CN107102323A - 用于fmcw雷达高度计系统高度测量分辨率改进的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种改进雷达系统的高度测量分辨率的方法。该方法包括：在FFT处理器处基于FMCW雷达信号从第一频率到第二频率的周期性倾斜来跨一定频率范围周期性地生成FFT窗口集合；通过由至少一个处理器实施前缘跟踪算法来从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集；对所选窗口子集实施第二算法以确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以确定所选窗口子集内的插入窗口编号；以及基于所选窗口子集内的插入窗口编号来确定到目标的近似距离。该FFT窗口集合指示相应多个距离。

Description

用于FMCW雷达高度计系统高度测量分辨率改进的方法和系统
背景技术
常规的调频连续波（FMCW）雷达高度计系统受限于200MHz的操作带宽，其对应于大约3英尺范围分辨率。此类FMCW雷达通过以下方式来操作：发射啁啾信号（频率扫描）并基于发射啁啾信号与接收啁啾信号的反射之间的时间确定到目标的距离。啁啾信号被重复以连续测量距离。啁啾信号可以是被重复的线性增加的斜坡，或者可以是后面跟随被重复的线性减小的斜坡的线性增加的斜坡。此类FMCW雷达可以被用作飞机或空运交通工具中的高度计。
已知前缘检测方案会潜在地将高程偏差到比正确值的更低的值（即较短距离）。例如，在大目标的情况下，前缘检测方案可以跟踪前缘范围旁瓣而不是实际返回峰值。
发明内容
本申请涉及一种改进雷达系统的高度测量分辨率的方法。该方法包括：在快速傅立叶变换（FFT）处理器处基于调频连续波（FMCW）雷达信号从第一频率到第二频率的周期性倾斜来跨一定频率范围周期性地生成FFT窗口（bin）集合；通过由至少一个处理器实施前缘跟踪算法来从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集；对所选窗口子集实施第二算法以确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以便确定所选窗口子集内的插入窗口编号；以及基于所选窗口子集内的插入窗口编号来确定到目标的近似距离。FFT窗口集合指示相应的多个距离。所选窗口子集中的窗口彼此相邻。所选窗口子集指示雷达系统和目标之间的相应多个近似距离。
附图说明
要理解图仅描绘示例性实施例并且因此不被视为在范围上进行限制，将通过附图的使用利用额外特征和细节来描述示例性实施例，在附图中：
图1A示出根据本申请的在频率和时间关系图中线性倾斜的示例性FMCW雷达信号；
图1B示出根据本申请的图1A的示例性FMCW雷达信号的倾斜段和示例性目标反射信号；
图2是根据本申请的雷达高度计系统的一个实施例的框图；
图3是根据本申请的改进雷达高度计系统中的雷达系统的高度测量分辨率的示例性方法的流程图；
图4A是根据本申请的包括预选数目个最近生成的FFT窗口集合的经过平均的快速傅立叶变换（FFT）窗口的示例性集合；以及
图4B是根据本申请的最近接收的FFT窗口集合的示例性集合。
根据惯例，没有按照比例来绘制各种描述的特征，而是将各种描述的特征绘制成强调与示例性实施例有关的具体特征。
具体实施方式
在下面的详细描述中，对形成本文一部分的附图进行参考，并且在附图中通过图示的方式来示出具体说明性实施例。然而，要理解，可以利用其他实施例并且可以作出逻辑、机械和电气的变化。此外，附图和说明书中提出的方法将不被解释为限制可以执行各个步骤的顺序。因此，不要以限制的意义来理解下面的详细描述。
这里描述的改进雷达高度计系统的高度测量分辨率的系统和方法的实施例跨一定频率范围生成多个快速傅立叶变换（FFT）窗口并且实施前缘跟踪算法（其是目前可用的在前和在后距离选通跟踪（early and late range gate tracking）的修改）以便在四个窗口的子集内找到前缘窗口。然后从多个FFT窗口选择窗口子集并且使用功率比来将该窗口子集标准化以允许对加权平均值求和。四个窗口被选取朝向更长的距离后向加权以便将所计算的高程进一步移出。现有技术的跟踪算法寻找一系列阈值检测的窗口的峰值幅度或质心而不是尝试定位真实的前缘。在飞越天然或人造材料的陆地块时，所检测到的高程范围可以是非常大的。对高程检测的该分布式集合使用峰值幅度响应或质量中心/质心方法创建远离作为分布式检测的整个质量的前缘的正确距离（例如高程）的偏差。前缘始终代表飞机下面的最接近物体。定位该前缘位置是困难的并且是早先的美国专利7,825,851的主题。美国专利7,825,851中描述的方法提供前缘的准确确定。在发现该前缘位置后，重要的是要认识到存在朝向稍稍过低的高程的小偏差。这里描述的插入方法使用所检测的前缘前面的一个窗口和前缘窗口之后的两个窗口之间的功率比来确定真实跟踪高程以便降低或消除朝向稍稍过低的高程的小偏差。
通过使用所选子集中的四个窗口并且由前缘跟踪窗口和剩余窗口之间的功率比进行确定，避免了在关于前和在后距离选通跟踪方案的问题。这里描述的系统和方法基于实施具有在前和在后距离选通跟踪的现有技术前缘跟踪算法来确定比可能的更准确的到地面的距离。通过实施经过修改的前缘跟踪算法，然后实施第二算法，其确定关于所跟踪的前缘窗口的4个窗口之间的功率比以便降低或消除正向（即太短）偏差，并且所跟踪的高程被更准确地确定。
例如，如果峰值FFT窗口碰巧是被跟踪的前缘窗口并且几乎从计算中的影响排除在该窗口之前和之后的所有其他窗口中的功率，并且高程将是被跟踪的前缘窗口的高程。如果被跟踪的窗口和它之后的窗口具有相等的幅度，则真实高程恰好是两个窗口之间的距离的1/2。如果峰值幅度是被跟踪的前缘后面的第二窗口，则真实高程将只是在峰值窗口前面，通过第四和第三窗口之间的功率比确定的位置具有来自第二（被跟踪窗口）和第一窗口的一些贡献。
图1A示出根据本申请的在频率和时间的关系图中线性倾斜的示例性FMCW雷达信号210。在雷达或无线电高度计的FMCW操作期间，利用线性斜坡对雷达信号210的频率重复地扫描（即在正向或反向方向上以恒定的速率与时间的关系的重复的频率扫描）。每个频率扫描被称为频率啁啾。图1A的示例性倾斜段（其通常以210(1-N)来表示，其中N是正整数）的频率范围从fmin到fmax并且在正向方向上被扫描。在从fmin到fmax的频率范围内的一部分频率在这里被称为扫描带宽211。如图1A中所示，扫描带宽211覆盖从第一频率f1（其比fmin稍大）到第二频率f2（其比fmax稍小）的频率范围。
