波信号的影响，而较不平滑的迹线示出底层的被滤波信号。照此，可以看出，与底层的被滤波信号相比，瞬变是低频的，但是具有是底层信号的振幅的几倍的振幅。

改善这个问题的一个先前建议是在频域中校正不想要部分的瞬变效应。通常，在大多数雷达系统中，在已由模拟到数字转换器8数字化之后，对被滤波信号采取快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)。这在本提议中进行。在这个时候，基于滤波器6、7对已知输出信号的已知响应，校正被存储在存储器中，然后在频域中从FFT减去。

这可以在附图的图4a和4b中看出，其中图4a示出在应用任何校正之前已采取FFT，并且图4b示出在应用校正之后的FFT。应当指出两个图之间垂直标度的差异；给定瞬变响应的低频特性，减法在很大程度上被应用于FFT的最低频率分量。虽然这提供了有用的数据，但它丢失了将与短程目标相关的存在于较低频分量中的大量数据。这实际上限制了雷达系统可以在其处操作的最小范围。

改善滤波器对混合信号中的瞬变的瞬变响应的另一替代提议是计算或测量滤波器对给定输出信号不想要部分的响应并将那个波形保存在存储器中。但是，记录滤波器对所有不同瞬变的响应，尤其是在许多信道上，可能是存储器的低效使用。

还有另一种方法是在RF电路系统中创建具有180度相移的附加渗漏信号路径，该信号路径在到达滤波器之前抵消不想要的渗漏信号。这只能处理渗漏源，而不能处理其它不想要的反射(例如，来自雷达系统安装到其的车辆的部分)。

发明内容

根据本发明的第一方面，我们提供了一种收发器电路，包括：

·信号发生器，布置成生成输出信号；

·发送器，耦合到信号发生器，以便发送输出信号；

·接收器，布置成接收被接收信号；

·混合器，耦合到接收器并耦合到信号发生器，以便混合输出信号和被接收信号，以产生混合信号；以及

·至少一个滤波器，耦合到混合器，以便对混合的信号作用，以产生被滤波信号；

其中输出信号的不想要部分在接收器被接收，而没有从目标反射；并且其中收发器电路还包括校正电路，该校正电路被布置成生成是每个滤波器对不想要部分的行为的仿真的仿真波形并且应用校正以便从被滤波信号中去除该仿真波形。

因此，通过生成仿真信号，不想要部分在每个滤波器上的影响可以被去除，同时在滤波波形中保留比在低频数据被修改的情况下更多的低频信息。因此，使用这种收发器的基于反射的目标感测系统针对短程目标将具有更好的性能。就存储器使用情况而言，与保存每个滤波器对有可能被接收的所有形式的不想要部分的响应相比，本发明具有显著更低的成本。它也比这些做法中任何一种显著更灵活，因为它将对任意形式的输出信号作用以及因此对不想要部分作用；没有必要提前知道并预先计算需要被校正的内容。

通常，所述至少一个滤波器将包括高通滤波器和低通滤波器当中至少一个。我们发现这个问题在存在高通滤波器的情况下最麻烦。

收发器电路通常将包括耦合到每个滤波器的模拟到数字转换器，以便将被滤波信号从模拟信号转换为数字信号。校正电路可被布置成在被滤波信号被转换为数字信号之前或之后对被滤波信号应用校正。在任何情况下，校正将在被滤波信号接受诸如快速傅立叶变换(FFT)之类的任何频率分析之前被应用。

在校正电路被布置成使得在被滤波信号被转换为数字信号之后对被滤波信号应用校正的时候，仿真波形可以是数字信号的形式，并且校正电路可以被布置成使得例如通过减法从被滤波的数字信号中加性地(additively)去除该仿真波形。

在校正电路被布置成使得在被滤波信号被转换为数字信号之前对被滤波信号应用校正的时候，模拟到数字转换器可以是具有两个输入的差分模拟到数字转换器；第一个输入用于被滤波信号，第二个差分输入用于仿真波形。

这可以允许在没有其削波(clip)的情况下在模拟到数字转换器中使用更高的增益，这可以提高在更高范围使用这种收发器的基于反射的位置目标检测系统的性能。

照此，为了创建仿真波形，校正电路可以包括被布置成以数字形式创建仿真波形的数字信号创建电路，以及被布置成将仿真波形转换为模拟形式使得其可以被应用到被滤波信号的数字到模拟转换器。

作为替代，校正电路可以包括被布置成创建不想要部分的波形的估计的不想要信号创建电路，以及波形的估计被应用到其的至少一个另外的滤波器；因此，这至少一个另外的滤波器的输出可以是仿真波形，因为它可以表示这至少一个另外的滤波器对不想要部分的响应。照此，这使用另一个(a second)来仿真(一个或多个)原始滤波器的响应。通常，所述至少一个另外的滤波器应当与原始的至少一个滤波器具有相同或至少大致相同的特性。这可以使所述至少一个另外的滤波器能够对(原始的)至少一个滤波器对诸如温度之类的环境变化的行为进行建模。

