專利名稱：使用相位信息的亞毫米雷達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及亞毫米雷達(dá)系統(tǒng)所用的信號(hào)處理器、這樣的雷達(dá)系統(tǒng)、機(jī)器人或車輛比如具有這樣的系統(tǒng)的道路車輛，以及對(duì)應(yīng)的方法和計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
在亞毫米波長(zhǎng)雷達(dá)中辨別不同類型的目標(biāo)當(dāng)前僅僅取決于測(cè)量雷達(dá)目標(biāo)有效截面一即由一定的目標(biāo)的正方形參考單位反射的波功率的部分。由于該目標(biāo)的如表面粗糙度與吸收性質(zhì)的相關(guān)性，該目標(biāo)的所有點(diǎn)都將展示出類似的雷達(dá)目標(biāo)有效截面值。將類似的測(cè)量結(jié)果分組為輪廓產(chǎn)生了從背景中分離目標(biāo)的辨別工具。室外應(yīng)用的亞毫米雷達(dá)面對(duì)著復(fù)雜背景前或復(fù)雜前景后的復(fù)雜目標(biāo)。典型的傳統(tǒng)微波雷達(dá)應(yīng)用(如地-空和空-空雷 達(dá))不會(huì)遇到這種類型的問題，因?yàn)楸尘坝商炜招纬?，它是?shí)質(zhì)上漫射和低損耗的吸收體。所測(cè)出的僅有的“明顯”雷達(dá)目標(biāo)有效截面由作為目標(biāo)的飛行器產(chǎn)生。此外僅有的可測(cè)量的多普勒移動(dòng)信號(hào)來自其他飛行器和來自雷達(dá)波束命中地面之處的角度。在地面返回信號(hào)之間低飛的飛行器將保持檢測(cè)不到。一般來說，微波雷達(dá)不適合要求對(duì)復(fù)雜環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行分類和鑒定的成像應(yīng)用。已經(jīng)提出和演示的幾種技術(shù)允許在至少中等復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量。一個(gè)實(shí)例是使用海軍微波雷達(dá)的冰山檢測(cè)。這里不得不從波浪引起的大得多的反射中辨別冰山(此處在水線之上只能發(fā)現(xiàn)小部分)的微小反射。使用飛行時(shí)間過濾允許使用如調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)或連續(xù)變頻的脈沖信號(hào)雷達(dá)確定從雷達(dá)到目標(biāo)的距離。另外，人們還不得不分析信號(hào)持續(xù)的空間頻率內(nèi)容(冰山的移動(dòng)要比周圍波浪慢得多)。海軍雷達(dá)(根據(jù)環(huán)境構(gòu)造)或多或少是一維的，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)大多數(shù)檢測(cè)區(qū)域都在在地平線以下的微小條帶中，這就大幅降低了要處理的數(shù)據(jù)量。道路車輛，如較低頻率(例如63GHz的車輛到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、66GHz的車輛到車輛、77GHz的巡航控制以及79GHz的防撞擊)的汽車?yán)走_(dá)不是使用脈沖雷達(dá)模式就是使用以上的FMCW技術(shù)辨別多種距離的目標(biāo)。這些雷達(dá)不產(chǎn)生足夠分辨率的圖像以允許由形態(tài)辨別目標(biāo)。這些雷達(dá)系統(tǒng)提供了合理的水平分辨率但是通常垂直分辨率非常有限。存在著垂直方向和水平方向都提供高分辨率的紅外攝像頭。這樣的攝像頭對(duì)像素接收器吸收的總能量(不相干)敏感，而無法如雷達(dá)系統(tǒng)的情況一樣得到距離信息。另外，用于機(jī)動(dòng)車應(yīng)用的大多數(shù)IR攝像頭系統(tǒng)是被動(dòng)的。不發(fā)送信號(hào)而使用場(chǎng)景存在的照明或目標(biāo)自身的發(fā)射作為信號(hào)源。所以IR攝像頭系統(tǒng)就不得不應(yīng)付低反差的場(chǎng)景(人站在溫暖的背景前)，并且對(duì)使該系統(tǒng)致盲的強(qiáng)IR源(燈、太陽)敏感。另外，雨和雪都有效地降低了系統(tǒng)的性能。室外應(yīng)用的亞毫米波雷達(dá)必須在指定的明確頻帶內(nèi)運(yùn)行。這些頻帶以沒有大氣衰減(或者至少比較弱)為特征。與能夠使用從0到IOOGHz的整個(gè)頻率范圍而且只有若干法律約束限制頻率優(yōu)化的微波雷達(dá)應(yīng)用相反，IOOGHz以上的雷達(dá)僅僅能夠使用可用頻率范圍的一小部分(20% ) o典型的頻帶(也稱為“大氣窗口 ”)位于100GHz、220GHz、350GHz、450GHz、520GHz、600GHz、810GHz、L OOTHzU. 650THz 和 2. 400THz 附近，峰值衰減逐漸增大。
這些窗口是公知的。從W02006/078570 (HOLT)的段落0063-0069已知提供的監(jiān)視某主體的方法，包括在具有高于大約IOOMHz和低于大約2THz的若干頻率的第一和第二不同的頻率范圍內(nèi)以電磁輻射照射該主體的至少一部分。根據(jù)說明，為了增強(qiáng)對(duì)這些圖像中差異的觀察，可以給每幅圖像分配某種區(qū)分特征，比如圖像模式、強(qiáng)度等級(jí)或顏色。這些圖像是從彩色圖像導(dǎo)出的灰度級(jí)圖像。在引用的實(shí)例中，這些圖像的像素分別被分配給紅色、綠色和藍(lán)色。這是這些圖像一般強(qiáng)度等級(jí)不同的至少一部分原因。進(jìn)一步根據(jù)說明，可以向觀察者連續(xù)地或并發(fā)地顯示從不同頻率范圍數(shù)據(jù)產(chǎn)生的、不同圖像，以幫助觀察者識(shí)別出這些圖像之間的差異。這樣的差異的區(qū)域可能對(duì)應(yīng)于圖像異常，它們可能包括目標(biāo)。將觀察者的注意力引向這些異?？梢约铀賹?duì)這些目標(biāo)的識(shí)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于亞毫米雷達(dá)系統(tǒng)的替代信號(hào)處理器、這樣的雷達(dá)系統(tǒng)、具有這樣的系統(tǒng)的機(jī)器人或車輛比如機(jī)器人車輛或道路車輛，以及對(duì)應(yīng)的方法和計(jì)算機(jī)程序。根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了信號(hào)處理器，用于具有視野的亞毫米波長(zhǎng)主動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)，所述信號(hào)處理器被安排為處理由所述雷達(dá)系統(tǒng)從所述視野收到的并被下轉(zhuǎn)換的信號(hào)，所述視野的給定像素對(duì)應(yīng)的下轉(zhuǎn)換信號(hào)具有時(shí)變的振幅和相位分量，所述振幅和相位分量具有取決于所述視野的給定像素處的內(nèi)容的周期分量，以及所述信號(hào)處理器被安排為從所述周期分量中辨別有關(guān)所述內(nèi)容的信息。通過使用相位而不僅僅是振幅，在所述下轉(zhuǎn)換信號(hào)中存在著在常規(guī)非相干系統(tǒng)中因?yàn)闊o法與噪聲區(qū)別而被丟失的附加信息。所述相位比單獨(dú)振幅信息對(duì)所述內(nèi)容中的變化更敏感，比如目標(biāo)、背景和大氣條件。所述相位信息使得周期分量能夠被保留，它能夠包含所述內(nèi)容的至少三種類型的信息特征。第一，以少量亞毫米波長(zhǎng)上內(nèi)容的準(zhǔn)周期變化形式的內(nèi)容抖動(dòng)可能是特定內(nèi)容的特征，比如微運(yùn)動(dòng)，如隨風(fēng)移動(dòng)的植被或者任何建筑的其他強(qiáng)制振動(dòng)。第二，亞毫米駐波的變化能夠被檢測(cè)為斑紋，而不是作為噪聲被丟棄，現(xiàn)在能夠足夠好地將其檢測(cè)出以便確定由所述內(nèi)容中差異導(dǎo)致的所述斑紋中的差異。第三，在所述視野中所述目標(biāo)上的薄層能夠?qū)е氯舾筛缮鏃l紋，如果所述層具有的厚度約為若干半波長(zhǎng)，所述干涉條紋會(huì)影響所收到的亞毫米照明的反射。道路上的冰層就是實(shí)例。這種附加信息能夠使得主動(dòng)亞毫米雷達(dá)更適用于各種各樣的廣泛應(yīng)用，包括例如機(jī)動(dòng)車?yán)走_(dá)，它必須不受太陽光致盲、霧或降水的影響。本發(fā)明的若干實(shí)施例能夠使任何其他特征加入，某些這樣的附加特征在相關(guān)的權(quán)利要求中陳述并在以下更詳細(xì)地介紹。在某些實(shí)施例中，所述下轉(zhuǎn)換信號(hào)可以是具有中頻頻譜的中頻信號(hào)，并且所述信號(hào)處理器可以被安排為單獨(dú)地分析所述中頻頻譜的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)域。這能夠幫助辨別在例如優(yōu)選情況下所述頻譜某些部分中出現(xiàn)而不在其他部分中出現(xiàn)的內(nèi)容。所述收到的信號(hào)能夠包括多個(gè)不同亞毫米頻率的信號(hào)，并且所述信號(hào)處理器可以被安排為對(duì)所述不同亞毫米頻率單獨(dú)地分析所述對(duì)應(yīng)的中頻信號(hào)。同樣這能夠幫助辨別在某些亞毫米頻率出現(xiàn)而不在其他頻率出現(xiàn)的內(nèi)容。所述信號(hào)處理器能夠被安排為執(zhí)行用于圖像分析的任何公知技術(shù)，比如數(shù)字濾波器比如平滑濾波器或者用于分割的濾波器的應(yīng)用、輪廓生成、反差跳躍和/或線條和/或邊緣和/或角落的識(shí)別，并且可以適于使用形態(tài)學(xué)算子改進(jìn)或平滑輪廓、區(qū)域等。所述信號(hào)處理器能夠被安排為對(duì)所述圖像中受關(guān)注的檢測(cè)出的若干目標(biāo)和/或點(diǎn)進(jìn)行分類，比如反差跳躍、線條。所述信號(hào)處理器可以適于聚集所述收到的圖像的部分，從而識(shí)別出具有共同特征的區(qū)域，如從而識(shí)別出目標(biāo)。