雷达信号210在时间△t期间从fmin（例如4215 MHz）扫描到fmax（例如4385 MHz）。该扫描在高度计的FMCW操作期间重复以使得雷达信号210具有如图1A中所示的锯齿模式。在该实施例的一个实施方式中，雷达信号210的扫描具有三角模式，在这种情况下所发射的信号210在向上从fmin扫描到fmax之后向下从fmax扫描到fmin。
图1B示出根据本申请的图1A的示例性FMCW雷达信号210的倾斜段和示例性目标反射的信号220。图2是根据本申请的雷达高度计系统5的一个实施例的框图。该示例性雷达高度计系统5包括雷达系统10和处理系统20。该示例性雷达系统10包括发射机100、收发机环形器110、接收机混频器120、本机振荡器（LO）延迟线130、接收机中频（IF）模块140和单一天线150。处理系统20包括快速傅立叶变换（FFT）处理器33、至少一个处理器（例如数字信号处理器）32、前缘跟踪算法41和第二算法42。前缘跟踪算法41和第二算法42被存储在存储介质45中。前缘跟踪算法41在这里还被称为第一算法。第二算法42在这里还被称为插入窗口编号算法，因为它基于如下面描述的前缘跟踪窗口和所选窗口子集中的剩余窗口之间的所确定的功率比来插入窗口编号。
在该实施例的一个实施方式中，存储介质45是至少一个处理器32中的存储器。在该实施例的另一实施方式中，FFT处理器33和至少一个处理器32是单一处理器32。在该实施例的另一实施方式中，FFT处理器是数字信号处理器（DSP）33。在该实施例的又一实施方式中，FFT处理器33是现场可编程门阵列（FPGA）33。
接收机混频器120包括天线输入端121和本机振荡器输入端122。收发机环形器110具有通常在111处表示的方向性。在该实施例的一个实施方式中，天线150被集成在具有发射机100、接收机混频器120和接收机IF模块140的共同外壳中。在这种情况下，天线150紧密（例如尽可能物理上紧密地）连接到环形器110。在该实施例的另一实施方式中，天线150由一个或多个谐振元件组成并且离环形器110小于2cm（例如在1cm到2cm之内）。
在发射机100处生成雷达信号210。雷达信号210被收发机环形器110指引到天线150。雷达信号210是由天线150发射的并且从天线150传播到目标50。雷达信号210的至少一部分被目标50作为目标反射信号220反射回到天线150。在天线150处接收到目标反射信号220并且该目标反射信号220通过收发机环形器110传播到接收机混频器120的天线输入端121。雷达信号210还被指引到LO延迟线130。LO延迟线130使雷达信号210延迟并且将LO信号230输出给接收机混频器120的本机振荡器输入端122。
如图1B中所示，对于t1和t2之间的时间范围，在接收机混频器120的天线输入端121处输入的目标反射信号220的频率与在接收机混频器120的本机振荡器输入端122处输入的本机振荡器信号230的频率相差恒定量（△f）。该频率差等于在雷达信号210行进从发射机到目标并且返回到接收机的距离所需的时间减去LO延迟时间的期间已发生的频率扫描的量。因此，从天线150到目标50的距离dtarget与差频△f成比例。来自接收机混频器120的IF输出端123的输出是中频（IF）信号245，其具有等于频率差△f的频率。接收机中频（IF）模块140处理IF信号245并且将它们作为数字输出246传递到处理系统20，其确定到目标50的距离dtarget。
上面描述的频率啁啾方法可以被用来以基于高度计10中的FFT窗口的分隔的分辨率来确定距离dtarget。在一个示例中，FFT窗口相隔大约3英尺。这使得当目标50比3英尺更远时频率啁啾成为用于确定到目标50的距离的一种很好的方式。为了实现小于3英尺的分辨率并且克服前缘检测方案跟踪前缘范围旁瓣而不是实际返回峰值的问题，这里描述的处理系统20有利地执行前缘跟踪算法41和第二算法42来检测实际返回峰值以便改进实现大约1英尺的分辨率。
快速傅立叶变换（FFT）处理器33被配置成执行快速傅立叶变换（FFT）并且在这里被称为FFT 33。该FFT 33从接收机IF模块140接收数字输出246。FFT 33周期性地对数字输出246计算FFT并且跨近似fmin的第一频率f1到在近似fmax的第二频率f2之间的频率范围来生成FFT窗口集合。FFT的频率窗口对应于递增高程窗口。FFT 33将对于各窗口中的每一个的值输出给至少一个处理器32。在该实施例的一个实施方式中，FFT 33输出四十个窗口。在该实施例的一个实施方式中，多个快速傅立叶变换（FFT）窗口500跨越在4215MHz和4385MHz之间的频率范围以及相关联的123英尺的距离。
图3是根据本申请的改进雷达高度计系统5中的雷达系统10的高度测量分辨率的示例性方法300的流程图。参考图2、4A和4B描述该方法。图4A是根据本申请的包括预选数目个最近生成的FFT窗口集合500的经过平均的快速傅立叶变换（FFT）窗口500的示例性集合。图4B是根据本申请的最近接收的FFT窗口集合501的示例性集合。多个FFT窗口500和501指示相应多个近似距离。雷达信号210从雷达系统10的发射和雷达信号220的反射的接收之间的时间量被关联到相应多个近似距离。雷达系统10和目标50之间的最准确近似距离与通常在窗口520-523子集510的530处表示的插入窗口编号相关联。具体地，窗口520-523子集510的插入窗口编号530比窗口520-523子集510的插入窗口编号530的任一侧上的窗口的整数中的任一个都更准确。例如，如果窗口子集的插入窗口编号530是26.16，则与该窗口值26.16相关联的距离比与窗口26相关联的距离更准确并且比与窗口27相关联的距离更准确。同样地，在基于所选窗口520-523子集510（图4A）的插入窗口编号530更新了到目标50的近似距离dtarget之后，雷达系统10和目标50之间的最准确近似距离与窗口560-563子集550的插入窗口编号570相关联，如图4B中所示。