校正电路可以被布置成使得利用多个参数生成仿真波形；通常，这些参数的数量将少于20，并且通常少于10。参数可以包括滤波器的至少一个极点(pole)、至少一个零点(zero)和至少一个增益(gain)；通常，参数将由两个极点、两个零点和一个增益组成。

校正电路可以包括执行校正电路的任何或全部功能的处理器。

根据本发明的第二方面，提供了一种目标检测系统，包括被布置成发送输出信号和接收被接收信号的本发明第一方面的收发器，以及被布置成比较被发送和被接收的信号以便确定目标的存在的处理电路。

通常，目标检测系统将是雷达系统，通常是频率调制连续波雷达，在这种情况下，被发送和接收的信号将是无线电信号。作为替代，目标检测系统可以是激光雷达系统，在这种情况下，被发送和接收的信号将是光信号，或者是声纳系统，在这种情况下，被发送和接收的信号将是声音信号。

在校正电路包括处理器的情况下，处理器还可以构成处理电路。

根据本发明的第三方面，我们提供一种操作收发器电路的方法，包括：

·生成和发送输出信号；

·发送输出信号；

·接收被接收信号；

·混合输出信号和被接收信号，以便产生混合信号；以及

·利用至少一个滤波器对混合信号进行滤波，以便产生被滤波信号；

其中输出信号的不想要部分在接收器处被接收，而没有从目标反射；并且其中该方法还包括生成是每个滤波器对不想要部分的行为的仿真的仿真波形，并且应用校正以便从被滤波信号中去除该仿真波形。

因此，通过生成仿真信号，不想要部分在每个滤波器上的影响可以被去除，同时在滤波波形中保留比在低频数据被修改的情况下更多的低频信息。因此，使用这种方法的基于反射的目标感测系统针对短程目标将具有更好的性能。就存储器使用情况而言，与保存每个滤波器对有可能被接收的所有形式的不想要部分的响应相比，本发明具有显著更低的成本。它也比这些做法中任何一种显著更灵活，因为它将对任意形式的输出信号作用以及因此对不想要部分作用；没有必要提前知道并预先计算需要被校正的内容。

该方法通常包括将被滤波信号从模拟信号转换为数字信号。该方法可以包括在被滤波信号被转换为数字信号之前或之后对被滤波信号应用校正。在任何情况下，校正将在被滤波信号接受诸如快速傅立叶变换(FFT)之类的任何频率分析之前被应用。

在被滤波信号被转换为数字信号之后对被滤波信号应用校正的时候，仿真波形可以是数字信号的形式，并且该方法可以包括例如通过减法从被滤波的数字信号中加性地去除该仿真波形。

在被滤波信号被转换为数字信号之前对被滤波信号应用校正的时候，该方法可以包括利用具有两个输入的差分模拟到数字转换器；第一个输入用于被滤波信号，第二个差分输入用于仿真波形。

这可以允许在没有其削波的情况下在模拟到数字转换器中使用更高的增益，这可以提高使用这种收发器检测在更高范围处的目标的基于反射的位置目标检测系统的性能。

该方法可以包括以数字形式创建仿真波形，并且然后通常将仿真波形转换为模拟形式，使得其可以被应用到被滤波信号。

作为替代，该方法可以包括创建不想要部分的波形的估计，传递该估计通过至少一个另外的滤波器；因此，所述至少一个另外的滤波器的输出可以是仿真波形，因为它可以表示至少一个滤波器对不想要部分的响应。照此，这使用第二组(一个或多个)滤波器来仿真(一个或多个)原始滤波器的响应。通常，每个另外的滤波器应当具有与每个原始滤波器相同或至少大致相同的特性。这可以使每个另外的滤波器能够对每个(原始)滤波器对诸如温度之类的环境变化的行为进行建模。

该方法可以包括利用多个参数生成仿真波形；通常，这些参数的数量将少于20，并且通常少于10。参数可以包括滤波器的至少一个极点、至少一个零点和至少一个增益；通常，参数将由两个极点、两个零点和一个增益组成。

收发器电路可以根据本发明的第一方面，并且可以具有其任何可选特征。

该方法可以包括在目标检测系统中使用收发器电路，其中将被发送和接收的信号进行比较，以便确定目标的存在。

通常，目标检测系统将是雷达系统，通常是频率调制连续波雷达，在这种情况下，被发送和接收的信号将是无线电信号。作为替代，目标检测系统可以是激光雷达系统，在这种情况下，被发送和接收的信号将是光信号，或者是声纳系统，在这种情况下，被发送和接收的信号将是声音信号。