這可能涉及例如將檢測(cè)出的特征與給定目標(biāo)或目標(biāo)類的特征存儲(chǔ)庫進(jìn)行比較。所述信號(hào)處理器能夠具有將所接收 的信號(hào)的部分與一組對(duì)應(yīng)的接收波束位置相聯(lián)系的部件。這能夠使所述關(guān)聯(lián)的信號(hào)分組到表現(xiàn)所述情景的幀之中。例如這可以是一維的、二維的或三維的幀。所述信號(hào)處理器能夠具有將若干算子應(yīng)用到所述幀數(shù)據(jù)的部件。所述算子可以是提取所述情景內(nèi)給定時(shí)刻的振幅和/或中頻頻率局部變化的算子。所述算子可以是提取所述幀數(shù)據(jù)中空間或時(shí)間特征的算子。所述算子可以是提取以下特性的算子對(duì)亞毫米頻率或振幅具有依賴性，或者對(duì)照明方向、所述接收器的焦點(diǎn)位置或極化的任何一種或者這些的任何組合具有依賴性。另一方面提供了亞毫米雷達(dá)系統(tǒng)，具有用于照明視野的發(fā)射機(jī)，從所述視野接收信號(hào)的接收機(jī)，解調(diào)器，所述解調(diào)器使用對(duì)所述發(fā)射機(jī)鎖相的本機(jī)振蕩器信號(hào)，以及具有以上陳述的信號(hào)處理器的系統(tǒng)。其他方面能夠提供使用主動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)方法，所述雷達(dá)系統(tǒng)使用發(fā)射機(jī)，并且接收和處理來自所述視野的信號(hào)，以及處理信號(hào)的對(duì)應(yīng)方法。任何一個(gè)所述附加特征都能夠組合在一起并且能夠與任何一個(gè)所述方面進(jìn)行組合。其他優(yōu)點(diǎn)尤其是超過其他現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。能夠做出無數(shù)的變化和修改而不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書。所以，應(yīng)當(dāng)清楚地理解，本發(fā)明的形式僅僅是展示性的并非力圖限制本發(fā)明的范圍。


現(xiàn)在將參考附圖舉例介紹如何可以實(shí)施本發(fā)明，其中圖I和圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖；圖3顯示了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的步驟；圖4顯示了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)圖；圖5、圖6和圖7顯示了在圖I、圖2、圖3或圖4的系統(tǒng)實(shí)施例或者其他實(shí)施例中使用的頻率和時(shí)間控制的不意圖；圖8顯示了相同系統(tǒng)實(shí)施例的射頻發(fā)生器部件的示意圖；圖9顯示了相同系統(tǒng)實(shí)施例的本機(jī)振蕩發(fā)生器部件的示意圖；圖10和圖11顯示了相同系統(tǒng)實(shí)施例的中頻處理部件的示意圖；圖12和圖13顯示了相同系統(tǒng)實(shí)施例的圖像處理部件的示意圖；圖14顯不了使用脫機(jī)中頻處理和圖像處理的替代實(shí)施例的不意圖；圖15和圖16顯示了用于雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)施例的波束整形和掃描部件的示意圖17至圖23顯示的圖形展示了內(nèi)容抖動(dòng)和斑紋效應(yīng)能夠如何提供所收到信號(hào)頻譜中的可檢測(cè)信息；圖24和圖25顯示的圖形指示了所收到射頻信號(hào)中的可檢測(cè)干涉效應(yīng)。
具體實(shí)施例方式下面將關(guān)于若干特定實(shí)施例和參考一定的附圖介紹本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此而僅僅根據(jù)權(quán)利要求書來限定。所介紹的附圖僅僅是示意性的而不是限制。在附圖中，為了展示目的某些元件的尺寸可以被夸大并未按比例繪制。在本說明書和權(quán)利要求書中使用術(shù)語“包括”之處，它并不排除其他元件或步驟。指單數(shù)名詞時(shí)所用的如“某”、“所述”之處，這包括了該名詞的復(fù)數(shù)，除非明確地聲明了并非如此。在權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“包括”不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于其后列出的裝置，它并不排除其他元件或步驟。因此，表達(dá)“包括裝置A和B的設(shè)備”的范圍不應(yīng)當(dāng)限于僅僅由組件A和B構(gòu)成的設(shè)備。它意味著關(guān)于本發(fā)明，僅和設(shè)備相關(guān)的組件是A和B。 不僅如此，在說明書中和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語第一、第二、第三等是為了在類似元件之間進(jìn)行區(qū)分，而未必是用于說明順序或時(shí)間次序。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的這些術(shù)語在適當(dāng)情況下是可互換的，并且本文介紹的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以不同于本文介紹或展示的其他順序運(yùn)行。另外，在說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語頂、底、之上、之下等是為了說明目的，而未必用于說明相對(duì)位置。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的這些術(shù)語在適當(dāng)情況下是可互換的，并且本文介紹的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以不同于本文介紹或展示的其他方位運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)注意，在權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“包括”不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于其后列出的裝置，它并不排除其他元件或步驟。因而應(yīng)當(dāng)將其解釋為規(guī)定了如所指的所聲明特征、整數(shù)、 步驟或組件的存在，但是并不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟或組件或者其組合的存在或加入。因此，表達(dá)“包括裝置A和B的設(shè)備”的范圍不應(yīng)當(dāng)限于僅僅由組件A和B構(gòu)成的設(shè)備。它意味著關(guān)于本發(fā)明，僅和設(shè)備相關(guān)的組件是A和B。本說明書從始至終對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“某實(shí)施例”的引用意味著連同該實(shí)施例介紹的特定特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，本說明書從始至終在多處出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在某實(shí)施例中”未必都指同一實(shí)施例，而是可以如此。不僅如此，這些特定特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征可以以任何適合的方式結(jié)合，正如在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本公開對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。同樣應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明的示范實(shí)施例的說明中，為了簡(jiǎn)化本公開和幫助理解一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明不同方面的目的，在單個(gè)實(shí)施例、附圖或其說明中有時(shí)將本發(fā)明的多個(gè)特征組合在一起。不過，不應(yīng)當(dāng)將本公開的方法解釋為反映了所要求保護(hù)的發(fā)明要求比在每項(xiàng)權(quán)利要求中清楚陳述的特征更多特征的意圖。相反，正如以下權(quán)利要求書反映，本發(fā)明的若干方面處于少于單個(gè)前述公開的實(shí)施例中全部特征的狀態(tài)。因此，跟隨本詳細(xì)說明之后的權(quán)利要求書在此特別地合并到本詳細(xì)說明之中，其中每項(xiàng)權(quán)利要求都以其自身為根據(jù)作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施例。此外,雖然本文介紹的某些實(shí)施例包括在其他實(shí)施例中包括的某些特征但不包括其他特征，但是不同實(shí)施例的特征結(jié)合意味著在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，并且形成了不同的實(shí)施例，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。例如，在以下權(quán)利要求書中，任何要求保護(hù)的實(shí)施例都能夠組合地使用。在本文提供的說明中，闡述了眾多特定細(xì)節(jié)。不過應(yīng)當(dāng)理解，沒有這些特定細(xì)節(jié)也可以實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。在其他實(shí)例中，為了不模糊對(duì)本說明的理解沒有詳細(xì)地顯示熟知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)?