在框302处，FMCW雷达信号210周期性地从第一频率从fmin倾斜到第二频率fmax，并且接收到从第一频率从fmin到第二频率fmax的倾斜FMCW雷达信号210的反射220。
在框304处，FFT窗口集合是基于FMCW雷达信号210从第一频率fmin到第二频率fmax的周期性倾斜跨频率范围fmin到fmax（或扫描带宽f1到f2）周期性生成的。FFT处理器33基于所接收到的FMCW雷达信号210的反射来周期性地生成跨一定频率范围的FFT窗口集合。
在框306处，通过实施前缘跟踪算法41来从FFT窗口集合500选择窗口子集510。至少一个处理器32执行前缘跟踪算法41。所选窗口520-523子集510中的窗口520-523彼此相邻。所选窗口520-523子集510指示雷达系统10和目标50之间的相应多个近似距离（图2）。在该实施例的一个实施方式中，所选窗口520-523子集510包括来自经过平均的FFT窗口500集合的四个窗口子集。如图4A中所示，所选窗口520-523子集510包括在水平轴上编号为25-28的四个窗口。经过平均的FFT窗口集合500的图表的垂直轴是各窗口的平均功率值（即幅度）。
当最初将雷达高度计系统5实施成改进雷达高度计系统5中的雷达系统10的高度测量分辨率时，对预选数目个（例如40个）最近生成的FFT窗口集合实施前缘跟踪算法41。在前缘跟踪算法41已经为预选数目个最近生成的FFT窗口集合确定前缘窗口之后，基于哪个窗口被选择了该预先数目中的多数次来选择前缘窗口。该前缘窗口在这里被称为初始前缘窗口。例如，如果对四十个（40）顺序生成的FFT窗口集合实施前缘跟踪算法并且窗口20是前缘窗口7次，窗口22是前缘窗口18次，以及窗口23是前缘窗口15次，则具有多数命中为前缘窗口的窗口22是40个最近生成的FFT窗口集合的初始前缘窗口。
在前缘跟踪算法41的预选数目个最初运行被完成并且已经基于作为前缘窗口的多数命中确定了初始前缘窗口之后，对预选数目个最近生成的FFT窗口集合求平均以形成经过平均的FFT窗口集合500（图4A）。在该实施例的一个实施方式中，对40个最近生成的FFT窗口集合中的窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合500（图4A）。
对于每个相应窗口对预选数目个最近生成的FFT窗口集合求平均。例如，对预选数目个（例如40个）最近生成的FFT窗口集合的窗口1中的功率值求平均以形成针对窗口1的经过平均的功率值。同样地，对预选数目个（例如40个）最近生成的FFT窗口集合的窗口2中的功率值求平均以形成针对窗口2的经过平均的功率值。在该初始平均被完成之后，不需要额外的平均。
另外，在预选数目个前缘跟踪算法41的最初运行被完成并且基于作为前缘窗口的多数命中确定初始前缘窗口之后，为下一（单一）最近生成的FFT窗口集合选择下一前缘窗口。因此，在初始预选运行之后，通过将最近接收到的FFT窗口集合501（图4B）输入到预选数目个最近生成的FFT窗口集合并且从预选数目个最近生成的FFT窗口集合移除FFT窗口的最旧集合来使前缘跟踪算法41起到移位寄存器的作用。然后最新FFT的当前幅度被用于幅度值。以这种方式，前缘跟踪算法41充当一个新的FFT被添加并且最旧的被移除以创建有效帧集合的移位寄存器。
为了清楚地描述该流程，1）针对初始前缘窗口和经过平均的FFT窗口集合500（图4A）；和2）针对当处理器以下一前缘窗口和下一最近生成的FFT窗口集合501（图4B）进行操作时的下一迭代来描述方法300的框306、308和310中的过程。
一旦初始前缘窗口521被确定，就选择窗口子集（框306）。前缘跟踪算法41将初始前缘窗口521前面的窗口选择成经过平均的窗口子集500中的在前窗口250（被示出为图4A中的窗口编号25）。然后前缘跟踪算法41将初始前缘窗口521后面的窗口选择成经过平均窗口子集500中的第一在后窗口522（被示出为图4A中的窗口编号27）。然后前缘跟踪算法41将第一在后窗口522后面的窗口选择成经过平均的窗口子集500中的第二在后窗口523（被示出为图4A中的窗口编号28）。
在该实施例的一个实施方式中，至少一个处理器32执行算法来标准化和缩放在前窗口520、初始前缘窗口521、第一在后窗口522和第二在后窗口523中的功率值。在该实施例的第一实施方式中，如下来实施该过程。至少一个处理器32（在这里也被称为“处理器32”）确定在前窗口250、初始前缘窗口521、第一在后窗口522和第二在后窗口523中的哪一个具有最高功率值。处理器32将具有最高功率值的窗口520、521、522或523的功率值设置为峰值功率值。处理器32计算在前窗口250、初始前缘窗口521、第一在后窗口522和第二在后窗口523的功率比的逆对数，该在前窗口250、初始前缘窗口521、第一在后窗口522和第二在后窗口523中的每一个都相对于峰值功率值被标准化以确定所选窗口520-523子集510中的每个窗口520-523的功率比值。处理器32将在前窗口250、初始前缘窗口521、第一在后窗口522和第二在后窗口523的功率比值相加以形成对于所选窗口520-523子集510中的窗口的功率比值和（SumPR）。
在框308处，处理器32对所选窗口子集实施第二算法42以确定前缘跟踪窗口和所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以便确定所选窗口子集内的插入窗口编号。对于通过方法300的第一运行，处理器32对在前窗口520、初始前缘窗口521、第一在后窗口522和第二在后窗口523实施第二算法42以便确定在前窗口520、初始前缘窗口521、第一在后窗口522和第二在后窗口523的插入窗口编号530。处理器32通过下面的操作对所选窗口520-523子集510实施第二算法42以确定所选窗口25-28子集510的插入窗口编号530：1）为所选窗口中的每一个形成经过标准化的功率比；2）通过用所选窗口中的相应一个的窗口编号乘以所选窗口中的相应一个的经过标准化的功率比来为所选窗口中的每一个形成经过标准化经过缩放的值；以及3）将所选窗口的经过标准化经过缩放的值相加以获得所选窗口520-523子集510的插入窗口编号。