附图说明

现在下面是仅以举例的方式参照附图描述的本发明实施例的描述，其中：

图1示出了现有技术的雷达收发器电路；

图2a和图2b示出了在图1电路上不想要部分的影响的图形；

图3示出了在时域中示出在图1电路上不想要部分的影响的图形；

图4a示出了在频域中对应于图3的图；

图4b示出了对应于图4a的图，但是不想要部分在高通滤波器上的影响在频域中被去除；

图5示出了根据本发明第一实施例的雷达收发器电路；

图6示出了根据本发明第二实施例的雷达收发器电路；

图7示出了根据本发明第三实施例的雷达收发器电路；

图8示出了不想要部分在图5电路的高通滤波器上的影响；以及

图9示出了不想要部分在图5电路的高通滤波器上的影响的去除。

具体实施方式

根据本发明第一实施例的频率调制连续波雷达收发器电路在附图的图5中示出。在这个实施例中，电路在很大程度上以与上面关于图1讨论的相同方式运作，并且因此等同的标号被用于该电路，标号数字增加10。

在这个实施例中，校正电路19a、19b用来校正被滤波波形中低通滤波器16的瞬变效应。它包括为被滤波波形创建校正信号的校正信号生成单元19a，以及从被滤波波形中减去校正信号的校正应用单元19b。

校正信号是通过预测高通滤波器17的行为生成的，这种预测是通过将高通滤波器17模拟为具有5个参数的简单模拟滤波器进行的，这5个参数将完全描述其：2个极点、2个零点和总体DC增益。此外，“阶跃”或“脉冲”输入的大小/形状可能需要被建模；这可以基于所选的输出信号。参数可以在运行时期间被估计(例如，通过经长时间段最小化被校正的样本中的低频分量)或者在制造或服务时被校准(例如，当滤波器参数不随时间显著变化时)。根据这些参数，滤波器对采样的波形的贡献–校正信号–可以在每个瞬变发生时针对每个瞬变实时计算，并从数字化的被滤波信号中减去。这提供了非常好的抵消的益处，只需存储器位置的最小限度的使用来存储参数–从而提高了雷达检测低范围目标的能力。

在这个实施例中，校正电路19b、19a将很大程度上在软件中实现；由软件执行的那些功能在图5中以虚线示出。照此，校正电路19b、19a可以使用然后被用来处理数字化的和被校正的被滤波信号的相同的处理器。

这个实施例的效果可以在附图的图8和9中看到。图8示出了被滤波信号(较高频率迹线)，其中瞬变效应被示为较低频率、更平滑的迹线。通过执行这个实施例的方法，图9中所示的结果可以被实现；注意垂直轴上的差异。不想要的瞬变–其可以是底层信号的多达10倍–已经被去除，而不会不适当地影响底层信号的低频分量。这可以使这个实施例与依赖于频谱域中失去低频数据的先前提议相比对低范围目标更敏感。

本发明的第二实施例在附图的图6中示出。如前所述，该电路很大程度上以与上面关于图1所讨论的相同方式运作，并且因此等同的标号被用于该电路，标号数字增加20。

在这个实施例中，不是在数字域中应用校正信号，而是在模拟域中应用校正信号。校正信号如前所述在校正信号生成单元29a中生成，然后被高速数字到模拟转换器(DAC)29b转换到数字域。然后，所使用的模拟到数字转换器(ADC)28是差分ADC，它在一个输入端获得来自混合器的模拟被滤波信号，并在其另一个差分输入端获得模拟校正信号。这将允许使用高得多的增益，而没有不想要的瞬变引起ADC削波。这将在检测长范围目标时产生更高的性能。

再次，校正电路29a、29b的功能的至少一部分可以在合适的处理器上以软件实现；在软件中执行的特征在图6中以虚线示出。

本发明的第三实施例在附图的图7中示出。如前所述，电路在很大程度上以与上面关于图1讨论的相同方式运作，并且因此等同的标号被用于该电路，标号数字增加30。

在这个实施例中，使用相对较慢的DAC 39b，但是其被馈送不想要部分的估计而不是校正信号本身。校正信号是通过将第二DAC40的结果所得的模拟输出经由另一个与损坏想要的信号的原始高通滤波器37类似的高通滤波器39c传递来创建的。两个输出–高通滤波器37的滤波输出和由另一高通滤波器39c生成的校正信号–被馈送到差分ADC 38，如前面实施例中那样。这个实施例要求甚至更少的数据存储并减少了对快速、精确DAC的需求，但添加了一些更相对便宜的部件。这将取决于充分代表高通滤波器39c的“类似的滤波器”39c(关于部件容差，等等)。这种做法的附加益处是，另一高通滤波器39c将具有与第一高通滤波器37类似的特性，诸如由于温度引起的频率响应的变化，等等。