，F(xiàn)在通過對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)說明介紹本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)清楚，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)就能夠設(shè)定本發(fā)明的其他實(shí)施例，而不脫離本發(fā)明的技術(shù)教導(dǎo)，本發(fā)明僅僅由附帶權(quán)利要求書的條款限制?！爸鲃?dòng)”意味著發(fā)射輻射以照亮景物并檢測(cè)從該景物反射的輻射的任何雷達(dá)系統(tǒng)。發(fā)射機(jī)原理上可以獨(dú)立于接收部件，如果該接收能夠通過檢測(cè)所述發(fā)射與該發(fā)射機(jī)鎖相的話。這與“被動(dòng)”形成對(duì)照，它意味著使用或者為了照明這些目標(biāo)的寬帶源(或是人造的或者不是)或者這些目標(biāo)自身發(fā)射的任何輻射測(cè)量系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)被本領(lǐng)域的技術(shù)人員視 為“被動(dòng)雷達(dá)”。“亞毫米雷達(dá)”意在通常包含使用大約IOOGHz以上頻率的任何雷達(dá)，并且在300GHz以上和3THz以下的更窄范圍內(nèi)將介紹若干實(shí)例，也稱為太拉赫茲雷達(dá)。這種雷達(dá)能夠被應(yīng)用在例如車輛的系統(tǒng)中，以及例如所公知的，應(yīng)用在建筑物中的安全或監(jiān)視系統(tǒng)中。內(nèi)容被定義為視野中的任何事物，包括例如要被檢測(cè)的目標(biāo)，比如機(jī)動(dòng)車應(yīng)用中的小汽車或行人，以及背景或模糊目標(biāo)比如植被或建筑物，至少對(duì)于機(jī)動(dòng)車應(yīng)用將其視為雜物并且可以作為識(shí)別部分從圖像中刪除。內(nèi)容也可以包括大氣效應(yīng)比如雨、霧、雪或陽光，它們影響著向外照明或返回到接收機(jī)的反射的任一方，或者影響著雙方?！败囕v”應(yīng)當(dāng)被廣義地解釋并且能夠指任何機(jī)器人、機(jī)器人車輛、自動(dòng)導(dǎo)向的車輛、道路車輛、船舶、飛行器等。實(shí)施例的引言祧戰(zhàn)和系統(tǒng)考虎用于室外應(yīng)用的亞毫米波(后文為亞毫米)雷達(dá)面臨復(fù)雜背景前的復(fù)雜目標(biāo)，與其他雷達(dá)系統(tǒng)不同。所以，需要新技術(shù)以增強(qiáng)雷達(dá)的分辨和分類能力而不需要過度的帶寬和功率需求。降低射頻帶寬是改進(jìn)噪聲性能的一種有用方式。傳統(tǒng)的多普勒和FMCW雷達(dá)系統(tǒng)需要相當(dāng)大的射頻帶寬，以分別達(dá)到所需要的速度和往返距離分辨率。達(dá)到可接受信噪比的唯一可用方法是積分。結(jié)果每時(shí)間單位只能夠執(zhí)行少量的測(cè)量。通常這個(gè)數(shù)量對(duì)于一維掃描雷達(dá)是足夠的。由于像素測(cè)量的所需數(shù)量，成像雷達(dá)系統(tǒng)無法基于這些傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)。必須有降低所需RF帶寬的方法，并且利用其他方式提供分類信息。帶寬的這種降低產(chǎn)生了好得多的信噪比。這種提升的信噪比能夠或者用于降低本機(jī)振蕩器功率要求或者用于增加每時(shí)間單位所測(cè)量的像素(幀)的數(shù)量?，F(xiàn)今建造亞毫米成像雷達(dá)時(shí)本機(jī)振蕩器功率是另一個(gè)限制因素，即在照明給定距離處的場(chǎng)景的RF功率的可用性。目前IOy W的輸出功率是使用波導(dǎo)塊的工藝現(xiàn)狀。對(duì)于合理的雷達(dá)系統(tǒng)，必須達(dá)到IOmW的輸出功率。增添了寬帶照明的需求，發(fā)射功率的目標(biāo)更難以達(dá)到。達(dá)到合理輸出功率的一種方式是脫離寬帶源而建造多個(gè)頻率源，它們能夠在要求頻帶中發(fā)射所需要的功率，但是未必能夠在大氣窗口之間的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生高功率級(jí)別。由于主動(dòng)亞毫米雷達(dá)通常對(duì)處于或接近鏡面反射角度的反射表面敏感，在亞毫米頻率中“見到”的目標(biāo)形狀固有地與使用IR照相機(jī)所獲取的圖像不同。這些圖像也不同于在室外條件下使用被動(dòng)毫米波雷達(dá)所得到的圖像，其中本質(zhì)上寒冷的天空提供了與溫暖大地的巨大圖像反差。使用200GHz以上頻率的被動(dòng)亞毫米雷達(dá)，人們發(fā)現(xiàn)天空的溫度接近于大地溫度，導(dǎo)致圖像反差降低，趨向室內(nèi)條件。在主動(dòng)亞毫米雷達(dá)中的面部圖像本質(zhì)上僅僅包括鼻尖、前額和下巴的明亮反射。不需要考慮室內(nèi)和室外的條件不同因?yàn)樵摾走_(dá)系統(tǒng)提供了照明。面部的剩余部分對(duì)圖像沒有貢獻(xiàn)因?yàn)樗鼈儾辉阽R面反射的角度區(qū)域，并且漫反射非常少，與光頻率不同。限制漫反射對(duì)圖像貢獻(xiàn)的另一個(gè)因素是接收機(jī)的有限動(dòng)態(tài)范圍。所以目標(biāo)的形狀不對(duì)應(yīng)光學(xué)圖像中的可識(shí)別形狀，因此需要進(jìn)一步的分析以增添用于分類目標(biāo)的另一度信息因?yàn)橹烂娌繋缀跛械狞c(diǎn)將以同一步調(diào)移動(dòng)，所以RF斑紋模式頻譜將是一致的即使絕對(duì)信號(hào)電平不高。目標(biāo)分類庫能夠是判別過程的有用部分。手中有了多頻雷達(dá)系統(tǒng)，必須事先建立目標(biāo)行為庫。為了區(qū)分多個(gè)目標(biāo)類別，在庫中不僅能夠列出目標(biāo)(關(guān)于RF頻率)的頻譜行為也能夠列出(以中頻頻帶測(cè)量的)低頻相關(guān)長(zhǎng)度。此外，目標(biāo)分類庫還能夠包含目標(biāo)空間和時(shí)間相關(guān)功能的信息。一定的目標(biāo)在成 像器上具有典型的尺寸和形狀(空間相關(guān)長(zhǎng)度)和典型的可見度時(shí)間(相關(guān)時(shí)間)以及目標(biāo)部分關(guān)于彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(目標(biāo)的自相關(guān)譜)。與常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)相反，亞毫米車載雷達(dá)能夠用作成像系統(tǒng)。所以能夠開發(fā)一組新的概念成像雷達(dá)需要像素重復(fù)率高和每個(gè)像素上的積分時(shí)間短。所以并且與由于更短波長(zhǎng)所得到的更高空間分辨率一起，由目標(biāo)和背景微小移動(dòng)所導(dǎo)致的斑紋特征在中頻信號(hào)的振幅信息中變得可見。它們作為噪聲出現(xiàn)，除非保留和檢測(cè)到了相位信息。某些條件如下.空間分辨率必須具有移動(dòng)目標(biāo)(樹葉、衣服、車輛部件)的級(jí)別。.波長(zhǎng)必須足夠短使得這樣的復(fù)雜目標(biāo)的移動(dòng)導(dǎo)致相位信息的顯著改變。兩種情況亞毫米雷達(dá)都能夠?qū)崿F(xiàn)，與其他類型的雷達(dá)不同。幾厘米的空間分辨率允許各片樹葉、衣服部分和車輛部件被辨別出。典型情況下，小于毫米級(jí)的波長(zhǎng)將導(dǎo)致零點(diǎn)幾毫米級(jí)的微小移動(dòng)作為移動(dòng)駐波比變得可見，即傳統(tǒng)的斑紋模式。不是濾出這些周期成分比如斑紋模式，而是可以估計(jì)它們的頻率成分。由于所研究目標(biāo)微觀移動(dòng)的典型頻率范圍導(dǎo)致微運(yùn)動(dòng)頻譜的可用性對(duì)于不同的目標(biāo)類是截然不同的。典型情況下，樹葉具有每秒幾毫米的震蕩頻譜，導(dǎo)致IOs至IOOHz的斑紋頻率。衣服具有每秒幾毫米的震蕩頻譜，導(dǎo)致子Hz頻譜。常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)具有相當(dāng)IOHz的幀速率并且無法看到這些斑紋模式。在時(shí)間窗口上對(duì)選定的像素采取一系列的測(cè)量，允許頻率分辨率高達(dá)幾kHz。利用幾個(gè)像素的讀出值并執(zhí)行FFT分析或某種其他變換，能夠去除某些雜物比如植被對(duì)機(jī)動(dòng)車實(shí)例的影響。正如以下將更詳細(xì)地介紹，能夠做到更多。相關(guān)性分析能夠向用單頻雷達(dá)所獲得的二維圖像增添兩個(gè)更多的維度。人們可以計(jì)算任何給定像素“時(shí)間反向”的相關(guān)時(shí)間并且可以計(jì)算“相同時(shí)間”任何相鄰像素的相關(guān)長(zhǎng)度。通過計(jì)算任何像素關(guān)于先前時(shí)間獲取的任何其他像素的相關(guān)而展現(xiàn)了本方法的全部能力。這種“完全”相關(guān)包含時(shí)間和空間的性質(zhì)，比如目標(biāo)關(guān)于場(chǎng)景幀的運(yùn)動(dòng)、目標(biāo)部分關(guān)于該目標(biāo)的其他部分的運(yùn)動(dòng)、目標(biāo)的尺寸和持久性信息。所有這些性質(zhì)都可能是內(nèi)容的特征，能夠?qū)Χ喾N類型的目標(biāo)進(jìn)行辨別和分類。對(duì)于成像系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)選擇足夠高的幀速率，使得背景和目標(biāo)的相關(guān)時(shí)間都慢于幀速率。計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)與自身“時(shí)間反向”(自相關(guān)時(shí)間)的相關(guān)然后產(chǎn)生了反差增強(qiáng)的圖像一典型情況下該目標(biāo)具有比背景中由于風(fēng)所導(dǎo)致小運(yùn)動(dòng)的植被更長(zhǎng)的相關(guān)時(shí)間。典型情況下目標(biāo)(比如行人)具有的相關(guān)時(shí)間比一座道路基礎(chǔ)設(shè)施或者如用于廣告的紙板人像的相關(guān)時(shí)間快得多。