处理器32标准化所有功率比以允许对加权平均值求和。处理器32通过进行以下各项来为所选窗口中的每一个形成标准化功率比：计算在前窗口520的功率比值与功率比值和SumPR的比以形成经过标准化的在前窗口功率比（NEbPr）；计算初始前缘窗口521的功率比值与功率比值和SumPR的比以形成经过标准化的初始前缘窗口功率比（NLEbPr）；计算第一在后窗口522的功率比值与功率比值和SumPR的比以形成经过标准化的第一在后窗口功率比（NL1bPr）；以及计算第二在后窗口523的功率比值与功率比值和SumPR的比以形成经过标准化的第二在后窗口功率比（NL2bPr）。以这种方式，处理器32对所选窗口520-523子集510中的窗口标准化。
处理器32通过用所选窗口中的相应一个的窗口编号乘以所选窗口中的相应一个的经过标准化的功率比来为所选窗口中的每一个形成经过标准化经过缩放的值并且然后将它们相加以确定插入窗口编号530。
如图4A中所示，在前窗口520是窗口编号25，所以用经过标准化的在前窗口功率比（NEbPr）乘以25；初始前缘窗口521是窗口编号26，所以用经过标准化的初始前缘窗口功率比（NLEbPr）乘以26；第一在后窗口522是窗口编号27，所以用经过标准化的第一在后窗口功率比（NL1bPr）乘以27；并且第二在后窗口523是窗口编号28，所以用经过标准化的第二在后窗口功率比（NL2bPr）乘以28。插入窗口编号530是这些值的和。在图4A中示出的实施例中，插入窗口编号530是整数26和27之间的值。例如，插入的窗口编号530可以是26.5。
在框310处，处理器32基于所选窗口25-28子集510的插入窗口编号530来确定到目标50的近似距离dtarget（即目标50和雷达系统10之间的距离），这是通过用插入窗口编号乘以每窗口的距离因子以确定到目标50的距离dtarget来完成的。如果每窗口的距离因子是3.08英尺并且插入窗口编号530是26.5，则目标50和雷达系统10之间的距离dtarget是81.62英尺。在现有技术的高度计中，窗口编号26将已经被用于确定目标和雷达系统之间的距离。现有技术系统将确定距离是80.08英尺，其比真实高程更低1.54英尺。
当处理器利用下一前缘窗口和下一最近生成的FFT窗口集合501（图4B）来操作时，方法300的流程继续进行从框310返回到框306并且针对下一迭代重复确定到目标50的距离d的过程。在下一迭代中，下一最近生成的FFT窗口集合501不与其他先前生成的窗口集合求平均，如图4B中所示。而且，在该下一迭代中，下一前缘窗口仅基于最近生成的FFT窗口集合501中的值并且不通过多个FFT窗口集合中的多数前缘窗口来设置。处理器32对最近生成的FFT窗口集合501执行前缘跟踪算法41以确定下一前缘窗口561（图4B）。
在框306处，通过实施前缘跟踪算法41来从FFT窗口集合501选择窗口子集550（图4B）。至少一个处理器32执行前缘跟踪算法41。所选窗口560-563子集550中的窗口560-563彼此相邻。所选窗口560-563子集550指示雷达系统10和目标50之间的相应多个近似距离（图2）。在该实施例的一个实施方式中，所选窗口560-563子集550包括来自FFT窗口集合501的四个窗口的子集550。如图4B中所示，所选窗口560-563子集550包括在水平轴上编号为24-27的四个窗口。FFT窗口集合501的图表的垂直轴是各窗口的平均功率值（即幅度）。
前缘跟踪算法41选择FFT窗口集合501中的下一前缘窗口561（被示出为图4B中的窗口编号25）。然后前缘跟踪算法41将下一前缘窗口561前面的窗口选择成经过平均化的窗口子集501中的在前窗口250（被示出为图4B中的窗口编号24）。然后前缘跟踪算法41将下一前缘窗口561后面的窗口选择成窗口子集501中的第一在后窗口562（被示出为图4B中的窗口编号26）。然后前缘跟踪算法41将第一在后窗口562后面的窗口选择成窗口子集501中的第二在后窗口563（被示出为图4B中的窗口编号27）。
在该实施例的一个实施方式中，至少一个处理器32执行算法来标准化和缩放在前窗口560、下一前缘窗口561、第一在后窗口562和第二在后窗口563中的功率值。在该实施例的第一实施方式中，该过程实施如下。处理器32确定在前窗口250、下一前缘窗口561、第一在后窗口562和第二在后窗口563中的哪一个具有最高功率值。处理器32将具有最高功率值的窗口560、561、562或563的功率值设置为峰值功率值。处理器32计算在前窗口250、下一前缘窗口561、第一在后窗口562和第二在后窗口563的功率比的逆对数，该在前窗口250、下一前缘窗口561、第一在后窗口562和第二在后窗口563中的每一个都相对于峰值功率值被标准化以确定所选窗口560-563子集550中的每个窗口560-563的功率比值。处理器32将在前窗口560、下一前缘窗口561、第一在后窗口562和第二在后窗口563的功率比值相加以形成针对所选窗口560-563子集550中的窗口的功率比值和（SumPR）。
在框308处，处理器32再次对所选窗口子集实施第二算法42以确定前缘跟踪窗口和所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以确定所选窗口子集内的插入窗口编号。对于通过方法300的非初始运行，处理器32对在前窗口560、下一前缘窗口561、第一在后窗口562和第二在后窗口563实施第二算法42以便确定在前窗口560、下一前缘窗口561、第一在后窗口562和第二在后窗口563的插入窗口编号530。处理器32通过下面的操作对所选窗口560-563子集550实施第二算法42以确定所选窗口25-28子集550的插入窗口编号530：1）为所选窗口中的每一个形成经过标准化的功率比；2）通过用所选窗口中的相应一个的窗口编号乘以所选窗口中的相应一个的经过标准化的功率比来为所选窗口中的每一个形成经过标准化经过缩放的值；以及3）将所选窗口的经过标准化经过缩放的值相加以获得所选窗口560-563子集550的插入窗口编号。