Claims (23)

1.一种收发器电路，包括：

·信号发生器，布置成生成输出信号；

·发送器，耦合到所述信号发生器，以便发送所述输出信号；

·接收器，布置成接收被接收信号；

·混合器，耦合到所述接收器并耦合到所述信号发生器，以便混合所述输出信号和所述被接收信号，以产生混合信号；以及

·至少一个滤波器，耦合到所述混合器，以便对所述混合信号作用，以产生被滤波信号；

其中所述输出信号的不想要部分在所述接收器处被接收，而没有从目标反射；并且其中所述收发器电路还包括校正电路，所述校正电路被布置成生成是每个滤波器对所述不想要部分的行为的仿真的仿真波形，并且应用校正以便从所述被滤波信号中去除所述仿真波形。

2.如权利要求1所述的电路，其中所述校正在所述被滤波信号接受任何频率分析之前被应用。

3.如权利要求1所述的电路，其中所述收发器电路包括耦合到每个滤波器的模拟到数字转换器，以便将所述被滤波信号从模拟信号转换为数字信号。

4.如权利要求3所述的电路，其中所述校正电路被布置成使得在所述被滤波信号被转换为数字信号之前对所述被滤波信号应用校正。

5.如权利要求3所述的电路，其中所述校正电路被布置成使得在所述被滤波信号被转换为数字信号之后对所述被滤波信号应用校正。

6.如权利要求5所述的电路，其中所述仿真波形具有数字信号的形式，并且所述校正电路被布置成使得从被滤波的数字信号中加性地去除所述仿真波形。

7.如权利要求4所述的电路，其中所述模拟到数字转换器是具有两个输入的差分模拟到数字转换器：第一个输入用于所述被滤波信号并且第二个差分输入用于所述仿真波形。

8.如权利要求4所述的电路，其中，为了创建所述仿真波形，所述校正电路包括被布置成以数字形式创建所述仿真波形的数字信号创建电路，以及被布置成将所述仿真波形转换为模拟形式使得所述仿真波形能够被应用到所述被滤波信号的数字到模拟转换器。

9.如权利要求4所述的电路，其中所述校正电路包括被布置成创建不想要部分的波形的估计的不想要信号创建电路，以及波形的所述估计被应用到其的另一滤波器。

10.如权利要求1所述的电路，其中所述校正电路被布置成使得利用多个参数生成所述仿真波形。

11.如权利要求10所述的电路，其中存在少于20个参数，并且通常少于10个参数。

12.一种目标检测系统，包括被布置成发送输出信号和接收被接收信号的如权利要求1至11中任何一项所述的收发器，以及被布置成比较被发送的信号和被接收的信号以便确定目标的存在的处理电路。

13.一种操作收发器电路的方法，包括：

·生成和发送输出信号；

·发送所述输出信号；

·接收被接收信号；

·混合所述输出信号和所述被接收信号，以便产生混合信号；以及

·利用至少一个滤波器对所述混合信号进行滤波，以便产生被滤波信号；

其中所述输出信号的不想要部分在所述接收器处被接收，而没有从目标反射；并且其中所述方法还包括：生成是每个滤波器对所述不想要部分的行为的仿真的仿真波形，以及应用校正以便从所述被滤波信号中去除所述仿真波形。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述校正在所述被滤波信号接受诸如快速傅里叶变换(FFT)的任何频率分析之前被应用。

15.如权利要求13所述的方法，包括将所述被滤波信号从模拟信号转换为数字信号。

16.如权利要求15所述的方法，包括在所述被滤波信号被转换为数字信号之前对所述被滤波信号应用校正。

17.如权利要求15所述的方法，包括在所述被滤波信号被转换为数字信号之后对所述被滤波信号应用校正。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述仿真波形具有数字信号的形式，并且所述方法包括例如通过减法从被滤波的数字信号中加性地去除所述仿真波形。

19.如权利要求16所述的方法，包括使用具有两个输入的差分模拟到数字转换器；第一个输入用于所述被滤波信号并且第二个差分输入用于所述仿真波形。

20.如权利要求16所述的方法，包括以数字形式创建所述仿真波形，然后将所述仿真波形转换为模拟形式，使得所述仿真波形能够被应用到所述被滤波信号。

21.如权利要求16所述的方法，包括创建所述不想要部分的波形的估计并通过另一滤波器传递所述估计。

22.如权利要求13至20中任何一项所述的方法，包括利用多个参数生成所述仿真波形。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述参数包括滤波器的至少一个极点、至少一个零点和至少一个增益。