取得相同的測(cè)量信息并計(jì)算像素與其近鄰像素的相關(guān)產(chǎn)生了特定類目標(biāo)的典型相關(guān)長(zhǎng)度——植被具有由小運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的比較小的相關(guān)長(zhǎng)度，人具有由此人的尺寸所確定的大得多的相關(guān)長(zhǎng)度，道路基礎(chǔ)設(shè)施往往由于其尺寸具有最大的相關(guān)長(zhǎng)度?，F(xiàn)在計(jì)算了時(shí)間和空間相關(guān)后，兩個(gè)新維度已經(jīng)被添加到測(cè)量數(shù)據(jù)現(xiàn)在不僅能夠使用目標(biāo)的尺寸作為檢測(cè)工具，而且還能夠使用目標(biāo)關(guān)于雷達(dá)系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間和典型的運(yùn)動(dòng)。這些“完全”相關(guān)譜還包含(與雷達(dá)系統(tǒng)正交的)速度信息，由在一組連續(xù)幀中與已經(jīng)可見目標(biāo)所在的像素有關(guān)的清晰相關(guān)峰值表示。使用成像雷達(dá)的速度信息可以以多種方式得到，方式為當(dāng)某幀與先前幀相關(guān)時(shí)，識(shí)別該目標(biāo)的位移或尺寸。俥用多個(gè)亞臺(tái)米頻帶由于可用亞毫米頻帶之間相對(duì)大的頻率距離，所以在不同頻帶中給定障礙的由障礙材料的基礎(chǔ)物理性質(zhì)所導(dǎo)致的雷達(dá)有效截面將不同。人體將以近似相同的方式反射一切亞毫米波——在人皮膚之下遇到的信號(hào)損失充當(dāng)了與輻射頻率無關(guān)的幾乎完美鏡面。具有0. 5mm…Imm厚度的典型樹葉顯示了法布里泊羅(Fabry-Perot)諧振效應(yīng),此處與雷達(dá)波束正交的投影樹葉厚度將是材料中半波長(zhǎng)的奇整數(shù)倍，導(dǎo)致了相消干涉。在其他頻率上，同一樹葉具有的厚度對(duì)應(yīng)于材料中半波長(zhǎng)的偶整數(shù)倍，導(dǎo)致相長(zhǎng)干涉。相消干涉造成零雷達(dá)有效截面因此不可見的樹葉，相長(zhǎng)干涉頻率將產(chǎn)生最大的雷達(dá)有效截面。為了充分利用這些性質(zhì)，可以使用多頻雷達(dá)系統(tǒng)并可以相干地評(píng)估所得到的圖像。選擇不止一個(gè)頻帶(如三個(gè))，在一定頻帶內(nèi)得到的每幅雷達(dá)圖像都被賦予了預(yù)定的“THz顏色”。隨后，從特定場(chǎng)景在一定時(shí)間得到的全部圖像(“!'取顏色提取”)被重疊形成偽彩色圖像。這就產(chǎn)生了雷達(dá)響應(yīng)的頻率依賴到更適合圖像處理的彩色圖像的轉(zhuǎn)換。將若干頻帶與顏色相關(guān)聯(lián)導(dǎo)致在人體上獲得“白色”圖像而在葉子上獲得“多彩的”回波，其中草葉具有更高的頻率，與樹葉相比相消干涉首先出現(xiàn)。樹葉的頻率又高于針葉。紙板墻和交通標(biāo)志具有明顯的非白色顏色，在圖像的大部分上變化不快(看起來象水上的油點(diǎn))。人行道上黑色冰層也具有典型的顏色緩慢變化外貌。相反，雪完全是黑色的——雪面上的多個(gè)反射作用吸收了進(jìn)入的全部輻射。所以偽彩色亞毫米波和THz成像用于根據(jù)目標(biāo)的物理表面結(jié)構(gòu)而區(qū)分它。在所有頻帶中得到的總信號(hào)振幅最終象征著雷達(dá)有效截面。在這種數(shù)據(jù)集上，可以根據(jù)“THz顏色”映射區(qū)別參數(shù)。例如可以獲得三個(gè)頻帶的圖像?！凹t”色提取在350GHz獲得，“綠”在450GHz而“藍(lán)”在500GHz。人的回波對(duì)所有頻帶會(huì)是共同的。樹葉和灌木叢的回波具有很強(qiáng)的頻率依賴性。重疊這三種顏色的圖像產(chǎn)生偽彩色圖像，其中人的回波是“白色”而樹葉的回波證實(shí)是有色的。因此在相干雷達(dá)系統(tǒng)中多頻帶成像能夠用于增強(qiáng)反差并且能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行分類。
在亞毫米成像雷達(dá)應(yīng)對(duì)的場(chǎng)景中，一切被成像的部分都比所用輻射波長(zhǎng)大得多。這與傳統(tǒng)雷達(dá)形成鮮明對(duì)比，其中典型的成像目標(biāo)具有頗有幾個(gè)波長(zhǎng)的典型維度從而僅僅定向的運(yùn)動(dòng)才導(dǎo)致可測(cè)量到的相位變化。結(jié)果，亞毫米雷達(dá)圖像包含比傳統(tǒng)雷達(dá)多得多的成像目標(biāo)表面性質(zhì)的細(xì)節(jié)。在自然目標(biāo)的表面上，頻繁地發(fā)現(xiàn)具有若干亞毫米特征長(zhǎng)度的典型結(jié)構(gòu)。這包括樹皮、樹葉、衣服以及交通標(biāo)志上的反射表面。所以，與微波雷達(dá)圖像相t匕，在障礙物上一定點(diǎn)的所遇到的雷達(dá)有效截面多得多地取決于以窄帶方式所使用的雷達(dá)頻率。提取和處理這種信息意味著它能夠用于目標(biāo)或障礙物的檢測(cè)和分類。正如已經(jīng)介紹，能夠從雷達(dá)信號(hào)中提取最大限度的信息量，方式為使用周期成分中的變化比如空間譜(目標(biāo)多大、多小)、低頻譜(目標(biāo)中小的部分相對(duì)于該目標(biāo)移動(dòng)得有多快)、中頻頻譜(整個(gè)目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)移動(dòng)得有多快)以及顏色-RF頻譜(目標(biāo)的反射率隨著THz頻率如何變化)?？紤]這種信息并考慮先前得到的幀便為雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生了第一目標(biāo)辨別工具。利用這樣的工具，人們能夠避免使用如對(duì)系統(tǒng)噪聲具有最負(fù)面影響的中頻頻譜，以便實(shí)現(xiàn)具有 與多普勒雷達(dá)可比較信息的連續(xù)波雷達(dá)。任何相干雷達(dá)系統(tǒng)都受限于其噪聲等效反射率差(NERD)，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)比傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)中使用的噪聲等效功率更適合。小于它的反射率差都無法被檢測(cè)出。降低該NERD對(duì)于增強(qiáng)實(shí)用雷達(dá)系統(tǒng)極其重要。為了增強(qiáng)NERD存在著兩種基本不同的策略I :增加給定反射率差上所得到測(cè)量信號(hào)差。不是工作在單一頻率上而是運(yùn)行在一組頻帶上，增強(qiáng)了給定反射率差上所收到的信號(hào)差，假設(shè)反射率是取決于頻率的。2 :降低測(cè)量系統(tǒng)的噪聲。不是工作在單一頻率上而是運(yùn)行在一組頻帶上，導(dǎo)致所得到的數(shù)據(jù)量加倍，從而允許通過對(duì)加倍的測(cè)量數(shù)據(jù)量積分而識(shí)別該目標(biāo)，由于噪聲趨向在更多的積分時(shí)抵消所以有效地降低了噪聲。不僅考慮測(cè)量系統(tǒng)的噪聲還考慮由雨和雪所導(dǎo)致的噪聲，測(cè)量一組頻率也允許減少這種噪聲——測(cè)量中唯一相關(guān)部分就是該目標(biāo)。雨的散射和吸收強(qiáng)烈隨機(jī)地取決于頻率。運(yùn)行在一組頻帶上有效地除去了一切斑紋效應(yīng)。斑紋是一切相干雷達(dá)系統(tǒng)的低劣副產(chǎn)品，由發(fā)射機(jī)、目標(biāo)和接收機(jī)之間的駐波引起。斑紋濾波通常以相當(dāng)量的信噪比和測(cè)量信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為代價(jià)。多頻雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行在足夠多的頻率時(shí)，不需要任何斑紋濾波器。在同一亞毫米頻帶內(nèi)使用多種設(shè)置通過改變?nèi)缦袼胤直媛?、圖像的積分時(shí)間和中頻范圍的設(shè)置、以及以不同設(shè)置獲取的圖像對(duì)比也能夠得到偽彩色成分。從這可得到圖像中幾個(gè)點(diǎn)處更準(zhǔn)確的多普勒信息。在更高的分辨率上執(zhí)行了輪廓提取后，這種速度信息被分配到由該高分辨率輪廓所界定的整個(gè)目標(biāo)。系統(tǒng)組件Tx單元多色THz雷達(dá)需要多組倍頻器或能夠產(chǎn)生相當(dāng)大輸出功率的單組倍頻器，用于一組頻帶內(nèi)的目標(biāo)照明。適于車載應(yīng)用的頻帶是由大氣窗口確定的350GHz、450GHz和515GHz，其中水汽吸收可接受地低。如果使用了鎖相，連續(xù)波發(fā)射機(jī)更實(shí)用，因?yàn)槭褂肧AR技術(shù)能夠根據(jù)所得到的CW結(jié)果計(jì)算任何脈沖響應(yīng)。另外在亞毫米頻率從脈沖發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)檢索相位信息在技術(shù)上困難得多。系統(tǒng)組件Rx單元對(duì)于多色THz雷達(dá)的接收方，分諧波混頻器級(jí)是適當(dāng)?shù)?。在這里所需要的本機(jī)振蕩器頻率更低，典型情況下低二或三倍，并且能夠更容易地產(chǎn)生可用于泵推該混頻器的功率。使用Martin-Puplett同向雙工器級(jí)作為波束分路器能夠完成不同顏色頻道的分離。與僅僅能夠使用30%的信號(hào)產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)的吸收性解決方案相比，在這里能夠使用幾乎80%的進(jìn)入多頻信號(hào)。通過將本機(jī)振蕩器和RF部分分離到三個(gè)獨(dú)立單元之中，發(fā)射的THz總功率增加了 3倍，它使系統(tǒng)的信噪比增加了 3的平方根倍，即大約I. 7倍。其他解決方案在每個(gè)RF頻帶的每個(gè)RF源信號(hào)上基于單邊帶上轉(zhuǎn)換器使用邊帶發(fā)生器。對(duì)每個(gè)RF頻帶使用不同的邊帶位移，需要僅僅一個(gè)傳統(tǒng)的混頻器，并且多個(gè)RF頻帶通過頻率多路復(fù)用都包含在中頻信號(hào)中。