处理器32对所有功率比进行标准化以允许对加权平均值求和。处理器32通过进行以下各项来为所选窗口中的每一个形成标准化功率比：计算在前窗口560的功率比值与功率比值和SumPR的比以形成经过标准化的在前窗口功率比（NEbPr）；计算下一前缘窗口561的功率比值与功率比值和SumPR的比以形成经过标准化的初始前缘窗口功率比（NLEbPr）；计算第一在后窗口562的功率比值与功率比值和SumPR的比以形成经过标准化的第一在后窗口功率比（NL1bPr）；以及计算第二在后窗口563的功率比值与功率比值和SumPR的比以形成经过标准化的第二在后窗口功率比（NL2bPr）。以这种方式，处理器32对所选窗口560-563子集550中的窗口标准化。
处理器32通过用所选窗口中的相应一个的窗口编号乘以所选窗口中的相应一个的经过标准化的功率比来为所选窗口中的每一个形成经过标准化经过缩放的值并且然后将它们相加以确定插入窗口编号530。
如图4B中所示，在前窗口560是窗口编号24，所以用经过标准化的在前窗口功率比（NEbPr）乘以24；下一前缘窗口561是窗口编号25，所以用经过标准化的初始前缘窗口功率比（NLEbPr）乘以25；第一在后窗口562是窗口编号26，所以用经过标准化的第一在后窗口功率比（NL1bPr）乘以26；并且第二在后窗口563是窗口编号27，所以用经过标准化的第二在后窗口功率比（NL2bPr）乘以27。插入窗口编号530是这些值的和。在图4B中示出的实施例中，插入窗口编号530是整数25和26之间的值。例如，插入窗口编号530可以是25.5。
在框310处，处理器32基于所选窗口24-27子集550的插入窗口编号570来确定到目标50的近似距离dtarget（即目标50和雷达系统10之间的距离），这包括用插入窗口编号乘以每窗口的距离因子以确定到目标50的距离dtarget。如果每窗口的距离因子是3.08英尺并且插入窗口编号530是25.5，则目标50和雷达系统10之间的距离dtarget是78.54英尺。在现有技术的高度计中，窗口编号24（或窗口25）已经被用于确定目标和雷达系统之间的距离。现有技术系统将确定距离是73.92英尺（或77英尺），其比真实高程更低4.62英尺（或1.54英尺）。
方法300的过程继续从框310流向框306并且通过框308和310（使用下一前缘窗口561以找出窗口560-563子集550），直到交通工具和目标之间的距离为零或者直到框的频率m FMCW雷达信号的周期性倾斜结束（例如雷达高度计系统被关闭）为止。
以这种方式，雷达高度计系统5偏移任何正向偏差并且具有关于现有技术高度计的改进的高度测量分辨率，该现有技术高度计不使用所选窗口子集中的四个窗口并且不对所选窗口集合实施第二算法来基于前缘跟踪窗口和所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比确定所选窗口子集内的插入窗口编号。
在一个实施方式中，至少一个处理器32包括处理器支持芯片和/或系统支持芯片，诸如微处理器、专用集成电路（ASIC）、或现场可编程门阵列（FPGA）。至少一个处理器32包括用于实施在雷达高度计系统5中使用的各种方法、过程任务、计算和控制功能的软件程序、固件或其他计算机可读指令或者与该软件程序、固件或其他计算机可读指令一起起作用。
这些指令通常被存储在用于存储计算机可读指令或数据结构的任何适当计算机可读介质上。该计算机可读介质可以被实施为可以通过通用或专用计算机或处理器或者任何可编程逻辑设备访问的任何可用介质。适当的处理器可读介质可以包括存储装置或存储器介质，诸如磁性或光学介质。例如，存储装置或存储器介质可以包括常规的硬盘、致密盘-只读存储器（CD-ROM）、易失性或非易失性介质（诸如随机存取存储器（RAM）（包括但不限于同步动态随机存取存储器（SDRAM）、双数据速率（DDR）RAM、RAMBUS动态RAM（RDRAM）、静态RAM（SRAM）等等）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）和闪速存储器等等）。适当的处理器可读介质还可包括传输介质，诸如经由诸如网络和/或无线链路之类的通信介质传达的电、电磁或数字信号。
示例实施例。
示例1包括一种改进雷达系统的高度测量分辨率的方法，该方法包括：在快速傅立叶变换（FFT）处理器处基于调频连续波（FMCW）雷达信号从第一频率到第二频率的周期性倾斜来跨一定频率范围周期性地生成FFT窗口集合，其中该FFT窗口集合指示相应多个距离；通过由至少一个处理器实施前缘跟踪算法来从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集，其中所选窗口子集中的窗口彼此相邻，并且其中所选窗口子集指示雷达系统和目标之间的相应多个近似距离；对所选窗口子集实施第二算法来确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以确定所选窗口子集内的插入窗口编号；以及基于所选窗口子集内的插入窗口编号来确定到目标的近似距离。
示例2包括示例1的方法，其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集包括：实施前缘跟踪算法来选择初始前缘窗口，并且该方法还包括：对预选数目个最近生成的FFT窗口集合中的相应窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合。
示例3包括示例2的方法，其中对预选数目个最近生成的FFT窗口集合中的相应窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合包括：对四十个最近生成的FFT窗口集合中的窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合；并且其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集包括：从经过平均的FFT窗口集合选择四个窗口的子集。
示例4包括示例2-3中的任一个的方法，其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集还包括：将初始前缘窗口前面的窗口选择成窗口子集中的在前窗口；将初始前缘窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第一在后窗口；以及将第一在后窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第二在后窗口。