即使這里Rx單元也要求多組倍頻器或能夠產(chǎn)生相當(dāng)大輸出功率的單組倍頻器，用于一組頻帶內(nèi)的目標(biāo)照明。用于諧波混頻的適合的頻帶是175GHz、225GHz和257. 5GHz。所有這些頻帶彼此都不是諧頻，所以RF串?dāng)_將不會(huì)是問題。因?yàn)槎S成像雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)可用的瞬時(shí)中頻帶寬具有非?？量痰囊?，信噪比是個(gè)問題。(對(duì)RF帶寬的限制要寬松得多。)使這滿足的唯一方式為同時(shí)測(cè)量一組THz頻率從而避免對(duì)增加帶寬調(diào)制技術(shù)的使用。另一方面——同時(shí)測(cè)量一組頻率使得到的正交數(shù)據(jù)量成倍增加并允許進(jìn)一步減少系統(tǒng)的噪聲。由于通過考慮目標(biāo)反射率的RF頻率相關(guān)性而得到的信息多于傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)，所以出現(xiàn)了分類能力的上升。使用典型RF頻譜庫，雷達(dá)目標(biāo)的分類變?yōu)榭赡?。尤其是植?樹葉)具有THz波長(zhǎng)級(jí)別的厚度。它們的回波因而在頻率上變得隨機(jī)。幾個(gè)頻道之間的任何相關(guān)性分析都有效地去除了由樹葉所引起的一切回波。
通過具有幾個(gè)僅將目標(biāo)信息作為相干基礎(chǔ)的獨(dú)立頻道能夠獲得增強(qiáng)的對(duì)雨雪的抵抗能力。任何大氣添加的噪聲和雨/雪噪聲(時(shí)間上和頻率上)都表現(xiàn)為隨機(jī)反射率。所以頻道對(duì)之間的相關(guān)函數(shù)從雷達(dá)信號(hào)中有效地去除了雪和雨。傳統(tǒng)的(民用的)雷達(dá)系統(tǒng)由于法規(guī)限制具有非常有限的帶寬。這不適用于亞毫米雷達(dá)?？梢允褂萌靠捎玫腞F頻率空間來降低噪聲。任何相干雷達(dá)系統(tǒng)中由發(fā)射機(jī)、目標(biāo)和接收機(jī)天線之間的駐波所引起的斑紋效應(yīng)都能夠被減小。這種駐波模式極為取決于頻率。所以使用幾個(gè)頻道工作能夠有效地去除有害要的斑紋效應(yīng)并且不需要去斑紋濾波。圖I和圖2,雷汰系統(tǒng)實(shí)施例的示意I顯示了包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)部件10以及對(duì)發(fā)射機(jī)鎖相的解調(diào)器20的系統(tǒng)的部分。它產(chǎn)生的下轉(zhuǎn)換信號(hào)具有時(shí)變的相位和振幅分量，對(duì)給定像素包含周期分量，該周期分量取決于該雷達(dá)系統(tǒng)視野中該點(diǎn)的內(nèi)容。原則上接收機(jī)和發(fā)射機(jī)能夠是任何類型的，掃描的或其他方式的，掃描為例如一維、二維或三維。范圍能夠是適合該應(yīng)用的任何范圍，所以車載應(yīng)用可能需要IOOm的范圍或更多，而對(duì)于醫(yī)學(xué)掃描或材料分析的應(yīng)用可能需要幾米或小于一米的范圍。能夠以多種方式實(shí)施鎖相，以下將更詳細(xì)地介紹某些實(shí)例。信號(hào)處理部件30能夠從下轉(zhuǎn)換信號(hào)中的相位和振幅信息來區(qū)分有關(guān)內(nèi)容的信息。信號(hào)處理能夠以任何方式實(shí)施，離線或?qū)崟r(shí)，以用于通用處理器的軟件，或以可編程或?qū)Ｓ糜布?，或者其他常?guī)技術(shù)，以適合每種應(yīng)用的成本、速度、功耗和其他準(zhǔn)則。圖2顯示了另一個(gè)實(shí)施例，類似于圖I的實(shí)施例但是更詳細(xì)地顯示了實(shí)施圖I中每個(gè)部件的一種方式。發(fā)射機(jī)照明物體70而反射由接收機(jī)90接收。以顯示為RFp RF2和RF3的不同亞毫米波長(zhǎng)頻帶進(jìn)行多次窄帶掃描。解調(diào)器110被鎖相到發(fā)射機(jī)，利用了向兩個(gè)部件都饋送的本機(jī)振蕩器100。解調(diào)器能夠選擇地解調(diào)多個(gè)頻帶并且輸出中頻IF信號(hào)，例如不是作為并行數(shù)據(jù)流就是順序地以 連續(xù)線或列或幀的形式。對(duì)于總IF頻帶的選定部分，頻譜分析器150為每個(gè)像素輸出許多譜。這些譜可以是頻譜也可以是某種其他變換。顯示了頻譜的三個(gè)“容器”，可能存在數(shù)千或數(shù)百萬個(gè)像素，所以為了清楚起見僅僅顯示了它們的幾個(gè)。頻譜150對(duì)于RF帶I和IF帶I。頻譜160對(duì)于RF帶I和IF帶2。頻譜170對(duì)于RF帶2和IF帶I等等。部件180處理這些頻譜以提取由內(nèi)容抖動(dòng)、斑紋模式和表層干涉效應(yīng)所導(dǎo)致的內(nèi)容的特有特征。以多幅輪廓圖形式的原始結(jié)果被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器220中，并且可以受到部件200的目標(biāo)檢測(cè)和分類。這能夠根據(jù)目標(biāo)模型庫210比較其特征或閾值。所期望的內(nèi)容目標(biāo)能夠被增強(qiáng)而不期望的雜亂回波能夠減少或去除。這能夠產(chǎn)生顯示內(nèi)容的圖像230。圖3顯示了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)行步驟，以掃描視野的掃描步驟240開始。下一步在步驟250相干地解調(diào)所接收的信號(hào)。在步驟260，下轉(zhuǎn)換的信號(hào)從時(shí)間域被變換以產(chǎn)生頻率或類似的譜以突出周期分量中的變化。在步驟270，例如通過多種類型的相關(guān)提取了內(nèi)容的若干專有特征。在步驟290通過與模型對(duì)比能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行分類，而在步驟300能夠輸出這些特點(diǎn)和分類并用于所有目的。某些實(shí)例是例如輸出圖像、警告或幫助駕駛員控制車輛的控制信號(hào)。圖4 :根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)4顯示了具有頂端發(fā)射鏈的亞毫米雷達(dá)系統(tǒng)。這包括RF發(fā)生器310，被安排接收用于不同的亞毫米頻帶的11-14GHZ量級(jí)的多種不同振蕩器的頻率，并輸出350到515GHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)發(fā)射機(jī)天線315，該發(fā)射機(jī)天線可以是例如號(hào)角，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他天線。部件320整形并掃描發(fā)射波束以覆蓋所述視野。原則上發(fā)射和接收波束可以被制成“注視的”，即可以是不掃描的廣角波束。部件340整形并掃描視野中的接收波束。接收天線335將在350到515GHz收到的信號(hào)饋入混頻器345進(jìn)行下轉(zhuǎn)換。該混頻器可以是分諧波的混頻器，并且由來自本機(jī)振蕩發(fā)生器部件330的本機(jī)振蕩器信號(hào)饋給，被頻率和時(shí)間控制部件325鎖相到用于發(fā)射機(jī)同一振蕩器信號(hào)。本機(jī)振蕩發(fā)生器部件能夠接受11至14GHz的鎖相振蕩器信號(hào)，并且能夠向混頻器輸出175至258GHz的頻率。混頻器向中頻處理器部件350輸出具有0至11. 8GHz范圍的下轉(zhuǎn)換信號(hào)。這饋給圖像處理部件355，它能夠供給用戶界面或進(jìn)一步處理部件。圖5、圖6和圖7,頻率和時(shí)間控制的示意5顯示了如何實(shí)現(xiàn)圖4的頻率和時(shí)間控制部件325的實(shí)例，用于圖I、圖2、圖3或圖4的系統(tǒng)實(shí)施例或者其他實(shí)施例中。公共或參考振蕩器信號(hào)從穩(wěn)定源被饋送給了分?jǐn)?shù)M/N鎖相環(huán)375，它輸出所述源M/N頻率并且與所述源有固定相位關(guān)系的信號(hào)。這是拆分并且一個(gè)通道經(jīng)由另一個(gè)鎖相環(huán)M1/N1 380去往RF發(fā)生器部件310，以便提供11至14GHz的信號(hào)。另一個(gè)通道經(jīng)由另一個(gè)鎖相環(huán)M2/N2 385去往本機(jī)振蕩發(fā)生器330，以便提供與公共源以及與向發(fā)射機(jī)提供的信號(hào)有固定相位關(guān)系的11至14GHz的信號(hào)，以給出相干解調(diào)。去往本機(jī)振蕩發(fā)生器的信號(hào)將以稍微不同的頻率，使得該差異給出混頻器輸出的頻帶。該差異將取決于值NI、Ml、N2、M2的選擇，該差異可以改變的步長(zhǎng)將取決于N和M。未顯示的雷達(dá)系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)能夠用于設(shè)置或改變這些值。部件375設(shè)置若干步長(zhǎng)，能夠以其改變本機(jī)振蕩與RF頻率之間的差異。實(shí)際上的RF頻率是部件375和部件380的產(chǎn)品，本機(jī)振蕩是部件375和部件385的產(chǎn)品。M、N的選擇產(chǎn)生了若干步長(zhǎng)，發(fā)生器380和385輸出的頻率之間的頻率差異能夠以其步進(jìn)(這種M/N*Fosc取代了在PLL中使用的通常固定的石英參考，允許更靈活和可編程的RF頻帶結(jié)構(gòu))。傳遞到310和330的頻率然后由下式給出M*Ml/(N*Nl)*Fosc 以及M*M2/ (N*N2) *Fosc由本機(jī)振蕩器和RF源最后產(chǎn)生的頻率從而由下式確定 M*Ml/(N*Nl)*Q*Fosc 以及M*M2/ (N*N2) *Q*Fosc其中輸入頻率是Fosc，而因子Q由頻率倍增器塊的固定硬件配置給出。