示例5包括示例4的方法，其中对所选窗口子集实施第二算法包括：对在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口实施第二算法以确定初始前缘窗口与在前窗口、第一在后窗口和第二在后窗口之间的功率比，以便确定在前窗口、下一前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口内的插入窗口编号。
示例6包括示例4-5中的任一个的方法，还包括：确定在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口中的哪一个具有最高功率值；将具有最高功率值的窗口的功率值设置为峰值功率值；其中对所选窗口子集实施第二算法包括：计算每一个都相对于峰值功率值被标准化的在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的功率比的逆对数以确定在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的功率比值；将在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的功率比值相加以形成功率比值和；为在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口形成经过标准化的功率比；通过用所选窗口中的相应一个的窗口编号乘以所选窗口中的相应一个的经过标准化的功率比来为在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口形成经过标准化经过缩放的值；以及将在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的经过标准化经过缩放的值相加以获得在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口内的插入窗口编号。
示例7包括示例6的方法，其中基于所选窗口子集内的插入窗口编号来确定到目标的近似距离包括用插入窗口编号乘以每窗口的距离因子以确定到目标的距离。
示例8包括示例7的方法，其中在基于包括初始前缘窗口的所选窗口子集确定了到目标的距离之后，该方法还包括：更新预选数目个最近生成的FFT窗口集合。
示例9包括示例7-8中的任一个的方法，其中在基于包括初始前缘窗口的所选窗口子集确定了到目标的距离之后，该方法还包括：从预选数目个最近生成的FFT窗口集合移除最旧的FFT窗口集合；以及将最近接收的FFT窗口集合输入到预选数目个最近生成的FFT窗口集合。
示例10包括示例9的方法，其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集还包括：实施前缘跟踪算法以在最近接收的FFT窗口集合中选择下一前缘窗口；将下一前缘窗口前面的窗口选择成窗口子集中的在前窗口；将下一前缘窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第一在后窗口；以及将第一在后窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第二在后窗口。
示例11包括示例10的方法，还包括：对在前窗口、下一前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口实施第二算法以确定下一前缘跟踪窗口与在前窗口、第一在后窗口和第二在后窗口之间的功率比，以便确定在前窗口、下一前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口内的插入窗口编号。
示例12包括示例1-11中的任一个的方法，其中从经过平均的FFT窗口集合选择窗口子集包括：从四十个经过平均的FFT窗口集合选择四个窗口，该四个窗口包括在前窗口、邻近在前窗口并且在比在前窗口更大的窗口编号处的跟踪窗口、邻近跟踪窗口的第一在后窗口、和邻近第一在后窗口并且在比第一在后窗口更大的窗口编号处的第二在后窗口。
示例13包括示例1-12中的任一个的方法，还包括：使FMCW雷达信号周期性地从第一频率倾斜到第二频率。
示例14包括示例1-13中的任一个的方法，还包括：接收倾斜的FMCW雷达信号的反射。
示例15包括一种具有改进的高度测量分辨率的雷达高度计系统，其包括：雷达系统，该雷达系统包括：从至少一个天线生成并发射周期性倾斜的调频连续波（FMCW）雷达信号的发射机；接收FMCW雷达信号的反射的接收机；以及处理系统，该处理系统包括：快速傅立叶变换（FFT）处理器，其基于接收到的FMCW雷达信号的反射跨一定频率范围周期性地生成快速傅立叶变换（FFT）窗口集合，其中该FFT窗口集合指示相应多个距离；至少一个处理器，其被配置成：通过实施前缘跟踪算法来从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集，其中所选窗口子集中的窗口彼此相邻，并且其中所选窗口子集指示雷达系统和目标之间的相应多个近似距离；对所选窗口子集实施第二算法以确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以便确定所选窗口子集内的插入窗口编号；以及基于所选窗口子集内的插入窗口编号来确定到目标的近似距离。
示例16包括示例15的雷达高度计系统，其中被配置成从至少一个FFT窗口子集选择窗口子集的至少一个处理器被配置成：实施前缘跟踪算法以选择初始前缘窗口；以及对预选数目个最近生成的FFT窗口集合中的相应窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合，其中被配置成从经过平均的FFT窗口集合选择窗口子集的至少一个处理器还被配置成：将初始前缘窗口前面的窗口选择成窗口子集中的在前窗口；将初始前缘窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第一在后窗口；以及将第一在后窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第二在后窗口。
示例17包括示例16的雷达高度计系统，其中被配置成对所选窗口子集实施第二算法以确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以便确定所选窗口子集内的插入窗口编号的该至少一个处理器被配置成：对在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口中的功率值进行标准化和缩放；以及对在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的经过标准化经过缩放的值求和以获得在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口内的插入窗口编号。
示例18包括示例17的雷达高度计系统，其中在基于包括初始前缘窗口的所选窗口子集确定了到目标的距离之后，该至少一个处理器还被配置成：从预选数目个最近生成的FFT窗口集合移除最旧的FFT窗口集合；将最近接收的FFT窗口集合输入到预选数目个最近生成的FFT窗口集合；实施前缘跟踪算法以在最近接收的FFT窗口集合中选择下一前缘窗口；将下一前缘窗口前面的窗口选择成窗口子集中的在前窗口；将下一前缘窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第一在后窗口；将第一在后窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第二在后窗口；其中被配置成对所选窗口子集实施第二算法以确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以便确定所选窗口子集内的插入窗口编号的该至少一个处理器还被配置成：对在前窗口、下一前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口中的功率值进行标准化和缩放，对在前窗口、下一前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的经过标准化经过缩放的值求和以获得所选窗口子集的插入窗口编号。
示例19包括一种改进雷达系统的高度测量分辨率的方法，该方法包括：基于调频连续波（FMCW）雷达信号从第一频率到第二频率的周期性倾斜来跨一定频率范围周期性地生成快速傅立叶变换（FFT）窗口集合，其中周期性生成的FFT窗口集合指示相应多个距离；通过由至少一个处理器实施前缘跟踪算法来从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集，其中所选窗口子集中的窗口彼此相邻，并且其中所选窗口子集指示雷达系统和目标之间的相应多个近似距离；为所选窗口中的每一个计算经过标准化经过缩放的值；对所选窗口的经过标准化经过缩放的值求和以获得所选窗口子集的插入窗口编号；用插入窗口编号乘以每窗口的距离因子以确定到目标的距离。
示例20包括示例19的方法，还包括：实施前缘跟踪算法以选择初始前缘窗口；对预选数目个最近生成的FFT窗口集合中的相应窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合，其中通过实施前缘跟踪算法从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集包括将初始前缘窗口前面的窗口选择成窗口子集中的在前窗口；将初始前缘窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第一在后窗口；将第一在后窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第二在后窗口，其中在基于包括初始前缘窗口的所选窗口子集确定了到目标的距离之后，该方法还包括：从预选数目个最近生成的FFT窗口集合移除最旧的FFT窗口集合；将最近接收的FFT窗口集合输入到预选数目个最近生成的FFT窗口集合，并且其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集还包括：实施前缘跟踪算法以在经过平均的FFT窗口集合中选择下一前缘窗口；将下一前缘窗口前面的窗口选择成窗口子集中的在前窗口；将下一前缘窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第一在后窗口；以及将第一在后窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第二在后窗口。
尽管已经在这里图示和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将会意识到，用以实现相同目的而计算的任何布置可以代替所示的具体实施例。因此，显然意图使本发明仅由权利要求以及其等同物来限制。

Claims (10)

1.一种改进雷达系统（10）的高度测量分辨率的方法，该方法包括：
在快速傅立叶变换（FFT）处理器（33）处基于调频连续波（FMCW）雷达信号（210）从第一频率（f1）到第二频率（f2）的周期性倾斜来跨一定频率范围周期性地生成FFT窗口集合（501），其中该FFT窗口集合（501）指示相应多个距离；
通过由至少一个处理器（32）实施前缘跟踪算法（41）来从至少一个FFT窗口集合（500或501）选择窗口（520-523或560-563）子集（510或550），其中所选窗口（520-523或560-563）子集（510或550）中的窗口彼此相邻，并且其中所选窗口子集指示雷达系统和目标（50）之间的相应多个近似距离；
对所选窗口子集实施第二算法（42）来确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以确定所选窗口子集内的插入窗口编号；以及
基于所选窗口子集（510或550）内的插入窗口编号（530或570）来确定到目标（50）的近似距离（dtarget）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从至少一个FFT窗口集合（500或501）选择窗口（520-523或560-563）子集（510或550）包括：
实施前缘跟踪算法（41）来选择初始前缘窗口（521），并且该方法还包括：