選擇因子M、N、M1、N1、M2、N2為成對(duì)的素?cái)?shù)以非常高效的方式降低相位噪聲，因?yàn)椤跋辔恍ｒ?yàn)時(shí)間”會(huì)盡可能不同步。此外它避免了由信號(hào)串?dāng)_在同一頻率或者分諧波和諧波頻率導(dǎo)致的幻影響應(yīng)。這種特征受到了特別關(guān)注，因?yàn)樗捎糜谟?jì)算在大的中頻范圍上的中頻相關(guān)，其中(在以上PLL中使用的)若干主頻率的至少某些將被用作中頻頻率。將主頻 M*Ml/(N*Nl)*Fosc、M*M2/(N*N2)*Q*Fosc、M*M1/(N*N1) *Q*Fosc、M*M2/(N*N2) *Fosc 以 及M/N*Fosc從分析的中頻區(qū)域中移出增大了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。圖6和圖7顯示了用于實(shí)現(xiàn)圖5中使用的鎖相環(huán)發(fā)生器380或385的替代實(shí)施例。在圖6中顯示了鎖相環(huán)。分頻器400將輸入頻率除以因子N。它被饋送給相位比較器405的一個(gè)輸入。輸出是相位誤差，被饋送以調(diào)節(jié)電壓控制的振蕩器410。它的輸出被饋送給分頻器415將該頻率除以因子M，并且將其饋送給相位比較器的另一個(gè)輸入。這意味著VCO410的輸出將具有輸入信號(hào)M/N倍的穩(wěn)定而鎖相的頻率。選擇的M和N應(yīng)當(dāng)不具有公因子并且彼此相對(duì)為素?cái)?shù)值，使得它們不會(huì)彼此互鎖。應(yīng)當(dāng)提供不同部件的分開供電以及在時(shí)間上平均散布同樣多的更新點(diǎn)，以便在本機(jī)振蕩器與發(fā)射機(jī)之間保持良好的相位關(guān)系。圖7顯示的替代實(shí)施例具有與圖6類似的鎖相環(huán)布局，但是在VCO 410之后的倍頻器411是控制回路的一部分。這種倍增器將頻率乘以因子Q，在某實(shí)例中可以為36。倍增器的輸出是整體輸出，并且也被反饋給相位比較器的第二輸入，經(jīng)由的環(huán)節(jié)具有法布里泊羅“銳”帶通濾波器412、功率檢測(cè)器413、檢測(cè)濾波和非濾波功率比值的部件414，后面有另一個(gè)VCO 416。提供的第二功率檢測(cè)器417用于檢測(cè)帶通濾波器前的功率。整體輸出是輸入頻率QM/N倍的鎖相信號(hào)。這有效地將RF或本機(jī)振蕩發(fā)生器的某些倍增階段合并到分頻發(fā)生器中。這能夠有助于減少由倍增器引入的相位誤差，但是代價(jià)為分頻發(fā)生器更復(fù)雜的構(gòu)造。在圖6或圖7的任一幅中，值M和N能夠由控制計(jì)算機(jī)編程，當(dāng)使用不得不以不同的RF頻率順序地獲得幀的單頻雷達(dá)時(shí)，判斷亞毫米波段的哪個(gè)部分正被用于當(dāng)前的圖像。對(duì)于真正的多色系統(tǒng)，為了同時(shí)獲得不同RF頻率的圖像，需要幾臺(tái)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。配置了特定幀的測(cè)量設(shè)置后，雷達(dá)系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)能夠安排M和N的實(shí)際值。“簡(jiǎn)單的”鎖相環(huán)(PLL)結(jié)構(gòu)在圖6中可見以相位比較器405開始該相位比較器產(chǎn)生與輸入信號(hào)的相位差成比例的信號(hào)。所以如果兩個(gè)輸入的信號(hào)具有相同頻率從而相位差不變，它產(chǎn)生不變電壓。當(dāng)兩個(gè)輸入的頻率不同，在輸入處的相位差將隨時(shí)間線性地增長(zhǎng)(或收縮)(確切地說，相位差以2 為模獲得，引起鋸齒信號(hào))。對(duì)這個(gè)相位檢測(cè)器的輸出使用濾波器，我們必須確保如果下輸入通道攜帶的頻率低于(高于)上輸入通道，相位檢測(cè)器輸出的平均值將是正的(負(fù)的)。將這個(gè)信號(hào)饋送到電壓控制的振蕩器(VC0)410，更大(更小)的輸入電壓將導(dǎo)致更高(更低)的頻率，導(dǎo)致(在使用分頻器415由可編程因子M分頻后)相位檢測(cè)器405的下輸入處頻率的提高(降低)，有效地糾正了在第一位置中發(fā)現(xiàn)的頻率不合。在穩(wěn)定的情況下，由VCO 410產(chǎn)生的頻率將比在相位檢測(cè)器405上輸入處所發(fā)現(xiàn)頻率高M(jìn)倍。這種上輸入的頻率自身通過使用分頻器400將輸入頻率Fin除以N給出。所以在假設(shè)鎖住了 PLL的情況下輸出頻率將為M/N*Fin，即相位檢測(cè)器的輸出頻率是平滑的并且在更長(zhǎng)的時(shí)間不包含任何鋸齒串。輸出處的頻率M/N*Fin(使用當(dāng)今的分頻器技術(shù))被限于幾十GHz。為了產(chǎn)生亞毫米波的頻率，我們必須向這個(gè)PLL的輸出添加因子為Q的固定倍增器鏈。從而由倍增器產(chǎn)生的相位噪聲在“環(huán)路外”，所以不被PLL濾波器減少。 圖7的替代方式實(shí)際上是鎖頻環(huán)(FLL)，因?yàn)橄辔徊皇侵苯颖绘i定，僅僅通過鎖頻間接地鎖定。注意，當(dāng)使用這樣的FLL發(fā)生器模式時(shí)，輸入與輸出頻率之間的相位關(guān)系在較長(zhǎng)時(shí)間上緩慢滑動(dòng)。所以人們不得不提供參考通道并且不得不將下轉(zhuǎn)換級(jí)加倍。然后參考相位和測(cè)量相位可用，其差異產(chǎn)生了到該目標(biāo)的相位延遲。這里VCO 410的輸出在倍增器411中乘以因子Q。分析這種輸出信號(hào)所使用的銳帶通濾波器的中心在所關(guān)注的RF頻率區(qū)間之外。使用功率檢測(cè)器417將來自銳帶通濾波器的信號(hào)與整體輸出進(jìn)行對(duì)比，“銳”與“寬”或非濾波輸出的比值產(chǎn)生了隨RF頻率升高而上升的控制電壓。這種取決于頻率的電壓被傳遞到第二 VCO 414，在那里產(chǎn)生了下參考頻率，它以與圖6類似的方式閉合了回路。存在著一組基本差異(在413中)使用僅僅取決于總吸收能量的低通濾波變量破壞了輸入頻率與輸出頻率之間的相位關(guān)系。圖8、圖9射頻發(fā)牛器部件和本機(jī)振蕩發(fā)牛器部件的系統(tǒng)實(shí)施例圖8顯示了圖4或其他實(shí)施例中使用的RF發(fā)生器部件310的可能實(shí)現(xiàn)。鎖相振蕩器信號(hào)被饋入12GHz輸入放大器450。它將10-16GHZ的信號(hào)饋入串聯(lián)的X2X2倍增器和放大器455以及給出三級(jí)X 2的進(jìn)一步頻率倍增的倍增器460。最后波導(dǎo)濾波器465獲得了 320-512GHZ的信號(hào)，并且施加了 350GHz的截?cái)唷？梢允褂闷渌诞a(chǎn)生其他的亞毫米波段。圖9顯示了本機(jī)振蕩發(fā)生器部件的示意圖，具有相似環(huán)節(jié)中的對(duì)應(yīng)部件，但是具有一半頻率的端點(diǎn)輸出，如果使用分諧波混頻器這是適宜的。鎖相振蕩器信號(hào)被饋入12GHz輸入放大器480。它將10-16GHZ的信號(hào)饋入串聯(lián)的X2X2倍增器和放大器485以及給出兩級(jí)X2的進(jìn)一步頻率倍增的倍增器490。最后波導(dǎo)濾波器495獲得了 160_256GHz的信號(hào)，并且施加了 175GHz的截?cái)??？梢允褂闷渌到庹{(diào)其他的亞毫米波段。圖10和圖11,用于相同系統(tǒng)實(shí)施例的中頻處理部件350圖10顯示的實(shí)現(xiàn)包括向IQ混頻器505饋送的本機(jī)振蕩2發(fā)生器500。來自混頻器345的信號(hào)也經(jīng)由輸入放大器515被串聯(lián)跟隨的輸入放大器510饋入混頻器的第二輸入。IQ混頻器的輸出是65MHz的合成信號(hào)，饋入中頻2處理器520，在圖11中更詳細(xì)地顯示它。圖10和圖11中所示的部件能夠在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)，如果在電路中的合適點(diǎn)包括了采樣器。圖11顯示了中頻2處理器520的可能實(shí)現(xiàn)。輸入被饋入65MHz范圍選擇器560，然后它經(jīng)由輸入濾波器555饋入另一個(gè)IQ混頻器580。到這個(gè)混頻器的另一個(gè)輸入來自本機(jī)振蕩2發(fā)生器550，提供的信號(hào)具有0-65MHZ的范圍。混頻器將頻率范圍為44. IkHz的信號(hào)輸出到用于通過降采樣和平滑以降噪的有限響應(yīng)濾波器565。適合的集成電路實(shí)例是Analog Devices的AD 6620芯片。這饋入實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的完全積分解調(diào)所需要的進(jìn)一步的有限響應(yīng)濾波器570，它又饋入用于降采樣和噪聲壓制的自相關(guān)器575。這種模式相當(dāng)傳統(tǒng)并用在如GSM移動(dòng)站中。數(shù)據(jù)降采樣的目的是增加由AD轉(zhuǎn)換器提供的有效位數(shù)。使用這種三重濾波器的模式允許物理上的12位轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生22位的合成數(shù)據(jù)。這些FIR濾波器的第三個(gè)可以另外用于上下邊帶信號(hào)的去相關(guān)，只要這些邊帶被進(jìn)行了相關(guān)(正如在具有零凈頻率位移的植被回波的微動(dòng)中)。 圖12和圖13 :圖像處理部件的實(shí)現(xiàn)圖12和圖13顯示了用于圖4中系統(tǒng)或其他實(shí)施例的圖像處理器355的部分實(shí)現(xiàn)。來自中頻2處理器的原始中頻信號(hào)是一序列的頻率域信號(hào)，表示序列中每個(gè)像素處的頻譜。向幀發(fā)生器的輸入也是關(guān)于時(shí)間與全部(接收機(jī)和發(fā)射機(jī))天線波束位置的另一個(gè)信號(hào)序列。幀發(fā)生器使用天線波束位置與時(shí)間之間的這種關(guān)系，將波束位置數(shù)據(jù)分配給中頻數(shù)據(jù)流，有效地產(chǎn)生了(2+n)D圖像(在波束位置隨時(shí)間掃過二維區(qū)域的假設(shè)下)。