对预选数目个最近生成的FFT窗口集合中的相应窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合（500）。
3.根据权利要求2所述的方法，其中对预选数目个最近生成的FFT窗口集合中的相应窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合（500）包括：
对四十个最近生成的FFT窗口集合中的窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合（500）；并且其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集包括：
从经过平均的FFT窗口集合选择四个窗口(520-523)的子集。
4.根据权利要求2所述的方法，其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集还包括：
将初始前缘窗口（521）前面的窗口（520）选择成窗口子集（510）中的在前窗口（520）；
将初始前缘窗口后面的窗口（522）选择成窗口子集中的第一在后窗口（522）；以及
将第一在后窗口后面的窗口（523）选择成窗口子集中的第二在后窗口（523）。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
确定在前窗口（520）、初始前缘窗口（521）、第一在后窗口（522）和第二在后窗口（523）中的哪一个具有最高功率值；
将具有最高功率值的窗口的功率值设置为峰值功率值；
其中对所选窗口子集实施第二算法包括：
计算每一个都相对于峰值功率值被标准化的在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的功率比的逆对数以确定在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的功率比值；
将在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的功率比值相加以形成功率比值和；
为在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口形成经过标准化的功率比；
通过用所选窗口中的相应一个的窗口编号乘以所选窗口中的相应一个的经过标准化的功率比来为在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口形成经过标准化经过缩放的值；以及
将在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的经过标准化经过缩放的值相加以获得在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口内的插入窗口编号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中基于所选窗口子集（510或550）内的插入窗口编号（530或570）来确定到目标（50）的近似距离（dtarget）包括用插入窗口编号乘以每窗口的距离因子以确定到目标（50）的距离，并且其中在基于包括初始前缘窗口（521）的所选窗口子集确定了到目标（50）的距离之后，该方法还包括：
从预选数目个最近生成的FFT窗口集合移除最旧的FFT窗口集合；以及
将最近接收的FFT窗口集合（501）输入到预选数目个最近生成的FFT窗口集合。
7.根据权利要求6所述的方法，其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集还包括：
实施前缘跟踪算法（41）以在最近接收的FFT窗口集合（501）中选择下一前缘窗口（561）；
将下一前缘窗口前面的窗口选择成窗口子集（550）中的在前窗口（560）；
将下一前缘窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第一在后窗口（562）；以及
将第一在后窗口后面的窗口选择成窗口子集中的第二在后窗口（563）。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
对在前窗口（560）、下一前缘窗口（561）、第一在后窗口（562）和第二在后窗口（563）实施第二算法（42）以确定下一前缘跟踪窗口与在前窗口、第一在后窗口和第二在后窗口之间的功率比，以便确定在前窗口、下一前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口内的插入窗口编号。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使FMCW雷达信号（210）周期性地从第一频率（f1）倾斜到第二频率（f2）；以及
接收倾斜的FMCW雷达信号（210）的反射（220）。
10.一种具有改进的高度测量分辨率的雷达高度计系统（5），其包括：
雷达系统（10），其包括：
发射机（100），其从至少一个天线生成并发射周期性倾斜的调频连续波（FMCW）雷达信号（210）；
接收机（120），其接收FMCW雷达信号（210）的反射（220）；以及
处理系统（20），其包括：
快速傅立叶变换（FFT）处理器（33），其基于接收到的FMCW雷达信号（210）的反射跨一定频率范围周期性地生成快速傅立叶变换（FFT）窗口集合（501），其中该FFT窗口集合（501）指示相应多个距离；
至少一个处理器（32），其被配置成：
通过实施前缘跟踪算法（41）来从至少一个FFT窗口集合（500或501）选择窗口（520-523或560-563）子集（510或550），其中所选窗口子集中的窗口彼此相邻，并且其中所选窗口子集指示雷达系统（10）和目标（50）之间的相应多个近似距离；
对所选窗口子集实施第二算法（42）以确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以便确定所选窗口子集内的插入窗口编号（530或570）；以及
基于所选窗口子集内的插入窗口编号来确定到目标（50）的近似距离（dtarget）。
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