然后n代表所增加的維數(shù)如n = I表明每個(gè)圖像像素都包括中頻頻譜，n = 2的結(jié)果是(除了每個(gè)像素都是中頻頻譜外)，已經(jīng)有了照明源的一維掃描時(shí)，當(dāng)我們使用照明的二維掃描或者與RF頻率掃描一起的一維掃描時(shí)得到n = 3，n = 4的結(jié)果是使用了與RF頻率掃描一起的二維照明掃描。我們可以改變以下參數(shù)的全部或一部分 接收掃描(即“圖像)，幀的主要維數(shù) 發(fā)射掃描(即“照明”) RF頻率掃描 中頻頻率掃描(使用并行接收信號(hào)處理器讀出) 極化掃描 天線波束模式掃描(即“焦點(diǎn)深度”)這種更高維的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被視為“幀”。隨后的分析取決于“幀”的這種統(tǒng)一描述。以復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的這種(2+n)D幀開始，我們提供了一組產(chǎn)生標(biāo)量、正定二維圖像的濾波器，其中圖像的每個(gè)像素都由一定的“濾波器函數(shù)”或“代價(jià)函數(shù)”的結(jié)果給出，這些函數(shù)被應(yīng)用到附加維的任何子維或者在任一維中發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)的任何子集。直觀地存在著被分組到函數(shù)組之中的一組典型“代價(jià)函數(shù)”從而(2+n)D幀發(fā)生器用每個(gè)像素的頻譜信息填充了幀存儲(chǔ)器610中的相關(guān)位置。每個(gè)頻譜在一定數(shù)量巾貞的時(shí)窗上確定，并且這個(gè)時(shí)窗在時(shí)間上滑動(dòng)一巾貞的時(shí)間用于確定下一幀的頻譜。幀存儲(chǔ)器由現(xiàn)在將解釋的許多相關(guān)器件存取，也允許濾波器函數(shù)訪問時(shí)間趨勢(shì)。I.中頻相關(guān)器615在中頻中尋找多普勒頻移,它將指不目標(biāo)在波束軸中的運(yùn)動(dòng)，假設(shè)所有運(yùn)動(dòng)的周期都低于幀的間隔。這涉及來自先前幀的同一像素頻譜的自相關(guān)，以便確定頻譜中峰值的頻率，以及確定該峰值是否以內(nèi)容抖動(dòng)的具體頻率特征正在移動(dòng)。這就提供了穿過自適應(yīng)濾波器635的輸出，一旦全部像素都被處理便建立偽彩色圖像，以顯示具有共同特征抖動(dòng)頻率的圖像區(qū)域。2.空間相關(guān)由像素相關(guān)器620使用當(dāng)前像素周圍的移動(dòng)64X64網(wǎng)格像素進(jìn)行，隨后是建立圖像濾波的實(shí)踐，盡管在這種情況下它是每個(gè)像素頻譜的空間濾波，但是它不僅僅是每個(gè)像素的振幅信息。接著這個(gè)的是自適應(yīng)濾波器640，一旦全部像素都被處理便創(chuàng)建另一幅偽彩色圖像，以顯示頻譜中具有共同的和特征的空間變化的圖像區(qū)域。這個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)而允許在相鄰像素之間進(jìn)行對(duì)比，并且作為像素投影區(qū)域提供了幀的每個(gè)像素或像素組的鄰域的有關(guān)信息。提取輪廓和目標(biāo)需要這樣的數(shù)據(jù)，類似于人類視覺系統(tǒng)中的視覺皮質(zhì)，導(dǎo)致了它的別名“視網(wǎng)膜”。3.幀相關(guān)部件625提供了時(shí)間相關(guān)，它尋找時(shí)域的重復(fù)或模式作為給定像素在時(shí)間上變化的頻譜。接著這個(gè)的是自適應(yīng)濾波器645，一旦全部像素都被處理便創(chuàng)建另一幅 偽彩色圖像，以顯示頻譜中具有共同的和特征的時(shí)間變化的圖像區(qū)域。這被總結(jié)為“存儲(chǔ)器”式函數(shù)，產(chǎn)生在每個(gè)像素的典型持續(xù)時(shí)間，可以發(fā)現(xiàn)是像素相關(guān)時(shí)間。這種濾波器產(chǎn)生斑紋強(qiáng)度和周期性，典型情況下使用頻譜和準(zhǔn)頻譜方法估計(jì)。像素的準(zhǔn)頻譜內(nèi)容因此產(chǎn)生樹葉抖動(dòng)和微運(yùn)動(dòng)信號(hào)。這樣的操作需要先前幀與現(xiàn)行幀之間的相關(guān)，導(dǎo)致這個(gè)單元的別名“存儲(chǔ)器”。比較時(shí)間上多幀所發(fā)現(xiàn)的時(shí)間變化由斑紋引起，它趨向?qū)τ谠诮o定距離處且具有特定速度的目標(biāo)特定的速率變化，從而將引起給定時(shí)間區(qū)間范圍內(nèi)的相關(guān)峰值。依賴時(shí)間變化的其他來源是來自薄層比如樹葉的干涉條紋，它將以給定周期在風(fēng)中抖動(dòng)。其他相關(guān)能夠由非本征幀相關(guān)器630執(zhí)行，并且被總結(jié)為術(shù)語“三維攝像頭”，而且能夠包括若干中貞之間的相關(guān)，這些幀使用了例如不同的亞毫米波段、中頻范圍的不同部分、不同的照明深度或照明方向，如果發(fā)射機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)它，以及不同的聚焦位置。接著這個(gè)的是自適應(yīng)濾波器650，一旦全部像素都被處理便創(chuàng)建另一幅偽彩色圖像，以顯示頻譜中這些因素中任何一種具有共同的和特征的變化的圖像區(qū)域。在圖13中顯示了圖像處理器的這種可能實(shí)現(xiàn)的部件B。它顯示了使用多種偽彩色二維圖像的多種方式。輪廓提取部件665由許多偽彩色圖像經(jīng)由加權(quán)函數(shù)660供給。加權(quán)后的偽彩色圖像能夠被重疊或結(jié)合，并且施加了閾值或其他濾波以輸出增強(qiáng)的二維圖像，或者簡(jiǎn)單地提供元數(shù)據(jù)以添加到這些圖像。例如對(duì)于輪廓提取，最大權(quán)可能給予“視網(wǎng)膜”圖像，某種權(quán)給予多普勒?qǐng)D像，而較小權(quán)給予存儲(chǔ)器和三維圖像。由輪廓提取施加的處理可以根據(jù)來自內(nèi)容特征庫的輸入而進(jìn)行，它能夠提供已知的形狀作為模板，以使得能夠填滿間隙或者例如識(shí)別出形狀。區(qū)域提取部件670能夠以類似的方式運(yùn)行，但是可能具有來自多普勒?qǐng)D像的重加權(quán)，以識(shí)別出若干目標(biāo)比如車輛，并且可能使用來自內(nèi)容特征庫的信息，以便識(shí)別出例如表面振動(dòng)和形狀。環(huán)境參數(shù)提取部件675可以具有適宜的加權(quán)，例如為了識(shí)別出雨并在其他圖像中對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，或者識(shí)別出路面上的冰。還顯示了距離提取部件680，它可以結(jié)合來自確定距離多種方式的信息，比如可識(shí)別目標(biāo)的尺寸，在接收波束的不同聚焦位置處對(duì)比響應(yīng)以確定哪里的聚焦最清晰，以及通過使施加到發(fā)射機(jī)的噪聲調(diào)制與接收信號(hào)中的可檢測(cè)物進(jìn)行相關(guān)、根據(jù)測(cè)量的往返時(shí)間進(jìn)行距離修正。所述噪聲調(diào)制可以在不同的亞毫米波段之間隨機(jī)地跳躍。對(duì)于例如在繁忙交通中避免不同車輛上相似雷達(dá)之間的干擾，這可能是有用的。另一方面，在某些實(shí)施例中可以故意地操縱中頻信道的頻率內(nèi)容，方式為對(duì)目標(biāo)應(yīng)用其他的低頻源(如超聲)，引起在RF信號(hào)上產(chǎn)生邊帶，其自身作為中頻頻道中的頻移又是可見的。這樣的實(shí)施例可用于提供結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析，例如檢測(cè)隱藏的裂縫。使用相干解調(diào)給出了更好的深度分辨率，并且實(shí)際上提供了全息數(shù)據(jù)。這使得任何RF調(diào)制都能夠得到重建。使用這些相關(guān)，比僅僅添加偽彩色能 夠產(chǎn)生更多的信息。例如，變化快的物品(樹葉、灌木叢)在彩色圖像中產(chǎn)生“白噪”，在目標(biāo)區(qū)域上具有重復(fù)、穩(wěn)定相位關(guān)系的任何其他目標(biāo)都將具有穩(wěn)定的、不變化的顏色，具有表明其相位穩(wěn)定性的顏色飽和度。通過對(duì)在相關(guān)時(shí)間(在此期間該目標(biāo)來不及改變)內(nèi)已經(jīng)得到的部分圖像進(jìn)行偽彩色配對(duì)以及通過對(duì)在更長(zhǎng)的相關(guān)時(shí)間得到的部分圖像進(jìn)行配對(duì)，提取了“持久性”或“相關(guān)時(shí)間”參數(shù)，它是被成像目標(biāo)的專有特征。對(duì)于車載雷達(dá)應(yīng)用，提供適合基于計(jì)算機(jī)模式提取的圖像是有用的，而不必對(duì)觀察人最優(yōu)化。所以概念“偽彩色”(它已經(jīng)被用于演示若干能力)不限于三原色，而是為了對(duì)在同一時(shí)間與一定的時(shí)間偏差所得到的一組(可能大于10)不同的部分圖像進(jìn)行相關(guān)。圖14 :使用脫機(jī)中頻處理和圖像處理的替代實(shí)施例這幅圖顯示了與圖4部件類似的若干部件并對(duì)以上對(duì)應(yīng)說明進(jìn)行了參考。在這種情況下中頻和圖像處理部件被數(shù)據(jù)采集部件700替換，它供給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件710。脫機(jī)圖像處理部件755能夠執(zhí)行的功能類似于圖4的中頻處理和圖像處理部件的功能。圖15和圖16用于雷汰系統(tǒng)實(shí)施例的波束整形和掃描部件圖15顯示了用于發(fā)射機(jī)的機(jī)械波束掃描的部件。這有可能被電子波束掃描替換。在發(fā)射波束通道上跟隨第一離軸拋物線反射鏡800的是旋轉(zhuǎn)平面反射鏡810以提供X偏轉(zhuǎn)(球坐標(biāo)中也稱為0偏轉(zhuǎn))。跟隨它的是波浪形圓柱反射鏡820以給出y偏轉(zhuǎn)(球坐標(biāo)中也稱為9偏轉(zhuǎn))，后面是固定的第二拋物面反射鏡830以提供橢圓波束。提供的定時(shí)控制部件840是為了控制移動(dòng)部件。聚焦控制由第一反射鏡提供。如果提供了多條波束那么它們的相位可能相接以便具有一條可操縱波束的效果。典型的波束直徑約10厘米。圖16顯示了用于接收波束掃描的若干類似部件。在波束通道上的第一元件是固定的第二拋物面890，隨后是波浪形平面反射鏡870以給出y偏轉(zhuǎn)。跟隨它的是旋轉(zhuǎn)平面反射鏡860以給出X偏轉(zhuǎn)，然后是離軸拋物線反射鏡850可移動(dòng)以提供聚焦控制。再次提供了定時(shí)控制部件900以便控制三個(gè)移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)并使其同步。圖17至圖23,內(nèi)容抖動(dòng)和斑紋效應(yīng)如何能夠提供所收到信號(hào)頻譜中的可檢測(cè)信息圖17顯示了指向給定目標(biāo)時(shí)，給定像素中頻信號(hào)的時(shí)間信號(hào)特征實(shí)例的曲線圖。時(shí)間信號(hào)特征包含了中頻振幅以準(zhǔn)周期方式變化的序列，由雷達(dá)信號(hào)在運(yùn)行時(shí)的變化引起。由于在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)天線之間存在著駐波，所以半波長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)的變化引起駐波從相長(zhǎng)干涉情況變化到相消干涉情況。關(guān)于雷達(dá)系統(tǒng)具有不變速度的任何目標(biāo)都將引起周期性斑紋。具有更隨機(jī)速度的目標(biāo)將引起準(zhǔn)周期斑紋，其中準(zhǔn)周期序列的時(shí)間長(zhǎng)度取決于速度的變化率。信號(hào)特征的第一部分顯示了較慢速度目標(biāo)的影響，而第二部分顯示了較快速度目標(biāo)的影響。圖18顯示了指向選定類型的目標(biāo)時(shí)，給定像素的中頻信號(hào)的頻率內(nèi)容的曲線圖，表明了用于目標(biāo)分類的頻率窗口。窗口 I被用于移去背景，窗口 2用于標(biāo)識(shí)受關(guān)注的目標(biāo)而窗口 3用作移去植被的目的。粗實(shí)曲線顯示了對(duì)快速移動(dòng)目標(biāo)(如植被)得到的中頻頻率內(nèi)容。粗虛曲線顯示了為緩慢移動(dòng)目標(biāo)(如行人)得到的中頻頻率內(nèi)容。它表示圖19所示的時(shí)間信號(hào)的頻譜。細(xì)虛曲線顯示了從固定背景中返回信號(hào)中得到的中頻頻率內(nèi)容。它表示圖20所示的時(shí)間信號(hào)的頻譜。表I顯不了從圖18表不的窗口上取得的FFT絕對(duì)值的平均值表。括號(hào)中的值是相對(duì)于窗口 I的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)處理器，用于具有視野的亞毫米波長(zhǎng)主動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)，所述信號(hào)處理器被安排為處理由所述雷達(dá)系統(tǒng)從所述視野收到的并被下轉(zhuǎn)換的信號(hào)，所述視野的給定像素對(duì)應(yīng)的下轉(zhuǎn)換信號(hào)具有時(shí)變的振幅和相位分量，所述振幅和相位分量具有取決于所述視野的給定像素處的內(nèi)容的周期分量，以及所述信號(hào)處理器被安排為按照所述周期分量辨別有關(guān)所述內(nèi)容的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的信號(hào)處理器，所述下轉(zhuǎn)換信號(hào)是中頻信號(hào)，并且所述信號(hào)處理器被安排為單獨(dú)地分析所述中頻頻譜的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2的信號(hào)處理器，所述下轉(zhuǎn)換信號(hào)包括以多個(gè)不同亞毫米頻率接收的分開的信號(hào)，并且所述信號(hào)處理器被安排為單獨(dú)地分析所述不同亞毫米頻率 對(duì)應(yīng)的所述下轉(zhuǎn)換信號(hào)。
4.根據(jù)任何一個(gè)前面的權(quán)利要求的信號(hào)處理器，被安排為使用辨別的信息對(duì)所述內(nèi)容中的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和分類。
5.根據(jù)任何一個(gè)前面的權(quán)利要求的信號(hào)處理器，具有使所接收的信號(hào)的部分與所述視野中對(duì)應(yīng)的位置相關(guān)的部件。
6.根據(jù)任何一個(gè)前面的權(quán)利要求的信號(hào)處理器，具有通過對(duì)所述下轉(zhuǎn)換信號(hào)的分量應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)算子而辨別所述信息以便提取所述分量的空間或時(shí)間特征的部件。
7.根據(jù)任何一個(gè)前面的權(quán)利要求的信號(hào)處理器，按照所述周期分量辨別的所述信息包括內(nèi)容抖動(dòng)效應(yīng)、所述內(nèi)容的斑紋模式特征或者導(dǎo)致射頻相關(guān)周期性的來自所述內(nèi)容中薄層的干涉效應(yīng)中的任何一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的信號(hào)處理器，當(dāng)從屬于權(quán)利要求6時(shí)，所述算子包括提取任何一種或多種以下特征的算子對(duì)亞毫米頻帶或者照明方位或者所述接收機(jī)的焦點(diǎn)位置或者極化具有依賴性的特征。
9.一種亞毫米波長(zhǎng)雷達(dá)系統(tǒng)，具有照明視野的發(fā)射機(jī)、從所述視野接收信號(hào)的接收機(jī)和解調(diào)器，所述解調(diào)器對(duì)所述發(fā)射機(jī)鎖相，并且所述系統(tǒng)具有根據(jù)權(quán)利要求I至7中任何一個(gè)的信號(hào)處理器。
10.一種車輛，具有權(quán)利要求9的雷達(dá)系統(tǒng)，以及使用辨別的信息的輸出系統(tǒng)。
11.一種使用亞毫米波長(zhǎng)主動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)的方法，所述方法具有以下步驟使用發(fā)射機(jī)照明視野、接收來自所述視野的信號(hào)、使用對(duì)所述發(fā)射機(jī)鎖相的解調(diào)器相干地下轉(zhuǎn)換所述信號(hào)，使得所述視野中的給定像素對(duì)應(yīng)的下轉(zhuǎn)換信號(hào)具有時(shí)變的振幅和相位分量，所述振幅和相位分量具有取決于所述視野的給定像素處的內(nèi)容的周期分量，以及處理所述下轉(zhuǎn)換信號(hào)以按照所述周期分量辨別有關(guān)所述內(nèi)容的信息。
12.—種處理來自亞毫米雷達(dá)系統(tǒng)接收機(jī)的信號(hào)的方法，所述信號(hào)取決于所述雷達(dá)系統(tǒng)視野中的內(nèi)容，并且所述方法具有以下步驟使用對(duì)所述雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)鎖相的本機(jī)振蕩器信號(hào)下轉(zhuǎn)換所述信號(hào)，使得所述視野中的給定像素對(duì)應(yīng)的下轉(zhuǎn)換信號(hào)具有時(shí)變的振幅和相位分量，所述振幅和相位分量具有周期分量，以及按照所述周期分量辨別有關(guān)所述內(nèi)容的信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，具有以下步驟通過對(duì)所接收的信號(hào)應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)算子而辨別所述信息，以便提取所接收的信號(hào)頻譜的空間或時(shí)間特征。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，按照所述周期分量辨別的所述信息包括內(nèi)容抖動(dòng)效應(yīng)、所述內(nèi)容的斑紋模式特征或者導(dǎo)致射頻相關(guān)周期性的來自所述內(nèi)容中薄層的干涉效應(yīng)中的任何一種或多種。
15.一種具有存儲(chǔ)的程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行存儲(chǔ)的程序時(shí)將使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求12至14中任何一個(gè)的步驟。
全文摘要
用于亞毫米波長(zhǎng)主動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)(10、20、30)的信號(hào)處理器(30)處理由該雷達(dá)系統(tǒng)收到并下轉(zhuǎn)換的信號(hào)，視野中給定像素對(duì)應(yīng)的下轉(zhuǎn)換的信號(hào)具有時(shí)變的振幅和相位分量，所述振幅和相位分量具有取決于內(nèi)容的周期分量。按照該周期分量辨別有關(guān)內(nèi)容的信息。通過使用相位而不僅僅是振幅，在所述下轉(zhuǎn)換信號(hào)中存在著附加信息。所述相位比單獨(dú)振幅信息對(duì)所述內(nèi)容中的變化更敏感，比如目標(biāo)、背景和大氣條件。所述相位信息使得周期分量能夠被保留，它們能夠是內(nèi)容的特征，反映了內(nèi)容抖動(dòng)、亞毫米駐波的變化以及當(dāng)表層具有若干半波長(zhǎng)的厚度時(shí)所收到的亞毫米照明的反射中的干涉條紋。
文檔編號(hào)G01S13/89GK102725652SQ201080042158
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者H·F·A·莫科爾, 宗岳嶺紀(jì), 柳原弘道 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車歐洲股份有限公司